基于TIA系統(tǒng)快速換批生產(chǎn)方法的應(yīng)用

廊坊燕京職業(yè)技術(shù)學(xué)院 郭娜

物流系統(tǒng)是保證卷煙廠自動化生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，快速換批是實現(xiàn)物流系統(tǒng)高效化和連續(xù)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)不同物流系統(tǒng)的自身特點，選擇信息寫入工位，使用西門子TIA博途軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)單工位和多工位信息的傳遞，針對不同類型的比對工位，采用不同的信息進行比對，在保證了生產(chǎn)不出現(xiàn)混批的前提下，實現(xiàn)了物流系統(tǒng)的快速換批，案例分析驗證所提方法的有效性。

1 存在問題分析

物流系統(tǒng)在整個煙草生產(chǎn)企業(yè)占據(jù)重要位置，不僅緩存區(qū)離不開物流系統(tǒng)，且部分工藝離不開物流系統(tǒng)的樞紐作用，同時，物流系統(tǒng)還具有嚴格信息記錄功能，這樣不僅精確地完成緩存功能，還能有效實現(xiàn)其工藝相關(guān)要求，提高了企業(yè)的整體管理水平和經(jīng)濟運行質(zhì)量[1-2]。因此，物流系統(tǒng)的高效化和連續(xù)化作業(yè)直接決定卷煙廠的生產(chǎn)效率。

隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)管理和生產(chǎn)的自動化水平得到了很大提高，物料的存儲和管理已經(jīng)成為現(xiàn)代化企業(yè)物流管理的重要環(huán)節(jié)[3]。但仍有卷煙廠物流系統(tǒng)在換批生產(chǎn)時效率較低，如依靠人為斷開關(guān)鍵工位的本地開關(guān)來避免混批問題，或直到上批物料全部進入下一個系統(tǒng)時才會去換批，這樣直接增加了每批物料生產(chǎn)的時間，提高了人工成本和制造費用等。因此，根據(jù)不同物流系統(tǒng)的自身特點，實現(xiàn)快速換批對提高卷煙廠的生產(chǎn)效率非常重要。

2 基于工位信息的快速換批

2.1 工位信息寫入

煙草在卷煙廠物流系統(tǒng)中多以工位的形式進行傳遞，在保證煙草不出現(xiàn)進錯和出錯的前提下，通常以物流系統(tǒng)中的第一個工位作為起始工位，對每個進入該工位的煙草寫入批次、煙牌名稱和裝箱序號等信息。寫入方式主要通過車間管理系統(tǒng)將當前批物料信息下發(fā)至物流系統(tǒng)，并利用西門子TIA博途軟件中相關(guān)指令傳遞至信息寫入工位。

2.2 單工位信息傳遞

物流系統(tǒng)中工位傳遞方式分為單工位和多工位，為了實現(xiàn)信息在不同工位之間的傳遞，采用西門子PLC專用組態(tài)編程軟件TIA Portal，并且在軟件設(shè)計時每個工位都建立一個具有相同數(shù)據(jù)格式用戶自定義(UDT)的數(shù)據(jù)塊(DB)，主要用來存儲每個工位的信息(包括批次、煙牌名稱和裝箱序號等)，編寫了工位間電機控制的標準塊，每個輸送機都添加一個功能塊（FC）調(diào)用標準塊以及進行相關(guān)程序編寫，DB1和DB2分別為工位1和工位2的信息數(shù)據(jù)塊，COPY為信息傳遞跳轉(zhuǎn)標簽[4]。

標準塊中還包含一些其他類型的變量及程序，除了保證工位間電機的正常動作外，需要將工位1的信息能全部傳遞至工位2，當傳遞條件滿足時信息傳遞完成，其中，不同工位間的傳遞條件受到多方面因素的影響。單工位信息傳遞過程如圖1所示，陰影部分表示當前工位有煙草。

圖1 單工位信息傳遞過程Fig.1 Single-station information transfer process

2.3 多工位信息傳遞

由于物流系統(tǒng)中不僅存在單工位鏈式輸送機，還包括多工位積放鏈式輸送機，其信息傳遞方法的基本思想與單工位相同，但在細節(jié)處理上卻與單工位的信息傳遞所有差異，Input變量主要包括積放鏈式輸送機的最后一個工位的數(shù)據(jù)塊地址和傳遞次數(shù)，其中，傳遞次數(shù)由積放鏈式輸送機的工位數(shù)量決定。

