CN103708210A - 一种交叉带分拣设备上包台的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于PLC的交叉带分拣设备上包台控制方法。它包括供件台，小车和主控系统，供件台包括依次连接的放置段、动态秤段、调速段、送包段；一、通过放置段与动态秤段中间设置的光幕，得到包裹的外形传输到系统，计算出包裹的底面积和中心；二、动态秤段上只有该包裹时该皮带匀速运行动态秤重，同时计算上车的送包偏差时间；当对应小车到达接近开关，供件台控制系统分别与主环控制系统和匹配小车确认后绑定车辆信息到包裹；如果供件台控制系统未收到确认信息，重新计算匹配小车；三、包裹进入调速段调整，四、送包段送包裹入匹配小车。解决了传统上包PLC与小车通讯失败而损坏包件，启停对上件产生误差，准确度低，供件效率低的问题。

Description

一种交叉带分拣设备上包台的控制方法

技术领域

本发明属于现代邮政物流自动化领域，特别涉及一种基于PLC的交叉带分拣设备上包台准确上包方法。

背景技术

代邮政、现代物流是一个每天为人们所接触接触、广泛服务与全社会的行业、是现代经济的重要组成部分。现代物流行业快速发展，作为物流自动化的核心产品，包件分拣机在中国邮政乃至整个国内物流行业中占据重要地位。包件分拣机技术的提高与完善，有利于邮政自动化事业的发展，对节省劳动力、提高效率、减少错误率和降低成本等方面都有十分积极的意义。

内的包件分拣机技术已经有多年的应用。经过这么多年的发展，国产化的包件分拣机已经从较早的托盘式分拣机发展到今天的交叉带式分拣机。这些包件分拣机已经广泛应用在国内大中城市的包件处理中心，承担着邮政包件在全国以及国际范围内的顺利流通的重要任务。但是我们不得不承认在国内邮政自动化事业高速发展的今天，作为这个事业的重要组成部分的包件分拣机技术当中依然存在一些不可回避的严重问题。

上包系统是包件分拣机的重要组成部分，直接影响到整个包件分拣机的性能与效率。由于它是包件分拣机进行分拣的第一个环节，它的好坏也直接影响到后面环节的运作。因此，可以说对上包系统的分析与改进是包件分拣机系统分析的第一步也是至关重要的一步。

现在绝大多数的包裹上包台都是摩擦式上包，利用传送带或者皮带机实现上包。摩擦式上包采用斜置式，上包台的上包线与分拣机的交叉小车运行线之间是斜置的，两者运行方向所夹锐角成为斜置角，记作α。现有技术为上包台有四节或者五节皮带(有时候根据实际情况会有所不同)，它们分别是上包级皮带，称重级皮带，第一级加速级皮带和第二级加速皮带(5节皮带则有第三级加速带)。每节皮带都配备一个变频器和一个电机，在上包级皮带和称重级皮带之间有一光幕，动态秤也放置在称重级皮带下面，在每一节皮带两侧还有光电开关，以检测包件在皮带上的纵向位置。光幕与动态秤是用232/485串口线与PLC通讯模块连接的，光电开关则是通过PLC的I/O模块与PLC连接。

包件首先会被放在上包级皮带上，经加速后平稳经过光幕并进入称重级皮带。在这一过程中，包件的长度、宽度、横向位置和重量参数己经被光幕和动态秤测量得到，并送到PLC系统。包件完全过光幕后，PLC系统会停止上包级皮带和称重级皮带，使包件在纵向某一个位置停下来定位，以等待一辆空小车的到来。每辆小车都有不同的编号，小车不断发送自己的编号，通过安装在固定位置的红外收发器(红外收发器是通过232/4854与PLC串口模块连接的)，通知PLC系统现在是第几号小车到达。当某一辆小车到达时，PLC系统会查询这辆小车是否为空。如果是，则根据有关参数计算延时启动皮带送包件，同时PLC系统会通过红外收发器控制小车皮带作延时转动，以便带动包件上小车中心;否则继续等待下一辆小车，直至有空小车到来为止。在上包过程中，PLC系统根据环型圈的速度、包件中心位置、包件重量、包件尺寸、各节皮带的尺寸、小车的尺寸等，按照一定算法控制上包的。现有算法最普遍的是:包件过光幕后，马上停止并定位，使任意包件的尾部都落在同一位置。然后通过计算得出包件的纵向中心位置。纵向中心位置确定后，包件在纵向上到环型圈的中心线距离、目标小车在速度方向上到上包台纵向中心线的距离都确定了，那么根据上包台和环型圈的速度就可以计算得到延时时间。这个延时时间就是整个上包的关键值。PLC系统就通过计算延时，使包件中心和小车中心在速度方向最终重合，达到准确上包的目的。应该注意到，上面提到的还有一个使小车皮带转动的延时，这个延时在环型圈速度固定时已经固定下来，它是保证包件中心和小车中心在法向上重合的。然后接着加速度段通过很小的速差来几级调速达到与主环匹配的速度。

