物聯(lián)網(wǎng)在紡織企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

趙妍+荊立夏+蘇玉召

摘要：建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)是紡織企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排、降低成本的途徑之一。本文以棉紡織企業(yè)為示例，通過對比分析能耗與紡織企業(yè)產(chǎn)值、利潤等的關(guān)系，得出紡織企業(yè)建立物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的必要性。文中同時還給出了紡織業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)方案和詳細(xì)流程。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能減排；紡織行業(yè)

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Application of Internet of Things in Textile Mill

Abstract： Building internet of things is a good way to reduce energy consumption and cost. This paper took a domestic cotton spinning mill as an example to analyze the relationship between energy consumption and output value and profit. The authors also introduced a construction scheme and functional design of the internet of things to reduce textile mills energy consumption and cost.

Key words： internet of things； energy conservation and emission reduction； textile industry

1 引言

在物聯(lián)網(wǎng)研究和應(yīng)用中，一些學(xué)者集中于傳感器本身的研究。例如陳新河的無線射頻識別（RFID）技術(shù)，夏恒星等人基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計；宋合營等人對分布式環(huán)境的傳感器數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行了研究和應(yīng)用；閆濤等人則將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)安全生產(chǎn)方面，利用繁雜異形的各種信息節(jié)點采集企業(yè)生產(chǎn)中的各種預(yù)警信息，進(jìn)行綜合處理并形成預(yù)警決策信息；蔣林岑等人提出一種新的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型描述語言，將面向服務(wù)架構(gòu)SOA的概念應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中，可以對應(yīng)用組件進(jìn)行部署、組合和使用；陳榮伶等人提出一種新的算法，目的是防止讀寫傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突；毛國君等人對采集的傳感器數(shù)據(jù)流進(jìn)行研究，探討了分布式數(shù)據(jù)流的挖掘模型，目的是解決數(shù)據(jù)挖掘質(zhì)量和效率問題；陳科文等人對物聯(lián)網(wǎng)中多種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)融合問題進(jìn)行了研究，分析了信息融合的新方法和發(fā)展趨勢。但是，現(xiàn)在企業(yè)還缺乏數(shù)控機(jī)床相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，本文將主要研究由傳感器、智能儀表和數(shù)控機(jī)床等組成的物聯(lián)網(wǎng)。

通過物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)信息化建設(shè)是當(dāng)前紡織企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排，以及面對自動化、智能化發(fā)展趨勢的必然選擇。中國紡織工業(yè)聯(lián)合會環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約委員會曾組織開展了“紡織工業(yè)企業(yè)百萬節(jié)能義診”（簡稱“紡織工業(yè)百萬節(jié)能義診”）、“節(jié)能服務(wù)進(jìn)萬家”等活動。本文作者作為信息化節(jié)能分組成員參加了此次活動，并對調(diào)研過的一些企業(yè)提出了紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的建議和方法。節(jié)能義診活動中所調(diào)研的紡織企業(yè)生產(chǎn)各有側(cè)重，本文以中等規(guī)模的國有棉紡企業(yè)為例，重點探討了紡紗生產(chǎn)過程中如何通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實現(xiàn)節(jié)能減排。

2 紡織行業(yè)耗能現(xiàn)狀分析

2.1 能耗分析

企業(yè)節(jié)能減排既有國家政策方針的硬性規(guī)定，也有來自行業(yè)內(nèi)部的競爭壓力。以一個典型的國有企業(yè)2010年和2011年的能耗對比來說明能耗與產(chǎn)值的關(guān)系（圖 1）。

如圖 1 所示，該企業(yè)2010年完成紡紗產(chǎn)量6 230 t，綜合能耗10 876 t標(biāo)準(zhǔn)煤，工業(yè)總產(chǎn)值37 125萬元，工業(yè)增加值11 235萬元，利稅6 049萬元；2011年完成紡紗產(chǎn)量6 153 t，綜合能耗11 007 t標(biāo)準(zhǔn)煤，工業(yè)總產(chǎn)值 46 448萬元，工業(yè)增加值11 085萬元，利稅3 088萬元。從中可以看出，2010年與2011年的綜合能耗相差無幾，但2011年的總產(chǎn)值明顯高出2010年，利稅卻少很多。其原因既有來自市場環(huán)境的壓力造成利潤降低，也有無法降低運(yùn)行成本增加利潤收入的因素。通過節(jié)能降低運(yùn)行成本的同時，也減少了污染、美化了環(huán)境。