由于物流系統(tǒng)中采用的積放式鏈式輸送機種類較多，下面主要以四工位向單工位進行信息傳遞描述其過程，傳遞開始前四工位積放鏈式輸送機上每個工位均為有料狀態(tài)，經(jīng)過信息傳遞過后，原工位1.4上的煙草信息傳遞至工位2，而工位1.1上的煙草信息傳遞至工位1.2，工位1.2上的煙草信息傳遞至工位1.3，工位1.3上的煙草信息傳遞至工位1.4，當工位信息發(fā)生這樣的變化即完成一次多工位信息傳遞，第二次傳遞時可依次類推，具體傳遞過程如圖2所示。

圖2 多工位信息傳遞過程Fig.2 Multi-station information transfer process

2.4 工位信息比對

工位信息比對是卷煙廠物流系統(tǒng)快速換批的關(guān)鍵步驟，比對工位通常位于物流系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的連接處，也可以根據(jù)物流系統(tǒng)的自身特點設(shè)置信息比對工位，當工位信息比對一致時，系統(tǒng)即可在不混批的前提下生產(chǎn)下一批物料，從而保證物流系統(tǒng)高效化和連續(xù)化生產(chǎn)，具體信息比對工作原理如圖3所示。

圖3 物流系統(tǒng)工位信息比對工作原理Fig.3 The working principle of an information comparison of work station in logistics system

生產(chǎn)開始前管理系統(tǒng)將當前批與下一批的物料信息發(fā)至各系統(tǒng)，為避免出現(xiàn)混批問題，生產(chǎn)過程中若不同系統(tǒng)的當前批物料信息不一致時，前一個系統(tǒng)上的煙草將不能進入下一個系統(tǒng)，即工位M上的煙草要進入物流系統(tǒng)，必須將物流系統(tǒng)的當前批物料信息換成HT01201712006，原物流系統(tǒng)通常在煙草全部進入至系統(tǒng)B時才會換批，或斷開關(guān)鍵工位的本地開關(guān)。現(xiàn)在只需要某批煙草全部被寫入信息，通過工位信息與系統(tǒng)B的當前批物料信息進行比對，即可快速結(jié)束物流系統(tǒng)的當前批，從而開始下一批的生產(chǎn)，保證系統(tǒng)A上的煙草可以最快進入物流系統(tǒng)。

3 案例應(yīng)用

真空回潮作為制絲生產(chǎn)線的第一道工序，主要用于提高煙葉的溫度和含水率等，同時，也是卷煙廠比較常見的一種物流系統(tǒng)，現(xiàn)以真空回潮工藝段為例，驗證該方法的有效性，如圖4所示為制絲車間的真空回潮段工藝布局圖。

圖4 制絲車間的真空回潮段工藝布局圖Fig.4 Process layout of vacuum moisture recovery section for tobacco making workshop

在不影響正常生產(chǎn)的前提下，為了盡可能減少管理系統(tǒng)、程序編寫和操作工的工作量，將真空回潮工藝段分為進料單元和出料單元，進料單元包括2201至2218.2工位，出料單位包括2219至2242工位，其中，2301至2305工位屬于松散回潮系統(tǒng)，生產(chǎn)開始前管理系統(tǒng)將當前批的物料信息下發(fā)至進料單元和出料單元。根據(jù)真空回潮段的工藝特點，選取裝箱機作為信息寫入工位，即經(jīng)過裝箱機后的煙框均附有當前批的物料信息，且在滿足傳遞條件的情況下，將煙框及信息傳遞給下一個工位。 比對信息工位的選擇對保證生產(chǎn)安全和快速換批具有重要影響，根據(jù)單元劃分的區(qū)域選取2201、2218.1_5、2218.2_5和2241等作為信息比對工位，其中2218.1和2218.2為五工位積放鏈式輸送機，如表1所示為比對工位的詳細信息。

表1 比對工位的詳細信息Tab.1 An information comparison of work station in detail

根據(jù)上述信息，進料單元換批條件為當前批煙包全部裝箱完成，出料單元換批條件為當前批煙包進入2219或2221工位。經(jīng)過統(tǒng)計20批的操作記錄分析得出：

(1)減少斷開本地開關(guān)20次，原換批生產(chǎn)時需要斷開關(guān)鍵工位的本地開關(guān)，防止不同批次和品牌的物料出現(xiàn)混批問題；

(2)工位信息比對出錯次數(shù)和出現(xiàn)混批次數(shù)均為0；

(3)每批生產(chǎn)時可節(jié)省時間約10.4分鐘，原真空回潮工藝段換批時需要當前批煙包全部進入真空回潮機。

4 結(jié)語

該方法目前已成功應(yīng)用于制絲車間真空回潮工藝段，能夠準確對每個煙包寫入當前批次的物料信息，避免了生產(chǎn)過程中煙葉進錯和出錯問題的出現(xiàn)，且實現(xiàn)了物流系統(tǒng)的高效化和連續(xù)化生產(chǎn)。