湯 衛(wèi)，蒲 鋒

（北京物資學院 物流學院，北京 101149）

常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)運用探究

湯 衛(wèi)，蒲 鋒

（北京物資學院 物流學院，北京 101149）

介紹了常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)的工藝流程，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及其電氣控制系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)進行了分析。

物流自動化系統(tǒng)；常德卷煙廠等級儲葉庫；電氣控制系統(tǒng)；計算機系統(tǒng)

1 自動化物流系統(tǒng)概述

自動化物流系統(tǒng)是運用系統(tǒng)工程技術(shù)對物流工程項目進行全面規(guī)劃設計，并通過計算機系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和物流設備，實現(xiàn)對物流、信息流的全面控制。它將運輸、倉儲、裝卸、加工、整理、配送、信息處理等工作有機結(jié)合，形成企業(yè)內(nèi)部完整的物流保障供應鏈，滿足企業(yè)物流自動化、專業(yè)化、系統(tǒng)化、柔性化、信息化、智能化的需求。系統(tǒng)廣泛涉及人工智能、圖象識別、計算機模擬仿真、網(wǎng)絡技術(shù)、無線電通訊、紅外通訊、激光定位、電磁導引、慣性導航、智能機器人等高科技領(lǐng)域。

現(xiàn)代自動化物流系統(tǒng)主要包括：自動倉儲系統(tǒng)、激光導引自動運輸車系統(tǒng)、自動作業(yè)系統(tǒng)、自動輸送系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計算機管控系統(tǒng)、集中監(jiān)控攝像及多媒體遠程服務診斷系統(tǒng)、自動報警滅火系統(tǒng)。

2 常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)工藝流程分析

常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

（1）初始化空料箱的入庫。叉車工將已清掃、編號，并已安裝好電子標簽的空料箱放置到緊急出入庫站臺，經(jīng)輸送系統(tǒng)送到圖像識別工位進行圖像識別，合格的空料箱由電子標簽讀寫器寫入箱子編號信息并經(jīng)空箱輸送線送到稱重及信息寫入工位，稱重后再將重量信息寫入電子標簽，同時上位系統(tǒng)自動給空料箱分配一個貨位，再經(jīng)入庫輸送系統(tǒng)、巷道堆垛機送到上位系統(tǒng)分配的貨位存放。圖像識別不合格的需要再次進行清掃，電子標簽不能寫入信息的，需要人工檢查并做出相應處理，直至圖像識別合格和電子標簽安裝位置正確、無損壞，方能入庫。

（2）空料箱的出庫。當?shù)燃墴熑~裝箱處有裝箱任務、而裝箱站空箱緩存工位又沒有空料箱時，倉庫管理系統(tǒng)發(fā)出空料箱出庫指令，巷道堆垛機接收出庫指令并將相應空料箱取出送到出庫站臺，經(jīng)輸送系統(tǒng)送到裝箱站空箱緩存工位供裝箱使用，若空料箱在庫區(qū)的存儲時間達到系統(tǒng)的界定值時，則由輸送系統(tǒng)送到清掃工位，經(jīng)翻轉(zhuǎn)設備將空料箱翻轉(zhuǎn)一個便于人工清掃的角度（如100°左右），由人工清掃后再翻轉(zhuǎn)回原位，經(jīng)輸送系統(tǒng)送到圖像識別工位進行圖像識別，合格的空料箱經(jīng)空箱輸送線送到裝箱站空箱緩存工位待用。圖像識別不合格的需要再次進行清掃，直至圖像識別合格后方能送到空箱緩存工位待用。

（3）等級煙葉入庫。等級儲葉庫的倉庫管理系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃了解當天入庫作業(yè)計劃，并自動查詢庫內(nèi)無儲存有等級等信息與當天入庫作業(yè)計劃中相同的未裝滿的實料箱。如果有這種情況存在，這種等級煙葉在需要裝箱入庫時，系統(tǒng)啟用不滿料箱庫內(nèi)調(diào)出再次裝箱入庫模式，否則，系統(tǒng)按等級煙葉正常裝箱入庫模式進行。

