新型聯運濾棒自動化物流系統的研發與應用

文/李 正 鐘艷妮 王 旭

隨著近年煙草生產工藝發展，濾棒產品作為卷煙低焦降害的關鍵環節，其技術發展越來越受到重視。按傳統生產加工模式，各卷煙廠均設置濾棒生產線，但因受到研發人員、技術裝備、資金等方面的制約，導致在濾棒的技術研發和新產品的快速應用上受到較大程度影響，無法滿足卷煙濾棒產品的發展需要。

在社會化分工越來越細化及專業化的大背景下，越來越多卷煙企業的濾棒由專業廠家提供。由此可見，濾棒的專業化、規模化生產是今后發展趨勢，可穩定和提高產品質量，降低生產成本，同時會促進產品的不斷更新換代，保證產品在市場中的技術領先地位。

在自動化應用程度較高的現狀下，卷煙企業對外來濾棒處理應盡量減少人工的介入，提高自動化、信息化管理水平，保證及時正確的供料需求，并響應國家節能環保的發展要求，將包裝輔材、濾棒空紙盒自動回收后使用。

本文以某地卷煙廠的濾棒自動化物流系統為例，根據聯運濾棒整托盤的特點，針對聯運濾棒從整托盤卸車、存儲、拆垛、包裝輔材的回收，濾棒紙盒成組、輸送、存儲、給發射機供料以及空紙盒攤平、回收等工藝環節進行關鍵核心技術分析研究，為煙草行業聯運濾棒自動化物流系統的規劃設計提供參考。

一、物料單元設計

聯運濾棒采用托盤來料方式，根據來料特點及后續工藝需求，設置了兩級存儲區域，一級為托盤高架庫區，二級為濾棒盒高架庫區，另外需對包裝輔材進行回收利。因此，本系統中設計的物料主要有聯運濾棒托盤、實紙盒組、隔紙板實托盤、塑料蓋板實托盤、紙盒皮實托盤等。

本系統中設計的物料主要有聯運濾棒托盤、實紙盒組、隔紙板實托盤、塑料蓋板實托盤、紙盒皮實托盤等

二、系統組成

根據工藝要求，該系統由托盤高架庫、托盤出入庫區、人工拆膜區、整托盤拆垛及包裝輔材回收區、濾棒盒高架庫、空濾棒盒回收區等構成（如圖1），通過電控系統、計算機系統進行管理和控制。該項目系統能力可滿足18臺12000只/分鐘高速機組的供料需求。

1.托盤高架庫區

貨架采用橫梁式結構，用于存儲聯運濾棒托盤、隔紙板實托盤、塑料蓋板實托盤、紙盒皮實托盤等物料。存貯量滿足7天的生產需求，在一定時期內不受天氣、交通、車輛等因素的影響，保證生產不斷料。巷道堆垛機采用單貨位結構，完成貨架與輸送設備之間的取放貨作業，出入庫滿足生產需求。

2.托盤出入庫區

主要由鏈式輸送機、升降輸送機、外形檢測站、條碼識別器等組成，用于托盤物料的自動輸送。

3.人工拆膜區

主要由圖像識別器及人工拆膜工位組成，自動識別托盤方向后將托盤送至人工拆膜工位由人工拆去聯運濾棒托盤的外包裝膜。

4.整托盤拆垛及包裝輔材回收區

圖1 系統組成

圖2 自動化物流系統功能模型

主要由自動拆垛機及自動抓取機、自動打帶機等設備組成，用于將聯運濾棒托盤物料自動拆為單盒濾棒進行輸送，并將聯運托盤的包裝輔材進行碼垛，自動捆扎后回收。

5.濾棒盒高架庫

貨架采用牛腿式結構，用于存儲濾棒盒，存儲量滿足1天的生產需求，設置在發射機組旁，保證對機組供料的連續性。巷道堆垛機采用一條軌道上同時運行兩臺堆垛機的模式以滿足流量要求，以及保證連續生產的高可靠性，巷道堆垛機在運行過程中，采用避讓和防撞技術以保證一軌雙車運行的安全性等。

