徐洋XU Yang；余建群YU Jian-qun；蔣志遠JIANG Zhi-yuan；金波JIN Bo

（①湖北物資流通技術研究所，襄陽 441002；②襄陽市交通物流發(fā)展服務中心，襄陽 441000）

0 引言

自新冠肺炎疫情以來，社會越來越重視公共衛(wèi)生安全問題。對于民生生活中的重要環(huán)節(jié)——生鮮農產品冷鏈配送，國家正在加強監(jiān)管，對進口冷鏈食品運輸工具和包裝嚴格檢測并消殺。各地也陸續(xù)出臺監(jiān)督管理辦法、食品安全條例，要求生鮮農產品及食品冷鏈物流配送箱定期清潔、消毒，以防止配送過程中食品交叉污染，降低衛(wèi)生安全隱患。

據調研，京東冷鏈、順豐、美團、樸樸、餓了么等企業(yè)的冷鏈配送箱均有清潔消毒需求。目前，大多數企業(yè)對于其旗下冷鏈配送箱的管理主要還是依賴于作業(yè)人員，由于人工登記、人工清洗、人工追蹤等環(huán)節(jié)效率低下，常常出現冷鏈配送箱呆滯、衛(wèi)生條件差、管理混亂等問題，并且這種模式下人工成本居高不下。

因此設計一套結合清洗、消殺、智能監(jiān)管等功能的智能清洗線及管理平臺在當前環(huán)境下具有非常重大的意義。本文以物流流動線體為參考，結合自動控制技術、傳感器技術、智能識別技術、物聯(lián)網技術設計一套清洗線及管理系統(tǒng)實現了對冷鏈配送箱全自動化清洗、消毒、干燥及智能化管理。

1 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)設計包括三個部分：①清洗線結構設計；②電氣控制部分；③智能清洗線管理平臺部分。

電氣控制部分將清洗線各機械結構串聯(lián)形成一個完整的自動化運行系統(tǒng)，提供電機、傳感器等電氣設備需要的電源并發(fā)送控制指令、采集數據。

智能清洗線管理平臺部分將多條清洗線納入集中管理模式，中央控制室通過遠程通訊為各條清洗線寫入程序、發(fā)送指令、采集數據。

2 清洗線結構設計

智能清洗線主體部分包括：①主體承重及外部封裝結構；②三組水箱及水泵噴淋結構；③干燥結構；④傳動結構。所有涉水結構均采用304 型不銹鋼材加工，以達到在長時間潮濕環(huán)境下防銹要求。

①主體承重及外部封裝結構主要包括主體支撐結構、XY 軸橫梁結構、地面支撐結構、側面結構、頂部結構、工位總結構。

②設置三組水箱為粗洗、精洗消毒、漂洗三個工位存儲清洗用水，在后兩個水箱之間設置回流管道，當漂洗水箱中的水量到達一定高度就會自動向精洗消毒水箱中溢水以達到節(jié)約水資源的目的。每一組水箱配備一個功率為3.5kW 的高壓水泵連接噴淋管道，工作時將水箱中的水泵入噴淋管道，噴淋管道為360°環(huán)繞，實現對冷鏈配送箱全方位清洗消毒。

③獨立干燥箱體由風機、風管、風嘴、集成風柜組成。風管環(huán)繞360°無死角吹水，風嘴為一字型扁平狀可集中風力，在冷鏈配送箱完成清洗后快速吹干。

④傳動結構包括一臺傳動電機、主動鏈輪、傳動鏈輪、傳送帶。傳動模式可由PLC 設置為連續(xù)模式和步進模式。在清洗高峰期，可采用連續(xù)模式控制傳送電機工作，清洗效率可達到160Pcs/H；在非高峰期，可采用步進模式控制電機工作，排隊沖洗，以達到更好的清潔度，清洗效率可達到120Pcs/H。

將各結構焊接組裝形成完整的清洗線結構如圖1 所示，從左至右依據傳動電機運動方向，冷鏈配送箱依次經過上線排隊等待工位、粗洗工位、精洗消毒工位、漂洗工位、吹水干燥工位、掃描工位、下線，即完成一個清洗周期。

圖1 智能清洗線線體主視圖

3 控制部分

系統(tǒng)控制部分控制整個清洗線體正常運行，圖1 中標注的白色柜體就是系統(tǒng)的電氣控制部分。設計采用PLC控制，PLC 控制系統(tǒng)具有幾大優(yōu)點：①可靠性高，抗干擾能力強，使用PLC 平均無故障時間通常在20000 小時以上：②配套齊全，功能完善，適用性強；③維護工作量小，PLC用存儲邏輯代替接線邏輯減少了外部接線，同時具有自我診斷能力使技術人員能迅速判斷故障原因[1]。