但是对于整个上包系统来说，小车与PLC的通讯可能随着小车的故障或者其他通讯失败情况致使交叉带小车未能收到PLC发出的延时转动命令，而会发生包件上件时候交叉带不转而损坏包件。

于此同时交叉带主环系统一般采用直线电机驱动，的稳定性对该算法影响很大，当主环速度误差在±1.5%的时候，那包件到小车上的误差为该停止位置垂直投影到直线主环上到上包点位置的±1.5%，以4m算的话，那上件误差为正负6cm。

当包件通过光幕需要进行停启，对传动系统要求带有良好的起动特性，同时对包件与皮带面摩擦系数有要求，很多时候包件在停启动作中误差很大，特别当包件为快递标准纸袋包件时候。所以需要后面进行检测补偿。

现在的算法还有个误差，就是加速度段上的误差，相邻加速度段的速度差小于0.5m/s的时候，对标准包件影响不大，但是对质量密度不均匀的包件影响很大。致使上包准备程度低。为了保证不同包件上件位置的一致性，我们必须降低相邻加速段的速差，这样当主环速度很高的时候，就要求有很多段调速段，或者加长调速段使得加速段能够平稳接包后加速，再平稳送出。

如果按照现有的控制方式，当摩擦系数较小的时候，启停段必须较长是的包件能够停止的长度加上加速到该段固定速度的长度再加上包件的最大尺寸，增加上包台占地面积。

通过对现有的上包台的分析，对于上包准确问题一直以来都在困扰着人们。其主要表现在一下三点：

1.PLC系统先查询小车是否为空后，先启动延时转动再通知小车会有可能随着PLC与小车通讯失败而损坏包件。

2.主环速度的稳定性对上包台上包准确程度的影响。

3.皮带机启停以及加速段间速差对包件上包准确程度的影响。

发明内容

本发明提供一种交叉带分拣设备上包台的控制方法，能够解决传统上包PLC与小车通讯失败而损坏包件，启停对上件产生误差，准确度低，供件效率低的问题。

技术方案

一种交叉带分拣设备上包台的控制方法，它包括供件台和主环，所述主环上设有接近开关和小车，所述小车相同间隔设置并随主环匀速运动，所述主环设有主环控制系统，所述小车设有小车通讯系统，所述供件台包括依次连接的放置段、动态秤段、调速段、送包段，各段均设有皮带，首尾相连，所述送包段送包裹入小车，所述供件台设有供件台控制系统；

步骤一、包裹进入放置段，经皮带传送到动态秤段，包裹完全进入动态秤段后放置段通过动态秤段上设置的动态秤称重，包裹在动态段绑定匹配小车后，放置段重新开始工作；

步骤二、当所述包裹完全进入动态秤段，且动态秤段上只有该所述包裹时，获取包裹的位置数据，供件台控制系统计算得到送包时间和送包偏差时间后，供件台控制系统计算匹配小车；当匹配小车达到接近开关位置时，供件台控制系统向主环控制系统发送上件请求，得到允许上件信息后向匹配小车发送送包偏差时间;供件台控制系统收到匹配小车确认收到送包偏差时间后，绑定匹配小车车辆信息到包裹;供件台控制系统规定时间内未收到主环控制系统的允许上件信息或匹配小车的确认收到送包偏差时间信息，重新计算送包时间并与主环控制系统通讯，重新确定匹配小车；

步骤三、包裹匀速进入调速段，供件台控制系统通过匹配小车的车辆信息计算得到上匹配小车需要调整的时间，然后调控皮带转动速度；

步骤四、送包段皮带与调速段皮带同速接收包裹，包裹全部进入送包段后，送包段调整皮带速度与主环速度匹配，包裹送入匹配小车。

进一步，所述第二步中，所述送包时间为包裹匀加速到实际上包点的时间；所述送包偏差时间为实际送包点和标准接包点之间的距离换算到主环方向的距离，再根据主环速度计算得出的时间；所述标准接包点为送包台末端中间位置。

