制絲加香加料防差錯系統(tǒng)設計

簡著名，蔣鵬沖，陳 亮，王戌名

（湖北中煙工業(yè)有限責任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430051）

0 引言

加香加料工序作為特殊重點工序是煙草加工行業(yè)不可或缺的一部分。面對行業(yè)內(nèi)存在香煙品類規(guī)格多樣、種類較多的特點，在加香加料工序中需要調(diào)配添加不同牌號、類型、重量的香糖料來滿足生產(chǎn)要求。如何避免在生產(chǎn)制造過程中出現(xiàn)混牌、錯牌、缺料等重大質(zhì)量事故，一直是煙草行業(yè)的關注熱點[1-4]。

防錯技術的采用有效的減少出錯的概率，對工藝提升與質(zhì)量管理也起到非常重要的作用。文獻[4]采用多重防錯設計主要針對制絲車間貯柜的進出柜，文獻[5]采用RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術，但該技術的應用需要固定的平臺，操作不便。文獻[6]采用基于PLC的在線防差錯對比應用，但其僅僅對比牌號批次信息，沒要考慮到香糖料重量的影響。文獻[7]基于基層電控的制絲工藝安全防差錯系統(tǒng)，存在生產(chǎn)中因料液不足斷流停車的質(zhì)量隱患。

本項目所設計的煙草行業(yè)加香加料防差錯系統(tǒng)，基于制絲管理系統(tǒng)的任務計劃，現(xiàn)場采用無線掃碼技術識別香糖料數(shù)據(jù)信息并進行全方面比對校驗。出現(xiàn)異常時進行任務步驟鎖定，同時給出報警提示，且在生產(chǎn)中進行多次對比，以防止質(zhì)量安全事故的發(fā)生。

1 系統(tǒng)結構

采用無線掃碼槍能便捷地進行香糖料信息識別，并傳輸至底層控制器（PLC）中與生產(chǎn)控制系統(tǒng)信息比對，根據(jù)對比結果進行加香（料）程序步驟鎖定，達到防差錯的目的。該系統(tǒng)主要由信息系統(tǒng)、PLC 電控單元、掃碼槍、人機交互系統(tǒng)組成。信息系統(tǒng)由香糖料調(diào)控系統(tǒng)、MES（Manufacturing Execution System，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)）組成。MES 根據(jù)市場需求進行任務下發(fā)，通過車間中控室下發(fā)傳遞生產(chǎn)信息至工序電控系統(tǒng)；香糖料調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)MES 計劃的投葉量進行糖料調(diào)制并打印含二位碼標簽。在生產(chǎn)現(xiàn)場通過掃碼槍進行香糖料信息識別，通過無線傳輸至工序電控系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)校驗（圖1）。

2 基于PLC 控制的防差錯設計

2.1 設計思路

（1）依據(jù)每個批次牌號來料的特點，自動計算出各工序所需料液重量進行香糖料配置S，S=M×α+a+b。其中，S 為香糖料總重量，M 為來料重量，α 為加料比例，a 為設備預填充用量，b 為設定冗余量。

圖1 系統(tǒng)架構

（2）進行香糖料出庫確認與使用前確認。在香糖料廚房進行香糖料搬運時需進行掃碼確認，如果無該操作，則在加香加料工序掃碼識別時進行報警提示。

（3）進行批次、牌號、重量等多重信息對比。各工序抽料操作前需進行掃碼識別，并在底層PLC 中與中控室下發(fā)的計劃信息進行一一比對。兩者批次、牌號信息必須一致，重量在設計誤差范圍之內(nèi)。如果出現(xiàn)沖突，則在啟動抽料操作時進行報警、禁止抽料操作，并在界面中進行報警提示。

（4）香糖料打入加香加料機后進行料液信息二次比對。利用加香加料機料罐自帶的稱重設備對該批次添加料液進行二次對比。根據(jù)實際情況設置一定的計量誤差比例c 及最小冗余量b1。在同時滿足S1>S×c 和S1>M×α+a+b1 時允許系統(tǒng)進行預填充操作。其中，S1為實際添加料液量。

