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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Materialsortiersystem und insbesondere
ein Sortiersystem der Art, die eine Vielzahl von Transporteinheiten
umfasst und auf einer Schiene beweglich ist. Zu sortierende Gegenstände werden
auf die Transporteinheiten geladen und an spezifizierten Adressen
oder Bestimmungsausgängen
entlang der Schiene entladen.
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Bei
einem bekannten Materialsortiersystem umfasst jede der Transporteinheiten
eine Schale, der mit einem Schalenkippmechanismus verbunden ist. Der
Schalenkippmechanismus ermöglicht,
dass die Schale zu einer Seite, jedoch gewöhnlich zu beiden Seiten der
Bewegungsrichtung der Kippschaleneinheiten in der Schiene gekippt
werden kann. Auf diese Weise können
Gegenstände,
die in die Schalen geladen sind, in ausgewählte Bestimmungsausgänge entladen
werden.
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Bei
einem weiteren bekannten Materialsortiersystem umfasst jede der
Transporteinheiten ein kleines Fördermittel
oder "Querförderband". Das Fördermittel
ermöglicht,
dass Gegenstände,
die darauf geladen werden, zu beiden Seiten der Bewegungsrichtung
der Transporteinheiten entlang der Schiene befördert werden. Auf diese Weise
können
Gegenstände,
die auf die Fördermittel
geladen sind, in ausgewählte
Bestimmungsausgänge
entladen werden.
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Kippschalen-
und Querförderband-Sortierer sind
für ihre
Fähigkeit
bekannt, eine breite Vielfalt von Produkten bei großen Durchsatzraten
und hoher Geschwindigkeit mit großer Genauigkeit handzuhaben. Kippschalensortierer
werden im Allgemeinen bei Gepäckhandhabungssystemen
in Flughäfen,
zentralen Vertriebslagern und Pakethandhabungsanlagen verwendet.
Querförderbänder werden
häufiger
für das Sortieren
kleinerer Gegenstände
verwendet, bei denen die Breite des Bestimmungsausgangs eng ist. Der
Querförderband-Sortierer
befördert
die Gegenstände
in die Rutsche, während
der Kippschalensortierer die Produkte unter Ausnutzung der Erdanziehungskraft
in einen Bestimmungsausgang fallen lässt. Folglich kann die Breite
des Bestimmungsausgangs für
einen Querförderband-Sortierer
enger gehalten werden.
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Kippschalensortierer
werden größtenteils mechanisch
betrieben, obwohl auch elektrisch angetriebene Kippschaleneinheiten
bekannt sind.
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Während eine
elektrisch angetriebene Kippschaleneinheit viele Vorteile gegenüber einer
mechanischen Kippschaleneinheit bietet, weisen bestehende Konstruktionen
dennoch einige Beschränkungen auf.
Ein Sender muss an jeder Kippposition entlang der Schiene angeordnet werden,
um das Kippen einzuleiten, und er muss für Steuersoftware in dem Sortiersteuersystem
identifiziert werden. Jedesmal, wenn eine Kippposition verändert wird,
muss der zugehörige
Sender neu angeordnet werden und es müssen Veränderungen der Steuersoftware
vorgenommen werden. Des Weiteren sind die Installationskosten zur
Anbringung von Kippsendern im Hinblick auf elektrische Verdrahtung
in der Anlage, Software und Inbetriebnahme beträchtlich.
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Da
ein Sender unmittelbar benachbart zu jeder Kippposition angeordnet
sein muss, ist eine Anzahl von Sendern erforderlich, um ein gutes
Füllmuster
für breite
Rutschen zu erzeugen. Obwohl es relativ einfach ist, mehrere Sender
für eine
elektrisch betriebene Kippschaleneinheit zu installieren, erfordern alle
diese Sender Verkabelungs-, Softwaresteuerungs-, Installations-
und Inbetriebnahmezeit. Außerdem
ist die Anzahl von Kipppositionen für eine einzige Rutsche aufgrund
der physikalischen Größe der Sender,
ihrer Montagehalter und zugehörigen
Verdrahtung beschränkt.
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Nach
der Programmierung kann das Kippprofil der Schalen nicht leicht
geändert
werden. Es wäre
jedoch von Vorteil, wenn das Schalenkippprofil selektiv variiert
werden könnte,
beispielsweise um eine Kippschale stärker zu kippen, wenn Gepäck nass
geworden ist, und sie sanfter zu kippen, wenn zerbrechliche Gegenstände befördert werden.
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Eine
Beschränkung
des Durchsatzes eines Kippschalensortierers ist die Sortiergeschwindigkeit. Die
Anzahl der Gegenstände,
die sortiert werden können,
kann nicht größer sein
als die Anzahl der Schalen, die in einem gegebenen Zeitraum durch den
Ladebereich des Sortierers laufen. Jedoch gibt es eine Höchstgeschwindigkeit,
mit der Schalen sicher die Schiene entlang laufen können, und
oberhalb dieser Geschwindigkeit besteht immer die Gefahr, dass Gegenstände aus
den Schalen herausfallen, wenn sich die Schale um Kurven in der
Schiene herum bewegt.
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Ein
elektrisch betriebener Kippschalensortierer muss ebenfalls an spezifischen
Stellen entlang der Sortierschiene mit dem Sortiersteuersystem kommunizieren.
Wenn der Sortierer stoppt, wird der elektrische Strom zu den Kippschaleneinheiten
aus Sicherheitsgründen
ausgeschaltet. Wenn der Sortierer erneut startet, müssen sämtliche
Kippschaleneinheiten zurückgesetzt
werden, so dass sie auf Kippbefehle reagieren. Diese Funktion wird
mit Hilfe eines Senders, der aktiviert wird, wenn die Kippschaleneinheit
sich über
ihn hinweg bewegt, in einer bestimmten Position ausgeführt. Ebenso
wird die Kippschaleneinheit auf diese Weise zurückgesetzt, wenn eine Kippschaleneinheit
einen Defekt hatte und sich im Fehlerzustand befindet.
