不規(guī)則卷煙混合分揀包裝設(shè)備的設(shè)計與應(yīng)用

郭得楨 陶世成 龐黨青 胡紅春

（1.甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，蘭州 730050；2.廣西區(qū)煙草公司柳州市公司，柳州 545006；3.中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院，鄭州 450008）

1 系統(tǒng)功能

充分利用立式機(jī)的自動化功能，解決量少高頻次類別卷煙的分揀，減少操作人員的補(bǔ)貨和分揀移動距離，降低勞動強(qiáng)度；設(shè)計制作一種不規(guī)則卷煙混合分揀裝置，解決各種形狀尺寸卷煙的自動分揀；通過上述分揀方式進(jìn)行混合應(yīng)用，達(dá)到大幅降低勞動強(qiáng)度，減少勞動用工。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

不規(guī)則卷煙混合分揀包裝設(shè)備采取技術(shù)革新分揀方式和創(chuàng)新包裝堆疊模式。設(shè)備的硬件由立式分揀機(jī)、混合分揀裝置、堆疊包裝裝置和烤箱等組成。

2.1 立式分揀機(jī)

立式分揀機(jī)是一種半自動分揀裝置，通過分揀煙倉連續(xù)補(bǔ)貨，撥打機(jī)構(gòu)按照訂單分揀指令順序完成分揀任務(wù)。立式機(jī)分揀單元組件是實(shí)裝結(jié)構(gòu)的組合體，主要由分揀煙倉、撥煙機(jī)構(gòu)和控制電路組成。分揀煙倉有11塊可以調(diào)節(jié)煙倉寬度的隔板組成10個煙倉，每個煙倉出煙口設(shè)置有可以調(diào)節(jié)高度的擋板，實(shí)現(xiàn)不同尺寸異型卷煙的靈活分揀。撥煙機(jī)構(gòu)由鏈條撥打頭和撥煙電機(jī)組成，完成異型煙推送出倉。

2.2 混合分揀裝置

混合分揀裝置是一種可以分揀多種品規(guī)和多個訂單的半自動分揀裝置，由分揀顯示屏輔助完成，分揀人員按照分揀顯示屏顯示的訂單順序和數(shù)量，揀選對應(yīng)卷煙放到裝置的皮帶上，皮帶機(jī)根據(jù)分揀訂單的順序指令運(yùn)行，完成分揀任務(wù)。混合分揀裝置組件由分揀顯示屏、格式皮帶機(jī)和控制電路組成，分揀顯示屏主要是顯示分揀任務(wù)；格式皮帶機(jī)由格式皮帶和驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成，主要是存放按照訂單順序揀選好的不規(guī)則卷煙，實(shí)現(xiàn)多個訂單預(yù)揀選。

2.3 堆疊包裝裝置

堆疊包裝裝置是一種裹膜包裝裝置，通過人工推送堆疊，承載傳輸，自動裹膜，完成卷煙包裝的設(shè)備。堆疊包裝裝置是實(shí)裝結(jié)構(gòu)的組合體，主要由堆疊工作臺、輸送鏈板系統(tǒng)和裹膜系統(tǒng)組成。堆疊工作臺是不規(guī)則卷煙整理和推送堆疊的作業(yè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)將不規(guī)則卷煙快速堆疊成包裹單元；輸送鏈板系統(tǒng)由鏈條、鏈板和隔板組成，實(shí)現(xiàn)包裹單元循環(huán)輸送；裹膜系統(tǒng)將包裹單元推送裹膜和封切。

2.4 烤箱

烤箱是加熱裝置，裹好膜的包裝單元，通過烤箱的鏈網(wǎng)輸送，通過烤箱加熱，使熱收縮膜收縮，形成完整的包裹。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)由電氣控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，結(jié)構(gòu)見圖1，控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏幕、開關(guān)電源、固態(tài)繼電器、溫控器、接觸器、斷路器、光電開關(guān)、變頻器組成；PLC具有高可靠性、抗干擾性強(qiáng)、功能完善、開發(fā)周期短和易于實(shí)現(xiàn)自動控制等特點(diǎn)，因此，不規(guī)則卷煙混合分揀包裝設(shè)備采用PLC完全能夠滿足系統(tǒng)的需要。該套設(shè)備以PLC、工控機(jī)和觸摸屏為核心，設(shè)計分揀系統(tǒng)，對設(shè)備電路進(jìn)行控制。由于采用觸摸屏作為輸入、輸出和顯示設(shè)備，從而使操作簡單、方便和易于掌握。

圖1 控制系統(tǒng)組成框圖

具體選用：可編程序控制器PLC采用西門子S7-200，可根據(jù)設(shè)備IO點(diǎn)的需要，增、減輸入、輸出模塊滿足設(shè)備的控制要求；采用人機(jī)界面采用觸摸屏，對控制系統(tǒng)的參數(shù)修改、設(shè)備故障等信息實(shí)現(xiàn)無縫連接。

