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吉林正大冷链系统建设

作者:吴诗云 陈传军 马亮 来源:北京机械工业自动化研究所 2017-11-13 11:30:11

摘要:吉林正大自动化冷链物流系统的顺利建成并正式投入使用,实现了冷链物流产品车间到仓储全过程自动化和智能化。减少了人员,提高了效率,节约了土地资源,受到国内食品加工屠宰企业、以及熟食加工的冷链物品企业的一致赞扬。

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  最近几年,随着国内肉食品加工和速冻食品的市场需求不断扩大,正大集团旗下正大食品对食品冷链物流的需求不断增加。

  2017年初,由北京机械工业自动化研究所(以下简称“北自所”)承建的正大食品多个自动化冷库以及冷链物流系统在吉林、湛江、南通、徐州、襄阳等地陆续投入使用。其中,吉林正大食品有限公司(以下简称“吉林正大”)的冷链物流系统建设投资规模大,覆盖范围广,最具典型性。

  一、项目概况

  吉林正大食品有限公司位于吉林省榆树市环城工业区,是由泰国正大(中国)农牧有限公司投资兴建的集肉食品加工、畜牧业、饲料工业为一体的农牧工商一体化、产销供“一套龙”大型现代农牧食品企业。每年可加工肉鸡1亿只,总投资15亿元,年产值可达40亿元。

  根据吉林正大的生食/熟食不能混存、生食/熟食分车间进行加工的要求以及年宰一亿鸡的加工能力,整个系统由自动化生食品冷库、熟食品冷库、Miniload不锈钢料箱暂存库、5个平库、托盘及环形穿梭输送、熟食品不锈钢料箱输送、计算机管理控制、网络通讯等多个子系统组成。冷库系统占地面积5118㎡,生食冷库5巷道8层货架,熟食冷库2巷道8层货架,单元货格承载1100kg。

吉林正大冷链系统建设

自动化冷库及环形穿梭系统布局

  系统涉及的高层货架、堆垛机及货叉双深位结构和材质选型计算、加工制造工艺研发;环形穿梭输送系统及电气设备的低温选型、节能供电;不锈钢料箱货架和堆垛机的首次研发、制造和控制;计算机管理系统的可靠性;不同温度环境过渡切换的保温;产品入库追溯、保质期跟踪管理等一系列关键技术,在吉林正大都得到了很好的应用,保证了系统和设备在低温环境下安全稳定可靠运行。大大节约了土地资源和人力资源成本,提高了正大企业仓储自动化作业的高效能力。

  二、自动化冷库及环形穿梭输送系统

  吉林正大的屠宰及食品加工厂自动化立体冷库系统由2套独立的双深位、横梁组合式高层立体货架构成生食品库区和熟食品库区,形成两个独立、分别存放生食和熟食冻品的冷库,生食品库存储空间6.34万立方,熟食品库2.5万立方。

吉林正大冷链系统建设

冷库内部货架空载

  两个冷库区在建筑结构上的特点是:连体钢构、各自独立。整个建筑位于主体工艺车间中部南侧。自动化立体冷库每个库区都由高层货架和关键设备堆垛机、输送系统组成。

吉林正大冷链系统建设

冷库内部货架装载

  冷库高层货架高度19300mm。其中生食品库存储货位10278个,熟食品库存储货位3632个。每一个托盘货位可存储1.1吨,存储容量约15000吨,设备用电装机容量为350KW;

  关键设备双深位堆垛机生食品库区有5台,熟食品库区有2台。实现库存产品全自动搬运存储功能;

  生/熟食品入库系统流程:生食产品经过自动包装、机器人码垛、托盘码垛并薄膜缠绕,然后通过RGV穿梭车与自动化冷库入库输送机自动对接,穿越防火分区和过渡间实现自动入库。同时,托盘与产品绑定的信息通过以太网传输到中央控制室服务器,WMS根据接收的托盘信息通过WCS自动分配下达巷道堆垛机执行入库作业,堆垛机作业时通过条码阅读器采集的信息进行校验,作业完成后系统记账,做到账物相符。

  生/熟食品出库系统流程:根据用户订单,通过WMS/WCS系统给堆垛机下发出库作业,堆垛机将货架上的托盘搬运到出库输送机上,然后穿越过渡间和两道冷库保温门与多台环形穿梭车自动对接输送,再通过环形穿梭调度系统调度就近的穿梭车搬运到出库站台,对应的发货站台,出库站台配置LED看板信息,提示装车信息。多台环形穿梭车之间采用漏波通讯,系统运行可靠。

吉林正大冷链系统建设

环形穿梭系统设备

  生/熟食品托盘入库系统流程:人工将需要入库的空托盘通过叉车叠成一摞送至出库端空托盘入库口,经过尺寸检测,系统根据生/熟食冷库空托盘的需要和存储空间的允许,由环形穿梭系统将托盘搬至空托盘入库口;WMS系统根据输送缓冲线存放的最大存储托盘数进行实时计算,动态补充,始终确保包装车间机器人码垛需要的托盘供给。

  生/熟食品托盘拣选系统流程:需要拣选的托盘根据WMS下发到库端LED的拣选信息通过环形穿梭车自动出库到拣选出库站台,根据提示的拣选信息人工拣选,拣选完成后剩余物品自动记账回库。

  两个库区为了确保自动化冷库的低温环境,系统配置了26套冷冻门,其中生食品库区16套,熟食品库区10套。根据不同的过渡间结构,配置不同结构的平移门和提升门。从而实现不同环境温度的切换、确保自动化冷库制冷系统有效节能。

