大信封裝封分揀自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)

肖國(guó)龍，龔正平，武 果

（中科院廣州電子技術(shù)有限公司，廣州 510070）

0 引言

近年來，快遞物流業(yè)爆發(fā)式發(fā)展，業(yè)界迫切需要一種快遞大信封自動(dòng)封裝分揀設(shè)備。國(guó)內(nèi)外主流企業(yè)在傳統(tǒng)郵政掛號(hào)小信封自動(dòng)封裝和分揀設(shè)備研發(fā)制造方面已經(jīng)比較成熟，技術(shù)比較高[1]。但是，與傳統(tǒng)郵政掛號(hào)小信封自動(dòng)封裝和分揀設(shè)備不同，快遞大信封由于體積大、插封物料內(nèi)容多樣性以及不規(guī)則分頁等問題，嚴(yán)重影響其封裝分選速度和設(shè)備動(dòng)作的成功率。目前國(guó)內(nèi)外還沒有成熟的相關(guān)一體化設(shè)備產(chǎn)品報(bào)道[2]。上海郵政科學(xué)研究院、美國(guó)（Pitney Bowes）必能寶、德國(guó)博威（BOWE）和奧托（Otto）等行業(yè)巨頭正在加快研發(fā)快遞大信封的自動(dòng)封裝分揀一體化設(shè)備[3]。如果這些廠家沒有在總體設(shè)計(jì)上有革命性理念創(chuàng)新，則很難在短時(shí)間內(nèi)有所突破[4－5]。

快遞信封的裝封、打印、稱重以及分揀，大多數(shù)依賴半自動(dòng)化人工完成。半自動(dòng)化部分主要是稱重、掃碼和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫讀取和打印一體化，其他的諸多工序均由人工完成，效率低下，而且難以避免地會(huì)發(fā)生意外或人為的錯(cuò)誤。

在人工作業(yè)的基本工藝流程基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一條通過2條自動(dòng)上料流水線和取料裝置實(shí)現(xiàn)大、小信封的自動(dòng)上料，通過小信封流水線（C4 窗口讀條碼）和大信封流水線（噴碼、開舌、雙碼識(shí)讀、裝封、封口）同步控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝封、通過自動(dòng)稱重和打印貼標(biāo)流水線以及按格口的自動(dòng)分揀流水線等作業(yè)的大信封裝封分揀自動(dòng)化設(shè)備。

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)化設(shè)備采用雙碼校驗(yàn)、多重條碼校驗(yàn)、稱重校驗(yàn)和分揀雙碼校驗(yàn)等多種錯(cuò)誤校驗(yàn)機(jī)制以及后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)追溯等功能，可以有效避免發(fā)生重卡、重信封、標(biāo)簽錯(cuò)位、投遞錯(cuò)誤等事故，同時(shí)解決了用工緊張的問題。在文獻(xiàn)[1]中，未提及噴碼，在設(shè)備中增加噴碼，通過線上大信封噴碼與裝封的C4開窗式信封噴碼建立一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)熱轉(zhuǎn)印貼標(biāo)后的雙碼（噴碼和標(biāo)簽信息）一一對(duì)應(yīng)，確保信息無誤。

該自動(dòng)化設(shè)備的研制成功和推廣應(yīng)用，可以有效緩解用工緊張的問題，同時(shí)有助于郵件產(chǎn)品規(guī)范化管理以及示范效應(yīng)。

