真空回潮工序連續生產的改進設計與應用

潘朱良，劉 昇，毛海鐮，劉曉宇，范華軍，王海峰，宮建華

（1.廣東中煙工業有限責任公司韶關卷煙廠，廣東韶關 512026；2.北京航天拓撲高科技有限責任公司，北京 100176）

1 真空回潮工序問題分析

典型的卷煙廠制絲車間真空回潮工序布局如圖1所示，根據真空回潮工藝段設備特點，結合工藝要求，對真空回潮段共設計4 個批次工單下發單元，分別為：真空回潮備料單元（解包系統103～112 工位）、真空回潮機A 單元（113A～119A 工位）、真空回潮機B單元（113B～119B 工位）、翻箱喂料單元（120～136 翻箱機）。生產工單信息由生產管理系統通過Socket 通信協議下發至設備層PLC 控制程序中每個單元。

圖1 真空回潮工序布局

1.1 批次生產的局限

為了避免混批事故發生，即上、下游單元各自為不同的批次進行加工時不能將兩批物料混在一起，通用的設計方案是通過PLC 控制程序來進行上、下游單元之間的工藝安全判斷，這個結果作為單元之間的啟停聯鎖信號的一部分，與設備聯鎖串聯使用。下游生產單元借此決定是否允許上游單元向其供料，上游單元在該聯鎖信號的控制下決定是否啟動向下游單元供料。

以真空回潮機B 單元和翻箱喂料單元生產為例：當真空回潮B 單元第一批的煙箱全部走完，113B～119B 工位沒有煙箱后，才能將第一批工單結束換第二批開始生產，此時才允許第二批的煙箱向該單元運行；當真空回潮B 單元第二批的煙箱運行至119B 工位，需要與翻箱喂料單元工單信息比對，當120～136 翻箱機煙箱物料全部進入下游工序喂料機后，設備上再無第一批次物料，此時才能將翻箱喂料單元第一批工單結束換第二批開始生產，119B 工位工單信息比對通過煙箱向下游運行。這樣做的結果將使不同批次的生產任務之間的銜接時間大大增加，嚴重影響生產效率。

1.2 操作人員的投入

為了保證每批物料投產量的準確性，加入了人工記錄每批次煙包數的工作環節。當解包工序的操作人員處理完該批物料的第一個或者最后一個煙包時，通知真空回潮工序的操作人員應該換批生產了。這樣一定程度上保證了生產的準確性，但對人為參與的依賴度過高，生產不能連續，費時費力。

真空回潮工藝段每個單元都有各自的工單信息和獨立的“批開始”和“批結束”按鈕。當某一個單元的一批物料加工過程結束、煙箱全部通過后，需要點擊“批結束”按鈕結束當前批工單，按“批開始”按鈕換下一批工單生產。因真空回潮工序的特殊性，煙箱循環周轉使用，緩存工位較多，輸送設備單元劃分識別度較低，操作員需結合現場每個單元的物料運行情況對工控機頻繁操作，如果不慎點錯按鈕，提前結束或開始工單，將導致工藝安全判斷結果限制設備運行，此時只能人為干預處理現場煙箱，極易造成物料斷流，影響工藝質量。

1.3 生產能源的浪費

真空回潮機是其工藝段中實現真空回潮、松散潤葉的工藝效果的核心設備，但也是該工序中消耗水、電、蒸汽、壓縮空氣能源最多的設備。

真空回潮機回潮一次需要15～20 min。例如某型號真空回潮機一次性最多可裝入6 箱進行真空回潮，當每批物料為15 箱時，最后余數為3 箱。此時為了防止混批，工藝安全判斷限制下一批煙箱不能進入回潮機，只能將3 箱單獨進行真空回潮。這樣每批任務都會出現真空回潮機未進滿煙箱生產的情況，增加了真空回潮機的工作次數，造成不必要的能源浪費。

2 生產模式的改進設計

2.1 脫離批次生產限制

由生產管理系統向廠級MES 系統申請工單后，將生產任務下發至片煙配方庫。片煙配方庫根據任務出庫并將煙包信息逐級向下游設備傳遞，當煙包裝箱后，煙箱與物料信息綁定，可視為“移動的柜存信息”，不應再受工單狀態的限制。

