一、引言

目前，消费者对卷烟的质量要求越来越高，这就要求卷烟厂生产出高质量卷烟，在卷烟生产过程中，烟叶存储醇化是极其重要的一个环节。醇化烟叶的特点是存量大、存储周期长（通常需要存放1～2年）。普通平面仓库是存放复烤烟叶的传统方式，通常烟包以组团的形式存储，堆高四层，采用人工搬运与堆码，该种储存模式占地面积大，土地利用率低，土建占用资金高，人工劳动强度大，生产效率低，自动化程度低，而且采用传统的人工管理方式，不能实时掌握库存信息，使得原料调运响应能力差，调拨周期长，智能化信息管理程度低，烟包组团式密集堆码，杀虫效果差，易发生霉变和虫蛀，原材料损失大；纸箱变形量大，很难适应后续的烟叶配方自动化物流系统对烟包外形尺寸的要求，人工搬运会对烟包造成损坏，造碎率高，同时不利于纸箱的回收和重复利用，增加纸箱投资成本，且多次搬运，使烟包受烟虫二次感染的可能性增加，已不能适应目前复烤行业发展的需求。

为改善目前的储存现状，云南烟叶醇化仓储自动化物流系统创新引入智能空中轨道搬运EMS系统、自主转轨堆垛机、大存量的立体货架、电子标签信息识别技术等，通过工业自动化控制并结合计算机信息、监控管理，实现烟叶的仓储、输送、周转、管理等自动化功能。立体库内的烟叶进出库管理至单箱烟叶，适合不同地区烟叶多种信息管理的要求。物流设备通过信息化、自动化系统的合理调配，加快货物的出入库存储节奏，减轻劳动强度，提高生产效率，实现物流效率的最大化，采用集中管理、分散作业的物流组织方式，实现资源优化配置，达到提高物流运行效率的目的。

二、项目规划设计

1.工艺布局介绍

图1功能分区示意图

云南烟叶醇化仓储自动化物流系统划分了三个功能分区：

醇化立体仓库：内建高层货架，用于成品片烟箱的醇化存储。醇化库房总体为4栋。

栈桥区：用于将仓库和装卸货区连通，成品片烟箱在栈桥区被输送。

装卸货区：用于装卸货车辆的出入库作业。

2.存储单元设计

物流系统中物料承载单元采用××（mm）的木制托盘，托盘上带有电子标签作为信息载体。每个托盘上放置4个烟包，如图2。

图2存储单元设计

3.自动化物流系统的主要构成

自动化物流系统主要包括：双深自主转轨巷道堆垛机、高层货架、纸箱烟包连续组垛设备、空中轨道搬运EMS系统、烟包自动采样设备、出入库输送系统、识别系统、电控系统和计算机系统等。该物流系统通过电控系统和计算机系统进行管理和控制，系统同时实现片烟箱水分检测、称重、码垛入库、质检取样、库内管理、成品发货、信息核对、散盘暂存管理、装车指挥等业务功能；工艺布局及设备选型可实现库区密闭杀虫工艺需求等。

（1）自主转轨堆垛机

为满足各防火分区密闭杀虫的工艺需求，在杀虫期间，可将堆垛机移出该区域，在本项目中采用自主转轨堆垛机。自主转轨堆垛机为昆船自主研发的具有自主知识产权的主机设备；堆垛机底架和顶梁前后端安装有拨杆组件，堆垛机电控系统能判断、控制拨杆的位置，拨动地轨和天轨上不带动力的摆杆组件，实现自主转轨的功能；堆垛机走行认址采用条码带绝对认址方式，堆垛机的任意位置都唯一，可以随时判断各种动作的位置；具备巷道识别功能，保证、并准确实现调度堆垛机变换巷道；对重要数据进行备份，即使发生停电或死机情况，当系统恢复正常时仍然能有效读取备份数据，确保系统稳定性。

图3自主转轨堆垛机

（2）高层货架

采用独立的组合横梁式货架，主要由货架立柱、载货横梁和加强支撑杆件等组成，运输及安装方便。货架立柱创新采用高精度的断续冲孔，即在需要挂横梁的位置冲孔，无横梁位置不进行冲孔，可使立柱强度增加12%～15%，有足够的强度和刚度及整体稳定性，并满足相应的抗震烈度要求。