（4）實料箱出庫。倉庫管理系統(tǒng)接收到出庫指令后，巷道堆垛機將上位系統(tǒng)分配的實料箱從庫內(nèi)取出，送到巷道堆垛機放貨站臺，經(jīng)出庫輸送系統(tǒng)送到信息讀寫工位讀取信息后，將實料箱分別送到6個翻箱倒料系統(tǒng)的前端緩存工位等待翻箱倒料。已輸送到翻箱倒料工位的實料箱由翻箱喂料機將料箱內(nèi)的等級片煙倒入制絲生產(chǎn)線的倉式喂料機，等級片煙進入制絲生產(chǎn)線的配方系統(tǒng)。

（5）出庫實料箱翻箱喂料后產(chǎn)生的空料箱的處理。出庫實料箱經(jīng)制絲生產(chǎn)線的翻箱喂料機將箱內(nèi)的等級片煙倒入倉式喂料機后，所產(chǎn)生的空料箱由輸送系統(tǒng)送到圖像識別工位進行圖像識別，識別合格的空箱由電子標簽讀寫器將箱子信息清零，清零后送入空料箱緩存輸送線，若圖像識別不合格，則送到人工清掃工位，經(jīng)翻轉(zhuǎn)設備將空料箱翻轉(zhuǎn)到一個便于人工清掃的角度（如100°左右），由人工清掃后再翻轉(zhuǎn)回原位，經(jīng)輸送系統(tǒng)送到圖像識別工位再次進行圖像識別直到合格，再進行信息清零，空料箱經(jīng)空箱輸送線優(yōu)先送到裝箱站空箱緩存工位待用，若裝箱站不需要空料箱時，則經(jīng)空箱輸送線、入庫輸送系統(tǒng)和巷道堆垛機送到上位系統(tǒng)分配的貨位存放。

3 常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)與設計分析

3.1 等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（見表1）

3.2 等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設計

電控系統(tǒng)是連接上位監(jiān)控調(diào)度層計算機，實現(xiàn)底層設備的驅(qū)動、檢測控制的重要環(huán)節(jié)。電控系統(tǒng)向上聯(lián)接物流管理系統(tǒng)的調(diào)度計算機，接受物料的輸送指令；向下聯(lián)接輸送設備的驅(qū)動、檢測、識別器件，完成物料輸送的過程控制。此外電控系統(tǒng)還提供內(nèi)容豐富、形象生動的人機界面、安全保護措施和多種操作模式，輔助工作人員進行設備操作和維護,是自動化物流系統(tǒng)中重要的組成部分。電控系統(tǒng)方案是根據(jù)芙蓉王技改工程物流自動化系統(tǒng)總體設計方案和工藝流程要求而進行設計的，以完成生產(chǎn)工藝流程和總體設計要求為目標。

3.2.1 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

常德卷煙廠自動化物流系統(tǒng)劃分為三個層次：生產(chǎn)管理層、監(jiān)控調(diào)度層和設備執(zhí)行層。電控系統(tǒng)屬于整個三層體系結(jié)構(gòu)中的設備執(zhí)行層。通過對設備上電氣元器件的自動控制來完成設備執(zhí)行層的物流任務。同時通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，傳遞控制過程的實時信息，通過以太網(wǎng)將電控系統(tǒng)與上位管理、調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)連接起來，一方面為監(jiān)控調(diào)度層提供現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)和物流信息，另一方面接受監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)向下發(fā)布的生產(chǎn)任務和設備調(diào)度信息以完成設備執(zhí)行層和調(diào)度控制層之間的信息流交互。

