一種條煙雙向分揀技術研究

摘" 要：為提高現有條煙分揀設備分揀過程中利用率低，設計了一種條煙雙向分揀裝置，構建了雙向分揀技術的數學模型并就可能存在的時間沖突做了相應保護；為降低現場施工難度、便于擴展，提出了一種硬件級模塊化系統集成方案。實踐表明，雙向分揀在不提升分揀工藝難度的前提下可實現分揀效率大幅提升。

關鍵詞：雙向分揀；模塊化；分揀工藝

" 中圖分類號：TP271" " 文獻標志碼：A" " DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2025.07.013

Abstract： In order to improve the low utilization rate of the existing cigarette sorting equipment in the sorting process， a two-way cigarette sorting device was designed， a mathematical model of the two-way sorting technology was constructed， and the possible time conflict was protected accordingly. In order to reduce the difficulty of on-site construction and facilitate expansion， a hardware-level modular system integration scheme was proposed. Practice shows that two-way sorting can greatly improve the sorting efficiency without increasing the difficulty of the sorting process.

Key words： dual-way sorting; modulaization; sorting process

0" 概" 述

" 近十年，以倉儲和分揀為核心業務的現代化煙草物流配送中心快速崛起，持續為煙草行業高質量發展賦能[1-2]。分揀作業作為配送中心的關鍵環節，向上連接倉儲，向下服務于配送，具有承上啟下的作用。在分揀眾多衡量指標中，分揀效率備受關注。

" 在大批量少品種年代，高速分揀的關鍵在于按件分揀（1件=50條）。但是，隨著社會需求變得更加精細，少品種、大批量的采購方式逐漸向多品種、小批量轉變，具體到煙草物流條煙分揀中，呈現出小訂單多、品牌集中低等特點[2]。為了獲得高效率分揀，條煙從人工分揀逐步過渡到半自動、全自動分揀[3]；從條煙分揀形式來看，從單線分揀過渡到多子線分揀，也就是復合線。復合線雖然提高了效率，但是結構變得更加復雜，建造成本、后期維護、故障處理難度都較高。尋求一種能提高效率但結構依然簡單的分揀方式，物流中心急需解決的問題。

" 經過長期實踐，課題組發現不管是單線還是復合線，其出煙方式都是單向出煙，按照現有分揀算法——虛擬托盤隊列，同時出煙的通道量極少（并行出煙），導致大量分揀通道都處于等待分揀的狀態，利用率較低，因此，本文擬通過實現雙向分揀來提高分揀煙倉通道利用率，雙向分揀的實現可以繼續延續單線分揀模式，從而降低結構復雜度并達到復合分揀的效率。

1" 雙向分揀機及分揀工藝

" 本文所述雙向分揀機結構（見圖1）。主要包括：煙倉通道、檢測計數光電、毛刷、2個撥塊、電機及支架。其工作流程是：人工將條煙補入煙倉，電機根據出煙指令帶動撥塊正反向運動，撥塊擊打在條煙最小截面上并彈射至皮帶上，煙倉內條煙在重力作用下墜落；每彈射1次條煙檢測光電計數一次，隨即撥塊快速制動，防止煙倉內條煙墜落在撥塊上；條煙以一定速度彈射到分揀皮帶1、分揀皮帶2上，皮帶帶動條煙向前分揀。

圖1表示一個煙倉通道的結構，一般情況下，10個煙倉通道為1組。實際分揀中往往是多組煙倉通道組合在一起，組合方式的不同就形成不同工藝。一種典型的雙向分揀工藝（見圖2）。圖中共2組雙向分揀機組，分別向輸送帶A和輸送帶B上分揀條煙。可以看出分揀機組1和分揀機組2在同一個輸送帶方向上并沒有錯層分揀，即復合分揀。但通過支持往另一個方向分揀，從而達到類似兩條線的分揀能力，維持整體工藝結構簡單。

2" 條煙雙向分揀算法和控制系統集成

2.1" 雙向分揀算法

當分揀線具有多個煙倉分揀時，需要解決條煙分揀的時序問題，即確定條煙的出煙時刻，以防止正在分揀的條煙和輸送的條煙撞在一起或者疊在一起。分揀過程示意圖（見圖3），圖中假設有M個立式機通道煙倉，每個煙倉通道僅填充一種品規條煙，條煙通過撥塊彈射到外面皮帶上后，同一個訂單內條煙在皮帶上呈聚攏狀態，訂單之間以訂單間距進行區分，一個訂單在皮帶上所占據距離稱為訂單長度。

