CN201159854Y - 一种染色机集中全过程自动监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种染色机集中全过程自动监控系统，它包括中央控制器和若干个可编程控制器PLC、显示器、机器被控设备；中央控制器通过通讯接口分别与可编程控制器PLC的I/O口连接，各个可编程控制器PLC的信号输入/输出端分别与一组机器被控设备的I/O口连接，各个可编程控制器的信号输出端分别与一个显示器的信号输入端连接。本实用新型具有消除了绝大部分影响生产工艺正确执行的不利因素，简化了生产管理流程，可节约大量人力资源及水电气资源，提高染整企业的一次性成功率，有利保证产品质量的一致性和稳定性等。

Description

一种染色机集中全过程自动监控系统

技术领域

本实用新型具体涉及一种染色机集中全过程自动监控系统系统，主要针对染整企业的高温高压染色机及有盖门、循环泵、热交换器的常温常压染色机进行全过程集中控制和管理。属于布匹的染色整理技术控制设备领域。

背景技术

染整企业的染色工序，是整个整理工序的关键所在，也是质量问题和质量事故的高发工序及投入成本最高的工序。该设备一般有温度，速度，压力，水量，时间等几种工艺参数，有进水，进料，洗水，排水，进布，出布，升温，降温，加压，卸压，剪样，PH值调节，等几种细分工艺过程，其中进水有准确的水量要求，洗水有准确的时间要求，排水有清污分流要求，升温降温有速率及保温时间要求，加压卸压有在升降温过程中自动控制的要求，根据品种的不同对运行速度有不同的要求，注入染料时有不同的注入速度要求，染色环境有准确的PH值要求。各工艺过程根据处理的品种，工艺有不同的组合要求，该工序过程大多由高温高压染色机完成，就本人所处企业而言，目前该种设备大多是人工操作，个别工艺过程辅以专用仪表集中控制。该控制体系及过程如图1所示，此系统主要控制了该机的主要工艺过程--升温降温过程(升级的系统可能包括了进排水的控制)，实现了升降温的速率及保温时间控制的要求，并对升降温过程曲线保存备查。对稳定染色质量及生产管理起到了重要作用，但随着市场对染色质量及稳定性要求越来越严格，及染色成本越来越高的现实环境下，该系统的不足之处也越来越明显，主要如下：

1.该系统工业控制计算机中央监控程序属该公司应用VB，VC等开发语言所写的固定控制程序，应用面狭隘，更新及维护困难。

2.该系统所用专用控制仪表，属该公司应用单片机技术开发制造，其接口及通讯难以与通用软件及仪器对接，限制了染色机功能及工艺的扩展。

3.该系统仅控制了染色机的温度过程，对准确的进水水量要求，准确的洗水时间要求，排水有清污分流要求，加压卸压有在升降温过程中自动控制的要求，根据品种的不同对运行速度有不同的要求，注入染料时有不同的注入速度要求，染色环境的PH值要求均未能顾及，偏偏是这些未能顾及的控制要求，造成了大量的质量事故及成本损失。

4.该系统网络结构使用485总线技术，数据传输太慢，控制数十台机器，容易掉线。数据量稍大容易产生冲突，故功能扩展受到极大限制。由于网络故障高发，经常造成大面积的生产影响。

5.该系统操作主要依靠机台操作及中控操作的互动实施，但由于大部分操作依靠机台操作工手动操作控制，机器操作人员不但要根据工艺，主动掌握时间跟中控人员沟通该工艺过程的多次升降温过程的工艺传输及手自动控制的转换。还要手动负责机台喷嘴压力的及时调节，布匹运转速度的调节，回流阀开度的调节，进排水及洗水时间的控制，水量的控制，加压卸压的控制调节，PH值的调节，进料速度的快慢等。工作量甚为巨大，故一般染整企业都只能一个操作工操作2-3台机器，效率较低。

6.由于一个工艺过程均有多个升温降温过程，每个升降温过程，中控操作人员均需在中控计算机上输入并下传具体的温度，速率，时间参数到指定仪表，并在仪表盘上切换手自动按钮。一020个人控制40台机器左右时，工作量已经很大，基本上上班到下班经常忙个不停。输入数据量的增大，也不时出现输入下传错误，造成质量事故。由于操作数据过多，步骤不容易掌握，造成一定的专业性，人员难以被替换，需要经常备用操作人员，浪费人力资源。