假設(shè)該企業(yè)主要消耗電力、液化氣、水和各類油等能源，2010年和2011年其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對比如圖 2 所示。

從圖 2 可以看出，該企業(yè)耗水量非常大，使用電能以外購為主，購買的天然氣和各種燃油相對很少。因此，控制并節(jié)約水消耗將產(chǎn)生積極影響。

圖 3 是該企業(yè)2010年和2011年棉紗生產(chǎn)的能源消費(fèi)對比關(guān)系。從中可以看出，2010年和2011年間消耗的電能和折算的標(biāo)煤用量沒有明顯區(qū)別，也就是說，節(jié)能減排成效不明顯，需要借助新技術(shù)和新方法實現(xiàn)節(jié)能減排、增產(chǎn)增效的目標(biāo)。

電力的主要消耗為清花、梳棉機(jī)、濾塵裝置、精梳機(jī)、并條機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、自落、倍捻、燒毛、倒筒、空調(diào)、地吸等專用設(shè)備；液化氣主要用于燒毛機(jī)燒掉紗線表面纖維；水主要用于空調(diào)加濕、降溫及沖衛(wèi)等；自來水主要用于員工飲用水和食堂用水；油主要用于廠內(nèi)車輛和車間檢修。能源的具體流向如圖 5 所示。

圖 6 中，數(shù)據(jù)采集主要采集各種類型傳感器感知獲得的各類數(shù)據(jù)，用于環(huán)境和能量監(jiān)測，目的是為數(shù)據(jù)處理單元傳輸分析所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理部分將數(shù)據(jù)分成兩類進(jìn)行處理：一類在線分析，及時發(fā)現(xiàn)隱患并報警處理；另一類離線分析，將數(shù)據(jù)整理歸類后放入數(shù)據(jù)倉庫，留待以后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策生產(chǎn)報告。能源管理平臺有兩個任務(wù)：一是控制能耗，直接連接到能源控制中心；二是數(shù)據(jù)分析和查詢。能源控制中心的用途是控制能源消耗，既有節(jié)能減排的用途，也有排除、及時發(fā)現(xiàn)隱患的作用。

3.2 詳細(xì)流程

圖 7 所示為棉紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的詳細(xì)流程和工作方式。

圖 7 中，其流程順序為：系統(tǒng)從傳感器、智能儀表、數(shù)控車床采集的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后交付給數(shù)據(jù)處理程序，數(shù)據(jù)處理程序根據(jù)數(shù)據(jù)值是否超過設(shè)定的閾值，再決定兩個方向的程序是否啟動，能源管理中心接收數(shù)據(jù)處理程序處理后的數(shù)據(jù)的同時，也接收報警/控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令狀態(tài)信息，隨后，控制紡紗車間、織染車間、燒毛車間和動力車間耗能設(shè)備的指令通過人工或者自動方式啟動相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行或者停止，從而達(dá)到節(jié)能減排、排除隱患的目標(biāo)。

傳感器單元子系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測環(huán)境和能源消耗數(shù)據(jù)，通過能源報警/控制系統(tǒng)提醒工作人員和控制環(huán)境及耗能設(shè)備運(yùn)行等情況，數(shù)據(jù)值如果達(dá)到或者超過預(yù)設(shè)閾值，則警報提醒并經(jīng)過能源管理系統(tǒng)中心的數(shù)據(jù)分析和控制進(jìn)行下一步處理工作。報警功能可以通過手機(jī)短信、廠區(qū)電子板和警笛等實現(xiàn)。自動控制子系統(tǒng)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)空調(diào)、蒸汽/冷凝水等設(shè)備控制生產(chǎn)的紡紗部、織染部等的環(huán)境和耗能設(shè)備運(yùn)行。

智能儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)公用總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析程序之后，能源管理平臺進(jìn)行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)置智能儀表參數(shù)等。

現(xiàn)代的棉紡織數(shù)控機(jī)床都具有操作系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制的功能，并且具有遠(yuǎn)程接口。數(shù)控機(jī)床管理系統(tǒng)中心通過公用數(shù)據(jù)總線訪問棉紡織數(shù)控機(jī)床，采集數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)，控制數(shù)控機(jī)床設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。

4 結(jié)語

本文旨在為紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供相應(yīng)的思路以及可以借鑒的技術(shù)，滿足當(dāng)前紡織企業(yè)對提升信息化水平的強(qiáng)烈需求和愿望，助力紡織企業(yè)在現(xiàn)有穩(wěn)固、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施條件下進(jìn)行信息化升級和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)。

