常德卷烟厂等级储叶库物流自动化系统运用探究

汤 卫，蒲 锋

（北京物资学院 物流学院，北京 101149）

常德卷烟厂等级储叶库物流自动化系统运用探究

汤 卫，蒲 锋

（北京物资学院 物流学院，北京 101149）

介绍了常德卷烟厂等级储叶库物流自动化系统的工艺流程，对系统数据以及其电气控制系统和计算机系统进行了分析。

物流自动化系统；常德卷烟厂等级储叶库；电气控制系统；计算机系统

1 自动化物流系统概述

自动化物流系统是运用系统工程技术对物流工程项目进行全面规划设计，并通过计算机系统，控制系统和物流设备，实现对物流、信息流的全面控制。它将运输、仓储、装卸、加工、整理、配送、信息处理等工作有机结合，形成企业内部完整的物流保障供应链，满足企业物流自动化、专业化、系统化、柔性化、信息化、智能化的需求。系统广泛涉及人工智能、图象识别、计算机模拟仿真、网络技术、无线电通讯、红外通讯、激光定位、电磁导引、惯性导航、智能机器人等高科技领域。

现代自动化物流系统主要包括：自动仓储系统、激光导引自动运输车系统、自动作业系统、自动输送系统、自动控制系统、计算机管控系统、集中监控摄像及多媒体远程服务诊断系统、自动报警灭火系统。

2 常德卷烟厂等级储叶库物流自动化系统工艺流程分析

常德卷烟厂等级储叶库物流自动化系统工艺流程如图1所示。

（1）初始化空料箱的入库。叉车工将已清扫、编号，并已安装好电子标签的空料箱放置到紧急出入库站台，经输送系统送到图像识别工位进行图像识别，合格的空料箱由电子标签读写器写入箱子编号信息并经空箱输送线送到称重及信息写入工位，称重后再将重量信息写入电子标签，同时上位系统自动给空料箱分配一个货位，再经入库输送系统、巷道堆垛机送到上位系统分配的货位存放。图像识别不合格的需要再次进行清扫，电子标签不能写入信息的，需要人工检查并做出相应处理，直至图像识别合格和电子标签安装位置正确、无损坏，方能入库。

（2）空料箱的出库。当等级烟叶装箱处有装箱任务、而装箱站空箱缓存工位又没有空料箱时，仓库管理系统发出空料箱出库指令，巷道堆垛机接收出库指令并将相应空料箱取出送到出库站台，经输送系统送到装箱站空箱缓存工位供装箱使用，若空料箱在库区的存储时间达到系统的界定值时，则由输送系统送到清扫工位，经翻转设备将空料箱翻转一个便于人工清扫的角度（如100°左右），由人工清扫后再翻转回原位，经输送系统送到图像识别工位进行图像识别，合格的空料箱经空箱输送线送到装箱站空箱缓存工位待用。图像识别不合格的需要再次进行清扫，直至图像识别合格后方能送到空箱缓存工位待用。

（3）等级烟叶入库。等级储叶库的仓库管理系统根据生产计划了解当天入库作业计划，并自动查询库内无储存有等级等信息与当天入库作业计划中相同的未装满的实料箱。如果有这种情况存在，这种等级烟叶在需要装箱入库时，系统启用不满料箱库内调出再次装箱入库模式，否则，系统按等级烟叶正常装箱入库模式进行。

（4）实料箱出库。仓库管理系统接收到出库指令后，巷道堆垛机将上位系统分配的实料箱从库内取出，送到巷道堆垛机放货站台，经出库输送系统送到信息读写工位读取信息后，将实料箱分别送到6个翻箱倒料系统的前端缓存工位等待翻箱倒料。已输送到翻箱倒料工位的实料箱由翻箱喂料机将料箱内的等级片烟倒入制丝生产线的仓式喂料机，等级片烟进入制丝生产线的配方系统。

（5）出库实料箱翻箱喂料后产生的空料箱的处理。出库实料箱经制丝生产线的翻箱喂料机将箱内的等级片烟倒入仓式喂料机后，所产生的空料箱由输送系统送到图像识别工位进行图像识别，识别合格的空箱由电子标签读写器将箱子信息清零，清零后送入空料箱缓存输送线，若图像识别不合格，则送到人工清扫工位，经翻转设备将空料箱翻转到一个便于人工清扫的角度（如100°左右），由人工清扫后再翻转回原位，经输送系统送到图像识别工位再次进行图像识别直到合格，再进行信息清零，空料箱经空箱输送线优先送到装箱站空箱缓存工位待用，若装箱站不需要空料箱时，则经空箱输送线、入库输送系统和巷道堆垛机送到上位系统分配的货位存放。

