煙廠高架庫緩存區自動投料程序的優化改進

郭 彥

（陜西中煙工業有限責任公司漢中卷煙廠，陜西漢中 723102）

0 引言

漢中卷煙廠部分卷煙配方的調整及外加工品牌配方的使用，使卷煙單批次使用的片煙包數量從≤25包調整為（24～51）包。高架庫緩存區原有26個工位，當每批次投料煙包數量＞26時，緩存區不能產生批次結束信號，設備無法向后,序送料，致使設備必須處于全手動操作，嚴重影響生產。近年來，在高架庫研究方面，方利梅等人研究過片煙煙包排序出庫功能設計與實現的課題,解決了多條生產線同時排序出庫的問題[1]；王彥蘅等人研究過如何提高成品高架庫日均出庫量課題，通過優化算法、增加光電解決了任務分配不均、訂單間隔長、掃碼錯誤的問題[2]；程永生等研究過二次改造對立體庫系統性能的提升的課題，通過針對問題進行二次改造實現設備效率的提升[3]等，但這些均不能解決漢中卷煙廠面臨的因投料數量超出緩存區工位造成的無法向后序供料的問題。此類問題多存在于技術改造較早的現場，可以通過大型的設備改造項目來實現，但投資較大，不符合國家局精益管理中提到的降本增效的目標，通過對現場情況及現用程序的分析，提出并實施程序優化改造項目。

1 存在的問題及原因分析

1.1 設備現狀

原料立體庫設備總體分為4個區，包含入庫設備、出庫設備和緩存設備。一區設備以堆垛機為界劃分，西側入庫設備、東側出庫設備；二區獨立入庫區；三區獨立出庫區；緩存區設備單獨為一區，負責保證每批次煙包全部集中出庫完成后向后工序供料，避免因出庫過程中主機設備故障造成的后工序斷料問題。其中一區、二區、三區設備位于1層，緩存區設備位于2層平臺。出庫設備與緩存區設備通過177提升機完成，緩存區向后工序供料通過196提升機完成。

1.2 程序現狀

原可編程控制器控制程序中關鍵控制點程序（提升機177向緩存區供料條件、提升機196向后工序供料條件）均簡單采用光電設備觸發條件驅動。196向后工序供料的條件是出庫設備物料檢測光電均未檢測到煙包時，延時1 min生產供料標志，196運行向后工序供料的同時阻斷177向緩存區供料。177向緩存區供料的條件是緩存區設備物料檢測光電均未檢測到煙包時，供料標志消失，177開始運行向緩存區供料。

1.3 問題原因

原緩存區共有26個工位，每批次投料數量位≤25包，每批次投料全部結束后，出庫區設備將不再存在煙包，196可正常生成供料標志向后工序供料。現由于每批次投料的煙包數量有＞26包的，超出部分影響供料標志的產生，因此程序無法執行向后工序供料。

2 程序優化

2.1 程序優化思路

從問題原因可以看出，批次投料煙包數量超出緩存設備原設計的吞吐量，設備無法運行的主因是控制程序，可通過修改程序解決，避免設備改造消耗高額成本。程序改造需要考慮以下因素：

（1）批次投料煙包數量低于緩存區設備工位數量（26包）時，可編程控制器程序可自動生成供料標志，緩存區設備向后工序供料，同時需要阻斷出庫區設備向緩存區供料，防止下批次出庫的煙包進入緩存區造成混批現象。

（2）批次投料煙包數量超過緩存區設備工位數量（26包）時，可編程控制器程序無法自動生成供料標志，在可編程控制器程序中引入新的標志“緩存配方齊全”，該標志可通過人機界面產生。“緩存配方齊全”標志可驅動緩存區設備向后工序供料，同時又不會阻斷177向緩存區的供料，保證當前批次物料的完整性。當前批次出庫區所有煙包全部進入緩存區后，可編程控制器系統自動生成供料標志，切斷177向緩存區的供料，防止下批次出庫煙包進入緩存區。

（3）根據工藝管理要求，每批次投料完成，所有煙包進入緩存區后，為保證所投物料無誤，必須由專人對所投煙包進行核對后方可使用。因此“緩存配方齊全”標志的確認按鈕只設置在物料核對人員的操作屏上。

（4）為保證可編程控制器程序中關鍵點觸發的可靠性，可編程控制器程序中關鍵點觸發條件避免使用簡單的光電管通斷信號作為判斷條件，盡可能使用系統中的任務號、設備運行狀態等作為判斷條件。因此優化程序過程中將關鍵點的判斷條件由光電信號更改為設備運行狀態。

