基于產(chǎn)品牌號的煙草卷接包車間設(shè)備控制系統(tǒng)

張雄杰，許宇星，柯朝暉，王 曄

（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，361022）

目前國內(nèi)煙草工業(yè)企業(yè)的卷接包車間中作為卷煙生產(chǎn)企業(yè)中的重要加工單元，具有眾多繁雜的生產(chǎn)設(shè)備，如發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、成型機(jī)、喂絲機(jī)、卷煙機(jī)、包裝機(jī)、封箱機(jī)等，每種生產(chǎn)設(shè)備又各有若干套，生產(chǎn)設(shè)備之間關(guān)系又相互不同，有些是多臺設(shè)備并行工作（如卷包機(jī)組），有些為多對多的串聯(lián)關(guān)系（如喂絲機(jī)對卷接機(jī)）。傳統(tǒng)的卷包生產(chǎn)及設(shè)備控制系統(tǒng)是按各卷包設(shè)備進(jìn)行離散控制，所生產(chǎn)的牌號分散到各個(gè)機(jī)組進(jìn)行孤立管理，因而面對越來越多的牌號和設(shè)備，存在著生產(chǎn)組織和物料流程復(fù)雜，控制難度大，精益化不足，換牌時(shí)間長，生產(chǎn)可視化程度不高等問題。針對現(xiàn)有系統(tǒng)的不足之處，本文提供了一種基于產(chǎn)品牌號的煙草卷接包車間設(shè)備的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將卷包車間繁多的設(shè)備變離散型控制為連續(xù)型控制，提高生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性、一致性，避免了錯(cuò)牌風(fēng)險(xiǎn)，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的精益化和可視化。

1 設(shè)計(jì)原理和工作過程

本文所設(shè)計(jì)的煙草卷接包車間生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)原理如下：卷包車間雖然生產(chǎn)設(shè)備繁多，林林種種有數(shù)百余種生產(chǎn)設(shè)備，但現(xiàn)場生產(chǎn)的牌號僅有幾種或十幾種，因此，我們以牌號為主導(dǎo)，構(gòu)建多條虛擬生產(chǎn)線，通過信號連鎖，將車間生產(chǎn)同一牌號產(chǎn)品的各生產(chǎn)設(shè)備虛擬組合在一起，視為該牌號生產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備；每個(gè)牌號對應(yīng)一條虛擬生產(chǎn)線，對該虛擬生產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行信號鎖定，對該牌號的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一計(jì)算，使生產(chǎn)該牌號的諸多設(shè)備能夠統(tǒng)一開始、統(tǒng)一結(jié)束、統(tǒng)一換牌；投入生產(chǎn)該牌號產(chǎn)品前的生產(chǎn)設(shè)備與該生產(chǎn)線的產(chǎn)品牌號比對一致后投入運(yùn)行。

具體實(shí)現(xiàn)方式如下：

首先，系統(tǒng)通過廠級網(wǎng)，采用WebService 和XML同MES進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)時(shí)接收MES下達(dá)的生產(chǎn)工單，并將生產(chǎn)信息、設(shè)備信息反饋回MES。再通過工業(yè)以太網(wǎng)，對車間所有的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制，并接收各生產(chǎn)設(shè)備所反饋設(shè)備狀態(tài)信息。

當(dāng)系統(tǒng)接到MES下達(dá)的生產(chǎn)工單后，將工單拆解成不同的產(chǎn)品牌號，然后根據(jù)各產(chǎn)品牌號組建各條虛擬生產(chǎn)線，該虛擬生產(chǎn)線，依托工業(yè)控制及和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，打破傳統(tǒng)的以卷包機(jī)組為核心的生產(chǎn)線概念，是一種從生產(chǎn)過程和設(shè)備資源中綜合出來的新的生產(chǎn)能力，其核心通過牌號信息完成設(shè)備信號關(guān)聯(lián)，而不是生產(chǎn)設(shè)備的物理位置。虛擬生產(chǎn)線將車間生產(chǎn)同一產(chǎn)品牌號的各生產(chǎn)設(shè)備，不論物理位置，不管是并行串行，包括：喂絲機(jī)和小儲柜、卷接機(jī)組、包裝機(jī)組、濾棒發(fā)射機(jī)和交換機(jī)對應(yīng)發(fā)射管道、條煙輸送線、排包機(jī)、煙條緩存器、裝封箱機(jī)等，虛擬組合成同一生產(chǎn)線，每個(gè)產(chǎn)品牌號對應(yīng)一條虛擬生產(chǎn)線。系統(tǒng)對該虛擬生產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行信號鎖定，所涉及到的各設(shè)備在投入運(yùn)行前，必須進(jìn)行牌號對比，確認(rèn)該設(shè)備生產(chǎn)的牌號與該生產(chǎn)線的牌號一致時(shí)才能投入運(yùn)行；并顯示在這些區(qū)域設(shè)置的信息終端上（含相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)）。原則上，一條虛擬生產(chǎn)線上的設(shè)備同時(shí)開始/完成相關(guān)生產(chǎn)任務(wù)，并對該牌號生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一計(jì)算，使生產(chǎn)該牌號的諸多設(shè)備能夠統(tǒng)一開始、統(tǒng)一結(jié)束、統(tǒng)一換牌。

其數(shù)據(jù)處理流程如下：

A：生產(chǎn)啟動，監(jiān)控上位系統(tǒng)通過wonderware I/O server通訊，與主控PLC交換數(shù)據(jù)，讀取各個(gè)設(shè)備狀態(tài)，包括接嘴狀態(tài)。設(shè)置各種參數(shù)；