图4断续冲孔的货架立柱设计

（3）纸箱烟包连续组垛的设备

创新采用一种将纸箱烟包和托盘连续组垛的设备，本设备通过夹抱机构、升降机构来实现纸箱烟包与托盘的组合。与人工拆组盘相比，效率高、垛形好，满足后续入库精度需求。

图5纸箱烟包连续组垛的设备

（4）空中轨道搬运EMS系统

该项目由一条长达1公里的栈桥将4栋单体仓库连接起来，根据本项目的建筑结构分析，悬挂输送较地面输送更具有优势，本项目物料在多建筑体间进行输送，考虑土建地面存在沉降情况，为保证轨道不受地面平整度影响，采用悬挂输送系统，保证系统运行稳定可靠。地面无大面积轨道，便于现场卫生清扫及维护，并提高空间利用率。

图6空中轨道输送车

（5）烟包自动取样设备

在质检过程，由人工将烟箱去除捆扎带并打开箱盖，进行取样后，将样品送至质检室。在本系统中，创新研发了一种采用电缸驱动的烟包九孔采样设备，该设备对打包后的烟包进行九孔取样，不仅实现了采样、取样功能，同时降低了烟包在采样、取样过程中被异物污染的风险，降低烟叶损耗，增加企业的经济效益。

图7九孔取样机

（6）出入库输送系统

主要包括链式输送机、辊道输送机、升降输送机、托盘码分机等设备。设备上带有用于检测物料位置状态和设备运行状态的光电开关、行程开关、接近开关等检测器件。实现烟包和托盘的自动输送、空托盘的自动分发等功能。

图8出入库输送系统

（7）识别系统

本自动化物流系统中物料信息识别系统采用RFID，用于读取托盘上的载码体，实现信息的跟踪和修改以满足各种工艺要求。RFID识别系统由读写器和总线模块组成，读写器完成信息读取功能，通过总线模块连接到PROFINET总线上，从而与主控制器进行通信。

（8）电控系统

电控系统涉及物流管理系统的组群控制层以及设备控制层。计算机系统发出的指令经由组群控制层解析并分配给设备控制群，从而控制物流系统的底层设备；现场的物流状态信息则由设备控制层进行收集并发送至组群控制层，再进一步回馈到计算机系统。在物流自动化管理系统中，由上位机监控运行图形以及相关的数据，并保存为历史数据送入数据库。自动化物流系统集合了光、电、机等方面，涉及人工智能、计算机仿真、无线通讯以及信息识别等领域，是一项重要的高新技术系统。在具体应用中，利用PLC作为逻辑控制器对现场输送设备、识别设备、拆码垛机、九孔取样机、翻转设备、捆扎机、自动输送车、堆垛机等实现控制，并利用接口集成技术保证了整个物流系统的高度协调，维持自动化系统的正常运行。

图9自动化物流系统网络架构图

本系统中电控系统控制网络采用PROFINET结合PROFIBUS-DP架构；优先选用具备PROFINET接口功能的设备及器件，不支持PROFINET的器件通过PROFIBUS-DP连接到PLC的DP端口上。主控器件采用西门子公司S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CP-1Advanced网卡（具备网络隔离的1+4独立接口），提供1个千兆以太网接口与上位计算机系统进行信息交换以及4个PROFINET接口用以连接PROFINET子站。控制箱内I/O模块、电机启动器采用西门子公司ETS系列产品，使用支持PROFINET协议的IM-3PN接口模块将其接入PROFINET网络；变频器、RFID读写器等直接接入PROFINET网络；称重系统和水分仪等则接入PROFIBUS-DP网络。

（9）计算机管理系统

调度核心和信息存储处理中心，运行于计算机网络系统与数据库环境之上，上连企业信息管理系统，下连工业实时控制系统。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、传送和存储，并作出正确的决策以协调各业务环节，保障各种物料准确调度、及时输送，实现对物流信息的收集、存储、分析、统计、管理一体化，进而实现企业物料高效有序的流动和科学管理以满足企业物流自动化的需要，为上层信息管理系统提供所需的物流信息。

4.主要流程

（1）托盘初始化流程

空托盘底部装有RFID电子芯片便于数据追溯。托盘初始化时系统将托盘号、空托盘重量、RFID信息绑定，提供出库时进行RFID信息和托盘号双重信息校验的数据；整托盘出库称重时，减去托盘重量，减少称重误差。

（2）入库流程

当货车报道时，由信息管理系统将车次、物料信息以及条码信息发送至仓储系统，人工核对后选择相应计划入库。单烟包放置在站台扫码后，系统自动比对条码信息，自动控制烟包进行水分检测和称重并记录信息，码垛完成入库时比对托盘RFID信息，自动分配入库货位并入库存储。

