物联网在纺织企业生产中的应用

赵妍+荆立夏+苏玉召

摘要：建设物联网是纺织企业实现节能减排、降低成本的途径之一。本文以棉纺织企业为示例，通过对比分析能耗与纺织企业产值、利润等的关系，得出纺织企业建立物联网应用的必要性。文中同时还给出了纺织业物联网的建设方案和详细流程。

关键词：物联网；节能减排；纺织行业

中图分类号：TP31 文献标志码：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

在物联网研究和应用中，一些学者集中于传感器本身的研究。例如陈新河的无线射频识别（RFID）技术，夏恒星等人基于CC2430的无线传感器网络节点设计；宋合营等人对分布式环境的传感器数据采集方法进行了研究和应用；闫涛等人则将物联网技术应用到企业安全生产方面，利用繁杂异形的各种信息节点采集企业生产中的各种预警信息，进行综合处理并形成预警决策信息；蒋林岑等人提出一种新的物联网业务模型描述语言，将面向服务架构SOA的概念应用于物联网业务中，可以对应用组件进行部署、组合和使用；陈荣伶等人提出一种新的算法，目的是防止读写传感网数据时发生冲突；毛国君等人对采集的传感器数据流进行研究，探讨了分布式数据流的挖掘模型，目的是解决数据挖掘质量和效率问题；陈科文等人对物联网中多种数据源的数据融合问题进行了研究，分析了信息融合的新方法和发展趋势。但是，现在企业还缺乏数控机床相关的物联网应用，本文将主要研究由传感器、智能仪表和数控机床等组成的物联网。

通过物联网推进信息化建设是当前纺织企业进行节能减排，以及面对自动化、智能化发展趋势的必然选择。中国纺织工业联合会环境保护与资源节约委员会曾组织开展了“纺织工业企业百万节能义诊”（简称“纺织工业百万节能义诊”）、“节能服务进万家”等活动。本文作者作为信息化节能分组成员参加了此次活动，并对调研过的一些企业提出了纺织企业物联网建设的建议和方法。节能义诊活动中所调研的纺织企业生产各有侧重，本文以中等规模的国有棉纺企业为例，重点探讨了纺纱生产过程中如何通过物联网应用实现节能减排。

2 纺织行业耗能现状分析

2.1 能耗分析

企业节能减排既有国家政策方针的硬性规定，也有来自行业内部的竞争压力。以一个典型的国有企业2010年和2011年的能耗对比来说明能耗与产值的关系（图 1）。

如图 1 所示，该企业2010年完成纺纱产量6 230 t，综合能耗10 876 t标准煤，工业总产值37 125万元，工业增加值11 235万元，利税6 049万元；2011年完成纺纱产量6 153 t，综合能耗11 007 t标准煤，工业总产值 46 448万元，工业增加值11 085万元，利税3 088万元。从中可以看出，2010年与2011年的综合能耗相差无几，但2011年的总产值明显高出2010年，利税却少很多。其原因既有来自市场环境的压力造成利润降低，也有无法降低运行成本增加利润收入的因素。通过节能降低运行成本的同时，也减少了污染、美化了环境。

假设该企业主要消耗电力、液化气、水和各类油等能源，2010年和2011年其能源消费结构对比如图 2 所示。

从图 2 可以看出，该企业耗水量非常大，使用电能以外购为主，购买的天然气和各种燃油相对很少。因此，控制并节约水消耗将产生积极影响。

图 3 是该企业2010年和2011年棉纱生产的能源消费对比关系。从中可以看出，2010年和2011年间消耗的电能和折算的标煤用量没有明显区别，也就是说，节能减排成效不明显，需要借助新技术和新方法实现节能减排、增产增效的目标。