（5）互鎖原則。為防止出現(xiàn)混牌、錯牌、缺料等質(zhì)量問題，在底層PLC 控制層對設備狀態(tài)進行鎖定。在抽料前進行料液信息核對、料罐狀態(tài)判斷，異常時進行抽料鎖定，禁止抽料。預填充前料液重量二次比對，超出誤差范圍時禁止預填充。加香加料機有料液時該料罐抽料功能被自動限制。

2.2 控制流程

結合企業(yè)信息化工廠平臺，生產(chǎn)信息由MES 生成，經(jīng)車間中控室下發(fā)底層段控PLC，并在PLC 中完成信息比對進而完成生產(chǎn)步驟。具體流程如下：

Step1：生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)計劃或上工序柜存信息生成工單并傳遞至車間中控室與香糖料廚房。

Step2：車間中控室與香糖料廚房根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度信息進行任務執(zhí)行。中控室根據(jù)實際生產(chǎn)情況下發(fā)生產(chǎn)信息至現(xiàn)場段控PLC，香糖料廚房根據(jù)調(diào)度信息配置香糖料。

Step3：香糖料出庫時進行出庫確認，比對香糖料信息的準確性。

Step4：現(xiàn)場崗位抽料前掃描香糖料信息并與中控室下發(fā)工單信息進行一一比對。根據(jù)比對失敗類型產(chǎn)生批次對比失敗、牌號對比失敗、重量對比失敗報警，并禁止加香加料機抽料。

Step5：抽料啟動后上傳香糖料信息至加香加料機。

Step6：抽料結束后利用加香加料機地秤顯示重量與工單信息重量二次對比。如果對比失敗，加香加料機禁止預填充步驟（圖2）。

圖2 香糖料信息處理校驗流程

2.3 程序?qū)崿F(xiàn)

為避免人的因素導致出錯率較高且結果不可逆的問題，結合PLC 高可靠性、高容錯能力的特點，通過PLC 編程手段進行信息比對，固化防差錯措施（圖3、圖4）。

圖3 批次重量信息比對

2.4 人機界面

面對可能出現(xiàn)一個批次生產(chǎn)需要多罐料液的情況，在操作界面中進行條碼顯示、總重量顯示等信息（圖5）。設置任務號選擇選項，方便人工操作，提高核對效率。在抽料啟動后在加香加料機操作界面顯示香糖料信息及實時重量信息（圖6）。

3 應用效果

為驗證該系統(tǒng)的有效性，連續(xù)統(tǒng)計3 個月的使用信息，并人為設置一些非正常情況，對該設計的穩(wěn)定性及準確性進項驗證（表1、表2）。

圖4 料液量信息二次比對

圖5 段控機操作界面

圖6 加香機操作界面

表1 生產(chǎn)情況統(tǒng)計

表2 異常情況設置

由表1 可知，當香糖料料液信息與工單信息一致時，設備正常生產(chǎn)運行，且通過人工進行確認準確率為100%。表2 為人為異常情況設置，當存在批次錯誤、牌號錯誤、實際料液偏低、工單料液不匹配、未進行出庫確認、非該工位香料罐等異常情況時，系統(tǒng)均進行報警，禁止設備進行下一步操作，防止質(zhì)量事故的產(chǎn)生，驗證防錯系統(tǒng)的有效性。

4 結束語

基于卷煙廠智能信息網(wǎng)絡管理平臺，采用便攜式掃碼槍進行加香加料料罐掃碼對比，并結合設備自身性能進行料液重量二次確認，且采用嚴格的底層邏輯控制，在底層PLC 中完成信息比對確認，具有較高的穩(wěn)定性、準確性，提高了人工確認的準確率，同時也提升煙絲質(zhì)量，防止質(zhì)量事故的發(fā)生。