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Wenn
die Kippschaleneinheiten zurückgesetzt
sind, wird ein leiterplattenintegrierter Sender eingeschaltet, der
dem Sortiersteuersystem signalisiert, dass sie für den Empfang von Artikeln
bereit sind. Wenn eine Kippschaleneinheit einen Defekt entwickelt,
wird der leiterplattenintegrierte Sender ausgeschaltet. Der Status
der Kippschaleneinheiten wird an eingestellten Positionen durch
einen spurintegrierten Empfänger
abgelesen.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die Sender und Empfänger an einer begrenzten Anzahl
von Positionen abgelesen werden, können inhärente Verzögerungen beim Starten des Sortierers
auftreten, da sämtliche
Kippschaleneinheiten an der zurückgesetzten
Position vorbeilaufen müssen,
bevor Gegenstände
in die Schalen geladen werden können
und bevor Kippbefehle an die einzelnen Kippschaleneinheiten ausgegeben
werden können.
Wenn ein Fehlerzustand auftritt, kann eine Kippschaleneinheit nicht die
Art des Defekts mitteilen, sondern nur, dass aufgrund der Tatsache,
dass der damit versehene leiterplattenintegrierte Sender nur ein
Ein- oder Aus-Signal
ermöglicht,
ein Defekt aufgetreten ist.
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Für ein einfaches
Verständnis
wird nun ein typischer elektrisch betriebener Kippschalensortierer unter
Bezugnahme auf 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Zunächst unter
Bezugnahme auf 2 sind zwei elektrisch betriebene
Kippschaleneinheiten 101 und 102 gezeigt, die
miteinander verbunden sind, so dass ein Endloszug gebildet wird.
Jede Kippschaleneinheit umfasst im unteren Teil derselben einen
Aluminiumkastenabschnitt 2, der eine Stahlplatte 1 umgibt.
Die Stahlplatte 1 bildet eine Reaktionsplatte für einen
Linearinduktionsmotor. Diese Linearinduktionsmotoren dienen zum
Antrieb des Endloszuges entlang einer Schiene (nicht gezeigt). Die
Geschwindigkeit des Endloszuges entlang der Schiene wird durch ein
Sensormittel (nicht gezeigt) auf oder benachbart zur Schiene bestimmt,
das in der Lage ist, die Markierungen auf einem Codierstreifen 3 zu
erfassen, der die Seite jedes Kastenabschnitts 2 entlang
verläuft,
und eine Zentralsteuerung verwendet dies daraufhin zur Regelung
der Geschwindigkeit des Endloszuges entlang der Schiene.
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst nun jede Kippschaleneinheit
einen elektrischen Bremsmotor 4, der an jedem Ende desselben
mit einem Paar Armen 5 verbunden ist, die ihrerseits eine
Schale 103 stützen,
was für
eine einfache Veranschaulichung nur in 1 gezeigt
ist. Der Motor 4 kann zur Drehung der Schale 103 rückwärts und
vorwärts
um seine Antriebsachse betrieben werden, wodurch ermöglicht wird,
dass in der Schale 103 befindliche Gegenstände aus
dieser entladen werden. Die Schale 103 wird von dem Bremsmotor 4 normalerweise
in der horizontalen Position gehalten, wie in 1 gezeigt.
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Jede
Kippschaleneinheit umfasst an ihrem vorderen Ende eine sich horizontal
erstreckende Stützstange 104,
die an jedem Ende eine Rollenbaugruppe 105 und 106 trägt. Die
Rollenbaugruppen 105 und 106 können jeweils in einen entsprechenden
Kanal eingreifen, der von der zuvor genannten Schiene abgegrenzt
wird. Der Betrieb jeder Kippschaleneinheit wird von einer Empfängereinheit
und einer Sendereinheit gesteuert, die von der Einheit selbst getragen
werden, und dies erfolgt an vorherbestimmten Stellen entlang der
Schiene, wie im Folgenden erläutert
wird.
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Jede
Kippschaleneinheit wird nach einem Fehlerzustand oder Stromverlust
durch den Betrieb eines Schalenrücksetzsenders,
der in der Schiene befestigt ist, zurückgesetzt. Wenn eine Kippschaleneinheit über den
Rücksetzsender
läuft,
wird der Sender eingeschaltet und ein Rücknetzempfänger (nicht gezeigt) an der
Einheit selbst nimmt das Signal auf. Der Rücknetzempfänger gibt ein Signal an einen Kontroller 11 aus,
der an der Kippschaleneinheit befestigt ist, wobei der Kontroller 11 eine
Rücksetzung ausführt und
die Kippschaleneinheit aktiviert. Wenn die Kippschaleneinheit derart
aktiviert ist, wird ein Einheit-Aktiviert-Sender 9 eingeschaltet,
der auf der horizontalen Stützstange 104 getragen
wird, und bleibt eingeschaltet, bis ein Defekt auftritt oder der Strom
zur Kippschaleneinheit ausgeschaltet wird.
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Auf
der Schiene ist ebenfalls ein Einheit-Aktiviert-Empfänger angeordnet,
der in der Lage ist, die Ausgabe aus jedem Einheit-Aktiviert-Sender 9 zu
erfassen. Wenn sich jede Kippschaleneinheit über den Einheit-Aktiviert-Empfänger bewegt,
wird der Status ihres Senders erfasst oder "gelesen" und auf diese Weise wird der Status
jeder Einheit bestimmt. Diejenigen Kippschaleneinheiten, die als
desaktiviert bestimmt werden, werden aus dem Betrieb herausgenommen,
so dass keine weiteren Gegenstände
in ihre Schalen geladen werden.