摘要：建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)是紡織企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排、降低成本的途徑之一。本文以棉紡織企業(yè)為示例，通過對比分析能耗與紡織企業(yè)產(chǎn)值、利潤等的關(guān)系，得出紡織企業(yè)建立物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的必要性。文中同時還給出了紡織業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)方案和詳細(xì)流程。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能減排；紡織行業(yè)

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Application of Internet of Things in Textile Mill

Abstract： Building internet of things is a good way to reduce energy consumption and cost. This paper took a domestic cotton spinning mill as an example to analyze the relationship between energy consumption and output value and profit. The authors also introduced a construction scheme and functional design of the internet of things to reduce textile mills energy consumption and cost.

Key words： internet of things； energy conservation and emission reduction； textile industry

1 引言

在物聯(lián)網(wǎng)研究和應(yīng)用中，一些學(xué)者集中于傳感器本身的研究。例如陳新河的無線射頻識別（RFID）技術(shù)，夏恒星等人基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計；宋合營等人對分布式環(huán)境的傳感器數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行了研究和應(yīng)用；閆濤等人則將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)安全生產(chǎn)方面，利用繁雜異形的各種信息節(jié)點采集企業(yè)生產(chǎn)中的各種預(yù)警信息，進(jìn)行綜合處理并形成預(yù)警決策信息；蔣林岑等人提出一種新的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型描述語言，將面向服務(wù)架構(gòu)SOA的概念應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中，可以對應(yīng)用組件進(jìn)行部署、組合和使用；陳榮伶等人提出一種新的算法，目的是防止讀寫傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突；毛國君等人對采集的傳感器數(shù)據(jù)流進(jìn)行研究，探討了分布式數(shù)據(jù)流的挖掘模型，目的是解決數(shù)據(jù)挖掘質(zhì)量和效率問題；陳科文等人對物聯(lián)網(wǎng)中多種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)融合問題進(jìn)行了研究，分析了信息融合的新方法和發(fā)展趨勢。但是，現(xiàn)在企業(yè)還缺乏數(shù)控機(jī)床相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，本文將主要研究由傳感器、智能儀表和數(shù)控機(jī)床等組成的物聯(lián)網(wǎng)。

通過物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)信息化建設(shè)是當(dāng)前紡織企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排，以及面對自動化、智能化發(fā)展趨勢的必然選擇。中國紡織工業(yè)聯(lián)合會環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約委員會曾組織開展了“紡織工業(yè)企業(yè)百萬節(jié)能義診”（簡稱“紡織工業(yè)百萬節(jié)能義診”）、“節(jié)能服務(wù)進(jìn)萬家”等活動。本文作者作為信息化節(jié)能分組成員參加了此次活動，并對調(diào)研過的一些企業(yè)提出了紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的建議和方法。節(jié)能義診活動中所調(diào)研的紡織企業(yè)生產(chǎn)各有側(cè)重，本文以中等規(guī)模的國有棉紡企業(yè)為例，重點探討了紡紗生產(chǎn)過程中如何通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實現(xiàn)節(jié)能減排。

2 紡織行業(yè)耗能現(xiàn)狀分析

2.1 能耗分析

企業(yè)節(jié)能減排既有國家政策方針的硬性規(guī)定，也有來自行業(yè)內(nèi)部的競爭壓力。以一個典型的國有企業(yè)2010年和2011年的能耗對比來說明能耗與產(chǎn)值的關(guān)系（圖 1）。

如圖 1 所示，該企業(yè)2010年完成紡紗產(chǎn)量6 230 t，綜合能耗10 876 t標(biāo)準(zhǔn)煤，工業(yè)總產(chǎn)值37 125萬元，工業(yè)增加值11 235萬元，利稅6 049萬元；2011年完成紡紗產(chǎn)量6 153 t，綜合能耗11 007 t標(biāo)準(zhǔn)煤，工業(yè)總產(chǎn)值 46 448萬元，工業(yè)增加值11 085萬元，利稅3 088萬元。從中可以看出，2010年與2011年的綜合能耗相差無幾，但2011年的總產(chǎn)值明顯高出2010年，利稅卻少很多。其原因既有來自市場環(huán)境的壓力造成利潤降低，也有無法降低運(yùn)行成本增加利潤收入的因素。通過節(jié)能降低運(yùn)行成本的同時，也減少了污染、美化了環(huán)境。

