新型联运滤棒自动化物流系统的研发与应用

随着近年烟草生产工艺发展，滤棒产品作为卷烟低焦降害的关键环节，其技术发展越来越受到重视。按传统生产加工模式，各卷烟厂均设置滤棒生产线，但因受到研发人员、技术装备、资金等方面的制约，导致在滤棒的技术研发和新产品的快速应用上受到较大程度影响，无法满足卷烟滤棒产品的发展需要。

在社会化分工越来越细化及专业化的大背景下，越来越多卷烟企业的滤棒由专业厂家提供。由此可见，滤棒的专业化、规模化生产是今后发展趋势，可稳定和提高产品质量，降低生产成本，同时会促进产品的不断更新换代，保证产品在市场中的技术领先地位。

在自动化应用程度较高的现状下，卷烟企业对外来滤棒处理应尽量减少人工的介入，提高自动化、信息化管理水平，保证及时正确的供料需求，并响应国家节能环保的发展要求，将包装辅材、滤棒空纸盒自动回收后使用。

本文以某地卷烟厂的滤棒自动化物流系统为例，根据联运滤棒整托盘的特点，针对联运滤棒从整托盘卸车、存储、拆垛、包装辅材的回收，滤棒纸盒成组、输送、存储、给发射机供料以及空纸盒摊平、回收等工艺环节进行关键核心技术分析研究，为烟草行业联运滤棒自动化物流系统的规划设计提供参考。

一、物料单元设计

联运滤棒采用托盘来料方式，根据来料特点及后续工艺需求，设置了两级存储区域，一级为托盘高架库区，二级为滤棒盒高架库区，另外需对包装辅材进行回收利。因此，本系统中设计的物料主要有联运滤棒托盘、实纸盒组、隔纸板实托盘、塑料盖板实托盘、纸盒皮实托盘等。

二、系统组成

根据工艺要求，该系统由托盘高架库、托盘出入库区、人工拆膜区、整托盘拆垛及包装辅材回收区、滤棒盒高架库、空滤棒盒回收区等构成（如图1），通过电控系统、计算机系统进行管理和控制。该项目系统能力可满足18台12000只/分钟高速机组的供料需求。

图1 系统组成

1.托盘高架库区

货架采用横梁式结构，用于存储联运滤棒托盘、隔纸板实托盘、塑料盖板实托盘、纸盒皮实托盘等物料。存贮量满足7天的生产需求，在一定时期内不受天气、交通、车辆等因素的影响，保证生产不断料。巷道堆垛机采用单货位结构，完成货架与输送设备之间的取放货作业，出入库满足生产需求。

2.托盘出入库区

主要由链式输送机、升降输送机、外形检测站、条码识别器等组成，用于托盘物料的自动输送。

3.人工拆膜区

主要由图像识别器及人工拆膜工位组成，自动识别托盘方向后将托盘送至人工拆膜工位由人工拆去联运滤棒托盘的外包装膜。

4.整托盘拆垛及包装辅材回收区

主要由自动拆垛机及自动抓取机、自动打带机等设备组成，用于将联运滤棒托盘物料自动拆为单盒滤棒进行输送，并将联运托盘的包装辅材进行码垛，自动捆扎后回收。

5.滤棒盒高架库

货架采用牛腿式结构，用于存储滤棒盒，存储量满足1天的生产需求，设置在发射机组旁，保证对机组供料的连续性。巷道堆垛机采用一条轨道上同时运行两台堆垛机的模式以满足流量要求，以及保证连续生产的高可靠性，巷道堆垛机在运行过程中，采用避让和防撞技术以保证一轨双车运行的安全性等。

6.空滤棒盒回收区

主要由自动摊平机、盒皮码垛机、自动打带机等组成，将卸盘后的空纸盒自动摊平码垛成实托盘，并进行自动捆扎后回收。

7.电控系统

电控系统主要完成整个物流系统中输送设备的控制任务。向上联接物流上位计算机系统，接受物料的输送指令；向下联接输送设备实现底层输送设备的驱动、物料的检测与识别，完成物料输送的过程控制及信息的传递。横向完成其他单机系统的控制集成。此外，还提供内容丰富、形象直观的人机界面、安全保护措施和多种操作模式，辅助工作人员进行设备操作和维护。

本库电控系统控制网络采用PROFINET架构控制网络。主控器件采用西门子公司S7 400系列产品，具有的强大运算能力和快速反应速度，对系统的稳定运行、精确控制及可靠性提供了有力的保障。通讯处理器采用CP443-1 Advanced网卡，提供1个以太网接口与上位计算机系统进行信息交换以及PROFINET接口用以连接PROFINET子站。控制箱内I/O模块、高性能电机启动器采用西门子公司产品，使用支持PROFINET协议的接口模块将其接入PROFINET网络；变频器、条码识别器、图像识别设备等直接接入PROFINET网络。

电控系统配置示意图，如图2。

图2 自动化物流系统功能模型

8.计算机系统

联运滤棒自动化物流系统是以生产服务为核心的在线物料管理系统，集物流生产管理、物料管理、仓库管理于一身。在整个自动化物流系统中，计算机系统构建在先进的工业控制网上，运行于计算机网络系统与数据库环境下，上联企业的信息管理系统，下联工业实时控制系统，是自动化物流系统的调度核心和信息存储处理中心。计算机系统结构以集成技术为核心，实现物流指令快速、准确的执行及物流信息的收集、处理、传送、存储和分析，并做出正确的决策以协调各业务环节，从而实现物料高效有序的流动和科学管理以满足工厂作业计划的需要；同时，还通过对物资消耗、库存分析，及时、准确地了解某一段时间内的生产情况，为企业信息决策支持系统提供基础数据，为上级信息管理系统提供生产物流信息。