进一步，所述第二步中，所述放置段和动态秤段连接处设有光幕，包裹穿过光幕，得到包裹的完整的外形，所述动态秤段设有动态秤，包裹到达固定位置得到包裹的重量信息，根据包裹的外形和重量信息供件台控制系统计算得到包裹质心位置。

进一步，所述步骤三中，包裹匀速进入调速段后，供件台控制系统未绑定匹配小车车辆信息到包裹，供件台控制系统控制调速段皮带停止转动，重新计算送包时间并与主环控制系统通讯，重新确定匹配小车车号，绑定新的匹配小车车辆信息到包裹。

主环控制系统系统采用红外线方式与小车通讯。

有益效果

本发明能够让通讯在动态秤称重的时间内进行通讯，同时也将包裹的中心偏差通过加速时间节点的早晚来调整，有效地降低了两个包裹件的距离，能够最大的提高供件台效率。于此同时该发明将供件作为单独系统，能够适应各类分拣机。

本发明同时经实验证明使用方便可靠，操作简单，可以广泛应用到邮政交叉带分拣设备项目当中。本发明通过只有小车确认回复后才上包的方式解决了以往供件台PLC系统先查询小车是否为空后，先启动延时转动再通知小车会有可能随着PLC与小车通讯失败而损坏包件的问题。同时通过缩短调整段和主环速度实时监测的方式减少主环速度的稳定性对上包台上包准确程度的影响。本发明在托盘全空的时候避免了皮带停止方式来减少启停对上包准确性的影响，也通过同速接包消除皮带段件速差对包件上包准确程度的影响。此外，本发明还很大程度上提高了供件效率。

附图说明

图1为供件台示意图。

图2为供件台工作框架图，所述左右两列框图为一一对应。

图3为供件台工作流程图。

其中：1-放置段，2-动态秤段，3-调速段，4-送包段，5-主环，6-通讯串口，7-接近开关，8-通讯发送板，9-通讯接收板

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

工作原理：

如图1、图2、图3所示本发明的技术方案是采用四段式供件台，从包件最开始放置位置算起：第一段为放置段1，第二段为动态秤段2，第三段为调速段3，第四段为送包段4。供件台作为独立系统，控制主题部分主要由启停等面板开关、四段皮带机、动态秤、接近开关7、通讯发送/接收板、与供件台主系统PLC系统通信的422通讯串口6。接近开关7主要是用于作为小车位置定位所用，精确以目前采用的接近开关NI10U-M12-AP6X为例，开关距离为10mm。通讯发送/接收板采用红外方式与小车通讯。与供件台主系统上PLC的CP341模块通讯。

控制方式为第一段控制逻辑进行启停；第一段与第二段间光幕对邮件进行测量底面积和计算中心；第二段为动态秤段2，测量邮件重量，计算包裹应该上件的匹配小车，同时等到匹配小车到达固定位置进行与小车以及供件台PLC主站的通讯，通知匹配小车送包偏差时间；第三段为调速段3，用于调速和同步，如果包裹进入第三段后未得到供件台PLC主站的回复，或未得到小车的回复以及包裹与原先分配的小车调节范围超过调整段皮带调整范围，第三段进入停止模式，等待再次计算匹配小车，进入运行模式；第四段为送包段4，与第三段同速接包后以与主环5匹配速度送包。

第一段当第二段上的包裹得出重量数据并且已经分配好格口后允许启动，在包裹进入第二段后停止。

第二段为动态秤段，在设备正常运行状态一直匀速运动，当第二段上只有一个包裹，并且该包裹完全进入第二段的时候给出称重标志位，表示正在称重，经过固定时间复位，同时取包裹重量信息。当包裹匀速进入第二段的时候，第一段和第二段中间光电排对邮件进行点阵处理，得到包裹的完整外形，根据矩阵算法将包裹质心位置、包裹的长宽和底面积绑定到该包裹的数据库内，同时算出该包裹到达匹配小车上需调整的送包偏差时间，并算出包裹该匹配的小车与当前接近开关7上的小车的相应位置。当对应小车到达接近开关7的时候，通过422串口与供件台主系统PLC通讯，同时通过通讯发送板8发送送包偏差时间，主环系统和小车收到后回复收到指令确认信号。当供件台控制系统收到小车和主环系统的确认指令后，将小车号绑定到包裹上，如果规定时间内未收到，等待下一辆车到达的时候再和小车通讯，收到确认信息后记录该包裹新的上调整包时间和小车号。小车的车辆信息主要就是小车的车号。

