譚宇碩，韓 瀚，馮亞波，劉宇輝，蘇艷玲

（1.石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊 050021；2.石家莊郵區(qū)中心局，石家莊 050021；3.石家莊經(jīng)濟學(xué)院，石家莊 050031）

0 引言

傳遞函件是郵政本門的根本任務(wù)，為國民經(jīng)濟各個部門進行信息傳遞，是社會生產(chǎn)和人民生活中不可缺少的通信手段。即使在通信方式發(fā)生重大變革的今天，特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，相繼出現(xiàn)了電子郵件、手機短信、QQ、飛信、微信、微博、推特等通信載體，函件仍然有自己的一席之地。掛號信函在郵政業(yè)務(wù)中屬于給據(jù)信函，業(yè)務(wù)量大，在函件中占比較重。

目前，國內(nèi)郵政企業(yè)配備的信函分揀機對掛號信函的標準性要求很高，但是由于掛號信函的規(guī)格不統(tǒng)一、重量和厚度迥異，很多企業(yè)不得已采用人工分揀，使分揀設(shè)備閑置，造成分揀過程中自動化水平降低，同時也增加了人力成本，降低了分揀效率，錯分率也大大增加；國外郵政分揀設(shè)備供應(yīng)公司也紛紛推出符合中國大陸信函分揀現(xiàn)狀的新設(shè)備，如德國西門子公司提供有自動識讀和視屏標碼功能的雙層信函分揀機。該類設(shè)備具有郵件處理能力高，節(jié)省空間、易于維護，同時配置更靈活、流程更優(yōu)化等優(yōu)點，但價格昂貴，不易大范圍推廣。

本機械手采用PLC為系統(tǒng)控制核心，編寫上位機界面與之構(gòu)成主控系統(tǒng)；硬件易于組配，擴展方便，抗干擾性強，不僅適用于掛號信函分揀，還可用于物流、速遞、超市等多種場合。

1 機械手結(jié)構(gòu)與工作原理

該機械手由工業(yè)攝像頭、上位機、PLC、信函拾取單元、提升同步帶滑臺和旋轉(zhuǎn)臺部分等組成[1]，如圖1所示。其中信函拾取單元主要由真空發(fā)生器、電磁閥、吸盤和接近開關(guān)構(gòu)成；提升同步帶滑臺由懸臂、導(dǎo)軌、限位開關(guān)以及滑臺步進電機組成；旋轉(zhuǎn)減速步進電機、電機驅(qū)動器和電源則為旋轉(zhuǎn)臺的主要元件[2]。

圖1 機械手結(jié)構(gòu)示意圖

機械手工作原理如圖2所示，主要有以下四點：

圖2 機械手工作原理圖

1）待分揀的掛號信函堆疊放置在供信臺2上，由工業(yè)攝像頭15采集最上面放置的單封掛號信函條碼信息，并上傳至上位機中。

2）上位機對該信息進行OBR識別，通過網(wǎng)絡(luò)連接郵政網(wǎng)運信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，查詢此信函被分揀的邏輯格口，并查找分揀現(xiàn)場對應(yīng)的物理格口編號以及旋轉(zhuǎn)臺從供信臺旋轉(zhuǎn)至該格口所需的脈沖數(shù)，將該脈沖數(shù)通過串口發(fā)送至PLC。

3）PLC接收到脈沖數(shù)之后，控制提升同步帶滑臺和信函拾取單元，拾取供信臺上待分揀信函；控制旋轉(zhuǎn)臺按照接收到的脈沖數(shù)旋轉(zhuǎn)至對應(yīng)格口位置；信函拾取單元停止運行，信函由重力作用落入對應(yīng)的分揀格口中。

4）提升同步帶滑臺、旋轉(zhuǎn)臺和信函拾取單元復(fù)位，分揀下一封信函。

2 上位機設(shè)計

PowerBuilder是美國Sybase公司研制的一種新型、快速的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具。由于是面向?qū)ο蟮拈_發(fā)工具，具有良好的人機交互性，同時提供了大量的控件和函數(shù)；又因其出色的企業(yè)數(shù)據(jù)庫連接能力，可以直接連接Oracle、SQLServer等大型數(shù)據(jù)庫，通過DataWindow可輕松實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的各種進行操作，所以采用該軟件進行上位機界面編寫[3]。

圖3 上位機工作界面

上位機界面提供手工掃描條碼和OBR自動識別兩種模式，在條碼不清晰或者粘貼位置較偏，工業(yè)攝像頭無法正常讀取時，可采用手動模式[4]。還可以顯示查詢到的當(dāng)前分揀信函物理格口；記錄已經(jīng)分揀掛號信函數(shù)量，并計算已經(jīng)分揀的郵件耗費的時間；同時顯示及時分揀速度、平均分揀速度等。

3 PLC控制設(shè)計

3.1 PLC控制信函分揀流程

機械手系統(tǒng)采用PLC控制信函拾取單元、提升同步帶滑臺和旋轉(zhuǎn)臺完成信函的分揀過程。因?qū)к夐L度和滑臺同步電機轉(zhuǎn)速限制，供信臺上待分揀掛號信函的總厚度不能超過1m；滑臺導(dǎo)軌在吸盤拾取信函后，將懸臂提升，上行距離不超過300mm，系統(tǒng)中設(shè)置距離為200mm，如果導(dǎo)軌帶動懸臂超出圖1中所示的上、下限位開關(guān)時，系統(tǒng)將停機報警[5]；吸盤拾取信函重量不大于4Kg，如果超過該重量，無法正常拾取時，系統(tǒng)也將停機報警。單封信函分揀流程如圖4所示。

圖4 單封掛號信函PLC控制分揀流程圖

3.2 PLC I/0端使用分配

系統(tǒng)中選擇歐姆龍CP1E-N30DT-A型PLC，電源為100-240VAC，共有18個輸入點和12個晶體管（漏型）輸出點（含2個脈沖輸出點）[6]。系統(tǒng)控制中共使用輸入點8個，輸出點5個，如表1所示。

表1 PLC I/0端使用分配表

4 機械手運行效果和結(jié)論

掛號信函分揀機械手按照工作原理和設(shè)計要求組配并調(diào)試成功，如圖5所示。經(jīng)過測算，工業(yè)攝像頭識別條碼時間為0.1秒/封，平均分揀速度為2秒/封，在不間斷供信的理想情況下，工作效率為1800封/時，遠高于平均人工分揀效率（500封/時），分揀成功率接近100%，如果多臺機械手配合工作，基本上可以代替人工分揀。

圖5 掛號信函分揀機械手工作圖

經(jīng)過原理分析和實踐驗證，掛號信函機械手工作穩(wěn)定，能耗低，成本低，噪音小，抗干擾能力強，工作效率高，能夠滿足現(xiàn)階段掛號信函分揀的實際需要，是自動化控制技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)中的成功嘗試，有明顯的推廣價值和經(jīng)濟價值。

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