一種電商模塊化窗口控制直線分揀系統(tǒng)

□ 鄧定迎

(廣東信源物流設(shè)備有限公司 廣東省現(xiàn)代物流分揀裝備工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，廣東 廣州 510024)

1 引言

隨著我國(guó)快遞行業(yè)的高速發(fā)展，物流自動(dòng)化和信息化取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。2015年，快遞業(yè)務(wù)量完成206億件，同比增長(zhǎng)48%，最高日處理量超過(guò)1.6億件，快遞業(yè)務(wù)收入完成2760億元。2017年快遞業(yè)務(wù)量突破300億件，收入規(guī)模超4600億元。國(guó)內(nèi)快遞業(yè)務(wù)量繼續(xù)穩(wěn)居世界第一，快遞行業(yè)技術(shù)不斷更新迭代，但是發(fā)展粗放，同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)、服務(wù)產(chǎn)品單一等問(wèn)題制約了行業(yè)發(fā)展的質(zhì)效；并且隨著人工成本的增加，以及人員流動(dòng)的不穩(wěn)定因素，現(xiàn)有人工分揀模式無(wú)法滿足市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求。探索和研發(fā)一種自動(dòng)化分揀系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)快件的自動(dòng)識(shí)別、智能分揀，減輕分揀作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力成本，并能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的直線自動(dòng)分揀系統(tǒng)，對(duì)于提高分揀效率，整體物流業(yè)務(wù)流程智能化和整體技術(shù)水平具備重大意義。直線自動(dòng)分揀系統(tǒng)，是未來(lái)物流業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在自動(dòng)化分揀系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用。

本文著力于闡述直線自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)，主要包括包裹單件流輸送、建立模塊化窗口、包裹掃描、信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)、包裹路徑追蹤、自動(dòng)分揀等，實(shí)現(xiàn)包裹高效、自動(dòng)化分揀等設(shè)計(jì)。

2 電商模塊化窗口控制直線分揀系統(tǒng)的主要內(nèi)容

電商模塊化窗口控制直線分揀系統(tǒng)組成部分主要包括四個(gè)部分：

①輸送機(jī)輸送部分：輸送機(jī)由常規(guī)皮帶輸送機(jī)、間距皮帶輸送機(jī)、高速皮帶輸送機(jī)組成；包裹上直線分揀系統(tǒng)后，首先經(jīng)過(guò)常規(guī)皮帶輸送機(jī)，經(jīng)過(guò)間距皮帶輸送機(jī)拉距后，包裹的形態(tài)變成有一定間距的單件流，高速皮帶輸送機(jī)再將包裹輸送至高速分揀機(jī)，高速分揀機(jī)完成分揀。

②電控系統(tǒng)部分：由PLC、觸摸屏、I/O信號(hào)模塊、光電傳感器和變頻器等元器件組成；光電傳感器將感應(yīng)到的包裹位置速度信息發(fā)送給PLC，同時(shí)PLC接收到上位機(jī)發(fā)送的包裹路向信息，PLC再發(fā)指令控制高速分揀機(jī)完成包裹分揀，同時(shí)PLC將根據(jù)分揀校驗(yàn)光電反饋信號(hào)分析的分揀結(jié)果發(fā)給上位機(jī)。

③信息系統(tǒng)部分：由面陣相機(jī)組合形成的條碼識(shí)別設(shè)備和上位機(jī)組成；相機(jī)通過(guò)掃描或者拍照包裹面單得到包裹的條碼信息并且發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊訪問(wèn)對(duì)應(yīng)包裹信息并且制定包裹唯一的分揀路徑，再通過(guò)Socket通訊[1]將分揀路徑發(fā)送給PLC，同時(shí)PLC將分揀結(jié)果反饋給上位機(jī)。

④高速分揀機(jī)：結(jié)構(gòu)上主要由轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、底部輸送傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成；減速電機(jī)控制底部輸送傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，為包裹在輸送方向提供驅(qū)動(dòng)力；伺服電機(jī)控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，根據(jù)PLC發(fā)送的指令，通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)模塊的轉(zhuǎn)向，來(lái)實(shí)現(xiàn)包裹分揀。

如圖1所示為根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用的方案布局圖。

圖1 電商模塊化窗口控制直線分揀系統(tǒng)

3 電商模塊化窗口控制直線分揀系統(tǒng)的核心技術(shù)

①現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)：包裹上線到直線分揀系統(tǒng)后，首先通過(guò)光電傳感器判斷各包裹之間的間距和位置，輸送系統(tǒng)將包裹的運(yùn)行速度提高到1.5m/s，同時(shí)也把包裹之間的間距拉開(kāi)至與系統(tǒng)效率匹配的間距；經(jīng)過(guò)掃描識(shí)別包裹的路向，系統(tǒng)控制高速分揀機(jī)在300ms內(nèi)將包裹分揀至對(duì)應(yīng)的格口，分揀完成后系統(tǒng)再對(duì)分揀結(jié)果分析，將分揀結(jié)果反饋給上位機(jī)。

