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染整企业数字化转型的基础构建(一)——工业参数的数字化测控①

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-10-18  作者:陈立秋  浏览次数:75
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 1   企业为什么要数字化转型
1.1 何谓数字经济
数字经济也称智能经济,是工业4.0或后
工业经济的本质特征。数字经济,作为经济学概念的数字经济是人通过大数据(数字化的认知与信息)的识别—选择—过滤—存储—使用,引导,实现资源的快速优化配置与再生;实现经济高质量发展的经济形态。
数字经济通过不断升级的网络基础设施与智能机等信息工具,互联网—云计算—区块链—物联网等信息技术、人类处理大数据的数量、质量和速度的能力,不断增强推动人类经济形态由工业经济向信息经济—知识经济—智慧经济形态转化,极大地降低社会交易成本,提高资源,优化配置效率,提高产品、企业、产业附加值,推动社会生产力快速发展。
数字经济的本质在于信息化。信息化是由计算机与互联网等生产工具的革命所引起的工业转向信息经济的一种社会过程。信息的生产和应用两大方面是其中的关键。
1.2 数字化助力染整企业转型
染整生产从小批量、多品种加工,提升为实现及时化生产和一次准确化生产,这就需要不仅能迅速、准确地监视生产过程的工艺变量,而且能迅速地进行工况分析、判断,做出工艺优化的操作决策的自动化装备。生产过程自动地检测、控制,严格的信息采样、变送、控制,替代操作者的部分劳动,使生产在不同程度上自动地进行。生产过程按规定的工艺变量(如温度、湿度、速度、张力、浓度、液位、色泽、时间、克重、门幅、导布、含氧量、pH值、预缩率及化学药剂的施加量等)值要求“上真工艺”,确保产品质量的稳定性、再现性,达到节能、降耗、低成本,安全、可靠、少污染的清洁生产,提高染整企业综合技术实力和市场竞争能力。染整生产过程自动化是染整企业可持续发展的重大举措。
染整生产过程中,由于自然或人为的原因,工艺变量值往往发生波动,偏离工艺变量的规定值产生偏差。要达到稳定操作工艺的再现性好,就必须对它们及时地进行检测,并对生产过程实现自动控制,以消除这种偏差而使工艺变量恢复到规定值,达到“上真工艺”生产。
1.3 生产数学化必须自动化技改
在染整生产过程中,检测的目的是正确及时地掌握各种工艺变量的信息,一般情况是获取被测对象信息的大小,即被测量的大小,因此,信息采集的主要含义,就是测量和取得测量数据。完成信号的检测需要有传感器与多种仪表的组合,这样便形成了测量系统。
要实施生产数字化,必须先进行自动化的技改,自动化仪表按其功能不同,大致分成四个大类,即检测仪表(包括各种变量的检测元件和变送器等)、显示仪表(包括用模拟量显示和数字量显示)、调节仪表(包括气动、电动调节仪表)和执行器(包括气动、电动、液动等执行器)这些仪表之间的关系如图1所示。
在染整生产中,不仅需要采用各种检测方法将工艺变量的大小测量出来,而且还要求把这些测量值及时、准以便提供生产所必需的数据,让操作者了解生产过程的全部情况,更好地操纵、管理生产。
2   工艺参数的数据采集传感器
2.1 数字式传感器的应用
数字式传感器能够直接非电量转换成数字量,这样就不需要A/D转换,直接用数字显示。
数字式传感器与模拟式传感器相比有以下优点:测量精度和分辨率高,稳定性好,抗干扰能力强,便于与微机接口,适当远距离传输等。
2.2 编码器
将机械转动的模拟量(位移)转换成以数字代码形式表示的电信号,这类传感器称为编码器。
编码器的种类很多,主要分为脉冲盘式(增量编码器)和码盘式编码器(绝对编码器),有接触式、电磁式及光电式三种码盘式编码器。
光电式编码器的性价比最高,它作为精密位移传感器在自动控制技术中得到广泛的应用。
2.3 智能式传感器的应用
2.3.1智能传感器与传统传感器的差别?
传统的传感器只能作为敏感元件,检测物理量的变化,而智能传感器则包括测量信号调理(如滤波、放大、A/D转换等)、数据处理、数据显示以及自校、自检、自补偿等功能,图2为智能传感器的原理框图。
 
 
微处理器是智能传感器的核心,它不但可以对传感器的测量数据进行计算、存储、数据处理,还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于微处理器可以充分发挥各种软件的功能,完成硬件难以完成的任务,从而大大降低了传感器制造的难度,提高了传感器的性能,降低了成本。需要指出的是,除微处理器以外,智能传感器相对于传统传感器的另一显著特征是其信号调理电路。被测的物理量转换成相应的电信号后,送到信号调理电路中,进行滤波、放大、转换,再送入计算机(微处理器)中进行处理。
2.3.2无论是传感器的智能化,还是集成智能化传感器,都是带有微机的兼具检测信息和处理信息功能的传感器,可统称为智能式传感器。和传统的传感器相比,智能化传感器具有以下功能。
    (1)具有逻辑判断、统计处理功能,可对检测数据进行分析、统计和修正,还可进行线性、非线性、温度、噪声、响应时间、交叉感应以及缓慢漂移等的误差补偿,提高了测量准确度。
    (2)且有自诊断、自校准功能,可在接通电源时进行开机自检,可在工作中进行运行自检,并可实时自行诊断测试,以确定哪一组件有故障,提高了工作可靠性。
    (3)具有自适应、自调整功能:可根据待测物理量的数值大小及变化情况自动选择检测量程和测量方式,提高了检测适用性。
    (4)具有组态功能,可实现多传感器、多参数的复合测量,扩大了检测与使用范围。
    (5)具有记忆、存储功能:可进行检测数据白随时存取,加快了信息的处理速度。
    (6)具有数据通信功能:智能化传感器具有据通信接口,能与计算机直接联机,相互交换信息提高了信息处理的质量。
2.3.3智能式传感器网络化技术的应用
随着计算机技术和网络通信技术的飞速发展,计算机网络已渗透到各行各业,从传统的现场模拟信号通信方式转为现场级的全数字信号通信方式,即传感器现场级的数字化网络方式。因此,基于现场总线,基于以太网等的传感器网络化技术及应用。
一般的智能传感器都具有双向通信功能,即微处理器和基本传感器之间能够相互通信,微处理器不但接收、处理传感器的数据,还可将信息反馈至传感器,对测量过程进行调节和控制。但这种双向通信功能离真正意义上的网络通信还有距离。因此,各国科学家和技术人员在智能传感器的基础上研究了网络化传感器,使传感器在实现智能化的基础上同时实现网络化,使现场测控参量就近上网,并具备必要的信息处理功能。
   现场总线控制系统可以认为是一个局部测控网络。但基于现场总线的智能传感器只是实现了各种现场总线通信协议,还没有实现真正意义上的网络通信协议。目前,研究具有网络通信功能的智能传感器(即实现智能传感器的网络化),不仅要使智能传感器满足于支持现场总线通信协议进入局部测控网络,而且要使智能传感器实现网络通信协议(EEE 802.3、TCP/IP等),使智能传感器能直接与计算机网络进行数据通信,进一步还可以实现在网络上任何节点对网络化智能传感器的远程数据访问,信息适时发布与共享,以及对智能传感器的在线编程和组态,这才是网络传感器的目标和价值所在。
 
 
 
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