3.1 清洗線智能控制邏輯

以冷鏈配送箱從上線至下線整個過程為一個周期，對清洗線進行智能控制，運行邏輯流程如圖2 所示。

圖2 運行邏輯流程圖

3.1.1 配送箱上線

配送箱從輥筒輸入到上線傳送載體上，利用定制鏈輪鏈條、傳送帶和傳動電機動力進行傳送，信號上采用回歸反射型光電傳感器作為信號輸入裝置，PLC 接收到冷鏈配送箱上線的信號即控制傳動電機工作。

3.1.2 配送箱清洗消毒

配送箱上線之后進入第一清洗倉觸發(fā)光電傳感器，PLC 控制水泵電機開始工作，水泵將水箱中的水泵入噴管開始沖洗，持續(xù)沖水時間可由PLC 預設，待達到沖洗時間后傳送至第二清洗倉。第二清洗倉內水箱中添加次氯酸消毒劑，對配送箱內外部清洗消毒，待達到清洗時間后傳送至第三清洗倉。第三清洗倉是清水漂洗部分，通過第一、二清洗倉之后，配送箱內外部基本都能洗干凈并完成消毒，第三清洗倉通過清水噴淋，洗凈配送箱上殘余的消毒劑。

三個清洗倉下部有三個水箱儲水，提供循環(huán)用水。第一粗洗倉水箱內分別裝配有進水口和出水口以及除渣濾網，進出水可由人工控制開關水閥。第三漂洗倉水箱裝配進水口，第二精洗倉水箱裝配出水口，第二、三清洗倉水箱連通，漂洗倉水箱的水可通過水管流向精洗倉水箱內以節(jié)省用水。精洗倉中使用次氯酸水與傳統(tǒng)化學、消毒劑有很大不同，其含有的活性成分性質不穩(wěn)定，與光、空氣以及有機物等接觸后，有效成分會逐漸分解，殺菌后氧化還原電位迅速下降，很快分解并還原為普通水，排放對環(huán)境沒有任何污染，與傳統(tǒng)化學消毒劑相比，具有安全、無殘留、無污染的特點，因此清洗線工作時需要及時向精洗倉水箱內補充次氯酸消毒劑以達到消毒效果良好。

3.1.3 配送箱干燥

配送箱經過清洗環(huán)節(jié)后傳送至吹水干燥區(qū)，PLC 可控制吹水風機功率和時間。由于配送箱從清洗至干燥整個環(huán)節(jié)都是倒扣式，在重力和吹水風力作用下，配送箱內壁的水很快就能干燥。配送箱外表面部分如果是TPU 等不吸水材質制成，則可快速吹干；如果外表面部分是帆布等材質包裹，達到下線時不滴水的效果。

3.1.4 掃描下線

配送箱經過清洗干燥后來到掃描下線工位，每個配送箱經過掃描工位，閱讀器自動識讀配送箱上電子標簽，采集標簽信息（包括配送箱批次、清洗日期、使用年限等），然后寫入此次清洗數據（清洗次數+1、清洗日期）。如果電子標簽識別失敗，則發(fā)出蜂鳴再次進行。如果識別成功，則向服務器傳輸此次數據，完成整個周期則可成功下線。

3.2 人機交互界面設計

本系統(tǒng)設計HMI 人機交互界面，HMI 與PLC 采用RS485 通訊連接，則可以通過HMI 為操作人員與PLC 之間建立可視化聯(lián)系，HMI 可以顯示清洗線的運行狀態(tài)，而操作人員也可以通過HMI 向設備發(fā)送指令，控制清洗線的運行。

圖3 是HMI 主界面，可以選擇手動模式和自動模式，手動模式需要人工控制清洗線啟停及各電機的工作效率；自動模式下傳感器會識別當有配送箱通過時，為PLC 傳遞信號，PLC 控制電機開始運行，直至沒有配送箱通過傳感器時，自動關停設備。三個清洗區(qū)為單獨控制，如遇特殊情況比如箱子比較干凈或者只需要重新漂洗一遍，則可以屏蔽另外兩個清洗區(qū)，減少功耗節(jié)約水資源。

圖3 HMI 主界面

4 智能清洗線管理平臺部分

智能清洗線管理平臺由上位機、服務器、無線傳輸終端、PLC 構成，為企業(yè)管理人員提供兩個方面的功能：①提供便捷高效的管理方式，管理人員在主控室通過平臺軟件控制多條清洗線運行，在線監(jiān)測各條清洗線的運行狀態(tài)；②平臺服務器采集清洗線清洗數據，以圖表方式展示每條清洗線清洗冷鏈配送箱的情況。

在現場多條清洗線分布距離較遠，進行統(tǒng)一管理時如果布線的話工程量較大且不美觀，這種情況下適合采用PLC 無線通信方式，采用無線PPI 協(xié)議響應速度快且不需要編程，只需要組態(tài)[2]。通過無線數據終端DTD434M 作為實現無線通訊的硬件設備，如圖4，上位機在主控室內只需連接無線數據終端DTD434M 則可以訪問多個PLC 中的數據。同時，操作人員可以在主控室實現對現場PLC 控制，只需要從遠程將程序寫入PLC 即可，大大降低了后續(xù)維護成本。

