（四川中烟工业有限责任公司西昌卷烟厂四川省西昌市火车站西侧 615042）
关键词：集中供丝；烟丝存储高架库；物流系统；AGV小车；
摘 要：为实现高质量发展，中等规模及以下卷烟工业企业将逐步转型为集中供丝生产模式。本文通过对接收工厂如何实现集中供丝的存储、物流等进行研究。
Abstract:To achieve high-quality development.Medium-sized and below cigarette industry erterprise will gradually transform into a centralized tobacco supply mode of production.The paper studies how to realize the storage and logistics of centralized tobacco supply in receiving factories.
1 工艺方案确定
1.1 送丝生产工艺流程
1.2 生产要求
质量检验合格的烟丝按批进行使用；烟丝应优先按生产批次顺序使用；同生产批次遵循先到货先使用的原则。
2 物流系统思考
2.1 物流系统规划
根据工艺需求，设备需要满足烟丝箱自动卸货进入烟丝箱高架库，其中须满足读码入库同时开展质量检测工作，进入烟丝高架库后烟丝箱需满足先进先出和按照批次生产使用要求，烟丝箱出库后使用输送设备输送至翻箱喂料前暂存、开盖后翻箱，空烟丝箱的盖箱及清洗，清洗后空烟丝箱返回烟丝箱高架库，烟丝经翻箱喂料设备，翻箱后设备需满足不合格烟丝的接出，合格烟丝进入烟丝风送系统，进入卷包环节。
2.2 来料卸货及入库
来料卸货及入库包括卸车输送机、拆箱机、称重及信息复核、旋转输送、取盖、人工处理站台及取烟丝站台、烟丝箱上下线站台及链式输送等设备组成，设备流程图如下：
在规划布局中充分考虑烟丝选运输车内链式输送与生产现场链式输送的对接，对卸货车辆的高度差不同，后续设备接口满足条件。
2.3 物流系统能力计算
以入库峰值流量计算确定设备能力，其计算公式为：
2.5 设备能力设计
如产量为30万箱的送丝生产企业，卷烟机组为7000支/min,单组设备需要300kg/h,设备设计系数0.8，单台卷烟机组耗丝量按照378kg/h纳入计算，出库喂丝流量、空箱清洗流量约为31箱/h，则单台移动式机器人、空箱清洗机设备能力大于等于31箱/h。
2.6 烟丝箱出库设备设计
烟丝箱出库，由AGV小车送至烟丝箱倒料区，由输送机组成，该段设备有输送机组成，设备能力满足出库喂丝流量同时，为提高后续设备运行效率，需要高于出库喂丝流量，同时根据现场烟丝箱缓存区的面积进行设计。
2.7 空箱返库及出库
空箱返回烟丝箱高架库，由AGV小车把空箱送至返库站台，包括输送机、叠箱机、装车输送机等.
