摘要：目前，煙草行業(yè)制絲車間煙葉制絲生產(chǎn)線正逐步向智能化探索。為降低生產(chǎn)線生產(chǎn)過(guò)程的故障斷流率，通過(guò)進(jìn)行生產(chǎn)前試機(jī)以確保設(shè)備功能完好，以期將設(shè)備隱患解決在生產(chǎn)前。為此，針對(duì)原有試機(jī)方式的不足，開(kāi)發(fā)一套以PLC（可編程邏輯控制器）和HMI（人機(jī)界面）為核心的空車自動(dòng)設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。應(yīng)用結(jié)果表明，采用新型空車自動(dòng)設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)可將試機(jī)時(shí)間縮短52.1%，平均斷流次數(shù)降幅達(dá)到56.6%，平均生產(chǎn)線故障停機(jī)率降低63.6%，為車間設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)設(shè)備測(cè)試;斷流率;空車;HMI;PLC

中圖分類號(hào)：TP273" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）24-0070-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.017

1" " 問(wèn)題分析

制絲車間生產(chǎn)線涉及多個(gè)工序，如解包、切片、松散回潮、加料、切絲、烘絲、加香、入柜等，上述工序的運(yùn)行需要開(kāi)包機(jī)、切片機(jī)、松散回潮機(jī)、加料機(jī)、喂料機(jī)、切絲機(jī)、烘絲機(jī)、加香機(jī)、儲(chǔ)柜等多種單機(jī)設(shè)備，及將其連接在一起的各類設(shè)備。生產(chǎn)線上任何設(shè)備的故障都會(huì)造成生產(chǎn)停機(jī)斷流。為保證正常生產(chǎn)，在日常周期巡檢、每日生產(chǎn)前、設(shè)備維修后或者技術(shù)升級(jí)后都需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，以確保設(shè)備正常、功能完好且無(wú)異常情況。

一般采取手動(dòng)運(yùn)行的方式來(lái)檢驗(yàn)設(shè)備，步驟為：

1）手動(dòng)啟動(dòng)：在人機(jī)界面或電柜面板將手/自動(dòng)控制按鈕選擇為手動(dòng)，輸入設(shè)備相應(yīng)的控制參數(shù)，點(diǎn)擊手動(dòng)啟動(dòng)。

2）檢驗(yàn)設(shè)備：檢查與監(jiān)視設(shè)備能否正常運(yùn)行、有無(wú)異常聲響。

3）停止：停止該設(shè)備的運(yùn)行，并將參數(shù)恢復(fù)，然后進(jìn)行下一設(shè)備的檢測(cè)。

然而，采用這種方式檢測(cè)設(shè)備面臨諸多不足，如：

1）在檢驗(yàn)多個(gè)設(shè)備時(shí)需要操作工逐個(gè)選中設(shè)備并運(yùn)行，操作繁多且容易遺漏。

2）設(shè)備的工藝和參數(shù)各不相同，手動(dòng)運(yùn)行環(huán)境與生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境不同，操作工需要根據(jù)情況調(diào)整參數(shù)，并在測(cè)試結(jié)束時(shí)調(diào)整回生產(chǎn)時(shí)的參數(shù)，操作步驟多，耗時(shí)長(zhǎng)，有輸錯(cuò)參數(shù)、忘記恢復(fù)參數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。

3）手動(dòng)運(yùn)行無(wú)法檢驗(yàn)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)的各種控制狀態(tài)等。

2" " 改進(jìn)方法

2.1" " 控制系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問(wèn)題，基于PLC（可編程邏輯控制器）與HMI（人機(jī)界面）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)框架。系統(tǒng)框架分為三個(gè)主要層級(jí)：現(xiàn)場(chǎng)控制層、PLC控制層和監(jiān)控層[1]。

2.1.1" " 現(xiàn)場(chǎng)控制層

這一層級(jí)包括各類傳感器，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，如電機(jī)電流、變頻器頻率、設(shè)備運(yùn)行位置及各類在線檢測(cè)儀器儀表的檢測(cè)結(jié)果。這些傳感器提供了必要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，支持系統(tǒng)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的精準(zhǔn)控制與調(diào)節(jié)。

