鄧忠聲，陳 曦，劉嘉耀，王海峰，宋成照，宮建華

（1.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司梅州卷煙廠，廣東梅州 514599；2.北京航天拓?fù)涓呖萍加邢挢?zé)任公司，北京 100176）

0 引言

真空回潮作為煙草行業(yè)制絲車間關(guān)鍵工藝，可分為煙包開包、垂直切片、稱重裝箱、真空回潮、煙葉松垛、喂料機喂料6 個部分。煙包開包是用于對紙箱包裝的葉片煙包進行翻包、脫箱，并將煙垛和紙箱分別送往煙垛分切機和紙箱回收處。垂直切片用于將拆包后的煙包垂直分切成寬度相等的數(shù)塊，為煙片的松散和回潮、增濕提供工藝條件。稱重裝箱用于將切好的煙片進行計量裝箱，保證每箱重量均衡。真空回潮用于將已裝好箱的煙片進行連續(xù)、自動的真空回潮處理，可適度提高煙葉的溫度和含水率，提高其柔韌性和抗破碎性，改善成品煙絲的吸味，有利于加料、加香工序中糖料、香精的吸收。同時去除煙片中青雜氣，并可在一定程度上起到殺蟲卵的作用。煙葉松垛是將回潮后的煙葉進行松散，減少煙葉中的結(jié)塊。喂料機與電子皮帶秤配合使用，可定量輸送葉片。達(dá)到自動調(diào)節(jié)工藝流量、均衡生產(chǎn)的功能。

真空回潮作為煙草制絲車間的關(guān)鍵工藝，準(zhǔn)確掌握和操作其中每個環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的。只有嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量、口感良好的煙草制品，滿足消費者的需求。因此，煙草行業(yè)的制絲車間必須高度重視真空回潮工藝，并進行科學(xué)管理和技術(shù)創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競爭力。某卷煙廠真空回潮工藝段如圖1 所示。

圖1 真空回潮工藝流程

真空回潮工序受加工特質(zhì)影響，常與物流管理系統(tǒng)相結(jié)合，通過PLC 編程實現(xiàn)對生產(chǎn)葉組簡單的批次信息標(biāo)識。其以輥道輸送機為運輸平臺，煙箱為煙葉的載體，結(jié)合煙箱占位信號運用PLC 隊列技術(shù)，動態(tài)記錄葉組的每個煙箱在真空回潮工序上的批次信息，實現(xiàn)信息傳遞[1]。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)[2]。劃分合理的批次單元可以更好的提高生產(chǎn)效率。劃分單元越細(xì)，操作流程會比較繁瑣，出錯率較高。劃分單元越粗，生產(chǎn)效率會降低。如何在生產(chǎn)中實現(xiàn)操作簡單并提升效率，成為問題研究的關(guān)鍵。

1 現(xiàn)有真空回潮生產(chǎn)流程

上游開包好的煙包經(jīng)過皮帶自動輸送至切片機處，切片機按照設(shè)定的自動流程將煙包切成5 片，并填充到切片機后斜長皮帶和裝箱工位電子皮帶秤上。當(dāng)物流輸送線的空周轉(zhuǎn)箱到達(dá)裝箱工位時，裝箱工位電子皮帶秤將煙片裝到周轉(zhuǎn)箱內(nèi)。隨著裝箱重量的不斷增加，當(dāng)大于設(shè)定的裝箱預(yù)設(shè)重量后，電子皮帶秤停止輸送，控制系統(tǒng)將當(dāng)前煙箱的重量、牌號信息寫入PLC數(shù)據(jù)塊進行存儲，同時信息隨著煙箱的流轉(zhuǎn)同步向后級傳遞。已裝完煙片的周轉(zhuǎn)箱離開裝箱位置后，前序已緩沖好的空周轉(zhuǎn)箱會通過鏈條自動輸送到裝箱工位進行裝箱，重復(fù)執(zhí)行上述動作。已裝完箱的周轉(zhuǎn)箱經(jīng)過真空回潮機增溫、增濕后輸送到達(dá)松垛機前翻箱位置時，控制系統(tǒng)將隨著煙箱傳遞的工位信息與松垛喂料機生產(chǎn)的批次號進行比對，信息比對一致才允許翻箱進入后續(xù)工序。