（1）監(jiān)控調(diào)度層與設備控制層之間的接口描述。

①調(diào)度計算機與各子電控系統(tǒng)之間的接口—通過以太網(wǎng)，使用OPC協(xié)議進行通訊。調(diào)度計算機向PLC下達搬運任務指令，PLC向調(diào)度計算機上報任務完成信息和設備狀態(tài)信息以及出入庫請求信息。

②調(diào)度計算機與AGV控制系統(tǒng)之間的接口—通過以太網(wǎng)，使用TCP/IP協(xié)議進行通訊。AGV服務計算機通過無線局域網(wǎng)與AGV小車連接進行通訊。

③往復式穿梭車通過PROFIBUS與電控系統(tǒng)通訊。

④調(diào)度計算機與堆垛機控制系統(tǒng)之間的接口—通過以太網(wǎng)，使用TCP/IP協(xié)議進行通訊。各控制子系統(tǒng)在接口站臺處還存在硬件連鎖控制點，每個站臺約為2I/2O。

⑤監(jiān)控系統(tǒng)與各子電控系統(tǒng)之間的接口—通過以太網(wǎng)，使用專用I/O驅(qū)動程序進行通訊。

（2）控制實現(xiàn)。系統(tǒng)通過控制元器件進行電機驅(qū)動和信號采集。對電機的驅(qū)動：物料在輸送過程中有輸送平穩(wěn)需求的設備采用變頻一體機，關(guān)鍵復雜輸送的設備電機采用變頻驅(qū)動，其他電機采用ET200S電機啟動器驅(qū)動。

（3）控制網(wǎng)絡。在電控系統(tǒng)采用先進的PROFINET控制網(wǎng)絡。電機啟動器及分布式I/O選用SIEMENS公司ET200S系列并配置PROFINET接口模塊直接接入PROFINET控制網(wǎng)絡，通過ET200S分布式I/O連接底層傳感器及執(zhí)行機構(gòu)（如：電磁閥等），通過電機啟動器驅(qū)動設備電機。不能直接接入PROFINET控制網(wǎng)絡的設備（如：變頻器、變頻一體機、條碼識別器、RFID、機器人等）先接入PROFIBUS控制網(wǎng)絡再經(jīng)過IE/PB Link PN IO接入PROFINET控制網(wǎng)絡。

3.2.2 電氣控制系統(tǒng)運行模式

（1）全自動控制：電控系統(tǒng)在全自動控制模式下，由WCS調(diào)度計算機下達命令，控制系統(tǒng)接收后實現(xiàn)對各輸送設備的自動控制，包括電機啟／停、執(zhí)行機構(gòu)的動作等，從而實現(xiàn)對物流和數(shù)據(jù)流的自動傳輸，最終滿足工藝流程的要求。

（2）局部自動控制：電控系統(tǒng)在局部自動控制模式下，在不與WCS調(diào)度計算機通訊的情況下，實現(xiàn)輸送設備在各個控制段的自動控制，實現(xiàn)部分工藝流程的要求。

（3）手動控制：電控系統(tǒng)提供手動操作功能，在手動方式下，由人工對設備進行操作，手動模式選擇通過現(xiàn)場操作員終端或操作按鈕盒完成?？梢詫崿F(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試和故障的排除。

（4）急停及故障報警：主控柜和現(xiàn)場操作員終端上設有急停操作按鈕。當按下急停按鈕后，設備全部停止運行，以保護現(xiàn)場設備和人員的安全；解除緊急情況后，經(jīng)人工確認系統(tǒng)所有在線任務可繼續(xù)自動完成。系統(tǒng)所控制的設備出現(xiàn)故障時，能自動診斷并產(chǎn)生相應的聲光報警，故障排除確認后，在線任務可繼續(xù)自動完成?，F(xiàn)場顯示直行穿梭車及輸送系統(tǒng)的故障信息。