圖4 PLC 與上位機無線通訊

采集清洗線的清洗數據最有效直接的方法就是為每一個冷鏈配送箱賦予唯一電子識別碼（RFID）[3]，在每條清洗線掃碼下線工位上安裝RFID 閱讀器，待清洗完成后讀取每個冷鏈配送箱所記錄的信息（包括配送箱批次、清洗日期等）存儲到PLC 中，并寫入本次清洗數據（清洗日期）。這樣就由PLC 記錄了每一個冷鏈配送箱的信息，每條清洗線的PLC 將記錄的冷鏈配送箱信息上傳至管理平臺，實時反饋給管理人員，如圖5 所示。

圖5 掃碼識讀冷鏈配送箱過程

將每條清洗線進行合理高效管理，統(tǒng)計每條清洗線日、周、月、季度、年度清洗冷鏈配送箱的批次及數量，則可以清楚了解到每條清洗線負責清洗該站點冷鏈配送箱的數據，從而反映該站點負責配送區(qū)域的總體需求量。這些通過智能清洗線管理平臺部分統(tǒng)計到的數據以圖表的形式展示，可以為管理人員合理調度、決策優(yōu)化提供數據支持。

智能清洗線管理平臺設計包含“基礎數據、用戶菜單、用戶報表、系統(tǒng)和設置、企業(yè)應用、監(jiān)管部門”六個板塊，平臺部分界面截圖如圖6。

圖6 冷鏈配送箱維護信息

管理人員輸入賬號密碼登錄智能清洗線管理平臺，在基礎數據欄內查詢包裝工藝，可以查詢冷鏈配送箱的基礎信息包括尺寸、編號及所在庫位等；在基礎數據欄內查詢工藝維護，可以查詢到冷鏈配送箱的維護記錄包括在哪條線清洗的、清洗時的工序（上線、噴淋、除塵除油、干燥、檢驗、下線）；在企業(yè)應用板塊內有“庫存查詢、庫存匯總、過期預警、呆滯預警”等子功能，輔助管理人員合理安排庫存，防止冷鏈配送箱長期堆放呆滯；在監(jiān)管部門板塊內有“趨勢查詢、清洗日報”子功能，輔助監(jiān)管人員查看清洗日報，查詢冷鏈配送箱使用趨勢。

5 結論

冷鏈物流配送作為人民生活中重要的一環(huán)，為市場帶來了源源不斷的經濟效益，但是一個行業(yè)不斷發(fā)展的同時也會逐漸出現問題，其衛(wèi)生問題正在逐漸被社會關注。冷鏈物流配送箱作與冷鏈食品直接接觸的中間載體，其衛(wèi)生清潔方面不容忽視，相較于目前市場上大部分企業(yè)對冷鏈配送箱的清洗效果，本文基于PLC 可編程控制技術設計智能清洗線，并配合智能清洗線管理平臺具有以下優(yōu)點：

①清洗效率更高：采用PLC 智能控制，清洗線可以針對不同規(guī)格不同材質的冷鏈配送箱調節(jié)清洗速度與水壓大小，提供更多種清洗模式，達到“一線多用”的效果；

②通訊功能更強大：在冷鏈配送箱清洗環(huán)境中，使用單機控制，或者一條線的控制，效率太低，而PLC 能做到通過無線終端與中央控制室通訊，組成一個控制網絡，便于集中管理；

③維護更方便；PLC 產生故障的話，一般能自動診斷到故障點產生報警，系統(tǒng)內能方便快捷地查看故障地方，故障原因等；

④清洗效果更好：冷鏈配送箱在智能清洗線上經過粗洗、精洗消毒、漂洗、干燥四個環(huán)節(jié)，清洗效果比人工沖洗效果更好，并且經過干燥環(huán)節(jié)后能更快晾干減少霉菌產生。如圖7 為清洗前后效果對比；

圖7 冷鏈配送箱清洗前后效果對比

⑤管理更高效：通過智能清洗線管理平臺管理，使清洗線的操作維護及冷鏈配送箱調度管理等方面的效率都獲得極大的提升，減少大量的人力資源的投入。

本系統(tǒng)全程自動化執(zhí)行清洗消毒干燥等操作，極大地節(jié)省了人力資源；通過智能清洗線管理平臺智慧化運作，提高了清洗線管理效率，增強了冷鏈配送箱統(tǒng)計管理、運營調度效率；統(tǒng)一清洗節(jié)省大量水資源的同時保障清洗的潔凈度，為企業(yè)帶來可觀的經濟效益；為冷鏈配送箱清洗消毒，使直接接觸冷鏈食品的載體更加安全，為人民生命安全添加了一份保障。