2.8 AGV小车设计
AGV小车根据运输流量进行数量的配置，其计算公式如下：
AGV运输流量（箱/h）=出库喂丝流量（箱/h）+空箱反库流量（箱/h）
单台AGV小车能力计算：
综上对来料卸货及入库、烟丝箱缓存及翻箱倒料设备、烟丝箱出库设备设计、空箱返库及出库、烟丝箱高架库设计、AGV小车设计说明，构成整个送丝生产物流系统的机械部分。
3 电控系统方案研究
系统主要由PLC控制柜、分布式I/O从站、现场操作员终端、称重单元、外形检测单元、RFID、变频器以及独立单机设备等组成。采用集中管理，分散控制的控制方式，将传感器、PLC、实时监控调度计算机、网络、红外通讯、RFID等诸多迅速发展的技术结合在一起，用方便灵活的硬件和软件模块进行组合设计，以适应自动化物流仓储系统特点的工艺控制要求和管理要求，使之成为既满足工艺要求的精确控制又满足管理现代化要求的系统。
电气系统包括三大系统，即仓库管理系统（WMS）、仓库控制系统（WCS）、底层控制系统（PLC控制）。
3.1 电气控制系统网络架构
底层控制系统设备如现场IO设备、称重单元、RFID读写装置、变频器、堆垛机读码器通过Ethernet/IP接口接入PLC控制系统，堆垛机PLC与主调度PLC之间通过光通讯进行数据传输，现场PLC与服务器（厂级虚拟服务器）之间经过中控核心交换机进行连接，中控室部署WCS/WMS管理机、物流系统监控机、打印机等设备。
电气控制网络图
3.2底层电控系统设计
针对于底层电控系统（出入库控制系统、堆垛机控制系统、AGV控制系统），设置四种控制模式，即：自动在线模式、自动模式、手动模式、维修模式，全面实现物流高架库系统的安全管理、维修管理、生产管理。
自动在线模式：电控系统在自动在线控制方式下，由上位调度计算机下达命令，控制系统接收后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，最终实现将货物从开始位置输送到目的位置，并对物流和数据进行信息跟踪，满足工艺流程的要求。
自动模式：电控系统在自动方式下，上位调度计算机离线，通过现场操作员终端输入所输送的货物的起始地址和目的地址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，最终满足在上位调度计算机离线时的输送任务。
手动模式：电控系统提供手动操作功能。在设备运行故障情况下，由人工对设备进行运行操作，手动模式选择通过现场操作员终端完成。
维修模式：电控系统提供维修操作功能。在设备运行异常或设备维护，有人工对设备进行维修模式操作，维修模式选择通过现场操作员终端完成，具有最高操作级别。
3.3监控系统设计
现场设有操作员终端配有触摸屏，该操作终端通过Ethernet/IP网络与主控柜中的PLC链接，实现对输送设备的现场监控，还可以实现单击控制、自动控制、故障显示、故障报警、信息维护等功能，从而为现场操作人员提供了一个监控和维护的人机界面。
设备视图：通过图文结合方式反映各台设备工作状态和技术参数、货物的运行位置和相应的货物信息等；
操作画面：通过图形画面，对实际的设备进行手动和自动操作；
故障报警：提供安全、防护装置的状态异常报警，并提供各种故障信息的查询、报警分级；
物流信息查询及维护：可以查询当前物流托盘的信息；
系统网络诊断：提供网络各站点的状态显示，方便对整个网络进行监控；
帮助画面：通过帮助信息，操作人员可以很快掌握操作终端的操作方法和操作注意事项；
登录安全设置：监控系统为不同的用户设置不同的密码和权限等级，每一用户只有在登录通过验证后，才能对监控系统进行权限范围内的操作。
3.4堆垛机控制系统设计
堆垛机的控制采用独立PLC作为控制系统，堆垛机控制器负责处理运动规划、逻辑控制和各种安全保护、与上位机的通讯。
在运动驱动技术环节，采用具有伺服驱动性能的变频器，采用速度、电流的闭环方式，可做到在全频率范围的恒扭矩驱动，能够实现高效、平稳、准确的认址定位，即快、准、稳的定位，可以实现零速停车。
同时堆垛机应配置手操器，操作人员可远程改变堆垛机控制模式，维修、手动、自动和联机运行。
