常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統運用探究

湯 衛，蒲 鋒

（北京物資學院 物流學院，北京 101149）

常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統運用探究

湯 衛，蒲 鋒

（北京物資學院 物流學院，北京 101149）

介紹了常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統的工藝流程，對系統數據以及其電氣控制系統和計算機系統進行了分析。

物流自動化系統；常德卷煙廠等級儲葉庫；電氣控制系統；計算機系統

1 自動化物流系統概述

自動化物流系統是運用系統工程技術對物流工程項目進行全面規劃設計，并通過計算機系統，控制系統和物流設備，實現對物流、信息流的全面控制。它將運輸、倉儲、裝卸、加工、整理、配送、信息處理等工作有機結合，形成企業內部完整的物流保障供應鏈，滿足企業物流自動化、專業化、系統化、柔性化、信息化、智能化的需求。系統廣泛涉及人工智能、圖象識別、計算機模擬仿真、網絡技術、無線電通訊、紅外通訊、激光定位、電磁導引、慣性導航、智能機器人等高科技領域。

現代自動化物流系統主要包括：自動倉儲系統、激光導引自動運輸車系統、自動作業系統、自動輸送系統、自動控制系統、計算機管控系統、集中監控攝像及多媒體遠程服務診斷系統、自動報警滅火系統。

2 常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統工藝流程分析

常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統工藝流程如圖1所示。

（1）初始化空料箱的入庫。叉車工將已清掃、編號，并已安裝好電子標簽的空料箱放置到緊急出入庫站臺，經輸送系統送到圖像識別工位進行圖像識別，合格的空料箱由電子標簽讀寫器寫入箱子編號信息并經空箱輸送線送到稱重及信息寫入工位，稱重后再將重量信息寫入電子標簽，同時上位系統自動給空料箱分配一個貨位，再經入庫輸送系統、巷道堆垛機送到上位系統分配的貨位存放。圖像識別不合格的需要再次進行清掃，電子標簽不能寫入信息的，需要人工檢查并做出相應處理，直至圖像識別合格和電子標簽安裝位置正確、無損壞，方能入庫。

（2）空料箱的出庫。當等級煙葉裝箱處有裝箱任務、而裝箱站空箱緩存工位又沒有空料箱時，倉庫管理系統發出空料箱出庫指令，巷道堆垛機接收出庫指令并將相應空料箱取出送到出庫站臺，經輸送系統送到裝箱站空箱緩存工位供裝箱使用，若空料箱在庫區的存儲時間達到系統的界定值時，則由輸送系統送到清掃工位，經翻轉設備將空料箱翻轉一個便于人工清掃的角度（如100°左右），由人工清掃后再翻轉回原位，經輸送系統送到圖像識別工位進行圖像識別，合格的空料箱經空箱輸送線送到裝箱站空箱緩存工位待用。圖像識別不合格的需要再次進行清掃，直至圖像識別合格后方能送到空箱緩存工位待用。

（3）等級煙葉入庫。等級儲葉庫的倉庫管理系統根據生產計劃了解當天入庫作業計劃，并自動查詢庫內無儲存有等級等信息與當天入庫作業計劃中相同的未裝滿的實料箱。如果有這種情況存在，這種等級煙葉在需要裝箱入庫時，系統啟用不滿料箱庫內調出再次裝箱入庫模式，否則，系統按等級煙葉正常裝箱入庫模式進行。

（4）實料箱出庫。倉庫管理系統接收到出庫指令后，巷道堆垛機將上位系統分配的實料箱從庫內取出，送到巷道堆垛機放貨站臺，經出庫輸送系統送到信息讀寫工位讀取信息后，將實料箱分別送到6個翻箱倒料系統的前端緩存工位等待翻箱倒料。已輸送到翻箱倒料工位的實料箱由翻箱喂料機將料箱內的等級片煙倒入制絲生產線的倉式喂料機，等級片煙進入制絲生產線的配方系統。

