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南京理工大学硕士学舒论文 大牛集团纺纱生产监控系统 摘要 纺织行业的特点是劳动密集，生产机台、设备繁多。加强纺织生产的现场 监控，实时、准确地获取各类生产运行数据，对确保纺织生产安全、优质、高效 运行具有重要意义。本文结合大生集团的氽业信息化工捍的实施。莺点研究了国 产纺纱机械实现集中监控的问题。 论文在分析国内外纺织生产监控发展现状的基础上，针对大生集团纺二车间 装备的国产并纱机、粗纱机，细纱机及进口络筒机的管理与监控需求，采用现场 总线技术和以太网技术，建立了大隹集团纺二车间的纺纱乍产监控系统的体系结 构，给出了纺纱生产监控系统的总体设计方案；基于工业触摸屏计算机、可编程 控制器、变频器、工业组态软件等硬软件平台，进行了纺纱乍产监控系统的硬软 件详细设计与系统开发；完成了纺纱生产监控系统的设备系统、检测仪表系统、 控制系统的联调和现场试验工作。 大生集团纺纱生产监控系统试运行表明；系统实现了对纺纱生产的实时监 测、数据采集分析以及报表生成等功能，保证了大乍集团资源计划管理系统 ( e r p ) 所需的生产现场数据采集的准确性、及时性，实现了大生集团内部管理 信息与现场控制信息的集成，为大生集团e r p 的成功实施奠定了良好的技术苯 础。 关键词：纺织生产信息化纺织监控纺纱监控 现场总线拧制系统( f c s ) 南京理工大学硕士学位论文大掌集团纺纱生产监控系统 a b s t r a c t f e a t u r e so ft e x t i l ei n d u s t r yi n c l u d el a b o r - i n t e n s i f i c a t i o na n dd i v e r s ep r o d u c t i o n m a c h i n e sa n de q u i p m e n t s i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c et os t r e n g t h e nm o n i t o r i n go ft h e p r o d u c t i o ns i t e ，t oc o l l e c tv a r i o u sr e a l t i m ea n dc o r r e c to p e r a t i o nd a t ao ft h e p r o d u c t i o ni no r d e rt o6 ：i l s u r eas a f e , q u a l i t ya n dh i g h l ye f f i c i e n tt e x t i l ep r o d u c t i o n ，i n c o n j u n c t i o nw i t ht h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n i z a t i o np r o j e c to f d a s h e n gg r o u pt h i sa r t i c l eh a sa t t a c h e de m p h a s i z e s0 nt h es t u d yo ft h ei s s t l eo f c e n t r a l i z e dm o n i t 硎n ga n dc o n t r o l l i n go f h o m e - m a d es p i n n i n gm a c h i n e s o nt h eb a s i so fa n a l y s i st ot h es t a t u sq u oo ft h ed e v e l o p m e n to fm o n i t o r i n g & c o n t r o l l i n go fb o t hd o m e s t i ca n do v e r s e a st e x t i l ep r o d u c t i o n s , a i m i n g 砒t h e d e m a n d so ft h em a n a g e m e n ta n dm o n i t o r i n g & c o n t r o l l i n go fm a c h i n e se q u i p p e di n n o 2s p i n n i n gw o r k s h o po fd a s h e n gg r o u pi n c l u d i n gt h eh o m e - m a d ed o u b l i n g f r a m e , f l yf r a m ea n dm u l ef r a m ea sw e l la sc o n ew i n d i n gm a c h i n e , t h ea r t i c l e a p p l i e st h ef i e l dc a nb u st e c h n o l o g ya n de t h e r n e tt e c h n o l o g yt oe