制絲線潤葉加料工序防差錯系統研制

呂思博 趙瑞瑩 李廣 謝楓燃 劉忠發

收稿日期：2023-10-16

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.07.010

摘? 要：針對在潤葉加料工序為不同品牌香煙添加香糖料時存在的一系列問題，設計一款制絲線潤葉加料工序防差錯系統，采用無線掃碼技術進行罐體信息識別并在底層生產系統中對系統信息進行比對檢驗，通過運用無線掃碼設備、PLC、WinCC等方式降低了因人為失誤或控制缺陷等引發的質量事故風險，穩定卷煙產品質量，避免因質量缺陷而造成生產損失。

關鍵詞：防差錯系統；無線掃碼技術；PLC控制；潤葉加料

中圖分類號：TP39；TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）07-0042-05

Development of Error Prevention System for Leaf Moistening and Feeding Process in Primary Processing Line

LYU Sibo， ZHAO Ruiying， LI Guang， XIE Fengran， LIU Zhongfa

（Yuxi Cigarette Factory of Hongta Group， Yuxi? 653100， China）

Abstract： In response to a series of problems produced in adding sweeteners to different brands of cigarettes during the leaf moistening and feeding process， an error prevention system for leaf moistening and feeding process in primary processing line is designed. Wireless scanning technology is used to identify tank information and compare and verify system information in the underlying production system. By using wireless scanning equipment， PLC， WinCC and other methods， the risk of quality accidents caused by human error or control defects is reduced， and the quality of cigarette products is stabilized to avoid production losses caused by quality defects.

Keywords： error prevention system; wireless scanning technology; PLC control; leaf moistening and feeding

0? 引? 言

在煙草行業中，潤葉加料工序是整個制絲工序中最為重要的一環，用于改善煙葉的感官品質及物理性能，使其能夠達到工藝標準與質量標準，為后續的工序處理奠定基礎。面對行業內數量眾多且工藝標準各不相同的品規牌號，需要在潤葉加料工序調配添加不同牌號、不同重量的香糖料。然而，隨著香煙品牌和工作內容的日益增多，因工作人員的操作失誤而引發的生產事故時有發生。如何避免潤葉加料工序進行香糖料備料時發生香糖料混牌、錯牌、缺料等重大質量事故，一直都是眾多煙草制品從業人員的熱門研究課題。

防差錯技術的引用可有效減少出錯概率，同時對工藝提升與質量管理也起著至關重要的作用。防差錯系統在潤葉加料工序段所發揮的作用便是防止這一工序出現差錯轉換為產品質量問題，是預防工藝質量事故發生，實現潤葉加料系統“零缺陷”目標的最有效途徑[1-4]。

本文設計的煙草行業潤葉加料防差錯系統可基于生產調度系統的生產任務計劃，現場采用無線掃碼、PLC編程等技術識別香糖料的數據信息并進行全方位的比對，在出現異常情況時進行報警提示，幫助現場工作人員及時發現并解決問題。在生產過程中多次進行數據的比對，確保潤葉加料工序順利進行，防止出現不可逆轉的重大事故。

1? 潤葉加料防差錯系統的設計思路

對潤葉加料防差錯系統的功能進行以下三個方面的設計：

1）設計香糖料批次和牌號的對比功能，二者必須與生產任務信息一致才允許加料，否則發出警報提醒現場工作人員進行相應處理。

2）設計控制備料罐加料管道開閉的控制系統，使其能夠根據生產任務自動開啟需要進料的糖料管，關閉其他糖料進料管道。

3）設計重量對比功能，利用備料罐自帶的電子秤將數據導入生產系統進行比對，數據無誤才可進入下一步生產工序，否則發出警報提醒現場工作人員進行相應處理。

2? 潤葉加料防差錯系統的功能原理

根據防差錯系統設計思路，將系統功能分為三個部分：

1）現場香糖料液信息防差錯功能。

2）備料罐選擇與進料防差錯功能。

3）備料罐內料液重量防差錯功能。

2.1? 香糖料信息防差錯

采用無線掃碼設備可方便快捷地進行香糖料信息的識別[5，6]。采用生產執行系統（Manufacturing Execution System， MES）進行生產計劃的任務下發，通過車間中控室下發傳遞生產信息至工序電控系統；香糖料調控系統根據MES的生產計劃進行香糖料配送并打印含有二維碼的標簽。在生產現場，工作人員通過無線掃碼設備進行香糖料信息識別，通過內部網絡將信息傳輸至信息系統進行數據校驗，若掃碼信息與生產計劃不匹配，信息系統則向設備發出報警提示。

