物料扫码校验库在食品饮料行业中的应用

◎ 施纪伟，张孟哲，范 果

（西门子（中国）有限公司，北京 100102）

1 研究背景

当今饮料行业发展中，企业需利用有限资源适应市场对产品的多元化需求，消费者对食品质量与安全的关注日益提高，企业无法承受一次质量事故带给品牌的冲击。因此，为了对企业产品生产的全面控制达到最佳性能，在保证产品质量与安全的同时，提升效率，自动化便成为其中十分关键的推动力之一[1]。

2 提出问题

通过对数家知名饮料企业的调研，总结了饮料行业内小料投放的基本流程，见图1。①车间调度管理员在ERP系统上接收订单，交给车间主任进行手工排产。②车间主任将排产后的订单交给配料车间的小料备料工和配料工。③备料工收到订单后，根据纸质配方表，进行小料质量计算、称量。称量好后需在小料袋的外侧使用记号笔记录名称、质量等信息，之后存放在小料暂存架上。④配料工当班生产时，到小料间领取小料，根据纸质配方表进行投料配料，投料结果填写在纸质报表上。

经过分析，发现以上流程存在以下问题及隐患。①没有订单管理系统。②没有配方管理系统。③手工计算，数量易出错。④手写标识，不易识别。⑤没有防错机制，易出现错投、漏投、多投等事故。⑥没有投料提示，新员工难以快速适应岗位。⑦只有纸质记录，难以统计和管理，不便质量追溯。

3 解决方案

3.1 实现配方管理

通过配方管理功能，实现所有产品配方的统一管理，该功能可授权工艺人员使用，在系统上完成配方的新建和修改，其他未授权人员无法进行配方的管理。配方中可给出各种配料的物料名称、物料代码、单位配料量、投料序等信息。

3.2 实现生产任务管理

生产主管可根据生产计划，自动或手动编制生产任务单，并分别下达给配料车间的备料部门和配料部门，再由操作工根据任务清单进行备料和配料工作，直至生产任务完成。生产主管可对整个配料过程进行监测和记录，或调整生产任务的顺序。

3.3 实现物料编码和校验

备料部门根据订单对每锅次需要的物料进行称量和打码，配料部门根据订单依次校验和投料，保证原料的正确投放，避免错投原料带来的经济损失和质量问题。

3.4 实现操作指导

通过配方管理和生产任务单的下达，为工人在现场生产过程中提供了明确的操作指导，在触摸屏上实时显示本步骤的操作内容，让工人按照配方进行生产，规范工人的操作，降低操作的随意性。

3.5 实现生产过程可追溯

将投料信息记录到系统里，自动建立真实、有效的生产配料记录，与手工笔记相比具有规范高效、简单快速、信息全面、不易出错等优点，并为以后的生产报表提供丰富的数据来源[2]。

3.6 经济性与简洁性

模块化结构，减少开发成本，并根据不同厂家的需求，实现上述全部或者部分功能，提供不同档次的整体解决方案。为此，本研究开发了一套用于食品饮料行业的配料扫码验证库，可以自定义条码打印模板；可按任务信息进行条码打印；可进行条码扫描校验；可对扫描数据进行追溯；操作简单便捷，人机交互界面友好。

3.7 配料扫码验证库设计

3.7.1 功能块

配料扫码验证库主要包括10个PLC功能块。①OB1：Main：主系统块。②FC1：QR record：数据记录程序块。③FC2：QR check：数据校验程序块（调用本地校验程序和PM下发任务校验）。④FC3：Local sequence compare：本地投料序内数据校验程序块。⑤FC4：Local job：本地校验程序块。⑥FC5：Main show：屏幕显示数据程序块。⑦FC8：Main mix：混料程序块。⑧FC9：Local recipe：本地校验配方管理程序块。⑨DB2：My Date Log：数据记录数据块。⑩DB11：recipe02：总数据块[3]。

3.7.2 功能介绍

（1）车间中控室配备基于PM-control平台开发的订单及配方管理系统。录入配方数据，包括小料名称、单体体积所需小料质量、每种小料的投料序等信息。在收到车间调度员下发的生产任务，或者从ERP系统获取到生产任务后，选择对应配方创建订单。大订单会按照设定的规则拆分成按锅次排列的订单，并生成每锅次所需要的小料清单。小料清单按锅次排列下发至小料间的备料管理系统及配料间的投料系统。