6.空濾棒盒回收區

主要由自動攤平機、盒皮碼垛機、自動打帶機等組成，將卸盤后的空紙盒自動攤平碼垛成實托盤，并進行自動捆扎后回收。

7.電控系統

電控系統主要完成整個物流系統中輸送設備的控制任務。向上聯接物流上位計算機系統，接受物料的輸送指令；向下聯接輸送設備實現底層輸送設備的驅動、物料的檢測與識別，完成物料輸送的過程控制及信息的傳遞。橫向完成其他單機系統的控制集成。此外，還提供內容豐富、形象直觀的人機界面、安全保護措施和多種操作模式，輔助工作人員進行設備操作和維護。

本庫電控系統控制網絡采用PROFINET架構控制網絡。主控器件采用西門子公司S7 400系列產品，具有的強大運算能力和快速反應速度，對系統的穩定運行、精確控制及可靠性提供了有力的保障。通訊處理器采用CP443-1 Advanced網卡，提供1個以太網接口與上位計算機系統進行信息交換以及PROFINET接口用以連接PROFINET子站。控制箱內I/O模塊、高性能電機啟動器采用西門子公司產品，使用支持PROFINET協議的接口模塊將其接入PROFINET網絡；變頻器、條碼識別器、圖像識別設備等直接接入PROFINET網絡。

電控系統配置示意圖，如圖2。

8.計算機系統

聯運濾棒自動化物流系統是以生產服務為核心的在線物料管理系統，集物流生產管理、物料管理、倉庫管理于一身。在整個自動化物流系統中，計算機系統構建在先進的工業控制網上，運行于計算機網絡系統與數據庫環境下，上聯企業的信息管理系統，下聯工業實時控制系統，是自動化物流系統的調度核心和信息存儲處理中心。計算機系統結構以集成技術為核心，實現物流指令快速、準確的執行及物流信息的收集、處理、傳送、存儲和分析，并做出正確的決策以協調各業務環節，從而實現物料高效有序的流動和科學管理以滿足工廠作業計劃的需要；同時，還通過對物資消耗、庫存分析，及時、準確地了解某一段時間內的生產情況，為企業信息決策支持系統提供基礎數據，為上級信息管理系統提供生產物流信息。

依據自動化物流系統的設計原則和功能分析，可以將該自動化物流系統的體系結構分為如下三個層次，即：信息管理層、調度控制層和設備執行層，其中計算機系統主要負責信息管理和調度控制，系統的功能模型如圖3所示。

三、主要工藝流程

1.濾棒托盤入庫（入濾棒托盤庫）

運送裹膜實托盤的運輸車到達后，在濾棒托盤暫存區進行卸貨、質檢等工作。按入庫計劃，人工叉車將濾棒托盤叉放到入庫站臺，經條碼識別合格后，由輸送系統及堆垛機送入托盤庫中指定貨位存放。識別不合格的由輸送系統自動輸送到人工整理站臺，人工處理后再次檢測入庫。

2.濾棒托盤出庫（出濾棒托盤庫→入濾棒紙盒庫）

根據出庫計劃，系統自動調度相應實托盤出庫并輸送至實托盤拆膜工位；在拆膜工位由人工拆除外包裝裹膜，之后送至層拆工位進行拆垛。

在拆垛工位，紙盒拆垛機每動作一次即拆出一層物料；同一層濾棒同步輸送至隔板去蓋工位取掉隔板后，自動分離成單個濾棒紙盒，并送往下游設備。

單個濾棒盒經翻轉輸送機翻轉到直立位置后，形成實紙盒組，由穿梭車及巷道堆垛機送到濾棒紙盒庫存放。

圖3 智能分揀工作流程圖

3.實濾棒紙盒出庫（出濾棒紙盒庫）

卸盤機需要濾棒實紙盒時，計算機調度系統向濾棒紙盒庫堆垛機下達出庫任務，堆垛機將指定貨位上的實盒單元取出，送到卸盤機端實盒輸送機上。自動讀取實盒信息，與調度計算機下達的出庫品牌比較，比較無誤則輸出，若濾棒紙盒信息有誤，則報警，人工處理。實紙盒組通過分離機構分離成單個的實盤，開蓋后送至卸盤機卸盤。