（5）出庫實料箱翻箱喂料后產生的空料箱的處理。出庫實料箱經制絲生產線的翻箱喂料機將箱內的等級片煙倒入倉式喂料機后，所產生的空料箱由輸送系統送到圖像識別工位進行圖像識別，識別合格的空箱由電子標簽讀寫器將箱子信息清零，清零后送入空料箱緩存輸送線，若圖像識別不合格，則送到人工清掃工位，經翻轉設備將空料箱翻轉到一個便于人工清掃的角度（如100°左右），由人工清掃后再翻轉回原位，經輸送系統送到圖像識別工位再次進行圖像識別直到合格，再進行信息清零，空料箱經空箱輸送線優先送到裝箱站空箱緩存工位待用，若裝箱站不需要空料箱時，則經空箱輸送線、入庫輸送系統和巷道堆垛機送到上位系統分配的貨位存放。

3 常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統數據與設計分析

3.1 等級儲葉庫物流自動化系統基礎數據（見表1）

3.2 等級儲葉庫物流自動化系統電氣控制系統設計

電控系統是連接上位監控調度層計算機，實現底層設備的驅動、檢測控制的重要環節。電控系統向上聯接物流管理系統的調度計算機，接受物料的輸送指令；向下聯接輸送設備的驅動、檢測、識別器件，完成物料輸送的過程控制。此外電控系統還提供內容豐富、形象生動的人機界面、安全保護措施和多種操作模式，輔助工作人員進行設備操作和維護,是自動化物流系統中重要的組成部分。電控系統方案是根據芙蓉王技改工程物流自動化系統總體設計方案和工藝流程要求而進行設計的，以完成生產工藝流程和總體設計要求為目標。

3.2.1 電氣控制系統結構。

常德卷煙廠自動化物流系統劃分為三個層次：生產管理層、監控調度層和設備執行層。電控系統屬于整個三層體系結構中的設備執行層。通過對設備上電氣元器件的自動控制來完成設備執行層的物流任務。同時通過現場總線網絡，傳遞控制過程的實時信息，通過以太網將電控系統與上位管理、調度、監控系統連接起來，一方面為監控調度層提供現場生產數據和物流信息，另一方面接受監控調度系統向下發布的生產任務和設備調度信息以完成設備執行層和調度控制層之間的信息流交互。

（1）監控調度層與設備控制層之間的接口描述。

①調度計算機與各子電控系統之間的接口—通過以太網，使用OPC協議進行通訊。調度計算機向PLC下達搬運任務指令，PLC向調度計算機上報任務完成信息和設備狀態信息以及出入庫請求信息。

②調度計算機與AGV控制系統之間的接口—通過以太網，使用TCP/IP協議進行通訊。AGV服務計算機通過無線局域網與AGV小車連接進行通訊。

③往復式穿梭車通過PROFIBUS與電控系統通訊。

④調度計算機與堆垛機控制系統之間的接口—通過以太網，使用TCP/IP協議進行通訊。各控制子系統在接口站臺處還存在硬件連鎖控制點，每個站臺約為2I/2O。

⑤監控系統與各子電控系統之間的接口—通過以太網，使用專用I/O驅動程序進行通訊。

（2）控制實現。系統通過控制元器件進行電機驅動和信號采集。對電機的驅動：物料在輸送過程中有輸送平穩需求的設備采用變頻一體機，關鍵復雜輸送的設備電機采用變頻驅動，其他電機采用ET200S電機啟動器驅動。

（3）控制網絡。在電控系統采用先進的PROFINET控制網絡。電機啟動器及分布式I/O選用SIEMENS公司ET200S系列并配置PROFINET接口模塊直接接入PROFINET控制網絡，通過ET200S分布式I/O連接底層傳感器及執行機構（如：電磁閥等），通過電機啟動器驅動設備電機。不能直接接入PROFINET控制網絡的設備（如：變頻器、變頻一體機、條碼識別器、RFID、機器人等）先接入PROFIBUS控制網絡再經過IE/PB Link PN IO接入PROFINET控制網絡。

3.2.2 電氣控制系統運行模式

（1）全自動控制：電控系統在全自動控制模式下，由WCS調度計算機下達命令，控制系統接收后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，從而實現對物流和數據流的自動傳輸，最終滿足工藝流程的要求。

