簡著名，蔣鵬沖，陳 亮，王戌名

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)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(diǎn)工序是煙草加工行業(yè)不可或缺的一部分。面對(duì)行業(yè)內(nèi)存在香煙品類規(guī)格多樣、種類較多的特點(diǎn)，在加香加料工序中需要調(diào)配添加不同牌號(hào)、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(cuò)牌、缺料等重大質(zhì)量事故，一直是煙草行業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)[1-4]。

防錯(cuò)技術(shù)的采用有效的減少出錯(cuò)的概率，對(duì)工藝提升與質(zhì)量管理也起到非常重要的作用。文獻(xiàn)[4]采用多重防錯(cuò)設(shè)計(jì)主要針對(duì)制絲車間貯柜的進(jìn)出柜，文獻(xiàn)[5]采用RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）技術(shù)，但該技術(shù)的應(yīng)用需要固定的平臺(tái)，操作不便。文獻(xiàn)[6]采用基于PLC的在線防差錯(cuò)對(duì)比應(yīng)用，但其僅僅對(duì)比牌號(hào)批次信息，沒要考慮到香糖料重量的影響。文獻(xiàn)[7]基于基層電控的制絲工藝安全防差錯(cuò)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(xiàng)目所設(shè)計(jì)的煙草行業(yè)加香加料防差錯(cuò)系統(tǒng)，基于制絲管理系統(tǒng)的任務(wù)計(jì)劃，現(xiàn)場采用無線掃碼技術(shù)識(shí)別香糖料數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行全方面比對(duì)校驗(yàn)。出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行任務(wù)步驟鎖定，同時(shí)給出報(bào)警提示，且在生產(chǎn)中進(jìn)行多次對(duì)比，以防止質(zhì)量安全事故的發(fā)生。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用無線掃碼槍能便捷地進(jìn)行香糖料信息識(shí)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(duì)，根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行加香（料）程序步驟鎖定，達(dá)到防差錯(cuò)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(jī)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(jìn)行任務(wù)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(jì)劃的投葉量進(jìn)行糖料調(diào)制并打印含二位碼標(biāo)簽。在生產(chǎn)現(xiàn)場通過掃碼槍進(jìn)行香糖料信息識(shí)別，通過無線傳輸至工序電控系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)（圖1）。

2 基于PLC 控制的防差錯(cuò)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

（1）依據(jù)每個(gè)批次牌號(hào)來料的特點(diǎn)，自動(dòng)計(jì)算出各工序所需料液重量進(jìn)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(shè)備預(yù)填充用量，b 為設(shè)定冗余量。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

（2）進(jìn)行香糖料出庫確認(rèn)與使用前確認(rèn)。在香糖料廚房進(jìn)行香糖料搬運(yùn)時(shí)需進(jìn)行掃碼確認(rèn)，如果無該操作，則在加香加料工序掃碼識(shí)別時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。

（3）進(jìn)行批次、牌號(hào)、重量等多重信息對(duì)比。各工序抽料操作前需進(jìn)行掃碼識(shí)別，并在底層PLC 中與中控室下發(fā)的計(jì)劃信息進(jìn)行一一比對(duì)。兩者批次、牌號(hào)信息必須一致，重量在設(shè)計(jì)誤差范圍之內(nèi)。如果出現(xiàn)沖突，則在啟動(dòng)抽料操作時(shí)進(jìn)行報(bào)警、禁止抽料操作，并在界面中進(jìn)行報(bào)警提示。

（4）香糖料打入加香加料機(jī)后進(jìn)行料液信息二次比對(duì)。利用加香加料機(jī)料罐自帶的稱重設(shè)備對(duì)該批次添加料液進(jìn)行二次對(duì)比。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置一定的計(jì)量誤差比例c 及最小冗余量b1。在同時(shí)滿足S1>S×c 和S1>M×α+a+b1 時(shí)允許系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)填充操作。其中，S1為實(shí)際添加料液量。

（5）互鎖原則。為防止出現(xiàn)混牌、錯(cuò)牌、缺料等質(zhì)量問題，在底層PLC 控制層對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行鎖定。在抽料前進(jìn)行料液信息核對(duì)、料罐狀態(tài)判斷，異常時(shí)進(jìn)行抽料鎖定，禁止抽料。預(yù)填充前料液重量二次比對(duì)，超出誤差范圍時(shí)禁止預(yù)填充。加香加料機(jī)有料液時(shí)該料罐抽料功能被自動(dòng)限制。

2.2 控制流程

結(jié)合企業(yè)信息化工廠平臺(tái)，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(duì)進(jìn)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(jì)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(jìn)行任務(wù)執(zhí)行。中控室根據(jù)實(shí)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(shí)進(jìn)行出庫確認(rèn)，比對(duì)香糖料信息的準(zhǔn)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(jìn)行一一比對(duì)。根據(jù)比對(duì)失敗類型產(chǎn)生批次對(duì)比失敗、牌號(hào)對(duì)比失敗、重量對(duì)比失敗報(bào)警，并禁止加香加料機(jī)抽料。

Step5：抽料啟動(dòng)后上傳香糖料信息至加香加料機(jī)。

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

圖2 香糖料信息處理校驗(yàn)流程

2.3 程序?qū)崿F(xiàn)

為避免人的因素導(dǎo)致出錯(cuò)率較高且結(jié)果不可逆的問題，結(jié)合PLC 高可靠性、高容錯(cuò)能力的特點(diǎn)，通過PLC 編程手段進(jìn)行信息比對(duì)，固化防差錯(cuò)措施（圖3、圖4）。

圖3 批次重量信息比對(duì)

2.4 人機(jī)界面

面對(duì)可能出現(xiàn)一個(gè)批次生產(chǎn)需要多罐料液的情況，在操作界面中進(jìn)行條碼顯示、總重量顯示等信息（圖5）。設(shè)置任務(wù)號(hào)選擇選項(xiàng)，方便人工操作，提高核對(duì)效率。在抽料啟動(dòng)后在加香加料機(jī)操作界面顯示香糖料信息及實(shí)時(shí)重量信息（圖6）。

3 應(yīng)用效果

為驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性，連續(xù)統(tǒng)計(jì)3 個(gè)月的使用信息，并人為設(shè)置一些非正常情況，對(duì)該設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性進(jìn)項(xiàng)驗(yàn)證（表1、表2）。

圖4 料液量信息二次比對(duì)

圖5 段控機(jī)操作界面

圖6 加香機(jī)操作界面

表1 生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)

表2 異常情況設(shè)置

由表1 可知，當(dāng)香糖料料液信息與工單信息一致時(shí)，設(shè)備正常生產(chǎn)運(yùn)行，且通過人工進(jìn)行確認(rèn)準(zhǔn)確率為100%。表2 為人為異常情況設(shè)置，當(dāng)存在批次錯(cuò)誤、牌號(hào)錯(cuò)誤、實(shí)際料液偏低、工單料液不匹配、未進(jìn)行出庫確認(rèn)、非該工位香料罐等異常情況時(shí)，系統(tǒng)均進(jìn)行報(bào)警，禁止設(shè)備進(jìn)行下一步操作，防止質(zhì)量事故的產(chǎn)生，驗(yàn)證防錯(cuò)系統(tǒng)的有效性。

4 結(jié)束語

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