白砂糖自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛智能生產(chǎn)線的應(yīng)用

張繼清，閉圻彪，黃 耘，劉錦捷

（廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團(tuán)良圻制糖有限公司，廣西 南寧 530317）

白砂糖自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛智能生產(chǎn)線的應(yīng)用

張繼清，閉圻彪，黃 耘，劉錦捷

（廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團(tuán)良圻制糖有限公司，廣西 南寧 530317）

文章介紹了白砂糖自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛智能生產(chǎn)線的應(yīng)用情況，對(duì)該生產(chǎn)線的主要功能和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述。

白砂糖；包裝碼垛；智能生產(chǎn)

1 引言

制糖業(yè)是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略之一，是廣西重要的支柱產(chǎn)業(yè)。目前，制糖業(yè)自動(dòng)化遇到了瓶頸，自動(dòng)化應(yīng)用率低，全員勞動(dòng)生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，這是制糖業(yè)的普遍特點(diǎn)。不論是糖料生產(chǎn)還是食糖生產(chǎn)，自動(dòng)化、機(jī)械化程度都還處在較低水平；我國(guó)生產(chǎn)規(guī)模3000T/D的糖廠的職工人數(shù)平均為600人左右，糖廠人數(shù)是國(guó)外同規(guī)模糖廠的3～10倍。國(guó)外先進(jìn)糖廠的自動(dòng)化控制水平較高，但國(guó)內(nèi)糖廠的自控水平仍處在單機(jī)、單工序控制的初級(jí)階段，全廠、全流程的集成控制還是極少。尤其是蔗場(chǎng)工序和包裝工序，用工多，勞動(dòng)強(qiáng)度大。造成糖廠用工難，用工荒。因此，迫切需要應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)和自動(dòng)化設(shè)備來(lái)破解這一難題。

2 白砂糖包裝碼垛設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀

目前，糖廠白砂糖的稱量、裝包、打碼、縫口、碼垛過(guò)程的各個(gè)工作單元還都是由人工單機(jī)操作來(lái)完成，自動(dòng)化程度低、耗費(fèi)人工大。糖廠僅用于裝包碼垛生產(chǎn)崗位上的用工多則150多人，少也有20～30人，且勞動(dòng)強(qiáng)度大。近幾年來(lái)，隨著智能機(jī)器人、工業(yè)及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的包裝工序逐漸采用了自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備以及機(jī)器人碼垛機(jī)，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率。但在制糖工業(yè)用于的25～50公斤以上的編織袋的包裝、碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線還處于研制試用階段。

據(jù)調(diào)查了解，近兩年一些糖廠也陸續(xù)引進(jìn)機(jī)械手或新型碼垛裝置及高速自動(dòng)稱量裝包機(jī)，裝包、碼垛能力僅保留在400～600包/小時(shí)，對(duì)于規(guī)模比較大的糖廠，需要配套多條包裝、碼垛生產(chǎn)線。從目前來(lái)看，不管是白砂糖包裝設(shè)備，還是白砂糖碼垛機(jī)械，這些機(jī)械設(shè)備都是單機(jī)運(yùn)行，自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛智能生產(chǎn)線在制糖業(yè)的應(yīng)用比較少。

3 白砂糖自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛智能生產(chǎn)模式

良圻制糖有限公司在2015年通過(guò)技術(shù)改造，引進(jìn)吸收和創(chuàng)新應(yīng)用白砂糖自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛智能集成生產(chǎn)線，并應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)模式。該生產(chǎn)線包裝碼垛系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)已知的應(yīng)用到制糖業(yè)包裝碼垛能力效率最高的，速度最快的機(jī)型，單線基本滿足了甘蔗制糖約70%中小型糖廠的日常生產(chǎn)需求。

3.1 主要系統(tǒng)功能

3.1.1 設(shè)備組成

白砂糖全自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛集成生產(chǎn)線，主要由PLC組建的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及分編號(hào)儲(chǔ)糖箱、高速定量稱、自動(dòng)袋倉(cāng)、自動(dòng)送袋機(jī)、上袋機(jī)構(gòu)、自動(dòng)折邊縫包機(jī)、輸送機(jī)、金屬檢測(cè)機(jī)、重量復(fù)檢機(jī)、剔除機(jī)、壓包機(jī)、方輥糖包整形分布輥道、糖包抓取輥道、機(jī)器人碼垛機(jī)、碼垛托盤等設(shè)備構(gòu)成。

3.1.2 主要功能

該生產(chǎn)線包括：全自動(dòng)包裝系統(tǒng)；輸送排列管理系統(tǒng)和機(jī)器人碼垛系統(tǒng)，以及遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)。

3.1.2.1 全自動(dòng)包裝系統(tǒng)

全自動(dòng)包裝系統(tǒng)由上位機(jī)下位機(jī)組建的PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及受控的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，系統(tǒng)采用分布控制集中管理，先進(jìn)的總線控制方式，由帶觸摸屏PLC上位機(jī)對(duì)下位機(jī)賦值、發(fā)操作指令，下位機(jī)經(jīng)總線接受賦值及指令解釋成執(zhí)行信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，經(jīng)實(shí)用優(yōu)化控制軟件，增強(qiáng)系統(tǒng)容錯(cuò)糾錯(cuò)能力，提高了智能化控制水平。在受控的定量稱、袋倉(cāng)、送袋機(jī)、上袋裝包機(jī)構(gòu)、袋口折邊縫包機(jī)等精密執(zhí)行單元配合有序作業(yè)，實(shí)現(xiàn)包裝電氣、機(jī)械的自動(dòng)化。

3.1.2.2 輸送排列管理和機(jī)器人碼垛系統(tǒng)

