小批量生產模式下貯絲柜進柜模型

段林江 吳雨桐 李柯璇

摘要：國家工業制造2025規劃文件提出，中國制造業要從廉價產品制造向高端產品制造轉變。煙草行業也提出要將“低端品牌、大批量”的生產模式向“高端品牌，小批量”的生產模式轉變。而傳統的貯絲柜設計理念和控制方式已經難以滿足生產需求。本文主要研究在小批量生產煙絲的情況下，建立新進柜模型，在能保障生產穩定的情況下，也能保障產品質量。并以此模型進一步進行程序輸出，可參與控制設備。

關鍵詞：小批量生產、貯絲柜、進柜模型

貯絲柜是煙草制絲生產線中的主要設備，暫存生產過程中煙葉、轉存成品的煙絲。通過在一定溫濕度環境下存儲，能夠進一步使所存儲物料的水分、溫度等工藝指標趨于均勻，并且實現不同種類物料的配比，達到調節生產能力、均衡生產的目的[1]。

在制絲車間中，貯絲柜一般是按照5000kg的容量設計的，若采用傳統布料方式，整柜進行布料的話，當需要生產小批量產品時，按照目前整柜進柜的方式貯存煙絲，對1000kg、2000kg和3500kg的煙絲進行進實驗，并測量了進柜后物料隨機分點的高度，數據如表1。

據實驗數據來看，以目前整柜進柜的方式貯存煙絲，會導致煙絲的貯存高度過低，按照《卷煙工藝規范》，儲絲高度應小于1200mm;以車間生產設備測算，當物料高度低于500mm時，出柜速度即使最大，也無法供應后續工序使用，不能達到工藝要求。

因此，當生產小批量產品時需要另設計一個合理的布料模型，不能再采用傳統的整柜布料方式。

在進行布料模型設計前，需要在500mm-1200mm范圍內找到一個合適的布料高度。而布料高度在滿足設備需求和工藝標準后，還對成品煙絲的碎絲率有很大影響，按照《卷煙工藝規范》，碎絲率應≤2%。因此以成品碎絲率作為參考，對不同布料高度進行了實驗，數據如表2：

標準，因此可將布料高度設定為950mm。

為了在生產時調用此模型，期望在錄入本批次的煙絲重量、牌號和期望的設定高度后，該模型就會自動計算出布料長度，并產生直布料車動作命令，使得實際布料高度達到最優高度。

布料模型結構：

模型內部的結構包含長度（百分比）計算、位置解碼和布料車控制3個部分。

1、布料長度計算部分

系統首先依據本批次的物料重量W、牌號P和目標高度H，自動計算出有效布料長度L。

根據不同牌號的物料重量、物料密度存在的差異情況，根據不同牌號調用其摸底數據，當物料重量為W時，物料密度為ρ，可由下式算得物料體積V：

算出物料體積后，又可由式2算得布料長度L，其中S為貯柜橫截面積：

同一牌號的物料，當水分差別不大時，其物料密度ρ為定值。相同類型的貯柜，其橫截面積S相同，綜上，得到本批次的物料進柜時的布料長度L：

2、解碼部分

將計算出來的布料長度L，通過PLC運算，換算解碼為換向點X坐標位置（a），零點Z坐標位置（b）。此部分首先需要標定零點位置，與長度計算部分得出的布料長度L，利用PLC程序計算出換向點位置。

對于貯絲柜是固定不動的，而布料車相對運動的設備結構，我們將布料車在貯絲柜上的移動距離差來判斷布料車實際移動過程。此處采用了條形碼識別定位技術。條形碼是由寬度不同、反射率不同的條（黑色）和空（白色），按照一定的編碼規則編制而成，用以表達一組數字或字母符號信息的圖形標識符[2]。選用的一維條形碼，通過EAN-13碼[3]對其編碼，使其具有不同且相鄰連續的位置信息[4]。在布料車邊緣貼條碼帶，在貯絲柜中間的邊緣設置條碼閱讀器，通過條碼閱讀器來讀取條碼并獲取跑車實際位置。條形碼閱讀器用來讀取條形碼信息，并通過通訊接口將數據上傳至PLC，PLC負責條形碼數據的接收、校驗、識別、解釋[5]，通過PLC計算與上一次條形碼閱讀器獲得的布料車位置坐標求差值，來判斷布料車實際相對于貯絲柜移動了多少距離。

此時，若標定零點b為柜頭，PLC讀取條形碼閱讀器獲得布料車位置信息c，獲得c1為布料車相對零點位置，與長度計算部分得出的布料長度L相加減，獲得換向點a的條碼位置信息，解碼后獲得c2為布料車相對換向點位置。

3、布料車控制部分

通過PLC實時對比相對換向點c2、相對零點c1和布料車實際位置c坐標，確定布料車的運行方向。通過順序控制方式，與解碼部分得出的相對換向點c2和相對零點c1，來控制布料車。當開始進料時，第一步將布料車移動到c=c1的位置，進行柜內布料，第二步當c1

布料車采用雙向饋電器控制，向左和向右運行時，通過PLC輸出至相關的Q點，就實現了布料車的控制。

最后運用STEP7編程將三部分合在一起，部分程序及其調用結構如下：

本文從煙草行業生產模式轉變入手，對小批量煙絲生產的進柜方式模型進行了實驗、研究，并將研究結果形成程序輸出。在未來，我們還要繼續研究如何將模型實際應用到生產中去。

參考文獻

[1]張廣標，陳瑩. 制絲貯柜牌號識別系統的應用[J]. 山東工業技術，2015（19）：1.

[2]陶勝. 一維條形碼生成與知識技術[J]. 電腦編程技巧與維護，2010（7）：6.

[3]鐘書成，陳曉紅. 一維條碼識別系統的設計與實現[J]. 成都信息工程學院學報，2006（z1）：5.

[4]鄧澤峰，熊有倫，黃小鵬. 圖像式一維條碼識別的三重編碼方法[J]. 光電工程，2010，37（3）.

[5]孫憲明，金立軍. 基于一般條形碼閱讀器實現PLC數據采集與識別的應甩設計[J]. 自動化技術與應用，2007.

作者簡介：段林江，男，籍貫云南省楚雄市，生于1990年8月15日，漢族，本科學歷，助理工程師，就職于紅塔煙草（集團）責任有限公司玉溪卷煙廠，主要研究方向是煙草制絲工藝及設備。