郭愛(ài)琴

1  概述
郵局懸掛分揀機分揀系統是為提高郵局各郵包種類(lèi)的分揀效率，以適應包裹分揀、儲存及發(fā)運的各項要求而設計制造的。本系統以目前國際較先進(jìn)的工業(yè)用PLC為核心，以監控計算機為人機界面，具有結構緊湊、故障率低、修改靈活方便、維修簡(jiǎn)單、抗干擾能力強，整機效率高等特點(diǎn)，可大大降低操作人員的勞動(dòng)強度，提高分揀的正確率，并具有強大的人機對話(huà)功能，便于操作人員使用。
2  工作原理和總體設計

 
圖1  分揀機主要工作流程圖

懸掛分揀機系統主要由10條儲存軌，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（郵袋儲存、開(kāi)拆控制）、數據采集、運行監控、報警、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(lèi)的郵袋由掛袋點(diǎn)入主鏈，根據上位機設置的軌道類(lèi)別，分別進(jìn)入各儲存軌，并根據開(kāi)拆軌的類(lèi)別設置、數量等情況，向各開(kāi)拆軌自動(dòng)供袋，郵袋到開(kāi)拆臺由人工分揀后，空鉗回收入空鉗滑軌，以供重復使用。
3  硬件實(shí)現
根據系統的需求，選擇PLC控制主機，現場(chǎng)輸入輸出裝置（鍵盤(pán)）設置掛袋信息，上位管理機（工控機）實(shí)施管理和監控。系統總體結構如圖2所示。

 
圖2  分揀機控制系統框圖

PLC選用日本三菱公司的A2ASCPU，它是當今世界上較先進(jìn)的微型模塊式可編程控制器之一。由于使用了三菱的專(zhuān)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)數為512，內存容量為64kB。
郵袋的探測采用無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測。PLC內的主要功能模塊有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)掛袋檢測及供鉗、儲存軌進(jìn)出軌的檢測及控制、開(kāi)拆軌進(jìn)出軌的檢測及控制、空鉗滿(mǎn)軌檢測及控制等提供控制信號。
(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)，當開(kāi)關(guān)把手在現地上袋位置時(shí)，按包裹/平刷/掛刷/平信/掛信上袋按鈕，如果此種類(lèi)上袋還有未滿(mǎn)軌的，則相應的上袋燈亮，如果滿(mǎn)軌，則相應的上袋燈閃爍，不進(jìn)行此種類(lèi)上袋工作。當開(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)（上位機決定），上袋點(diǎn)所有郵袋分別進(jìn)入各自?xún)Υ孳?，當儲存軌滿(mǎn)軌時(shí)，不進(jìn)行上袋工作。
③  當放袋停放器前面的檢測開(kāi)關(guān)檢測到信號，停放器動(dòng)作將郵袋放出，并在2秒鐘內檢測開(kāi)關(guān)，若檢測到信號則認為郵袋已放出。若無(wú)信號，則停放器繼續動(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)  儲存軌進(jìn)出軌的檢測及控制
―  進(jìn)軌
①  儲存軌郵袋的進(jìn)軌采用無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測，當郵袋夾鉗通過(guò)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作；同時(shí)PLC對該軌計數，其相應軌的郵袋計數值加1。
②  當操作人員正在進(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(mǎn)軌，再進(jìn)入下一軌道直到所有儲存軌滿(mǎn)軌（如果掛袋點(diǎn)一直上袋），滿(mǎn)軌后停止上郵袋。
③  當郵袋進(jìn)入儲存軌被第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測到，但是在6秒內沒(méi)有被第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測到，則認為此儲存軌滿(mǎn)軌?；蛘弋斷]袋進(jìn)入儲存軌的計數值大于此儲存軌滿(mǎn)軌設定的滿(mǎn)軌值，則認為儲存軌滿(mǎn)軌。儲存軌滿(mǎn)軌時(shí)郵袋不能進(jìn)軌。
―  出軌
①  在開(kāi)拆收容軌的開(kāi)拆臺設置有一三位置開(kāi)關(guān)，當開(kāi)關(guān)把手不在中間空位置時(shí)，如果開(kāi)拆軌還有未滿(mǎn)軌的，則相應儲存軌從前面有郵袋的軌開(kāi)始出袋，當軌中的郵袋出完，轉到下一儲存軌出袋，直到所有儲存軌郵袋出完。當開(kāi)關(guān)把手在中間空位置時(shí)，不進(jìn)行出袋工作。
②  在上位機設置一儲存收容軌出袋開(kāi)關(guān)，按下此開(kāi)關(guān)，儲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，當郵袋夾鉗通過(guò)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作；同時(shí)PLC對該軌計數，其相應軌的郵袋計數值加1。
②  當郵袋進(jìn)入開(kāi)拆軌被第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測到，但在6秒內沒(méi)有被第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測到，則認為此開(kāi)拆軌滿(mǎn)軌。當郵袋進(jìn)入開(kāi)拆軌的計數值大于此開(kāi)拆軌滿(mǎn)軌設定的滿(mǎn)軌值，則認為此開(kāi)拆軌滿(mǎn)軌。開(kāi)拆軌滿(mǎn)軌時(shí)郵袋不能進(jìn)軌。
③  當開(kāi)拆軌滿(mǎn)軌時(shí)開(kāi)拆臺工作，只有當開(kāi)拆軌郵袋數比滿(mǎn)軌值少5袋，才向此開(kāi)拆軌補袋直到滿(mǎn)軌。
―  出軌
①  開(kāi)拆臺上分別設有1個(gè)自動(dòng)/手動(dòng)把手、1個(gè)要袋按鈕、1個(gè)升降機上按鈕、1個(gè)升降機下按鈕。
②  當把手在自動(dòng)位置，按升降機下按鈕，升降機下降直到夾鉗到滑槽。按升降機上按鈕，升降機自動(dòng)上升直到上限位，同時(shí)開(kāi)拆準備停放器放一郵袋供開(kāi)拆。但注意開(kāi)拆臺只能有一個(gè)郵袋供開(kāi)拆。
③  當把手在手動(dòng)位置時(shí)，與升降機上下按鈕、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)拆臺只能有一個(gè)郵袋供開(kāi)拆。一般應以自動(dòng)方式工作。
④  升降機上升到上限位后，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(mǎn)軌
當儲存/開(kāi)拆收容軌的郵袋多于滿(mǎn)軌限值，或者郵袋進(jìn)入收容軌被第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測到，但是在6秒內沒(méi)有被第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測到，則懸掛機驅動(dòng)停機，此時(shí)可以再啟動(dòng)懸掛機，但是必須立即在上位機將儲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。
當空鉗檢測的郵袋多于滿(mǎn)軌限值，或者郵袋進(jìn)入空鉗檢測被第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測到，但是在6秒內沒(méi)有被第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測到，則懸掛機驅動(dòng)停機，在恢復空鉗滿(mǎn)軌到正常前，不能啟動(dòng)懸掛機。
在系統的主電機上裝有一齒盤(pán)，提供電機運行的同步脈沖信號，PLC將此同步脈沖信號作為控制整個(gè)電控系統動(dòng)作時(shí)間的標準，以確定各軌道的停放器、道岔的動(dòng)作，使郵袋根據要求進(jìn)入各軌道。
4  軟件實(shí)現
現場(chǎng)監控計算機選用研華工控機，操作系統選用穩定性較強的Windows NT Workstation 4.0，開(kāi)發(fā)軟件選用Wonderware公司的InTouch 7.0。該軟件是國際領(lǐng)先的HMI設計軟件，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，特別是遠程標記引用Active X支持、分布式報警處理等。此外，網(wǎng)絡(luò )應用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境允許系統被開(kāi)發(fā)并使用大規?；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的方式取得數據，通過(guò)ODBC方便與郵局中心信息處理系統的數據庫連接，各軟件之間的邏輯關(guān)系如圖3所示。