依据自动化物流系统的设计原则和功能分析，可以将该自动化物流系统的体系结构分为如下三个层次，即：信息管理层、调度控制层和设备执行层，其中计算机系统主要负责信息管理和调度控制，系统的功能模型如图3所示。

图3 智能分拣工作流程图

三、主要工艺流程

1.滤棒托盘入库（入滤棒托盘库）

运送裹膜实托盘的运输车到达后，在滤棒托盘暂存区进行卸货、质检等工作。按入库计划，人工叉车将滤棒托盘叉放到入库站台，经条码识别合格后，由输送系统及堆垛机送入托盘库中指定货位存放。识别不合格的由输送系统自动输送到人工整理站台，人工处理后再次检测入库。

2.滤棒托盘出库（出滤棒托盘库→入滤棒纸盒库）

根据出库计划，系统自动调度相应实托盘出库并输送至实托盘拆膜工位；在拆膜工位由人工拆除外包装裹膜，之后送至层拆工位进行拆垛。

在拆垛工位，纸盒拆垛机每动作一次即拆出一层物料；同一层滤棒同步输送至隔板去盖工位取掉隔板后，自动分离成单个滤棒纸盒，并送往下游设备。

单个滤棒盒经翻转输送机翻转到直立位置后，形成实纸盒组，由穿梭车及巷道堆垛机送到滤棒纸盒库存放。

3.实滤棒纸盒出库（出滤棒纸盒库）

卸盘机需要滤棒实纸盒时，计算机调度系统向滤棒纸盒库堆垛机下达出库任务，堆垛机将指定货位上的实盒单元取出，送到卸盘机端实盒输送机上。自动读取实盒信息，与调度计算机下达的出库品牌比较，比较无误则输出，若滤棒纸盒信息有误，则报警，人工处理。实纸盒组通过分离机构分离成单个的实盘，开盖后送至卸盘机卸盘。

4.空滤棒纸盒回收（入滤棒托盘库）

卸盘机送出的空盒由翻转输送机翻转到平躺位置后，合流入空纸盒输送线送至摊平工位进行摊平，由抓取机构将摊平后的盒皮放置到回收工位的空托盘上，并在纸盒皮托盘顶层放置一张塑料顶板，纸盒皮托盘经自动捆扎后回滤棒托盘库存放，待安排装车回收至滤棒供料厂家。

5.空托盘回收（入滤棒托盘库）

滤棒托盘拆垛后，产生的空托盘，由托盘码分机堆码成空托盘组回滤棒托盘库存放，待安排回收至滤棒供料厂家。

6.隔板回收（入滤棒托盘库）

每层物料被层拆后，6盒物料带顶部隔板自动输送至不同的去盖工位，由自动抓取机将物料顶部的隔板按材质分类放置到回收工位的空托盘上形成隔板托盘。一部分塑料隔板托盘送至纸盒摊平区域供空纸盒堆码使用，其余塑料隔板/纸隔板托盘经自动捆扎后回滤棒托盘库存放，待安排装车回收至滤棒供料厂家。

四、设计特点

本系统根据滤棒的来料特点及型式进行总体规划设计，在此项目中主要体现出以下特点：

1.卸货速度快、效率高、操作简单

滤棒实托盘来料后，无需人工整理，由人工叉车直接卸货，进入一级存储区域，即滤棒托盘库。此种入库处理方式，较大程度提高了卸货效率，降低人工劳动强度，操作简洁、快速。

2.自动化程度较高

减少滤棒处理的工艺环节，根据滤棒厂来料的特点，制定相对直接、简单的工艺处理方式，在物料搬运、托盘存储、出库拆垛、滤棒盒存储及出库供料等环节采用自动化设备。

包装辅料的拆除、废料的回收均由自动化设备完成，减少人工的介入环节。

3.可靠性高

在方案中规划了两级存储区域，托盘高架库、滤棒盒高架库，保证供料的及时、准确和连续：

两级存储区域的存量可满足约8天的生产需求，在一定时期内不受天气、交通、车辆等因素的影响，保证生产的不断料。

在发射机组旁就近设置滤棒盒存储系统，其存量能满足两班以上的生产需求，反应时间迅速，可靠性高。

4.适应性强

整个存储及工艺处理方式，可满足多种规格滤棒产品的需求。

5.信息化程度高

托盘及滤棒盒上均粘贴条码，采用条码识读系统对物料信息进行跟踪，贯穿物料的入库、仓储、盘点、出库等各个业务环节，方便物料的追踪和信息查询。

6.促进管理水平提高

整个系统自动化及信息化管理程度高，快捷准确实现收、存及供的信息管理，提高物流效率和准确性，降低物流人工等成本，从而提高了仓储管理的现代化水平。

7.现场干净、整洁，工作环境好

人工介入环节少，包装材料及废料回收等环节自动完成，可保证整个现场干净、整洁，工作环境较好。

五、结束语

新型联运滤棒存储自动化物流系统将自动化物流技术应用于联运滤嘴棒存储、输送、供料工艺中，改变了传统的人工处理模式，节省了大量人力，降低了工人劳动强度，为联运滤棒托盘自动化处理提供了相应技术支持，在烟草工业具有较强的推广性。