小批量生产模式下贮丝柜进柜模型

段林江 吴雨桐 李柯璇

摘要：国家工业制造2025规划文件提出，中国制造业要从廉价产品制造向高端产品制造转变。烟草行业也提出要将“低端品牌、大批量”的生产模式向“高端品牌，小批量”的生产模式转变。而传统的贮丝柜设计理念和控制方式已经难以满足生产需求。本文主要研究在小批量生产烟丝的情况下，建立新进柜模型，在能保障生产稳定的情况下，也能保障产品质量。并以此模型进一步进行程序输出，可参与控制设备。

关键词：小批量生产、贮丝柜、进柜模型

贮丝柜是烟草制丝生产线中的主要设备，暂存生产过程中烟叶、转存成品的烟丝。通过在一定温湿度环境下存储，能够进一步使所存储物料的水分、温度等工艺指标趋于均匀，并且实现不同种类物料的配比，达到调节生产能力、均衡生产的目的[1]。

在制丝车间中，贮丝柜一般是按照5000kg的容量设计的，若采用传统布料方式，整柜进行布料的话，当需要生产小批量产品时，按照目前整柜进柜的方式贮存烟丝，对1000kg、2000kg和3500kg的烟丝进行进实验，并测量了进柜后物料随机分点的高度，数据如表1。

据实验数据来看，以目前整柜进柜的方式贮存烟丝，会导致烟丝的贮存高度过低，按照《卷烟工艺规范》，储丝高度应小于1200mm;以车间生产设备测算，当物料高度低于500mm时，出柜速度即使最大，也无法供应后续工序使用，不能达到工艺要求。

因此，当生产小批量产品时需要另设计一个合理的布料模型，不能再采用传统的整柜布料方式。

在进行布料模型设计前，需要在500mm-1200mm范围内找到一个合适的布料高度。而布料高度在满足设备需求和工艺标准后，还对成品烟丝的碎丝率有很大影响，按照《卷烟工艺规范》，碎丝率应≤2%。因此以成品碎丝率作为参考，对不同布料高度进行了实验，数据如表2：

标准，因此可将布料高度设定为950mm。

为了在生产时调用此模型，期望在录入本批次的烟丝重量、牌号和期望的设定高度后，该模型就会自动计算出布料长度，并产生直布料车动作命令，使得实际布料高度达到最优高度。

布料模型结构：

模型内部的结构包含长度（百分比）计算、位置解码和布料车控制3个部分。

1、布料长度计算部分

系统首先依据本批次的物料重量W、牌号P和目标高度H，自动计算出有效布料长度L。

根据不同牌号的物料重量、物料密度存在的差异情况，根据不同牌号调用其摸底数据，当物料重量为W时，物料密度为ρ，可由下式算得物料体积V：

算出物料体积后，又可由式2算得布料长度L，其中S为贮柜横截面积：

同一牌号的物料，当水分差别不大时，其物料密度ρ为定值。相同类型的贮柜，其横截面积S相同，综上，得到本批次的物料进柜时的布料长度L：

2、解码部分

将计算出来的布料长度L，通过PLC运算，换算解码为换向点X坐标位置（a），零点Z坐标位置（b）。此部分首先需要标定零点位置，与长度计算部分得出的布料长度L，利用PLC程序计算出换向点位置。

对于贮丝柜是固定不动的，而布料车相对运动的设备结构，我们将布料车在贮丝柜上的移动距离差来判断布料车实际移动过程。此处采用了条形码识别定位技术。条形码是由宽度不同、反射率不同的条（黑色）和空（白色），按照一定的编码规则编制而成，用以表达一组数字或字母符号信息的图形标识符[2]。选用的一维条形码，通过EAN-13码[3]对其编码，使其具有不同且相邻连续的位置信息[4]。在布料车边缘贴条码带，在贮丝柜中间的边缘设置条码阅读器，通过条码阅读器来读取条码并获取跑车实际位置。条形码阅读器用来读取条形码信息，并通过通讯接口将数据上传至PLC，PLC负责条形码数据的接收、校验、识别、解释[5]，通过PLC计算与上一次条形码阅读器获得的布料车位置坐标求差值，来判断布料车实际相对于贮丝柜移动了多少距离。

此时，若标定零点b为柜头，PLC读取条形码阅读器获得布料车位置信息c，获得c1为布料车相对零点位置，与长度计算部分得出的布料长度L相加减，获得换向点a的条码位置信息，解码后获得c2为布料车相对换向点位置。

3、布料车控制部分

通过PLC实时对比相对换向点c2、相对零点c1和布料车实际位置c坐标，确定布料车的运行方向。通过顺序控制方式，与解码部分得出的相对换向点c2和相对零点c1，来控制布料车。当开始进料时，第一步将布料车移动到c=c1的位置，进行柜内布料，第二步当c1

布料车采用双向馈电器控制，向左和向右运行时，通过PLC输出至相关的Q点，就实现了布料车的控制。

最后运用STEP7编程将三部分合在一起，部分程序及其调用结构如下：

本文从烟草行业生产模式转变入手，对小批量烟丝生产的进柜方式模型进行了实验、研究，并将研究结果形成程序输出。在未来，我们还要继续研究如何将模型实际应用到生产中去。

参考文献

[1]张广标，陈莹. 制丝贮柜牌号识别系统的应用[J]. 山東工业技术，2015（19）：1.

[2]陶胜. 一维条形码生成与知识技术[J]. 电脑编程技巧与维护，2010（7）：6.

[3]钟书成，陈晓红. 一维条码识别系统的设计与实现[J]. 成都信息工程学院学报，2006（z1）：5.

[4]邓泽峰，熊有伦，黄小鹏. 图像式一维条码识别的三重编码方法[J]. 光电工程，2010，37（3）.

[5]孙宪明，金立军. 基于一般条形码阅读器实现PLC数据采集与识别的应甩设计[J]. 自动化技术与应用，2007.

作者简介：段林江，男，籍贯云南省楚雄市，生于1990年8月15日，汉族，本科学历，助理工程师，就职于红塔烟草（集团）责任有限公司玉溪卷烟厂，主要研究方向是烟草制丝工艺及设备。