3.2 軟件系統(tǒng)

本分揀系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)平臺采用Windows 7/8/10、開發(fā)工具：Delphi XE10；數(shù)據(jù)庫開發(fā)平臺采用Windows 7/8/10，數(shù)據(jù)庫軟件：SQL Server 2008。上位機(jī)程序?qū)刂葡到y(tǒng)的參數(shù)修改、設(shè)備故障、分揀信息等實(shí)現(xiàn)實(shí)時語音提示；通過PLC編程電纜將工控機(jī)與PLC通訊，PLC根據(jù)系統(tǒng)（開關(guān)量的邏輯控制、模擬量的控制、運(yùn)動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)）的控制要求進(jìn)行編程，以達(dá)到各傳動機(jī)構(gòu)動作銜接流暢、系統(tǒng)保護(hù)措施到位、故障檢測靈敏有效，故障處理快捷方便。

混合分揀系統(tǒng)的主界面，顯示不規(guī)則卷煙混合分揀包裝設(shè)備的整個操作畫面，操作人員可以通過主畫面上的相應(yīng)模塊和系統(tǒng)設(shè)置，導(dǎo)入銷售單、數(shù)據(jù)分析、自動分揀、分揀查詢、故障情況記錄、代碼維護(hù)、分揀報表等功能界面。

3.3 分揀系統(tǒng)的故障診斷

分揀系統(tǒng)的故障診斷由故障判斷程序和故障診斷推理程序兩部分組成。前一部分應(yīng)盡量簡單，盡量少占用CPU運(yùn)行時間，以便使故障診斷專家系統(tǒng)的存在不至影響整個控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。故障判斷程序在開關(guān)量控制定時中斷程序的末尾被調(diào)用，定時檢測故障是否發(fā)生。診斷過程簡要敘述如下：上位機(jī)程序根據(jù)定單數(shù)據(jù)，將PLC輸入、輸出的信號進(jìn)行判斷是否有故障。如有故障，則先進(jìn)行數(shù)據(jù)邏輯運(yùn)算，將錯誤輸入、輸出的邏輯數(shù)據(jù)的每一組合與上位機(jī)程序的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行匹配。

4 幾個技術(shù)問題的解決

4.1 混合分揀線的系統(tǒng)對接

本混合分揀線是多種分揀設(shè)備的集合，設(shè)備運(yùn)行操作包括立式機(jī)半自動分揀、混合分揀裝置預(yù)分揀和打碼自動切戶等，采用可編程控制技術(shù)將分揀操作信號與分揀控制系統(tǒng)實(shí)時建立通訊，實(shí)現(xiàn)訂單順序分揀，自動打碼切戶。

4.2 不規(guī)則卷煙的快速堆疊

本混合分揀設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)快速堆疊整理不規(guī)則卷煙的包裹單元，主要是采用下推式自動堆疊及循環(huán)承載傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)自動裹膜包裝，能省去大量人工整理動作，快速完成包裝作業(yè)，提高包裝效率。

5 設(shè)備運(yùn)行效果與特點(diǎn)

5.1 運(yùn)行效果

本混合分揀系統(tǒng)設(shè)備投入使用后，經(jīng)過使用證明，功能界面齊全、操作簡單；硬件設(shè)備運(yùn)行正常，分揀包裝效率達(dá)到2500條/小時以上，分揀任務(wù)的品牌集中度高，訂單結(jié)構(gòu)好的情況下，分揀效率可以達(dá)到5000條/小時。

5.2 設(shè)備特點(diǎn)

第一，設(shè)備混合分揀，可以無限擴(kuò)展分揀品種。第二，結(jié)構(gòu)緊湊，占地較少，設(shè)備占地面積不到同等倉位數(shù)量的設(shè)備50%。第三，全套設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，控制系統(tǒng)為常規(guī)電控系統(tǒng)，維護(hù)便利。

6 結(jié)語

不規(guī)則卷煙混合分揀包裝設(shè)備系統(tǒng)采用PLC和一體機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了立式機(jī)半自動分揀、混合分揀裝置預(yù)分揀和打碼自動切戶等多種分揀設(shè)備的集合。常規(guī)卷煙外觀包裝為紙質(zhì)，外觀尺寸為(277±5)mm×(87±2)mm×(47±2)mm。而異型卷煙，包括硬盒煙、細(xì)支煙和特異型煙，硬盒煙的外觀包裝為木質(zhì)或硬質(zhì)紙盒包裝，外觀尺寸比常規(guī)卷煙尺寸稍大，不利于自動化分揀作業(yè)。該系統(tǒng)投入使用后，控制系統(tǒng)軟硬件性能可靠，達(dá)到設(shè)計要求，打破了困擾當(dāng)前不規(guī)則卷煙分揀包裝效率提升的瓶頸。