（2）局部自動控制：電控系統在局部自動控制模式下，在不與WCS調度計算機通訊的情況下，實現輸送設備在各個控制段的自動控制，實現部分工藝流程的要求。

（3）手動控制：電控系統提供手動操作功能，在手動方式下，由人工對設備進行操作，手動模式選擇通過現場操作員終端或操作按鈕盒完成。可以實現系統的調試和故障的排除。

（4）急停及故障報警：主控柜和現場操作員終端上設有急停操作按鈕。當按下急停按鈕后，設備全部停止運行，以保護現場設備和人員的安全；解除緊急情況后，經人工確認系統所有在線任務可繼續自動完成。系統所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，故障排除確認后，在線任務可繼續自動完成。現場顯示直行穿梭車及輸送系統的故障信息。

（5）現場人機操作界面：通過設置在現場的操作員終端和操作按鈕盒，為現場操作人員提供人機操作接口。

3.2.3 電氣控制系統配置要求

（1）控制對象：等級儲葉庫自動化物流系統內相關的輸送作業設備，主要包括鏈式輸送機、輥道輸送機、擺動鏈式輸送機、RFID讀寫裝置、稱重設備、自動裝箱系統、自動翻箱系統、與人工選葉線設備和自動摻兌輸送設備的控制接口、巷道堆垛機控制接口等。

（2）控制箱（柜）組成。設置一組主控制柜。主控制柜由三個單門柜體并列組成。第一、二門為電源配電柜，第三門為控制柜，控制柜內設置一套S7-400系統；另外，自動裝箱系統和自動翻箱系統分設兩套控制柜，控制柜內各設置一套S7-300系統。

根據現場設備的數量及平面布置情況，在入庫區和出庫區控制柜上各配2個現場監控終端（共4臺）；共設置9套固定式RFID讀寫器，用于讀寫校核料箱的信息；設置6套裝箱計量控制系統；設置1套自動稱重裝置；一套料箱清潔度攝像檢測裝置。

根據設備平面布置，把等級煙葉庫自動化物流系統劃分為數片（段），每片設置一個現場控制箱管轄該片內所有設備的電機起停及I/O信號采集，輸送設備電機采用電機啟動器控制。

（3）主要功能流程。完成等級煙葉的自動裝箱、稱重、信息處理以及裝箱煙葉的入庫、出庫功能和裝箱煙葉自動輸送到摻兌線，實現翻箱摻兌的功能。空箱的出庫緩存，空箱的殘留物檢測與空箱的清掃，裝箱煙葉的緊急出庫等功能的在線控制和故障處理等功能，還可以進行自動、單機運行模式的控制。

根據上位調度計算機的指令，將任務煙葉箱自動輸送至目的地，參與摻兌并上報上位調度管理計算機；通過上位監控調度系統可以實時監控整個自動化物流系統所有設備的運行狀況、貨物的所在位置、數據等。

3.3 等級儲葉庫物流自動化系統計算機系統設計

在自動化物流系統運行過程中，不僅僅是物料的流動，更重要的是信息的流動，信息流動的好壞及快慢，決定著物料流動的快慢，影響著整個物流運動。在整個過程中信息的控制與采集是關鍵，沒有信息也就沒有自動化物流系統。在常德卷煙廠等級煙葉庫物流自動化系統方案設計中，采取的總體設計思路為“集中管理、分散控制、綜合與分片監控相結合”。底層設備控制系統可向上位管理調度系統發送現場生產、工藝數據和物流信息。接受計劃調度信息、配方數據；可向下發布生產計劃和物流調度信息，采集生產現場的各種數據。控制系統采用集中/分散型工業總線控制方式，將傳感、PLC、網絡、無線通訊、條碼、電子標簽、工業機器人等諸多迅速發展的技術結合在一起，用方便靈活的硬件和軟件模塊組合設計，以適應各個系統中不同特點的工藝控制要求和管理要求，使之既滿足工藝要求的精確控制，又滿足管理現代化。

