卷煙包裝企業智能條煙缺包檢測系統

張磊磊，潘宗偉，錢昱竹

（1.遵義卷煙廠，貴州 遵義 563000；2.甘肅煙草工業有限責任公司蘭州卷煙廠，甘肅 蘭州 73005；3.重慶中煙工業有限責任公司重慶卷煙廠，重慶 400061）

1 工業物聯網在煙草行業的發展現狀及趨勢

物聯網作為一個新興產業是繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮。就物聯網在煙草行業的應用而言，主要涉及現代物流、安全監控、質量和資產管理等四個主要領域。目前，物聯網在行業物流領域的應用較為廣泛和成熟，其他領域的應用還處在探索和萌芽期，需要進一步探討和挖掘，因此，物聯網在煙草行業還有很大的應用空間和發展前景。

圖1為物聯網在物流領域的應用圖例。生產數據通過最底層的感知層獲得，經過中間網絡層進行傳輸，最后由應用層對數據進行分析、發出執行指令，實現由生產現場-廠級管理-在途管理-高層指導等整套流程的閉環控制，提高管理效率，減少管理漏洞。

圖1 工業物聯網在煙草行業的應用圖例

2 工業物聯網在煙草行業中的痛點與對策

（1）缺乏數據采集與分析應用能力成行業核心痛點，歸類為以下幾點。

第一，數據管理覆蓋一個或幾個生產環節，缺少對全流程的統一管理。第二，數據采集方式沒有實現自動化。第三，缺乏數據分析應用能力，許多生產企業還是由人工和分析軟件來分析數據，并依靠有經驗的工程人員花費大量時間和精力來提出改進建議，有時甚至無法分析出有效的結論。企業依然缺乏對于大數據的清洗、建模、分析和應用能力，造成數據使用效率低，難以挖掘數據的真正價值。

（2）針對以上痛點我們提出以下應對策略。

第一，智能設計。借助物聯網技術能夠在產品設計階段，通過獲取反饋數據，改進現有產品或者設計新產品，提高產品質量和創新能力。第二，智能生產。借助物聯網技術能夠實時獲取產品生產過程中產品、機械和設備間的狀態，實時準確掌握設備最新工作動態。第三，智能使用。利用云端數據平臺智能分析各類型數據，匹配數據之間相互關聯，并發出控制指令協調現場生產狀態。同量也可以通過APP可視化掌控智能設備運行狀況進行自動化控制等。第四，智能維護。借助物聯網技術能夠實時掌控設備運行狀態，對產品進行預測性維護分析，提升故障處理相應速率，優化備件庫管理。

3 條煙缺包檢測系統對于產品質量監控的重要性及該類產品存在的普遍短板

一條煙包裝完成后出現缺一包或多包現象是屬于嚴重質量事故，不僅損害消費者利益，而且對企業及產品形象損害極大，因此，需杜絕此類事件發生。目前行業內解決此類問題的主要方法有靜態稱重式缺包檢測器、負壓式缺包檢測器、光子式缺包檢測器等。然而各種方法均有其不足之處，例如靜態稱重式缺包檢測器存在檢測速度偏低、需煙條在靜止工位進行檢測；負壓式缺包檢測器存在非產線終端檢測以及維護量大的問題；光子式缺包檢測器存在射線泄漏風險，需專人維護且器件易老化等問題。

新的動態稱重式缺包檢測器不僅大大提高檢測吞吐量，而且繼承了稱重式檢測方式的高精度、免維護等優點，是目前最優煙條缺包檢測方案。該設備在研發初期已融入智能設備的設計思想，具備設備聯網、數據分析、數據上傳、工作穩態自校準等智能功能，彌補了傳統檢測設備缺乏智能設備框架及實際落實的短板。

圖2 智能條煙缺包檢測系統解決了設備智能連接及數據采集的短板

4 智能條煙缺包檢測系統工作原理及特點

智能條煙缺包檢測系統（圖2），采用微電腦控制（內置多重軟件及電氣濾波算法）、負荷傳感器作為采樣傳感器，可根據生產現場布局采用靜態稱重、皮帶式稱重等不同方式工作，具有準確率高、免維護等特點，適用于多種包裝機型。

本系統采用德國HBM公司傳感器作為重量傳感器，該公司產品在工業稱重領域有著廣泛的應用，如實驗室高精度天平， 計價秤，人體秤，郵包秤和醫學天平等。

該公司單點傳感器具有眾多優點：第一，出廠時已經進行了偏心負載補償，因此安裝方便快。第二，極高的負載頻率，更高的稱重速率（動態稱重）。第三，提供多種測試認證。第四，多種材料和保護等級可選。第五，EMC 認證（EN45501）。

該設計方案的主要思想是煙條經輸入段皮帶（含煙條分離裝置，以保證煙條與煙條之間保證有足夠間距，避免稱重時其它煙條對待檢煙條重量的影響），進入稱重段皮帶，煙條在通過稱重段皮帶過程中，稱重傳感器會將重量變化曲線以電信號方式傳至分析儀表，分析儀表根據特定算法運算得出最終煙條重量值，并判斷當前重量是否超差進行相應處理；最后煙條經由輸出段皮帶離開檢測器。

圖3 智能條煙缺包檢測系統俯視圖

在圖3中，智能條煙缺包檢測系統由輸入段、稱重段、輸出段三段組成，其中稱重段為必備段，輸入段和輸出段為非必備段。例如，如果該系統安裝于GD包裝機出口與提升機之間時，則僅需安裝稱重段即可滿足檢測要求。

在軟件算法上，智能條煙缺包檢測系統實時處于采樣狀態，當重量值超過預設閾值時，即認為有煙條進入，將重量數據持續寫入緩沖區內，待重量數據低于閾值時，即認為煙條已離開稱重段，軟件再將緩沖區中重量數據通過定制濾波算法進行處理最終得到煙條實際重量值，處理過程如圖4所示。

圖4 煙條重量變化曲譜圖

5 智能條煙缺包檢測系統與工業物聯網的關系

智能條煙缺包檢測系統具有精確的檢測穩定性，并將檢測數據匯總統計，通過以太網接口通過標準協議上傳到廠級服務器，與已有MIS系統進行對接，將數據上傳，并提供相就分析功能，以便于管理層根據煙條重量數據的長期變化，分析整條原輔料供應線是否存在問題，如發現問題可及早采取相應措施及時糾正，避免出現重大生產質量問題，減少消耗和浪費，對現代科學、快速、準確管理生產現場提供重要支撐。