4.空濾棒紙盒回收（入濾棒托盤庫）

卸盤機送出的空盒由翻轉輸送機翻轉到平躺位置后，合流入空紙盒輸送線送至攤平工位進行攤平，由抓取機構將攤平后的盒皮放置到回收工位的空托盤上，并在紙盒皮托盤頂層放置一張塑料頂板，紙盒皮托盤經自動捆扎后回濾棒托盤庫存放，待安排裝車回收至濾棒供料廠家。

5.空托盤回收（入濾棒托盤庫）

濾棒托盤拆垛后，產生的空托盤，由托盤碼分機堆碼成空托盤組回濾棒托盤庫存放，待安排回收至濾棒供料廠家。

6.隔板回收（入濾棒托盤庫）

每層物料被層拆后，6盒物料帶頂部隔板自動輸送至不同的去蓋工位，由自動抓取機將物料頂部的隔板按材質分類放置到回收工位的空托盤上形成隔板托盤。一部分塑料隔板托盤送至紙盒攤平區域供空紙盒堆碼使用，其余塑料隔板/紙隔板托盤經自動捆扎后回濾棒托盤庫存放，待安排裝車回收至濾棒供料廠家。

四、設計特點

本系統根據濾棒的來料特點及型式進行總體規劃設計，在此項目中主要體現出以下特點：

1.卸貨速度快、效率高、操作簡單

濾棒實托盤來料后，無需人工整理，由人工叉車直接卸貨，進入一級存儲區域，即濾棒托盤庫。此種入庫處理方式，較大程度提高了卸貨效率，降低人工勞動強度，操作簡潔、快速。

2.自動化程度較高

減少濾棒處理的工藝環節，根據濾棒廠來料的特點，制定相對直接、簡單的工藝處理方式，在物料搬運、托盤存儲、出庫拆垛、濾棒盒存儲及出庫供料等環節采用自動化設備。

包裝輔料的拆除、廢料的回收均由自動化設備完成，減少人工的介入環節。

3.可靠性高

在方案中規劃了兩級存儲區域，托盤高架庫、濾棒盒高架庫，保證供料的及時、準確和連續：

兩級存儲區域的存量可滿足約8天的生產需求，在一定時期內不受天氣、交通、車輛等因素的影響，保證生產的不斷料。

在發射機組旁就近設置濾棒盒存儲系統，其存量能滿足兩班以上的生產需求，反應時間迅速，可靠性高。

4.適應性強

整個存儲及工藝處理方式，可滿足多種規格濾棒產品的需求。

5.信息化程度高

托盤及濾棒盒上均粘貼條碼，采用條碼識讀系統對物料信息進行跟蹤，貫穿物料的入庫、倉儲、盤點、出庫等各個業務環節，方便物料的追蹤和信息查詢。

6.促進管理水平提高

整個系統自動化及信息化管理程度高，快捷準確實現收、存及供的信息管理，提高物流效率和準確性，降低物流人工等成本，從而提高了倉儲管理的現代化水平。

7.現場干凈、整潔，工作環境好

人工介入環節少，包裝材料及廢料回收等環節自動完成，可保證整個現場干凈、整潔，工作環境較好。

五、結束語

新型聯運濾棒存儲自動化物流系統將自動化物流技術應用于聯運濾嘴棒存儲、輸送、供料工藝中，改變了傳統的人工處理模式，節省了大量人力，降低了工人勞動強度，為聯運濾棒托盤自動化處理提供了相應技術支持，在煙草工業具有較強的推廣性。