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In
der Schiene sind an vorherbestimmten Stellen entlang ihrer Länge ebenfalls
Paare von Kippschaleneinheitskippsendern angeordnet. Die Ausgaben
aus diesen Sendern werden von jeder Kippschaleneinheit mittels eines
Paars von Empfängern 7 und 8 erfasst,
die an einem Ende der horizontalen Stützstange 104 getragen
werden. Es versteht sich, dass abhängig von den Signalen, die
aus jedem Paar Sender ausgegeben werden, die Schale jeder Kippschaleneinheit,
wenn sie an den Sendern vorbeiläuft, dazu
veranlasst wird, zu kippen oder horizontal zu bleiben. Wenn insbesondere
der Empfänger 7 ein
Signal erfasst, betreibt der Kontroller 11 den Motor 4 so,
dass ein Kippen der Schale nach rechts verursacht wird; wenn der
Empfänger 8 ein
Signal erfasst, wird die Schale nach links gekippt, und wenn sowohl der
Empfänger 7 als
auch 8 gleichzeitig ein Signal erfassen, wird die Schale
eben gehalten.
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Wenn
der Kontroller 11 die Ausgabe aus den Empfängern 7, 8 und 9 erfasst,
wird eine Kipp-, Geradstellungs- oder Rücksetzsequenz für die Kippschaleneinheit
gestartet. Die Kippschaleneinheit wird stets zurückgesetzt, wenn durch die Wirkung
eines Positionskennzeichens 16 ein Sicherheitsgrenzschalterkontakt 15 hergestellt
wird, wenn sich die Schale dreht. Der Grenzschalter 15 wird
verwendet, um den Kontroller 11 zu auszulösen, wenn
die Schale über
ihren Höchstdrehwinkel
hinaus gekippt ist. Der Kontroller 11 definiert die Kipp-
und Geradstellungssequenz. Das Programm im Kontroller 11 definiert
die Kippdrehzahl und verwendet drei Sensoren 17, 18 und 19 zur
Bereitstellung einer Positionsrückmeldung,
um den Kippwinkel und die horizontale Position der Schale zu steuern,
wenn diese gerade gestellt wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kippschalensortiersystem
zu schaffen, das ein einfacheres und effektiveres Mittel zur Kommunikation
mit und Steuerung des Betriebs jeder Transporteinheit über das
bekannte System bereitstellt, auf das oben Bezug genommen wurde.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Sortiersystem geschaffen, das eine Vielzahl von Transporteinheiten
umfasst, die Ende-an-Ende verbunden sind, so dass ein Endloszug
gebildet wird, und für
eine Bewegung entlang einer Schiene befestigt sind, die in Intervallen
entlang ihrer Länge
Bestimmungsausgänge
abgrenzt, an denen Artikel, die von jeder der Transporteinheiten
befördert
werden, unter der Steuerung eines zentralen Steuersystems selektiv
entladen werden können,
wobei das zentrale Steuersystem eine Hochfrequenzsendevorrichtung umfasst,
durch die Steuersignale zu dem Endloszug gesendet werden, und der
Endloszug eine Hochfrequenzempfangsvorrichtung zum Empfang der gesendeten
Steuersignale und einen leiterplattenintegrierten lokalen Kontroller
zum Betrieb jeder der Transporteinheiten als Reaktion auf ein empfangenes
Steuersignal umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale
Steuersystem des Weiteren ein Mittel zur Bestimmung der aktuellen
Position jeder Transporteinheit im Verhältnis zu einer festen Bezugsposition
auf der Schiene umfasst, wobei die aktuellen Positionsdaten periodisch
dem leiterplattenintegrierten lokalen Kontroller mitgeteilt werden,
und der leiterplattenintegrierte lokale Kontroller ein Mittel umfasst,
um aus der Geschwindigkeit des Endloszugs den Abstand zu extrapolieren, der über die
Position hinaus, die ihm zuvor von dem zentralen Steuersystem mitgeteilt
wurde, zu einem beliebigen Zeitpunkt zurückgelegt wurde.
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Vorzugsweise
ist die Hochfrequenzsendevorrichtung an eine geschlitzte Speiseantenne
angeschlossen, die sich die Länge
der Schiene entlang erstreckt. Die geschlitzte Speiseantenne kann
ein abgeschirmtes Kabel umfassen, das in Intervallen entlang seiner
Länge Löcher in
der Abschirmung aufweist. Die geschlitzte Speiseantenne kann parallel zur
Schiene verlaufen. Alternativ kann sie in der Schiene selbst verlaufen.
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Die
Verwendung einer geschlitzten Speiseantenne zum Senden von Steuersignalen
vom zentralen Steuersystem zu dem Endloszug stellt sicher, dass
keine Totpunkte oder Nullpunkte um die Schiene herum vorhanden sind.
In dieser Hinsicht können die
Schiene, die Bestimmungsausgänge
und alle zugehörigen
Geräte
das Signal von einer einfachen Rundstrahlantenne abschirmen und
auf andere Weise absperren.
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Jede
der Transporteinheiten kann eine Hochfrequenzempfangsvorrichtung
umfassen, die mit einem leiterplattenintegrierten lokalen Kontroller verbunden
ist, der als Reaktion auf empfangene Steuersignale einen Entlademechanismus
der Transporteinheit aktiviert. Jedoch umfasst der Endloszug bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mindestens eine Haupttransporteinheit
und eine Vielzahl von Nebentransporteinheiten, die zu der oder jeder
Haupttransporteinheit gehören,
und die oder jede Haupttransporteinheit umfasst eine Hochfrequenzempfangsvorrichtung,
die an einen leiterplattenintegrierten lokalen Kontroller angeschlossen
ist, der als Reaktion auf empfangene Steuersignale den Entlademechanismus
der Haupttransporteinheit und jeder der dazugehörigen Nebentransporteinheiten
betätigt.