假設(shè)該企業(yè)主要消耗電力、液化氣、水和各類油等能源，2010年和2011年其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對比如圖 2 所示。

從圖 2 可以看出，該企業(yè)耗水量非常大，使用電能以外購為主，購買的天然氣和各種燃油相對很少。因此，控制并節(jié)約水消耗將產(chǎn)生積極影響。

圖 3 是該企業(yè)2010年和2011年棉紗生產(chǎn)的能源消費(fèi)對比關(guān)系。從中可以看出，2010年和2011年間消耗的電能和折算的標(biāo)煤用量沒有明顯區(qū)別，也就是說，節(jié)能減排成效不明顯，需要借助新技術(shù)和新方法實現(xiàn)節(jié)能減排、增產(chǎn)增效的目標(biāo)。

電力的主要消耗為清花、梳棉機(jī)、濾塵裝置、精梳機(jī)、并條機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、自落、倍捻、燒毛、倒筒、空調(diào)、地吸等專用設(shè)備；液化氣主要用于燒毛機(jī)燒掉紗線表面纖維；水主要用于空調(diào)加濕、降溫及沖衛(wèi)等；自來水主要用于員工飲用水和食堂用水；油主要用于廠內(nèi)車輛和車間檢修。能源的具體流向如圖 5 所示。

圖 6 中，數(shù)據(jù)采集主要采集各種類型傳感器感知獲得的各類數(shù)據(jù)，用于環(huán)境和能量監(jiān)測，目的是為數(shù)據(jù)處理單元傳輸分析所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理部分將數(shù)據(jù)分成兩類進(jìn)行處理：一類在線分析，及時發(fā)現(xiàn)隱患并報警處理；另一類離線分析，將數(shù)據(jù)整理歸類后放入數(shù)據(jù)倉庫，留待以后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策生產(chǎn)報告。能源管理平臺有兩個任務(wù)：一是控制能耗，直接連接到能源控制中心；二是數(shù)據(jù)分析和查詢。能源控制中心的用途是控制能源消耗，既有節(jié)能減排的用途，也有排除、及時發(fā)現(xiàn)隱患的作用。

3.2 詳細(xì)流程

圖 7 所示為棉紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的詳細(xì)流程和工作方式。

圖 7 中，其流程順序為：系統(tǒng)從傳感器、智能儀表、數(shù)控車床采集的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后交付給數(shù)據(jù)處理程序，數(shù)據(jù)處理程序根據(jù)數(shù)據(jù)值是否超過設(shè)定的閾值，再決定兩個方向的程序是否啟動，能源管理中心接收數(shù)據(jù)處理程序處理后的數(shù)據(jù)的同時，也接收報警/控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令狀態(tài)信息，隨后，控制紡紗車間、織染車間、燒毛車間和動力車間耗能設(shè)備的指令通過人工或者自動方式啟動相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行或者停止，從而達(dá)到節(jié)能減排、排除隱患的目標(biāo)。

傳感器單元子系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測環(huán)境和能源消耗數(shù)據(jù)，通過能源報警/控制系統(tǒng)提醒工作人員和控制環(huán)境及耗能設(shè)備運(yùn)行等情況，數(shù)據(jù)值如果達(dá)到或者超過預(yù)設(shè)閾值，則警報提醒并經(jīng)過能源管理系統(tǒng)中心的數(shù)據(jù)分析和控制進(jìn)行下一步處理工作。報警功能可以通過手機(jī)短信、廠區(qū)電子板和警笛等實現(xiàn)。自動控制子系統(tǒng)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)空調(diào)、蒸汽/冷凝水等設(shè)備控制生產(chǎn)的紡紗部、織染部等的環(huán)境和耗能設(shè)備運(yùn)行。

智能儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)公用總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析程序之后，能源管理平臺進(jìn)行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)置智能儀表參數(shù)等。

現(xiàn)代的棉紡織數(shù)控機(jī)床都具有操作系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制的功能，并且具有遠(yuǎn)程接口。數(shù)控機(jī)床管理系統(tǒng)中心通過公用數(shù)據(jù)總線訪問棉紡織數(shù)控機(jī)床，采集數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)，控制數(shù)控機(jī)床設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。

4 結(jié)語

本文旨在為紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供相應(yīng)的思路以及可以借鑒的技術(shù)，滿足當(dāng)前紡織企業(yè)對提升信息化水平的強(qiáng)烈需求和愿望，助力紡織企業(yè)在現(xiàn)有穩(wěn)固、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施條件下進(jìn)行信息化升級和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)。

