[0001] 本发明涉及卷烟生产系统，尤其涉及一种超高速卷烟机的辅料空托盘回收方法。技术背景

[0002] 近年来，随着信息技术的迅猛发展使得现代制造企业的制造技术、制造模式发生了重大变化，自动化、信息化和智能化已经成为了现代工业制造的发展趋势。工业企业正在逐步将人工智能技术应用于高强度、高频次、高时效的生产物流管理，从而实现在多环境下的安全、高效、可靠和灵活的生产物流模式，提高了作业效率，缩短了作业时间，减轻了劳动强度。

[0003] 按照中国烟草物联网发展规划的要求，实现卷烟物流资源（包括卷烟条、件、周转箱、托盘、车辆、叉车、仓储、货位）的全面感知、确保卷烟物流资源始终处于可知、可控、可信状态；实现对卷烟物流作业流程（包括：卷烟生产、出入库、分拣、配车、运输等业务流程）的全面优化，确保工作效率不断提高；实现卷烟物流基础管理（费用、成本、环境、安全、质量等）的精细化，确保卷烟物流的经济实用性和高效性。多措并举，最终达到卷烟成品物流作业可视化、流程最优化和管理智能化目标。

[0004] 但从烟草行业现状来看，许多烟草生产企业不惜投入重金，建设生产基地，引进先进设备，而在原辅材料的物流储运方面仅仅采用单一模式的信息化管理（如RFID、WSN 技术），虽然可以提升局部物流转运效率，却没有形成系统性的智能化物流体系。同时在不同的物流环节需要人工衔接，不仅降低运行效率，同时还增加了不可控的人为因素，离行业的整体规划和要求还有很远的距离。

[0005] M8-H/S1000超高速卷烟生产设备是当今世界上最为先进的卷烟包装机组，生产速度可以达到20000支/分钟，即1000包/分钟。高速的生产也意味着原辅材料的高速消耗，物料的及时、准确供给直接关系到设备效能的正常发挥，进而影响企业的生产效率。