电力的主要消耗为清花、梳棉机、滤尘装置、精梳机、并条机、粗纱机、细纱机、自落、倍捻、烧毛、倒筒、空调、地吸等专用设备；液化气主要用于烧毛机烧掉纱线表面纤维；水主要用于空调加湿、降温及冲卫等；自来水主要用于员工饮用水和食堂用水；油主要用于厂内车辆和车间检修。能源的具体流向如图 5 所示。

图 6 中，数据采集主要采集各种类型传感器感知获得的各类数据，用于环境和能量监测，目的是为数据处理单元传输分析所需要的数据。数据处理部分将数据分成两类进行处理：一类在线分析，及时发现隐患并报警处理；另一类离线分析，将数据整理归类后放入数据仓库，留待以后进行数据分析和决策生产报告。能源管理平台有两个任务：一是控制能耗，直接连接到能源控制中心；二是数据分析和查询。能源控制中心的用途是控制能源消耗，既有节能减排的用途，也有排除、及时发现隐患的作用。

3.2 详细流程

图 7 所示为棉纺织企业物联网的详细流程和工作方式。

图 7 中，其流程顺序为：系统从传感器、智能仪表、数控车床采集的数据经网络传输后交付给数据处理程序，数据处理程序根据数据值是否超过设定的阈值，再决定两个方向的程序是否启动，能源管理中心接收数据处理程序处理后的数据的同时，也接收报警/控制系统发送的控制指令状态信息，随后，控制纺纱车间、织染车间、烧毛车间和动力车间耗能设备的指令通过人工或者自动方式启动相应设备运行或者停止，从而达到节能减排、排除隐患的目标。

传感器单元子系统的主要任务是监测环境和能源消耗数据，通过能源报警/控制系统提醒工作人员和控制环境及耗能设备运行等情况，数据值如果达到或者超过预设阈值，则警报提醒并经过能源管理系统中心的数据分析和控制进行下一步处理工作。报警功能可以通过手机短信、厂区电子板和警笛等实现。自动控制子系统系统通过调节空调、蒸汽/冷凝水等设备控制生产的纺纱部、织染部等的环境和耗能设备运行。

智能仪表采集的数据经公用总线传输到数据分析程序之后，能源管理平台进行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通过网络设置智能仪表参数等。

现代的棉纺织数控机床都具有操作系统实现自动化控制的功能，并且具有远程接口。数控机床管理系统中心通过公用数据总线访问棉纺织数控机床，采集数控机床运行状态和参数数据，控制数控机床设置运行参数。

4 结语

本文旨在为纺织企业物联网应用提供相应的思路以及可以借鉴的技术，满足当前纺织企业对提升信息化水平的强烈需求和愿望，助力纺织企业在现有稳固、可靠的基础设施条件下进行信息化升级和物联网应用建设。

摘要：建设物联网是纺织企业实现节能减排、降低成本的途径之一。本文以棉纺织企业为示例，通过对比分析能耗与纺织企业产值、利润等的关系，得出纺织企业建立物联网应用的必要性。文中同时还给出了纺织业物联网的建设方案和详细流程。

关键词：物联网；节能减排；纺织行业

中图分类号：TP31 文献标志码：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

在物联网研究和应用中，一些学者集中于传感器本身的研究。例如陈新河的无线射频识别（RFID）技术，夏恒星等人基于CC2430的无线传感器网络节点设计；宋合营等人对分布式环境的传感器数据采集方法进行了研究和应用；闫涛等人则将物联网技术应用到企业安全生产方面，利用繁杂异形的各种信息节点采集企业生产中的各种预警信息，进行综合处理并形成预警决策信息；蒋林岑等人提出一种新的物联网业务模型描述语言，将面向服务架构SOA的概念应用于物联网业务中，可以对应用组件进行部署、组合和使用；陈荣伶等人提出一种新的算法，目的是防止读写传感网数据时发生冲突；毛国君等人对采集的传感器数据流进行研究，探讨了分布式数据流的挖掘模型，目的是解决数据挖掘质量和效率问题；陈科文等人对物联网中多种数据源的数据融合问题进行了研究，分析了信息融合的新方法和发展趋势。但是，现在企业还缺乏数控机床相关的物联网应用，本文将主要研究由传感器、智能仪表和数控机床等组成的物联网。

