智能條煙分揀系統工藝設計及應用

倪純毅

（四川中煙工業有限責任公司成都卷煙廠，四川成都 610066）

0 引言

0.1 系統設計背景

目前國內絕大多數的卷煙在“十二五”規劃要求與指引下完成了新廠搬遷或舊廠技改的工作。隨著國內經濟進入新常態，各個卷煙廠生產面臨增長速度回落、結構優化、產品質量追溯等新的考驗。如何積極適應新常態，完成內部生產工藝流程優化，促使企業可持續健康發展，成為各個卷煙廠面臨的重要問題。

條煙輸送系統作為包裝機和裝封箱機之間的橋梁和紐帶，將包裝機生產的成品條煙通過出口對應的條煙提升機對接高架輸送帶輸送至裝封箱區域的選通裝置處。多道同品牌條煙一起由橫向收集機或垂直排包機輸送至裝封箱機進行裝箱，則出現同一個紙箱中混裝多臺包裝機生產的條煙，給條煙質量追溯帶來極大困難。

0.2 系統研究的目的及意義

對智能條煙分揀系統的研究，能實現每臺包裝機生產的成品條煙獨立裝封在同一紙箱中，同時具備條煙緩存，選通滑道靈活，選通品牌對應裝封箱機的功能。提高了包裝機選通裝封箱機的靈活度，有利于生產充分調度裝封箱機使用，緩解了裝封箱機因短暫故障導致包裝機停機，影響生產效率的問題。同時，同一包裝機生產的成品條煙裝封在一個紙箱中，只需查詢一號工程碼，即可反追溯到包裝機生產的條煙相關信息。因此，研究智能條煙分揀系統，具有積極重大的意義。

1 系統設計思路

1.1 總體方案的選擇

通過對原條煙輸送系統工藝流程進行分析可知，智能條煙分揀系統設計的關鍵在于分揀裝置能將每個包裝機對應同一品牌選通至條煙收儲機獨立收集，并通過橫向移載機獨立輸送至裝封箱機進行裝封箱，而分揀與收儲的設計關系到是否會限制包裝機與裝封箱機生產能力。通過合理布局，每個獨立的智能條煙分揀系統最多布置4 個分揀與收儲單元，利用1 組橫向移載機分別對應4 個分揀與收儲單元，橫向移載機每個工作周期移載一個收儲單元的條煙進行裝箱，從而保證每個包裝機的條煙獨立裝封在一個紙箱中。通過確定一臺裝封箱機對接上游4 個分揀與收儲單元即4 臺包裝機的方案，利用每個煙箱貼的一號工程碼的唯一性，最終實現包裝機生產條煙與紙箱信息進行綁定，實現了質量信息快速追蹤。

1.2 機械、電氣方案的分析與設計

在滿足卷包車間生產、工藝要求的基礎上對智能條煙分揀裝置的主要組成部分——分揀 裝置、收儲機、橫向移載機、電控部分的方案進行優化設計，對分揀實現任意到選通、條煙收集與儲存、橫向移載效率的技術參數進行計算，最終設計整體總圖，分解單機設備與部件并繪制設計工程圖，編寫PLC 控制程序，進行仿真和實景調試。

1.2.1 分揀裝置設計

分揀裝置主要由阻擋氣缸、推煙氣缸、到位檢測傳感器、C型滑道組成；根據條煙輸送線層數與中心距適當調整布局，滿足輸送線上的條煙自動分揀功能。通過系統設定分揀裝置，滿足了上下層輸送線條煙任意選通至收儲機的要求，使一臺包裝機生產的條煙只對應一個收儲通道。

1.2.2 收儲機設計

收儲機主要由皮帶機、C 型滑道、分選裝置和阻擋裝置等組成。根據包裝機生產能力40 條/分鐘，裝封箱機生產能力6 箱/分鐘，50 條/箱的參數依據，收儲機在垂直方向布置了7 層皮帶機，每層皮帶機可緩存25 條條煙，最上層皮帶機對接分揀裝置的C 型滑道，最下層皮帶機出口處配置分選裝置，是用于將條煙拉開距離，便于系統計數。由上往下的輸送方向，每個皮帶機出口處均安裝阻擋氣缸。

圖1 智能條煙分揀系統

系統標準配置4 個獨立的收儲機對應一臺裝封箱機，工作原理是條煙由選通滑道下滑至收儲機的最上層皮帶機，條煙由上往下輸送，從最低層皮帶機開始儲存，當儲存量大于50 條后，則由橫向移載機一次性承接50 條對接裝封箱機入口皮帶機，一次性釋放50 條輸送至裝封箱機進行裝箱。當系統接收到收儲機緩存條煙大于50 條的載料信息后，則驅動橫向移載機將移載條煙輸送至裝封箱機裝箱。