[0006] 为了有效提升超高速卷烟机水松纸和盘纸等原辅材料的快速供给能力，本发明的目的是提供一种超高速卷烟机的辅料空托盘回收方法，该系统能有效实现辅料空托盘回收功能。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：一种超高速卷烟机的辅料空托盘回收方法，该方法采用的系统包括辅料高架库上位系统、BD供纸装置和AGV自动运输系统，辅料高架库上位系统、卷烟盘纸卸垛机供纸装置和AGV自动运输系统通过无线网络和/或相互通信；
所述的BD供纸装置有两个盘纸自动更换机BOB1和BOB2，分别为卷烟机提供卷烟纸和水松纸原材料；当BD供纸装置检测到托盘上的卷烟纸或者水松纸用尽时，会将信息通过局域网通讯系统向WMS系统发出空托盘回收请求；
所述的AGV自动运输系统包括AGV小车和调度计算机：AGV小车是一种以电池为动力，装有非接触导航装置的无人驾驶车辆；AGV小车根据作业指令按预先制定的路径自动驶向作业点进行作业，在行驶过程中AGV利用激光头对周围反射板的扫描和计算来导航并修正自身的偏差，从而保证行走和定位的精度；AGV小车与调度计算机通过无线局域网进行联系，AGV小车随时将自身的状态和任务的执行情况上报并显示在图形监控系统上；
所述的辅料高架库上位系统是基于RFID 货位标签的仓储系统，包括多个矩阵形状的货位、用于搬运货物的堆垛机、输送机、叉车、托盘、安装于托盘上的托盘电子标签和用于信息处理的WMS 系统；每一个托盘原辅材料上均有唯一的RFID 识别标签，相应的数据均存储于WMS 系统中；当WMS系统接受到BD供纸装置申请时，会自动寻找相对应的原辅材料并通过堆垛机和输送机运输到辅料出口站台，然后下达指令给AGV自动运输系统，由该系统调度空闲AGV小车执行任务；
该方法按以下的步骤进行工作：
1）BD供纸装置中的辅料托盘到位检测传感器检测到辅料托盘上的水松纸或卷烟纸数量少于1个，BD供纸装置通过局域网通讯系统向WMS系统发送“从BD更换托盘”的请求，涵盖要料机台位置、盘纸类型、盘纸数量相关信息；辅料库上位管理系统及时响应BD供纸装置的请求信息，如果因为连接中断应答丢失，则BD供纸装置在重新连接后用老计数发送旧的命令，或BD供纸装置发送“计数器复位”命令，两侧计数器同步归零；
2）WMS系统确认“从BD回收空托盘”的请求：
①WMS系统与BD供纸装置建立连接后，WMS系统将发送参数“1”至BD供纸装置；WMS系统与BD供纸装置断开连接后，WMS系统将发送参数“0”至BD供纸装置；该参数的变化使BD供纸装置知道与WMS系统的通讯是否正常，发送速率为60 秒；
②计数器对每个新的命令将递增；如果因为连接中断应答丢失，则WMS系统在重新连接后用老计数发送旧的命令，或WMS系统发送“计数器复位”命令，两侧计数器同步归零；
③WMS系统读取数据缓存区中的数据信息；
④WMS系统确认“从BD回收空托盘”的请求；
3）WMS系统下达“空托盘回收”的任务：
①WMS系统上位系统将空托盘回收指令下达给AGV自动运输系统；
②AGV自动运输系统执行“空托盘回收”的任务：
a. AGV自动运输系统通过无线局域网通讯系统自动将任务分配给离作业点最近的空闲状态的AGV小车，由路径规划中段上小车行走时间确定；
b.AGV小车到达BD供纸装置门口，AGV自动运输系统向WMS系统发送AGV小车到位信息；
c.WMS系统向BD供纸装置系统发送开门请求；
d.BD供纸装置接受到信号并判断条件成立，在压力控制阀RV2的控制下，阀Y61或阀Y63将物料门开启；
e.BD供纸装置的接近开关B64或B65识别物料门开启，并向WMS系统发送允许AGV小车进入BD供纸装置的信号；
f.WMS系统向AGV自动运输系统发送允许进入BD供纸装置内部的信号；
g.AGV自动运输系统向该AGV小车发送参数修改指令，“允许进入BD”按钮功能有效；
h.操作人员现场确认BD供纸装置自动物料门开启后，按住“允许进入BD”按钮3秒；
i.AGV小车进入到BD供纸装置内，提升货叉载取空托盘；
j.AGV小车退出到BD供纸装置外，短暂停顿，将空托盘载取完成信息上报至AGV自动运输系统，并驶离；
k.AGV自动运输系统向WMS系统上报空托盘载取完成信息；
l.WMS系统向BD供纸装置系统发送关闭物料门的信号；
m.在压力控制阀RV2的控制下，阀Y62或阀Y64关闭自动物料门，设备正常运行。

[0008] 本发明通过开发WMS与BD数据交互接口、WMS与AGV数据交互接口，并优化上述三个系统之间的信息传递流程，实现了BD与WMS以及WMS与AGV之间的数据信息交互和安全联锁信号传递等功能，实现了机台空托盘回收，实现M8超高速卷烟机的原辅材料自动运送功能，从而提高一线生产运作的效率和准确性，实现卷烟物流运输业务流程的自动化、智能化管理。附图说明

[0009] 图1为空托盘回收任务BD、WMS和AGV通讯关系示意图。

[0010] 图2为实物盘要料任务BD、WMS和AGV通讯关系示意图。

[0011] 图3为BD供纸装置结构示意图。

[0012] 图4为AGV小车结构示意图。

[0013] 相关技术解释：1.卷烟成品：每20支卷烟为一小包，每10小包为一条，每50条为一件，每30件为一托盘。

[0014] 2.辅料木托盘尺寸：1000*1500*150mm。

[0015] 3.M8超高速卷烟机：PROTOS-M8超高速卷烟机是从HAUNI公司引进的世界一流设备，其生产速度最高可达20000支/分，具有高度的自动化。该卷烟机分为5个部位，分别为BD供纸装置、VE供料装置、SE烟条卷制成形装置、MAX滤嘴接装成形装置和VARIOS烟支输送/储存装置。

[0016] 4. BD供纸装置：BD供纸装置是为全自动卸装卷烟原辅材料而设计。BD分为BOB1和BOB2，分别为SE、MAX装置提供卷烟纸和水松纸。BD 的功用是当某个BOB-ME缺少材料时通过一个盘纸托板或中间垛架为其供应新的盘纸，从而保证 BOB-ME 可以无间断地运行。