假設：（1）每種規格條煙長度相同；（2）各通道撥快擊打速度相同；（3）每個煙倉通道內僅存在一種規格條煙；（4）遇到故障設備立即停機。

至此，單邊條煙分揀時序已確定。另一邊也是利用這個方法確定另一側的出煙時刻。只需要更換A為B即可。

但是，雙邊分揀時候，可能會存在某一個煙倉通道同時需要向兩邊分揀的矛盾，即出煙時間片段重合。為此，需要先識別出煙片段是否重合，其次建立兩重保護。

" 首先，識別重合（只判斷出煙時刻，不判斷結束時刻）：

（1）將A側某訂單某通道出煙時刻和結束時刻放到兩個寄存器中，例如38 924，39 043；

" （2）將計算的B側正在計算的通道出煙時序也放到另外的寄存器，例如38 978；

（3）如果B的出煙時刻落在A的出煙片段里，則識別為重合。

如果計算過程中發現避讓較多，可以將這種經常避讓的通道設置為雙通道，即兩個通道同時分揀同一個品牌，其中一個通道供給A側，另一個通道供給B側，以此減少沖突。

2.2" 雙向分揀控制系統集成

" 在新技術的推動下，計算機控制系統經歷了基地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統以及集散控制系統（DCS）幾個重要階段后，現今正朝著現場總線控制系統（FCS）的方向拓展和延伸。目前典型的控制由上位機、工業控制器、現場執行機構組成三層結構（見圖4）。其中，第二層主要由可編程控制器（PLC）主導，隨著網絡技術的發展，PLC網絡控制已成為當前控制系統和PLC技術發展的潮流。

分布式IO是當前PLC網絡控制的一種主要形式，多個分布式IO子站通過網絡與主站集成到一起（見圖5）。這種方式需要一個主控制器為每個IO子站分配IO點，且這些IO點不能重復，且對主站的要求較高；不同的IO點由于定義不同會對現場施工接線帶來新的挑戰，接線的同時需要對照圖紙。因此，提出一種硬件級模塊化系統集成方案。

結合上述雙向分揀技術，新的控制系統集成方案將分布式IO換成小型PLC子站，將主站對IO的分配下放到小型PLC子站，這樣每個小型PLC的接線完全一樣，降低施工難度；其次，將雙向分揀算法的計算規劃到上位機，利用計算機的計算、存儲能力可將所有訂單的分揀時間戳一次性全部計算出來，從而使主站小型化、廉價化。主站只需要將時間同步到子站以及將子站故障映射回主站，如圖6所示。

3" 結" 論

本文介紹了一種條煙雙向分揀技術，可實現一個煙倉通道向兩側分揀，在優化分揀系統工藝難度的前提下，提高條煙分揀效率，主要貢獻包括：

" （1）建立了一種實現條煙雙向分揀的數學模型。通過雙向分揀，大大提高了設備分揀能力。

（2）設計了一種硬件級模塊化集成方案。簡化了現場安裝，可大幅提高安裝效率。

參考文獻：

[1] 袁國. R物流中心柔性分揀策略研究[D]. 綿陽：西南科技大學，2022.

[2] 姜新榮. 物聯網下第三方物流資源優化配置理論及應用研究[D]. 長沙：湖南大學，2017.

[3] 王伯楠. 卷煙物流配送中心“儲分一體化”分揀優化研究[D]. 昆明：昆明理工大學，2024.

[4] 成銘，姜德順. 異標共線卷煙一體化柔性高速分揀技術應用研究[J]. 青島大學學報（工程技術版），2022，37（4）：30-35，42.

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[6] 劉德寶，吳耀華，郭耀陽，等. 基于串并行混合揀選策略的自動揀選系統品項分配優化[J]. 山東大學學報（工學版），2015，45（6）：36-44.

[7] 胡金昌. 基于學習效應的生產作業系統調度算法研究[D]. 濟南：山東大學，2021.

收稿日期：2024-03-11

基金項目：中國煙草公司湖南省公司科技項目“條煙柔性分揀關鍵技術研究”（HN2023KJ20）

作者簡介：鐘" 亮（1988—），男，四川富順人，湖南省煙草公司衡陽市公司，高級工程師，碩士，研究方向：條煙分揀技術研究與控制系統集成。

引文格式：鐘亮，王璞璠，蘇平平，等. 一種條煙雙向分揀技術研究[J]. 物流科技，2025，48（7）：52-54.