摘" 要：為提高現(xiàn)有條煙分揀設(shè)備分揀過(guò)程中利用率低，設(shè)計(jì)了一種條煙雙向分揀裝置，構(gòu)建了雙向分揀技術(shù)的數(shù)學(xué)模型并就可能存在的時(shí)間沖突做了相應(yīng)保護(hù)；為降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度、便于擴(kuò)展，提出了一種硬件級(jí)模塊化系統(tǒng)集成方案。實(shí)踐表明，雙向分揀在不提升分揀工藝難度的前提下可實(shí)現(xiàn)分揀效率大幅提升。

關(guān)鍵詞：雙向分揀；模塊化；分揀工藝

" 中圖分類號(hào)：TP271" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2025.07.013

Abstract： In order to improve the low utilization rate of the existing cigarette sorting equipment in the sorting process， a two-way cigarette sorting device was designed， a mathematical model of the two-way sorting technology was constructed， and the possible time conflict was protected accordingly. In order to reduce the difficulty of on-site construction and facilitate expansion， a hardware-level modular system integration scheme was proposed. Practice shows that two-way sorting can greatly improve the sorting efficiency without increasing the difficulty of the sorting process.

Key words： dual-way sorting; modulaization; sorting process

0" 概" 述

" 近十年，以倉(cāng)儲(chǔ)和分揀為核心業(yè)務(wù)的現(xiàn)代化煙草物流配送中心快速崛起，持續(xù)為煙草行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展賦能[1-2]。分揀作業(yè)作為配送中心的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，向上連接倉(cāng)儲(chǔ)，向下服務(wù)于配送，具有承上啟下的作用。在分揀眾多衡量指標(biāo)中，分揀效率備受關(guān)注。

" 在大批量少品種年代，高速分揀的關(guān)鍵在于按件分揀（1件=50條）。但是，隨著社會(huì)需求變得更加精細(xì)，少品種、大批量的采購(gòu)方式逐漸向多品種、小批量轉(zhuǎn)變，具體到煙草物流條煙分揀中，呈現(xiàn)出小訂單多、品牌集中低等特點(diǎn)[2]。為了獲得高效率分揀，條煙從人工分揀逐步過(guò)渡到半自動(dòng)、全自動(dòng)分揀[3]；從條煙分揀形式來(lái)看，從單線分揀過(guò)渡到多子線分揀，也就是復(fù)合線。復(fù)合線雖然提高了效率，但是結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，建造成本、后期維護(hù)、故障處理難度都較高。尋求一種能提高效率但結(jié)構(gòu)依然簡(jiǎn)單的分揀方式，物流中心急需解決的問(wèn)題。

" 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，課題組發(fā)現(xiàn)不管是單線還是復(fù)合線，其出煙方式都是單向出煙，按照現(xiàn)有分揀算法——虛擬托盤隊(duì)列，同時(shí)出煙的通道量極少（并行出煙），導(dǎo)致大量分揀通道都處于等待分揀的狀態(tài)，利用率較低，因此，本文擬通過(guò)實(shí)現(xiàn)雙向分揀來(lái)提高分揀煙倉(cāng)通道利用率，雙向分揀的實(shí)現(xiàn)可以繼續(xù)延續(xù)單線分揀模式，從而降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度并達(dá)到復(fù)合分揀的效率。

1" 雙向分揀機(jī)及分揀工藝

" 本文所述雙向分揀機(jī)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。主要包括：煙倉(cāng)通道、檢測(cè)計(jì)數(shù)光電、毛刷、2個(gè)撥塊、電機(jī)及支架。其工作流程是：人工將條煙補(bǔ)入煙倉(cāng)，電機(jī)根據(jù)出煙指令帶動(dòng)撥塊正反向運(yùn)動(dòng)，撥塊擊打在條煙最小截面上并彈射至皮帶上，煙倉(cāng)內(nèi)條煙在重力作用下墜落；每彈射1次條煙檢測(cè)光電計(jì)數(shù)一次，隨即撥塊快速制動(dòng)，防止煙倉(cāng)內(nèi)條煙墜落在撥塊上；條煙以一定速度彈射到分揀皮帶1、分揀皮帶2上，皮帶帶動(dòng)條煙向前分揀。

圖1表示一個(gè)煙倉(cāng)通道的結(jié)構(gòu)，一般情況下，10個(gè)煙倉(cāng)通道為1組。實(shí)際分揀中往往是多組煙倉(cāng)通道組合在一起，組合方式的不同就形成不同工藝。一種典型的雙向分揀工藝（見(jiàn)圖2）。圖中共2組雙向分揀機(jī)組，分別向輸送帶A和輸送帶B上分揀條煙。可以看出分揀機(jī)組1和分揀機(jī)組2在同一個(gè)輸送帶方向上并沒(méi)有錯(cuò)層分揀，即復(fù)合分揀。但通過(guò)支持往另一個(gè)方向分揀，從而達(dá)到類似兩條線的分揀能力，維持整體工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

2" 條煙雙向分揀算法和控制系統(tǒng)集成

2.1" 雙向分揀算法

當(dāng)分揀線具有多個(gè)煙倉(cāng)分揀時(shí)，需要解決條煙分揀的時(shí)序問(wèn)題，即確定條煙的出煙時(shí)刻，以防止正在分揀的條煙和輸送的條煙撞在一起或者疊在一起。分揀過(guò)程示意圖（見(jiàn)圖3），圖中假設(shè)有M個(gè)立式機(jī)通道煙倉(cāng)，每個(gè)煙倉(cāng)通道僅填充一種品規(guī)條煙，條煙通過(guò)撥塊彈射到外面皮帶上后，同一個(gè)訂單內(nèi)條煙在皮帶上呈聚攏狀態(tài)，訂單之間以訂單間距進(jìn)行區(qū)分，一個(gè)訂單在皮帶上所占據(jù)距離稱為訂單長(zhǎng)度。