2.1.2" " PLC控制層

PLC控制器位于這一層級(jí)，通過(guò)接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)控制層的數(shù)據(jù)，依據(jù)預(yù)設(shè)的系統(tǒng)邏輯，精準(zhǔn)管理和調(diào)節(jié)電氣設(shè)備的運(yùn)行[2-3]。PLC控制器能執(zhí)行復(fù)雜的控制算法，實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)并響應(yīng)設(shè)備狀態(tài)，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，并提高生產(chǎn)效率和系統(tǒng)可靠性。

2.1.3" " 監(jiān)控層

監(jiān)控層級(jí)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的參數(shù)配置、狀態(tài)檢測(cè)和數(shù)據(jù)記錄等功能。監(jiān)控層提供對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)觀察和記錄支持，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確記錄。

2.2" " 系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃

系統(tǒng)架構(gòu)采用三級(jí)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理與分析層和用戶交互層。數(shù)據(jù)采集層由現(xiàn)場(chǎng)控制層的傳感器組成，實(shí)時(shí)收集和傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理與分析層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和系統(tǒng)狀態(tài)的管理。該層由PLC控制器主導(dǎo)，實(shí)時(shí)解析數(shù)據(jù)，比較預(yù)設(shè)閾值，并識(shí)別異常情況[4]。該層可獲取設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)、主要工藝參數(shù)、趨勢(shì)圖、儲(chǔ)柜進(jìn)出料狀態(tài)、儲(chǔ)料狀態(tài)、換柜記錄以及光電管料位狀態(tài)。此外，該層級(jí)還提供網(wǎng)絡(luò)（總線）狀態(tài)診斷、I/O通信狀態(tài)診斷、PLC狀態(tài)診斷、數(shù)據(jù)庫(kù)連接狀態(tài)診斷、系統(tǒng)狀態(tài)診斷和組合啟動(dòng)條件診斷等功能。用戶交互層可通過(guò)HMI和工控機(jī)向操作人員展示設(shè)備狀態(tài)和預(yù)警信息，幫助操作人員做出及時(shí)的判斷和決策，支持故障定位和判斷。

2.3" " 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

本次空車自動(dòng)設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)包括4個(gè)：

1）操作簡(jiǎn)易。新系統(tǒng)使用應(yīng)更方便，能減少操作工操作量，縮短試機(jī)耗時(shí)。

2）嚴(yán)密可靠。通過(guò)讀取PLC本地儲(chǔ)存的工藝配方加載設(shè)備參數(shù)到任務(wù)界面，試機(jī)完成時(shí)由PLC自行恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)，避免人工參與，杜絕操作人員輸錯(cuò)參數(shù)或忘記恢復(fù)參數(shù)的情況;一鍵線啟動(dòng)設(shè)備可以防止操作人員漏選設(shè)備，防止人為失誤的發(fā)生。

3）實(shí)時(shí)診斷。系統(tǒng)擁有在線診斷功能，能夠?qū)崟r(shí)采集、處理和顯示設(shè)備狀態(tài)，診斷各個(gè)工藝生產(chǎn)段和設(shè)備的啟動(dòng)條件，提出滿足條件及未滿足條件，并通過(guò)人機(jī)界面反映，為操作人員提供參考。

4）真實(shí)模擬。新系統(tǒng)可模擬整線設(shè)備在自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)的狀態(tài)，更加全面地排除可能存在的故障，彌補(bǔ)了單個(gè)手動(dòng)試機(jī)的不足。

2.4" " 運(yùn)作原理

針對(duì)傳統(tǒng)試機(jī)方案的不足，設(shè)計(jì)一個(gè)高度自動(dòng)化，效率、準(zhǔn)確率高的空車自動(dòng)設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)顯得尤為重要。該系統(tǒng)引入了一鍵線啟動(dòng)設(shè)備的功能，使操作工無(wú)須沿線逐個(gè)啟動(dòng)設(shè)備，極大地簡(jiǎn)化了操作流程。PLC系統(tǒng)直接發(fā)出組合啟動(dòng)指令，有效杜絕了漏選設(shè)備進(jìn)行測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)。各生產(chǎn)品牌的工藝配方參數(shù)已在PLC的本地存儲(chǔ)管理，通過(guò)讀取本地配方并將其加載至接口區(qū)，測(cè)試配方的加載與本地試機(jī)測(cè)試得以順利進(jìn)行。PLC系統(tǒng)允許修改本地配方的信息，免去了手動(dòng)輸入和還原參數(shù)的步驟，這不僅減輕了操作工的工作量，還降低了誤操作的可能性。操作人員只需在一鍵啟動(dòng)后進(jìn)行巡檢，監(jiān)視沿線的人機(jī)界面和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。如果出現(xiàn)故障，操作人員可以查看PLC中對(duì)應(yīng)線路的控制功能塊，分析不滿足條件的原因，并解決電氣、網(wǎng)絡(luò)或機(jī)械上的問(wèn)題，從而完成整個(gè)試機(jī)過(guò)程。這種設(shè)計(jì)大幅提升了測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和操作效率，同時(shí)確保了測(cè)試的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)運(yùn)作原理如圖1所示。