s t a b l i s ht h e s y s t e ms t r u c t u r eo f t h ep r o d u c t i o nm o n i t o r i n g & c o n t r o l l i n gs y s t e mo f t h ea b o v es a i d w o r k s h o p ，a n dh a sp r e s e n t e dt h eo v e r a l ld e s i g ns c h e m eo ft h es y s t e m ；b a s e do nt h e h a r d & s o f t w a r ep l a t f o r m si n c l u d i n gi n d u s t r i a lt o u c hs c r nc o m p u t e r , p r o g r a m m a b l e c o n t r o l l e r , f r e q u e n c yt r a n s d u c e ra n di n d u s t r i a lc o n f i g r a t i o ns o l , r a r e , i th a sc o n d u c t e d t h ep a r t i c u l a rd e s i g no fs o f t & a n ds y s t e mr & do ft h em o n i t o r i n g & c o n t r o l h n g s y s t e m ；a n di th a sc o m p l e t e dt h ej p i n tc o m m i s s i o n i n ga n ds i t ee x p e r i m e n to ft h e e q u i p m e n ts y s t e r a , t h ei n s t r u m e n t a t i o ns 5 r s t e ma n dt h ec o n t r o l l i n gs y s t e mo ft h e t e x t i l ep r o d u c t i o nm o n i t o r i n g & c o n t r o l l i n g 1 1 地t r i a lr u n n i n go ft h et e x t i l ep r o d u c t i o nm o n i t o r i n g & c o n t r o l l i n g “s t e mo f d a s h e n gg r o u ps h o w si th a sr e a l i z e dt h er e a lt i m em o n i t o r i n g , d a t ac o l l e c t i o n & a n a l y s i n ga n dt h ec r e a t i o no fr e p o r tf o r m s , e n s u r e dt h ev e r a c i t ya n dp u n c t u a l i t yo f d a t ac o l l e c t i o no ft h ep r o d u c t i o ns i t et h a tr e q u i r e db yt h ee r ps y s t e m0 fd a s b e n g g r o u p , a c h i e v e di n c o r p o r a t i o nt h ei n t e m a lm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o no f t h eg r o u pa n d t h es i t ec o n t r 0 1i n f o r m a t i o n a n dl a i dag o o dt e c h n o l o g i c a lf o u n d a t i o nf o r t h e s u c c e s s f o l i m p l e m e n t a t i o no f e r ps y s t e mi nd a s h e n g k e yw o r d s ：t e x t i l ep r o d u c t i o ni n f o r m a t i o n i z a t i o n ，t e x t i l em o n i t o r i n g & c o n t r o l l i n g 。s p i n n i n gm o n i t o r i n g & c o n t r o l l i n g ，f i e l db u s c o n t r o ls y s t e mf f c s ) 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同下作的同事对本学伊论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的醯明。 