B：卷包集控系統(tǒng)接受生產(chǎn)任務(wù)后，對生產(chǎn)任務(wù)計(jì)劃進(jìn)行分解，通過接口I/O(0/1)連鎖表（可參考下面的附表一、附表二、附表三）的形式，把生產(chǎn)線上需要的信號傳送給主控PLC，主控PLC自動啟動相應(yīng)連鎖設(shè)備，監(jiān)控上位系統(tǒng)依據(jù)工單和連鎖表來形成N條虛擬生產(chǎn)線；

附表一：卷接機(jī)-發(fā)射機(jī) 連鎖表

附表二：卷接機(jī)-包裝機(jī) 連鎖表

附表三：包裝機(jī)-排包機(jī) 連鎖表

C：生產(chǎn)結(jié)束，停止各個(gè)連鎖設(shè)備。

連鎖方式提供人工修改頁面，生產(chǎn)管理人員可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況調(diào)整連鎖方式。

為了提高生產(chǎn)換牌過程中的效率，系統(tǒng)根據(jù)各生產(chǎn)設(shè)備在虛擬生產(chǎn)線上的上下游關(guān)系，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度，對各生產(chǎn)設(shè)備逐一解鎖，在根據(jù)新的工單進(jìn)行生產(chǎn)線的重組。以下為新系統(tǒng)的快速換牌的說明，只說明與系統(tǒng)有關(guān)的部分，其余如輔料結(jié)存，清掃機(jī)臺，填寫記錄同原系統(tǒng)換牌流程。

MES將當(dāng)前的生產(chǎn)工單以及下一生產(chǎn)工單到該系統(tǒng)，經(jīng)審核確認(rèn)后由系統(tǒng)下發(fā)到機(jī)臺工作站。

換牌的過程是在集控系統(tǒng)中是為生產(chǎn)機(jī)臺從原生產(chǎn)線解鎖出來被重組到新的生產(chǎn)線中去的過程，在這過程中需要由系統(tǒng)分配工單，同時(shí)還需要現(xiàn)場操作人員根據(jù)實(shí)際情況在現(xiàn)場工作站進(jìn)行相應(yīng)的操作。

當(dāng)生產(chǎn)線上某一生產(chǎn)機(jī)臺（如卷接機(jī)）完成當(dāng)前工單——產(chǎn)品牌號1的生產(chǎn)任務(wù)后，機(jī)臺操作工在在現(xiàn)場工作站確認(rèn)結(jié)束該生產(chǎn)機(jī)臺的當(dāng)前工單并進(jìn)行換牌操作（掃車、輔料結(jié)存等），此時(shí)該機(jī)臺在該系統(tǒng)中從原生產(chǎn)線解鎖出來。

完成換牌流程后，操作工（或其他授權(quán)人員）在現(xiàn)場工作站完成切換牌號的操作，此時(shí)該機(jī)臺在集控系統(tǒng)中被重新組合到新的生產(chǎn)鏈路——產(chǎn)品牌號2中。當(dāng)整條生產(chǎn)線上的所有機(jī)臺都完成換牌工作后，新的生產(chǎn)鏈路重組完成。換牌示意圖可參考圖1.

傳統(tǒng)的卷包設(shè)備監(jiān)控畫面，各設(shè)備之間呈離散狀態(tài)的關(guān)系不甚明了，甚至需要切換多張界面才能完整監(jiān)控，這就造成了監(jiān)控不便。而本系統(tǒng)是以生產(chǎn)牌號為核心，人機(jī)界面直觀明了，所有的產(chǎn)品牌號，在一張監(jiān)控界面上顯示，并用顏色來區(qū)別。在同一張監(jiān)控界面上，還集中標(biāo)示卷包車間喂絲機(jī)、中速卷煙機(jī)、濾棒發(fā)射機(jī)、兩管濾棒接收機(jī)、中速包裝機(jī)、高速卷煙機(jī)、三管濾棒接收機(jī)、高速包裝機(jī)、條煙輸送線、排包機(jī)、裝封箱機(jī)、除塵設(shè)備等百余種生產(chǎn)設(shè)備，以及這些設(shè)備的各種狀態(tài)，同一生產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備在監(jiān)控界面上的顏色，同所生產(chǎn)的產(chǎn)品牌號相同。使用者無需切換界面，僅通過該監(jiān)控界面，即可對當(dāng)前生產(chǎn)的所有牌號和車間所有的生產(chǎn)設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系一目了然，大大提高了生產(chǎn)的可視化。

換牌前：

附圖一：系統(tǒng)換牌示意圖

2 結(jié)束語

較之傳統(tǒng)的以卷包車間以設(shè)備為主導(dǎo)的離散型控制系統(tǒng)，本文所設(shè)計(jì)的新型煙草卷接包車間控制系統(tǒng)是以產(chǎn)品牌號為主導(dǎo)，通過構(gòu)建虛擬生產(chǎn)線系統(tǒng)，將卷包車間繁多呈離散化的各設(shè)備完整地組合在一起，系統(tǒng)對該虛擬生產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行信號鎖定，對該牌號生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一計(jì)算，使生產(chǎn)該牌號的諸多設(shè)備能夠統(tǒng)一開始、統(tǒng)一結(jié)束、統(tǒng)一換牌，變離散型控制為連續(xù)型控制，提高生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性、一致性，避免了錯(cuò)牌風(fēng)險(xiǎn)，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的精益化和可視化。

于建軍.卷煙工藝學(xué)〔M〕.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003.