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郭愛(ài)琴

1  概述
郵局懸掛分揀機(jī)分揀系統(tǒng)是為提高郵局各郵包種類的分揀效率，以適應(yīng)包裹分揀、儲(chǔ)存及發(fā)運(yùn)的各項(xiàng)要求而設(shè)計(jì)制造的。本系統(tǒng)以目前國(guó)際較先進(jìn)的工業(yè)用PLC為核心，以監(jiān)控計(jì)算機(jī)為人機(jī)界面，具有結(jié)構(gòu)緊湊、故障率低、修改靈活方便、維修簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)，整機(jī)效率高等特點(diǎn)，可大大降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高分揀的正確率，并具有強(qiáng)大的人機(jī)對(duì)話功能，便于操作人員使用。
2  工作原理和總體設(shè)計(jì)

 
圖1  分揀機(jī)主要工作流程圖

懸掛分揀機(jī)系統(tǒng)主要由10條儲(chǔ)存軌，10條開(kāi)拆軌，1個(gè)掛袋點(diǎn)，1個(gè)空鉗螺旋滑桿等部分組成，完成實(shí)時(shí)控制（郵袋儲(chǔ)存、開(kāi)拆控制）、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)控、報(bào)警、信息處理等功能。工作流程如圖1所示。
包裹、平刷、掛刷、平信、掛信等五種不同種類的郵袋由掛袋點(diǎn)入主鏈，根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的軌道類別，分別進(jìn)入各儲(chǔ)存軌，并根據(jù)開(kāi)拆軌的類別設(shè)置、數(shù)量等情況，向各開(kāi)拆軌自動(dòng)供袋，郵袋到開(kāi)拆臺(tái)由人工分揀后，空鉗回收入空鉗滑軌，以供重復(fù)使用。
3  硬件實(shí)現(xiàn)
根據(jù)系統(tǒng)的需求，選擇PLC控制主機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出裝置（鍵盤）設(shè)置掛袋信息，上位管理機(jī)（工控機(jī)）實(shí)施管理和監(jiān)控。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