1.2.3 橫向移載機設計

橫向移載機主要由皮帶機、阻擋裝置和移載滑臺裝置等組成；橫向移載機配置的皮帶能緩存50 條煙，當系統接收到收儲機反饋載料信息后，系統驅動移載滑臺裝置將皮帶機移載至對應的收儲機單元的C 型滑道口，收儲機的分揀裝置通過計數釋放50條條煙輸送至橫向移載機的皮帶上。接收完畢后，橫向移載機移動至裝封箱機入口皮帶機處，將50 條條煙一次性釋放輸送至裝封箱機，即每個工作周期對接一個收儲單元，往復循環工作。

1.2.4 電控設計

條煙輸送系統采用SIEMENS S7-1500 作為主控制器，自帶開放式、標準化硬件和軟件接口。與提升機子站、動力頭子站、智能分揀子站、之間采用PROFNET 網絡通信模式；觸摸屏設計全中文圖形化界面、易于操作、動畫監控；圖形界面可直觀顯示系統流程、狀態、運行參數、故障報警、數據采集；具有系統參數設置、歷史數據查詢、操作幫助、分等級密碼保護操作安全、總線站點設備在線診斷等功能。采用目前比較流行的Profibus 現場總線技術，可以降低成本，同時提高系統的可靠性，使系統易于擴展和維護，以減少故障發生可能性，從而大幅度提升設備穩定性，使得系統擁有高兼容性、高穩定性、高響應和高集成。主要功能如下。

（1）手動控制。電控系統提供手動操作功能，在此控制方式下，操作人員可以在現場操作終端上對設備動作進行操作，部分設備采用按鈕盒來實現手動操作。

（2）自動控制。電控系統與上位計算機離線，操作人員可在現場操作員終端輸入指令實現對各輸送設備的自動控制，包括電機啟/停、執行機構的動作等。實現對物流和數據流的自動傳輸，滿足與上位計算機離線時的輸送任務。

（3）緊急停止。主控柜和現場操作員終端上具有緊急停止操作功能。在操作員終端上按下急停按鈕后，該段內控制系統所控制的設備必須全部停止運行，在主控柜上按下急停按鈕后可以切斷動力電源。解除緊急情況后，系統須故障確認后方可正常工作。

（4）故障報警。系統控制的設備出現故障時，能自動診斷并產生相應的聲光報警并在現場終端上定位故障、顯示故障信息。故障排除確認后，在線任務可繼續自動完成。

（5）一號工程條碼識別。一號工程條碼與智能條煙分揀系統的收儲單元品牌對應包裝機信息進行綁定，實現信息追蹤查詢。

（6）信息查詢及維護。操作人員可在現場操作員終端上查詢每臺輸送設備當前輸送物料的信息，必要時也可以對這些信息進行人工維護。

（7）設備監控。在現場操作終端上通過圖文結合方式反映各臺設備運行狀態與信息，并可對設備進行手動操作、故障確認與維護。

（8）設備維修安全保護。當對設備進行維修或維護保養時，通過斷開設備上的本地隔離開關可以切斷設備動力電源并把設備運行狀態切換到手動運行模式，從而保證操作、維修人員的安全。

2 系統關鍵參數與功能描述

（1）系統參數設計依據。包裝機額定生產速度：40 條/min；條煙提升機額定運行速度：60 條/min；輸送線額定運行速度：60條/min；裝封箱機額定運行速度：6 箱/min。

（2）系統設計參數計算。條煙分揀裝置分揀速度：60 條/min；收儲機收集速度：60 條/min，單個單元儲存量為175 條；移載輸送機移載速度：1.5 m/s；皮帶機線速度：75 m/s。

（3）系統基礎參數數據。電源采用三相AC 380 V；系統總功率小于10 kW；壓縮空氣氣源：0～0.6 MPa；產生的噪聲值不超過75 dB。

3 智能條煙分揀系統的加工實施

在完成設計方案、繪制圖紙、編寫程序的基礎上，對智能條煙分揀組成的單機設備零部件進行加工制造、組裝和調試，最終滿足生產、工藝需求并實際應用。

4 智能條煙分揀系統的優點

（1）利用1 組橫向移載機對接4 組收儲機，實現每組收儲機對接一臺包裝機，獨立裝箱。

（2）收儲機獨立控制，根據系統調度分段釋放，先存先出。

（3）4 組獨立收儲機單元與條煙分揀裝置利用垂直方向錯層選通，實現垂直方向的輸送線選通至同一臺裝封箱機。

（4）無需調整，完全兼容標準軟硬包自動分揀功能。

（5）智能條煙分揀系統根據收儲機單元與條煙分揀裝置對應選通包裝機機組的的品牌分揀信息，與一號工程碼綁定在一起，實現信息源追溯。

5 結束語

智能條煙分揀系統結合車間生產、工藝實際需要進行研發，實現了單臺包裝機生產的成品條煙獨立封裝在一個紙箱中，并與一號工程碼綁定在一起，則每個煙箱具有唯一性身份，方便追溯查詢的全部設計要求，具有結構簡單、運行穩定、安全可靠的特點。該系統具有緩存功能，當裝封箱機出現短暫故障時，無需暫停包裝機，緩存條煙滿足先進先出要求，減少條煙損壞。該系統提高了整體生產設備的有效作業率，完善了生產作業環境的質量監控體系。