智能條煙分揀系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

倪純毅

（四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司成都卷煙廠，四川成都 610066）

0 引言

0.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景

目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的卷煙在“十二五”規(guī)劃要求與指引下完成了新廠搬遷或舊廠技改的工作。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，各個(gè)卷煙廠生產(chǎn)面臨增長(zhǎng)速度回落、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量追溯等新的考驗(yàn)。如何積極適應(yīng)新常態(tài)，完成內(nèi)部生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化，促使企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展，成為各個(gè)卷煙廠面臨的重要問(wèn)題。

條煙輸送系統(tǒng)作為包裝機(jī)和裝封箱機(jī)之間的橋梁和紐帶，將包裝機(jī)生產(chǎn)的成品條煙通過(guò)出口對(duì)應(yīng)的條煙提升機(jī)對(duì)接高架輸送帶輸送至裝封箱區(qū)域的選通裝置處。多道同品牌條煙一起由橫向收集機(jī)或垂直排包機(jī)輸送至裝封箱機(jī)進(jìn)行裝箱，則出現(xiàn)同一個(gè)紙箱中混裝多臺(tái)包裝機(jī)生產(chǎn)的條煙，給條煙質(zhì)量追溯帶來(lái)極大困難。

0.2 系統(tǒng)研究的目的及意義

對(duì)智能條煙分揀系統(tǒng)的研究，能實(shí)現(xiàn)每臺(tái)包裝機(jī)生產(chǎn)的成品條煙獨(dú)立裝封在同一紙箱中，同時(shí)具備條煙緩存，選通滑道靈活，選通品牌對(duì)應(yīng)裝封箱機(jī)的功能。提高了包裝機(jī)選通裝封箱機(jī)的靈活度，有利于生產(chǎn)充分調(diào)度裝封箱機(jī)使用，緩解了裝封箱機(jī)因短暫故障導(dǎo)致包裝機(jī)停機(jī)，影響生產(chǎn)效率的問(wèn)題。同時(shí)，同一包裝機(jī)生產(chǎn)的成品條煙裝封在一個(gè)紙箱中，只需查詢一號(hào)工程碼，即可反追溯到包裝機(jī)生產(chǎn)的條煙相關(guān)信息。因此，研究智能條煙分揀系統(tǒng)，具有積極重大的意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.1 總體方案的選擇

通過(guò)對(duì)原條煙輸送系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行分析可知，智能條煙分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于分揀裝置能將每個(gè)包裝機(jī)對(duì)應(yīng)同一品牌選通至條煙收儲(chǔ)機(jī)獨(dú)立收集，并通過(guò)橫向移載機(jī)獨(dú)立輸送至裝封箱機(jī)進(jìn)行裝封箱，而分揀與收儲(chǔ)的設(shè)計(jì)關(guān)系到是否會(huì)限制包裝機(jī)與裝封箱機(jī)生產(chǎn)能力。通過(guò)合理布局，每個(gè)獨(dú)立的智能條煙分揀系統(tǒng)最多布置4 個(gè)分揀與收儲(chǔ)單元，利用1 組橫向移載機(jī)分別對(duì)應(yīng)4 個(gè)分揀與收儲(chǔ)單元，橫向移載機(jī)每個(gè)工作周期移載一個(gè)收儲(chǔ)單元的條煙進(jìn)行裝箱，從而保證每個(gè)包裝機(jī)的條煙獨(dú)立裝封在一個(gè)紙箱中。通過(guò)確定一臺(tái)裝封箱機(jī)對(duì)接上游4 個(gè)分揀與收儲(chǔ)單元即4 臺(tái)包裝機(jī)的方案，利用每個(gè)煙箱貼的一號(hào)工程碼的唯一性，最終實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)生產(chǎn)條煙與紙箱信息進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量信息快速追蹤。

1.2 機(jī)械、電氣方案的分析與設(shè)計(jì)

在滿足卷包車間生產(chǎn)、工藝要求的基礎(chǔ)上對(duì)智能條煙分揀裝置的主要組成部分——分揀 裝置、收儲(chǔ)機(jī)、橫向移載機(jī)、電控部分的方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)分揀實(shí)現(xiàn)任意到選通、條煙收集與儲(chǔ)存、橫向移載效率的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，最終設(shè)計(jì)整體總圖，分解單機(jī)設(shè)備與部件并繪制設(shè)計(jì)工程圖，編寫(xiě)PLC 控制程序，進(jìn)行仿真和實(shí)景調(diào)試。

1.2.1 分揀裝置設(shè)計(jì)

分揀裝置主要由阻擋氣缸、推煙氣缸、到位檢測(cè)傳感器、C型滑道組成；根據(jù)條煙輸送線層數(shù)與中心距適當(dāng)調(diào)整布局，滿足輸送線上的條煙自動(dòng)分揀功能。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)定分揀裝置，滿足了上下層輸送線條煙任意選通至收儲(chǔ)機(jī)的要求，使一臺(tái)包裝機(jī)生產(chǎn)的條煙只對(duì)應(yīng)一個(gè)收儲(chǔ)通道。