供件台计算到小车送包时间后，在根据当前接近开关处小车的位置，计算得到匹配小车号（例如，包裹需要2000ms到达实际上包点，其中接近开关与实际上包点间距离为1.6m，转换为时间为1600ms，还剩下400ms*1m/s=400mm，说明包裹匹配的小车在接近开关后400mm的地方，该地方的小车号就是将要匹配的小车号）。然后等待该小车达到接近开关处的时候给主环控制系统发送查询该小车时候能够上件。主环控制系统回复小车能够上件。收到主环允许上件回复后，向小车发送附带转动距离的上包指令，得到小车回复后绑定该小车的小车号到包裹上。

包裹匀速进入第三段，如果包裹未绑定小车号，则将会停止下来，再次等待小车到来节拍，如果未通讯成功，则等待下次节拍再次通讯，直到通讯成功算出上包时间，并记录小车号。同时算出等待启动时间启动上包。如果包裹已经绑定小车号，计算包裹上包偏差时间是否超过第三段调整算法最大调整时间，如果超过则从新安排停止算法，第三段停止下来匹配上包调整时间，然后再启动上包。

第四段接包的时候与第三段同速保持包裹状态稳定，然后包裹全部接过来后保持与主线匹配速度运行。

具体工作：

供件台上控制面板上启/停按钮和急停按钮负责设备的启动与停止，通过I/O点接入PLC。四段皮带机通过变频器控制，PLC通过I/O点控制皮带机的启停，通过模拟量模块控制电机转速。第一段与第二段皮带机间安装水平和竖直方向的光幕，测量包裹的外形。第二段与第三度以及第三段与第四段之间有区域传感器，检测包裹通过与否。同时在主环5上有一个接近开关7，检测小车位置；一对通讯接受/发送板用于与小车通讯。此外供件台系统还有一个串口模块与主系统进行通讯。大致结构如图1所示。

供件台上电后处于停止状态，四段皮带机停止，数据清空。但会检测是否光幕和区域传感器检测处一直有物件，当超过一定时间后进行卡塞报警,请求清除。

供件台启动后，首先对各个定时器和标志位等进行初始化，然后四段皮带以低速运行，在第一段放置包裹，包裹匀速进入光幕，通过光幕对，通过矩阵算法对包裹外形进行计算得出包裹的长、宽、高、质心位置和体积。当包裹尾部离开光幕时，我们停止第一段，同时将会得到该包裹第二段皮带上横向和纵向的位置坐标，记为P(x,y),同时也记下此刻与上一个接近开关7上升沿的时间记为Tcar，根据实际的供件台物理位置算出与该小车中心位置的偏差时间T_中=g(P(x,y),T_car)以及和小车需要转动的时间T_{car_delay}，根据当前主环5速度计算小车节拍时间T_sys，这时候我们可以得到小车如果不调整将会进入小车现在的位置，于是我们记录我们要上的小车与当前小车相距的小车数为N_小车=f(P(x,y),T_car)，假如我们把当前小车定为一号，我们包裹现在位置对应的小车号为三号，那我们相距一辆小车，N_小车=1,于是我们设置定时器T_通讯（T_通讯=N_小车*T_sys），当定时器时间到达后我们表示下一个到来的小车就是我们包裹将要上件的小车，于是我们把可以通讯的标志位COM_EN设为TRUE。

