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[摘 要]：烟包开包是卷烟企业制丝线生产的第一道工序， 其自动化水平的高低影响着制丝线的整体自动化水平，因此烟包开包系统的改造、升级是制丝线改造的关键环节之一。为满足厦门烟草工业有限责任公司的制丝生产朝着自动化、信息化方向发展的需求，新烟包开包系统设计成全自动作业模式，选用FT531型机器人开包系统，该系统解决了目前人工开包、半自动化开包中劳动强度大、作业环境差，工人直接和烟叶粉尘接触的问题。
[关键词]：自动化；机器人；开包；纸箱
中图分类号：TP242.3
1设备简介
1.1 割带功能块：
本模块包括割带机器人、割带多功能夹具、PV带碎料机及归正顶升输送辊道。割带机器人选用了德国KUKA公司的KR150-2型机器人，用于安装割带多功能夹具。该型的机器人具有6个运动轴，每个轴都可在一定范围内旋转。多功能夹具安装在割带机器人第六关节的法兰盘上（A6轴）， 用于剪除纸箱外的PV带。PV带碎料机用于将机器人剪切下来的PV带碎料成20cm-30cm的带段，便于收集运输。在机器人剪PV带工位安装有烟包归正、顶升装置，用于烟包的归正和顶升。
1.2 开包功能块：
本模块包括开包机器人、多功能夹具、进料穿梭车、烟包翻转机、出料穿梭车及塑料膜割袋机。开包机器人选用了德国KUKA 公司的KR360-2型机器人，用于安装抓纸箱、纸板、牛皮纸、内塑料袋的多功能夹具。该夹具固定在KR360-2型开包机器人第六关节的法兰盘上（A6），用于抓取纸箱、纸板、牛皮纸、内塑料袋。进料穿梭车位于烟包翻转机之前，由穿梭车本体和运输皮带组成。运输皮带由电机驱动，用于输送烟包进、出穿梭车，穿梭车本体由变频电机驱动，用于形成烟包进出、机器人开包及割塑料袋三个工位。翻转机用于将烟包上下翻转，以便机器人取走内箱。出料穿梭车同进料穿梭车功能相似，工位对称。塑料膜割袋机固定有4把割刀，工作时将内塑料袋割成上、下两个部分，便于KR360 机器人抓走。
1.3 纸箱折叠堆垛模块：
在本模块，由KR360-2型开包机器人取下的纸箱被转移到纸箱折叠堆垛机上堆成垛，经由叉车运走。本设备主要由纸箱收集倾倒支架、纸箱压平输送台及纸箱堆垛平台组成。
2控制原理
2.1 割带功能块
割带功能主要由KR150机器人的多功能夹具完成，夾具核心部件是CCD识别系统和割带夹持工具，CCD 识别系统通过图像识别分辨出PV带的位置和数量，然后根据识别的信号进行切割，并将割出的PV带送给碎带机，碎带机。
2.2 开包功能块
开包部分主要由KR360完成，其多功能夹具完成抓纸箱、纸板、牛皮纸及塑料袋的动作，抓纸箱用爪指、短钢钉、和吸盘完成，抓纸板、牛皮纸用钢钉扎取，抓塑料袋用钢抓完成。进、出料穿梭车、翻转机配合机器人完成所需的动作。
2.3 纸箱折叠堆垛模块
纸箱堆叠的主要功能是将纸箱压平，整齐的堆垛到货盘上，方便叉车运输。其控制方式属于逻辑顺序控制。
3.控制结构
FT531型机器人烟包开包系统的控制按照集中管理、分布控制的原则，可划分为设备控制层、集中监控层、信息管理层三个层次。
3.1 设备控制层
设备控制层采用现场总线通讯，主要由主控PLC、分布式I/O 子站、割带机器人、抓箱机器人、变频器、PROFINET 网及PROFIBUS 网组成。设备控制层是整个机器人开包系统的控制基础，主要实现机器人开包的工艺流程、完成对开包设备的控制。设备控制层具体实现手动、自动控制、参数设定、安全保护、报警提示等。
3.2 集中控制层
集中监控层主要由现场操作站（主控柜上的Panel PC）、中控室的监控服务器、监控客户机，以及工业以太网、网络部件、监控组态软件、网络通讯软件等组成。该层主要实现对生产线的组合操作、状态实时监控、生产数据采集、工艺参数设定、报警显示和记录等功能，并提供实时工艺数据的各种棒图、趋势图。
3.3 信息管理层