1.2.2 收儲(chǔ)機(jī)設(shè)計(jì)

收儲(chǔ)機(jī)主要由皮帶機(jī)、C 型滑道、分選裝置和阻擋裝置等組成。根據(jù)包裝機(jī)生產(chǎn)能力40 條/分鐘，裝封箱機(jī)生產(chǎn)能力6 箱/分鐘，50 條/箱的參數(shù)依據(jù)，收儲(chǔ)機(jī)在垂直方向布置了7 層皮帶機(jī)，每層皮帶機(jī)可緩存25 條條煙，最上層皮帶機(jī)對(duì)接分揀裝置的C 型滑道，最下層皮帶機(jī)出口處配置分選裝置，是用于將條煙拉開(kāi)距離，便于系統(tǒng)計(jì)數(shù)。由上往下的輸送方向，每個(gè)皮帶機(jī)出口處均安裝阻擋氣缸。

圖1 智能條煙分揀系統(tǒng)

系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置4 個(gè)獨(dú)立的收儲(chǔ)機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)裝封箱機(jī)，工作原理是條煙由選通滑道下滑至收儲(chǔ)機(jī)的最上層皮帶機(jī)，條煙由上往下輸送，從最低層皮帶機(jī)開(kāi)始儲(chǔ)存，當(dāng)儲(chǔ)存量大于50 條后，則由橫向移載機(jī)一次性承接50 條對(duì)接裝封箱機(jī)入口皮帶機(jī)，一次性釋放50 條輸送至裝封箱機(jī)進(jìn)行裝箱。當(dāng)系統(tǒng)接收到收儲(chǔ)機(jī)緩存條煙大于50 條的載料信息后，則驅(qū)動(dòng)橫向移載機(jī)將移載條煙輸送至裝封箱機(jī)裝箱。

1.2.3 橫向移載機(jī)設(shè)計(jì)

橫向移載機(jī)主要由皮帶機(jī)、阻擋裝置和移載滑臺(tái)裝置等組成；橫向移載機(jī)配置的皮帶能緩存50 條煙，當(dāng)系統(tǒng)接收到收儲(chǔ)機(jī)反饋載料信息后，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)移載滑臺(tái)裝置將皮帶機(jī)移載至對(duì)應(yīng)的收儲(chǔ)機(jī)單元的C 型滑道口，收儲(chǔ)機(jī)的分揀裝置通過(guò)計(jì)數(shù)釋放50條條煙輸送至橫向移載機(jī)的皮帶上。接收完畢后，橫向移載機(jī)移動(dòng)至裝封箱機(jī)入口皮帶機(jī)處，將50 條條煙一次性釋放輸送至裝封箱機(jī)，即每個(gè)工作周期對(duì)接一個(gè)收儲(chǔ)單元，往復(fù)循環(huán)工作。

1.2.4 電控設(shè)計(jì)

條煙輸送系統(tǒng)采用SIEMENS S7-1500 作為主控制器，自帶開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化硬件和軟件接口。與提升機(jī)子站、動(dòng)力頭子站、智能分揀子站、之間采用PROFNET 網(wǎng)絡(luò)通信模式；觸摸屏設(shè)計(jì)全中文圖形化界面、易于操作、動(dòng)畫(huà)監(jiān)控；圖形界面可直觀顯示系統(tǒng)流程、狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、故障報(bào)警、數(shù)據(jù)采集；具有系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)查詢、操作幫助、分等級(jí)密碼保護(hù)操作安全、總線站點(diǎn)設(shè)備在線診斷等功能。采用目前比較流行的Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可以降低成本，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)易于擴(kuò)展和維護(hù)，以減少故障發(fā)生可能性，從而大幅度提升設(shè)備穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)擁有高兼容性、高穩(wěn)定性、高響應(yīng)和高集成。主要功能如下。

（1）手動(dòng)控制。電控系統(tǒng)提供手動(dòng)操作功能，在此控制方式下，操作人員可以在現(xiàn)場(chǎng)操作終端上對(duì)設(shè)備動(dòng)作進(jìn)行操作，部分設(shè)備采用按鈕盒來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。

（2）自動(dòng)控制。電控系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)離線，操作人員可在現(xiàn)場(chǎng)操作員終端輸入指令實(shí)現(xiàn)對(duì)各輸送設(shè)備的自動(dòng)控制，包括電機(jī)啟/停、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作等。實(shí)現(xiàn)對(duì)物流和數(shù)據(jù)流的自動(dòng)傳輸，滿足與上位計(jì)算機(jī)離線時(shí)的輸送任務(wù)。