（5）現(xiàn)場人機操作界面：通過設置在現(xiàn)場的操作員終端和操作按鈕盒，為現(xiàn)場操作人員提供人機操作接口。

3.2.3 電氣控制系統(tǒng)配置要求

（1）控制對象：等級儲葉庫自動化物流系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)的輸送作業(yè)設備，主要包括鏈式輸送機、輥道輸送機、擺動鏈式輸送機、RFID讀寫裝置、稱重設備、自動裝箱系統(tǒng)、自動翻箱系統(tǒng)、與人工選葉線設備和自動摻兌輸送設備的控制接口、巷道堆垛機控制接口等。

（2）控制箱（柜）組成。設置一組主控制柜。主控制柜由三個單門柜體并列組成。第一、二門為電源配電柜，第三門為控制柜，控制柜內(nèi)設置一套S7-400系統(tǒng)；另外，自動裝箱系統(tǒng)和自動翻箱系統(tǒng)分設兩套控制柜，控制柜內(nèi)各設置一套S7-300系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場設備的數(shù)量及平面布置情況，在入庫區(qū)和出庫區(qū)控制柜上各配2個現(xiàn)場監(jiān)控終端（共4臺）；共設置9套固定式RFID讀寫器，用于讀寫校核料箱的信息；設置6套裝箱計量控制系統(tǒng)；設置1套自動稱重裝置；一套料箱清潔度攝像檢測裝置。

根據(jù)設備平面布置，把等級煙葉庫自動化物流系統(tǒng)劃分為數(shù)片（段），每片設置一個現(xiàn)場控制箱管轄該片內(nèi)所有設備的電機起停及I/O信號采集，輸送設備電機采用電機啟動器控制。

（3）主要功能流程。完成等級煙葉的自動裝箱、稱重、信息處理以及裝箱煙葉的入庫、出庫功能和裝箱煙葉自動輸送到摻兌線，實現(xiàn)翻箱摻兌的功能?？障涞某鰩炀彺?，空箱的殘留物檢測與空箱的清掃，裝箱煙葉的緊急出庫等功能的在線控制和故障處理等功能，還可以進行自動、單機運行模式的控制。

根據(jù)上位調(diào)度計算機的指令，將任務煙葉箱自動輸送至目的地，參與摻兌并上報上位調(diào)度管理計算機；通過上位監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)可以實時監(jiān)控整個自動化物流系統(tǒng)所有設備的運行狀況、貨物的所在位置、數(shù)據(jù)等。

3.3 等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)計算機系統(tǒng)設計

在自動化物流系統(tǒng)運行過程中，不僅僅是物料的流動，更重要的是信息的流動，信息流動的好壞及快慢，決定著物料流動的快慢，影響著整個物流運動。在整個過程中信息的控制與采集是關(guān)鍵，沒有信息也就沒有自動化物流系統(tǒng)。在常德卷煙廠等級煙葉庫物流自動化系統(tǒng)方案設計中，采取的總體設計思路為“集中管理、分散控制、綜合與分片監(jiān)控相結(jié)合”。底層設備控制系統(tǒng)可向上位管理調(diào)度系統(tǒng)發(fā)送現(xiàn)場生產(chǎn)、工藝數(shù)據(jù)和物流信息。接受計劃調(diào)度信息、配方數(shù)據(jù)；可向下發(fā)布生產(chǎn)計劃和物流調(diào)度信息，采集生產(chǎn)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)采用集中/分散型工業(yè)總線控制方式，將傳感、PLC、網(wǎng)絡、無線通訊、條碼、電子標簽、工業(yè)機器人等諸多迅速發(fā)展的技術(shù)結(jié)合在一起，用方便靈活的硬件和軟件模塊組合設計，以適應各個系統(tǒng)中不同特點的工藝控制要求和管理要求，使之既滿足工藝要求的精確控制，又滿足管理現(xiàn)代化。