計算機系統是整個自動化系統的核心，同時也是和其他系統密不可分的。沒有計算機系統的支持，整個系統只能極其低效地運行。通過計算機技術的運用和建立，對常德卷煙廠等級煙葉管理和立體化存儲，有效的調度、監視、統計、分析在各種物流的使用過程，可滿足在生產過程中生產工藝的要求，同時系統具有良好的伸縮性和可擴招性。

將企業中的片煙庫、等級煙葉庫、嘴拌庫和輔料庫等作為幾個獨立的控制子系統，各子系統設有自己的過程控制主站，將分布在現場的智能設備與各種分布式I/O從站通過現場總線進行連接，并實現數字信息交換（如數據采集、參數設定等）及過程控制；同時配以相應的通訊模塊，將幾個獨立的子系統通過工業以太網與上位管理、調度、監控系統連接起來。幾個子系統可以分別獨立完成幾個庫的生產設備的運行、停機、故障報警等各種過程控制。通過現場操作員終端可以實現單機/自動切換操作，并具有每臺設備進行狀態顯示功能。通過上位監控系統可以監控整個自動化物流系統所有設備的運行狀況、貨物的所在位置及數據等。

3.3.1 計算機系統功能

（1）提供數據的錄入，執行生產調度指令實現出入庫、托盤回收，庫存信息管理等功能。

（2）提供綜合信息查詢、統計、報表打印功能。

（3）每天收貨單與上架單不符時、補貨單出庫數量大于庫存時，倉庫管理系統提供報錯提示功能及方便簡捷的檢查功能。

（4）按“先進先出”、“出庫優先”的原則進行出庫作業，并可由人工指定條件抽查出庫，可對庫存最長時間進行限制，對同一批次煙葉出庫時，根據重量動態平衡出庫順序，以提高配料精度。

（5）具備庫存量上限和下限預警功能。

（6）提供盤庫功能，核對真實有效。

3.3.2 網絡結構圖（如圖2所示）

4 結語

常德卷煙廠等級儲葉庫物流自動化系統的應用對原料消耗的減少和人力資源的節約都產生了非常明顯的效果，其創造的直接與間接經濟效益是十分巨大的。

圖2 等級儲葉庫物流自動化系統計算機系統網絡結構圖

卷煙商業企業現代物流建設是一項龐大而復雜的系統工程，在行業物流建設的工作中，要立足優勢、彌補不足，成本管理和制度管理先行，力求精益化，努力降低成本和提高效率，優化內外環境，從而形成企業的核心競爭力。使卷煙商業企業物流系統達到資源節約、環境友好、綜合配套、高效順暢的目標。

[1]張正義.自動倉儲系統及其應用[J].物流技術與應用，2006,（7）.

[2]徐仲興，楊忠文.煙草企業自動化物流系統的解決方案[J].煙草科技，2002,（3）.

[3]李嚴鋒，張麗娟，冉文學，解琨．現代物流管理（第2版）[M].大連：東北財經大學出版社，2009.

[4]丁立言.倉儲規劃與技術[M].北京：清華大學出版社，2002.

[5]朱宏輝.物流自動化系統設計及應用[M].北京:化學工業出版社，2005.

[6]張潛.物流系統工程[M].重慶：重慶大學出版社，2008.

Application of the Classified Tobacco-leaf Warehouse Logistics Automation System of Changde Cigarette Factory

TANG Wei,PU Feng
（School of Logistics,Beijing Wuzi University,Beijing101149,China）

The paper introduces the work flow of the classified tobacco-leaf warehouse logistics automation system of Changde cigarette factory and analyze sits system data management as well as its electrical control system and computer system.

logistics automation system;classified tobacco-leaf warehouse of Changde cigarette factory;electrical control system; computer system

F715.6；F253.9

A

1005-152X（2011）02-0069-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2011.02.022

2010-12-06

湯衛（1987-），男，湖南醴陵人，北京物資學院管理科學與工程碩士，研究方向：物流工程；蒲鋒（1985-），男，陜西榆林人，北京物資學院物流工程碩士，研究方向：物流工程。