煙廠高架庫緩存區(qū)自動投料程序的優(yōu)化改進(jìn)

郭 彥

（陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漢中卷煙廠，陜西漢中 723102）

0 引言

漢中卷煙廠部分卷煙配方的調(diào)整及外加工品牌配方的使用，使卷煙單批次使用的片煙包數(shù)量從≤25包調(diào)整為（24～51）包。高架庫緩存區(qū)原有26個工位，當(dāng)每批次投料煙包數(shù)量＞26時，緩存區(qū)不能產(chǎn)生批次結(jié)束信號，設(shè)備無法向后,序送料，致使設(shè)備必須處于全手動操作，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。近年來，在高架庫研究方面，方利梅等人研究過片煙煙包排序出庫功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的課題,解決了多條生產(chǎn)線同時排序出庫的問題[1]；王彥蘅等人研究過如何提高成品高架庫日均出庫量課題，通過優(yōu)化算法、增加光電解決了任務(wù)分配不均、訂單間隔長、掃碼錯誤的問題[2]；程永生等研究過二次改造對立體庫系統(tǒng)性能的提升的課題，通過針對問題進(jìn)行二次改造實(shí)現(xiàn)設(shè)備效率的提升[3]等，但這些均不能解決漢中卷煙廠面臨的因投料數(shù)量超出緩存區(qū)工位造成的無法向后序供料的問題。此類問題多存在于技術(shù)改造較早的現(xiàn)場，可以通過大型的設(shè)備改造項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)，但投資較大，不符合國家局精益管理中提到的降本增效的目標(biāo)，通過對現(xiàn)場情況及現(xiàn)用程序的分析，提出并實(shí)施程序優(yōu)化改造項(xiàng)目。

1 存在的問題及原因分析

1.1 設(shè)備現(xiàn)狀

原料立體庫設(shè)備總體分為4個區(qū)，包含入庫設(shè)備、出庫設(shè)備和緩存設(shè)備。一區(qū)設(shè)備以堆垛機(jī)為界劃分，西側(cè)入庫設(shè)備、東側(cè)出庫設(shè)備；二區(qū)獨(dú)立入庫區(qū)；三區(qū)獨(dú)立出庫區(qū)；緩存區(qū)設(shè)備單獨(dú)為一區(qū)，負(fù)責(zé)保證每批次煙包全部集中出庫完成后向后工序供料，避免因出庫過程中主機(jī)設(shè)備故障造成的后工序斷料問題。其中一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)設(shè)備位于1層，緩存區(qū)設(shè)備位于2層平臺。出庫設(shè)備與緩存區(qū)設(shè)備通過177提升機(jī)完成，緩存區(qū)向后工序供料通過196提升機(jī)完成。

1.2 程序現(xiàn)狀

原可編程控制器控制程序中關(guān)鍵控制點(diǎn)程序（提升機(jī)177向緩存區(qū)供料條件、提升機(jī)196向后工序供料條件）均簡單采用光電設(shè)備觸發(fā)條件驅(qū)動。196向后工序供料的條件是出庫設(shè)備物料檢測光電均未檢測到煙包時，延時1 min生產(chǎn)供料標(biāo)志，196運(yùn)行向后工序供料的同時阻斷177向緩存區(qū)供料。177向緩存區(qū)供料的條件是緩存區(qū)設(shè)備物料檢測光電均未檢測到煙包時，供料標(biāo)志消失，177開始運(yùn)行向緩存區(qū)供料。

1.3 問題原因

原緩存區(qū)共有26個工位，每批次投料數(shù)量位≤25包，每批次投料全部結(jié)束后，出庫區(qū)設(shè)備將不再存在煙包，196可正常生成供料標(biāo)志向后工序供料?，F(xiàn)由于每批次投料的煙包數(shù)量有＞26包的，超出部分影響供料標(biāo)志的產(chǎn)生，因此程序無法執(zhí)行向后工序供料。

2 程序優(yōu)化

2.1 程序優(yōu)化思路

從問題原因可以看出，批次投料煙包數(shù)量超出緩存設(shè)備原設(shè)計(jì)的吞吐量，設(shè)備無法運(yùn)行的主因是控制程序，可通過修改程序解決，避免設(shè)備改造消耗高額成本。程序改造需要考慮以下因素：

