楊蘭萍

（山東鑫峰工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南250014）

基于二維條碼識(shí)別的物流分揀生產(chǎn)線的開(kāi)發(fā)

楊蘭萍

（山東鑫峰工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南250014）

本系統(tǒng)應(yīng)用成熟的PLC系統(tǒng)和二維條碼技術(shù)，結(jié)合云服務(wù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了新、老技術(shù)的融合，提高了分揀生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平。該控制系統(tǒng)調(diào)試階段表明，系統(tǒng)能每天分揀10萬(wàn)件物品。

二維條碼；云服務(wù)；分揀；自動(dòng)化

1 前言

二維條碼是一種高密度、高信息含量的便攜式數(shù)據(jù)文件，是實(shí)現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動(dòng)存儲(chǔ)、攜帶并被機(jī)器自動(dòng)識(shí)讀的理想手段，它可以記載十分復(fù)雜的數(shù)據(jù)，比如圖片。由于具有這種優(yōu)勢(shì)，二維碼技術(shù)得到了日漸廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)今的物流分揀行業(yè)同樣面臨著使用新分揀輸送線的問(wèn)題，本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)正是為解決物流分揀二維條碼標(biāo)識(shí)物品而做出的正確反應(yīng)。

2 工藝流程簡(jiǎn)介

2.1 工藝流程

物流公司的貨車進(jìn)入場(chǎng)內(nèi)卸貨地點(diǎn)，卸車線開(kāi)始工作，工人將車內(nèi)貨物搬至卸車線，貨物在卸車線上約1 m一個(gè)排列，貨物到達(dá)讀碼位置時(shí)，啟動(dòng)掃描器傳動(dòng)裝置，并使之與卸車線同步運(yùn)行，完成讀碼任務(wù)后，掃描器快速返回到讀碼位置。在卸車線行走過(guò)程中經(jīng)由與卸車線同步運(yùn)行的掃描器讀取貨物信息，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)讀碼；將貨物信息自動(dòng)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，由系統(tǒng)軟件將信息統(tǒng)一記錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，并上傳至數(shù)據(jù)云平臺(tái)自動(dòng)分析識(shí)別。分析出貨物流向的分揀端口后標(biāo)記端口信息，轉(zhuǎn)換圖像信息為電子標(biāo)簽信息，每個(gè)端口上的電子標(biāo)簽讀卡器，讀取標(biāo)簽信息并比對(duì)該貨物是否為當(dāng)前端口貨物，在貨物到端口位置時(shí)，輸出信號(hào)給PLC，PLC得到貨物信息，判斷出貨物流向位置（端口指定），給出相應(yīng)的輸出信號(hào)，啟動(dòng)分揀端口轉(zhuǎn)盤，改變貨物流向，完成分揀動(dòng)作。從卸車線至第一臺(tái)分揀輸送線電機(jī)，共計(jì)分4檔速度（由工藝根據(jù)實(shí)際調(diào)試狀況調(diào)整速度值），當(dāng)貨物到達(dá)貨物預(yù)定位置時(shí)，換向機(jī)構(gòu)動(dòng)作，用戶要求允許30輛車同時(shí)卸貨，且輸送線分揀流暢不擁堵。不符合任何接口流向的貨物，在分揀輸送線末端被剔除裝置，提出到專門區(qū)域，進(jìn)行人工分揀。

2.2 速度分配

為了滿足系統(tǒng)速度要求，解決貨物擁堵等問(wèn)題，整條分揀輸送線根據(jù)不同的位置分為4個(gè)速度階段：

第一階段：第一件貨物與第二件貨物的距離為1020（1.02 m），當(dāng)?shù)谝患浳镉勺x碼位置走向讀碼完成位置，并返回讀碼位置時(shí)，第二件貨物到達(dá)讀碼位置，此時(shí)掃描器快速換向并且換速，切換時(shí)間為0.5 s，則該階段卸貨線線速度為：1.02/2 m/s，轉(zhuǎn)換為電機(jī)速度1，此速度為第一階段速度。

