本發(fā)明涉及印染加工設備，具體地涉及一種染缸加熱裝置自動控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

1、在布料染色過程中，溫度是影響染料上染速率和染色效果的關鍵因素。通過加熱染缸，可以提升染缸中染液的溫度，使其達到適合特定纖維材料和染料的最佳染色溫度。這有助于確保染料均勻上染，提高染色質(zhì)量和成品穩(wěn)定性。

2、傳統(tǒng)的染缸通常由與其連接的加熱裝置進行加熱，通常加熱裝置的控制目標為恒定溫度，手段為通過溫度傳感器的檢測信號反饋，不斷開啟或關閉加熱裝置，使得染缸中的染液溫度達到預先設定的溫度目標上。例如公開號為cn112226875a的中國專利文件公開了一種仿羊絨面料工藝，在該工藝的實施步驟中，需要將染缸溫度調(diào)整至已設定好的目標溫度并維持，使得染液能與面料達到最好的附著結合效果。

3、隨著印染面料纖維組成的復雜度不斷提升，以及面料分層印染需求的增加，生產(chǎn)企業(yè)對于染缸的加熱控制系統(tǒng)提出了更高的要求。在此要求下，現(xiàn)有的染缸的加熱控制系統(tǒng)存在如下不足：單純的開/關加熱形式通過啟/停加熱裝置的方式來實現(xiàn)恒溫調(diào)節(jié)，具有線性度不足和反應速度慢的缺點；在連續(xù)變溫調(diào)節(jié)中，存在非連續(xù)控制死區(qū)，對于現(xiàn)有的簡單加熱裝置來說，該缺陷不會造成實際效果上的影響；但是隨著技術的進步，許多新式加熱裝置涌現(xiàn)，其擁有例如功率控制、步進控制和反饋控制等更加復雜而靈活的控制方式，上述傳統(tǒng)的加熱控制系統(tǒng)無法滿足對于此類新式加熱裝置的靈活控制，進而在生產(chǎn)中無法給予高印染要求的面料所需的連續(xù)線性變化溫度，進而導致染色度不達標等問題的發(fā)生，無法滿足新型復雜印染工藝的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了提供一種染缸加熱裝置自動控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)可實現(xiàn)基于復雜生產(chǎn)工藝下的染缸連續(xù)變溫控制，具有線性度高的優(yōu)點，可以滿足新型復雜印染工藝需求。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的具體技術方案為：

3、一種染缸加熱裝置自動控制系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包含：

4、數(shù)據(jù)中控平臺，所述數(shù)據(jù)中控平臺存儲有工藝數(shù)據(jù)，所述工藝數(shù)據(jù)用于指導燃燒加熱器按照實際工藝需求進行加熱調(diào)節(jié)；

5、溫變參數(shù)下發(fā)單元，所述溫變參數(shù)下發(fā)單元用于讀取所述數(shù)據(jù)中控平臺中的工藝數(shù)據(jù)，并提取其中的關鍵溫變參數(shù)，并將所述關鍵溫變參數(shù)下發(fā)至加熱控制單元；

6、加熱控制單元，所述加熱控制單元用于根據(jù)接收的所述關鍵溫變參數(shù)計算獲得工藝曲線，并將所述工藝曲線發(fā)送至燃燒加熱器；

7、燃燒加熱器，所述燃燒加熱器接收所述工藝曲線，并根據(jù)所述工藝曲線實時調(diào)整燃燒參數(shù)，使得輸出負荷曲線跟隨所述工藝曲線變動。

8、數(shù)據(jù)中控平臺是原始現(xiàn)場生產(chǎn)單的輸入和數(shù)據(jù)整合、管理以及存儲的平臺，其中存儲有工藝數(shù)據(jù)，工藝數(shù)據(jù)用于指導燃燒加熱器按照實際工藝需求進行加熱調(diào)節(jié)。現(xiàn)場生產(chǎn)單是某產(chǎn)品生產(chǎn)任務下發(fā)到車間后，記載該產(chǎn)品全部生產(chǎn)信息的文件，其中部分內(nèi)容對應為該產(chǎn)品的工藝數(shù)據(jù)，該工藝數(shù)據(jù)包含多個維度的信息，例如印染溫度、印染時間、溶比、助劑、電解質(zhì)和堿劑的添加量等。