当COM_EN=TRUE时，接近开关7检测到上升沿后分别对主系统和通讯发送板8给出请求上包指令和小车转动时间T_{car_delay}，在一个节拍内如果收到主系统允许上包和小车回答指令，这时候将COM_EN设为FALSE，将COM_DONE设为TRUE。如果未收到回复则记录一次通讯失败或者如果收到不允许上包回复，这时候等待下一个节拍进行上一步的通讯，并将T_中=T_中+T_sys，直到通讯完成时将COM_EN设为FALSE，将COM_DONE设为TRUE。完全进入第三段，这时候查看COM_DONE是否为TRUE,如果是则查看是否T_中>T_sys，如果大于则进入“通讯完成停止等待模式”，停止第三段，开启定时器T_{stop_time}（T_{stop_time}=h（T_中）），定时器时间到了后第三段启动，速度设置为匹配速度上件；如果T_中<T_sys,则进入“非停止等待模式”，这时候开启定时器T_{stop_time}（T_{stop_time}=h（T_中）），定时器时间到了后第三段速度设置为匹配速度加速上件。如果COM_DONE为FALSE,这表示未通讯停止成功，进入“未通讯完成停止等待模式”，停止第三段，同时等待接近开关7等待上升沿到来后进行通讯，直到收到通讯回复为允许这时候COM_EN设为FALSE，将COM_DONE设为TRUE，等待下一个接近开关7，同时开启定时器T_{stop_time}（T_{stop_time}=j（T_中）），定时器时间到了后第三段启动，速度设置为匹配速度上件。

第四段当检测到有物件进入后将速度设置为第三段速度，包裹完全进入后保持匹配速度，当包裹出去后将速度调整为低速保护电机。

而新的包裹当物品完全进入第二段后即可放入第一段，当前一个包裹得到匹配小车允许上件回复后，第一段允许进入第二段，重复以上动作。

以上就是实际的基于PLC的交叉带分拣设备上包台控制方法。

Claims (5)

1.一种交叉带分拣设备上包台的控制方法，其特征在于：它包括供件台和主环，所述主环上设有接近开关和小车，所述小车相同间隔设置并随主环匀速运动，所述主环设有主环控制系统，所述小车设有小车通讯系统，所述供件台包括依次连接的放置段、动态秤段、调速段、送包段，各段均设有皮带，首尾相连，所述送包段送包裹入小车，所述供件台设有供件台控制系统；

步骤一、包裹进入放置段，经皮带传送到动态秤段，包裹完全进入动态秤段后放置段通过动态秤段上设置的动态秤称重，包裹在动态段绑定匹配小车后，放置段重新开始工作；

步骤二、当所述包裹完全进入动态秤段，且动态秤段上只有该所述包裹时，获取包裹的位置数据，供件台控制系统计算得到送包时间和送包偏差时间后，供件台控制系统计算匹配小车；当匹配小车达到接近开关位置时，供件台控制系统向主环控制系统发送上件请求，得到允许上件信息后向匹配小车发送送包偏差时间;供件台控制系统收到匹配小车确认收到送包偏差时间后，绑定匹配小车车辆信息到包裹;供件台控制系统规定时间内未收到主环控制系统的允许上件信息或匹配小车的确认收到送包偏差时间信息，重新计算送包时间并与主环控制系统通讯，重新确定匹配小车；

步骤三、包裹匀速进入调速段，供件台控制系统通过匹配小车的车辆信息计算得到上匹配小车需要调整的时间，然后调控皮带转动速度；

步骤四、送包段皮带与调速段皮带同速接收包裹，包裹全部进入送包段后，送包段调整皮带速度与主环速度匹配，包裹送入匹配小车。

2.如权利要求1所述的一种交叉带分拣设备上包台的控制方法，其特征在于：所述第二步中，所述送包时间为包裹匀加速到实际上包点的时间；所述送包偏差时间为实际送包点和标准接包点之间的距离换算到主环方向的距离，再根据主环速度计算得出的时间；所述标准接包点为送包台末端中间位置。

3.如权利要求1所述的一种交叉带分拣设备上包台的控制方法，其特征在于：所述第二步中，所述放置段和动态秤段连接处设有光幕，包裹穿过光幕，得到包裹的完整的外形，所述动态秤段设有动态秤，包裹到达固定位置得到包裹的重量信息，根据包裹的外形和重量信息供件台控制系统计算得到包裹质心位置。

4.如权利要求1所述的一种交叉带分拣设备上包台的控制方法，其特征在于：所述步骤三中，包裹匀速进入调速段后，供件台控制系统未绑定匹配小车车辆信息到包裹，供件台控制系统控制调速段皮带停止转动，重新计算送包时间并与主环控制系统通讯，重新确定匹配小车车号，绑定新的匹配小车车辆信息到包裹。

5.如权利要求1所述的一种交叉带分拣设备上包台的控制方法，其特征在于：主环控制系统系统采用红外线方式与小车通讯。

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