（1）批次投料煙包數(shù)量低于緩存區(qū)設(shè)備工位數(shù)量（26包）時，可編程控制器程序可自動生成供料標(biāo)志，緩存區(qū)設(shè)備向后工序供料，同時需要阻斷出庫區(qū)設(shè)備向緩存區(qū)供料，防止下批次出庫的煙包進(jìn)入緩存區(qū)造成混批現(xiàn)象。

（2）批次投料煙包數(shù)量超過緩存區(qū)設(shè)備工位數(shù)量（26包）時，可編程控制器程序無法自動生成供料標(biāo)志，在可編程控制器程序中引入新的標(biāo)志“緩存配方齊全”，該標(biāo)志可通過人機(jī)界面產(chǎn)生?！熬彺媾浞烬R全”標(biāo)志可驅(qū)動緩存區(qū)設(shè)備向后工序供料，同時又不會阻斷177向緩存區(qū)的供料，保證當(dāng)前批次物料的完整性。當(dāng)前批次出庫區(qū)所有煙包全部進(jìn)入緩存區(qū)后，可編程控制器系統(tǒng)自動生成供料標(biāo)志，切斷177向緩存區(qū)的供料，防止下批次出庫煙包進(jìn)入緩存區(qū)。

（3）根據(jù)工藝管理要求，每批次投料完成，所有煙包進(jìn)入緩存區(qū)后，為保證所投物料無誤，必須由專人對所投煙包進(jìn)行核對后方可使用。因此“緩存配方齊全”標(biāo)志的確認(rèn)按鈕只設(shè)置在物料核對人員的操作屏上。

（4）為保證可編程控制器程序中關(guān)鍵點(diǎn)觸發(fā)的可靠性，可編程控制器程序中關(guān)鍵點(diǎn)觸發(fā)條件避免使用簡單的光電管通斷信號作為判斷條件，盡可能使用系統(tǒng)中的任務(wù)號、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等作為判斷條件。因此優(yōu)化程序過程中將關(guān)鍵點(diǎn)的判斷條件由光電信號更改為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

（5）入庫過程中需要從高架庫內(nèi)調(diào)用托盤組，此任務(wù)會通過出庫設(shè)備執(zhí)行。因此，此時設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)會影響到程序?qū)?biāo)志位產(chǎn)生的判斷，優(yōu)化程序過程中必須將托盤組出庫時引起的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)排除在判斷條件之外。

圖1 程序自動生成標(biāo)志位梯形圖

2.2 程序優(yōu)化內(nèi)容

程序優(yōu)化主要涉及兩大方面，可編程控制器程序和Intouch程序。可編程控制器程序的優(yōu)化主要是改變程序中供料標(biāo)志的判斷條件及引入新的標(biāo)志“緩存配方齊全”，使設(shè)備滿足現(xiàn)階段投料需求正常運(yùn)行；Intouch程序優(yōu)化主要是實(shí)現(xiàn)出庫人員對供料標(biāo)志、新標(biāo)志“緩存配方齊全”的人工操作。

2.2.1 可編程控制器程序優(yōu)化部分

可編程控制器程序優(yōu)化通過STEP7編程軟件實(shí)現(xiàn)原程序的上傳、編程、下載[4]。

（1）計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)可編程控制器程序的監(jiān)控、編程、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ?，首先需要將電腦與可編程控制器建立連接，西門子可編程控制器與計(jì)算機(jī)建立連接使用的主要方法有網(wǎng)線連接、專用適配器連接等?，F(xiàn)場使用的可編程控制器是317-2PN/DP，PN/DP上均掛有網(wǎng)絡(luò)，為保證監(jiān)控和調(diào)試的方便性，選擇西門子專用適配器6ES7 972-0CB20-OXAO。

（2）安裝完適配器驅(qū)動，做好硬件連接后，要在STEP7編程軟件中對PG/PC通訊連接接口進(jìn)行設(shè)置。通過STEP7編程軟件菜單欄中‘選項(xiàng)’卡，進(jìn)行‘設(shè)置PG/PC接口’，在接口菜單‘為使用的接口分配參數(shù)（P）’的列表中選擇‘PC Adapter（Auto）’選項(xiàng)并確認(rèn)。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通過西門子專用適配器與可編程控制器的連接通信。