9、溫變參數(shù)下發(fā)單元是主要的數(shù)據(jù)傳輸單元，其一端與數(shù)據(jù)中控平臺連接，用來獲取讀取數(shù)據(jù)中控平臺中的工藝數(shù)據(jù)，并提取其中的關鍵溫變參數(shù)（例如印染溫度和印染時間等參數(shù)）；另一端與加熱控制單元連接，向其發(fā)送已獲取的關鍵溫變參數(shù)。溫變參數(shù)下發(fā)單元作為一個雙向通訊單元，具備跨區(qū)域、跨空間的無線數(shù)據(jù)收發(fā)能力。

10、加熱控制單元用于根據(jù)接收的關鍵溫變參數(shù)計算獲得工藝曲線，并將工藝曲線發(fā)送至燃燒加熱器。加熱控制單元作為邏輯控制單元，其承載著接收參數(shù)和下發(fā)命令的任務，當其接收到來自溫變參數(shù)下發(fā)單元發(fā)送的關鍵溫變參數(shù)后，會將其按照預設的程序加工為工藝曲線，工藝曲線通常是以時間為軸而展開，其中包含了隨時間連續(xù)變化的溫度信息，該信息是非離散的，線性度高；還攜帶有工藝編號等特定信息，以便后續(xù)對應燃燒加熱器的準確識別和使用。例如，在一種簡單的加熱控制中，關鍵溫變參數(shù)是一系列的時間點和對應的溫度值，加熱控制單元根據(jù)用戶給定的多個關鍵點，例如在時間起始點的設定溫度為24°c，下一時間點例如8分鐘時設定溫度為105°c，并需要保持到再下一時間點，例如間隔10分鐘后，然后降到75°c保持10分鐘。加熱控制單元需要將上述離散的溫度對應計算并獲得一條連續(xù)的工藝曲線，這樣燃燒加熱器就能根據(jù)這個工藝曲線調(diào)整功率，確保溫度按照預定路徑變化。其計算方式可優(yōu)選使用三次樣條插值法，盡可能地保證工藝曲線的平滑和二階導數(shù)連續(xù)，使得燃燒加熱器在進行溫度調(diào)整時，溫度數(shù)值不會發(fā)生突變，以保證新型復雜印染工藝需求下的染色原料的完美附著。此外，針對負責運行加熱控制單元的生產(chǎn)車間計算中心來說，若其運算算力較弱，也可以使用計算量較小的插值方法，例如線性插值法，或者使用查找表對照法實現(xiàn)工藝曲線的獲取。

11、燃燒加熱器作為執(zhí)行機構，直接負責對染缸的加熱，通過改變其輸出負荷，可以對其進行無極調(diào)節(jié)，但是其輸出負荷曲線需要跟隨工藝曲線，即燃燒加熱器接收來自加熱控制單元發(fā)送的工藝曲線后，將使用該工藝曲線作為跟蹤目標，使得輸出負荷曲線時刻跟隨，進而實現(xiàn)對染缸溫度的連續(xù)變溫控制。其中輸出負荷曲線通過調(diào)整燃燒加熱器的燃燒參數(shù)來實現(xiàn)，燃燒參數(shù)包含運行狀態(tài)（功率參數(shù)）、工藝編號、當前工作步目標溫度、當前工作步溫升率、當前工作步保溫時間等。

12、綜上所述，現(xiàn)有的染缸溫度控制系統(tǒng)中，通過開啟加熱裝置來實現(xiàn)升溫、通過關閉加熱裝置來實現(xiàn)降溫，結合溫度傳感器以及不斷的開/關進行恒溫控制，無法進行高精度的連續(xù)線性變溫控制；而本發(fā)明中，基于產(chǎn)品的原始工藝數(shù)據(jù)，通過提取其中的溫變參數(shù)，并將其制作為工藝曲線，基于工藝曲線的連續(xù)線性變化特征，對燃燒加熱器的輸出負荷曲線進行跟隨指導，通過調(diào)整燃燒加熱器的燃燒參數(shù)實現(xiàn)其對染缸的加熱控制，由于工藝曲線的獲取使用了插值法甚至三次樣條插值法等方法，使得曲線擁有極好的順滑度，既沒有溫度突變也不存在調(diào)控死區(qū)，可以很好地適配新型燃燒加熱器。基于此，染缸的加熱控制形式轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性連續(xù)控制，這使得染缸中的染液溫度可以針對特殊面料做出對應改變，滿足新型復雜印染工藝需求。正是由于本發(fā)明引入了原始工藝數(shù)據(jù)，才使得復雜印染工藝需求與產(chǎn)品本身特性得到了結合，相比與傳統(tǒng)的人工或程序設定一個或多個恒溫值，再控制加熱裝置去保持該恒溫值的方式，具有顯著的生產(chǎn)指導性進步。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選，該種染缸加熱裝置自動控制系統(tǒng)還包含負荷控制單元，所述負荷控制單元包含負荷百分比輸入端和與所述負荷百分比輸入端連接的，且用于將負荷百分比數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量數(shù)據(jù)的模擬量輸入電路；所述模擬量輸入電路還與所述加熱控制單元連接。