研究生签名 缈 d 1 1 年b 月 e l 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阁 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文。按保密的有关规定和稃序处理。 研究生签名： d 1 7 缈 年6 月 日 南京珲工大学硕士学位论文大生集团纺纱生产监控系统 1 前言 1 1 现代制造对车间监控系统提出的新要求 面对动态多变，变幻莫测的会球市场竞争，企业如何以最快的时间( t ) 、最优 质( q ) 的产品、最低的生产成本( c ) 、最好的服务( s ) 、最佳的生产环境( e ) 来赢得 市场，是现代企业的立足之本，是企业成功的关键。在这种大趋势下，众多新的制 造理念层出不穷，如敏捷制造、虚拟制造、精益生产“刊等，不管它们侧重点有何不 同，焦点都在于尽可能提高制造系统响应市场和客户的能力，以谋得“敏搬” 。 “敏捷”主要表现为响应时日j 的快速与跟踪变化的能力，企业决策者、生产指 挥人员不仅必须关心在一个时间段内的仟务安排，同时还爰关心近期在制品状态、 设备负荷、物料状态以及实时任务等，因此“以时间为关键的制造”( t i m ec r i t i c a l m a n u f a c t u r i n g ) 愈来愈为现代企业所霞视。“以时间为关键的制造”核心是利用各 种实时信息做到及时的计划调整和调度，而制造车间不仅是生产计划的具体执行者， 也是制造信息的反馈者，更是大晕制造实时信息的集散地，所以制造车间的性能很 大程度上影响了整个制造系统的敏捷性。具有良好的自治性、集成性、开放性等特 征的敏捷的新一代车问管理控制系统成为实现有效的企业集成的关键。作为车间管 理控制系统的重要组成部分车间监控系统，也应该具有“敏捷”特征，成为一 种“先进监控系统”。随着先进制造系统朝着集成、分散、智能化方向发展，并以信 息的获取，传输处理利用等信息化工作为核心，向广度和深度不断迈进，先进 监控系统及其技术的发展也必须要符合这一发展大趋势。适应先进制造系统对其提 出的新要求，主要体现在以下几个方面： 分散性监控应该适应先进制造系统本身分散化的发展趋势，采用一种分散式 的体系结构。 自治性系统中的各类资源，包括物理资源和逻辑资源也都具有分布式的特点， 系统中每个节点都是一个完整的模块，具有自律性和开放性，可以独立完成一定的功 能，也可以与其它模块组合完成特定的功能。 网络化监控系统建立在底层被控对象基础上，监控对象的分布式网络化决定 了敏捷监控系统的一部分仟务应分布在各现场测控单元，形成网络化的监控系统。而 且监控系统应对底层单元具有灵活组态、集中管理的网络控制功能。 可塑性可以根据不同用户对象，迅速苣组系统，并且可以在原系统的草础上 扩充为更大的系统。这是建立在监控系统中硬件和软件标准化，可互换、可兼容的基 南京理工大学硕士学位论文 大生集团纺纱生产监挎系统 础上的。 可靠性可靠性足任何系统重要的指标之，监控系统作为先进制造系统的重 耍“感官”，其工作的可靠性、信息的真实性十分霞要。 1 2 车间监控技术发展综述 1 2 1 工业控制技术发展概况 车间监控系统建立在工业现场所采取的控制技术和系统基础上，同时也受整个工 业大系统的结构约束，它的发展和工业控韦4 技术的发展息息相关。工业控制技术的发 展，是随着控制、计锋机、智能、通讯等技术的研究与运用的深入而逐渐发展起来的。 它大致经历了以下几个阶段：分散控制一集中控制一递阶控制恻分布控制。传统工 业系统的结构演化模式如图1 2 i 1 所示。 口 口口 口 口 _ l jl _ jl _ j 白珊 a ) 分散拧捌b ) 袋巾挡翻 t c ) 递阶拧制 图1 2 1l 工业系统控制结构演化 ( i ) 分散控制阶段 分散控制体现为单机自动化在5 0 年代左右，主要采用模拟式调节器和仪表， 进行单变晕调节和局部控制，分别实现各个单机自动化。由于没有考虑整个系统的相 互关联，各自分别设计的单变量调节系统同时投入运行时，协调性差，从而会造成整 个系统的不稳定。分散控制结构如图i 2 1 i ( a ) 所示。 ( 2 ) 集中控制阶段 集中控制产生的原因是产品复杂度的提奇和生产规模的扩大，需要多人多机的配 合才能完成产品的没计和制造。在集中控制结构中，由一个控制中心完成总任务的分 解、分派和协调，采用计算机或逻辑程序装置作为控制中心，进行集中控制，如图 i 2 - li ( b ) 所示。它比常规仪表控制系统具有很大的优越性，控制功能齐全，而且 可实现模拟仪表难以实现的功能和先进的控制、连锁功能等复杂控制。但这种结构本 身也有其缺点，一方面由于控制集中带来了风险集中，一旦中心控制器瘫痪，将导致 2 南京珲工大学颂士学位论文 大生集团绢纱生产监控系统 整个控制系统失灵；另一方面现场信号采用模拟信号的传输，由于现场与控制室有一 定的距离和多种干扰，系统的抗干扰能力较差。 ( 3 ) 递阶控制阶段 在7 0 年代中期微机价格下降并结合通信网络技术的发展，加上管理的集中性和 控制的分散性这一实际需求推动了递阶控制系统，即集散控制系统d c s ( d i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e m ) 的出现。