計算機系統(tǒng)是整個自動化系統(tǒng)的核心，同時也是和其他系統(tǒng)密不可分的。沒有計算機系統(tǒng)的支持，整個系統(tǒng)只能極其低效地運行。通過計算機技術(shù)的運用和建立，對常德卷煙廠等級煙葉管理和立體化存儲，有效的調(diào)度、監(jiān)視、統(tǒng)計、分析在各種物流的使用過程，可滿足在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)工藝的要求，同時系統(tǒng)具有良好的伸縮性和可擴招性。

將企業(yè)中的片煙庫、等級煙葉庫、嘴拌庫和輔料庫等作為幾個獨立的控制子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)設有自己的過程控制主站，將分布在現(xiàn)場的智能設備與各種分布式I/O從站通過現(xiàn)場總線進行連接，并實現(xiàn)數(shù)字信息交換（如數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設定等）及過程控制；同時配以相應的通訊模塊，將幾個獨立的子系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位管理、調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。幾個子系統(tǒng)可以分別獨立完成幾個庫的生產(chǎn)設備的運行、停機、故障報警等各種過程控制。通過現(xiàn)場操作員終端可以實現(xiàn)單機/自動切換操作，并具有每臺設備進行狀態(tài)顯示功能。通過上位監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)控整個自動化物流系統(tǒng)所有設備的運行狀況、貨物的所在位置及數(shù)據(jù)等。

3.3.1 計算機系統(tǒng)功能

（1）提供數(shù)據(jù)的錄入，執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度指令實現(xiàn)出入庫、托盤回收，庫存信息管理等功能。

（2）提供綜合信息查詢、統(tǒng)計、報表打印功能。

（3）每天收貨單與上架單不符時、補貨單出庫數(shù)量大于庫存時，倉庫管理系統(tǒng)提供報錯提示功能及方便簡捷的檢查功能。

（4）按“先進先出”、“出庫優(yōu)先”的原則進行出庫作業(yè)，并可由人工指定條件抽查出庫，可對庫存最長時間進行限制，對同一批次煙葉出庫時，根據(jù)重量動態(tài)平衡出庫順序，以提高配料精度。

（5）具備庫存量上限和下限預警功能。

（6）提供盤庫功能，核對真實有效。

3.3.2 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖（如圖2所示）

4 結(jié)語

常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)的應用對原料消耗的減少和人力資源的節(jié)約都產(chǎn)生了非常明顯的效果，其創(chuàng)造的直接與間接經(jīng)濟效益是十分巨大的。

圖2 等級儲葉庫物流自動化系統(tǒng)計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

卷煙商業(yè)企業(yè)現(xiàn)代物流建設是一項龐大而復雜的系統(tǒng)工程，在行業(yè)物流建設的工作中，要立足優(yōu)勢、彌補不足，成本管理和制度管理先行，力求精益化，努力降低成本和提高效率，優(yōu)化內(nèi)外環(huán)境，從而形成企業(yè)的核心競爭力。使卷煙商業(yè)企業(yè)物流系統(tǒng)達到資源節(jié)約、環(huán)境友好、綜合配套、高效順暢的目標。

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Application of the Classified Tobacco-leaf Warehouse Logistics Automation System of Changde Cigarette Factory

TANG Wei,PU Feng
（School of Logistics,Beijing Wuzi University,Beijing101149,China）

The paper introduces the work flow of the classified tobacco-leaf warehouse logistics automation system of Changde cigarette factory and analyze sits system data management as well as its electrical control system and computer system.

logistics automation system;classified tobacco-leaf warehouse of Changde cigarette factory;electrical control system; computer system

F715.6；F253.9

A

1005-152X（2011）02-0069-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2011.02.022

2010-12-06

湯衛(wèi)（1987-），男，湖南醴陵人，北京物資學院管理科學與工程碩士，研究方向：物流工程；蒲鋒（1985-），男，陜西榆林人，北京物資學院物流工程碩士，研究方向：物流工程。