摘要：建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)是紡織企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排、降低成本的途徑之一。本文以棉紡織企業(yè)為示例，通過對比分析能耗與紡織企業(yè)產(chǎn)值、利潤等的關(guān)系，得出紡織企業(yè)建立物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的必要性。文中同時還給出了紡織業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)方案和詳細(xì)流程。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能減排；紡織行業(yè)

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Application of Internet of Things in Textile Mill

Abstract： Building internet of things is a good way to reduce energy consumption and cost. This paper took a domestic cotton spinning mill as an example to analyze the relationship between energy consumption and output value and profit. The authors also introduced a construction scheme and functional design of the internet of things to reduce textile mills energy consumption and cost.

Key words： internet of things； energy conservation and emission reduction； textile industry

1 引言

在物聯(lián)網(wǎng)研究和應(yīng)用中，一些學(xué)者集中于傳感器本身的研究。例如陳新河的無線射頻識別（RFID）技術(shù)，夏恒星等人基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計；宋合營等人對分布式環(huán)境的傳感器數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行了研究和應(yīng)用；閆濤等人則將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)安全生產(chǎn)方面，利用繁雜異形的各種信息節(jié)點采集企業(yè)生產(chǎn)中的各種預(yù)警信息，進(jìn)行綜合處理并形成預(yù)警決策信息；蔣林岑等人提出一種新的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型描述語言，將面向服務(wù)架構(gòu)SOA的概念應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中，可以對應(yīng)用組件進(jìn)行部署、組合和使用；陳榮伶等人提出一種新的算法，目的是防止讀寫傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突；毛國君等人對采集的傳感器數(shù)據(jù)流進(jìn)行研究，探討了分布式數(shù)據(jù)流的挖掘模型，目的是解決數(shù)據(jù)挖掘質(zhì)量和效率問題；陳科文等人對物聯(lián)網(wǎng)中多種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)融合問題進(jìn)行了研究，分析了信息融合的新方法和發(fā)展趨勢。但是，現(xiàn)在企業(yè)還缺乏數(shù)控機(jī)床相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，本文將主要研究由傳感器、智能儀表和數(shù)控機(jī)床等組成的物聯(lián)網(wǎng)。

通過物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)信息化建設(shè)是當(dāng)前紡織企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排，以及面對自動化、智能化發(fā)展趨勢的必然選擇。中國紡織工業(yè)聯(lián)合會環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約委員會曾組織開展了“紡織工業(yè)企業(yè)百萬節(jié)能義診”（簡稱“紡織工業(yè)百萬節(jié)能義診”）、“節(jié)能服務(wù)進(jìn)萬家”等活動。本文作者作為信息化節(jié)能分組成員參加了此次活動，并對調(diào)研過的一些企業(yè)提出了紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的建議和方法。節(jié)能義診活動中所調(diào)研的紡織企業(yè)生產(chǎn)各有側(cè)重，本文以中等規(guī)模的國有棉紡企業(yè)為例，重點探討了紡紗生產(chǎn)過程中如何通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實現(xiàn)節(jié)能減排。

2 紡織行業(yè)耗能現(xiàn)狀分析

2.1 能耗分析

企業(yè)節(jié)能減排既有國家政策方針的硬性規(guī)定，也有來自行業(yè)內(nèi)部的競爭壓力。以一個典型的國有企業(yè)2010年和2011年的能耗對比來說明能耗與產(chǎn)值的關(guān)系（圖 1）。

如圖 1 所示，該企業(yè)2010年完成紡紗產(chǎn)量6 230 t，綜合能耗10 876 t標(biāo)準(zhǔn)煤，工業(yè)總產(chǎn)值37 125萬元，工業(yè)增加值11 235萬元，利稅6 049萬元；2011年完成紡紗產(chǎn)量6 153 t，綜合能耗11 007 t標(biāo)準(zhǔn)煤，工業(yè)總產(chǎn)值 46 448萬元，工業(yè)增加值11 085萬元，利稅3 088萬元。從中可以看出，2010年與2011年的綜合能耗相差無幾，但2011年的總產(chǎn)值明顯高出2010年，利稅卻少很多。其原因既有來自市場環(huán)境的壓力造成利潤降低，也有無法降低運(yùn)行成本增加利潤收入的因素。通過節(jié)能降低運(yùn)行成本的同時，也減少了污染、美化了環(huán)境。

假設(shè)該企業(yè)主要消耗電力、液化氣、水和各類油等能源，2010年和2011年其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對比如圖 2 所示。