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Die
vorliegende Erfindung ist in der Lage, sicherzustellen, dass von
einer bestimmten Transporteinheit beförderte Artikel am korrekten
Bestimmungsausgang entladen werden, indem die Position jeder Transporteinheit
im Verhältnis
zu einer festen Bezugsposition auf der Schiene bestimmt wird. Im Hinblick
darauf umfasst das Positionsbestimmungsmittel ein Mittel zum Erfassen
des Vorbeilaufens einer bestimmten Transporeinheit an einer festen
Bezugsposition auf der Schiene, einen Zähler und ein Mittel zum Starten
des Distanzbestimmungsmittels bei Erfassung der bestimmten Transporteinheit.
Das Distanzbestimmungsmittel kann ein Rad, das sich entgegengesetzt
zum Endloszug dreht, oder Codiermarkierungen umfassen, die entlang
der Länge
der Schiene verlaufen und von einem optischen Mittel erfasst werden
können.
Das Distanzbestimmungsmittel umfasst ein Sensormittel, das in der
Schiene befestigt ist, um sowohl den Durchgang jedes Wagens als auch
die Markierungen auf einem Codierstreifen an jeder Transporteinheit
zu erfassen, sowie einen Zähler
zum Zählen
derselben. Es versteht sich, dass der Zählwert, der von dem Zähler gehalten
wird, die Position der bestimmten Transporteinheit im Verhältnis zu
der festen Bezugsposition mit einer Genauigkeit des Abstands zwischen
den Markierungen auf dem Codierstreifen darstellt und dass hieraus
die Position jeder anderen Transporteinheit bestimmt werden kann.
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Während das
zentrale Steuersystem in der Lage ist, die momentane Position jeder
Transporteinheit im Verhältsnis
zur festen Bezugsposition aus dem gehaltenen Zählwert exakt zu bestimmen,
ist diese momentane Position nur dem leiterplattenintegrierten lokalen
Kontroller oder den Kontrollern auf dem Endloszug bekannt, wenn
ihm oder ihnen von dem zentralen Steuersystem Daten mitgeteilt werden.
Wenn die Datenkommunikation zwischen dem zentralen Steuersystem
und dem leiterplattenintegrierten lokalen Kontroller oder den Kontrollern
eine Zweiwegedatenkommunikation zu dem lokalen Kontroller oder den
Kontrollern ist, wird sie aufgrund der inhärenten Verzögerung beim Wechseln eines
Sendeempfängers
vom Sendemodus in den Empfangsmodus unterbrochen. Eine Ungenauigkeit
der Position der Transporteinheitein, wie sie von dem leiterplattenintegrierten
lokalen Kontroller oder den Kontrollern bestimmt wird, führt natürlich dazu,
dass er seine Fracht an der falschen Stelle entlädt.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
dieses Problem, indem aus der Geschwindigkeit des Endloszugs der
Abstand extrapoliert wird, der zu einem beliebigen Zeitpunkt zwischen
dem Empfang von aktuellen Positionsdaten und neuen Positionsdaten,
die empfangen werden, zurückgelegt
wird.
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Jede
Transporteinheit ist mit einem Elektromotor ausgestattet, der so
betrieben werden kann, dass er die Aktivierung der zugehörigen Schale
oder des Förderbands
veranlasst. Strom kann jedem Motor getrennt oder durch eine gemeinsame
einzelne Versorgungseinheit zugeführt werden, wobei die Transporteinheiten
in diesem Fall sowohl elektrisch als auch mechanisch miteinander
verbunden sein müssen.
Es kann eins von mehreren Verfahren verwendet werden, um den Elektromotoren
Strom zuzuführen,
einschließlich:
- 1. a) Eine ununterbrochene elektrische Stromquelle
ist den Umfang des Sortierschienensystems entlang angeordnet und
es wird über
eine Gruppe von Stromabnehmern, die an einer oder jeder Transporteinheit
befestigt sind, Strom abgenommen und dort verwendet, wo es nötig ist.
- b) Eine abgestufte elektrische Stromquelle wird benachbart zu
einer kurzen Schienenstrecke angeordnet, wodurch einer Stromspeichervorrichtung
an Bord einer oder jeder Transporteinheit ermöglicht wird, genügend Energie
aufzunehmen und zu speichern, um ein Kippen zu ermöglichen.
- 2. Eine wiederaufladbare Batterie ist an einer oder jeder Transporteinheit
bereitgestellt. Die wiederaufladbare Batterie wird immer, wenn es
für den Betriebsablauf
des Systems angemessen ist, wieder aufgeladen.
- 3. a) Elektrischer Strom wird mit Hilfe eines magnetischen Induktionsverfahrens
zu einer oder jeder Transporteinheit geleitet. Bei einem derartigen
Verfahren wird ein elektrischer Strom von einem induktiven Gleis
in einen Abnehmer induziert, der auf einer oder jeder Transporteinheit
getragen wird, wodurch ermöglicht
wird, dass der Strom für
das Kippen einer Schale oder den Betrieb eines Querförderbands
verwendet wird. Das induktive Gleis kann in der Schiene integriert
sein oder davon beabstandet sein. Wo es angemessen ist, können die
Transporteinheitein mit einer Stromspeichervorrichtung in Form einer
Batterie oder eines Kondensators versehen sein.
- b) Es kann ebenfalls ein abgestuftes induktives Stromübertragungsverfahren
angewendet werden. Dies verwendet magnetische Induktion zur Übertragung
von Strom zu einer oder jeder Transporteinheit an lokal ausgewählten "Ladestationen", woraufhin der Strom
von einer Stromspeichervorrichtung, wie beispielsweise einer Batterie oder
einem Kondensator, gespeichert wird.
- 4. Es kann Strom an jeder Transporteinheit durch Verwendung
eines Dynamos, der von den Rädern dieser
Einheit angetrieben wird, erzeugt werden. Dies kann dynamisch Strom
erzeugen, um den Entlademechanismus der Transporteinheit zu betreiben,
oder der Strom kann in einer Speichervorrichtung, wie beispielsweise
einer Batterie oder einem Kondensator, gespeichert und wenn benötigt verwendet
werden.