通过物联网推进信息化建设是当前纺织企业进行节能减排，以及面对自动化、智能化发展趋势的必然选择。中国纺织工业联合会环境保护与资源节约委员会曾组织开展了“纺织工业企业百万节能义诊”（简称“纺织工业百万节能义诊”）、“节能服务进万家”等活动。本文作者作为信息化节能分组成员参加了此次活动，并对调研过的一些企业提出了纺织企业物联网建设的建议和方法。节能义诊活动中所调研的纺织企业生产各有侧重，本文以中等规模的国有棉纺企业为例，重点探讨了纺纱生产过程中如何通过物联网应用实现节能减排。

2 纺织行业耗能现状分析

2.1 能耗分析

企业节能减排既有国家政策方针的硬性规定，也有来自行业内部的竞争压力。以一个典型的国有企业2010年和2011年的能耗对比来说明能耗与产值的关系（图 1）。

如图 1 所示，该企业2010年完成纺纱产量6 230 t，综合能耗10 876 t标准煤，工业总产值37 125万元，工业增加值11 235万元，利税6 049万元；2011年完成纺纱产量6 153 t，综合能耗11 007 t标准煤，工业总产值 46 448万元，工业增加值11 085万元，利税3 088万元。从中可以看出，2010年与2011年的综合能耗相差无几，但2011年的总产值明显高出2010年，利税却少很多。其原因既有来自市场环境的压力造成利润降低，也有无法降低运行成本增加利润收入的因素。通过节能降低运行成本的同时，也减少了污染、美化了环境。

假设该企业主要消耗电力、液化气、水和各类油等能源，2010年和2011年其能源消费结构对比如图 2 所示。

从图 2 可以看出，该企业耗水量非常大，使用电能以外购为主，购买的天然气和各种燃油相对很少。因此，控制并节约水消耗将产生积极影响。

图 3 是该企业2010年和2011年棉纱生产的能源消费对比关系。从中可以看出，2010年和2011年间消耗的电能和折算的标煤用量没有明显区别，也就是说，节能减排成效不明显，需要借助新技术和新方法实现节能减排、增产增效的目标。

电力的主要消耗为清花、梳棉机、滤尘装置、精梳机、并条机、粗纱机、细纱机、自落、倍捻、烧毛、倒筒、空调、地吸等专用设备；液化气主要用于烧毛机烧掉纱线表面纤维；水主要用于空调加湿、降温及冲卫等；自来水主要用于员工饮用水和食堂用水；油主要用于厂内车辆和车间检修。能源的具体流向如图 5 所示。

图 6 中，数据采集主要采集各种类型传感器感知获得的各类数据，用于环境和能量监测，目的是为数据处理单元传输分析所需要的数据。数据处理部分将数据分成两类进行处理：一类在线分析，及时发现隐患并报警处理；另一类离线分析，将数据整理归类后放入数据仓库，留待以后进行数据分析和决策生产报告。能源管理平台有两个任务：一是控制能耗，直接连接到能源控制中心；二是数据分析和查询。能源控制中心的用途是控制能源消耗，既有节能减排的用途，也有排除、及时发现隐患的作用。

3.2 详细流程

图 7 所示为棉纺织企业物联网的详细流程和工作方式。

图 7 中，其流程顺序为：系统从传感器、智能仪表、数控车床采集的数据经网络传输后交付给数据处理程序，数据处理程序根据数据值是否超过设定的阈值，再决定两个方向的程序是否启动，能源管理中心接收数据处理程序处理后的数据的同时，也接收报警/控制系统发送的控制指令状态信息，随后，控制纺纱车间、织染车间、烧毛车间和动力车间耗能设备的指令通过人工或者自动方式启动相应设备运行或者停止，从而达到节能减排、排除隐患的目标。

