段青娜，劉天元

（1.紅云紅河集團昆明卷煙廠，昆明650000；2.紅塔集團玉溪卷煙廠，玉溪653000）

基于分揀機和機器人技術(shù)的卷煙成品入庫系統(tǒng)

段青娜1，劉天元2

（1.紅云紅河集團昆明卷煙廠，昆明650000；2.紅塔集團玉溪卷煙廠，玉溪653000）

主要介紹了昆明卷煙廠卷煙成品入庫系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要以分揀機子系統(tǒng)和機器人碼垛子系統(tǒng)為支撐，能夠快速精準地對成品件煙進行分揀和碼垛入庫，工作時間長、穩(wěn)定性高，有力地保證了煙草行業(yè)對生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)安全的嚴格要求。

卷煙成品入庫系統(tǒng)；分揀機；機器人

1 引 言

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進步，國內(nèi)煙草企業(yè)的自動化生產(chǎn)水平不斷提高，卷煙技術(shù)與設(shè)備更新速度加快［1］。以昆明卷煙廠為例，2011年新廠區(qū)異地技改竣工投產(chǎn)后，新引進的10臺高速設(shè)備，PROTOS M5可確保單班生產(chǎn)500萬支卷煙，與FOCKE FX包裝機對接，設(shè)計能力為雙通道700包／分；G.D121-P16K生產(chǎn)能力為每分鐘16000支，與G.DS1000SC800軟包包裝機配套，每分鐘生產(chǎn)800包香煙。2012年昆明卷煙廠全年產(chǎn)量突破140萬箱，單日產(chǎn)量突破8500箱。如此高度自動化和高效率的卷煙生產(chǎn)線必須要有同樣先進高效的成品物流系統(tǒng)的大力支撐，來完成卷煙成品的分揀、碼垛、入庫和存儲。昆明卷煙廠成品庫采用立庫存儲模式，通過封箱機過來的件煙，經(jīng)過分揀機合流后按牌號分流到機器人處碼垛，碼垛后送到立庫存儲［2］。

2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

昆明卷煙廠成品入庫區(qū)由一套高速分揀系統(tǒng)、5套碼垛機器人系統(tǒng)、15條分揀通道、一套輸送機、4臺環(huán)形穿梭車和8臺堆垛機組成。工藝流程為：封箱機組生產(chǎn)的成品件煙經(jīng)合流后自動輸送，沿三臺連續(xù)提升機提升到成品入庫區(qū)的分揀線。成品件煙經(jīng)過分揀線高速合流后，沿輸送線自動輸送。合流口上方設(shè)置了兩套條碼識別器，讀取件煙的條碼信息（一號工程碼和商品碼）。分揀系統(tǒng)根據(jù)掃描到的條碼信息將不同品牌件煙分流到已設(shè)定好品牌的分揀道上，碼垛輸送機根據(jù)碼垛步驟將件煙翻轉(zhuǎn)成合適的位置，供機械手碼垛。碼垛完成后，裝有RFID電子標簽的成品實托盤向上位計算機系統(tǒng)申請入庫，計算機系統(tǒng)把實托盤上的條碼信息打包寫入RFID電子標簽，任務(wù)申請成功后，由輸送機、穿梭車和堆垛機根據(jù)上位計算機下達的任務(wù)完成成品實托盤入庫。

3 系統(tǒng)原理

3.1 電控系統(tǒng)總體設(shè)計

成品入庫系統(tǒng)采用PROFINET控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)電控系統(tǒng)；主控器件采用西門子公司S7-400系列PLC，具有PRFIBUSDP及MPI接口；機架上配有增強型CP443-1網(wǎng)卡，同時支持PROFINET及TCP／IP協(xié)議。現(xiàn)場分布式I／O、電機啟動器經(jīng)網(wǎng)關(guān)、RFID通過本地交換機接入PROFINET網(wǎng)絡(luò)；變頻器等不具備PROFINET協(xié)議接口的設(shè)備接入PRFIBUS DP。對于上層調(diào)度計算機系統(tǒng)，電控系統(tǒng)提供工業(yè)以太網(wǎng)接口，使用OPC協(xié)議進行通訊（見圖1）。

圖1 電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置示意圖

3.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

成品入庫系統(tǒng)軟件架構(gòu)分為三個層次，即：信息管理層、調(diào)度監(jiān)控層和設(shè)備執(zhí)行層。其中，計算機管理系統(tǒng)（WMS）主要負責(zé)成品信息管理和調(diào)度管理，上聯(lián)企業(yè)信息管理系統(tǒng)，下聯(lián)單機設(shè)備執(zhí)行層。數(shù)據(jù)庫是整個物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉庫，基礎(chǔ)信息、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、重要過程數(shù)據(jù)都存儲在數(shù)據(jù)庫中，所以只要數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)不丟失，就能保證系統(tǒng)恢復(fù)。管理主服務(wù)負責(zé)處理所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和實現(xiàn)各種管理策略，如對15個分揀通道下達或取消品牌分揀任務(wù)和對成品信息進行處理等。調(diào)度主服務(wù)主要實現(xiàn)對底層設(shè)備的控制，采集底層設(shè)備的重要信息，執(zhí)行管理通知的任務(wù)，并反饋執(zhí)行情況，實現(xiàn)任務(wù)路徑管理優(yōu)化（見圖2和圖3）。