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Die
Transporteinheiten selbst können
mittels einer von einer Vielzahl herkömmlicher Antriebsverfahren,
einschließlich
Reibradantrieb, Wagen, die mit individuellen Motoren angetrieben
werden, Riemenantrieb, Greiferantrieb, Linearinduktionsmotor (L.I.M.),
Servo-L.I.M, CAT/Kettenantrieb
und Schraubenantrieb, um die Schiene herum befördert werden.
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Durch
Bereitstellung von drahtloser Kommunikation zwischen dem zentralen
Steuersystem und jeder Transporteinheit wird die Leistung des Sortiersystems
im Vergleich zu herkömmlichen
Systemen in mehrfacher Hinsicht verbessert. Zunächst stellt drahtlose Kommunikation
sicher, dass jede Transporteinheit in praktisch ständiger Kommunikation
mit dem zentralen Steuersystem steht. Dies bedeutet, dass alle erforderlichen
Befehle sofort zur Transporeinheit weitergeleitet werden können und
darauf reagiert werden kann. Es bedeutet ebenfalls, dass eine Veränderung
des Betriebsstatus einer Transporteinheit sofort dem zentralen Steuersystem
mitgeteilt und eine geeignete Reaktion eingeleitet werden kann. Zudem
und vielleicht vor allem bedeutet dies, dass das Sortiersystem nicht
länger
von der Positionierung jeder Transporteinheit abhängt, um
eine Kommunikation mit und von dem zentralen Steuersystem zu erreichen.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Transporteinheit zur
Verwendung in einem Transportsortiersystem ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht von zwei Transporteinheiten ist, wie sie
in 1 gezeigt sind, die miteinander verbunden sind,
um einen Endloszug zu bilden;
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3 eine
Zeichnung ist, die die Steuerarchitektur eines Transportsortiersystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 eine
Zeichnung ist, die den leiterplattenintegrierten lokalen Kontroller
einer einzelnen Haupttransporteinheit zeigt; und
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5 eine
Zeichnung ist, die die Schnittstelle zwischen einer Haupttransporteinheit
und einer Nebentransporteinheit zeigt, die dieser unmittelbar folgt.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung hierin im Folgenden unter Bezugnahme auf
ein Sortiersystem beschrieben ist, das Kippschaleneinheiten umfasst, versteht
es sich, dass die vorliegende Erfindung ebenso auf andere Arten
von Transporeinheiten, einschließlich Querförderband-Sortiereinheiten,
angewendet werden kann.
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Bei
einem Sortiersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Kippen der Schale der Kippschaleneinheit durch
einen Motor unter der Steuerung eines leiterplattenintegrierten
lokalen Kontrollers ausgeführt.
Es versteht sich, dass jede Kippschaleneinheit mit ihrem eigenem
getrennten leiterplattenintegrierten lokalen Kontroller ausgestattet sein
kann, dass jedoch bei einem in der Praxis implementierten System
ein einzelner leiterplattenintegrierter lokaler Kontroller mit mehreren
Kippschaleneinheiten verbunden ist und diese steuert. In diesem Zusammenhang
wird die Kippschaleneinheit, die den leiterplattenintegrierten lokalen
Kontroller trägt,
als "Hauptkippschaleneinheit" bezeichnet, und
die Kippschaleneinheiten, mit denen sie verbunden ist, werden als "Nebenkippschaleneinheiten" bezeichnet. Die
Anzahl von Nebenkippschaleneinheiten, die zu jeder Haupttransporteinheit
gehören,
hängt von
dem jeweiligen System ab. Der leiterplattenintegrierte lokale Kontroller
kommuniziert über
ein Hochfrequenzkommunikationssystem mit einem Systemkontroller. Dies
wird im Folgenden ausführlicher
dargestellt.
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Die
Schale jeder Kippschaleneinheit wird von einer Feststellbremse,
einer elektromechanisch betriebenen Klinke oder einer entsprechenden
Vorrichtung in ihrer normalerweise horizontalen Position gehalten.
Als Reaktion auf ein entsprechendes Steuersignal vom Systemkontroller
löst der
leiterplattenintegrierte lokale Kontroller die Feststellbremse oder die
elektromechanische Klinke einer bestimmten Kippschaleneinheit und
aktiviert den Motor, um die Drehung der Schale in der gewünschten
Richtung zu verursachen. Das Rotationsprofil der Schale wird angemessenerweise
unter Verwendung einer Sensoranordnung, eines Codierers oder eines
Potentiometers gesteuert, um eine Positionsrückmeldung bereitzustellen.
Der leiterplattenintegrierte lokale Kontroller steuert ebenfalls
den Kippwinkel sowie die Beschleunigung und Verzögerung der Schale. Wenn die
von der bestimmten Kippschaleneinheit beförderten Gegenstände entladen
worden sind, wird die Schale in ihre normale horizontale Position
zurückgebracht. Dies
kann unter Verwendung eines Steuersignals von dem Systemkontroller
erreicht werden, oder der leiterplattenintegrierte lokale Kontroller
kann so betrieben werden, dass er die Drehrichtung des Motors nach
einer vorherbestimmten Zeitspanne umkehrt.
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3 zeigt
die Gesamtsteuerarchitektur eines Kippschalensortiersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ist eine Anzahl von Kippschaleneinheiten gezeigt,
von denen eine eine Hauptkippschaleneinheit 32 ist, die
mit einer Anzahl von Nebenkippschaleneinheiten 33 verbunden
ist, so dass ein Endloszug gebildet wird. Obwohl dies in der Zeichnung
nicht veranschaulicht ist, sind mehrere Hauptkippschaleneinheiten
vorhanden, die jeweils mit einer Reihe von Nebenkippschaleneinheiten
verbunden sind, um eine Vielzahl von Endloszügen zu bilden, und diese Endloszüge sind
ihrerseits miteinander verbunden, um die geschlossene Schleife von
Kippschaleneinheiten zu bilden, die sich die Länge der Schiene entlang erstreckt,
wie in 3 gezeigt.