（3）緊急停止。主控柜和現(xiàn)場(chǎng)操作員終端上具有緊急停止操作功能。在操作員終端上按下急停按鈕后，該段內(nèi)控制系統(tǒng)所控制的設(shè)備必須全部停止運(yùn)行，在主控柜上按下急停按鈕后可以切斷動(dòng)力電源。解除緊急情況后，系統(tǒng)須故障確認(rèn)后方可正常工作。

（4）故障報(bào)警。系統(tǒng)控制的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)診斷并產(chǎn)生相應(yīng)的聲光報(bào)警并在現(xiàn)場(chǎng)終端上定位故障、顯示故障信息。故障排除確認(rèn)后，在線任務(wù)可繼續(xù)自動(dòng)完成。

（5）一號(hào)工程條碼識(shí)別。一號(hào)工程條碼與智能條煙分揀系統(tǒng)的收儲(chǔ)單元品牌對(duì)應(yīng)包裝機(jī)信息進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)信息追蹤查詢。

（6）信息查詢及維護(hù)。操作人員可在現(xiàn)場(chǎng)操作員終端上查詢每臺(tái)輸送設(shè)備當(dāng)前輸送物料的信息，必要時(shí)也可以對(duì)這些信息進(jìn)行人工維護(hù)。

（7）設(shè)備監(jiān)控。在現(xiàn)場(chǎng)操作終端上通過(guò)圖文結(jié)合方式反映各臺(tái)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與信息，并可對(duì)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作、故障確認(rèn)與維護(hù)。

（8）設(shè)備維修安全保護(hù)。當(dāng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修或維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)設(shè)備上的本地隔離開(kāi)關(guān)可以切斷設(shè)備動(dòng)力電源并把設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)切換到手動(dòng)運(yùn)行模式，從而保證操作、維修人員的安全。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)與功能描述

（1）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)。包裝機(jī)額定生產(chǎn)速度：40 條/min；條煙提升機(jī)額定運(yùn)行速度：60 條/min；輸送線額定運(yùn)行速度：60條/min；裝封箱機(jī)額定運(yùn)行速度：6 箱/min。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算。條煙分揀裝置分揀速度：60 條/min；收儲(chǔ)機(jī)收集速度：60 條/min，單個(gè)單元儲(chǔ)存量為175 條；移載輸送機(jī)移載速度：1.5 m/s；皮帶機(jī)線速度：75 m/s。

（3）系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)。電源采用三相AC 380 V；系統(tǒng)總功率小于10 kW；壓縮空氣氣源：0～0.6 MPa；產(chǎn)生的噪聲值不超過(guò)75 dB。

3 智能條煙分揀系統(tǒng)的加工實(shí)施

在完成設(shè)計(jì)方案、繪制圖紙、編寫(xiě)程序的基礎(chǔ)上，對(duì)智能條煙分揀組成的單機(jī)設(shè)備零部件進(jìn)行加工制造、組裝和調(diào)試，最終滿足生產(chǎn)、工藝需求并實(shí)際應(yīng)用。

4 智能條煙分揀系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）利用1 組橫向移載機(jī)對(duì)接4 組收儲(chǔ)機(jī)，實(shí)現(xiàn)每組收儲(chǔ)機(jī)對(duì)接一臺(tái)包裝機(jī)，獨(dú)立裝箱。

（2）收儲(chǔ)機(jī)獨(dú)立控制，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度分段釋放，先存先出。

（3）4 組獨(dú)立收儲(chǔ)機(jī)單元與條煙分揀裝置利用垂直方向錯(cuò)層選通，實(shí)現(xiàn)垂直方向的輸送線選通至同一臺(tái)裝封箱機(jī)。

（4）無(wú)需調(diào)整，完全兼容標(biāo)準(zhǔn)軟硬包自動(dòng)分揀功能。

（5）智能條煙分揀系統(tǒng)根據(jù)收儲(chǔ)機(jī)單元與條煙分揀裝置對(duì)應(yīng)選通包裝機(jī)機(jī)組的的品牌分揀信息，與一號(hào)工程碼綁定在一起，實(shí)現(xiàn)信息源追溯。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能條煙分揀系統(tǒng)結(jié)合車間生產(chǎn)、工藝實(shí)際需要進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)包裝機(jī)生產(chǎn)的成品條煙獨(dú)立封裝在一個(gè)紙箱中，并與一號(hào)工程碼綁定在一起，則每個(gè)煙箱具有唯一性身份，方便追溯查詢的全部設(shè)計(jì)要求，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠的特點(diǎn)。該系統(tǒng)具有緩存功能，當(dāng)裝封箱機(jī)出現(xiàn)短暫故障時(shí)，無(wú)需暫停包裝機(jī)，緩存條煙滿足先進(jìn)先出要求，減少條煙損壞。該系統(tǒng)提高了整體生產(chǎn)設(shè)備的有效作業(yè)率，完善了生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的質(zhì)量監(jiān)控體系。