圖2 項(xiàng)目應(yīng)用分揀系統(tǒng)照片

②條碼識(shí)別及分析技術(shù)：面陣相機(jī)組合形成的條碼識(shí)別設(shè)備，通過(guò)掃描或者拍照包裹面單得到包裹的條碼信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊，訪問(wèn)對(duì)應(yīng)包裹信息，得到相關(guān)的分揀路向，通過(guò)分揀隊(duì)列的剔除和分揀校驗(yàn)光電等元器件的比對(duì)，分析包裹的分揀結(jié)果。

圖3 高速分揀機(jī)

③高速分揀機(jī)：主要由輸送動(dòng)力和轉(zhuǎn)向動(dòng)力兩套動(dòng)力組成；在分揀系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，高速分揀機(jī)輸送動(dòng)力一直保持著有連續(xù)1.5m/s的動(dòng)力輸出，當(dāng)包裹要經(jīng)過(guò)高速分揀機(jī)時(shí)，[2]分揀系統(tǒng)根據(jù)包裹的路向信息控制轉(zhuǎn)向動(dòng)力的輸出，在300ms內(nèi)將包裹成功分揀；這一過(guò)程中關(guān)鍵要高速分揀機(jī)兼容紙箱、軟包、文件袋和集包袋等類型包裹，同時(shí)在包裹沖擊時(shí)要保持穩(wěn)定運(yùn)行。

④輸送機(jī)輸送技術(shù)：[3]輸送機(jī)由常規(guī)皮帶輸送機(jī)、間距皮帶輸送機(jī)、高速皮帶輸送機(jī)組成；緊密排列的包裹經(jīng)過(guò)前端常規(guī)皮帶輸送機(jī)的速度為0.8-1m/s，間距皮帶輸送機(jī)再通過(guò)三級(jí)提速，將包裹提速至1.5m/s并且把間距拉開(kāi)，這過(guò)程中要保證包裹平穩(wěn)不翻滾；高速皮帶輸送機(jī)再以1.5m/s的速度將包裹輸送至分揀機(jī)分揀完成，這期間要保證包裹在高速皮帶機(jī)上不能打滑和移位，否則會(huì)影響包裹分揀的成功率。

4 項(xiàng)目的主要特點(diǎn)

①實(shí)時(shí)積放控制策略(gap控制)為實(shí)現(xiàn)高效的合流與分流，必須保證包裹的間隔合適，避免疊包、交叉等現(xiàn)象，項(xiàng)目采用實(shí)時(shí)檢測(cè)積放段速度、加速度、減速度等方式，準(zhǔn)確跟蹤包裹位置，計(jì)算包裹的長(zhǎng)度以及前后間隔，通過(guò)控制輸送機(jī)啟停、速度等方式、實(shí)現(xiàn)包裹均勻布置、輸送。

②基于窗口控制策略的多級(jí)分揀算法：通過(guò)分流上游輸送線合理控制包裹間距，在主線上建立包裹的位置隊(duì)列信息(包括長(zhǎng)度、間隔、時(shí)間、路徑等)，在后端各主要節(jié)點(diǎn)通過(guò)相關(guān)的控制算法進(jìn)行隊(duì)列的校準(zhǔn)。

③隊(duì)列準(zhǔn)確性檢驗(yàn)：根據(jù)主隊(duì)列中的包裹形態(tài)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)篩選，選擇差異較大的包裹在各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行長(zhǎng)度、間隔的再次計(jì)算，檢驗(yàn)隊(duì)列的準(zhǔn)確性，并實(shí)時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整。

④窗口動(dòng)態(tài)調(diào)整：在關(guān)鍵點(diǎn)布置光電，通過(guò)包裹的實(shí)際位置與隊(duì)列位置，進(jìn)行隊(duì)列的位置、長(zhǎng)度間隔的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

⑤分揀成功與否的核驗(yàn)：在分揀格口布置光電，落格信息與包裹分揀信息進(jìn)行比對(duì)、運(yùn)算，檢測(cè)包裹是否準(zhǔn)確分揀，對(duì)錯(cuò)分、漏分進(jìn)行相應(yīng)處理。

5 結(jié)語(yǔ)

電商行業(yè)的高速發(fā)展，為快遞包裹自動(dòng)化分揀系統(tǒng)提供了新的機(jī)遇。本項(xiàng)目致力于研發(fā)一套面向現(xiàn)代電商快遞行業(yè)的模塊化窗口控制直線自動(dòng)分揀的系統(tǒng)[4]。利用現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)、局域網(wǎng)通信技術(shù)、條碼識(shí)別及分析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、高速分揀機(jī)和輸送機(jī)輸送等技術(shù)建立直線自動(dòng)分揀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)包裹高速智能分揀，減少分揀作業(yè)人員的配置，提高分揀效率和經(jīng)濟(jì)效益，提升企業(yè)的自動(dòng)化水平。