采用西門子PLC 專用組態編程軟件STEP7（TIA Portal）V18，程序中為每個工位創建一個具有相同數據格式用戶自定義（UDT）的數據塊（DB），用來存儲每個工位的占位狀態和物料信息；每臺輸送設備都創建一個功能塊（FC），用來調用傳遞標準塊以及進行相關程序編寫。利用物流信息傳遞技術結合基于隊列技術的煙箱積放控制方法[1]，使煙箱無論移動到哪個工位，物料信息都隨之傳遞。工位信息傳遞邏輯如圖2 所示，112 工位向113 工位傳遞。在煙箱移動到136 翻箱機位置時，再將煙箱攜帶的物料信息與下游物料信息比對，以此來保證批次防差錯功能。為了保證物料信息傳遞的穩定可靠，可以引入基于RFID 技術的煙葉信息防錯系統[2]，將物料信息與煙箱物理綁定，采用邏輯信息與物理信息雙重比對，杜絕信息傳遞出錯的可能。

圖2 工位信息傳遞邏輯

當片煙配方庫當前批出庫完成，進行下一批任務出庫時不需再考慮下游設備單元的工單狀態，可連續出庫。真空回潮工序生產流程如圖3 所示，真空回潮工序可進行不同的批次連續生產，由黃、綠、藍3 種不同顏色標記了3 個不同批次的物料。

圖3 真空回潮工序生產流程

利用上述方法，不需要再為真空回潮工序下發工單，由每個工位攜帶的信息作為生產依據，生產將連續進行，省去了每批生產任務換批等待的時間和相關的操作工作。

2.2 回潮機“混蒸”模式

因為煙箱運行不再受各設備單元之間批次比對的限制，為了節約能源、提高生產效率，如果下一批真空回潮機工藝參數不需要發生變化，將允許不同批次的煙箱進入真空回潮機，如圖3 所示，有兩個不同批次的物料在同一真空回潮機中共同處理。若下一批真空回潮機工藝參數需要改變時，操作人員只需修改真空回潮機進箱數為合適值或者修改為“不混蒸”模式，PLC控制程序自動觸發將上一批物料進箱，下一批物料留到下一箱處理。

以真空回潮機回潮一次時間15 min，一次最多裝入6 箱處理，每批物料為15 箱，一天生產8 批物料為例，在允許不同批次物料混蒸的情況下，再結合備料緩存和工單釋放時間，每天最多可以減少4 次回潮機工作次數和約2 h 的工作時間。

2.3 不同批次物料顯示

真空回潮工藝段不需要依據工單任務生產，不再人為操作拉開每個批次物料之間的距離，輸送線上煙箱將連續運行，因此真空回潮工序設備上經常存在有多個批次煙葉同時生產的情況，為方便操作員實時監控每個批次物料的運行狀況、生產進度，對不同批次的物料在人機界面中用不同顏色標記。由于設備和煙箱數限制，生產線上最多同時出現3 批不同的物料，在PLC 控制程序中對第一種批次物料標記為黃色，對第二種批次物料標記為綠色，對第三種批次物料標記為藍色。對每個工位信息中的代表批次編號的兩位字符01～99 進行判斷處理，將其循環標記為1、2、3，標記程序邏輯如圖4 所示。

圖4 批次標記邏輯

3 案例分析

以制絲車間真空回潮工藝段2023 年8 月份中2 個工作日的生產記錄為例，應用上述方法對真空回潮工序連續生產的改進設計與應用，驗證該方法的效果。改進前真空回潮生產批次開始時間和結束時間的記錄情況見表1，采用本文的改進策略后真回潮生產批次開始時間和結束時間的記錄情況見表2。

表1 改進前生產批次記錄情況

表2 改進后生產批次記錄情況

通過對改進前生產批次記錄情況與改進后生產批次記錄情況對比分析，生產模式改進后，片煙翻箱開始時間提前約30 min，每批生產時間、前后批次間隔時間減少，真空回潮工序的日生產結束時間提前了約2 h。同時能源管理系統EMS 統計顯示，上述改進設計后真空回潮工序水、電、蒸汽、壓空的日消耗量均有減少。

4 結束語

分析目前卷煙廠制絲車間真空回潮工序存在的問題，提出真空回潮工序連續生產的改進設計，通過利用物流信息傳遞技術結合人機界面可視化，提升自動化生產水平，擺脫傳統批次化生產的限制，實現連續化生產，既能保證生產過程中工藝防差錯能力，又減少了生產過程中的人工干預，提高生產效率和設備使用壽命，節約能源。