第二階段：在讀碼位置與讀碼完成位置之間，卸車線線速度為1 m/s，轉(zhuǎn)換為電機(jī)速度2，此速度為第二階段速度。

第三階段：掃描器返回時(shí)間設(shè)定為0.5 s，返回線速度為2 m/s，轉(zhuǎn)換為電機(jī)速度3，此速度為第三階段速度。

第四階段：讀碼完成后所有傳動(dòng)設(shè)備以1 m/s的線速度運(yùn)行，轉(zhuǎn)換位電機(jī)速度4，此速度為第四階段速度。

2.3 電氣設(shè)備組成

分揀換向部位70個(gè)氣缸，69臺(tái)400 W的電機(jī)。14～17臺(tái)1.5 kW的電機(jī)為卸車線到分揀第一個(gè)口的電機(jī)，該部分電機(jī)由4臺(tái)變頻控制，實(shí)現(xiàn)4級(jí)速度分配。二維條碼掃描器1臺(tái)，電子標(biāo)簽貼簽機(jī)1臺(tái)，電子標(biāo)簽讀卡器70臺(tái)，貨物到位限位開(kāi)關(guān)70個(gè)，讀碼位置、讀碼完成位置、貼電子標(biāo)簽位置各1個(gè)。

3 自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件組成

本系統(tǒng)根據(jù)工藝流程分為卸車線與分揀輸送線兩部分。電氣系統(tǒng)按兩部分的工藝要求，配置低壓控制柜1臺(tái)，PLC柜1臺(tái)，二維條碼掃描器1臺(tái)，貼電子標(biāo)簽機(jī)1臺(tái)，自動(dòng)識(shí)別設(shè)備70臺(tái)（電子標(biāo)簽讀卡器）。

3.2 電控系統(tǒng)方案

根據(jù)工藝要求，將卸車線傳動(dòng)電機(jī)，共計(jì)14～17臺(tái)1.5 kW電機(jī)，分為4組，由同一臺(tái)變頻器控制，4組變頻根據(jù)工藝要求在不同的物理位置，執(zhí)行不同的速度，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)速度分級(jí)，以控制貨物間距，解決擁堵問(wèn)題，便于準(zhǔn)確分揀。

分揀輸送線包含69臺(tái)滾筒，均由0.4 kW電機(jī)傳動(dòng)，70個(gè)端口導(dǎo)向裝置由氣缸傳動(dòng)。

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)動(dòng)作要求：正常時(shí)朝向輸送方向，收到該端口換向信號(hào)時(shí)，導(dǎo)向氣缸電磁閥動(dòng)作，導(dǎo)向裝置旋轉(zhuǎn)30°，導(dǎo)向裝置均是獨(dú)立的，共70個(gè)氣缸。其控制由PLC柜完成。

分揀部位69臺(tái)400 W的電機(jī)統(tǒng)一額定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，選擇MCC控制。

3.3 系統(tǒng)軟件功能

電控系統(tǒng)的軟件為自主開(kāi)發(fā)的專用型軟件，其功能包含：

實(shí)現(xiàn)卸車線的分級(jí)速度控制；完成二維條碼信息讀入，實(shí)現(xiàn)云數(shù)據(jù)庫(kù)記錄與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢，不僅可以通過(guò)軟件自動(dòng)分析識(shí)別判斷貨物流向，還具有遠(yuǎn)程操作與維護(hù)的功能；實(shí)現(xiàn)貨物端口識(shí)別，準(zhǔn)確執(zhí)行分揀動(dòng)作，完成分揀任務(wù)；實(shí)現(xiàn)漏掃貨物剔除與計(jì)數(shù)；實(shí)現(xiàn)設(shè)備分級(jí)故障報(bào)警及故障診斷功能；實(shí)現(xiàn)分揀貨物數(shù)量分項(xiàng)累計(jì)和總數(shù)累計(jì)；通過(guò)自主開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺(tái)接口，實(shí)現(xiàn)物流中心對(duì)該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)管與維護(hù)。