  自动化冷库及环形穿梭系统所有设备及状态检测都可以WCS画面进行实时查看、远程操作和故障诊断。

吉林正大冷链系统建设

自动化冷库及环形穿梭系统WCS画面

  三、miniload不锈钢熟食暂存库及料箱输送系统

  吉林正大食品熟食加工车间根据工艺要求,先将待加工的产品暂存在料箱库,然后根据熟食车间各条生产线的加工需要,从料箱库里调出对应的加工产品通过料箱输送系统进行按需投放,投放后的空料箱再返回前道生产车间或回库暂存。

吉林正大冷链系统建设

Miniload料箱不锈钢货架/堆垛机

  全套所有设备包括货架、堆垛机、输送系统等辅助装置全部采用不锈钢材料制造。高速堆垛机采用全伺服、不锈钢、双工位、同步带、双驱动的结构模式,水平运行速度每分钟可达240米,提升机货叉可达60米。其中不锈钢高速堆垛机、不锈钢货架在国内企业都是首次研发制造。5096个料箱存储货位,1套双层料箱输送线,7个投料口15台提升机,可用水冲洗。

吉林正大冷链系统建设

不锈钢货架巷道

吉林正大冷链系统建设

Miniload暂存库及料箱输送投料布局

  料箱入库流程:料箱上自带RFID芯片信息,前道生产车间过来的料箱穿越防火保温门进入料箱库,进行输送、拉距、读取RFID信息、称重后,自动上传WMS管理系统,WMS通过WCS下达作业分配,料箱自动进入相应的巷道入库口,高速堆垛机自动叉取料箱入库。出库时根据熟食加工线的订单信息,WMS自动下达出库作业命令,库内料箱穿越防火保温门后再输送到熟食车间的多个投料生产线。料箱输送线设有两层,上层对应生产线的投料口,下层为料箱返回输送,每一个投料口设有两台提升机,每一个料箱进入投料口之前需要进行RFID芯片信息校验,确保食品加工投料正确无误。投料方式为自动夹箱翻转投料,投料结束后返回。

  料箱出库流程:WMS根据需求建单下发作出作业,出库的料箱到达每一个投料口之前再经过RFID读取校验,确认无误,分配到对应的投料口,通过料箱投料的翻转机关将料箱内待加工的鸡肉半成品投到熟食投料斗内进行后续的熟食加工。

  Miniload暂存库及料箱输送系统与生熟食自动化冷库共用一套服务器。三个库区的关键设备通过库内安装的大功率无线基站与输送系统、环形穿梭系统、WMS/WCS系统构建了局域网络,局域网络覆盖了自动化冷库和Miniload料箱库系统、包装码垛系统等所有库内外设备。同时也实现与企业ERP或上级信息管理系统无缝对接。

吉林正大冷链系统建设

库端料箱输送系统

库外料箱输送系统

  四、项目的难点和亮点

  首次攻关设计将低温暂存库和料箱输送系统应用到正大食品熟食加工车间内部。实现来料自动暂存、出库自动投料、输送熟食加工等作业环节。货架和堆垛机采用不锈钢、全伺服、高速(240米/分钟)、可冲洗,RFID信息采集、满足用户特殊要求是目前国内首例,推广应用前景可期。

吉林正大冷链系统建设

熟食车间料箱输送系统

吉林正大冷链系统建设

熟食车间投料系统

  首次将环形穿梭系统引入自动化冷库出库系统。通过多辆穿梭车采取漏波通讯方式从而实现不同库区存储的生食和熟食食品同时出库的配送发货需求和拣选、空托盘收集回库的功能。

  采用最新的冷库设计理念、大容量库体,全自动堆垛搬运,自动输送,无人员进出操作、计算机系统自动管理和监控冷库的帐物及设备运行情况。

  采用双深位、悬臂货架一体化结构,有限的仓库面积实现存储容量最大化,货位增倍设备减半;在实现运营所需库容量的前提下极大节约了土地使用。

  不同环境温度的切换通过设置在库端输送机上方的冷冻门进行有效连锁控制,确保库内制冷有效节能;

  入出库信息、发货装车去向、设备故障报警均可通过设置在立体冷库两端的LED看板装显示,一目了然;

  关键设备堆垛机驱动、货叉、认址、供电等装置均从国外进口,货叉采用旋转编码器伺服控制;水平行走和垂直提升采用BPS激光条码带识别微距,控制精度准,定位精度高;系统运行可靠,维护简单。

  难点在于冷链仓储物流实施涉及多专业多环节,事前规避显得特别重要,需要足够的设计能力和施工经验的积累。

  五、项目最终效果

  吉林正大自动化冷链物流系统的顺利建成并正式投入使用,实现了冷链物流产品车间到仓储全过程自动化和智能化。计算机管理系统覆盖自动化冷库所有管理(WMS)功能、现场所有设备实时调度监控(WCS)、并与上级ERP系统实现无缝对接;系统实现了仓储管理、熟食加工过程信息化、先进先出原则化、账目管理无纸化,数据传输网络化,设备监控远程化,减少了人员,提高了效率,节约了土地资源,方便屠宰企业调节市场,暂存食品的存储能力,提高冷链食品物流周转装车速度,受到国内食品加工屠宰企业、以及熟食加工的冷链物品企业的一致赞扬。

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