（2）小料间配备基于WINCC平台上开发的备料管理系统。操作工根据收到的小料清单进行小料称量，并可通过扫描枪录入大包原料的信息，最后进行标签打印，将标签贴到称量好的小料袋上。一锅料所需的小料备好，送至对应锅次小料暂存区域。

（3）配料操作工在得到生产任务后，到小料暂存区域取相应锅次小料，预备配料。

（4）触摸屏上显示按锅次排列的订单信息。配料时，在屏幕选择订单并分配配料罐。根据画面提示，进行扫码投料，校验标签信息，如投料错误，校验不能通过，操作工检查后重新投料，投料成功后可进行下一步投料动作。投料成功后可以直接控制搅拌和泵出等动作，也可以发送信号作为投料口开闭、搅拌电机开停条件。

（5）每一步投料动作及条形码都记录到PLC中，并返回信息至PM系统，作为质量追溯的依据。

3.7.3 环境配置

需要配置的硬件环境有：Siemens SIMATIC S7-1511、TP1200 Comfort和IPC547G。软件环境包括：STEP7 Basic V15.1、WinCC Comfort V15.1和 WinCC PM-Control V11.5[4]。

打印功能由IPC控制打印机实现，为实现称重与扫码，还应当另行准备台秤、打印机及扫码枪。

3.7.4 操作说明

配料操作步骤如下。①模式选择：在“模式选择”下拉菜单中选择PM模式，点击“确认”按钮。②作业请求：进入扫码校验画面，点击“请求”按钮，PM下发任务信息至PLC中。包括批次号、锅次号、物料名称、物料质量、投料序等。③扫码与确认：点击“校验”按钮，进入物料校验流程。当前投料序所需要的物料校验结果图标显示红色并闪烁。扫描物料袋子上的二维码。如果物料的批次号、锅次号、名称、质量和投料序都正确，此条物料信息校验通过。每一投料序验证结束后画面显示“混料”按钮，并闪烁。按下此按钮后可根据用户需求，发送信号至配料PLC，小料系统进行加水、搅拌、泵出等一系列动作，也可以在此系统中弹出搅拌画面，实现上述功能。④混料：点击“混料”按钮，弹出混料画面。此画面可设置混料时间，泵出时间可根据用户需求使用液位控制或者时间控制。依次按下“搅拌”按钮、“泵”按钮进行物料的搅拌和泵出动作。搅拌和泵出动作都完成后，显示“完成”，并绿色闪烁。⑤投料序切换：搅拌和泵出动作都完成后，点击“完成”按钮，进入下一步的投料序校验。⑥投料结束：全部投料序校验完成后，显示“确认”，并绿色闪烁。点击“确认”按钮，此次投料过程结束。

3.7.5 订单与配方

使用WinCC+PM进行订单与配方的下发。①配方的创建：打开PM-Control中的配方系统，进行配方的创建。在配方页中创建配方组及配方，随后在参数分配页中，通过拖拽配置拓扑结构；在参数值页中，对参数分配进行配置，自定义物料信息；在产品页中创建产品组及产品，随后在产品的分配页中，对生产单元进行配置；保存配方。②订单的创建：在PMControl中的工作视图中创建订单，可选择仅备料模式或者备、投料模式。③标签打印：运行库文件中的启动打印程序，点击打印按钮，打印程序会刷新当前订单中的数据，并按预定义的模板进行打印作业。④打印模板编辑：点击模板编辑按钮，打开模板编辑界面[5]。

3.7.6 批次记录

批次生产记录以CSV格式归档在PLC的数据日志中，可通过浏览器登录S7-1 500PLC的数据日志查看。

4 结语

本研究设计的物料扫码校验库能够帮助食品饮料行业用户在进行配料环节时，通过技术的手段辅助人工操作，实现自动化应用的功能，以廉价的费用和较低的改造成本来保障配料过程的操作可靠、信息可靠、数据电子化、信息可追溯化。