2.2? 香糖料進罐防差錯

通過在備料罐輸送管道上安裝料角閥和閥島控制器，生產系統可以對每一個備料罐的進料管道進行單獨的開合控制，現場工作人員對生產信息進行確認之后，系統會自動開啟需要進料的備料罐進料管道，同時關閉其他備料罐進料通道。

2.3? 香糖料重量防差錯

香糖料進入備料罐后，電子秤將罐內確認重量（數據量設為S）的數據送入系統，使用PLC實現與當前配方的系統設定重量（數據量設為P）的對比確認，并將對比結果輸送給生產系統和人機交互界面WinCC根據實際生產情況設置一個偏差值（數據量設為X），只有當數據對比通過S ± X＜P時才允許喂料機過料[7，8]。

3? 控制流程

結合信息化工廠平臺，計劃生產科通過MES系統生成生產信息并進行傳輸，經車間中控室下發至底層段控PLC，并在PLC中完成信息比對，確認信息準確無誤后才可進行后續生產步驟[9，10]，從而達到潤葉加料防差錯的目的。

具體流程如下：

1）生產調度系統根據計劃生成工單并通過MES下達生產任務至車間中控室。

2）車間中控室根據生產信息執行任務，將所需生產信息與配方下達到下端控制PLC。

3）現場工作人員根據生產工單對收到的生產信息與配方進行人工比對，確認生產任務無誤后進入備料階段。

4）現場工作人員利用無線掃碼設備對香糖料進行掃碼比對，確保香糖料的批次與牌號正確，若其中任何一個與生產任務不匹配則發出警報提醒現場生產人員進行處理。

5）掃碼對比無誤后開始進行料泵抽料，系統自動開啟所需備料罐的進料管路，鎖死其他進料管路，并通過電子秤將備料罐內的香糖料重量實時傳輸至生產系統。

6）系統對備料罐內香糖料確認重量S與任務配方中的設定重量P進行比對，若不滿足比對條件，則禁止喂料機過料并發出警報。

7）以上所有流程都已完成且未出現報警信號，備料工序結束，系統發出信號允許喂料機進料，進入準備生產狀態，等待生產。

潤葉加料段信息控制流程如圖1所示。

4? 設備安裝

考慮到車間整體生產環境與數字化建設，采用背夾式無線掃碼設備進行料管掃碼確認，其優點為：通過藍牙與智能手機連接可以直接將掃碼得到的料液信息傳入生產APP進行數據核對。若信息與當前生產任務不符，設備將持續震動并發出“滴滴”聲提醒工作人員進行確認。以上功能減少了信息輸送與對比的延遲，大幅降低了生產香糖料批次與牌號錯誤添加的可能性，提高了整體工作效率。此外，模塊化的設計使我們能夠輕而易舉地對故障部分進行更換，使得整個防差錯系統變得更加穩定可靠。設備外觀如圖2所示。

在抽料泵進料管路上加裝進料角閥，加裝閥島控制器并與PLC控制系統的I/O接口連接，通過信號線將所需控制的閥島內電磁閥與PLC的O接口進行妥善連接。安裝過程中注意進料角閥的上下連接處需要纏繞生料帶進行縫隙填充，防止安裝后連接處出現漏液漏氣等故障；進料角閥因后續會長時間解除壓縮空氣與香糖料液，安裝過程中需要對整體進料管道進行密封性處理與測試，以此保證系統的安全性和有效性。角閥的安裝位置如圖3所示。

香糖料液重量對比通過現場生產系統中的PLC控制器來實現，現場WinCC人機交互面板顯示對比結果。對PLC進行約束條件模塊的編程與編輯WinCC的顯示界面即可實現功能，因此無須再次進行設備的安裝。