（5）入庫過程中需要從高架庫內調用托盤組，此任務會通過出庫設備執行。因此，此時設備運行狀態會影響到程序對標志位產生的判斷，優化程序過程中必須將托盤組出庫時引起的設備運行狀態排除在判斷條件之外。

圖1 程序自動生成標志位梯形圖

2.2 程序優化內容

程序優化主要涉及兩大方面，可編程控制器程序和Intouch程序。可編程控制器程序的優化主要是改變程序中供料標志的判斷條件及引入新的標志“緩存配方齊全”，使設備滿足現階段投料需求正常運行；Intouch程序優化主要是實現出庫人員對供料標志、新標志“緩存配方齊全”的人工操作。

2.2.1 可編程控制器程序優化部分

可編程控制器程序優化通過STEP7編程軟件實現原程序的上傳、編程、下載[4]。

（1）計算機實現可編程控制器程序的監控、編程、數據傳輸等工作，首先需要將電腦與可編程控制器建立連接，西門子可編程控制器與計算機建立連接使用的主要方法有網線連接、專用適配器連接等。現場使用的可編程控制器是317-2PN/DP，PN/DP上均掛有網絡，為保證監控和調試的方便性，選擇西門子專用適配器6ES7 972-0CB20-OXAO。

（2）安裝完適配器驅動，做好硬件連接后，要在STEP7編程軟件中對PG/PC通訊連接接口進行設置。通過STEP7編程軟件菜單欄中‘選項’卡，進行‘設置PG/PC接口’，在接口菜單‘為使用的接口分配參數（P）’的列表中選擇‘PC Adapter（Auto）’選項并確認。實現計算機通過西門子專用適配器與可編程控制器的連接通信。

（3）程序變更（圖1）。標志位是可編程控制器程序中決定緩存區何時向后工序供料以及出庫區何時向緩存區供料的關鍵點。原程序中標志位產生的判斷條件均為出庫區設備的探貨光電信息，現引入設備運行狀態替換原光電信息作為判斷條件。圖1是批次投料≤26包程序自動生成標志位或批次投料＞26包，人工確認向后工序供料，投料煙包剩余數量＜26包時自動生成標志位的梯形圖。DB4是系統中存放各設備運行狀態的數據塊，DBX……具體定義某臺設備運行狀態的存放位置。設備與程序中編號的對應規則為系統原有對應規則：DB4.DBXN：N=（設備平面號-100）*2。DB8存放的是任務類型，與設備的對應關系為DB8.DBW(X+6)，其中 X=（設備平面號-100）*10。類型 2 指托盤組。此段程序實現所有設備均沒有任務運行時，表示批次投料結束，生成標志位；如還有出庫設備在運行中，就對比任務類型，如果是正常物料的任務類型，則表示批次投料沒有結束，標志位無法產生，如果只是托盤組類型則表示投料已結束，系統會正常產生標志位。

當投料煙包數量＞26包時，出庫區一直有設備處于運行狀態，程序不能生成標志位，緩存區無法向后工序供料，引入新的供料條件M39.0，具體程序見圖2。其中M68.0是增加到人機操作界面的按鈕值。

圖2 新增供料條件梯形圖

（4）程序下載測試

通過STEP7編程軟件對可編程控制器程序優化完成后必須對其進行測試，選擇優化后的程序段，點擊菜單欄中“PLC”標簽在彈出的下拉菜單中點擊“下載（D）”按鈕，將新程序下載到可編程控制器中。

測試完成無誤后將此程序段程序下載固化到可編程控制器存儲卡中，點擊“PLC”標簽，在下拉菜單中點擊“將用戶程序下載到存儲卡（W）”,最后在確認界面點擊確認。

2.2.2 Intouch程序優化部分

人機操作界面優化在原計算機上進行優化更改[5]，添加‘緩存配方齊全’人工控制按鈕，用于控制可編程控制器程序中新增的供料標志位。具體位置如圖3所示

3 優化效果

圖3 新增標志位控制按鈕

程序優化自主完成，專項投資金額0。程序優化后解決了原料高架庫片煙單批次煙包數量增加造成的無法出庫問題。當單批次投料煙包數量＜26包時，全包煙包進入緩存區后程序自動生成標志位，緩存區向后工序供料，同時阻斷下一批次投料煙包進入緩存區。當單批次投料煙包數量＞26包時，緩存區煙包停滿工位后，可人工確認新的供料標志位，緩存區向后工序供料，出庫區正常向緩存區供料，當出庫區設備供料全部結束后，程序自動生成標志位，保證緩存區的供料切斷出庫區下一批次的供料。