完成包裝后的糖包輸送經(jīng)整形分布輥道、重量復(fù)檢機(jī)、金屬檢測(cè)機(jī)、雙向剔除機(jī)、壓包機(jī)、糖包抓取輥道、機(jī)器人碼垛、出垛流水作業(yè)，除輸送功能外，每道工序都有其特定的作用，有些工序是為了檢測(cè)和剔除不合格品，有的是為機(jī)器人碼垛更精準(zhǔn)、堆垛更方正平整打基礎(chǔ)，但不優(yōu)化糖包排隊(duì)管理，也會(huì)造成重檢、重檢誤報(bào)和誤剔除，影響機(jī)器人碼垛正常作業(yè)，降低碼垛產(chǎn)能和質(zhì)量。

3.1.2.3 遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)

技術(shù)流程主要環(huán)節(jié)或重點(diǎn)設(shè)備，均安裝有監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)建立遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)受權(quán)方式，維護(hù)工程師可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，遠(yuǎn)程故障診斷，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，可網(wǎng)絡(luò)登錄進(jìn)行軟件維護(hù)，提高生產(chǎn)安全率，降低維護(hù)成本。

3.1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

一是自動(dòng)包裝系統(tǒng)單線生產(chǎn)能力達(dá)到每小時(shí)800包（50kg/包）。

二是機(jī)器人碼垛系統(tǒng)單線生產(chǎn)能力穩(wěn)定達(dá)到900包/小時(shí)。

三是重量復(fù)檢精度：±20g。

四是金屬探測(cè)精度：Fe鐵≥φ2mm；Non-Fe非鐵≥φ2.5mm；Stainless steel不銹鋼≥φ3 mm。

3.2 技術(shù)流程

砂糖→振動(dòng)流化床→斗式提升機(jī)→吸鐵器→分類篩選機(jī)→儲(chǔ)糖斗→高速定量秤→全自動(dòng)上袋機(jī)送袋→噴碼機(jī)批號(hào)打印→套袋充填后重袋輸送→自動(dòng)縫包機(jī)折邊縫包→直角倒袋裝置→過(guò)渡輸送機(jī)（并線皮帶輸送機(jī)）→料袋振實(shí)均布→重量校驗(yàn)→金屬異物檢測(cè)→升降式皮帶輸送機(jī)（自動(dòng)位）→壓包整形機(jī)→緩沖輸送機(jī)輸送→機(jī)器人碼垛機(jī)抓手取袋→移位碼垛托盤堆垛→成品移庫(kù)。

3.3 主要優(yōu)點(diǎn)

3.3.1 擁有較高的性能價(jià)格比，具有伺服可靠性好、袋型適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高等特點(diǎn)。

3.3.2 良好操作界面，采用分布控制集中管理和總線控制方式，提高穩(wěn)定性，便于維護(hù)。

3.3.3 采用先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，優(yōu)化控制軟件，融入智能控制，無(wú)須人工干預(yù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛。

3.3.4 采用包裝系統(tǒng)與碼垛系統(tǒng)共同集成聯(lián)動(dòng)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。

3.3.5 重量校驗(yàn)和金屬檢測(cè)精度高，有效排除人為風(fēng)險(xiǎn)和金屬異物污染風(fēng)險(xiǎn)。

3.3.6 實(shí)現(xiàn)模塊化控制，高度融合集成。

3.3.7 實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)。

4 使用效果

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

良圻制糖有限公司于2015/2016年榨季引進(jìn)一條自動(dòng)包裝及碼垛智能生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線投產(chǎn)后，極大提高自動(dòng)化程度，減少了操作人員18人，經(jīng)測(cè)算，每人每年收入按5萬(wàn)元計(jì)，直接減少了人工成本90萬(wàn)元。堆垛搬運(yùn)費(fèi)用減少1元/噸，按照年產(chǎn)6萬(wàn)噸糖計(jì)算，則直接降低人工成本6萬(wàn)元。每年可增加經(jīng)濟(jì)效益96萬(wàn)元。

4.2 降低異物污染風(fēng)險(xiǎn)

自動(dòng)包裝系統(tǒng)在GMP環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作狀態(tài)，在包裝環(huán)節(jié)降低人為因素導(dǎo)致糖產(chǎn)品受污染幾率，并通過(guò)高精度金屬檢測(cè)儀，快速檢測(cè)出產(chǎn)成品有否受金屬異物污染，經(jīng)過(guò)剔除機(jī)剔除有異物的糖包，極大程度降低異物污染風(fēng)險(xiǎn)，保證質(zhì)量品質(zhì)。

4.3 提升效率

全自動(dòng)裝包機(jī)器人碼垛智能生產(chǎn)線極大提高生產(chǎn)效率、管理效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少用工崗位，提高生產(chǎn)管控水平，降低制糖成本。

5 結(jié)語(yǔ)

良圻制糖有限公司引進(jìn)吸收，消化使用全自動(dòng)裝包機(jī)器人碼垛智能生產(chǎn)線，同時(shí)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)模式，通過(guò)技術(shù)升級(jí)改造，全面提升技術(shù)水平、生產(chǎn)效率和管理效率，提高企業(yè)形象和品牌影響力，促進(jìn)了制糖行業(yè)的科技進(jìn)步，起到了較好的示范作用。

［1］ 廣西壯族自治區(qū)經(jīng)濟(jì)委員會(huì)編.廣西糖業(yè).南寧：廣西科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［2］ 黃福五，鐘耀南，李揚(yáng)訓(xùn)，等.甘蔗制糖機(jī)械設(shè)備.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1992.

TS243.5

B

2095-820X（2016）04-03

2016-08-02

張繼清，男，1973年11月出生，籍貫廣西賓陽(yáng)縣，工程師，研究方向是制糖工程。