（3）程序變更（圖1）。標(biāo)志位是可編程控制器程序中決定緩存區(qū)何時向后工序供料以及出庫區(qū)何時向緩存區(qū)供料的關(guān)鍵點(diǎn)。原程序中標(biāo)志位產(chǎn)生的判斷條件均為出庫區(qū)設(shè)備的探貨光電信息，現(xiàn)引入設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)替換原光電信息作為判斷條件。圖1是批次投料≤26包程序自動生成標(biāo)志位或批次投料＞26包，人工確認(rèn)向后工序供料，投料煙包剩余數(shù)量＜26包時自動生成標(biāo)志位的梯形圖。DB4是系統(tǒng)中存放各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)塊，DBX……具體定義某臺設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的存放位置。設(shè)備與程序中編號的對應(yīng)規(guī)則為系統(tǒng)原有對應(yīng)規(guī)則：DB4.DBXN：N=（設(shè)備平面號-100）*2。DB8存放的是任務(wù)類型，與設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系為DB8.DBW(X+6)，其中 X=（設(shè)備平面號-100）*10。類型 2 指托盤組。此段程序?qū)崿F(xiàn)所有設(shè)備均沒有任務(wù)運(yùn)行時，表示批次投料結(jié)束，生成標(biāo)志位；如還有出庫設(shè)備在運(yùn)行中，就對比任務(wù)類型，如果是正常物料的任務(wù)類型，則表示批次投料沒有結(jié)束，標(biāo)志位無法產(chǎn)生，如果只是托盤組類型則表示投料已結(jié)束，系統(tǒng)會正常產(chǎn)生標(biāo)志位。

當(dāng)投料煙包數(shù)量＞26包時，出庫區(qū)一直有設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，程序不能生成標(biāo)志位，緩存區(qū)無法向后工序供料，引入新的供料條件M39.0，具體程序見圖2。其中M68.0是增加到人機(jī)操作界面的按鈕值。

圖2 新增供料條件梯形圖

（4）程序下載測試

通過STEP7編程軟件對可編程控制器程序優(yōu)化完成后必須對其進(jìn)行測試，選擇優(yōu)化后的程序段，點(diǎn)擊菜單欄中“PLC”標(biāo)簽在彈出的下拉菜單中點(diǎn)擊“下載（D）”按鈕，將新程序下載到可編程控制器中。

測試完成無誤后將此程序段程序下載固化到可編程控制器存儲卡中，點(diǎn)擊“PLC”標(biāo)簽，在下拉菜單中點(diǎn)擊“將用戶程序下載到存儲卡（W）”,最后在確認(rèn)界面點(diǎn)擊確認(rèn)。

2.2.2 Intouch程序優(yōu)化部分

人機(jī)操作界面優(yōu)化在原計(jì)算機(jī)上進(jìn)行優(yōu)化更改[5]，添加‘緩存配方齊全’人工控制按鈕，用于控制可編程控制器程序中新增的供料標(biāo)志位。具體位置如圖3所示

3 優(yōu)化效果

圖3 新增標(biāo)志位控制按鈕

程序優(yōu)化自主完成，專項(xiàng)投資金額0。程序優(yōu)化后解決了原料高架庫片煙單批次煙包數(shù)量增加造成的無法出庫問題。當(dāng)單批次投料煙包數(shù)量＜26包時，全包煙包進(jìn)入緩存區(qū)后程序自動生成標(biāo)志位，緩存區(qū)向后工序供料，同時阻斷下一批次投料煙包進(jìn)入緩存區(qū)。當(dāng)單批次投料煙包數(shù)量＞26包時，緩存區(qū)煙包停滿工位后，可人工確認(rèn)新的供料標(biāo)志位，緩存區(qū)向后工序供料，出庫區(qū)正常向緩存區(qū)供料，當(dāng)出庫區(qū)設(shè)備供料全部結(jié)束后，程序自動生成標(biāo)志位，保證緩存區(qū)的供料切斷出庫區(qū)下一批次的供料。