不规则卷烟混合分拣包装设备的设计与应用

郭得桢 陶世成 庞党青 胡红春

（1.甘肃烟草工业有限责任公司，兰州 730050；2.广西区烟草公司柳州市公司，柳州 545006；3.中国烟草总公司职工进修学院，郑州 450008）

1 系统功能

充分利用立式机的自动化功能，解决量少高频次类别卷烟的分拣，减少操作人员的补货和分拣移动距离，降低劳动强度；设计制作一种不规则卷烟混合分拣装置，解决各种形状尺寸卷烟的自动分拣；通过上述分拣方式进行混合应用，达到大幅降低劳动强度，减少劳动用工。

2 系统结构

不规则卷烟混合分拣包装设备采取技术革新分拣方式和创新包装堆叠模式。设备的硬件由立式分拣机、混合分拣装置、堆叠包装装置和烤箱等组成。

2.1 立式分拣机

立式分拣机是一种半自动分拣装置，通过分拣烟仓连续补货，拨打机构按照订单分拣指令顺序完成分拣任务。立式机分拣单元组件是实装结构的组合体，主要由分拣烟仓、拨烟机构和控制电路组成。分拣烟仓有11块可以调节烟仓宽度的隔板组成10个烟仓，每个烟仓出烟口设置有可以调节高度的挡板，实现不同尺寸异型卷烟的灵活分拣。拨烟机构由链条拨打头和拨烟电机组成，完成异型烟推送出仓。

2.2 混合分拣装置

混合分拣装置是一种可以分拣多种品规和多个订单的半自动分拣装置，由分拣显示屏辅助完成，分拣人员按照分拣显示屏显示的订单顺序和数量，拣选对应卷烟放到装置的皮带上，皮带机根据分拣订单的顺序指令运行，完成分拣任务。混合分拣装置组件由分拣显示屏、格式皮带机和控制电路组成，分拣显示屏主要是显示分拣任务；格式皮带机由格式皮带和驱动机构组成，主要是存放按照订单顺序拣选好的不规则卷烟，实现多个订单预拣选。

2.3 堆叠包装装置

堆叠包装装置是一种裹膜包装装置，通过人工推送堆叠，承载传输，自动裹膜，完成卷烟包装的设备。堆叠包装装置是实装结构的组合体，主要由堆叠工作台、输送链板系统和裹膜系统组成。堆叠工作台是不规则卷烟整理和推送堆叠的作业区，实现将不规则卷烟快速堆叠成包裹单元；输送链板系统由链条、链板和隔板组成，实现包裹单元循环输送；裹膜系统将包裹单元推送裹膜和封切。

2.4 烤箱

烤箱是加热装置，裹好膜的包装单元，通过烤箱的链网输送，通过烤箱加热，使热收缩膜收缩，形成完整的包裹。

3 系统的实现

3.1 硬件系统

硬件系统由电气控制系统和执行机构组成，结构见图1，控制系统由PLC、触摸屏幕、开关电源、固态继电器、温控器、接触器、断路器、光电开关、变频器组成；PLC具有高可靠性、抗干扰性强、功能完善、开发周期短和易于实现自动控制等特点，因此，不规则卷烟混合分拣包装设备采用PLC完全能够满足系统的需要。该套设备以PLC、工控机和触摸屏为核心，设计分拣系统，对设备电路进行控制。由于采用触摸屏作为输入、输出和显示设备，从而使操作简单、方便和易于掌握。

图1 控制系统组成框图

具体选用：可编程序控制器PLC采用西门子S7-200，可根据设备IO点的需要，增、减输入、输出模块满足设备的控制要求；采用人机界面采用触摸屏，对控制系统的参数修改、设备故障等信息实现无缝连接。

3.2 软件系统

本分拣系统应用程序开发平台采用Windows 7/8/10、开发工具：Delphi XE10；数据库开发平台采用Windows 7/8/10，数据库软件：SQL Server 2008。上位机程序对控制系统的参数修改、设备故障、分拣信息等实现实时语音提示；通过PLC编程电缆将工控机与PLC通讯，PLC根据系统（开关量的逻辑控制、模拟量的控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网）的控制要求进行编程，以达到各传动机构动作衔接流畅、系统保护措施到位、故障检测灵敏有效，故障处理快捷方便。

混合分拣系统的主界面，显示不规则卷烟混合分拣包装设备的整个操作画面，操作人员可以通过主画面上的相应模块和系统设置，导入销售单、数据分析、自动分拣、分拣查询、故障情况记录、代码维护、分拣报表等功能界面。

3.3 分拣系统的故障诊断

分拣系统的故障诊断由故障判断程序和故障诊断推理程序两部分组成。前一部分应尽量简单，尽量少占用CPU运行时间，以便使故障诊断专家系统的存在不至影响整个控制系统的正常运行。故障判断程序在开关量控制定时中断程序的末尾被调用，定时检测故障是否发生。诊断过程简要叙述如下：上位机程序根据定单数据，将PLC输入、输出的信号进行判断是否有故障。如有故障，则先进行数据逻辑运算，将错误输入、输出的逻辑数据的每一组合与上位机程序的实际参数进行匹配。

4 几个技术问题的解决

4.1 混合分拣线的系统对接

本混合分拣线是多种分拣设备的集合，设备运行操作包括立式机半自动分拣、混合分拣装置预分拣和打码自动切户等，采用可编程控制技术将分拣操作信号与分拣控制系统实时建立通讯，实现订单顺序分拣，自动打码切户。

4.2 不规则卷烟的快速堆叠

本混合分拣设备能够实现快速堆叠整理不规则卷烟的包裹单元，主要是采用下推式自动堆叠及循环承载传输装置，实现自动裹膜包装，能省去大量人工整理动作，快速完成包装作业，提高包装效率。

5 设备运行效果与特点

5.1 运行效果

本混合分拣系统设备投入使用后，经过使用证明，功能界面齐全、操作简单；硬件设备运行正常，分拣包装效率达到2500条/小时以上，分拣任务的品牌集中度高，订单结构好的情况下，分拣效率可以达到5000条/小时。

5.2 设备特点

第一，设备混合分拣，可以无限扩展分拣品种。第二，结构紧凑，占地较少，设备占地面积不到同等仓位数量的设备50%。第三，全套设备结构简单，控制系统为常规电控系统，维护便利。

6 结语

不规则卷烟混合分拣包装设备系统采用PLC和一体机技术，实现了立式机半自动分拣、混合分拣装置预分拣和打码自动切户等多种分拣设备的集合。常规卷烟外观包装为纸质，外观尺寸为(277±5)mm×(87±2)mm×(47±2)mm。而异型卷烟，包括硬盒烟、细支烟和特异型烟，硬盒烟的外观包装为木质或硬质纸盒包装，外观尺寸比常规卷烟尺寸稍大，不利于自动化分拣作业。该系统投入使用后，控制系统软硬件性能可靠，达到设计要求，打破了困扰当前不规则卷烟分拣包装效率提升的瓶颈。