（3）出库流程

系统根据出库月计划和出库装车计划自动选择可以出库的托盘并出库。出库完成后自动比对托盘信息，自动记录出库时的水分和重量信息并给信息管理系统反馈。支持整托盘出库和拆垛出库，烟包信息实时反馈，保证两个系统的信息一致性。

（4）倒库流程

操作人员可根据生产计划、杀虫计划、库存情况调整各个托盘的存储位置。倒库流程便于用户集中杀虫作业、调整库存情况。

（5）抽检流程

用户可根据生产情况随时进行抽检作业。支持多种抽检方式如入库抽检、保管抽检、虫群监测抽检、出库抽检，并支持抽检完毕的烟包返回原货位存储。

（6）外部系统交互

管理系统的所有计划信息都来源于信息管理系统，每次进行计划状态变更，出入库任务产生、结束时都将发送相关信息与信息管理系统进行比对。保证系统数据的安全性和一致性。

三、主要技术特点及创新点

1.简洁栈桥布局有限衔接4栋单体仓库

本项目创新性引入智能空中轨道搬运EMS系统连通4栋大型立体仓库，将4栋仓库有效衔接，打破传统仓库建设模式，极大精简了设备数量，地面无大面积轨道，便于现场清扫、维护，并保证轨道不受地面平整度影响，提高空间利用率。

2.超大容量库存设计

在系统中配置4个大型仓库，每个仓库占地面积约1.2万平方米，设有5个防火分区，单栋仓库设置14个巷道，货位高达个，四个仓库共设置56个巷道，货位多达个，可存担烟叶。远高于地面储存量，为国内烟草行业首座超大容量的自动化仓库。

3.智能化、信息化建设

改变传统的人工模式，引入先进的自动化技术，将立体库内的烟叶进出库管理至单箱烟叶，适合不同产地烟叶要求，实现对烟叶的柔性化调度管理，建成智能化、信息化物流系统，为醇化仓储的示范工程。

4.自主转轨堆垛机首次在醇化库的运用

自主转轨堆垛机为昆船自主研发的最新一代转轨堆垛机，堆垛机可自动运行在各个巷道中，所有的换轨操作均由系统自动完成，准确实现调度堆垛机变换巷道。

5.库区密封和防腐技术的采用

烟叶杀虫期间库区内需采取密封和防腐措施，本项目中库内唯一运行设备堆垛机可移出杀虫区域，确保杀虫库区无任何设备；堆垛机轨道系统具有特殊设计，可实现库区的密封隔断；供电设备采用防腐蚀的铝基滑触线。

6.烟包九孔取样设备的采用

创新研发了一种采用电缸驱动的烟包九孔采样设备，该设备对打包后的烟包进行九孔取样，不仅实现了采样、取样功能，同时降低了烟包在采样、取样过程中被异物污染的风险，降低烟叶损耗，增加企业的经济效益。

四、项目建设效果及意义

云南烟叶醇化仓储自动化物流系统项目是昆船公司在烟叶醇化仓储领域领域开拓的新一代高性能大型烟叶仓储模式，是国内第一个超大存量的烟叶醇化高架库，也是昆船公司在传统的烟叶平库存储多楼板库模式上的又一创新。整个项目由物流系统工艺设计、系统集成、机械设备、物流电控和计算机信息系统等多个子系统组成。通过与云南省烟草烟叶公司对自身作业流程的充分论证和细致分析，结合作业工艺、设备、控制和信息系统的多项创新，从入库到出库发货完成，整个过程都实现了全自动无人作业模式。在运行过程中，通过对设备状态的全面跟踪与监控，实时掌控分拣过程，确保系统连续稳定地运行，为今后国内烟叶醇化仓储系统的建设拓展了一个新的方向。

云南烟叶醇化仓储自动化物流系统项目打破传统仓库建设模式，打造集“生产管理、物料管理、仓库管理于一身”的现代物流仓储项目，具有很强的示范效应和广阔的市场前景，它将对国内仓储物流领域起到一个很好的指导作用。项目投入运行近两年，系统运行稳定可靠，使用操作方便，自动化程度高，系统的各项功能性能指标均达到了设计要求。取得了良好的经济效益和社会效益。

原文刊载于《物流技术与应用》年9月作者：钟艳妮刘军杜斌来春潇彭云董劲

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