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郭愛琴

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的分揀效率，以適應包裹分揀、儲存及發運的各項要求而設計制造的。本系統以目前國際較先進的工業用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、維修簡單、抗干擾能力強，整機效率高等特點，可大大降低操作人員的勞動強度，提高分揀的正確率，并具有強大的人機對話功能，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條開拆軌，1個掛袋點，1個空鉗螺旋滑桿等部分組成，完成實時控制（郵袋儲存、開拆控制）、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的郵袋由掛袋點入主鏈，根據上位機設置的軌道類別，分別進入各儲存軌，并根據開拆軌的類別設置、數量等情況，向各開拆軌自動供袋，郵袋到開拆臺由人工分揀后，空鉗回收入空鉗滑軌，以供重復使用。
3  硬件實現
根據系統的需求，選擇PLC控制主機，現場輸入輸出裝置（鍵盤）設置掛袋信息，上位管理機（工控機）實施管理和監控。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點數為512，內存容量為64kB。
郵袋的探測采用無觸點接近開關進行檢測。PLC內的主要功能模塊有PLC輸出模塊(1個A1SY40和7個A1SY10)及PLC輸入模塊(1個A1SX40和6個A1SX41)。通過206個輸入端點和134個輸出端點為掛袋點掛袋檢測及供鉗、儲存軌進出軌的檢測及控制、開拆軌進出軌的檢測及控制、空鉗滿軌檢測及控制等提供控制信號。
(1)  掛袋點掛袋及供鉗
①  在掛袋點有一三位置開關，當開關把手在現地上袋位置時，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，則相應的上袋燈亮，如果滿軌，則相應的上袋燈閃爍，不進行此種類上袋工作。當開關把手在條碼上袋位置時，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行上袋工作。
②  進行上袋時（上位機決定），上袋點所有郵袋分別進入各自儲存軌，當儲存軌滿軌時，不進行上袋工作。
③  當放袋停放器前面的檢測開關檢測到信號，停放器動作將郵袋放出，并在2秒鐘內檢測開關，若檢測到信號則認為郵袋已放出。若無信號，則停放器繼續動作，若動作五次仍未放出，則不再動作。
④  掛袋停放器放出郵袋后，供空鉗停放器動作，放出一把空鉗，供操作人員使用。
(2)  儲存軌進出軌的檢測及控制
―  進軌
①  儲存軌郵袋的進軌采用無觸點接近開關進行檢測，當郵袋夾鉗通過接近開關時，開關動作；同時PLC對該軌計數，其相應軌的郵袋計數值加1。
②  當操作人員正在進行上袋的時候，郵袋將從前面的軌道開始進軌直到該軌滿軌，再進入下一軌道直到所有儲存軌滿軌（如果掛袋點一直上袋），滿軌后停止上郵袋。
③  當郵袋進入儲存軌被第一個接近開關檢測到，但是在6秒內沒有被第二個接近開關檢測到，則認為此儲存軌滿軌。或者當郵袋進入儲存軌的計數值大于此儲存軌滿軌設定的滿軌值，則認為儲存軌滿軌。儲存軌滿軌時郵袋不能進軌。
―  出軌
①  在開拆收容軌的開拆臺設置有一三位置開關，當開關把手不在中間空位置時，如果開拆軌還有未滿軌的，則相應儲存軌從前面有郵袋的軌開始出袋，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。當開關把手在中間空位置時，不進行出袋工作。
②  在上位機設置一儲存收容軌出袋開關，按下此開關，儲存收容軌所有郵袋將進入包裹開拆軌或開拆收容軌。
(3)  開拆軌進出軌的檢測及控制
―  進軌
①  開拆軌郵袋的進軌采用無觸點接近開關進行檢測，當郵袋夾鉗通過接近開關時，開關動作；同時PLC對該軌計數，其相應軌的郵袋計數值加1。
②  當郵袋進入開拆軌被第一個接近開關檢測到，但在6秒內沒有被第二個接近開關檢測到，則認為此開拆軌滿軌。當郵袋進入開拆軌的計數值大于此開拆軌滿軌設定的滿軌值，則認為此開拆軌滿軌。開拆軌滿軌時郵袋不能進軌。
③  當開拆軌滿軌時開拆臺工作，只有當開拆軌郵袋數比滿軌值少5袋，才向此開拆軌補袋直到滿軌。
―  出軌
①  開拆臺上分別設有1個自動/手動把手、1個要袋按鈕、1個升降機上按鈕、1個升降機下按鈕。
②  當把手在自動位置，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，升降機自動上升直到上限位，同時開拆準備停放器放一郵袋供開拆。但注意開拆臺只能有一個郵袋供開拆。
③  當把手在手動位置時，與升降機上下按鈕、要袋按鈕相配合完成與自動方式相同的動作。但注意：開拆臺只能有一個郵袋供開拆。一般應以自動方式工作。
④  升降機上升到上限位后，有一個空鉗停放器出軌。在自動方式，按要袋按鈕則空鉗停放器動作一次。
(4)  收容軌和空鉗滿軌
當儲存/開拆收容軌的郵袋多于滿軌限值，或者郵袋進入收容軌被第一個接近開關檢測到，但是在6秒內沒有被第二個接近開關檢測到，則懸掛機驅動停機，此時可以再啟動懸掛機，但是必須立即在上位機將儲存收容軌的郵袋放到開拆軌，或者將開拆軌收容軌的郵袋開拆。
當空鉗檢測的郵袋多于滿軌限值，或者郵袋進入空鉗檢測被第一個接近開關檢測到，但是在6秒內沒有被第二個接近開關檢測到，則懸掛機驅動停機，在恢復空鉗滿軌到正常前，不能啟動懸掛機。
在系統的主電機上裝有一齒盤，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電控系統動作時間的標準，以確定各軌道的停放器、道岔的動作，使郵袋根據要求進入各軌道。
4  軟件實現
現場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，開發軟件選用Wonderware公司的InTouch 7.0。該軟件是國際領先的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他們生產過程的圖形表象來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，網絡應用程序開發環境允許系統被開發并使用大規模基于PC的網絡。另外，還提供PLC通信程序(I/O Server)，通過串口(RS232)與PLC通信，HMI與I/O Server之間通過DDE的方式取得數據，通過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系如圖3所示。

 
圖3  分揀機各軟件之間的關系框圖

 
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 實時監控系統各主要功能部件的狀態和數值，例如：PLC、懸掛機的運行狀態、儲存區和開拆區各軌道的進軌道岔、出軌的機械手的狀態，當前的軌道類別、郵袋的數量，升降機的狀態，氣壓指示，釋袋器的狀態等。并提供修改各軌道郵袋數量的功能。
(2)  報警界面 記錄各設備發生故障的時間、類別，各設備故障恢復的時間、類別等信息。
(3)  裝置自檢界面 用于點動自檢、測試各執行機構的動作情況。
(4)  參數設置界面 設置各軌道的滿軌限值、儲存軌的類別，是否封軌等。
(5)  數據統計界面 實時顯示各軌道的郵袋數，以及包裹、平刷、掛刷、平信、掛信的分類統計數，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
本系統控制主體PLC無故障運行時間：≥30萬小時，動作響應時間：≤50ms，整機連續工作時間：≥8小時，分揀控制綜合差錯率：＜3/10000，達到設計要求。