 
圖2  分揀機(jī)控制系統(tǒng)框圖

PLC選用日本三菱公司的A2ASCPU，它是當(dāng)今世界上較先進(jìn)的微型模塊式可編程控制器之一。由于使用了三菱的專用順控芯片Mitsubishi Sequence Processor(MSP)，它可以提供能媲美大型昂貴PLC的速度和功能。其程序容量為14kB，I/O點(diǎn)數(shù)為512，內(nèi)存容量為64kB。
郵袋的探測(cè)采用無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。PLC內(nèi)的主要功能模塊有PLC輸出模塊(1個(gè)A1SY40和7個(gè)A1SY10)及PLC輸入模塊(1個(gè)A1SX40和6個(gè)A1SX41)。通過(guò)206個(gè)輸入端點(diǎn)和134個(gè)輸出端點(diǎn)為掛袋點(diǎn)掛袋檢測(cè)及供鉗、儲(chǔ)存軌進(jìn)出軌的檢測(cè)及控制、開(kāi)拆軌進(jìn)出軌的檢測(cè)及控制、空鉗滿軌檢測(cè)及控制等提供控制信號(hào)。
(1)  掛袋點(diǎn)掛袋及供鉗
①  在掛袋點(diǎn)有一三位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)把手在現(xiàn)地上袋位置時(shí)，按包裹/平刷/掛刷/平信/掛信上袋按鈕，如果此種類上袋還有未滿軌的，則相應(yīng)的上袋燈亮，如果滿軌，則相應(yīng)的上袋燈閃爍，不進(jìn)行此種類上袋工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)把手在條碼上袋位置時(shí)，刷條碼后，工作原理同現(xiàn)地上袋。此外，必須等此郵袋入軌道后，才能刷另外郵袋條碼進(jìn)行上袋工作。
②  進(jìn)行上袋時(shí)（上位機(jī)決定），上袋點(diǎn)所有郵袋分別進(jìn)入各自儲(chǔ)存軌，當(dāng)儲(chǔ)存軌滿軌時(shí)，不進(jìn)行上袋工作。
③  當(dāng)放袋停放器前面的檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)，停放器動(dòng)作將郵袋放出，并在2秒鐘內(nèi)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，若檢測(cè)到信號(hào)則認(rèn)為郵袋已放出。若無(wú)信號(hào)，則停放器繼續(xù)動(dòng)作，若動(dòng)作五次仍未放出，則不再動(dòng)作。
④  掛袋停放器放出郵袋后，供空鉗停放器動(dòng)作，放出一把空鉗，供操作人員使用。
(2)  儲(chǔ)存軌進(jìn)出軌的檢測(cè)及控制
―  進(jìn)軌
①  儲(chǔ)存軌郵袋的進(jìn)軌采用無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)郵袋夾鉗通過(guò)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作；同時(shí)PLC對(duì)該軌計(jì)數(shù)，其相應(yīng)軌的郵袋計(jì)數(shù)值加1。
②  當(dāng)操作人員正在進(jìn)行上袋的時(shí)候，郵袋將從前面的軌道開(kāi)始進(jìn)軌直到該軌滿軌，再進(jìn)入下一軌道直到所有儲(chǔ)存軌滿軌（如果掛袋點(diǎn)一直上袋），滿軌后停止上郵袋。
③  當(dāng)郵袋進(jìn)入儲(chǔ)存軌被第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，但是在6秒內(nèi)沒(méi)有被第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，則認(rèn)為此儲(chǔ)存軌滿軌。或者當(dāng)郵袋進(jìn)入儲(chǔ)存軌的計(jì)數(shù)值大于此儲(chǔ)存軌滿軌設(shè)定的滿軌值，則認(rèn)為儲(chǔ)存軌滿軌。儲(chǔ)存軌滿軌時(shí)郵袋不能進(jìn)軌。
―  出軌
①  在開(kāi)拆收容軌的開(kāi)拆臺(tái)設(shè)置有一三位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)把手不在中間空位置時(shí)，如果開(kāi)拆軌還有未滿軌的，則相應(yīng)儲(chǔ)存軌從前面有郵袋的軌開(kāi)始出袋，當(dāng)軌中的郵袋出完，轉(zhuǎn)到下一儲(chǔ)存軌出袋，直到所有儲(chǔ)存軌郵袋出完。當(dāng)開(kāi)關(guān)把手在中間空位置時(shí)，不進(jìn)行出袋工作。
②  在上位機(jī)設(shè)置一儲(chǔ)存收容軌出袋開(kāi)關(guān)，按下此開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)存收容軌所有郵袋將進(jìn)入包裹開(kāi)拆軌或開(kāi)拆收容軌。
(3)  開(kāi)拆軌進(jìn)出軌的檢測(cè)及控制
―  進(jìn)軌
①  開(kāi)拆軌郵袋的進(jìn)軌采用無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)郵袋夾鉗通過(guò)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作；同時(shí)PLC對(duì)該軌計(jì)數(shù)，其相應(yīng)軌的郵袋計(jì)數(shù)值加1。
②  當(dāng)郵袋進(jìn)入開(kāi)拆軌被第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，但在6秒內(nèi)沒(méi)有被第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，則認(rèn)為此開(kāi)拆軌滿軌。當(dāng)郵袋進(jìn)入開(kāi)拆軌的計(jì)數(shù)值大于此開(kāi)拆軌滿軌設(shè)定的滿軌值，則認(rèn)為此開(kāi)拆軌滿軌。開(kāi)拆軌滿軌時(shí)郵袋不能進(jìn)軌。
③  當(dāng)開(kāi)拆軌滿軌時(shí)開(kāi)拆臺(tái)工作，只有當(dāng)開(kāi)拆軌郵袋數(shù)比滿軌值少5袋，才向此開(kāi)拆軌補(bǔ)袋直到滿軌。
―  出軌
①  開(kāi)拆臺(tái)上分別設(shè)有1個(gè)自動(dòng)/手動(dòng)把手、1個(gè)要袋按鈕、1個(gè)升降機(jī)上按鈕、1個(gè)升降機(jī)下按鈕。
②  當(dāng)把手在自動(dòng)位置，按升降機(jī)下按鈕，升降機(jī)下降直到夾鉗到滑槽。按升降機(jī)上按鈕，升降機(jī)自動(dòng)上升直到上限位，同時(shí)開(kāi)拆準(zhǔn)備停放器放一郵袋供開(kāi)拆。但注意開(kāi)拆臺(tái)只能有一個(gè)郵袋供開(kāi)拆。
③  當(dāng)把手在手動(dòng)位置時(shí)，與升降機(jī)上下按鈕、要袋按鈕相配合完成與自動(dòng)方式相同的動(dòng)作。但注意：開(kāi)拆臺(tái)只能有一個(gè)郵袋供開(kāi)拆。一般應(yīng)以自動(dòng)方式工作。
④  升降機(jī)上升到上限位后，有一個(gè)空鉗停放器出軌。在自動(dòng)方式，按要袋按鈕則空鉗停放器動(dòng)作一次。
(4)  收容軌和空鉗滿軌
當(dāng)儲(chǔ)存/開(kāi)拆收容軌的郵袋多于滿軌限值，或者郵袋進(jìn)入收容軌被第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，但是在6秒內(nèi)沒(méi)有被第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，則懸掛機(jī)驅(qū)動(dòng)停機(jī)，此時(shí)可以再啟動(dòng)懸掛機(jī)，但是必須立即在上位機(jī)將儲(chǔ)存收容軌的郵袋放到開(kāi)拆軌，或者將開(kāi)拆軌收容軌的郵袋開(kāi)拆。
當(dāng)空鉗檢測(cè)的郵袋多于滿軌限值，或者郵袋進(jìn)入空鉗檢測(cè)被第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，但是在6秒內(nèi)沒(méi)有被第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，則懸掛機(jī)驅(qū)動(dòng)停機(jī)，在恢復(fù)空鉗滿軌到正常前，不能啟動(dòng)懸掛機(jī)。
在系統(tǒng)的主電機(jī)上裝有一齒盤，提供電機(jī)運(yùn)行的同步脈沖信號(hào)，PLC將此同步脈沖信號(hào)作為控制整個(gè)電控系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，以確定各軌道的停放器、道岔的動(dòng)作，使郵袋根據(jù)要求進(jìn)入各軌道。
4  軟件實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)選用研華工控機(jī)，操作系統(tǒng)選用穩(wěn)定性較強(qiáng)的Windows NT Workstation 4.0，開(kāi)發(fā)軟件選用Wonderware公司的InTouch 7.0。該軟件是國(guó)際領(lǐng)先的HMI設(shè)計(jì)軟件，可提供控制和信息資源的單一集成視圖。InTouch允許工程師、監(jiān)管人員和操作員通過(guò)他們生產(chǎn)過(guò)程的圖形表象來(lái)瀏覽并與所有操作相互作用。對(duì)Windows NT 4.0和 Windows 95的版本7.0，包含一組更新的功能，特別是遠(yuǎn)程標(biāo)記引用Active X支持、分布式報(bào)警處理等。此外，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境允許系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)并使用大規(guī)?；赑C的網(wǎng)絡(luò)。另外，還提供PLC通信程序(I/O Server)，通過(guò)串口(RS232)與PLC通信，HMI與I/O Server之間通過(guò)DDE的方式取得數(shù)據(jù)，通過(guò)ODBC方便與郵局中心信息處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，各軟件之間的邏輯關(guān)系如圖3所示。