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Jede
Hauptkippschaleneinheit 32 umfasst ein Hochfrequenzmodem 34,
einen programmierbaren Kontroller 35, der über ein
serielles Kommunikationskabel mit dem Hochfrequenzmodem 34 kommuniziert,
und einen Motorkontroller 36. Abhängig von der Art des gewählten Motorkontrollers 36 kann ebenfalls
ein Ein-/Ausgabemodul 37 bereitgestellt sein.
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Unter
Bezugnahme auf 5 ist ersichtlich, dass der
Motorkontroller 36 der Hauptkippschaleneinheit 32 unter
Verwendung eines Feld-Bus ebenfalls mit dem Motorkontroller 36 jeder
Nebenkippschaleneinheit 33 in dem Endloszug verbunden ist, das
Gleiche gilt für
die Ein-/Ausgabemodule 37. Jedoch versteht es sich, dass
dies nicht immer der Fall ist. Abhängig von der Konfiguration
können
die Ein-/Ausgabemodule mit dem Motorkontroller 36 jeder
Nebenkippschaleneinheit 33 verbunden sein, ohne dass eine
Verbindung zwischen den Motorkontrollern 36 selbst besteht.
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Um
die Schiene herum verläuft
ein geschlitztes Speisekabel 38, das mit einem Funkmodem 39 verbunden
ist. Das geschlitzte Speisekabel 38 ist in der Schiene
befestigt, muss jedoch mindestens 50 mm entfernt von einer etwaigen
Stahlkonstruktion angeordnet sein. Das Funkmodem 39 ist
durch eine serielle Kommunikationsverbindung mit einem Leiteinrichtungskontroller 40 verbunden,
der seinerseits über
Ethernet oder einen Hochgeschwindigkeitsfeldbus mit dem Systemkontroller 41 verbunden
ist. Der Systemkontroller ist in der Lage, mit einer Anzahl von Hochpegelsystemen,
wie beispielsweise Scannern, SCADA-Geräten, Röntgengeräten usw., zu kommunizieren,
die in typischen Kippschalensortieranlagen verwendet werden. Abhängig von
der Beschaffenheit des Systems, mit dem der Systemkontroller 41 kommunizieren
muss, kann es möglich
sein, den Bedarf für
den Leiteinrichtungskontroller 40 zu beseitigen, so dass
der Systemkontroller 41 direkt mit dem Hochfrequenzmodem 39 kommuniziert.
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Der
Betrieb der Kippschaleneinheiten in einem Endloszug wird wie folgt
gesteuert:
- 1. Der Systemkontroller 41 empfängt Informationen über den
Bestimmungsort eines bestimmten Gegenstands, der auf die tragende
Fläche
einer Kippschaleneinheit geladen werden soll. Wenn eine Kippschaleneinheit
aus einem Fehlerzustand zurückgesetzt
oder aus dem Betrieb genommen werden muss, empfängt der Systemkontroller diese
Anfragen vom SCADA.
- 2. Wenn der Gegenstand auf die Schale einer bestimmten Kippschaleneinheit
gelegt wird, werden die Informationen über den Bestimmungsausgang
für diese
spezifische Einheit zum Leiteinrichtungskontroller 40 geleitet.
Alle anderen Befehle werden zum passenden Zeitpunkt zum Leiteinrichtungskontroller
geleitet.
- 3. Der Leiteinrichtungskontroller 40 bestimmt die Position
des Bestimmungsausgangs, an dem der Artikel entladen werden muss,
im Hinblick auf seinen absoluten Abstand von einer Bezugsposition. In
dieser Hinsicht versteht es sich, dass jeder Bestimmungsausgang
eine Abstandskoordinate aufweist, die ein Maß für den Bestimmungsausgangsabstand
zur Bezugsposition ist. Für
alle anderen Befehle bestimmt der Leiteinrichtungskontroller, ob
diese unmittelbar oder an einer bestimmten Position ausgehend von
der Bezugsposition erfolgen sollen.
- 4. In regelmäßigen Intervallen
werden Steuerdaten von dem Leiteinrichtungskontroller 40 zum Hochfrequenzmodem 39 gesendet.
Diese Steuerdaten werden ihrerseits durch das geschlitzte Speisekabel 38 zu
allen Bereichen der Schiene gesendet.
- 5. Das Hochfrequenzmodem 34 auf jeder Hauptkippschaleneinheit 32 empfängt die
Steuerdaten, die über
das geschlitzte Speisekabel 38 gesendet werden, und leitet
seinerseits die Steuerdaten zu dem entsprechenden programmierbaren
Kontrollen 35 weiter.
- 6. Der programmierbare Kontroller 35 an jeder Hauptkippschaleneinheit
analysiert die Steuerdaten und löst
zum geeigneten Zeitpunkt Kippbefehle, Rücksetz- oder Geradstellungsbefehle
aus. Diese Befehle werden über
die Feldbusverbindungen zu den Ein/Ausgabemodulen 37 und
den Motorkontrollern 36 geleitet und die Kipp-, Geradstellungs- und Rücksetzvorgänge werden
auf diese Weise gesteuert.
- 7. Nachdem jede herausgehende Steuerdatennachricht gesendet
worden ist, meldet eine bestimmte Hauptkippschaleneinheit 32 dem
Systemkontroller 41 den Status der Nebenkippschaleneinheiten 33,
die dieser steuert. Diese Statusdaten werden von dem Hauptkippschalemodem 34 über das
geschlitzte Speisekabel 38 zum Systemkontrollermodem 39 gesendet
und in ein serielles Kommunikationsformat umgewandelt, wenn sie
zum Leiteinrichtungskontroller 40 weitergeleitet werden.
- 8. Ein Teil dieser Statusdatennachricht wird von dem Leiteinrichtungskontroller 40 benötigt, einige Informationen,
wie beispielsweise die Anzeige eines Fehlerstatus in einer bestimmten
Kippschaleneinheit, werden jedoch zum Systemkontroller 41 geleitet,
der seinerseits mit SCADA-Systemen oder anderen Geräten kommunizieren
kann.