梅州卷煙廠真空回潮工藝段設(shè)備布局操作界面如圖2 所示。

圖2 梅州卷煙廠操作界面

為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)省換批時間。通常將真空回潮生產(chǎn)線劃分為3 個單元，分別為裝箱備料單元、真空生產(chǎn)單元、松垛喂料單元。裝箱回潮單元包含垂直切片和裝箱備料，真空回潮包含真空主機及輸送翻箱，松垛喂料單元包含松垛機、喂料機及后續(xù)生產(chǎn)單元。單元的拆分類似流水線工作方式，可以實現(xiàn)不同工段并行生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。比如當(dāng)真空備料單元的所有煙箱備料完成并進入真空回潮機后。真空備料單元可以釋放當(dāng)前批的工單并切換至下一批的工單，同時真空生產(chǎn)單元可以繼續(xù)當(dāng)前批的生產(chǎn)。同理，當(dāng)真空生產(chǎn)單元的當(dāng)前批物料全部煙箱到達(dá)翻箱機并完成翻箱，真空生產(chǎn)單元同樣可以釋放當(dāng)前生產(chǎn)工單，開始下一工單。這種工作方式極大提高了生產(chǎn)的并行程度。

2 現(xiàn)有流程存在的問題

生產(chǎn)線3 個單元的劃分雖然提高了生產(chǎn)效率，滿足了柔性化生產(chǎn)需求，同時增加了生產(chǎn)的復(fù)雜性。由于每個生產(chǎn)單元會同時生產(chǎn)不同批次，為了保證單元之間不發(fā)生混批事故，在單元銜接處增加了批次比對。例如在真空回潮生產(chǎn)單元和松垛喂料單元在翻箱位置增加基于煙箱信息與后續(xù)工藝單元的比對，當(dāng)翻箱機工位信息與松垛喂料單元信息不一致時，煙箱停滯在翻箱位置等待翻箱。由于物流輸送裝置具有每個煙箱可以獨立裝載物料的特性，可以實現(xiàn)同一個單元運輸不同批次的煙葉。然而制絲設(shè)備，如松垛機、喂料機等，不具備上述特性，只能等生產(chǎn)線排空才可以換批生產(chǎn)。

為了進一步節(jié)約生產(chǎn)時間，提高批次的銜接效率，真空回潮生產(chǎn)單元往往在煙箱全部真空回潮完畢但未完全翻箱進入松垛機時，真空回潮生產(chǎn)單元就提前換批，進行下一批次的生產(chǎn)。松垛喂料單元批次間的間距由松垛喂料單元生產(chǎn)信息進行拉開，這時對于松垛喂料單元換批時機掌控尤為關(guān)鍵。如果當(dāng)前批煙箱未全部翻入松垛機就提前換批，會導(dǎo)致當(dāng)前批次的煙箱遺留在輸送線上，煙箱信息與松垛喂料單元換批后的信息比對失敗無法翻箱。如果當(dāng)前批煙箱全部翻箱進入松垛單元，并且后續(xù)已經(jīng)生產(chǎn)完畢，操作人員未及時換批會導(dǎo)致下一批的真空回潮完成且等待在翻箱機前的煙葉停留在高溫的周轉(zhuǎn)箱內(nèi)，會導(dǎo)致煙葉變干，影響工藝質(zhì)量。這就要求操作人員要經(jīng)常查詢當(dāng)前翻箱的煙箱信息和松垛喂料單元的生產(chǎn)情況。