在速度控制环节采用了通过Ethernet/IP总线对变频器的速度给定技术。堆垛机的运行速度可以灵活设定，加减速可以灵活控制，真正实现了对运行控制的无极变速，保证了堆垛机在运行全过程的平稳，避免了堆垛机运行过程中的摆动。
完善的安全保护技术，堆垛机系统的安全保护有三个方面，人员安全，设备安全，产品安全。对此采用了大量的措施来确保系统的安全性。
系统具有完善的自诊断技术，除了现在的电子产品如变频器本身具有的完善的自诊断能力外，结合多年的控制技术与实践经验，使得系统具有很强的自诊断能力，不但变频器与电机等的故障能被诊断并上报，系统中的大部分的开关传感器也能够被诊断，如传感器的编号、位置等，以上的技术措施给系统的快速简易的维护提供了必要的手段。
堆垛机控制共有维修、手动、自动、联机自动四种运行方式。
堆垛机控制系统框图
3.5主调度PLC与堆垛机接口设计
主控PLC与堆垛机之间采用Ethernet/IP总线网络，通过光通讯设备实现。堆垛机接收主控PLC的指令，采用主从信号的方式，实现货物的出入库。主从信号的方式极大的提高了通讯的安全性、可靠性。
3.6 WCS系统设计
仓库控制系统（WCS）是仓库实现信息化的基础，是自动存取系统（AS/RS）的控制核心，WCS对各设备系统进行统一调度、管理，负责将物流任务分解到各个运输段，并根据运输段控制器的定义下达相应的控制指令，同时实时采集控制器的信息，根据控制设备的功能定义和指令完成情况转化成物料出入库请求。
WCS是设备的中央控制系统，主要包括运行监控管理、运行信息管理、系统信息管理三大模块，具备设备调度、任务管理、设备监控、故障处理、运行记录、系统管理等功能。仓库控制系统配备有RFID自动识别、入出库作业自动控制、作业状态仿真监视、故障自动报警以及位置、状态、外形和安全的自动检测等功能。
运行记录包括开始时间、结束时间、标签名、状态、以及命令键值。
操作员可以查看、打印这些日志，并可将这些日志导出到EXCEL文件。
同时可通过报文日志查看运行记录,如下:
3.7 WMS系统设计
仓库管理系统是以生产服务为核心，集物流生产管理、物料管理、仓库管理于一身。而在整个自动化物流系统中，管理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MES，下联工业实时监视（WCS）和控制系统，是自动化物流系统的调度核心和信息存储处理中心。
WMS系统主要负责物料管理和调度管理，涵盖信息管理层的所有业务和调度监控层的部分业务，上联企业信息管理系统，下联设备执行层。
WMS系统主要由数据库服务器、应用程序服务器、数据备份硬盘、现场操作终端及中控终端构成，其中应用程序服务器对数据库服务器进行数据备份，现场操作工作站兼有WCS服务器及监控服务器功能，同时可以采用数据备份硬盘对数据进行备份。
管理系统主要由三个模块构成：管理模块、调度模块、接口模块。
物流管理系统机构图如下：
WMS系统结构图
3.7.1 管理模块
通过调整配置参数和基础数据的定义，实现配方库的物流管理。
包括的基本功能：
人员管理、货位管理、任务管理、入出库管理、物料管理、抽检管理、补货管理、系统分析、综合报表等。
通过面向对象的设计方法，可以方便地集成WCS层。
3.7.2 调度模块
内部接收物流管理模块下达的任务指令，分解、下达给具体的执行设备，并反馈具体执行信息，实现物料库的物流调度。
包括的基本功能：
综合调度、设备调度、路径调度、设备监控。
通过对象转换插件的设计方法，集成不同厂家、不同类型的物流设备。
3.7.3 接口模块
管理系统在实现物流系统管理、调度控制的基础上，同时为外围信息管理系统、其他供应商提供的WCS层和单机设备子系统提供了可扩展、内嵌的集成接口。与ERP、MES等信息系统之间的信息交换接口。
参考文献:
《工业机器人机械系统》 孙炳孝 杨 帅 张晓红 上海交通大学出版社 2018
《交互设计的用户研究践行之路》 陈 予 陈振华 清华大学出版社 2018
《工业互联网》 余来文 封智勇 林晓伟 陈昌明 2018
论文作者:余敏,刘志旺,邹林敏,李海
论文发表刊物:《科技新时代》2019年10期
论文发表时间:2019/12/6
标签：烟丝论文; 设备论文; 堆垛论文; 系统论文; 控制系统论文; 操作论文; 模式论文; 《科技新时代》2019年10期论文;