從圖 2 可以看出，該企業(yè)耗水量非常大，使用電能以外購為主，購買的天然氣和各種燃油相對很少。因此，控制并節(jié)約水消耗將產(chǎn)生積極影響。

圖 3 是該企業(yè)2010年和2011年棉紗生產(chǎn)的能源消費(fèi)對比關(guān)系。從中可以看出，2010年和2011年間消耗的電能和折算的標(biāo)煤用量沒有明顯區(qū)別，也就是說，節(jié)能減排成效不明顯，需要借助新技術(shù)和新方法實現(xiàn)節(jié)能減排、增產(chǎn)增效的目標(biāo)。

電力的主要消耗為清花、梳棉機(jī)、濾塵裝置、精梳機(jī)、并條機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、自落、倍捻、燒毛、倒筒、空調(diào)、地吸等專用設(shè)備；液化氣主要用于燒毛機(jī)燒掉紗線表面纖維；水主要用于空調(diào)加濕、降溫及沖衛(wèi)等；自來水主要用于員工飲用水和食堂用水；油主要用于廠內(nèi)車輛和車間檢修。能源的具體流向如圖 5 所示。

圖 6 中，數(shù)據(jù)采集主要采集各種類型傳感器感知獲得的各類數(shù)據(jù)，用于環(huán)境和能量監(jiān)測，目的是為數(shù)據(jù)處理單元傳輸分析所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理部分將數(shù)據(jù)分成兩類進(jìn)行處理：一類在線分析，及時發(fā)現(xiàn)隱患并報警處理；另一類離線分析，將數(shù)據(jù)整理歸類后放入數(shù)據(jù)倉庫，留待以后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策生產(chǎn)報告。能源管理平臺有兩個任務(wù)：一是控制能耗，直接連接到能源控制中心；二是數(shù)據(jù)分析和查詢。能源控制中心的用途是控制能源消耗，既有節(jié)能減排的用途，也有排除、及時發(fā)現(xiàn)隱患的作用。

3.2 詳細(xì)流程

圖 7 所示為棉紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的詳細(xì)流程和工作方式。

圖 7 中，其流程順序為：系統(tǒng)從傳感器、智能儀表、數(shù)控車床采集的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后交付給數(shù)據(jù)處理程序，數(shù)據(jù)處理程序根據(jù)數(shù)據(jù)值是否超過設(shè)定的閾值，再決定兩個方向的程序是否啟動，能源管理中心接收數(shù)據(jù)處理程序處理后的數(shù)據(jù)的同時，也接收報警/控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令狀態(tài)信息，隨后，控制紡紗車間、織染車間、燒毛車間和動力車間耗能設(shè)備的指令通過人工或者自動方式啟動相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行或者停止，從而達(dá)到節(jié)能減排、排除隱患的目標(biāo)。

傳感器單元子系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測環(huán)境和能源消耗數(shù)據(jù)，通過能源報警/控制系統(tǒng)提醒工作人員和控制環(huán)境及耗能設(shè)備運(yùn)行等情況，數(shù)據(jù)值如果達(dá)到或者超過預(yù)設(shè)閾值，則警報提醒并經(jīng)過能源管理系統(tǒng)中心的數(shù)據(jù)分析和控制進(jìn)行下一步處理工作。報警功能可以通過手機(jī)短信、廠區(qū)電子板和警笛等實現(xiàn)。自動控制子系統(tǒng)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)空調(diào)、蒸汽/冷凝水等設(shè)備控制生產(chǎn)的紡紗部、織染部等的環(huán)境和耗能設(shè)備運(yùn)行。

智能儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)公用總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析程序之后，能源管理平臺進(jìn)行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)置智能儀表參數(shù)等。

現(xiàn)代的棉紡織數(shù)控機(jī)床都具有操作系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制的功能，并且具有遠(yuǎn)程接口。數(shù)控機(jī)床管理系統(tǒng)中心通過公用數(shù)據(jù)總線訪問棉紡織數(shù)控機(jī)床，采集數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)，控制數(shù)控機(jī)床設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。

4 結(jié)語

本文旨在為紡織企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供相應(yīng)的思路以及可以借鑒的技術(shù)，滿足當(dāng)前紡織企業(yè)對提升信息化水平的強(qiáng)烈需求和愿望，助力紡織企業(yè)在現(xiàn)有穩(wěn)固、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施條件下進(jìn)行信息化升級和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)。