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Damit
das geschlitzte Speisungskommunikationsverfahren erfolgreich arbeitet,
muss eine Reihe von Konstruktionsanforderungen im Sortiersystem
erfüllt
werden.
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Das
Kippschalensortiersystem kann eine Länge von mehr als 1 km aufweisen
und in Gebäuden
installiert sein, in denen eine große Dichte an Stahlkonstruktionen
und schweren Maschinen vorhanden ist. Das System kann ebenfalls
durch Mauerwerk geführt
werden. Folglich ist es nicht immer möglich, unter Verwendung von
Standard-Antennen-Technologie eine wirksame drahtlose Kommunikation
sicherzustellen. Das Vorhandensein von Stahl und anderen Oberflächen in
einem Funkwellenfeld kann zu einer Reflexion der elektromagnetischen Strahlung
führen.
In bestimmten Positionen befinden sich die reflektierten Wellenformen
in Gegenphase, so dass Null- oder Totpunkte erzeugt werden, an denen
ein erfolgreicher Empfang oder eine erfolgreiche Übertragung
unmöglich
ist.
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Die
Verwendung des geschlitzten Speisekabels beseitigt diese Probleme.
Die Abschirmung des geschlitzten Speisekabels weist kleine Löcher darin auf,
wodurch Strahlung austritt und ein elektromagnetisches Feld um das
Kabel herum erzeugt wird. Durch Sicherstellen, dass sich die Antenne
des Modems an jeder der Hauptkippschaleneinheiten stets in nächster Nähe zum geschlitzten
Speisekabel bewegt, ist es möglich,
Nullpunkte oder Totpunkte um den Pfad der Schiene herum zu beseitigen
oder zumindest zu reduzieren.
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Ein
weiteres Problem bei Funkkommunikationen besteht in der inhärenten Verzögerung beim Schalten
eines Sendeempfängers
vom Sendemodus in den Empfangsmodus. Diese Verzögerung ist unvermeidlich, wenn
die Integrität
der gesendeten Daten auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden soll
und liegt typischerweise im Bereich von 40 ms für jede Richtungsänderung
der Übertragung.
Da die Datenübertragung
selbst eine endliche Zeitspanne benötigt, können Daten nur alle 200 ms
gesendet werden. Ein Kippschalensortierer kann sich mit einer Geschwindigkeit
von bis zu 2 ms–1
bewegen und dies würde
bei dieser Geschwindigkeit zu einem Fehler in der Entladeposition
von bis zu 0,4 m führen,
vorausgesetzt, dass ein Befehl vom Systemkontroller gesendet wurde,
auf den unverzüglich
reagiert werden sollte. Dies ist für viele Kippschalensortiereranwendungen
unakzeptabel.
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Um
dieses spezifische Problem zu überwinden,
sind Mittel an Bord des Endloszuges von Transporteinheiten bereitgestellt,
um die momentane oder gegenwärtige
Position einer bestimmten Transporeinheit im Verhältnis zu
einer festen Bezugsposition auf der Schiene zwischen Datenübertragungen
zu extrapolieren. In dieser Hinsicht wird die gegenwärtige Position
einer Transporteinheit im Allgemeinen aus Informationen ermittelt,
die dem Systemkontroller 41 von Sensoren (nicht gezeigt),
die in der Schiene befestigt sind, bereitgestellt werden. Diese
Sensoren erfassen sowohl den Durchgang jeder Kippschaleneinheit
als auch die beabstandeten Markierungen auf dem Codierstreifen,
der die Länge
jeder Kippschaleneinheit entlang verläuft. (Diese Markierungen sind
an der hierin im Vorangehenden unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen
Kippschaleneinheit gezeigt.) Daher ist der Systemkontroller 41 in
der Lage, die gegenwärtige
Position jeder spezifischen Kippschaleneinheit im Verhältnis zur festen
Bezugsposition mit einer Genauigkeit zu bestimmen, die dem Abstand
zwischen zwei Markierungen auf dem Codierstreifen entspricht. Wie
oben erwähnt,
kann diese gegenwärtige
Position jedoch nur dem lokalen oder programmierbaren Kontroller 35 an der
oder jeder Hauptkippschaleneinheit alle 200 ms mitgeteilt werden.
Um den Bedarf für
unverzüglich auszuführende Anweisungen
an den Endloszug zu vermeiden, ist der programmierbare Kontroller 35 in der
Lage, den Abstand zu bestimmen, den er zu jedem beliebigen Zeitpunkt
während
dieses Zeitraums von 200 ms über
die gegenwärtige
Position hinaus zurückgelegt
hat, die ihm zuvor unter Verwendung der berechneten Geschwindigkeit
des Endloszugs durch das zentrale Steuersystem mitgeteilt wurde.
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Die
Genauigkeit der Position, in der ein Befehl ausgeführt wird,
wird durch Implementieren eines Extrapolationsalgorithmus verbessert,
der den Wert der "aktuellen
Zählung" vorhersagt, das
heißt die
Position einer bestimmten Kippschaleneinheit im Verhältnis zu
einer festen Bezugsposition auf der Schiene, in den 200 ms zwischen
eingehenden Nachrichten. Dies erfolgt im Allgemeinen durch Implementieren
des Extrapolationsalgorithmus in den programmierbaren Kontroller 35 auf
jeder Hauptkippschaleneinheit 32. Als Reaktion auf einen
Befehl, der periodisch vom Leiteinrichtungskontroller 40 gesendet
wird, berechnet der programmierbare Kontroller 35 die Geschwindigkeit
des Endloszuges durch Berechnen der Änderungsgeschwindigkeit der
aktuellen Zählung,
die er von seinen hereinkommenden Nachrichten empfängt. Auf
diese Weise kann die tatsächliche
Geschwindigkeit des Endloszuges bestimmt werden. Da die Geschwindigkeit
des Endloszuges nun bekannt ist und der Endloszug im Allgemeinen zuverlässig mit
einer konstanten Geschwindigkeit während des Betriebs läuft, ist
der Extrapolationsalgorithmus in der Lage, den Wert der aktuellen
Zählung
zwischen hereinkommenden Nachrichten so zu inkrementieren, dass
der Wert fortwährend
aktualisiert wird. Bei Verwendung dieses Verfahrens wird der Bedarf
für schnelle
Datenübertragungsgeschwindigkeiten
zum Erreichen einer hohen Genauigkeit der Kippposition usw. beseitigt.