1 結(jié)構(gòu)和目標(biāo)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

該自動(dòng)化的設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：（1）大信封和C4小信封的自動(dòng)進(jìn)料傳送線、分發(fā)機(jī)構(gòu)，完成信件的分發(fā)上線；（2）小信封傳送線，包括條碼讀取和與大信封傳送線的同步；（3）大信封裝封傳送線，包括自動(dòng)噴碼、開舌/插封、自動(dòng)封口等；（4）自動(dòng)稱重，一套獨(dú)立的系統(tǒng)，通過RS232 通信，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)稱重系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)和狀態(tài)讀取等；（5）打印貼標(biāo)線，打印/黏貼標(biāo)簽、二次雙碼識(shí)讀；（6）自動(dòng)分揀線，由上位機(jī)根據(jù)設(shè)定的格口分倉信息和雙碼信息，發(fā)送分倉數(shù)據(jù)給分揀PLC，按封發(fā)格口自動(dòng)分揀；（7）上位機(jī)則負(fù)責(zé)流水線（2）～（6）中條碼、二維碼的讀取，數(shù)據(jù)庫的管理，標(biāo)簽打印和分揀控制，同時(shí)將郵件相關(guān)信息（噴碼信息、重量、打印時(shí)間等等）自動(dòng)上傳到收寄系統(tǒng)中。整套系統(tǒng)如圖1所示，由右下進(jìn)料到左上的分揀。其中（1）～（5）機(jī)械和電器控制由1 臺(tái)PLC 完成，（6）分揀動(dòng)作由PLC2 控制，（7）上位計(jì)算機(jī)采用1 臺(tái)Adlink－Tech 的工控機(jī)，自帶6個(gè)獨(dú)立的RS232接口＋1個(gè)RJ45 100M網(wǎng)口，另外配置1 片PIO－3232 輸入輸出接口卡。其中：（1）計(jì)算機(jī)與2 臺(tái)PLC 的通信采用RJ45 Fins－UDP 協(xié)議，較TCP/IP 協(xié)議要快很多，保證了通信的實(shí)時(shí)快捷；（2）其他控制均采用了RS232通信，通信速率采用115 200 bit/s；（3）IO卡完成關(guān)鍵部分的數(shù)據(jù)采集和控制，如實(shí)時(shí)讀卡、實(shí)時(shí)打印、實(shí)時(shí)查詢后臺(tái)數(shù)據(jù)等。

圖1 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)測(cè)試目標(biāo)

按照?qǐng)D1，將工序需求、測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試目標(biāo)制作成一個(gè)表格，如表1所示。從中可以很清晰地了解整體項(xiàng)目需求和測(cè)試過程。測(cè)試目標(biāo)中黑體部分均由上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)，其他部分測(cè)試目標(biāo)由PLC1和PLC2實(shí)現(xiàn)。

表1 工序需求、測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試目標(biāo)

2 生產(chǎn)流程

生產(chǎn)流程如下所述。

（1）大信封自動(dòng)流水線和小信封自動(dòng)流水線，均由PLC1啟動(dòng)＋傳感器感應(yīng)控制[4]。

（2）小信封排料流水線，4 個(gè)工位，依此為取料、讀卡、整理、二次讀卡驗(yàn)證。該流水線由1 臺(tái)Omron 750 W 伺服驅(qū)動(dòng)，由PLC1操控，而讀卡則由計(jì)算機(jī)管控。

（3）大信封排料流水線，8個(gè)工位，依此為取料，鏈條夾夾住拖動(dòng)；噴碼；大信封開舌；讀噴碼和裝封[3]（C4條碼與噴碼一一對(duì)應(yīng)），同時(shí)在進(jìn)料口配置多個(gè)傳感器，保證C4 小信封入料成本；入料異常處理工位；撕膠條、合舍和封口；脫夾并整形。該流水線由1臺(tái)Omron 750 W（配1∶5減速器）伺服驅(qū)動(dòng)，由PLC1操控，讀卡則由計(jì)算機(jī)管控。

（4）稱重系統(tǒng)。1個(gè)工位，由大信封流水線第8工位上的送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)傳送，入料口配置1個(gè)感應(yīng)傳感器，自動(dòng)觸發(fā)完成稱重，由上位計(jì)算機(jī)管控。

（5）打印黏貼系統(tǒng)。5個(gè)工位，依次為：①打印觸發(fā)傳感器，感應(yīng)到后觸發(fā)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)單雙打印的設(shè)定，自動(dòng)選擇打??；②由計(jì)算機(jī)感應(yīng)控制貼標(biāo)；③同①；④同②，為第二打印機(jī)工位；⑤完成雙碼識(shí)讀，配備2 個(gè)7580g 讀卡器，自動(dòng)感應(yīng)讀卡，上傳計(jì)算機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)和格口分揀控制。流水線由PLC1 控制，讀卡、熱敏打?。╖ebra ZE500－4 打印編程）貼標(biāo)以及分揀控制等均由計(jì)算機(jī)管控。

