基于分拣机和机器人技术的卷烟成品入库系统

段青娜，刘天元

（1.红云红河集团昆明卷烟厂，昆明650000；2.红塔集团玉溪卷烟厂，玉溪653000）

基于分拣机和机器人技术的卷烟成品入库系统

段青娜1，刘天元2

（1.红云红河集团昆明卷烟厂，昆明650000；2.红塔集团玉溪卷烟厂，玉溪653000）

主要介绍了昆明卷烟厂卷烟成品入库系统。该系统主要以分拣机子系统和机器人码垛子系统为支撑，能够快速精准地对成品件烟进行分拣和码垛入库，工作时间长、稳定性高，有力地保证了烟草行业对生产效率、生产质量和生产安全的严格要求。

卷烟成品入库系统；分拣机；机器人

1 引 言

随着工业技术的不断进步，国内烟草企业的自动化生产水平不断提高，卷烟技术与设备更新速度加快［1］。以昆明卷烟厂为例，2011年新厂区异地技改竣工投产后，新引进的10台高速设备，PROTOS M5可确保单班生产500万支卷烟，与FOCKE FX包装机对接，设计能力为双通道700包／分；G.D121-P16K生产能力为每分钟16000支，与G.DS1000SC800软包包装机配套，每分钟生产800包香烟。2012年昆明卷烟厂全年产量突破140万箱，单日产量突破8500箱。如此高度自动化和高效率的卷烟生产线必须要有同样先进高效的成品物流系统的大力支撑，来完成卷烟成品的分拣、码垛、入库和存储。昆明卷烟厂成品库采用立库存储模式，通过封箱机过来的件烟，经过分拣机合流后按牌号分流到机器人处码垛，码垛后送到立库存储［2］。

2 系统业务流程

昆明卷烟厂成品入库区由一套高速分拣系统、5套码垛机器人系统、15条分拣通道、一套输送机、4台环形穿梭车和8台堆垛机组成。工艺流程为：封箱机组生产的成品件烟经合流后自动输送，沿三台连续提升机提升到成品入库区的分拣线。成品件烟经过分拣线高速合流后，沿输送线自动输送。合流口上方设置了两套条码识别器，读取件烟的条码信息（一号工程码和商品码）。分拣系统根据扫描到的条码信息将不同品牌件烟分流到已设定好品牌的分拣道上，码垛输送机根据码垛步骤将件烟翻转成合适的位置，供机械手码垛。码垛完成后，装有RFID电子标签的成品实托盘向上位计算机系统申请入库，计算机系统把实托盘上的条码信息打包写入RFID电子标签，任务申请成功后，由输送机、穿梭车和堆垛机根据上位计算机下达的任务完成成品实托盘入库。

3 系统原理

3.1 电控系统总体设计

成品入库系统采用PROFINET控制网络架构电控系统；主控器件采用西门子公司S7-400系列PLC，具有PRFIBUSDP及MPI接口；机架上配有增强型CP443-1网卡，同时支持PROFINET及TCP／IP协议。现场分布式I／O、电机启动器经网关、RFID通过本地交换机接入PROFINET网络；变频器等不具备PROFINET协议接口的设备接入PRFIBUS DP。对于上层调度计算机系统，电控系统提供工业以太网接口，使用OPC协议进行通讯（见图1）。

图1 电控系统网络配置示意图

3.2 系统软件架构

成品入库系统软件架构分为三个层次，即：信息管理层、调度监控层和设备执行层。其中，计算机管理系统（WMS）主要负责成品信息管理和调度管理，上联企业信息管理系统，下联单机设备执行层。数据库是整个物流系统的数据仓库，基础信息、业务数据、重要过程数据都存储在数据库中，所以只要数据库数据不丢失，就能保证系统恢复。管理主服务负责处理所有业务数据和实现各种管理策略，如对15个分拣通道下达或取消品牌分拣任务和对成品信息进行处理等。调度主服务主要实现对底层设备的控制，采集底层设备的重要信息，执行管理通知的任务，并反馈执行情况，实现任务路径管理优化（见图2和图3）。

3.3 分拣子系统

分拣机是成品入库系统的核心设备，它能以最快4500件／小时的分拣速度将所有经过合流口的成品件烟按照一号工程码或商品码进行快速准确的分拣。分拣子系统WCS称为仓库设备控制系统，它负责协调、调度分拣机和码垛输送机执行WMS下达的任务流程，并且这个过程完全是按照程序预先设定好的流程执行（见图4）。WCS与WMS系统通过SOCKET进行通信。

图2 成品入库系统业务流程图

图3 系统软件架构

图4 分拣子系统工作流程

3.4 机器人子系统

机器人子系统由五套码垛机器人系统组成，每套码垛机器人系统由一台IRB 6640-130／3.2机器人和具备烟箱码垛功能的真空吸盘夹具组成，每套机器人的码垛能力为11件／分钟。每台机器人对应三个分拣通道，当被分拣过的烟箱经码垛输送机送到机器人抓取位时，机器人根据设定好的品牌坐标和品牌摆放方式把烟箱堆放在相应的托盘上进行码垛［3］。码垛完成后，机器人同时向输送机PLC和WCS发送码垛完成信号，WCS通知调度主服务，调度主服务通知输送机PLC，当输送机PLC同时收到来自调度主服务和机器人的码垛完成信号后，放下气动挡板，允许输送机把码垛完成的成品实托盘输送到入库申请站台，进入申请入库流程。

图5 机器人码垛完成入库流程

4 结束语

烟草行业始终是现代物流技术应用与创新的领跑者，自动化物流系统则是提高烟草行业经济效益、增强企业实力的主要途径之一，目前成品自动化物流系统已在烟草行业广泛应用。昆明卷烟厂卷烟成品入库系统是以上位计算机管理、调度系统和底层PLC为基础的全自动分拣码垛控制系统，该系统分拣速度快、自动化程度高、控制简单、便于维护，经过两年的运转，成品入库系统能实现卷烟成品高效有序的流动和科学管理，极大提高了生产效率，满足工厂作业计划的需要［4］。

［1］卢子奎，郭天文，罗旺春，等.卷烟工业企业自动化物流系统效能优化［J］.烟草科技，2008（6）：26-29.

［2］李穗明，朱滇，董建英，等.卷烟工厂自动化物流系统分析与实施［J］.烟草科技，1998（4）：15-17.

［3］陶湘厅，袁锐波，罗璟.动机械手的应用现状及发展前景［J］.机床与液压，2007，35（8）：226-228.

［4］栗野赖明.高速自动分拣系统［J］.中国储运，2003（2）：46-50.

Design of Cigarette Storing System Based on Sorting Machine and Palletizing Robot

DUAN Qing-na1，LIU Tian-yuan2
（1.Kunming Cigarette Factory，Hongyun Honghe Tabacco Group Corporation，Kunming 650000，China；2.Yuxi Cigarette Factory，Hongta Tabacco Group Corporation，Yuxi653000，China）

This article mainly introduces the cigarette storing system of Kunming cigarette factory.The system is mainly supported by the subsystems of sorting machine and palletizing robot to sort and stock the cigarette products quickly and accurately with high stability.The system can strictly meet the requirements of efficiency，quality and safety for the cigarette production.

Cigarette storing system；Sortingmachine；Robot

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.03.024

TP393.4

：B

：1002-2279（2014）03-0089-03

段青娜（1985-），女，河南人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：物流自动化。

2013-11-08