一種條煙雙向分揀技術(shù)研究

摘" 要：為提高現(xiàn)有條煙分揀設(shè)備分揀過程中利用率低，設(shè)計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間沖突做了相應(yīng)保護(hù)；為降低現(xiàn)場施工難度、便于擴(kuò)展，提出了一種硬件級模塊化系統(tǒng)集成方案。實踐表明，雙向分揀在不提升分揀工藝難度的前提下可實現(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：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，以倉儲和分揀為核心業(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)，向上連接倉儲，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，隨著社會需求變得更加精細(xì)，少品種、大批量的采購方式逐漸向多品種、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[2]。為了獲得高效率分揀，條煙從人工分揀逐步過渡到半自動、全自動分揀[3]；從條煙分揀形式來看，從單線分揀過渡到多子線分揀，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)依然簡單的分揀方式，物流中心急需解決的問題。

" 經(jīng)過長期實踐，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——虛擬托盤隊列，同時出煙的通道量極少（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，本文擬通過實現(xiàn)雙向分揀來提高分揀煙倉通道利用率，雙向分揀的實現(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)（見圖1）。主要包括：煙倉通道、檢測計數(shù)光電、毛刷、2個撥塊、電機(jī)及支架。其工作流程是：人工將條煙補入煙倉，電機(jī)根據(jù)出煙指令帶動撥塊正反向運動，撥塊擊打在條煙最小截面上并彈射至皮帶上，煙倉內(nèi)條煙在重力作用下墜落；每彈射1次條煙檢測光電計數(shù)一次，隨即撥塊快速制動，防止煙倉內(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，皮帶帶動條煙向前分揀。

圖1表示一個煙倉通道的結(jié)構(gòu)，一般情況下，10個煙倉通道為1組。實際分揀中往往是多組煙倉通道組合在一起，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?？梢钥闯龇謷C(jī)組1和分揀機(jī)組2在同一個輸送帶方向上并沒有錯層分揀，即復(fù)合分揀。但通過支持往另一個方向分揀，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)分揀線具有多個煙倉分揀時，需要解決條煙分揀的時序問題，即確定條煙的出煙時刻，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。分揀過程示意圖（見圖3），圖中假設(shè)有M個立式機(jī)通道煙倉，每個煙倉通道僅填充一種品規(guī)條煙，條煙通過撥塊彈射到外面皮帶上后，同一個訂單內(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，一個訂單在皮帶上所占據(jù)距離稱為訂單長度。

假設(shè)：（1）每種規(guī)格條煙長度相同；（2）各通道撥快擊打速度相同；（3）每個煙倉通道內(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，單邊條煙分揀時序已確定。另一邊也是利用這個方法確定另一側(cè)的出煙時刻。只需要更換A為B即可。

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

" 首先，識別重合（只判斷出煙時刻，不判斷結(jié)束時刻）：

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

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

（3）如果B的出煙時刻落在A的出煙片段里，則識別為重合。

如果計算過程中發(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，即兩個通道同時分揀同一個品牌，其中一個通道供給A側(cè)，另一個通道供給B側(cè)，以此減少沖突。

2.2" 雙向分揀控制系統(tǒng)集成

" 在新技術(shù)的推動下，計算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動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）幾個重要階段后，現(xiàn)今正朝著現(xiàn)場總線控制系統(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)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成三層結(jié)構(gòu)（見圖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，多個分布式IO子站通過網(wǎng)絡(luò)與主站集成到一起（見圖5）。這種方式需要一個主控制器為每個IO子站分配IO點，且這些IO點不能重復(fù)，且對主站的要求較高；不同的IO點由于定義不同會對現(xiàn)場施工接線帶來新的挑戰(zhàn)，接線的同時需要對照圖紙。因此，提出一種硬件級模塊化系統(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IO的分配下放到小型PLC子站，這樣每個小型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算規(guī)劃到上位機(jī)，利用計算機(jī)的計算、存儲能力可將所有訂單的分揀時間戳一次性全部計算出來，從而使主站小型化、廉價化。主站只需要將時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)，可實現(xiàn)一個煙倉通道向兩側(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）建立了一種實現(xiàn)條煙雙向分揀的數(shù)學(xué)模型。通過雙向分揀，大大提高了設(shè)備分揀能力。

（2）設(shè)計了一種硬件級模塊化集成方案。簡化了現(xiàn)場安裝，可大幅提高安裝效率。

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收稿日期：2024-03-11

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

作者簡介：鐘" 亮（1988—），男，四川富順人，湖南省煙草公司衡陽市公司，高級工程師，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.