 
圖3  分揀機(jī)各軟件之間的關(guān)系框圖

 
圖4  分揀機(jī)HMI各功能模塊框圖

HMI的各功能模塊框圖如圖4所示。
 (1)  主監(jiān)控界面 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)各主要功能部件的狀態(tài)和數(shù)值，例如：PLC、懸掛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、儲(chǔ)存區(qū)和開(kāi)拆區(qū)各軌道的進(jìn)軌道岔、出軌的機(jī)械手的狀態(tài)，當(dāng)前的軌道類別、郵袋的數(shù)量，升降機(jī)的狀態(tài)，氣壓指示，釋袋器的狀態(tài)等。并提供修改各軌道郵袋數(shù)量的功能。
(2)  報(bào)警界面 記錄各設(shè)備發(fā)生故障的時(shí)間、類別，各設(shè)備故障恢復(fù)的時(shí)間、類別等信息。
(3)  裝置自檢界面 用于點(diǎn)動(dòng)自檢、測(cè)試各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作情況。
(4)  參數(shù)設(shè)置界面 設(shè)置各軌道的滿軌限值、儲(chǔ)存軌的類別，是否封軌等。
(5)  數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)界面 實(shí)時(shí)顯示各軌道的郵袋數(shù)，以及包裹、平刷、掛刷、平信、掛信的分類統(tǒng)計(jì)數(shù)，總郵袋數(shù)等每日的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并輸出數(shù)據(jù)報(bào)表。
5  結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)控制主體PLC無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間：≥30萬(wàn)小時(shí)，動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間：≤50ms，整機(jī)連續(xù)工作時(shí)間：≥8小時(shí)，分揀控制綜合差錯(cuò)率：＜3/10000，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。