物聯網在紡織企業生產中的應用

趙妍+荊立夏+蘇玉召

摘要：建設物聯網是紡織企業實現節能減排、降低成本的途徑之一。本文以棉紡織企業為示例，通過對比分析能耗與紡織企業產值、利潤等的關系，得出紡織企業建立物聯網應用的必要性。文中同時還給出了紡織業物聯網的建設方案和詳細流程。

關鍵詞：物聯網；節能減排；紡織行業

中圖分類號：TP31 文獻標志碼：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

在物聯網研究和應用中，一些學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，夏恒星等人基于CC2430的無線傳感器網絡節點設計；宋合營等人對分布式環境的傳感器數據采集方法進行了研究和應用；閆濤等人則將物聯網技術應用到企業安全生產方面，利用繁雜異形的各種信息節點采集企業生產中的各種預警信息，進行綜合處理并形成預警決策信息；蔣林岑等人提出一種新的物聯網業務模型描述語言，將面向服務架構SOA的概念應用于物聯網業務中，可以對應用組件進行部署、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數據時發生沖突；毛國君等人對采集的傳感器數據流進行研究，探討了分布式數據流的挖掘模型，目的是解決數據挖掘質量和效率問題；陳科文等人對物聯網中多種數據源的數據融合問題進行了研究，分析了信息融合的新方法和發展趨勢。但是，現在企業還缺乏數控機床相關的物聯網應用，本文將主要研究由傳感器、智能儀表和數控機床等組成的物聯網。

通過物聯網推進信息化建設是當前紡織企業進行節能減排，以及面對自動化、智能化發展趨勢的必然選擇。中國紡織工業聯合會環境保護與資源節約委員會曾組織開展了“紡織工業企業百萬節能義診”（簡稱“紡織工業百萬節能義診”）、“節能服務進萬家”等活動。本文作者作為信息化節能分組成員參加了此次活動，并對調研過的一些企業提出了紡織企業物聯網建設的建議和方法。節能義診活動中所調研的紡織企業生產各有側重，本文以中等規模的國有棉紡企業為例，重點探討了紡紗生產過程中如何通過物聯網應用實現節能減排。

2 紡織行業耗能現狀分析

2.1 能耗分析

企業節能減排既有國家政策方針的硬性規定，也有來自行業內部的競爭壓力。以一個典型的國有企業2010年和2011年的能耗對比來說明能耗與產值的關系（圖 1）。

如圖 1 所示，該企業2010年完成紡紗產量6 230 t，綜合能耗10 876 t標準煤，工業總產值37 125萬元，工業增加值11 235萬元，利稅6 049萬元；2011年完成紡紗產量6 153 t，綜合能耗11 007 t標準煤，工業總產值 46 448萬元，工業增加值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年的總產值明顯高出2010年，利稅卻少很多。其原因既有來自市場環境的壓力造成利潤降低，也有無法降低運行成本增加利潤收入的因素。通過節能降低運行成本的同時，也減少了污染、美化了環境。

假設該企業主要消耗電力、液化氣、水和各類油等能源，2010年和2011年其能源消費結構對比如圖 2 所示。

從圖 2 可以看出，該企業耗水量非常大，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，控制并節約水消耗將產生積極影響。

圖 3 是該企業2010年和2011年棉紗生產的能源消費對比關系。從中可以看出，2010年和2011年間消耗的電能和折算的標煤用量沒有明顯區別，也就是說，節能減排成效不明顯，需要借助新技術和新方法實現節能減排、增產增效的目標。

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

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

3.2 詳細流程

圖 7 所示為棉紡織企業物聯網的詳細流程和工作方式。

圖 7 中，其流程順序為：系統從傳感器、智能儀表、數控車床采集的數據經網絡傳輸后交付給數據處理程序，數據處理程序根據數據值是否超過設定的閾值，再決定兩個方向的程序是否啟動，能源管理中心接收數據處理程序處理后的數據的同時，也接收報警/控制系統發送的控制指令狀態信息，隨后，控制紡紗車間、織染車間、燒毛車間和動力車間耗能設備的指令通過人工或者自動方式啟動相應設備運行或者停止，從而達到節能減排、排除隱患的目標。