集散控制系统的实质是利用计算机技术对生产过程进行集 中监视、操作、管理和分散控制，其结构如图1 2 1 1 ( c ) 所示。集散控制系统按 系统结构进行垂直分解，由下到上可分为过程控制级、控制管理级和生产管理级。各 级既相瓦独立又相瓦联系，每一级可按水乎分解为若干子集。8 0 年代随着网络技术 的提高，集散系统采用标准化、模块化和系列化设计，适应性灵活性加强，控制功能 更加完善。是一个以通信网络为纽带的集中显示操作管理，控制相对分散，具有灵活 配置、组态方便的多级计算机多级网络系统。 集散控制系统的技术特点为：分级递阶控制，即各个分级具有各自的分工范围， 相互之间有协调。通常，这种协调是通过上一级来完成的。各分级之日j 有各自的功能， 完成各自操作。分散控制，分散是针对集中而言的。分散的目的是为了使危险分散， 提高设备的可利用率。随着生产过程规模的扩大，设备的分敌、人员的分散更进一步 要求控制系统分散。自治与协调性，集散控制系统的各组成部分是各自为政的自治 系统，它们各自完成各自功能，相互间又有联系，数据信息相互交换，各种条件相互 制约，在系统的协调下工作。集散控制具有“分散控制，集中管理”的优点，同时采 用微机智能技术，分级层次结构和局部网络通讯技术，具有功能丰富的软件包，强有 力的人一机接口功能及很高的可靠性，从而可以大大提高系统的可靠性和管理水平， 提高生产率，实现工业和管理现代化。 随着数字控制技术在工业生产过程中的不断应用和推广，工业控制过程对现场信 号的采集和数据转换提出了更新、更高的要求，现有的d c s 系统不能满足其要求。d c s 最显著的缺陷是：前端机与传感器之间仍存在着大蕈的模拟信号线路，大多采用 4 - 2 0 m a 模拟信号，少部分为数字信号，在现场条件下的抗干扰问题目益突出，d c s 只是“半数字化”的控制系统；d c s 系统的榆测和控制设各由各生产厂家提供，标 准也不统一，可互换性差，给系统开放和扩充带来了很大的不便。 ( 4 ) 分布控制阶段 伴随着微电子技术的不断发展，特别是微处理技术、网络技术以及智能化仪表技 术的发展和广泛应用，i ) c s 向两个方向发展：一是计算机拧制系统向高层次发展，使 面向过程控制的d c s 和面向管理与生产调度系统的m i s 集成，组成了计算机集成制造 系统c i m s 和计算机集成过稃控制系统c i p s ：二是计算机控制系统向乍产过程的低层 次渗透，将系统中的过程及工作站下沉到工作现场，形成一种分布式的控制。随着 3 南京理工大学硕士学位论文大生集团纺纱生产监控系统 c i _ l j s c l p s 的推广，最低层的网络通信问题成为实施的关键问题。近年来发展起来的 现场总线( f i e l d b u s ) 技术为解决这一问题提供了技术基础。现场总线的实质足控制技 术、仪表工业技术和网络技术三者结合的产物，是用于过程自动化和制造自动化最底 层的现场设备或现场仪表互连的通信网络，是现场通信网络和控制系统的集成。现场 总线技术的应用为建立实现分布式控制创造了条件，分布式控制某种稗度上可视为基 于现场总线的控制。 1 2 2 现场总线控制系统的特点 现场总线控制系统( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ，缩写为f c s ) 对传统的o c s 控制 系统是巨大的挑战。f c s 是由现场自动化设备( 包括仪表) 及人机界面组成的完整 网络，是一种安装在工业过程现场的智能自动化仪表和装置与设置在控制审的仪表和 控制设备互连的一种全数字化、串行、双向、多站的通信网络。基于这种总线的新一 代控制系统一现场总线控制系统( f c s ) 被誉为第五代控制系统。f c s 一方面突破了 o c s 系统专用通信网络的局限，采用基于公开化和标准化的解决方案，克服了封闭系 统所造成的缺陷；另一方面又把d c s 系统集中与分散楣结合的集散系统结构变成了新 型智能全分散结构，把控制功能彻底f 放剑现场( f i e l d ) ，上层只提供有限的监控、 记录、分析和决策等功能。 现场总线不单是一种通信技术，它实现了现场通信网络和控制系统的集成。f c s 有以下特点：信号传输实现了数字化，从最底层的传感器和执行器就采用现场总线 网络，逐层向上直至最高层均为通信阿络互连；f c s 的系统结构是全分散式的，f c s 废弃了i ) c s 的输入输出单元和控制站，由现场埕各和现场仪表取而代之，即把o c s 控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表，从腼构成虚拟控制站，实现彻底的 分散控制；f c s 的现场设备具有瓦操作住，不同厂商的现场设备既可瓦连也可瓦换。 并可以统一组态，彻底改变传统d c s 控制层的封闭性和争用性；f c s 的通信网络为 开放式互连网络，既可与同层网络瓦连，又可与不同层网络覃连，用户可极其方便的 共享网络数据库；f c s 的技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可供任何人 使用，从总线标准、产品拎验到信息发布伞是公开的，面向世界任何一个制造商和用 户协“。 