3 自動換批系統(tǒng)設(shè)計思路

為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高操作的便捷性，設(shè)計一套完整的翻箱喂料自動換批生產(chǎn)解決方案。具體實施如下：將松垛喂料單元的松垛機和喂料機的底帶抽象出一個物料緩存單元，該單元的信息由系統(tǒng)自動進行生成及控制，用于更好銜接真空回潮生產(chǎn)單元和提升出料單元（原松垛喂料單元）。在喂料機物料排空初始狀態(tài)下，物料緩存單元的批次牌號為空，此時真空回潮生產(chǎn)單元的煙箱在翻箱位置不進行任何比對，直接翻箱進喂料機。翻入一箱后，將當(dāng)前煙箱的物料信息記錄到物料緩存單元信息內(nèi)。當(dāng)下一箱到達(dá)翻箱位置處，與物料緩存單元信息進行比較，一致允許翻箱，不一致觸發(fā)報警。當(dāng)喂料機料倉預(yù)填充完成后，物料緩存單元信息與后續(xù)單元（提升出料單元）比對一致才能出料。當(dāng)真空回潮裝箱備料批次結(jié)束時，PLC 記錄當(dāng)前批次裝箱重量，如果翻箱機已翻煙箱累計重量達(dá)到記錄的總裝箱重量時，物料暫存單元進入排空階段。當(dāng)松垛機、喂料機所有電機持續(xù)運行且設(shè)備上的光電持續(xù)透空，提升機后電子秤達(dá)到翻箱重量且電子秤運行無瞬時流量延時一段時間則可認(rèn)為物料暫存單元已經(jīng)完全排空，系統(tǒng)自動清除物料緩存單元。當(dāng)下一批煙箱到達(dá)翻箱機，此時重復(fù)上述過程，實現(xiàn)了自動換批生產(chǎn)。

4 控制方式的實現(xiàn)

本系統(tǒng)根據(jù)上述的設(shè)計思路通過PLC 程序進行實現(xiàn)。其中硬件采用西門子1500 系列PLC 控制器，軟件采用博途TIA V16 版本，通過創(chuàng)建功能塊完成相關(guān)程序的編寫。

第一步要將裝箱備料單元的裝箱重量以批次為單位進行累加，批次結(jié)束時保存該批次的累積量。

第二步增加物料緩存單元的數(shù)據(jù)塊。

第三步是完成信息寫入物料緩存單元和信息對比程序，按照圖3 的設(shè)計思路編寫控制程序，即當(dāng)物料存儲單元無信息，無需比對直接翻箱，同時用MOVE指令將煙箱信息寫入物料緩存單元信息。如果有信息，則使用比較指令來比對煙箱信息和物料緩存單元的信息，并根據(jù)比對結(jié)果來確定是否允許翻箱。寫入物料緩存單元信息程序如圖4 所示，翻箱控制對比程序如圖5 所示。

圖3 物料存儲單元信息生成及比對流程

圖4 寫入物料緩存單元信息程序

圖5 翻箱控制對比程序

第四步是清空物料緩存單元信息，按照圖6 的設(shè)計思路編寫控制程序，即當(dāng)松垛機、喂料機、定量管均沒有物料、電子秤的累計量大于保存的批次裝箱重量且設(shè)備運行，所有條件滿足一定時間后進行喂料機信息清空的步驟。最后通過邏輯運算指令、數(shù)據(jù)傳輸指令、比較指令和邏輯判斷指令等，實現(xiàn)整體所需的邏輯操作。清空物料緩存單元信息程序如圖7所示。

圖6 物料存儲單元信息清空流程

圖7 清空物料緩存單元信息程序

5 結(jié)束語

PLC 是一種可靠性極高的設(shè)備，在生產(chǎn)過程中可以精確控制和監(jiān)測生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)。通過與傳感器和執(zhí)行機構(gòu)的配合，同時可實時檢測生產(chǎn)過程中的異常情況，并及時采取相應(yīng)的措施，確保生產(chǎn)的順利進行。基于PLC 控制的翻箱喂料自動換批生產(chǎn)是一種先進的生產(chǎn)方式，該系統(tǒng)通過使用PLC 來管理和控制生產(chǎn)過程，極大地減少了人力投入，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。相比傳統(tǒng)的手工操作，這種自動化生產(chǎn)方式節(jié)省了大量的工作時間。產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中可以自動完成翻箱和喂料的操作，無需人工介入，既提高了工作效率，又減少了人工操作可能引起的錯誤和損失，能夠保證生產(chǎn)線的安全性，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。這種基于PLC 控制的翻箱喂料自動換批生產(chǎn)對于現(xiàn)代制造業(yè)來說具有重要的意義。