3 常德卷烟厂等级储叶库物流自动化系统数据与设计分析

3.1 等级储叶库物流自动化系统基础数据（见表1）

3.2 等级储叶库物流自动化系统电气控制系统设计

电控系统是连接上位监控调度层计算机，实现底层设备的驱动、检测控制的重要环节。电控系统向上联接物流管理系统的调度计算机，接受物料的输送指令；向下联接输送设备的驱动、检测、识别器件，完成物料输送的过程控制。此外电控系统还提供内容丰富、形象生动的人机界面、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,是自动化物流系统中重要的组成部分。电控系统方案是根据芙蓉王技改工程物流自动化系统总体设计方案和工艺流程要求而进行设计的，以完成生产工艺流程和总体设计要求为目标。

3.2.1 电气控制系统结构。

常德卷烟厂自动化物流系统划分为三个层次：生产管理层、监控调度层和设备执行层。电控系统属于整个三层体系结构中的设备执行层。通过对设备上电气元器件的自动控制来完成设备执行层的物流任务。同时通过现场总线网络，传递控制过程的实时信息，通过以太网将电控系统与上位管理、调度、监控系统连接起来，一方面为监控调度层提供现场生产数据和物流信息，另一方面接受监控调度系统向下发布的生产任务和设备调度信息以完成设备执行层和调度控制层之间的信息流交互。

（1）监控调度层与设备控制层之间的接口描述。

①调度计算机与各子电控系统之间的接口—通过以太网，使用OPC协议进行通讯。调度计算机向PLC下达搬运任务指令，PLC向调度计算机上报任务完成信息和设备状态信息以及出入库请求信息。

②调度计算机与AGV控制系统之间的接口—通过以太网，使用TCP/IP协议进行通讯。AGV服务计算机通过无线局域网与AGV小车连接进行通讯。

③往复式穿梭车通过PROFIBUS与电控系统通讯。

④调度计算机与堆垛机控制系统之间的接口—通过以太网，使用TCP/IP协议进行通讯。各控制子系统在接口站台处还存在硬件连锁控制点，每个站台约为2I/2O。

⑤监控系统与各子电控系统之间的接口—通过以太网，使用专用I/O驱动程序进行通讯。

（2）控制实现。系统通过控制元器件进行电机驱动和信号采集。对电机的驱动：物料在输送过程中有输送平稳需求的设备采用变频一体机，关键复杂输送的设备电机采用变频驱动，其他电机采用ET200S电机启动器驱动。

（3）控制网络。在电控系统采用先进的PROFINET控制网络。电机启动器及分布式I/O选用SIEMENS公司ET200S系列并配置PROFINET接口模块直接接入PROFINET控制网络，通过ET200S分布式I/O连接底层传感器及执行机构（如：电磁阀等），通过电机启动器驱动设备电机。不能直接接入PROFINET控制网络的设备（如：变频器、变频一体机、条码识别器、RFID、机器人等）先接入PROFIBUS控制网络再经过IE/PB Link PN IO接入PROFINET控制网络。

3.2.2 电气控制系统运行模式

（1）全自动控制：电控系统在全自动控制模式下，由WCS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，从而实现对物流和数据流的自动传输，最终满足工艺流程的要求。

（2）局部自动控制：电控系统在局部自动控制模式下，在不与WCS调度计算机通讯的情况下，实现输送设备在各个控制段的自动控制，实现部分工艺流程的要求。

（3）手动控制：电控系统提供手动操作功能，在手动方式下，由人工对设备进行操作，手动模式选择通过现场操作员终端或操作按钮盒完成。可以实现系统的调试和故障的排除。

（4）急停及故障报警：主控柜和现场操作员终端上设有急停操作按钮。当按下急停按钮后，设备全部停止运行，以保护现场设备和人员的安全；解除紧急情况后，经人工确认系统所有在线任务可继续自动完成。系统所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，故障排除确认后，在线任务可继续自动完成。现场显示直行穿梭车及输送系统的故障信息。

（5）现场人机操作界面：通过设置在现场的操作员终端和操作按钮盒，为现场操作人员提供人机操作接口。

3.2.3 电气控制系统配置要求

（1）控制对象：等级储叶库自动化物流系统内相关的输送作业设备，主要包括链式输送机、辊道输送机、摆动链式输送机、RFID读写装置、称重设备、自动装箱系统、自动翻箱系统、与人工选叶线设备和自动掺兑输送设备的控制接口、巷道堆垛机控制接口等。

（2）控制箱（柜）组成。设置一组主控制柜。主控制柜由三个单门柜体并列组成。第一、二门为电源配电柜，第三门为控制柜，控制柜内设置一套S7-400系统；另外，自动装箱系统和自动翻箱系统分设两套控制柜，控制柜内各设置一套S7-300系统。

根据现场设备的数量及平面布置情况，在入库区和出库区控制柜上各配2个现场监控终端（共4台）；共设置9套固定式RFID读写器，用于读写校核料箱的信息；设置6套装箱计量控制系统；设置1套自动称重装置；一套料箱清洁度摄像检测装置。