3.3 分揀子系統(tǒng)

分揀機是成品入庫系統(tǒng)的核心設(shè)備，它能以最快4500件／小時的分揀速度將所有經(jīng)過合流口的成品件煙按照一號工程碼或商品碼進行快速準確的分揀。分揀子系統(tǒng)WCS稱為倉庫設(shè)備控制系統(tǒng)，它負責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度分揀機和碼垛輸送機執(zhí)行WMS下達的任務(wù)流程，并且這個過程完全是按照程序預(yù)先設(shè)定好的流程執(zhí)行（見圖4）。WCS與WMS系統(tǒng)通過SOCKET進行通信。

圖2 成品入庫系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

圖3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

圖4 分揀子系統(tǒng)工作流程

3.4 機器人子系統(tǒng)

機器人子系統(tǒng)由五套碼垛機器人系統(tǒng)組成，每套碼垛機器人系統(tǒng)由一臺IRB 6640-130／3.2機器人和具備煙箱碼垛功能的真空吸盤夾具組成，每套機器人的碼垛能力為11件／分鐘。每臺機器人對應(yīng)三個分揀通道，當(dāng)被分揀過的煙箱經(jīng)碼垛輸送機送到機器人抓取位時，機器人根據(jù)設(shè)定好的品牌坐標和品牌擺放方式把煙箱堆放在相應(yīng)的托盤上進行碼垛［3］。碼垛完成后，機器人同時向輸送機PLC和WCS發(fā)送碼垛完成信號，WCS通知調(diào)度主服務(wù)，調(diào)度主服務(wù)通知輸送機PLC，當(dāng)輸送機PLC同時收到來自調(diào)度主服務(wù)和機器人的碼垛完成信號后，放下氣動擋板，允許輸送機把碼垛完成的成品實托盤輸送到入庫申請站臺，進入申請入庫流程。

圖5 機器人碼垛完成入庫流程

4 結(jié)束語

煙草行業(yè)始終是現(xiàn)代物流技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新的領(lǐng)跑者，自動化物流系統(tǒng)則是提高煙草行業(yè)經(jīng)濟效益、增強企業(yè)實力的主要途徑之一，目前成品自動化物流系統(tǒng)已在煙草行業(yè)廣泛應(yīng)用。昆明卷煙廠卷煙成品入庫系統(tǒng)是以上位計算機管理、調(diào)度系統(tǒng)和底層PLC為基礎(chǔ)的全自動分揀碼垛控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)分揀速度快、自動化程度高、控制簡單、便于維護，經(jīng)過兩年的運轉(zhuǎn)，成品入庫系統(tǒng)能實現(xiàn)卷煙成品高效有序的流動和科學(xué)管理，極大提高了生產(chǎn)效率，滿足工廠作業(yè)計劃的需要［4］。

［1］盧子奎，郭天文，羅旺春，等.卷煙工業(yè)企業(yè)自動化物流系統(tǒng)效能優(yōu)化［J］.煙草科技，2008（6）：26-29.

［2］李穗明，朱滇，董建英，等.卷煙工廠自動化物流系統(tǒng)分析與實施［J］.煙草科技，1998（4）：15-17.

［3］陶湘廳，袁銳波，羅璟.動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.機床與液壓，2007，35（8）：226-228.

［4］栗野賴明.高速自動分揀系統(tǒng)［J］.中國儲運，2003（2）：46-50.

Design of Cigarette Storing System Based on Sorting Machine and Palletizing Robot

DUAN Qing-na1，LIU Tian-yuan2
（1.Kunming Cigarette Factory，Hongyun Honghe Tabacco Group Corporation，Kunming 650000，China；2.Yuxi Cigarette Factory，Hongta Tabacco Group Corporation，Yuxi653000，China）

This article mainly introduces the cigarette storing system of Kunming cigarette factory.The system is mainly supported by the subsystems of sorting machine and palletizing robot to sort and stock the cigarette products quickly and accurately with high stability.The system can strictly meet the requirements of efficiency，quality and safety for the cigarette production.

Cigarette storing system；Sortingmachine；Robot

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.03.024

TP393.4

：B

：1002-2279（2014）03-0089-03

段青娜（1985-），女，河南人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：物流自動化。

2013-11-08