传感器单元子系统的主要任务是监测环境和能源消耗数据，通过能源报警/控制系统提醒工作人员和控制环境及耗能设备运行等情况，数据值如果达到或者超过预设阈值，则警报提醒并经过能源管理系统中心的数据分析和控制进行下一步处理工作。报警功能可以通过手机短信、厂区电子板和警笛等实现。自动控制子系统系统通过调节空调、蒸汽/冷凝水等设备控制生产的纺纱部、织染部等的环境和耗能设备运行。

智能仪表采集的数据经公用总线传输到数据分析程序之后，能源管理平台进行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通过网络设置智能仪表参数等。

现代的棉纺织数控机床都具有操作系统实现自动化控制的功能，并且具有远程接口。数控机床管理系统中心通过公用数据总线访问棉纺织数控机床，采集数控机床运行状态和参数数据，控制数控机床设置运行参数。

4 结语

本文旨在为纺织企业物联网应用提供相应的思路以及可以借鉴的技术，满足当前纺织企业对提升信息化水平的强烈需求和愿望，助力纺织企业在现有稳固、可靠的基础设施条件下进行信息化升级和物联网应用建设。

摘要：建设物联网是纺织企业实现节能减排、降低成本的途径之一。本文以棉纺织企业为示例，通过对比分析能耗与纺织企业产值、利润等的关系，得出纺织企业建立物联网应用的必要性。文中同时还给出了纺织业物联网的建设方案和详细流程。

关键词：物联网；节能减排；纺织行业

中图分类号：TP31 文献标志码：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

在物联网研究和应用中，一些学者集中于传感器本身的研究。例如陈新河的无线射频识别（RFID）技术，夏恒星等人基于CC2430的无线传感器网络节点设计；宋合营等人对分布式环境的传感器数据采集方法进行了研究和应用；闫涛等人则将物联网技术应用到企业安全生产方面，利用繁杂异形的各种信息节点采集企业生产中的各种预警信息，进行综合处理并形成预警决策信息；蒋林岑等人提出一种新的物联网业务模型描述语言，将面向服务架构SOA的概念应用于物联网业务中，可以对应用组件进行部署、组合和使用；陈荣伶等人提出一种新的算法，目的是防止读写传感网数据时发生冲突；毛国君等人对采集的传感器数据流进行研究，探讨了分布式数据流的挖掘模型，目的是解决数据挖掘质量和效率问题；陈科文等人对物联网中多种数据源的数据融合问题进行了研究，分析了信息融合的新方法和发展趋势。但是，现在企业还缺乏数控机床相关的物联网应用，本文将主要研究由传感器、智能仪表和数控机床等组成的物联网。

通过物联网推进信息化建设是当前纺织企业进行节能减排，以及面对自动化、智能化发展趋势的必然选择。中国纺织工业联合会环境保护与资源节约委员会曾组织开展了“纺织工业企业百万节能义诊”（简称“纺织工业百万节能义诊”）、“节能服务进万家”等活动。本文作者作为信息化节能分组成员参加了此次活动，并对调研过的一些企业提出了纺织企业物联网建设的建议和方法。节能义诊活动中所调研的纺织企业生产各有侧重，本文以中等规模的国有棉纺企业为例，重点探讨了纺纱生产过程中如何通过物联网应用实现节能减排。

2 纺织行业耗能现状分析

2.1 能耗分析

企业节能减排既有国家政策方针的硬性规定，也有来自行业内部的竞争压力。以一个典型的国有企业2010年和2011年的能耗对比来说明能耗与产值的关系（图 1）。

如图 1 所示，该企业2010年完成纺纱产量6 230 t，综合能耗10 876 t标准煤，工业总产值37 125万元，工业增加值11 235万元，利税6 049万元；2011年完成纺纱产量6 153 t，综合能耗11 007 t标准煤，工业总产值 46 448万元，工业增加值11 085万元，利税3 088万元。从中可以看出，2010年与2011年的综合能耗相差无几，但2011年的总产值明显高出2010年，利税却少很多。其原因既有来自市场环境的压力造成利润降低，也有无法降低运行成本增加利润收入的因素。通过节能降低运行成本的同时，也减少了污染、美化了环境。