3.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)方案

控制系統(tǒng)的主控制器選擇S7-1200系列PLC，該P(yáng)LC的CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運(yùn)動(dòng)控制I/O以及模板模擬量輸入組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中，功能強(qiáng)大，經(jīng)濟(jì)可行。

選擇16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入、輸出模塊，8點(diǎn)模擬量輸入、輸出模塊，緊湊合理，并留有一定的端口冗余量。

選擇真彩色觸摸屏作為HMI，用于顯示各電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況、報(bào)警部位指示，顯示故障診斷信息，顯示分揀速度與各端口貨物累計(jì)、總計(jì)貨物累計(jì)等工藝參數(shù)；用于設(shè)備的手、自動(dòng)起?？刂?。

系統(tǒng)配置交換機(jī)一臺(tái)，用于PLC與上級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)傳輸與交換，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)掃描儀完成多種功能，以節(jié)約成本。

PLC與服務(wù)器之間采用以太網(wǎng)通訊，快捷安全；變頻器與PLC之間采用抗干擾能力強(qiáng)的ProfibusDP通訊方式；整個(gè)系統(tǒng)分層控制，結(jié)構(gòu)清晰，遵循安全、實(shí)用、高效的原則。

3.5 設(shè)備操作方案

為了便于操作與維護(hù)，本系統(tǒng)操作方案如下：

在低壓控制柜柜門上設(shè)置兩個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，一個(gè)用于切換手動(dòng)控制與自動(dòng)控制，一個(gè)用于選擇本地控制與觸摸屏控制。本地控制模式下，選擇手動(dòng)方式，通過(guò)柜門的操作按鈕分別起、停卸車線與分揀輸送線的相應(yīng)設(shè)備，相應(yīng)指示燈指示設(shè)備起、停狀態(tài)；自動(dòng)方式下，按啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)順序啟動(dòng)，按下停止按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)順序停止。觸摸屏控制模式下，選擇手動(dòng)方式，可以通過(guò)觸摸屏的按鈕手動(dòng)操作設(shè)備起停；自動(dòng)模式下，通過(guò)觸摸屏上畫面的系統(tǒng)起、停按鈕操作，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)順序起停。

低壓控制柜柜門上還設(shè)置了急停按鈕，用于緊急情況下的故障停車處理，按下急停按鈕，所有設(shè)備立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。觸摸屏安裝在PLC柜柜門上，美觀整潔，操作安全方便。柜門操作與觸摸屏畫面操作兩種操作方式互相獨(dú)立，互為備用，為系統(tǒng)提供可靠性保障。同時(shí)該系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程云端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作，并完成遠(yuǎn)程維護(hù)，節(jié)約運(yùn)行維護(hù)成本。

4 調(diào)試應(yīng)用效果

該控制系統(tǒng)處于調(diào)試階段，尚未投入正常生產(chǎn)應(yīng)用中。調(diào)試過(guò)程中操作人員在控制室對(duì)設(shè)備進(jìn)行起、停操作，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、物流運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)想的功能均能實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了分揀輸送線的預(yù)期分揀速度。經(jīng)初步測(cè)試與核算，該系統(tǒng)能完成每天分揀10萬(wàn)件物品的要求。

Development of Logistics Sorting Production Line based onTwo Dimensional Bar Code Identification

YANG Lanping
（Shan Dong Province Xinfeng Engineering Design Institute Co.，Ltd.，Jinan 250014.，China）

F252；TP391.44

B

1004-4620（2017）05-0060-02

2017-07-20

楊蘭萍，女，1977年生，2002年畢業(yè)于濟(jì)南大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)為山東鑫峰工程設(shè)計(jì)有限公司工程師，從事自控設(shè)計(jì)工作。