基于TIA系統快速換批生產方法的應用

廊坊燕京職業技術學院 郭娜

物流系統是保證卷煙廠自動化生產的重要基礎，快速換批是實現物流系統高效化和連續化生產的關鍵技術。根據不同物流系統的自身特點，選擇信息寫入工位，使用西門子TIA博途軟件編寫程序實現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，在保證了生產不出現混批的前提下，實現了物流系統的快速換批，案例分析驗證所提方法的有效性。

1 存在問題分析

物流系統在整個煙草生產企業占據重要位置，不僅緩存區離不開物流系統，且部分工藝離不開物流系統的樞紐作用，同時，物流系統還具有嚴格信息記錄功能，這樣不僅精確地完成緩存功能，還能有效實現其工藝相關要求，提高了企業的整體管理水平和經濟運行質量[1-2]。因此，物流系統的高效化和連續化作業直接決定卷煙廠的生產效率。

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

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中多以工位的形式進行傳遞，在保證煙草不出現進錯和出錯的前提下，通常以物流系統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將當前批物料信息下發至物流系統，并利用西門子TIA博途軟件中相關指令傳遞至信息寫入工位。

2.2 單工位信息傳遞

物流系統中工位傳遞方式分為單工位和多工位，為了實現信息在不同工位之間的傳遞，采用西門子PLC專用組態編程軟件TIA Portal，并且在軟件設計時每個工位都建立一個具有相同數據格式用戶自定義(UDT)的數據塊(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）調用標準塊以及進行相關程序編寫，DB1和DB2分別為工位1和工位2的信息數據塊，COPY為信息傳遞跳轉標簽[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據塊地址和傳遞次數，其中，傳遞次數由積放鏈式輸送機的工位數量決定。

由于物流系統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，經過信息傳遞過后，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快速換批的關鍵步驟，比對工位通常位于物流系統與其他系統間的連接處，也可以根據物流系統的自身特點設置信息比對工位，當工位信息比對一致時，系統即可在不混批的前提下生產下一批物料，從而保證物流系統高效化和連續化生產，具體信息比對工作原理如圖3所示。

圖3 物流系統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

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

3 案例應用

真空回潮作為制絲生產線的第一道工序，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，現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

在不影響正常生產的前提下，為了盡可能減少管理系統、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，生產開始前管理系統將當前批的物料信息下發至進料單元和出料單元。根據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安全和快速換批具有重要影響，根據單元劃分的區域選取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。經過統計20批的操作記錄分析得出：

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

(2)工位信息比對出錯次數和出現混批次數均為0；

(3)每批生產時可節省時間約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 結語

該方法目前已成功應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，避免了生產過程中煙葉進錯和出錯問題的出現，且實現了物流系統的高效化和連續化生產。