[0017] 5. AGV自动运输系统：所述的AGV自动运输系统包括AGV小车和调度计算机：AGV小车是一种以电池为动力，装有非接触导航装置的无人驾驶车辆；AGV小车根据作业指令按预先制定的路径自动驶向作业点进行作业，AGV小车在行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，把这些数据报告给AGV自动运输系统。该系统按这些角度计算出运输车的当前位置，按预先设定的程序确定运输车的行驶路线，使得AGV能够准确高效地达到目的机台。在行驶过程中AGV利用激光头对周围反射板的扫描和计算来导航并修正自身的偏差，从而保证行走和定位的精度；AGV小车与调度计算机通过无线局域网进行联系，AGV小车随时将自身的状态和任务的执行情况上报并显示在图形监控系统上。

[0018] 6. 所述的辅料高架库上位系统是基于RFID 货位标签的仓储系统，包括多个矩阵形状的货位、用于搬运货物的堆垛机、输送机、叉车、托盘、安装于托盘上的托盘电子标签和用于信息处理的WMS 系统；每一个托盘原辅材料上均有唯一的RFID 识别标签，相应的数据均存储于WMS 系统中；当WMS系统接受到BD供纸装置申请时，会自动寻找相对应的原辅材料并通过堆垛机和输送机运输到辅料出口站台，然后下达指令给AGV自动运输系统，由该系统调度空闲AGV小车执行任务。

[0019] 辅料库WMS系统由上位管理、调度和电控三大系统组成。

[0020] （1）上位管理系统：上位管理系统是辅料高架库的大脑，它支配着所有下层设备的任务，能依据上层MES、ERP等管理系统的生产调度指令，自动实现企业生产所需物料的入库、出库的自动化等功能。

[0021] （2）调度系统：调度是连接信息管理层和设备控制层的纽带，包括调度后台服务和调度界面程序，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。

[0022] （3）电控系统：电控系统直接控制底层电机设备，由多个电控箱和电控终端计算机组成，主要实现辅料出入库、空托盘组出入库等功能。

[0023] 该系统按以下的方法进行工作：一、BD供纸装置中的辅料托盘到位检测传感器检测到辅料托盘上的水松纸或卷烟纸数量少于1个，BD供纸装置通过局域网通讯系统向WMS系统发送“从BD更换托盘”的请求，涵盖要料机台位置、盘纸类型、盘纸数量相关信息；辅料库上位管理系统及时响应BD供纸装置的请求信息，如果因为连接中断应答丢失，则BD供纸装置在重新连接后用老计数发送旧的命令，或BD供纸装置发送“计数器复位”命令，两侧计数器同步归零。

[0024] 1）WMS系统确认“从BD回收空托盘”的请求：①WMS系统与BD供纸装置建立连接后，WMS系统将发送参数“1”至BD供纸装置。WMS系统与BD供纸装置断开连接后，WMS系统将发送参数“0”至BD供纸装置。该参数的变化使BD供纸装置知道与WMS系统的通讯是否正常，发送速率为60 秒。

[0025] ②计数器对每个新的命令将递增。如果因为连接中断应答丢失，则WMS系统在重新连接后用老计数发送旧的命令，或WMS系统发送“计数器复位”命令，两侧计数器同步归零。

[0026] ③WMS系统读取数据缓存区中的数据信息。

[0027] ④WMS系统确认“从BD回收空托盘”的请求。

[0028] 2）WMS系统下达“空托盘回收”的任务：①WMS系统上位系统将空托盘回收指令下达给AGV自动运输系统。

[0029] ②AGV自动运输系统执行“空托盘回收”的任务：a. AGV自动运输系统通过无线局域网通讯系统自动将任务分配给离作业点最近的空闲状态的AGV小车，由路径规划中段上小车行走时间确定。