7.由于大部分工艺过程由机器操作工手动控制，要操作控制的部件繁多，本来因为操作手法的差异，产品的质量一致性已经无法保证，为了抢产量，生产工艺难以严格执行，容易出现偷工减料的现象，如缩短洗水时间，减少进水水量，减少洗水次数，排水不干净，提前剪样对色等，更造成大量的质量索赔，并且大多质量问题查无可查，无法根除。一些现象则直接造成大量浪费，如一边进水一边排水，洗水时间无限制等，大量浪费水电资源。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题，即本实用新型的目的，是为了克服现有技术染色系统工作量大、效率较低、操作过程复杂、容易浪费水电资源等的缺陷，提供一种染色机集中全过程自动监控系统。

本实用新型的目的可以通过如下措施达到：

一种染色机集中全过程自动监控系统，其结构特点是：它包括中央控制器和若干个可编程控制器PLC、显示器、机器被控设备；中央控制器通过通讯接口分别与可编程控制器PLC的I/O连接，各个可编程控制器PLC的信号输入/输出端分别与一组机器被控设备的I/O口连接，各个可编程控制器的信号输出端分别与一个显示器的信号输入端连接。

中央控制器具有如下功能：

1.汇集各组机器被控设备通过可编程控制器(PLC)传输进来的数据，通过利用组态软件设计的与机器形状结构相同的立体图界面，详尽地同步展示对应机器的每个动作与参数；比如机器循环泵动作，相应机器立体图形的循环泵也会相应闪动；

2：通过曲线及下传工艺的存储，完整地实时显示并存储整个工艺过程的执行曲线及异常情况，以便工艺监控，检查及完善；

3：编制及下传工艺过程参数，执行紧急情况如堵布，工艺错误等的处理。所述的可编程控制器(PLC)功能为：负责接受中央控制器下传的整个工艺过程及其它处理命令，以之处理每组机器被控设备的处理及输入输出，指挥机器被控设备严格按照接受的工艺流程操作；另将各种机器状态参数处理后输送至中央控制器，以显示和记录机器执行工艺的实况。所述的显示器功能为：接受PLC传来的部分机器状态信号并显示，用于提示机台操作工该机的运行状况及步骤。所述的机器被控设备由PLC按工艺流程指挥运行。

本实用新型的目的还可以通过如下措施达到：

本实用新型的一种实施方式是：所述中央控制器分别通过串口com或以太网口与各可编程控制器连接。

本实用新型的一种实施方式是：所述机器被控设备包括机台操作箱开关、电柜开关、按钮、指示灯、继电器、流量计、温度探头、电眼、压力变送器、温度显示器、频率显示器、马达和阀门。

本实用新型的一种实施方式是：所述显示器为文本显示器或触摸屏。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型具有消除了绝大部分影响生产工艺正确执行的不利因素，简化了生产管理流程，可节约大量人力资源及水电气资源，提高染整企业的一次性成功率，有利保证产品质量的一致性和稳定性等。本实用新型在某染整厂安装试验一台机器达3月余，节约成本提高效益的效果明显，具体表现在以下几方面：

1：减轻工人的劳动强度，节约人力资源，简化车间管理。

2：水电汽的节约及产品质量，稳定性的提高。

3：由于机器操作的统一，中控电脑监控界面的直观性，工艺员开发试验新工艺时，可以直接在电脑中观察机器的运行。不需要每步均需亲到车间监控，不需顾虑操作与工艺的执行是否吻合。直接增强企业的工艺研发能力。

附图说明

图1是现有技术染色工序的控制系统的原理框图。

图2是本实用新型的原理框图。

图3是本实用新型的PLC程序流程图。

图4是本实用新型的PLC工艺过程曲线图。

图5是高温高压溢流染色机-浴法染色工艺中的PLC程序流程图。

图6是本实用新型的触摸屏程序流程图。

图7是本实用新型的染色机的结构示意图。

图8至图10是本实用新型的染色机的工艺窗口图。

图11是本实用新型的染色机的参数输入及修改窗口示意图。

具体实施方式

参照图2，本实施例包括中央控制器、可编程控制器、显示器和机器被控设备；所述中央控制器分别与若干个可编程控制器I/O连接，每个可编程控制器均与一组机器被控设备I/O连接，每个可编程控制器的信号输出端还均与一个触摸屏的信号输入端连接。所述中央控制器分别通过串口com或以太网口与各PLC连接。所述机器被控设备包括机台操作箱开关、电柜开关、按钮、指示灯、继电器、流量计、温度探头、电眼、压力变送器、温度显示器、频率显示器、马达和阀门，所述显示器为文本显示器或触摸屏。

