智能条烟分拣系统工艺设计及应用

倪纯毅

（四川中烟工业有限责任公司成都卷烟厂，四川成都 610066）

0 引言

0.1 系统设计背景

目前国内绝大多数的卷烟在“十二五”规划要求与指引下完成了新厂搬迁或旧厂技改的工作。随着国内经济进入新常态，各个卷烟厂生产面临增长速度回落、结构优化、产品质量追溯等新的考验。如何积极适应新常态，完成内部生产工艺流程优化，促使企业可持续健康发展，成为各个卷烟厂面临的重要问题。

条烟输送系统作为包装机和装封箱机之间的桥梁和纽带，将包装机生产的成品条烟通过出口对应的条烟提升机对接高架输送带输送至装封箱区域的选通装置处。多道同品牌条烟一起由横向收集机或垂直排包机输送至装封箱机进行装箱，则出现同一个纸箱中混装多台包装机生产的条烟，给条烟质量追溯带来极大困难。

0.2 系统研究的目的及意义

对智能条烟分拣系统的研究，能实现每台包装机生产的成品条烟独立装封在同一纸箱中，同时具备条烟缓存，选通滑道灵活，选通品牌对应装封箱机的功能。提高了包装机选通装封箱机的灵活度，有利于生产充分调度装封箱机使用，缓解了装封箱机因短暂故障导致包装机停机，影响生产效率的问题。同时，同一包装机生产的成品条烟装封在一个纸箱中，只需查询一号工程码，即可反追溯到包装机生产的条烟相关信息。因此，研究智能条烟分拣系统，具有积极重大的意义。

1 系统设计思路

1.1 总体方案的选择

通过对原条烟输送系统工艺流程进行分析可知，智能条烟分拣系统设计的关键在于分拣装置能将每个包装机对应同一品牌选通至条烟收储机独立收集，并通过横向移载机独立输送至装封箱机进行装封箱，而分拣与收储的设计关系到是否会限制包装机与装封箱机生产能力。通过合理布局，每个独立的智能条烟分拣系统最多布置4 个分拣与收储单元，利用1 组横向移载机分别对应4 个分拣与收储单元，横向移载机每个工作周期移载一个收储单元的条烟进行装箱，从而保证每个包装机的条烟独立装封在一个纸箱中。通过确定一台装封箱机对接上游4 个分拣与收储单元即4 台包装机的方案，利用每个烟箱贴的一号工程码的唯一性，最终实现包装机生产条烟与纸箱信息进行绑定，实现了质量信息快速追踪。

1.2 机械、电气方案的分析与设计

在满足卷包车间生产、工艺要求的基础上对智能条烟分拣装置的主要组成部分——分拣 装置、收储机、横向移载机、电控部分的方案进行优化设计，对分拣实现任意到选通、条烟收集与储存、横向移载效率的技术参数进行计算，最终设计整体总图，分解单机设备与部件并绘制设计工程图，编写PLC 控制程序，进行仿真和实景调试。

1.2.1 分拣装置设计

分拣装置主要由阻挡气缸、推烟气缸、到位检测传感器、C型滑道组成；根据条烟输送线层数与中心距适当调整布局，满足输送线上的条烟自动分拣功能。通过系统设定分拣装置，满足了上下层输送线条烟任意选通至收储机的要求，使一台包装机生产的条烟只对应一个收储通道。

1.2.2 收储机设计

收储机主要由皮带机、C 型滑道、分选装置和阻挡装置等组成。根据包装机生产能力40 条/分钟，装封箱机生产能力6 箱/分钟，50 条/箱的参数依据，收储机在垂直方向布置了7 层皮带机，每层皮带机可缓存25 条条烟，最上层皮带机对接分拣装置的C 型滑道，最下层皮带机出口处配置分选装置，是用于将条烟拉开距离，便于系统计数。由上往下的输送方向，每个皮带机出口处均安装阻挡气缸。

图1 智能条烟分拣系统

系统标准配置4 个独立的收储机对应一台装封箱机，工作原理是条烟由选通滑道下滑至收储机的最上层皮带机，条烟由上往下输送，从最低层皮带机开始储存，当储存量大于50 条后，则由横向移载机一次性承接50 条对接装封箱机入口皮带机，一次性释放50 条输送至装封箱机进行装箱。当系统接收到收储机缓存条烟大于50 条的载料信息后，则驱动横向移载机将移载条烟输送至装封箱机装箱。

1.2.3 横向移载机设计

横向移载机主要由皮带机、阻挡装置和移载滑台装置等组成；横向移载机配置的皮带能缓存50 条烟，当系统接收到收储机反馈载料信息后，系统驱动移载滑台装置将皮带机移载至对应的收储机单元的C 型滑道口，收储机的分拣装置通过计数释放50条条烟输送至横向移载机的皮带上。接收完毕后，横向移载机移动至装封箱机入口皮带机处，将50 条条烟一次性释放输送至装封箱机，即每个工作周期对接一个收储单元，往复循环工作。