信息管理层主要由数据库服务器、车间和各职能部门的客户机组成，信息管理层的设备通过以太网交换信息。信息管理层主要功能为：开包作业的生成和下发，生产管理数据的查询，生产数据的存储以及统计和报表的生成。信息管理层有直观、清晰、友好的操作界面，操作简单、可靠，能为管理者提供全面、准确的消息，同时预留与厂级信息管理系统的接口。
4网络结构
FT531型烟包开包系统的网络结构如图1所示，其中主控PLC、分布式I/O 子站、现场操作站、编程计算机接入PROFINET 网，机器人、变频器等不能接入PROFINET 网的，接入PROFIBUS网。
5系统配置
5.1 PLC
系统配备一台主控PLC，主控PLC选择西门子公司的S7-400 系列可编程控制器。S7-400 PLC 采用模块化设计，可按需要选配、组合。
5.2 PROFINET
PROFINET现场总线是本机器人开包系统的控制核心，其采用ET200S远程I/O站，子站的PROFINET总线接口模板选用IM151-3 PN（双网口）。
PROFINET分布式I/O子站配备的原则是：一台开包单机设备，配备一个分布式I/O子站。整条机器人开包生产线包含6个分布式I/O子站，分别是辊道输送机子站、PV带碎料机子站、进料车及割袋机子站、烟包翻转机子站、出料车及皮带机子站及纸箱堆垛机子站。
5.3 PROFIBUS
PROFIBUS 现场总线是PROFINET 现场总线的补充，用于连接暂不具备PROFINET 接口的设备，PROFIBUS 采用CPU 上自带的DP 接口。机器人开包生产线只有KUKA机器人采用PROFIBUS站点。机器人使用柔性PROFIBUS电缆，选型为西门子公司的6XV1830-0PH10。
5.4 变频器
本机器人开包系统均适用丹佛斯FC302系列变频器。
5.5 监控组态软件
现场操作站选用GE 公司的IFIX（5.0）作为组态软件，在IFIX（5.0）组态设计中，利用Solidworks 制作开包设备的三维立体图，用于监控画面。
6应用体会
FT531型机器人开包系统在厦烟金桥制丝线应用过程中，运行稳定，操作简便，充分保障了车间生产运行。并且由于该开包系统集成度和自动化程度高，在运行中仅需很少人员负责，节省了公司人力成本，在一定程度上增加了企业的产品竞争力。
[关键词]：自动化；机器人；开包；纸箱
中图分类号：TP242.3
1设备简介
1.1 割带功能块：
本模块包括割带机器人、割带多功能夹具、PV带碎料机及归正顶升输送辊道。割带机器人选用了德国KUKA公司的KR150-2型机器人，用于安装割带多功能夹具。该型的机器人具有6个运动轴，每个轴都可在一定范围内旋转。多功能夹具安装在割带机器人第六关节的法兰盘上（A6轴）， 用于剪除纸箱外的PV带。PV带碎料机用于将机器人剪切下来的PV带碎料成20cm-30cm的带段，便于收集运输。在机器人剪PV带工位安装有烟包归正、顶升装置，用于烟包的归正和顶升。
1.2 开包功能块：
本模块包括开包机器人、多功能夹具、进料穿梭车、烟包翻转机、出料穿梭车及塑料膜割袋机。开包机器人选用了德国KUKA 公司的KR360-2型机器人，用于安装抓纸箱、纸板、牛皮纸、内塑料袋的多功能夹具。该夹具固定在KR360-2型开包机器人第六关节的法兰盘上（A6），用于抓取纸箱、纸板、牛皮纸、内塑料袋。进料穿梭车位于烟包翻转机之前，由穿梭车本体和运输皮带组成。运输皮带由电机驱动，用于输送烟包进、出穿梭车，穿梭车本体由变频电机驱动，用于形成烟包进出、机器人开包及割塑料袋三个工位。翻转机用于将烟包上下翻转，以便机器人取走内箱。出料穿梭车同进料穿梭车功能相似，工位对称。塑料膜割袋机固定有4把割刀，工作时将内塑料袋割成上、下两个部分，便于KR360 机器人抓走。
1.3 纸箱折叠堆垛模块：
在本模块，由KR360-2型开包机器人取下的纸箱被转移到纸箱折叠堆垛机上堆成垛，经由叉车运走。本设备主要由纸箱收集倾倒支架、纸箱压平输送台及纸箱堆垛平台组成。