以下对本具体事实例进行详细描述：

本系统是针对染整企业的一管或多管高温高压或常温常压染色机而开发的多机集中监控系统，该机硬件上应基本符合以下条件：

1：主缸体有一管或多管。

2：有导布轮以带动布匹在缸体运行。

3：有循环泵，热交换器。

4：每管有缸盖，有过滤器则有过滤器盖。

5：有化料桶，有或没有进料泵。

6：有各种阀门及附件。

7：有带模拟量或数字量电信号输出的进水流量计，如无要加装。

8：缸盖或过滤器盖应有检测开关状态的电眼，如无要加装。

9：有提示操作的警灯及显示用的触摸屏。如无要加装。

10：有各种显示指示灯，继电器，按钮等控制附件。

本系统除硬件外，主要由三个软件联系控制形成：一是由通用组态软件开发的操作界面程序，二是由PLC厂商提供的开发软件编写的PLC运行程序，三是由触摸屏厂商提供的开发软件编写的触摸屏运行程序。本系统的实施，首先要按前述硬件配置装配需要控制的机器，按其中的网络方式铺设网络，在三个主要部件中控电脑，PLC，触摸屏上分别安装为本系统编写的程序。其各自功能及协调过程如下：

1：PLC程序的功能

参照图3，本系统中，PLC程序主要有如下重要功能块：

A.自动根据流程启动停止循环泵并控制其运行速度。

B.根据染色浴比，水量，洗水排水时间，进行自动进水洗水排水。

C.自动根据工艺流程进行清污分流。

D.在流程规定的时间，步骤在现场操作工人的配合下调整浴液PH值到合适值。

E.在流程规定的步骤自动进行单段或多段带速率控制的温度升降过程。

F.在流程规定的步骤，在工人倒料到料桶时自动进行带速率控制的进料过程。

G.根据工艺进行自动的加压卸压控制。

H.根据实时布速判断堵布并自动提示处理。

I.循环泵，料泵，升降温阀，进水阀等设备故障的自动诊断和提示处理。

J.异常操作(不需打开缸盖，过滤器盖而私自打开)的自动诊断和提示处理。

K.处理中控及触摸屏需要的数据并上传。

L.自动根据下传的工艺流程调整组合以上a---k各功能块，使之形成整个完整连贯的自动生产过程。

PLC接受中控电脑下传的工艺流程数据，并自动判断该流程数据的正确性和可行性，如果正确则根据工艺自动调整内部各细分功能块组合成符合下传流程的工作步骤，并将参数正确及机器准备就绪的信号传回中控电脑，在接受到中控电脑核对后下传的启动信号后，自动启动机器，完成既定的工作流程。

参照图4，其所能完成的工艺过程曲线如图：(两浴法染色在第一浴染完出布提示前返回进布后进行第二浴，两浴参数已在机器启动前同时下传，由PLC自动转换)

其中图中各数字代表参数号码，其意义为：3为染前洗水时间(分钟)，4为染前洗水温度(摄氏度)，5为进料稳定温度(摄氏度)，6进料升降温速率，7为进料保温时间(分钟)，8为进料温度(摄氏度)，9为进料次数，10为第一次加料时间(分钟)，11为第二次加料时间(分钟)，12为第三次加料时间(分钟)，13为第四次加料时间(分钟)，14为第五次加料时间(分钟)，15为第六次加料时间(分钟)，16为第一段升温速率，17为第二段升温速率，18为第三段升温速率，19为第一段工艺温度(摄氏度)，20为第二段工艺温度(摄氏度)，21为第三段工艺温度(摄氏度)，22为第一段保温时间(分钟)，23为第二段保温时间(分钟)，24为第三段保温时间，25为第一段降温速率，26为第二段降温速率，27为第三段降温速率，28为第一段降温温度(摄氏度)，29为第二段降温温度(摄氏度)，30为第三段排水温度(摄氏度)，31为降一保温时间(分钟)，32为降二保温时间(分钟)，33为染色洗水次数，34为染后洗水时间(分钟)，35为洗水排水时间(分钟)，36为第一次洗水温度(摄氏度)，37为第二次洗水温度(摄氏度)，38为第三次洗水温度(摄氏度)，39为第四次洗水温度(摄氏度)，40为洗一保温时间(分钟)，41为洗二保温时间(分钟)，42  洗三保温时间(分钟)，43  洗四保温时间(分钟)，44为洗水升降温速率，45为剪样限定时间(分钟)，46为皂洗进料温度(摄氏度)，47为皂洗升降温速率，48为皂洗温度(摄氏度)，49为皂洗保温时间(分钟)，50为皂洗洗水次数，51为皂洗洗水时间(分钟)。