假設(shè)：（1）每種規(guī)格條煙長(zhǎng)度相同；（2）各通道撥快擊打速度相同；（3）每個(gè)煙倉(cāng)通道內(nèi)僅存在一種規(guī)格條煙；（4）遇到故障設(shè)備立即停機(jī)。

至此，單邊條煙分揀時(shí)序已確定。另一邊也是利用這個(gè)方法確定另一側(cè)的出煙時(shí)刻。只需要更換A為B即可。

但是，雙邊分揀時(shí)候，可能會(huì)存在某一個(gè)煙倉(cāng)通道同時(shí)需要向兩邊分揀的矛盾，即出煙時(shí)間片段重合。為此，需要先識(shí)別出煙片段是否重合，其次建立兩重保護(hù)。

" 首先，識(shí)別重合（只判斷出煙時(shí)刻，不判斷結(jié)束時(shí)刻）：

（1）將A側(cè)某訂單某通道出煙時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻放到兩個(gè)寄存器中，例如38 924，39 043；

" （2）將計(jì)算的B側(cè)正在計(jì)算的通道出煙時(shí)序也放到另外的寄存器，例如38 978；

（3）如果B的出煙時(shí)刻落在A的出煙片段里，則識(shí)別為重合。

如果計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)避讓較多，可以將這種經(jīng)常避讓的通道設(shè)置為雙通道，即兩個(gè)通道同時(shí)分揀同一個(gè)品牌，其中一個(gè)通道供給A側(cè)，另一個(gè)通道供給B側(cè)，以此減少?zèng)_突。

2.2" 雙向分揀控制系統(tǒng)集成

" 在新技術(shù)的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）幾個(gè)重要階段后，現(xiàn)今正朝著現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向拓展和延伸。目前典型的控制由上位機(jī)、工業(yè)控制器、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成三層結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4）。其中，第二層主要由可編程控制器（PLC）主導(dǎo)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，PLC網(wǎng)絡(luò)控制已成為當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)發(fā)展的潮流。

分布式IO是當(dāng)前PLC網(wǎng)絡(luò)控制的一種主要形式，多個(gè)分布式IO子站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與主站集成到一起（見(jiàn)圖5）。這種方式需要一個(gè)主控制器為每個(gè)IO子站分配IO點(diǎn)，且這些IO點(diǎn)不能重復(fù)，且對(duì)主站的要求較高；不同的IO點(diǎn)由于定義不同會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工接線帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，接線的同時(shí)需要對(duì)照?qǐng)D紙。因此，提出一種硬件級(jí)模塊化系統(tǒng)集成方案。

結(jié)合上述雙向分揀技術(shù)，新的控制系統(tǒng)集成方案將分布式IO換成小型PLC子站，將主站對(duì)IO的分配下放到小型PLC子站，這樣每個(gè)小型PLC的接線完全一樣，降低施工難度；其次，將雙向分揀算法的計(jì)算規(guī)劃到上位機(jī)，利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算、存儲(chǔ)能力可將所有訂單的分揀時(shí)間戳一次性全部計(jì)算出來(lái)，從而使主站小型化、廉價(jià)化。主站只需要將時(shí)間同步到子站以及將子站故障映射回主站，如圖6所示。

3" 結(jié)" 論

本文介紹了一種條煙雙向分揀技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)煙倉(cāng)通道向兩側(cè)分揀，在優(yōu)化分揀系統(tǒng)工藝難度的前提下，提高條煙分揀效率，主要貢獻(xiàn)包括：

" （1）建立了一種實(shí)現(xiàn)條煙雙向分揀的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)雙向分揀，大大提高了設(shè)備分揀能力。

（2）設(shè)計(jì)了一種硬件級(jí)模塊化集成方案。簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)安裝，可大幅提高安裝效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 袁國(guó). R物流中心柔性分揀策略研究[D]. 綿陽(yáng)：西南科技大學(xué)，2022.

[2] 姜新榮. 物聯(lián)網(wǎng)下第三方物流資源優(yōu)化配置理論及應(yīng)用研究[D]. 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2017.

[3] 王伯楠. 卷煙物流配送中心“儲(chǔ)分一體化”分揀優(yōu)化研究[D]. 昆明：昆明理工大學(xué)，2024.

[4] 成銘，姜德順. 異標(biāo)共線卷煙一體化柔性高速分揀技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 青島大學(xué)學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版），2022，37（4）：30-35，42.

[5] 沈長(zhǎng)鵬. 訂單結(jié)構(gòu)與揀選系統(tǒng)的適配問(wèn)題研究[D]. 濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.

[6] 劉德寶，吳耀華，郭耀陽(yáng)，等. 基于串并行混合揀選策略的自動(dòng)揀選系統(tǒng)品項(xiàng)分配優(yōu)化[J]. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2015，45（6）：36-44.

[7] 胡金昌. 基于學(xué)習(xí)效應(yīng)的生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)調(diào)度算法研究[D]. 濟(jì)南：山東大學(xué)，2021.

收稿日期：2024-03-11

基金項(xiàng)目：中國(guó)煙草公司湖南省公司科技項(xiàng)目“條煙柔性分揀關(guān)鍵技術(shù)研究”（HN2023KJ20）

作者簡(jiǎn)介：鐘" 亮（1988—），男，四川富順人，湖南省煙草公司衡陽(yáng)市公司，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：條煙分揀技術(shù)研究與控制系統(tǒng)集成。

引文格式：鐘亮，王璞璠，蘇平平，等. 一種條煙雙向分揀技術(shù)研究[J]. 物流科技，2025，48（7）：52-54.