 
圖3  分揀機各軟件之間的關(guān)系框圖

 
圖4  分揀機HMI各功能模塊框圖

HMI的各功能模塊框圖如圖4所示。
 (1)  主監控界面 實(shí)時(shí)監控系統各主要功能部件的狀態(tài)和數值，例如：PLC、懸掛機的運行狀態(tài)、儲存區和開(kāi)拆區各軌道的進(jìn)軌道岔、出軌的機械手的狀態(tài)，當前的軌道類(lèi)別、郵袋的數量，升降機的狀態(tài)，氣壓指示，釋袋器的狀態(tài)等。并提供修改各軌道郵袋數量的功能。
(2)  報警界面 記錄各設備發(fā)生故障的時(shí)間、類(lèi)別，各設備故障恢復的時(shí)間、類(lèi)別等信息。
(3)  裝置自檢界面 用于點(diǎn)動(dòng)自檢、測試各執行機構的動(dòng)作情況。
(4)  參數設置界面 設置各軌道的滿(mǎn)軌限值、儲存軌的類(lèi)別，是否封軌等。
(5)  數據統計界面 實(shí)時(shí)顯示各軌道的郵袋數，以及包裹、平刷、掛刷、平信、掛信的分類(lèi)統計數，總郵袋數等每日的統計數據，設備的運行數據，并輸出數據報表。
5  結語(yǔ)
本系統控制主體PLC無(wú)故障運行時(shí)間：≥30萬(wàn)小時(shí)，動(dòng)作響應時(shí)間：≤50ms，整機連續工作時(shí)間：≥8小時(shí)，分揀控制綜合差錯率：＜3/10000，達到設計要求。