现场总线的实时、可靠、低成本、使用方便等特点使其在控制现场层得到广泛的 应用，由它带来的自动化领域的变革深度和广度将超过历史上任何一次，必将开创自 动控制的新纪元。目前国际上有4 0 多种现场总线。较为常用的为以下几种：h a r t 总 线、c a n 总线、l o n w o r k s 总线、p r o f i b u s 和f f 总线等。表l 。2 2 1 对这5 种产品 性能作了对比说明m 。 4 南京理工大学颂士学位论文 大生集团纺纱生产监控系统 现场总线经历了2 0 年的发展过程，各家公司相继推出各自的标准和协议，虽有 许多共同之处，但有各自的技术特色。以太网技术的发展及企业内部网互连网的建 立，使各大现场总线公司考虑将以太网应用到工厂层以实现现场总线控制网络的最终 统一。运用以太网有以下优点“：e t h e r n e t 广泛应用于通信网络中，它具有很 多特性，因而很适用于工业网络和远程i o 。e t h e r n e t 是个世界件的开放标准， t c p i p 协议实际上已得到普遍的支持，具有各类现场总线所无法比拟的可操作性。 具有l o m l o s 或l o o m b s 或更高的通信速率。可为远程i o 系统提供宽带网络。 网络通信接口板价格十分便宜。资源共享能力强。利用e t h e r n e t 现场总线，很容 易将i 0 数据连接到信息系统中，数据更容易以实时的方式与公司信息系统上的资 源，应用软件和数据库共享。因此，随着速度的提高和硬件的改善，确定性和冗余问 题得到妥善解决时，以太网现场总线将在工业控制领域的应用只是个时间问题。 表l22 i 现场总线产品性能对照表 现场总线类犁h a 盯 c a n p m f l b u ll o n w o f l k s弹 应用范匿过稃自功化汽车自动化过稃自动化全部行业过卑控制 o s i 网络l 上7 l ，2 ，3 1 2 。( 7 )1 7l ，2 7 控制方式命令命令命夸命令，状态命令 网络结构 总线总线总线总绀孵络总线 通等奇式主坂土叽i 氓，群 亨i 址、t ! 享土扶 纠错只音错，不纠错 c r cc r cc r cc r c 敏绞线、红外 通信媒体类型取绞线双绞线、光缆双绞线、光缆双绞线 电缆、无线 单、多地址、单、多地址，单、多地址、 访问方式广播方武问答式广播方式 广播方式广播方式广播方式 通信速度 1 2 kl m 1 2 m1 2 5 m 25 m n 眺、 节点数1 5 于 1 2 72 4 a8 6 l 优先级无 宵 育有 网络管理有有有有有 髓艟 琵电售i 有网桥无有有有 重复器 本质安全有无有有 无 f 专t 再有胄有有 有 协议分析有无无有无 5 南京坪工大学硕士学位论文 大生集团纺纱生产监控系统 1 2 3 工业控制系统的网络化 随着微电子技术、信息技术和控制技术在工业控制领域的应用，d c s 、p l c 和p c 控制系统的功能相互渗透，耜互融合，既相互补充又相互转化，趋向于形成数字化， 模块化、网络化的分布式系统。在这种系统中采用模块化的体系结构，通过现场总线、 局域网数据总线将各种节点部件连接起来，并与系统网络相接，形成兼有控制、管 理两大功能的新犁系统。网络化的控制系统将在今后的控制领域中占卡导地位，而随 着计算机、信息技术和人工智能的发展，智能型控制网络、分布式控制网络和嵌入式 控制网络又牌成为工牡挣制技术的丰流m 】。 智能型控制网络其特点衷现在两个方面：是智能化设备的出现；另一个是 智能控制技术的发展。在控制功能向现场渗透时，出现了智能犁i 0 和智能现场仪表 的概念。智能型i 0 指当与主机的通信失效时，现场的智能i 0 可独立的完成控制任 务，形成虚拟丰机控制模式；智能现场仪表包括智能变送器和变送控制器。它们具有 精度高、量程比宽、重复性好、可靠性高，而且具有双向通信和自我诊断的功能，操 作方便，维护工作蕈小。现场智能设备的出现使设备层的控制功能得到了提高，同时 随着人工智能研究的深入，模糊控制、神经网络、专家系统、遗传算法被广泛的应用 于控制策略，使控制系统更具控制大犁复杂对象的能力。 分布式控制网络其特点是各种现场总线控制网络通过路由器互连，路由器 工作方式只是在网络中进行逻辑隔离，而非物理隔离，使通道之间透明；分布式控制 网络结构是一个集成的网络，一个网络工具可以在网络上任何地点对网上的其它节点 进行工作，使系统安装、检测、诊断、维护都非常方便；控制网络之问遵循t c p i f 协议，实现控制网络的开放性。 嵌入式控制网络它是由嵌入式控制器通过网络接口接入各类网络( 包括i a n 、 w a n 、i n t e r n e t 、i n t r a n e t 等) 形成的具肓分布式嘲络信息处理能力、先进控制功能 的控制网络。有以下优点：嵌入式控制器的操作系统平台和网络通信平台为采用当今 世界流行的开放式平台，为嵌入式控制网络的开放性奠定了基础；嵌入式控制器的操 作系统平台功能强，应用软件开发快捷，方便：支持t 1 p i p 协议，容易实现网络巨 连与网络扩展；可应用各种网络作为嵌入式控制器接入主干网，这些主干网通信速率 高，实时 牛好并支持分布式网络计算，实现网络协同工作。 总之，信息网络的发展推动着控制网络的发展。控制网络i e 沿着更加开放的道路 前进，最终实现信息网络和控制网络的融合。 