Jedoch kann der Zentralkontroller alternativ dazu die Berechnung
durchführen
und dem leiterplattenintegrierten Kontroller Daten zusenden, die
die Geschwindigkeit des Endloszuges anzeigen.
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Alle
200 ms sendet der Systemkontroller 41 eine Nachricht an
alle Hauptkippschaleneinheiten 32. Die Nachricht enthält in ihrem
ersten Byte einen Abfrageknoten, der die Adresse der Hauptkippschaleneinheit
ist, welche mit dem Status ihrer zugehörigen Nebenkippschaleneinheiten 33 antworten
muss. Nach dem Senden der Nachricht reagiert die Hauptkippschaleneinheit
sofort durch Senden einer Nachricht zurück zu dem Systemkontroller.
Die nächsten beiden
Bytes enthalten die "aktuelle
Zählung", die der Abstand
ist, um den sich die erste Hauptkippschaleneinheit in dem Sortierer
ausgehend von einer festen Bezugsposition entlang der Schiene bewegt
hat.
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Der
Rest der Nachricht enthält
die Befehlsdaten für
bis zu fünfzehn
Befehle. Ein Befehl erfordert das Übertragen von zwei Registern
von Informationen. Das erste Register enthält den Befehl, die Nummer der
Hauptkippschaleneinheit 32 und die Nummer der zu der Hauptkippschaleneinheit
gehörigen Nebenkippschaleneinheit.
Auf diese Weise kann ein Befehl mit jeder der Kippschaleneinheiten
eines Kippschalensortierers verbunden werden oder diese bezeichnen.
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Das
zweite Register enthält
die Position, in der der Befehl ausgeführt werden sollte. Der lokale programmierbare
Kontroller 35 stimmt vor der Auslösung der Steuerung der Motorkontroller 36 die
Position der aktuellen Zählung
auf die Befehlsposition ab.
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Alternativ
zu der Verwendung des oben beschriebenen Protokolls kann das Hochfrequenzsteuersystem
auf einem Paar von Kommunikationskanälen arbeiten, die in der Frequenz,
der Phase oder in anderer Weise voneinander getrennt sind. Bei einem derartigen
System wird ermöglicht,
dass eine Datenkommunikation von dem zentralen Steuersystem zu den
leiterplattenintegrierten lokalen Kontrollern auf einem der Kanäle stattfindet,
während
Datenkommunikation von jedem der leiterplattenintegrierten lokalen
Kontroller zum zentralen Steuersystem auf dem anderen Kanal stattfinden
kann.
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Durch
Bereitstellen einer Steuerkonstruktion für den Sortierer, wie beschrieben,
die Einbeziehung von Funkkommunikation, ein Antennensystem vom Typ
einer geschlitzten Speiseantenne und Verwendung einer Haupt-Neben-Anordnung
der Wagenkonstruktion wird die Leistung des Gesamtsystems verbessert:
- 1. Die Anforderung einer großen Anzahl
von Sendern, die sowohl in der Sortiererschiene als auch an den
Wagen angeordnet sind, wird beseitigt. Dies verringert die Herstellungs-
und Installationskosten eines Sortierers.
- 2. Um die Kippposition eines Bestimmungsausgangs zu verändern, ist
eine Änderung
eines einzelnen Registers des Leiteinrichtungskontrollers erforderlich.
Es besteht kein Bedarf für
physikalische Änderungen
der Sender-Positionen in der Schiene oder für Software-Änderungen
im Systemkontroller mehr.
- 3. Aufgrund der Tatsache, dass durch Kommunikation auf den Motorkontroller
und die programmierbaren Kontroller an den Hauptkippschaleneinheiten
zugegriffen werden kann, kann das Kippprofil geändert werden, wenn der Sortierer betriebsbereit
ist, ohne dass ein Bedarf besteht, Änderungen an den Motorkontrollern
herunterzuladen. Diese Eigenschaft ermöglicht, dass das Kippprofil
zu unterschiedlichen Tageszeiten oder für unterschiedliche Produktarten
geändert
werden kann.
- 4. Mehrfachkipppositionen können
leicht hinzugefügt
werden, um eine optimale Produktverteilung in einer Entladerutsche
zu ermöglichen.
- 5. Die Kippschaleneinheiten können ebenfalls so hergestellt
werden, dass sie sich an gekrümmten Abschnitten
der Sortiererschiene „neigen", so dass der Sortierer
eine höhere
Laufgeschwindigkeit aufweisen kann, da das Produkt die tragende Schalenoberfläche an den
gekrümmten
Schienenabschnitten nicht mehr verlässt. Auf diese Weise kann der
Sortiererdurchsatz erhöht
werden.
- 6. Beim Start des Sortiersystems können die Kippschaleneinheiten
in einen für
Taschen empfangs- oder entladebereiten Status versetzt werden, sobald
das Sortiersystem Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat. Dies stellt
eine maximale Sortiersystemverfügbarkeit
sicher.
- 7. Der Status aller Sortiererkippschaleneinheiten ist aufgrund
der Tatsache, dass die Hauptkippschaleneinheiten alle ein bis zwei
Sekunden den Status aller ihrer Nebenkippschaleneinheiten übertragen,
jederzeit bekannt. Ebenfalls kann der genaue Defekt, der aufgetreten
ist, jederzeit protokolliert werden.