不規則卷煙混合分揀包裝設備的設計與應用

郭得楨 陶世成 龐黨青 胡紅春

（1.甘肅煙草工業有限責任公司，蘭州 730050；2.廣西區煙草公司柳州市公司，柳州 545006；3.中國煙草總公司職工進修學院，鄭州 450008）

1 系統功能

充分利用立式機的自動化功能，解決量少高頻次類別卷煙的分揀，減少操作人員的補貨和分揀移動距離，降低勞動強度；設計制作一種不規則卷煙混合分揀裝置，解決各種形狀尺寸卷煙的自動分揀；通過上述分揀方式進行混合應用，達到大幅降低勞動強度，減少勞動用工。

2 系統結構

不規則卷煙混合分揀包裝設備采取技術革新分揀方式和創新包裝堆疊模式。設備的硬件由立式分揀機、混合分揀裝置、堆疊包裝裝置和烤箱等組成。

2.1 立式分揀機

立式分揀機是一種半自動分揀裝置，通過分揀煙倉連續補貨，撥打機構按照訂單分揀指令順序完成分揀任務。立式機分揀單元組件是實裝結構的組合體，主要由分揀煙倉、撥煙機構和控制電路組成。分揀煙倉有11塊可以調節煙倉寬度的隔板組成10個煙倉，每個煙倉出煙口設置有可以調節高度的擋板，實現不同尺寸異型卷煙的靈活分揀。撥煙機構由鏈條撥打頭和撥煙電機組成，完成異型煙推送出倉。

2.2 混合分揀裝置

混合分揀裝置是一種可以分揀多種品規和多個訂單的半自動分揀裝置，由分揀顯示屏輔助完成，分揀人員按照分揀顯示屏顯示的訂單順序和數量，揀選對應卷煙放到裝置的皮帶上，皮帶機根據分揀訂單的順序指令運行，完成分揀任務。混合分揀裝置組件由分揀顯示屏、格式皮帶機和控制電路組成，分揀顯示屏主要是顯示分揀任務；格式皮帶機由格式皮帶和驅動機構組成，主要是存放按照訂單順序揀選好的不規則卷煙，實現多個訂單預揀選。

2.3 堆疊包裝裝置

堆疊包裝裝置是一種裹膜包裝裝置，通過人工推送堆疊，承載傳輸，自動裹膜，完成卷煙包裝的設備。堆疊包裝裝置是實裝結構的組合體，主要由堆疊工作臺、輸送鏈板系統和裹膜系統組成。堆疊工作臺是不規則卷煙整理和推送堆疊的作業區，實現將不規則卷煙快速堆疊成包裹單元；輸送鏈板系統由鏈條、鏈板和隔板組成，實現包裹單元循環輸送；裹膜系統將包裹單元推送裹膜和封切。

2.4 烤箱

烤箱是加熱裝置，裹好膜的包裝單元，通過烤箱的鏈網輸送，通過烤箱加熱，使熱收縮膜收縮，形成完整的包裹。

3 系統的實現

3.1 硬件系統

硬件系統由電氣控制系統和執行機構組成，結構見圖1，控制系統由PLC、觸摸屏幕、開關電源、固態繼電器、溫控器、接觸器、斷路器、光電開關、變頻器組成；PLC具有高可靠性、抗干擾性強、功能完善、開發周期短和易于實現自動控制等特點，因此，不規則卷煙混合分揀包裝設備采用PLC完全能夠滿足系統的需要。該套設備以PLC、工控機和觸摸屏為核心，設計分揀系統，對設備電路進行控制。由于采用觸摸屏作為輸入、輸出和顯示設備，從而使操作簡單、方便和易于掌握。

圖1 控制系統組成框圖

具體選用：可編程序控制器PLC采用西門子S7-200，可根據設備IO點的需要，增、減輸入、輸出模塊滿足設備的控制要求；采用人機界面采用觸摸屏，對控制系統的參數修改、設備故障等信息實現無縫連接。

3.2 軟件系統

本分揀系統應用程序開發平臺采用Windows 7/8/10、開發工具：Delphi XE10；數據庫開發平臺采用Windows 7/8/10，數據庫軟件：SQL Server 2008。上位機程序對控制系統的參數修改、設備故障、分揀信息等實現實時語音提示；通過PLC編程電纜將工控機與PLC通訊，PLC根據系統（開關量的邏輯控制、模擬量的控制、運動控制、過程控制、數據處理、通信及聯網）的控制要求進行編程，以達到各傳動機構動作銜接流暢、系統保護措施到位、故障檢測靈敏有效，故障處理快捷方便。

混合分揀系統的主界面，顯示不規則卷煙混合分揀包裝設備的整個操作畫面，操作人員可以通過主畫面上的相應模塊和系統設置，導入銷售單、數據分析、自動分揀、分揀查詢、故障情況記錄、代碼維護、分揀報表等功能界面。

3.3 分揀系統的故障診斷

分揀系統的故障診斷由故障判斷程序和故障診斷推理程序兩部分組成。前一部分應盡量簡單，盡量少占用CPU運行時間，以便使故障診斷專家系統的存在不至影響整個控制系統的正常運行。故障判斷程序在開關量控制定時中斷程序的末尾被調用，定時檢測故障是否發生。診斷過程簡要敘述如下：上位機程序根據定單數據，將PLC輸入、輸出的信號進行判斷是否有故障。如有故障，則先進行數據邏輯運算，將錯誤輸入、輸出的邏輯數據的每一組合與上位機程序的實際參數進行匹配。

4 幾個技術問題的解決

4.1 混合分揀線的系統對接

本混合分揀線是多種分揀設備的集合，設備運行操作包括立式機半自動分揀、混合分揀裝置預分揀和打碼自動切戶等，采用可編程控制技術將分揀操作信號與分揀控制系統實時建立通訊，實現訂單順序分揀，自動打碼切戶。

4.2 不規則卷煙的快速堆疊

本混合分揀設備能夠實現快速堆疊整理不規則卷煙的包裹單元，主要是采用下推式自動堆疊及循環承載傳輸裝置，實現自動裹膜包裝，能省去大量人工整理動作，快速完成包裝作業，提高包裝效率。

5 設備運行效果與特點

5.1 運行效果

本混合分揀系統設備投入使用后，經過使用證明，功能界面齊全、操作簡單；硬件設備運行正常，分揀包裝效率達到2500條/小時以上，分揀任務的品牌集中度高，訂單結構好的情況下，分揀效率可以達到5000條/小時。

5.2 設備特點

第一，設備混合分揀，可以無限擴展分揀品種。第二，結構緊湊，占地較少，設備占地面積不到同等倉位數量的設備50%。第三，全套設備結構簡單，控制系統為常規電控系統，維護便利。

6 結語

不規則卷煙混合分揀包裝設備系統采用PLC和一體機技術，實現了立式機半自動分揀、混合分揀裝置預分揀和打碼自動切戶等多種分揀設備的集合。常規卷煙外觀包裝為紙質，外觀尺寸為(277±5)mm×(87±2)mm×(47±2)mm。而異型卷煙，包括硬盒煙、細支煙和特異型煙，硬盒煙的外觀包裝為木質或硬質紙盒包裝，外觀尺寸比常規卷煙尺寸稍大，不利于自動化分揀作業。該系統投入使用后，控制系統軟硬件性能可靠，達到設計要求，打破了困擾當前不規則卷煙分揀包裝效率提升的瓶頸。