傳感器單元子系統的主要任務是監測環境和能源消耗數據，通過能源報警/控制系統提醒工作人員和控制環境及耗能設備運行等情況，數據值如果達到或者超過預設閾值，則警報提醒并經過能源管理系統中心的數據分析和控制進行下一步處理工作。報警功能可以通過手機短信、廠區電子板和警笛等實現。自動控制子系統系統通過調節空調、蒸汽/冷凝水等設備控制生產的紡紗部、織染部等的環境和耗能設備運行。

智能儀表采集的數據經公用總線傳輸到數據分析程序之后，能源管理平臺進行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通過網絡設置智能儀表參數等。

現代的棉紡織數控機床都具有操作系統實現自動化控制的功能，并且具有遠程接口。數控機床管理系統中心通過公用數據總線訪問棉紡織數控機床，采集數控機床運行狀態和參數數據，控制數控機床設置運行參數。

4 結語

本文旨在為紡織企業物聯網應用提供相應的思路以及可以借鑒的技術，滿足當前紡織企業對提升信息化水平的強烈需求和愿望，助力紡織企業在現有穩固、可靠的基礎設施條件下進行信息化升級和物聯網應用建設。

摘要：建設物聯網是紡織企業實現節能減排、降低成本的途徑之一。本文以棉紡織企業為示例，通過對比分析能耗與紡織企業產值、利潤等的關系，得出紡織企業建立物聯網應用的必要性。文中同時還給出了紡織業物聯網的建設方案和詳細流程。

關鍵詞：物聯網；節能減排；紡織行業

中圖分類號：TP31 文獻標志碼：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

在物聯網研究和應用中，一些學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，夏恒星等人基于CC2430的無線傳感器網絡節點設計；宋合營等人對分布式環境的傳感器數據采集方法進行了研究和應用；閆濤等人則將物聯網技術應用到企業安全生產方面，利用繁雜異形的各種信息節點采集企業生產中的各種預警信息，進行綜合處理并形成預警決策信息；蔣林岑等人提出一種新的物聯網業務模型描述語言，將面向服務架構SOA的概念應用于物聯網業務中，可以對應用組件進行部署、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數據時發生沖突；毛國君等人對采集的傳感器數據流進行研究，探討了分布式數據流的挖掘模型，目的是解決數據挖掘質量和效率問題；陳科文等人對物聯網中多種數據源的數據融合問題進行了研究，分析了信息融合的新方法和發展趨勢。但是，現在企業還缺乏數控機床相關的物聯網應用，本文將主要研究由傳感器、智能儀表和數控機床等組成的物聯網。

通過物聯網推進信息化建設是當前紡織企業進行節能減排，以及面對自動化、智能化發展趨勢的必然選擇。中國紡織工業聯合會環境保護與資源節約委員會曾組織開展了“紡織工業企業百萬節能義診”（簡稱“紡織工業百萬節能義診”）、“節能服務進萬家”等活動。本文作者作為信息化節能分組成員參加了此次活動，并對調研過的一些企業提出了紡織企業物聯網建設的建議和方法。節能義診活動中所調研的紡織企業生產各有側重，本文以中等規模的國有棉紡企業為例，重點探討了紡紗生產過程中如何通過物聯網應用實現節能減排。

2 紡織行業耗能現狀分析

2.1 能耗分析

企業節能減排既有國家政策方針的硬性規定，也有來自行業內部的競爭壓力。以一個典型的國有企業2010年和2011年的能耗對比來說明能耗與產值的關系（圖 1）。

如圖 1 所示，該企業2010年完成紡紗產量6 230 t，綜合能耗10 876 t標準煤，工業總產值37 125萬元，工業增加值11 235萬元，利稅6 049萬元；2011年完成紡紗產量6 153 t，綜合能耗11 007 t標準煤，工業總產值 46 448萬元，工業增加值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年的總產值明顯高出2010年，利稅卻少很多。其原因既有來自市場環境的壓力造成利潤降低，也有無法降低運行成本增加利潤收入的因素。通過節能降低運行成本的同時，也減少了污染、美化了環境。