6 南京理工大学硕士学位论文大生集团纺纱生产监控系统 1 3 课题研究背景 纺织行业是我国的支柱产业。从1 9 8 2 年开始，我国就不断加大投资力度，纺织 行业基本建设投资从1 9 8 0 年的2 5 4 5 亿元增长到2 0 0 3 年的2 8 8 8 9 亿元，增长1 0 倍：更新改造投资从1 9 8 0 年的1 3 0 7 亿元增长到2 0 0 3 年的4 2 1 9 7 亿元，增长3 2 倍。其间我国大量引进国际先进技术和装备。从1 9 9 4 - 2 0 0 3 年十年间引进先进装备 达2 4 8 亿美元，其中2 0 0 3 年进口装备达4 6 亿美元，约占当年关键设备投资额的5 0 。 在棉纺行业，1 9 9 8 - 2 0 0 0 年三年问淘汰了近1 0 0 0 万锭的落后棉纺设备，同时鼓励企 业技术更新。纺织行业在大量引进国外先进设备、引进外资的同时，也带来了先进的 管理理念。提高纺织企业生产效率、提高纺织产品质量、提高纺织企业的市场快速反 应能力，是未来国内纺织食业的发展方向，纺织乍产信息化就是摹于上述纺织生产的 要求f 硎足出的，其中对纺织生产的现场过程有效控制已成为实施纺织生产综合信息化 的基础。 在国外，由于其纺织生产设备的机电一体化程度高、智能水平高，在棉纺生产中 的纺、织、络筒等工序幕本己开发了专门的集中监控软件，以便实施乍产过程的控制， 相继出现了一批所谓的。无人纺织厂”。在纺纱生产细纱生产工段可实现人机对话、 纱线数据管理等自控功能，多生产机台的集中控制很容易实施，目前国内购买了此类 产品的企业，基本都能够实施此类功能。但在针对国内生产的纺纱机械管理上，由于 受软、硬件条件的限制目前大部分企业还只能局限于单机分散管理。 南通大生纱厂创办于1 8 9 5 年，是我国最早的大型纺织企业之一，她走过的历程 是中国纺织工业的一个缩影，在中国的纺织史上写下了令人瞩目的一页。南通大生纱 厂在组建股份制公司、完善法入治理结构、规范公司管理等方面开创了先河。纵观百 年风云，可歌可泣的爱国丰义篇章，百折不挠的创业精神和可供借鉴的历史经验，都 给人以激励奋进的力量和深刻的启迪。 解放以后南通大生纱厂更名为国营南通第一棉纺织厂，在长期的计划经济时代， 企业按照严格的指令性计划安排生产，产品由纺织品站统一收购，价格由上级主管部 门统一制定。其间相继对三大纺织工场进行了脱胎换骨的技术改造，提高了产品的质 量。改肇开放以来，集团公司按建立现代企业制度的要求，积极探索公司制的有效模 式，明确了法人代表负责制，内部加大改革力度，外部进行合资、合作，先后引进外 资近2 0 0 0 万美元，成立了5 个合资企业。1 9 9 5 年9 月，以南通第一棉纺织厂为核心 组建“江苏大生集团”，在随后的几年唯完成了兼并南通毛巾厂、收购南通毛纺厂、 南通第二印染厂，吸纳了离通棉纺织实验厂、南通恒发敷料有限公司并逐步发展成为 市级、省级莺点企业集团。 1 9 9 7 年，国家提出全国压缩棉纺锭i o o o 万锭，按照计划大生集团需压锭2 3 2 5 6 7 南京理工大学硕士学位论文 大生集团纺纱生产监控系统 锭，1 9 9 8 年大生集团雁锭2 3 3 6 0 锭，完成了压锭任务。1 9 9 9 年集团公司积极争取申 报了第一期困债技改项目，投入2 7 亿元对集团公司的纺织、印染漫备进行了技术改 造，并于2 0 0 3 年二季度竣工验收。2 0 0 2 年8 月，集团公司又争取了第七期的技改项 目，集团公司的装备水平在原有的基础上实现了质的飞跃。 近年来，大牛集团在适度扩张的同时，泞莺质的提高，内部进行三项制度的改革， 强化管理的重要性，向管理要效益。改善分配形式，坚持分配向科技、经营倾斜；加 大了新品的开发力度，充分发挥先进设备的优势，在市场上赢得了一席之地；多方面 引进人才充实一线和关键部门，建立人才高地，为今后的快速发展奠定了基础。 我国加入w t o 后。纺织品市场发生了深刻的变化，大犁纺织集团纷纷涌现，生 产规模不断扩大，出现了一些纺织航空母舰，纺织品市场竞争十分激烈。纺织生产更 注蘑对市场的快速反应能力和产品质署，纺织企业更注霞向管理耍效益，因此大生集 团在2 0 0 5 年提出了建立企业资源计划管理系统，纺纱、织造、络筒等工序的集中监 控则成为了整个系统实施的配套项目。大孛集团纺纱生产监拧系统正是基于国产纺纱 机械没备，为满足企业上层信息化管理而开发。 1 4 课题研究内容与目标 “大生集团纺纱生产监控系统”以大生集团纺二车问具有较高机电一体化程度的 并纱机、粗纱机，细纱机以及络筒机台为基础，依靠先进的现场总线技术和以太网技 术，对大牛集团的纺二车间实现焦中监控，以实现纺纱乍产的实时监测，数据采集分 析以及报表生成等功能，解决大生集团资源计划管理系统( e r p ) 建成中的生产现场 数据采集的准确性、及时性的问题，为科学决策提供依据，使整个集团的信息化管理 形成一个闭环控制模式，实现整个大生集团管理信息与现场控制信息的集成，确保集 团资源计划管理系统( e r p ) 的成功实施。 通过集中监控系统能客观反映整个生产现场的人、机以及工艺情况，实现生产现 场辅助管理和工艺参数优化，自动乍成操作工人的生产产蛩，为集团对员工的科学合 理考核提供依据。 