[0030] b.AGV小车到达BD供纸装置门口，AGV自动运输系统向WMS系统发送AGV小车到位信息。

[0031] c.WMS系统向BD供纸装置系统发送开门请求。

[0032] d.BD供纸装置接受到信号并判断条件成立，在压力控制阀RV2的控制下，阀Y61或阀Y63将物料门开启。

[0033] e.BD供纸装置的接近开关B64或B65识别物料门开启，并向WMS系统发送允许AGV小车进入BD供纸装置的信号。

[0034] f.WMS系统向AGV自动运输系统发送允许进入BD供纸装置内部的信号。

[0035] g.AGV自动运输系统向该AGV小车发送参数修改指令，“允许进入BD”按钮功能有效。

[0036] h.操作人员现场确认BD供纸装置自动物料门开启后，按住“允许进入BD”按钮3秒。

[0037] i.AGV小车进入到BD供纸装置内，提升货叉载取空托盘。

[0038] j.AGV小车退出到BD供纸装置外，短暂停顿，将空托盘载取完成信息上报至AGV自动运输系统，并驶离。

[0039] k.AGV自动运输系统向WMS系统上报空托盘载取完成信息。

[0040] l.WMS系统向BD供纸装置系统发送关闭物料门的信号。

[0041] m.在压力控制阀RV2的控制下，阀Y62或阀Y64关闭自动物料门，设备正常运行。

[0042] 二、BD供纸装置系统中的辅料托盘到位检测传感器检测不到托盘。BD供纸装置通过局域网通讯系统向WMS系统发送“实物托盘补充”的请求，涵盖要料机台位置、盘纸类型、盘纸数量相关信息。辅料库上位管理系统及时响应BD供纸装置的请求信息，如果因为连接中断应答丢失，则BD供纸装置在重新连接后用老计数发送旧的命令，或BD供纸装置发送“计数器复位”命令，两侧计数器同步归零。

[0043] 1）WMS系统确认“实物托盘补充”的请求：①WMS系统与BD供纸装置建立连接后，WMS系统将发送参数“1”至BD供纸装置。WMS系统与BD供纸装置断开连接后，WMS系统将发送参数“0”至BD供纸装置。该参数的变化可以使BD供纸装置知道与WMS系统的通讯是否正常，发送速率为60 秒。

[0044] ②计数器对每个新的命令将递增。如果因为连接中断应答丢失，则WMS系统可以在重新连接后用老计数发送旧的命令，或WMS系统可以发送“计数器复位”命令，两侧计数器同步归零。

[0045] ③WMS系统读取数据缓存区中的数据信息。

[0046] ④WMS系统确认“实物托盘补充”的请求。

[0047] 2）WMS系统下达“实物托盘补充”的任务：①WMS系统上位系统在辅料高架库中寻找对应的原辅材料实物托盘，将托盘下架任务下达给辅料高架库堆垛机调度系统。

[0048] ②辅料高架库堆垛机调度系统自动将任务分配给离任务作业点最近的空闲堆垛机，由堆③垛机将实物托盘从高架库的库位中取出并运送至输送通道。

[0049] 由输送通道将实物托盘运送至辅料下架站台。

[0050] ④AGV自动运输系统执行“实物托盘补充”的任务a. AGV自动运输系统通过局域网通讯系统自动将任务分配给离任务作业点最近的空闲状态的AGV小车。

[0051] b. AGV小车运行至实物托盘下架站台，调整位置，提升货叉，载取货物，并短暂停顿，将载货完成信息上报AGV自动运输系统。

[0052] c. AGV小车将实物托盘运送至要料机台的BD供纸装置门口，AGV自动运输系统向WMS系统发送AGV到位信息。

[0053] d. WMS系统向BD供纸装置系统发送实物托盘信息，包括辅料类型、辅料数量、辅料代码及开门请求。

[0054] e. BD供纸装置接受到信号并判断条件成立，在压力控制阀RV2的控制下，阀Y61或阀Y63将物料门开启。

[0055] f.BD供纸装置的接近开关B64或B65识别物料门开启，并向WMS系统发送允许AGV进入BD供纸装置的信号。

[0056] g.WMS系统向AGV自动运输系统发送允许进入BD供纸装置内部的信号。

[0057] h.AGV自动运输系统向该AGV小车发送参数修改指令，“允许进入BD供纸装置”按钮功能有效。

[0058] i.操作人员现场确认BD供纸装置自动物料门开启后，按住“允许进入BD供纸装置”按钮3秒。

[0059] j. AGV小车进入到BD供纸装置内，货叉下降、放下实物托盘。

[0060] k. AGV小车退出到BD供纸装置外，短暂停顿，将实物托盘运送完成信息上报至AGV自动运输系统，并驶离。

[0061] l. AGV自动运输系统向WMS系统上报实物托盘运送完成信息。

[0062] m. WMS系统向BD供纸装置系统发送关门信号。

[0063] n. 在压力控制阀RV2的控制下，阀Y62或阀Y64关闭自动物料门，设备正常运行。