假设该企业主要消耗电力、液化气、水和各类油等能源，2010年和2011年其能源消费结构对比如图 2 所示。

从图 2 可以看出，该企业耗水量非常大，使用电能以外购为主，购买的天然气和各种燃油相对很少。因此，控制并节约水消耗将产生积极影响。

图 3 是该企业2010年和2011年棉纱生产的能源消费对比关系。从中可以看出，2010年和2011年间消耗的电能和折算的标煤用量没有明显区别，也就是说，节能减排成效不明显，需要借助新技术和新方法实现节能减排、增产增效的目标。

电力的主要消耗为清花、梳棉机、滤尘装置、精梳机、并条机、粗纱机、细纱机、自落、倍捻、烧毛、倒筒、空调、地吸等专用设备；液化气主要用于烧毛机烧掉纱线表面纤维；水主要用于空调加湿、降温及冲卫等；自来水主要用于员工饮用水和食堂用水；油主要用于厂内车辆和车间检修。能源的具体流向如图 5 所示。

图 6 中，数据采集主要采集各种类型传感器感知获得的各类数据，用于环境和能量监测，目的是为数据处理单元传输分析所需要的数据。数据处理部分将数据分成两类进行处理：一类在线分析，及时发现隐患并报警处理；另一类离线分析，将数据整理归类后放入数据仓库，留待以后进行数据分析和决策生产报告。能源管理平台有两个任务：一是控制能耗，直接连接到能源控制中心；二是数据分析和查询。能源控制中心的用途是控制能源消耗，既有节能减排的用途，也有排除、及时发现隐患的作用。

3.2 详细流程

图 7 所示为棉纺织企业物联网的详细流程和工作方式。

图 7 中，其流程顺序为：系统从传感器、智能仪表、数控车床采集的数据经网络传输后交付给数据处理程序，数据处理程序根据数据值是否超过设定的阈值，再决定两个方向的程序是否启动，能源管理中心接收数据处理程序处理后的数据的同时，也接收报警/控制系统发送的控制指令状态信息，随后，控制纺纱车间、织染车间、烧毛车间和动力车间耗能设备的指令通过人工或者自动方式启动相应设备运行或者停止，从而达到节能减排、排除隐患的目标。

传感器单元子系统的主要任务是监测环境和能源消耗数据，通过能源报警/控制系统提醒工作人员和控制环境及耗能设备运行等情况，数据值如果达到或者超过预设阈值，则警报提醒并经过能源管理系统中心的数据分析和控制进行下一步处理工作。报警功能可以通过手机短信、厂区电子板和警笛等实现。自动控制子系统系统通过调节空调、蒸汽/冷凝水等设备控制生产的纺纱部、织染部等的环境和耗能设备运行。

智能仪表采集的数据经公用总线传输到数据分析程序之后，能源管理平台进行能源消耗分析，制定能源使用和分配等控制策略和方法，也可以通过网络设置智能仪表参数等。

现代的棉纺织数控机床都具有操作系统实现自动化控制的功能，并且具有远程接口。数控机床管理系统中心通过公用数据总线访问棉纺织数控机床，采集数控机床运行状态和参数数据，控制数控机床设置运行参数。

4 结语

本文旨在为纺织企业物联网应用提供相应的思路以及可以借鉴的技术，满足当前纺织企业对提升信息化水平的强烈需求和愿望，助力纺织企业在现有稳固、可靠的基础设施条件下进行信息化升级和物联网应用建设。