1 5 论文的研究内容 本论文的毛要研究内容有： 第一章为论文前言部分； 第二章对纺织乍产车间监控技术进行了研究与分析； 第三章大生集团纺纱生产监控系统需求分析； 8 塑塞望三查兰璺主兰丝笙兰 盔生墨堕堑丝竺主些丝堕 第四章大生集团纺纱生产监控系统设计； 第五章大生集团纺纱生产监控系统开发与实现； 第六章对全文进行总结。 9 南京理工大学硕士学位论文 大奎集团纳纱生产监拧系统 2 纺织生产监控技术研究 2 1 纺织生产特点及监控需求 纺织工业是我国霞耍产业之一，长期以来。在满足人们农着、扩大出口创汇、 增加社会就业、积累建设资金和为整个国民经济的发展等方面发挥了重要的作用。纺 织企业的丰耍特点表现在工序多、设备多和用人多等三个方面；纺织行业的生产特点 主要表现为连续化、多机台和部分的自动化操作等三个方面；影响产品质星主要因素 为原料、设备、工艺、环境、人员等四个方面：市场需求也在朝着产品变化快、小批 量、多品种的方向发展，要求生产部门能够依据市场及时进行调整。1 信息化技术作为全球正面临着的一场新技朱革命，极大地提高了劳动乍产率和工 作效率，在纺织产品研发过程、管理过程、生产过程和营销过程的普遍应用，将成为 新世纪纺织工业伞面进入数字化阶段的霉耍条件。利用最新信息网络技术，促进纺织 服装企业的发展已是当今世界的潮流。 我国纺织工业的发展l 墼持以市场为导向。加入w t o 后，市场定位在全球，而不 是局限在本土纺织企业面临的竞争已不仅是产品、价格、质量、技术的竞争；对市 场变化的快速反应，将是未来纺织企业的核心竞争力。而企业的经营蕾如想在第一时 间内获得第一手数据，就需要有一整套适合企业发展的信息化系统。 纺织企业竞争力的增强需要将信息技术和企业的管理，业务、生产、发展过捍紧 密结合起来，不管应用c “s 、还足e r p 、f c s 、d c $ ，都是代表着一种先进的管理 理念及自动化方案，皆是实现企业信息化的一种手段。它们的成功实施，不仅需要企 业完成最基本的生产自动化建漫，亦需企心进行适应先进管理理念的体制改革。 纺织生产集中监控是基于纺织企业生产的过程控制，是纺织企业信息化的霞耍 组成部分。纺织生产集中监控是通过开发软、硬件，借助信息化网络实现企业现场设 备与控制中心的双向通信。实现集中管理和控制。 2 2 纺织生产监控实施的机械设备条件嘲 纺织机械具有较高的机电一体化水平是实施纺织生产监控的前提。 国际纺织技术以电子信息技术为主导，以新材料和岛精度自动化机械加工技术 为基础，运用光、机、电、气动、液压等传感技术和变频调速等传动技术开发研制了 一代又一代现代化新设备，实现了纺织生产过程中各种工艺参数的在线检测、显示、 1 0 南裒理工大学硕士学位论文大奎集团纺纱生产监拧系统 自动控制和自动调节，实现了设备运行的自动监测、显示、超限报警、自停、甚至故 障自动排除，高度自动化的生产设备能严格按照设定的工艺要求，以定性、定量、规 范化的机械动作实现传统纺织乍产中依靠操作人员技术熟练年旱度完成的各种简单莺 复的手工操作，保证和提高了产品质量，提高了生产效率，降低了产品成本，增强了 产品的竞争力。 近十多年来我国纺织机械行业的自动化水平有了明显的提高，在新型纺织机械 上普遍采用了自动化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以 计算机为核心，有p l c 、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统； 有先进的变频调速，交流伺服步进电机等驱动技术和榆测传感技术等。 2 2 1 纺织生产监控的主要应用技术 ( 1 ) 人机界面技术 近年来在纺织设备上，人机界面技术应用发展很快，需用量逐年增加。单机自动 化稃度较高的设备，设计时大部分选用了触摸屏人机界面，例如高产梳棉机、精梳机， 新犁粗纱机、数控细纱机、高档的分条整经机、浆纱机和织布机等采用触摸屏人机界 面。人机界面年需用最2 0 0 2 年约为2 0 0 0 0 台，目前多数为文本显示方式。主要选用 西门子公司、三菱公司、光洋公司、d i g i t a l 公司的人机界面产品，其次有松下、日立、 o m r o n 、贝加莱、台达等公司的产品。 ( 2 ) p l c 技术 清花、梳棉、并条、精梳、粗纱、络筒、并纱、捻线、罄经、浆纱、无梭织机等 纺织设备均已采用p l c 技术。纺织设备上所用的p l c ，其i o 点数范围：8 5 1 2 点， 约8 5 以上为8 1 1 2 点。p l c 的年需用萤，2 0 0 2 约2 4 0 0 0 台，比2 0 0 0 年增长3 3 。 主要选用的产品有西门子公司、光洋公司、三菱公司的p l c 产品，其次有松下、o m r o n 、 富士、l g 等公司的产品。喷气织机的控制系统，甚至选用了贝加莱公司的p c c ( 可 编程计算机控制器) ，其性能优于一般p l c 。 ( 3 ) 变频技术 在纺织机械上变频器的应用，基本上与p l c 相同，从清花设备到无梭织机都已 广发采用。在纺织设备上应用的变频器容量范围0 3 7 k w 5 0 0 k w ，9 0 以上为 o 3 7 k w 3 7 k w 。大容量的变频器只有化纤设备上应用，需要量少。变频器生产公司 有伦茨公司、明电舍公司、富士公司、l g 公司、a b b 、施耐德、西门子、三菱、安 川，台达等。 ( 4 ) 交流伺服系统的应用 纺织设备上应用交流伺服技术是为了提高设备的性能，满足高精度控制的要求， 南京理工大学硕士学位论丈大尘集团纺纱生产监控系统 目前已有高档梳棉机、带自动调匀整的并条机、新型粗纱机、数控细纱机、分条整经 机、浆纱机、园网印花机等设备应用了交流伺服。国内无梭织机制造厂已开发出交流 何服的电子送经和电子卷取，今后交流伺服的需用阜将非常可观。交流伺服的年需用 量，2 0 0 2 年约2 5 0 0 台。主要选用了伦茨、西门子、三洋、安川、日立等公司的产品。 ( 5 ) 步进电机系统的应用 步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点， 成了计算机应用项目中的t 耍执行元件之一，尤其是在精确定位场合中得到了广泛的 应用。用微璎计算机产生各种步进脉冲驱动步进电机去达到各种控制、测试目的，在 纺织设备上己屡见不鲜了。采用微机控制的步进电机的变频特性运用存织机的送经装 置中很好地解决，经线内部张力不均匀的问题，使产品的质量产生了质的飞跃。 另外，光电榆测( 单向辐射) ，微机控制、步进电机一铁炮变速的自调匀罄装首测 控准确、灵敏度高、适应性好、抗干忧能力强、调节方便，可取代传统的自调匀整器。 ( 6 ) 工控机的应用 因多数纺织设备可以用p l c 来满足生产工艺的控制要求，只有少数设备为了达 到较复杂的控制耍求，采用工控机加p l c 构成控制系统，例如浆纱机、清梳联合机、 新型粗纱机、部分化纤设备。目前在纺织行业中工控机的用量较少。 ( 7 ) 现场总线技术的应用 纺织设备上应用现场总线技术刚开始起步，仅少数设备应用这项技术，如数控细 纱机，浆纱机，分条罄经机、双层起毛机、直捻机，锦、涤纶纺鳇后加工设备应用了 p r o f i b b s 、i n t e r b u s 现场总线等，新璎租纱机和圆网印花机应用了c a n b u s 现场总线。 2 2 2 纺织机械的自动榆测与控制 基于网络连接的柔性化、数字化产品是今后纺织机械的发展趋势。 适应纺织品向多品种小批最、短厨期、时尚化的发展趋势，纺织机械必须实现柔 性化。柔性化有两层含义，首先是产品具有自适应性，如纺纱设备能方便的适应不同 种类的纤维，织机能满足多种织物对织造工艺的要求，在变换品种时能傲到方便快捷； 其次，纺织机械设备制造商具备根据用户的要求而为用户度身定制的能力。如果不能 对用户的需求作出迅捷的有效的反应，那么就有可能失去用户，从而在竞争中处于不 利地位。实现柔住化的必耍条件是产品设计必须贯彻模块化的设计理念。 在机械产品设计中，由于广泛采用基于p l c 、p c c ( p r o g r a m m a b l ec o m p u t e r c o n t r o l l e r - - 可编程计算机控制器) 、p c s ( p r o c e s s c o n t r o l s y s t e m 一过秤控制系统) 、 f c s ( f i e i d b u s c o n t r o l s y s t e 卜现场总线控制系统) 的解决方案，变频调速、交流伺服调 速的普及化，不仅使设备的自动化水平大大提高，而且使机械结构，特别是机械传动 南京理工大学硕士学位论文大乍集团纺纱生产监控系统 机构大大简化。机电一体化水平的提高，使纺织机械的分部传动得以实现，这也使模 块化设计成为可能。不仅机械部分。就是电气控制部分也采用模块化的设计思想，各 功能单元都采用插稽式的结构，不同功能模块的组合，就能满足于变万化的用户需求。 模块化的产品设计，是今后技术的发展趋势。大规模定制生产技术实际上也是基于模 块化设计的基础之上的，数字化使生产过捍实现数字控制成为可能。 上述计算机技术、变频技术以及先进的检测与伺服技术大量运用到我国纺织设备 上，在极大提高了控制精度的同时，也提高了机器的运行效率和产品质阜，向操作者 和管理者提供了极其丰富的生产信息和简单方便的调节界面，特别是这些机器的控制 系统具备了数据通信或网络功能，这正是实现纺织生产自动榆测和控制的基本条件。 2 3 国内纺织生产监控的发展1 2 3 1 起步阶段( 1 9 7 8 - 1 9 8 5 年) 纺织业在企业信息化建设方面起步于上世纪7 0 年代末期，其至最早可以追溯到 1 9 7 5 年上海手套一厂手套机计算机群控。1 9 7 8 年，我国纺织业就开始将计算机运用 到企业管理中，如上海国棉2 2 厂、上海织布六厂部分机台使用国产计算机进行织机 监测。1 9 8 0 年，微型计算机( 如z 8 0 微机) 用于北京国棉一厂库存管理、北京国棉 三厂实验窜数据处理。随着p c 机、单板机等技术的出现，一些试点企业开始建立整 个车间的监测系统和单项管理信息系统，如京棉一厂与北京纺织研究所、纺织科学研 究院、纺织设计院等单位合作，开发了织布车间监测系统、细纱车间监测系统，后来 开发了基于微机局域网的管理系统，在。六五”期间影响很大。 在此期间，国外服装c a d 系统开始引入，自动榆测和控制技术开始在化纤和印 染企业应用，与其它行业相比，作为制造业的纺织行业应用电子信息技术早，应用面 涉及管理、辅助设计、自动监测和自动控制，为后来的应用推广打下了良好的摹础。 2 3 2 应用推广阶段( 1 9 8 6 - 1 9 9 5 年) 。七五”、“八