1.2.4 电控设计

条烟输送系统采用SIEMENS S7-1500 作为主控制器，自带开放式、标准化硬件和软件接口。与提升机子站、动力头子站、智能分拣子站、之间采用PROFNET 网络通信模式；触摸屏设计全中文图形化界面、易于操作、动画监控；图形界面可直观显示系统流程、状态、运行参数、故障报警、数据采集；具有系统参数设置、历史数据查询、操作帮助、分等级密码保护操作安全、总线站点设备在线诊断等功能。采用目前比较流行的Profibus 现场总线技术，可以降低成本，同时提高系统的可靠性，使系统易于扩展和维护，以减少故障发生可能性，从而大幅度提升设备稳定性，使得系统拥有高兼容性、高稳定性、高响应和高集成。主要功能如下。

（1）手动控制。电控系统提供手动操作功能，在此控制方式下，操作人员可以在现场操作终端上对设备动作进行操作，部分设备采用按钮盒来实现手动操作。

（2）自动控制。电控系统与上位计算机离线，操作人员可在现场操作员终端输入指令实现对各输送设备的自动控制，包括电机启/停、执行机构的动作等。实现对物流和数据流的自动传输，满足与上位计算机离线时的输送任务。

（3）紧急停止。主控柜和现场操作员终端上具有紧急停止操作功能。在操作员终端上按下急停按钮后，该段内控制系统所控制的设备必须全部停止运行，在主控柜上按下急停按钮后可以切断动力电源。解除紧急情况后，系统须故障确认后方可正常工作。

（4）故障报警。系统控制的设备出现故障时，能自动诊断并产生相应的声光报警并在现场终端上定位故障、显示故障信息。故障排除确认后，在线任务可继续自动完成。

（5）一号工程条码识别。一号工程条码与智能条烟分拣系统的收储单元品牌对应包装机信息进行绑定，实现信息追踪查询。

（6）信息查询及维护。操作人员可在现场操作员终端上查询每台输送设备当前输送物料的信息，必要时也可以对这些信息进行人工维护。

（7）设备监控。在现场操作终端上通过图文结合方式反映各台设备运行状态与信息，并可对设备进行手动操作、故障确认与维护。

（8）设备维修安全保护。当对设备进行维修或维护保养时，通过断开设备上的本地隔离开关可以切断设备动力电源并把设备运行状态切换到手动运行模式，从而保证操作、维修人员的安全。

2 系统关键参数与功能描述

（1）系统参数设计依据。包装机额定生产速度：40 条/min；条烟提升机额定运行速度：60 条/min；输送线额定运行速度：60条/min；装封箱机额定运行速度：6 箱/min。

（2）系统设计参数计算。条烟分拣装置分拣速度：60 条/min；收储机收集速度：60 条/min，单个单元储存量为175 条；移载输送机移载速度：1.5 m/s；皮带机线速度：75 m/s。

（3）系统基础参数数据。电源采用三相AC 380 V；系统总功率小于10 kW；压缩空气气源：0～0.6 MPa；产生的噪声值不超过75 dB。

3 智能条烟分拣系统的加工实施

在完成设计方案、绘制图纸、编写程序的基础上，对智能条烟分拣组成的单机设备零部件进行加工制造、组装和调试，最终满足生产、工艺需求并实际应用。

4 智能条烟分拣系统的优点

（1）利用1 组横向移载机对接4 组收储机，实现每组收储机对接一台包装机，独立装箱。

（2）收储机独立控制，根据系统调度分段释放，先存先出。

（3）4 组独立收储机单元与条烟分拣装置利用垂直方向错层选通，实现垂直方向的输送线选通至同一台装封箱机。

（4）无需调整，完全兼容标准软硬包自动分拣功能。

（5）智能条烟分拣系统根据收储机单元与条烟分拣装置对应选通包装机机组的的品牌分拣信息，与一号工程码绑定在一起，实现信息源追溯。

5 结束语

智能条烟分拣系统结合车间生产、工艺实际需要进行研发，实现了单台包装机生产的成品条烟独立封装在一个纸箱中，并与一号工程码绑定在一起，则每个烟箱具有唯一性身份，方便追溯查询的全部设计要求，具有结构简单、运行稳定、安全可靠的特点。该系统具有缓存功能，当装封箱机出现短暂故障时，无需暂停包装机，缓存条烟满足先进先出要求，减少条烟损坏。该系统提高了整体生产设备的有效作业率，完善了生产作业环境的质量监控体系。