（6）分揀系統(tǒng)[5－7]。由12個(gè)獨(dú)立的工位完成，每個(gè)工位均可拆穿，通過地址編碼實(shí)現(xiàn)分揀控制。整條線由PLC2（含觸摸屏）來完成，上位機(jī)可以替代觸摸屏的監(jiān)控。

（7）上位機(jī)配備Contec PIO－3232（32I/32Q）控制卡，實(shí)現(xiàn)讀碼、打印、貼標(biāo)、稱重讀數(shù)等輸入和輸出控制。

3 軟件的基本功能

軟件的基本功能包括用戶密碼管理；條形碼讀卡管理；自動(dòng)稱重系統(tǒng)的參數(shù)、初始化、校準(zhǔn)等管理；詳情單內(nèi)容管理；打印機(jī)管理；與下位機(jī)的通信管理；數(shù)據(jù)查詢管理；歷史數(shù)據(jù)查詢等輔助功能。

4 測(cè)試與分析

4.1 測(cè)試數(shù)據(jù)示例

測(cè)試包含的信息有分倉時(shí)間（BinTime）、格口（Bin?Name）、噴碼號(hào)（PenMark）、詳情單號(hào)（BillNo）、內(nèi)部賬單號(hào)（AccountDataID）、分揀倉位（sBin）、郵件重量等信息（Weight），表2所示為測(cè)試數(shù)據(jù)部分記錄。其中，噴碼與詳情單號(hào)在小信封裝封時(shí)建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，標(biāo)簽打印時(shí)將噴碼打印在標(biāo)簽上。設(shè)備格口分揀時(shí)，系統(tǒng)通過雙碼（掃碼）進(jìn)行驗(yàn)證。在分揀流程中，雙碼不吻合和重量超限等異常的信件將自動(dòng)進(jìn)入廢料倉，用戶可以通過詳情單上的重量信息、雙碼信息以及噴碼信息，判斷信件異常原因，如重卡、重信件、詳情單錯(cuò)位等。

表2 部分測(cè)試數(shù)據(jù)

4.2 數(shù)據(jù)查詢

可以按照格口、重量、打印機(jī)、格口、客戶、時(shí)間段等信息進(jìn)行分類查詢，適用于數(shù)據(jù)盤點(diǎn)和糾錯(cuò)等用途。數(shù)據(jù)查詢?nèi)鐖D2所示，可以按重量進(jìn)行查詢（從重到輕）。比較關(guān)鍵的查詢有按噴碼編號(hào)排序、重量（從輕到重、從重到輕），按封裝打印排序、格口名稱排序、訂單號(hào)排序以及按二次打印訂單查詢等。

圖2 數(shù)據(jù)查詢

4.3 歷史數(shù)據(jù)的追溯

可以查詢歷史數(shù)據(jù)，選定查詢?nèi)掌冢{(diào)入對(duì)應(yīng)的歷史檔案，完成當(dāng)日的所有數(shù)據(jù)，包括收發(fā)地址、聯(lián)系人信息、新建重量、卡信息、格口信息、班次、發(fā)貨時(shí)間等等。追溯時(shí)間的長(zhǎng)短取決于該歷史數(shù)據(jù)庫是否被用戶清除。

5 結(jié)束語

本文從生產(chǎn)線的架構(gòu)和系統(tǒng)測(cè)試方案入手，分別介紹了上位機(jī)系統(tǒng)的6 個(gè)基本模塊、測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試目標(biāo)、硬件流程、軟件功能、測(cè)試數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)查詢和數(shù)據(jù)追溯，可以有效避免郵件錯(cuò)投的故障發(fā)生。設(shè)備從線上大信封噴碼與裝封的C4開窗式信封條形碼開始建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，到稱重、熱轉(zhuǎn)印貼標(biāo)后雙碼校驗(yàn)，再到格口分選，多達(dá)4種錯(cuò)誤校驗(yàn)。該設(shè)備在研制過程中，無同類產(chǎn)品可供參照，從機(jī)械、配電、電器到軟件控制均自主設(shè)計(jì)、自主創(chuàng)新。在實(shí)際類似產(chǎn)品的裝封分選設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用中，具有很高的參考價(jià)值。