基于分揀機和機器人技術的卷煙成品入庫系統

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的卷煙成品入庫系統

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。該系統主要以分揀機子系統和機器人碼垛子系統為支撐，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、穩定性高，有力地保證了煙草行業對生產效率、生產質量和生產安全的嚴格要求。

卷煙成品入庫系統；分揀機；機器人

1 引 言

隨著工業技術的不斷進步，國內煙草企業的自動化生產水平不斷提高，卷煙技術與設備更新速度加快［1］。以昆明卷煙廠為例，2011年新廠區異地技改竣工投產后，新引進的10臺高速設備，PROTOS M5可確保單班生產500萬支卷煙，與FOCKE FX包裝機對接，設計能力為雙通道700包／分；G.D121-P16K生產能力為每分鐘16000支，與G.DS1000SC800軟包包裝機配套，每分鐘生產800包香煙。2012年昆明卷煙廠全年產量突破140萬箱，單日產量突破8500箱。如此高度自動化和高效率的卷煙生產線必須要有同樣先進高效的成品物流系統的大力支撐，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 系統業務流程

昆明卷煙廠成品入庫區由一套高速分揀系統、5套碼垛機器人系統、15條分揀通道、一套輸送機、4臺環形穿梭車和8臺堆垛機組成。工藝流程為：封箱機組生產的成品件煙經合流后自動輸送，沿三臺連續提升機提升到成品入庫區的分揀線。成品件煙經過分揀線高速合流后，沿輸送線自動輸送。合流口上方設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）。分揀系統根據掃描到的條碼信息將不同品牌件煙分流到已設定好品牌的分揀道上，碼垛輸送機根據碼垛步驟將件煙翻轉成合適的位置，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申請入庫，計算機系統把實托盤上的條碼信息打包寫入RFID電子標簽，任務申請成功后，由輸送機、穿梭車和堆垛機根據上位計算機下達的任務完成成品實托盤入庫。

3 系統原理

3.1 電控系統總體設計

成品入庫系統采用PROFINET控制網絡架構電控系統；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網卡，同時支持PROFINET及TCP／IP協議。現場分布式I／O、電機啟動器經網關、RFID通過本地交換機接入PROFINET網絡；變頻器等不具備PROFINET協議接口的設備接入PRFIBUS DP。對于上層調度計算機系統，電控系統提供工業以太網接口，使用OPC協議進行通訊（見圖1）。

圖1 電控系統網絡配置示意圖

3.2 系統軟件架構

成品入庫系統軟件架構分為三個層次，即：信息管理層、調度監控層和設備執行層。其中，計算機管理系統（WMS）主要負責成品信息管理和調度管理，上聯企業信息管理系統，下聯單機設備執行層。數據庫是整個物流系統的數據倉庫，基礎信息、業務數據、重要過程數據都存儲在數據庫中，所以只要數據庫數據不丟失，就能保證系統恢復。管理主服務負責處理所有業務數據和實現各種管理策略，如對15個分揀通道下達或取消品牌分揀任務和對成品信息進行處理等。調度主服務主要實現對底層設備的控制，采集底層設備的重要信息，執行管理通知的任務，并反饋執行情況，實現任務路徑管理優化（見圖2和圖3）。

3.3 分揀子系統

分揀機是成品入庫系統的核心設備，它能以最快4500件／小時的分揀速度將所有經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WCS稱為倉庫設備控制系統，它負責協調、調度分揀機和碼垛輸送機執行WMS下達的任務流程，并且這個過程完全是按照程序預先設定好的流程執行（見圖4）。WCS與WMS系統通過SOCKET進行通信。

圖2 成品入庫系統業務流程圖

圖3 系統軟件架構

圖4 分揀子系統工作流程

3.4 機器人子系統

機器人子系統由五套碼垛機器人系統組成，每套碼垛機器人系統由一臺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。每臺機器人對應三個分揀通道，當被分揀過的煙箱經碼垛輸送機送到機器人抓取位時，機器人根據設定好的品牌坐標和品牌擺放方式把煙箱堆放在相應的托盤上進行碼垛［3］。碼垛完成后，機器人同時向輸送機PLC和WCS發送碼垛完成信號，WCS通知調度主服務，調度主服務通知輸送機PLC，當輸送機PLC同時收到來自調度主服務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 結束語

煙草行業始終是現代物流技術應用與創新的領跑者，自動化物流系統則是提高煙草行業經濟效益、增強企業實力的主要途徑之一，目前成品自動化物流系統已在煙草行業廣泛應用。昆明卷煙廠卷煙成品入庫系統是以上位計算機管理、調度系統和底層PLC為基礎的全自動分揀碼垛控制系統，該系統分揀速度快、自動化程度高、控制簡單、便于維護，經過兩年的運轉，成品入庫系統能實現卷煙成品高效有序的流動和科學管理，極大提高了生產效率，滿足工廠作業計劃的需要［4］。

［1］盧子奎，郭天文，羅旺春，等.卷煙工業企業自動化物流系統效能優化［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.動機械手的應用現狀及發展前景［J］.機床與液壓，2007，35（8）：226-228.

［4］栗野賴明.高速自動分揀系統［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