假設該企業主要消耗電力、液化氣、水和各類油等能源，2010年和2011年其能源消費結構對比如圖 2 所示。

從圖 2 可以看出，該企業耗水量非常大，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，控制并節約水消耗將產生積極影響。

圖 3 是該企業2010年和2011年棉紗生產的能源消費對比關系。從中可以看出，2010年和2011年間消耗的電能和折算的標煤用量沒有明顯區別，也就是說，節能減排成效不明顯，需要借助新技術和新方法實現節能減排、增產增效的目標。

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

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

3.2 詳細流程

圖 7 所示為棉紡織企業物聯網的詳細流程和工作方式。

圖 7 中，其流程順序為：系統從傳感器、智能儀表、數控車床采集的數據經網絡傳輸后交付給數據處理程序，數據處理程序根據數據值是否超過設定的閾值，再決定兩個方向的程序是否啟動，能源管理中心接收數據處理程序處理后的數據的同時，也接收報警/控制系統發送的控制指令狀態信息，隨后，控制紡紗車間、織染車間、燒毛車間和動力車間耗能設備的指令通過人工或者自動方式啟動相應設備運行或者停止，從而達到節能減排、排除隱患的目標。

傳感器單元子系統的主要任務是監測環境和能源消耗數據，通過能源報警/控制系統提醒工作人員和控制環境及耗能設備運行等情況，數據值如果達到或者超過預設閾值，則警報提醒并經過能源管理系統中心的數據分析和控制進行下一步處理工作。報警功能可以通過手機短信、廠區電子板和警笛等實現。自動控制子系統系統通過調節空調、蒸汽/冷凝水等設備控制生產的紡紗部、織染部等的環境和耗能設備運行。

智能儀表采集的數據經公用總線傳輸到數據分析程序之后，能源管理平臺進行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通過網絡設置智能儀表參數等。

現代的棉紡織數控機床都具有操作系統實現自動化控制的功能，并且具有遠程接口。數控機床管理系統中心通過公用數據總線訪問棉紡織數控機床，采集數控機床運行狀態和參數數據，控制數控機床設置運行參數。

4 結語

本文旨在為紡織企業物聯網應用提供相應的思路以及可以借鑒的技術，滿足當前紡織企業對提升信息化水平的強烈需求和愿望，助力紡織企業在現有穩固、可靠的基礎設施條件下進行信息化升級和物聯網應用建設。

摘要：建設物聯網是紡織企業實現節能減排、降低成本的途徑之一。本文以棉紡織企業為示例，通過對比分析能耗與紡織企業產值、利潤等的關系，得出紡織企業建立物聯網應用的必要性。文中同時還給出了紡織業物聯網的建設方案和詳細流程。

關鍵詞：物聯網；節能減排；紡織行業

中圖分類號：TP31 文獻標志碼：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

在物聯網研究和應用中，一些學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，夏恒星等人基于CC2430的無線傳感器網絡節點設計；宋合營等人對分布式環境的傳感器數據采集方法進行了研究和應用；閆濤等人則將物聯網技術應用到企業安全生產方面，利用繁雜異形的各種信息節點采集企業生產中的各種預警信息，進行綜合處理并形成預警決策信息；蔣林岑等人提出一種新的物聯網業務模型描述語言，將面向服務架構SOA的概念應用于物聯網業務中，可以對應用組件進行部署、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數據時發生沖突；毛國君等人對采集的傳感器數據流進行研究，探討了分布式數據流的挖掘模型，目的是解決數據挖掘質量和效率問題；陳科文等人對物聯網中多種數據源的數據融合問題進行了研究，分析了信息融合的新方法和發展趨勢。但是，現在企業還缺乏數控機床相關的物聯網應用，本文將主要研究由傳感器、智能儀表和數控機床等組成的物聯網。