参照图5，以高温高压溢流染色机-浴法染色工艺为例，介绍一般生产流程，其他工艺可根据参数调整增减组合。

2：触摸屏程序的功能

触摸屏接受PLC的信号，显示机器的重要运行参数及机器参数，在警灯闪烁时实时显示系统需要工人辅助操作的必要提示，提供现场工人了解操作步骤的参考及设备巡查检修的直观参考。

在需要触摸屏的以太网接口与中控电脑通讯交换PLC与电脑数据时，它还须作为桥梁同步PLC与中控的数据。其设计界面如下图所示：(其中要进入由“机器参数”按钮打开的维修界面必须输入维修口令，机器操作人员不允许进入)。

操作界面程序的功能

参照图6，本系统中央处理器的程序有如下几个功能块：A.机器状态检查；B.工艺输入，修改及下传检查  C.各输入及按钮的防误操作；D.机器工作状态及参数的直观动态显示；E机器及工艺参数的自动存储，处理查询；F.机器运行的错误及故障处理。

参照图7，本系统为每台设备配备一个主操作界面，该操作界面反映下图7的结构。当点击主菜单“染色机”时，可在下拉菜单中选择相应机台操作，机台号在相应界面中醒目显示。

其各部件功能详细如下：

A：界面正中的机器图形，其各部件均实时通过机器PLC与受控的真实机台一一对应，机台各主要阀门，盖门，马达，水泵等如有动作，图形中相应部件均能醒目闪动，以直观显示机器执行工艺过程的每步动作犹如亲临现场。其中，主要阀门有：升温阀103，降温阀104，排清阀105，左反冲阀106，左喷嘴阀107，右反冲阀109，右喷嘴阀110，溢流阀111，加压阀112，卸压阀113，排污阀114，降温排水阀115，料桶进汽阀116，料桶进水阀117，进料阀118，料桶搅拌阀120，料桶排放阀123，搅拌进料阀124，前抽吸阀125，中抽吸阀126，进水球阀127，后抽吸阀128。盖门有：左缸盖102，右缸盖108。马达和泵有：料泵121，主泵及马达122，出布马达101，左管提布马达，右管提布马达。

B：左下角是实时温度曲线显示框，它不单实时显示所控机器整个工艺流程每一时刻的温度变化，通过参考所执行的工艺，还可观察到整个工艺流程的执行步骤及流程与生产工艺要求的吻合情况。

C：右下角是报警显示框，它显示的是本系统所有受控机器(不单是本界面机器)的，启停，异常操作，故障及工艺流程中需要现场工人配合的动作提示。出现提示时是显眼的红色字体，提示被响应时(表示操作者已顾及并操作)，将出现绿色的相同字句。如出现“请进布”这一需要现场工人配合的动作提示时，其字体是红色的，当现场工人(车间机器触摸屏上亦同步显示该提示并用警灯提醒工人顾及)按照按压现场操作箱“报警消除”按钮时，表示工人已经顾及，报警框中则出现绿色的“请进布”，表示此一报警已受到响应。中控室可通过红绿两个字句的出现时间间隔监控现场工人的操作是否及时。整个工艺流程的耗费时间也可通过机器启停报警的红绿间隔准确把握及与其它工艺进行对比。

D：右边中部是受控机器重要实时参数栏，其中有机器运行标志，实时温度，实时喷嘴压力，进水量，缸体压力，料桶压力(实时表示料桶存液量)等重要运行参数。中控可实时观察，以辅助掌握整机运行状况。

E：界面中部是中控控制该机器的操作部件，其中“工艺确定”按钮只有在满足受控机器停止及符合缸盖和过滤器盖关闭，机体积水已排干净这两个条件才能在界面上显示，中控人员看到这个按钮显示时，代表受控机器已经准备就绪，等待接受中控下传工艺流程进行生产。要输入的参数共有：缸号，客户，品名，工艺号，浴比，布重等六项，其中的缸号，客户，品名的输入仅仅是为了保存该机生产的每缸布做记录，不影响机器的运行。只要正确输入工艺号(只有两浴法需要输入两个工艺号，其它工艺输入第一个框即可)，浴比，布重，系统自动根据工艺号调出其所代表的工艺，在“工艺确定”按钮显示时点击它，在点击“工艺确定”按钮后，将打开工艺核查窗口，该窗口将详细显示当前要下传的工艺参数，并显示“工艺下传”按钮(如果是两浴法，出现的将是“第一步工艺下传”按钮)，检查工艺无误后点击该按钮，工艺将马上下传到所控机器(如是两浴法，将下传第一步工艺到机器并打开第二步工艺核查窗口，并出现“第二步工艺下传”按钮，无误后再点击“第二步工艺下传”，将第二步工艺下传到机器)。如果机器接受的工艺没错误，在工艺核查窗口将显示出“启动”按钮，点击“启动”按钮，机器开始按工艺执行整个工艺流程，执行完成后自动复位机器，并将信号反馈回来，因机器运行而隐藏的“工艺确定”按钮，又将在主界面显示，准备下一个生产过程。三个不同的工艺核查窗口如图8、图9和图10所示：