14、由此，負荷控制單元將染缸負荷百分比信號發(fā)送至加熱控制單元，作為并行調(diào)控手段，因為加熱控制單元發(fā)送至燃燒加熱器工藝曲線并不能完全對各種突發(fā)故障做出即使反應，當染缸負荷已經(jīng)超過警戒負荷時，燃燒加熱器若仍按照原有工藝曲線進行工作，可能會導致過熱燒機等重大安全事故，因此預留并行調(diào)控手段，通過負荷控制單元將染缸負荷百分比信號發(fā)送至加熱控制單元，來作為保險；例如，當負荷百分比信號示意的當前負荷值已經(jīng)超過安全負荷閾值時，即采取包括但不限于停機、降低功率等操作。其中模擬量輸入電路負責將染缸負荷百分比信號處理為加熱控制單元便于計算分析的模擬量。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選，該種染缸加熱裝置自動控制系統(tǒng)還包含開關控制單元，所述開關控制單元包含二維開關輸入端和與所述二維開關輸入端連接的開關量輸入電路；所述開關量輸入電路還與所述加熱控制單元連接。

16、由此，為了使得應用了本染缸加熱裝置自動控制系統(tǒng)的生產(chǎn)設備在滿足復雜印染工藝的需求時還能向下兼容來處理簡單印染工藝的需求，特設置與加熱控制單元連接的開關控制單元，開關控制單元通過將簡單的二維開/關信號發(fā)送至加熱控制單元，實現(xiàn)在沒有工藝數(shù)據(jù)的關鍵溫變參數(shù)提供前提下，仍能進行加熱控制的目的。開關量輸入電路用于將二維開關輸入端的高低電平離散信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。

17、作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述溫變參數(shù)下發(fā)單元包括第一下發(fā)鏈路，所述第一下發(fā)鏈路包含與所述數(shù)據(jù)中控平臺連接的云服務器和與所述云服務器連接的dtu傳輸組件；所述dtu傳輸組件與所述加熱控制單元連接；所述云服務器用于提取關鍵溫變參數(shù)和標準通訊協(xié)議轉(zhuǎn)化。

18、云服務器可以通過內(nèi)置的或第三方提供的服務，如api網(wǎng)關、消息隊列等，將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標準通訊協(xié)議下的數(shù)據(jù)。這些服務可以幫助云服務器與不同的客戶端、應用程序或服務進行通信，確保數(shù)據(jù)的準確傳輸和互操作性。本發(fā)明中，第一下發(fā)鏈路適用于大規(guī)模無線控制場景，云服務器對關鍵溫變參數(shù)進行提取，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標準通訊協(xié)議下的數(shù)據(jù)，由dtu傳輸組件完成數(shù)據(jù)下發(fā)，其中標準通訊協(xié)議包括不限于modbus、profibus、profibus、profinet、hart、can、bacnet、zigbee和opc。

19、作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述溫變參數(shù)下發(fā)單元包括第二下發(fā)鏈路，所述第二下發(fā)鏈路包含與所述數(shù)據(jù)中控平臺連接的邊緣網(wǎng)關服務器和與所述邊緣網(wǎng)關服務器連接的標準網(wǎng)絡通訊組件；所述邊緣網(wǎng)關服務器用于提取關鍵溫變參數(shù)和標準通訊協(xié)議轉(zhuǎn)化。

20、邊緣網(wǎng)關服務器則更側重于在網(wǎng)絡的邊緣位置進行數(shù)據(jù)處理和協(xié)議轉(zhuǎn)換。它通常部署在靠近數(shù)據(jù)源或終端設備的位置，負責將來自不同設備和傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標準通訊協(xié)議下的數(shù)據(jù)，以便進行后續(xù)的分析、存儲或傳輸。第二下發(fā)鏈路更加適用本地部署的系統(tǒng)，相比于云服務器，其對于實效性和穩(wěn)定性的保障更強。本發(fā)明中第一下發(fā)鏈路與第二下發(fā)鏈路相互備份形成冗余傳輸，進而確保數(shù)據(jù)傳遞的安全有效。