根据设备平面布置，把等级烟叶库自动化物流系统划分为数片（段），每片设置一个现场控制箱管辖该片内所有设备的电机起停及I/O信号采集，输送设备电机采用电机启动器控制。

（3）主要功能流程。完成等级烟叶的自动装箱、称重、信息处理以及装箱烟叶的入库、出库功能和装箱烟叶自动输送到掺兑线，实现翻箱掺兑的功能。空箱的出库缓存，空箱的残留物检测与空箱的清扫，装箱烟叶的紧急出库等功能的在线控制和故障处理等功能，还可以进行自动、单机运行模式的控制。

根据上位调度计算机的指令，将任务烟叶箱自动输送至目的地，参与掺兑并上报上位调度管理计算机；通过上位监控调度系统可以实时监控整个自动化物流系统所有设备的运行状况、货物的所在位置、数据等。

3.3 等级储叶库物流自动化系统计算机系统设计

在自动化物流系统运行过程中，不仅仅是物料的流动，更重要的是信息的流动，信息流动的好坏及快慢，决定着物料流动的快慢，影响着整个物流运动。在整个过程中信息的控制与采集是关键，没有信息也就没有自动化物流系统。在常德卷烟厂等级烟叶库物流自动化系统方案设计中，采取的总体设计思路为“集中管理、分散控制、综合与分片监控相结合”。底层设备控制系统可向上位管理调度系统发送现场生产、工艺数据和物流信息。接受计划调度信息、配方数据；可向下发布生产计划和物流调度信息，采集生产现场的各种数据。控制系统采用集中/分散型工业总线控制方式，将传感、PLC、网络、无线通讯、条码、电子标签、工业机器人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组合设计，以适应各个系统中不同特点的工艺控制要求和管理要求，使之既满足工艺要求的精确控制，又满足管理现代化。

计算机系统是整个自动化系统的核心，同时也是和其他系统密不可分的。没有计算机系统的支持，整个系统只能极其低效地运行。通过计算机技术的运用和建立，对常德卷烟厂等级烟叶管理和立体化存储，有效的调度、监视、统计、分析在各种物流的使用过程，可满足在生产过程中生产工艺的要求，同时系统具有良好的伸缩性和可扩招性。

将企业中的片烟库、等级烟叶库、嘴拌库和辅料库等作为几个独立的控制子系统，各子系统设有自己的过程控制主站，将分布在现场的智能设备与各种分布式I/O从站通过现场总线进行连接，并实现数字信息交换（如数据采集、参数设定等）及过程控制；同时配以相应的通讯模块，将几个独立的子系统通过工业以太网与上位管理、调度、监控系统连接起来。几个子系统可以分别独立完成几个库的生产设备的运行、停机、故障报警等各种过程控制。通过现场操作员终端可以实现单机/自动切换操作，并具有每台设备进行状态显示功能。通过上位监控系统可以监控整个自动化物流系统所有设备的运行状况、货物的所在位置及数据等。

3.3.1 计算机系统功能

（1）提供数据的录入，执行生产调度指令实现出入库、托盘回收，库存信息管理等功能。

（2）提供综合信息查询、统计、报表打印功能。

（3）每天收货单与上架单不符时、补货单出库数量大于库存时，仓库管理系统提供报错提示功能及方便简捷的检查功能。

（4）按“先进先出”、“出库优先”的原则进行出库作业，并可由人工指定条件抽查出库，可对库存最长时间进行限制，对同一批次烟叶出库时，根据重量动态平衡出库顺序，以提高配料精度。

（5）具备库存量上限和下限预警功能。

（6）提供盘库功能，核对真实有效。

3.3.2 网络结构图（如图2所示）

4 结语

常德卷烟厂等级储叶库物流自动化系统的应用对原料消耗的减少和人力资源的节约都产生了非常明显的效果，其创造的直接与间接经济效益是十分巨大的。

图2 等级储叶库物流自动化系统计算机系统网络结构图

卷烟商业企业现代物流建设是一项庞大而复杂的系统工程，在行业物流建设的工作中，要立足优势、弥补不足，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，优化内外环境，从而形成企业的核心竞争力。使卷烟商业企业物流系统达到资源节约、环境友好、综合配套、高效顺畅的目标。

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[2]徐仲兴，杨忠文.烟草企业自动化物流系统的解决方案[J].烟草科技，2002,（3）.

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[6]张潜.物流系统工程[M].重庆：重庆大学出版社，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

汤卫（1987-），男，湖南醴陵人，北京物资学院管理科学与工程硕士，研究方向：物流工程；蒲锋（1985-），男，陕西榆林人，北京物资学院物流工程硕士，研究方向：物流工程。