F：点击“参数输入及修改”按钮，将弹出染色工艺编辑窗口，提供工艺员输入及修改各条工艺参数，对于染整企业来说，其一般工艺均是较为固定的，只要定下来，并不是常要修改，数量也不多，一般数十条已经足够。所以这一部分工作量较小。该弹出窗口如图11所示：

G：点击“紧急处理”按钮，将打开紧急处理窗口，该窗口按钮一般用于故障处理或机器调试，其内容如下：

H：“历史温度曲线”按钮打开历史温度曲线窗口，它可查询本机台20天(可设)内所生成时的所有温度曲线，方便质量倒查，该窗口样式如下：

I：“历史工艺查询”按钮打开历史工艺记录窗口，该窗口可查询到20天(可设)内所有本系统受控机台生产产品的工艺记录，该窗口内容如下：

J：另外，在受控机器运行时，在工艺流程确定需要当班工艺员决定的项目，会在PLC程序运行到该步骤时，将在主操作界面右上角适时有选择地显示选择按钮，并在报警框中给以醒目提示，以提示工艺员及时做出选择决定，而plc程序则将等待这些决定以继续运行。要做的选择总共有如下图：(根据工艺的不同最多同时出现三个按钮，工艺员选择后按钮会自动消失)

由于初始调定机器后，机台操作工基本仅需在警灯闪亮时，按压“报警消除”按钮，根据触摸屏上的指示进行进布，倒料到料桶，测PH值，出布等几个简单，不易出错的动作，即可完成整个操作流程。操作时间及注意力等节省一半以上。原来一个工人最多能操作2-3台机器，改进后一人应可轻松操作5---6台机器。中控操作人员由于操作方式的改变，操作100机左右，12小时工作量在3小时左右完成，操作错误的机率极低，而且由于操作的简单，工厂无需为中控人员或机台操作人员作专业培训及储备，大量节约人力资源。人员的减少及操作的规范化，大大简化及减轻车间管理人员的劳动强度，提高管理效率。

A：在系统试验期间，染厂管理人员就耗水一项进行跟踪，在相同的布种及工艺条件下，由于洗水时间及控制方式的不同，以染色一浴法做一缸布，本系统控制机台约耗水20-30吨，而原控制(手控溢流洗水)则需耗水60-70吨(100吨以上亦不鲜见)。目前该企业每吨水需1.5元人民币，污水处理成本约每吨0.6元人民币，以50台机漂煮，减量，染色分开计算，每天做150个工艺流程(缸)是及保守的数字，本系统可节约的水资源可谓惊人。在当今水资源紧缺的时候，意义莫大。

B：在普遍染整企业的染色机工序中，由于工人操作手法的不确定性，工艺员下达工艺的时候一般比较保守，减量宁愿减小再补减，染色宁愿染浅再补色，以期最终质量尽量接近达标，以免要剥色重染或赔偿引起更大损失。以致在本系统试验企业中，每缸布(包括减量及染色)一次性成功率极低，有约85％需要加色或补减，其中75％要加色或补减2次或以上，造成大量水电汽浪费，成本惊人，且最终质量并不稳定。本系统由于确保了工艺操作过程的规范性和一致性，通常在做同一品种产品时，即使第一次需要加色或补减，第二次以后通过调整工艺，基本均能一次成功，并且质量一致性，稳定性毫无置疑。

Claims (4)

1、一种染色机集中全过程自动监控系统，其特征是：它包括中央控制器和若干个可编程控制器PLC、显示器、机器被控设备；中央控制器通过通讯接口分别与可编程控制器PLC的I/O口连接，各个可编程控制器PLC的信号输入/输出端分别与一组机器被控设备的I/O口连接，各个可编程控制器的信号输出端分别与一个显示器的信号输入端连接。

2、根据权利要求1所述的一种染色机集中全过程自动监控系统，其特征是：所述中央控制器分别通过串口com或以太网口与各可编程控制器连接。

3、根据权利要求1所述的一种染色机集中全过程自动监控系统，其特征是：所述机器被控设备包括机台操作箱开关、电柜开关、按钮、指示灯、继电器、流量计、温度探头、电眼、压力变送器、温度显示器、频率显示器、马达和阀门。

4、根据权利要求1所述的一种染色机集中全过程自动监控系统，其特征是：所述显示器为文本显示器或触摸屏。

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