21、另一方面，本發(fā)明還提供一種染缸加熱裝置自動控制方法，其特征在于，方法包括：

22、s01、將原始現(xiàn)場生產(chǎn)單輸入數(shù)據(jù)中控平臺，并生成工藝數(shù)據(jù)；溫變參數(shù)下發(fā)單元讀取所述數(shù)據(jù)中控平臺中的工藝數(shù)據(jù)，并提取其中的關鍵溫變參數(shù)；

23、s02、所述溫變參數(shù)下發(fā)單元將所述關鍵溫變參數(shù)下發(fā)至加熱控制單元；所述加熱控制單元根據(jù)接收的關鍵溫變參數(shù)計算獲得工藝曲線；

24、s03、所述加熱控制單元將所述工藝曲線發(fā)送至燃燒加熱器；所述燃燒加熱器根據(jù)所述工藝曲線實時調(diào)整燃燒參數(shù)，使得輸出負荷曲線跟隨所述工藝曲線變動。

25、作為本發(fā)明的優(yōu)選，s02中，所述溫變參數(shù)下發(fā)單元將所述關鍵溫變參數(shù)下發(fā)至加熱控制單元時，采用雙鏈路冗余傳輸法，保證數(shù)據(jù)安全到達。

26、作為本發(fā)明的優(yōu)選，s02中，所述加熱控制單元采用三次樣條插值法將接收的所述關鍵溫變參數(shù)處理為工藝曲線。

27、作為本發(fā)明的優(yōu)選，該種染缸加熱裝置自動控制方法還包含s04，具體為：

28、s04、構建優(yōu)化存儲單元，獲取所述工藝曲線和所述輸出負荷曲線，基于預設優(yōu)化算法模型對所述燃燒參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，并將所述調(diào)整方案保存為優(yōu)化模板；使用所述優(yōu)化模板對后續(xù)燃燒參數(shù)進行自動匹配優(yōu)化。

29、優(yōu)化存儲單元中部署有預設優(yōu)化算法模型，其可以基于工藝曲線和輸出負荷曲線的時序偏差，對燃燒參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整；并將調(diào)整方案保存為優(yōu)化模板，再下次遇到相似的時序偏差時，可直接套用上述優(yōu)化模板對后續(xù)燃燒參數(shù)進行自動匹配優(yōu)化。

30、作為本發(fā)明的優(yōu)選，該種染缸加熱裝置自動控制方法還包含斷網(wǎng)報警與應急處理步驟：警報單元每過10秒檢測一次網(wǎng)絡連接狀態(tài)，若檢測到網(wǎng)絡斷開，則定時觸發(fā)報警；若斷開定時時長超過300秒，則啟動本地存儲的應急程序維持所述燃燒加熱器的安全運行并保留數(shù)據(jù)，待網(wǎng)絡恢復后上傳至云平臺。

31、本方法中，還提供了一種斷網(wǎng)報警與應急處理步驟，當系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)關斷電、染缸工藝丟失或染缸暫停時，可進行斷開定時時長判斷步驟，當斷開定時時長超過300秒后，則啟動本地存儲的應急程序維持所述燃燒加熱器的安全運行，即接入本地模式，待網(wǎng)絡恢復后將保存的數(shù)據(jù)上傳至云平臺。

32、綜上所述，本發(fā)明具有如下有益效果：

33、本發(fā)明中，基于產(chǎn)品的原始工藝數(shù)據(jù)，通過提取其中的溫變參數(shù)，并將其制作為工藝曲線，基于工藝曲線的連續(xù)線性變化特征，對燃燒加熱器的輸出負荷曲線進行跟隨指導，通過調(diào)整燃燒加熱器的燃燒參數(shù)實現(xiàn)其對染缸的加熱控制，由于工藝曲線的獲取使用了插值法甚至三次樣條插值法等方法，使得曲線擁有極好的順滑度，既沒有溫度突變也不存在調(diào)控死區(qū)，可以很好地適配新型燃燒加熱器?；诖?，染缸的加熱控制形式轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性連續(xù)控制，這使得染缸中的染液溫度可以針對特殊面料做出對應改變，滿足新型復雜印染工藝需求。正是由于本發(fā)明引入了原始工藝數(shù)據(jù)，才使得復雜印染工藝需求與產(chǎn)品本身特性得到了結合，相比與傳統(tǒng)的人工或程序設定一個或多個恒溫值，再控制加熱裝置去保持該恒溫值的方式，具有顯著的生產(chǎn)指導性進步。