通過物聯網推進信息化建設是當前紡織企業進行節能減排，以及面對自動化、智能化發展趨勢的必然選擇。中國紡織工業聯合會環境保護與資源節約委員會曾組織開展了“紡織工業企業百萬節能義診”（簡稱“紡織工業百萬節能義診”）、“節能服務進萬家”等活動。本文作者作為信息化節能分組成員參加了此次活動，并對調研過的一些企業提出了紡織企業物聯網建設的建議和方法。節能義診活動中所調研的紡織企業生產各有側重，本文以中等規模的國有棉紡企業為例，重點探討了紡紗生產過程中如何通過物聯網應用實現節能減排。

2 紡織行業耗能現狀分析

2.1 能耗分析

企業節能減排既有國家政策方針的硬性規定，也有來自行業內部的競爭壓力。以一個典型的國有企業2010年和2011年的能耗對比來說明能耗與產值的關系（圖 1）。

如圖 1 所示，該企業2010年完成紡紗產量6 230 t，綜合能耗10 876 t標準煤，工業總產值37 125萬元，工業增加值11 235萬元，利稅6 049萬元；2011年完成紡紗產量6 153 t，綜合能耗11 007 t標準煤，工業總產值 46 448萬元，工業增加值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年的總產值明顯高出2010年，利稅卻少很多。其原因既有來自市場環境的壓力造成利潤降低，也有無法降低運行成本增加利潤收入的因素。通過節能降低運行成本的同時，也減少了污染、美化了環境。

假設該企業主要消耗電力、液化氣、水和各類油等能源，2010年和2011年其能源消費結構對比如圖 2 所示。

從圖 2 可以看出，該企業耗水量非常大，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，控制并節約水消耗將產生積極影響。

圖 3 是該企業2010年和2011年棉紗生產的能源消費對比關系。從中可以看出，2010年和2011年間消耗的電能和折算的標煤用量沒有明顯區別，也就是說，節能減排成效不明顯，需要借助新技術和新方法實現節能減排、增產增效的目標。

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

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

3.2 詳細流程

圖 7 所示為棉紡織企業物聯網的詳細流程和工作方式。

圖 7 中，其流程順序為：系統從傳感器、智能儀表、數控車床采集的數據經網絡傳輸后交付給數據處理程序，數據處理程序根據數據值是否超過設定的閾值，再決定兩個方向的程序是否啟動，能源管理中心接收數據處理程序處理后的數據的同時，也接收報警/控制系統發送的控制指令狀態信息，隨后，控制紡紗車間、織染車間、燒毛車間和動力車間耗能設備的指令通過人工或者自動方式啟動相應設備運行或者停止，從而達到節能減排、排除隱患的目標。

傳感器單元子系統的主要任務是監測環境和能源消耗數據，通過能源報警/控制系統提醒工作人員和控制環境及耗能設備運行等情況，數據值如果達到或者超過預設閾值，則警報提醒并經過能源管理系統中心的數據分析和控制進行下一步處理工作。報警功能可以通過手機短信、廠區電子板和警笛等實現。自動控制子系統系統通過調節空調、蒸汽/冷凝水等設備控制生產的紡紗部、織染部等的環境和耗能設備運行。

智能儀表采集的數據經公用總線傳輸到數據分析程序之后，能源管理平臺進行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通過網絡設置智能儀表參數等。

現代的棉紡織數控機床都具有操作系統實現自動化控制的功能，并且具有遠程接口。數控機床管理系統中心通過公用數據總線訪問棉紡織數控機床，采集數控機床運行狀態和參數數據，控制數控機床設置運行參數。

4 結語

本文旨在為紡織企業物聯網應用提供相應的思路以及可以借鑒的技術，滿足當前紡織企業對提升信息化水平的強烈需求和愿望，助力紡織企業在現有穩固、可靠的基礎設施條件下進行信息化升級和物聯網應用建設。