5? 控制實現

為避免人為因素導致出錯率較高且結果不可逆的問題，盡可能減少工作人員參與數據處理工作。得益于PLC的高可靠性和高容錯能力，借助PLC對生產信息進行處理與比對可大大提高系統的防差錯能力。

對WinCC界面進行編輯，加入備料確認功能，工作人員對備料信息確認無誤后，選擇需要進料的備料罐并點擊備料按鈕，系統進入備料狀態。PLC控制器自動向閥島控制器對應的電磁閥門輸出信號，打開所選備料罐進料管道的角閥允許進料；同時將其他電磁閥鎖死，關閉剩余的進料管道角閥，防止料液進入錯誤的備料罐。備料階段的WinCC操作界面如圖4所示。

圖4? WinCC備料階段操作畫面

使用博圖軟件自主編寫所需的控制程序，通過結構化編程方式將約束條件做成一個獨立的功能塊，方便主程序調用。編程需要實現的功能為備料罐內確認重量與生產配方設定重量的對比與報警。根據實際生產情況與生產工藝質量標準，最終將每一個模塊的允許偏差值X定為0.5 kg，并以此數據開始程序編寫。

編寫出備料罐重量對比防差錯約束條件功能塊，其工作邏輯為：在批次生產的運行狀態下開始數據對比，備料罐通過電子秤將罐內香糖料液的確認重量傳輸給PLC控制系統，PLC自動將數據與配方數據進行對比。若A、B、C三個模塊的備料罐內料液確認重量與系統配方參數的設定重量偏差都小于0.5 kg，才能消除系統報錯，進入允許生產的狀態；只要有任何一個模塊的重量對比數據偏差大于0.5 kg，系統就會自動關閉生產準備狀態并發出警報，同時將A、B、C三個模塊的報警狀態編寫為三個信號輸出，以便我們可以清晰分辨出是哪一個料罐引發的報警。程序塊的功能編寫如圖5所示。

在主控制程序梯形圖中調用約束條件功能塊，只有在功能塊信號無報警的情況下才能達成喂料機允許出料的啟動條件，從而進入準備生產狀態。主程序部分梯形圖如圖6所示。

對WinCC的顯示界面進行處理，加入香糖料對比的數據信息，編輯人機交互顯示界面的報警畫面與提示功能。當系統發出警報后，工作人員能夠直觀地了解是否存在因香糖料重量不符合要求而引起禁止出料，若是重量不符合要求也能看到具體是由哪個模塊引發的報警，極大地降低了排障時間，故障處理效率得以顯著提升。WinCC操作界面報警如圖7所示。

6? 應用效果

為驗證系統整體的穩定性，決定人為設置一些異常狀況，對系統功能進行實驗驗證。

根據表1可以得出結論：當發生批次錯誤、牌號錯誤、非本工序點糖料、備料罐重量不足等異常狀況時，系統將發出警報提醒現場工作人員。這一情況下禁止進入下一步操作，以避免事故的發生。通過實驗驗證，證明了潤葉加料防差錯系統的準確性和有效性。

系統正式運行后，對系統進行了長達3個月的數據統計，成功發現并阻止差錯30余次，每一次的差錯都成功發出了警報，現場工作人員根據報警信息快速處理，大大提高了現場工作效率，同時也證明了潤葉加料防差錯系統的穩定性與可靠性。潤葉加料防差錯系統從源頭上避免了潤葉加料工序因香糖料出錯而引發一系列問題，達到煙草行業先進水平，充分保證卷煙產品的工藝質量。

7? 結? 論

該文設計的潤葉加料防差錯系統基于智能信息網絡管理平臺，采用便攜式掃碼設備進行潤葉加料料罐掃碼對比，保證牌號與批次號正確，確保料液被正確使用。通過現場PLC與閥島控制器的組合進行進料管道的開合控制，保證不會出現錯罐加料。運用嚴格的底層邏輯控制，在底層PLC中完成備料罐內確認重量與設定重量的比對確認，防止出現料液重量所引發的一系列質量問題。系統具有較高的穩定性、準確性，提高了潤葉加料的備料準確率，同時也對提升煙絲質量、防止質量事故的發生有著重要的意義。

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作者簡介：呂思博（1997.06—），男，漢族，云南曲

靖人，助理工程師，本科，研究方向：煙草制絲。