接下來(lái)以對(duì)儲(chǔ)柜系統(tǒng)的試機(jī)過(guò)程為例進(jìn)行說(shuō)明，儲(chǔ)柜系統(tǒng)試機(jī)流程圖如圖2所示。

首先，操作工需在圖3頁(yè)面點(diǎn)擊“任務(wù)裝載”按鈕，以從生產(chǎn)管理系統(tǒng)中加載相關(guān)任務(wù)。如果此時(shí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)尚未下達(dá)工單，操作工可在PLC與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的任務(wù)接口查詢界面將本地配方加載至接口區(qū)，以確保測(cè)試過(guò)程的順利進(jìn)行。

隨后，點(diǎn)擊按鈕以激活本地測(cè)試，如圖4所示，此時(shí)原接口中的任務(wù)信息會(huì)被更新為“EmTest”字樣的測(cè)試信息。接下來(lái)，按照既定的任務(wù)確認(rèn)流程，操作工需依次執(zhí)行“任務(wù)申請(qǐng)完成lt;確認(rèn)gt;”和“配方申請(qǐng)完成lt;確認(rèn)gt;”操作，這樣任務(wù)信息即可順利傳送至當(dāng)前任務(wù)。

當(dāng)任務(wù)成功傳送至當(dāng)前接口后，操作工需要按照正常任務(wù)操作流程對(duì)進(jìn)出柜進(jìn)行選柜操作。若任務(wù)無(wú)法執(zhí)行，操作工應(yīng)檢查診斷信息中的條件是否滿足。如果發(fā)現(xiàn)不滿足條件，需要進(jìn)一步查看PLC系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)線路的控制功能塊，以確定具體的不滿足原因，并采取相應(yīng)措施解決電氣、網(wǎng)絡(luò)或機(jī)械上的故障問(wèn)題[5]。

如圖5所示，在確保任務(wù)可以執(zhí)行后，操作工按照正常生產(chǎn)的執(zhí)行步驟，首先執(zhí)行任務(wù)，然后啟動(dòng)設(shè)備。試機(jī)過(guò)程結(jié)束后，操作工需按正常操作步驟點(diǎn)擊“生產(chǎn)結(jié)束”按鈕，完成整個(gè)試機(jī)工作，確保所有測(cè)試步驟和任務(wù)都順利完成。

3" " 改進(jìn)效果

針對(duì)該系統(tǒng)應(yīng)用后的各類關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。系統(tǒng)應(yīng)用前后的斷流次數(shù)對(duì)比和生產(chǎn)故障率對(duì)比如圖6、圖7所示。

從表1中可以看出，在空車自動(dòng)設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)的試機(jī)運(yùn)用中，人工操作時(shí)間顯著縮短，從原來(lái)的9.4 min下降為4.5 min，效率提高了52.1%;還實(shí)現(xiàn)了操作人員零誤操作;平均斷流次數(shù)也有明顯下降，降幅達(dá)56.6%;平均生產(chǎn)線故障停機(jī)率降低了63.6%，充分驗(yàn)證了此技術(shù)方案的高效性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4" " 結(jié)束語(yǔ)

這套以PLC和HMI為核心的空車自動(dòng)設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)，在確保系統(tǒng)安全性和可靠性的基礎(chǔ)上，顯著減少了現(xiàn)場(chǎng)操作工的工作負(fù)擔(dān)。

通過(guò)高度自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)有效縮短了操作人員的測(cè)試時(shí)間，從而大幅提高了試機(jī)效率。同時(shí)，它通過(guò)減少人工干預(yù)，降低了由于人為失誤引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

這種高效的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于廣州卷煙廠的生產(chǎn)具有極其重要的實(shí)際意義，不僅優(yōu)化了生產(chǎn)流程，還為車間設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障，能夠助力企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中保持高效和穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。

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