2控制原理
2.1 割带功能块
割带功能主要由KR150机器人的多功能夹具完成，夾具核心部件是CCD识别系统和割带夹持工具，CCD 识别系统通过图像识别分辨出PV带的位置和数量，然后根据识别的信号进行切割，并将割出的PV带送给碎带机，碎带机。
2.2 开包功能块
开包部分主要由KR360完成，其多功能夹具完成抓纸箱、纸板、牛皮纸及塑料袋的动作，抓纸箱用爪指、短钢钉、和吸盘完成，抓纸板、牛皮纸用钢钉扎取，抓塑料袋用钢抓完成。进、出料穿梭车、翻转机配合机器人完成所需的动作。
2.3 纸箱折叠堆垛模块
纸箱堆叠的主要功能是将纸箱压平，整齐的堆垛到货盘上，方便叉车运输。其控制方式属于逻辑顺序控制。
3.控制结构
FT531型机器人烟包开包系统的控制按照集中管理、分布控制的原则，可划分为设备控制层、集中监控层、信息管理层三个层次。
3.1 设备控制层
设备控制层采用现场总线通讯，主要由主控PLC、分布式I/O 子站、割带机器人、抓箱机器人、变频器、PROFINET 网及PROFIBUS 网组成。设备控制层是整个机器人开包系统的控制基础，主要实现机器人开包的工艺流程、完成对开包设备的控制。设备控制层具体实现手动、自动控制、参数设定、安全保护、报警提示等。
3.2 集中控制层
集中监控层主要由现场操作站（主控柜上的Panel PC）、中控室的监控服务器、监控客户机，以及工业以太网、网络部件、监控组态软件、网络通讯软件等组成。该层主要实现对生产线的组合操作、状态实时监控、生产数据采集、工艺参数设定、报警显示和记录等功能，并提供实时工艺数据的各种棒图、趋势图。
3.3 信息管理层
信息管理层主要由数据库服务器、车间和各职能部门的客户机组成，信息管理层的设备通过以太网交换信息。信息管理层主要功能为：开包作业的生成和下发，生产管理数据的查询，生产数据的存储以及统计和报表的生成。信息管理层有直观、清晰、友好的操作界面，操作简单、可靠，能为管理者提供全面、准确的消息，同时预留与厂级信息管理系统的接口。
4网络结构
FT531型烟包开包系统的网络结构如图1所示，其中主控PLC、分布式I/O 子站、现场操作站、编程计算机接入PROFINET 网，机器人、变频器等不能接入PROFINET 网的，接入PROFIBUS网。
5系统配置
5.1 PLC
系统配备一台主控PLC，主控PLC选择西门子公司的S7-400 系列可编程控制器。S7-400 PLC 采用模块化设计，可按需要选配、组合。
5.2 PROFINET
PROFINET现场总线是本机器人开包系统的控制核心，其采用ET200S远程I/O站，子站的PROFINET总线接口模板选用IM151-3 PN（双网口）。
PROFINET分布式I/O子站配备的原则是：一台开包单机设备，配备一个分布式I/O子站。整条机器人开包生产线包含6个分布式I/O子站，分别是辊道输送机子站、PV带碎料机子站、进料车及割袋机子站、烟包翻转机子站、出料车及皮带机子站及纸箱堆垛机子站。
5.3 PROFIBUS
PROFIBUS 现场总线是PROFINET 现场总线的补充，用于连接暂不具备PROFINET 接口的设备，PROFIBUS 采用CPU 上自带的DP 接口。机器人开包生产线只有KUKA机器人采用PROFIBUS站点。机器人使用柔性PROFIBUS电缆，选型为西门子公司的6XV1830-0PH10。
5.4 变频器
本机器人开包系统均适用丹佛斯FC302系列变频器。
5.5 监控组态软件
现场操作站选用GE 公司的IFIX（5.0）作为组态软件，在IFIX（5.0）组态设计中，利用Solidworks 制作开包设备的三维立体图，用于监控画面。
6应用体会
FT531型机器人开包系统在厦烟金桥制丝线应用过程中，运行稳定，操作简便，充分保障了车间生产运行。并且由于该开包系统集成度和自动化程度高，在运行中仅需很少人员负责，节省了公司人力成本，在一定程度上增加了企业的产品竞争力。