楊蘭萍

（山東鑫峰工程設計有限公司，山東 濟南250014）

基于二維條碼識別的物流分揀生產(chǎn)線的開發(fā)

楊蘭萍

（山東鑫峰工程設計有限公司，山東 濟南250014）

本系統(tǒng)應用成熟的PLC系統(tǒng)和二維條碼技術，結合云服務等先進技術，實現(xiàn)了新、老技術的融合，提高了分揀生產(chǎn)線的自動化水平。該控制系統(tǒng)調(diào)試階段表明，系統(tǒng)能每天分揀10萬件物品。

二維條碼；云服務；分揀；自動化

1 前言

二維條碼是一種高密度、高信息含量的便攜式數(shù)據(jù)文件，是實現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動存儲、攜帶并被機器自動識讀的理想手段，它可以記載十分復雜的數(shù)據(jù)，比如圖片。由于具有這種優(yōu)勢，二維碼技術得到了日漸廣泛的應用?，F(xiàn)今的物流分揀行業(yè)同樣面臨著使用新分揀輸送線的問題，本系統(tǒng)的開發(fā)正是為解決物流分揀二維條碼標識物品而做出的正確反應。

2 工藝流程簡介

2.1 工藝流程

物流公司的貨車進入場內(nèi)卸貨地點，卸車線開始工作，工人將車內(nèi)貨物搬至卸車線，貨物在卸車線上約1 m一個排列，貨物到達讀碼位置時，啟動掃描器傳動裝置，并使之與卸車線同步運行，完成讀碼任務后，掃描器快速返回到讀碼位置。在卸車線行走過程中經(jīng)由與卸車線同步運行的掃描器讀取貨物信息，實現(xiàn)動態(tài)讀碼；將貨物信息自動錄入數(shù)據(jù)庫，由系統(tǒng)軟件將信息統(tǒng)一記錄入數(shù)據(jù)庫，并上傳至數(shù)據(jù)云平臺自動分析識別。分析出貨物流向的分揀端口后標記端口信息，轉(zhuǎn)換圖像信息為電子標簽信息，每個端口上的電子標簽讀卡器，讀取標簽信息并比對該貨物是否為當前端口貨物，在貨物到端口位置時，輸出信號給PLC，PLC得到貨物信息，判斷出貨物流向位置（端口指定），給出相應的輸出信號，啟動分揀端口轉(zhuǎn)盤，改變貨物流向，完成分揀動作。從卸車線至第一臺分揀輸送線電機，共計分4檔速度（由工藝根據(jù)實際調(diào)試狀況調(diào)整速度值），當貨物到達貨物預定位置時，換向機構動作，用戶要求允許30輛車同時卸貨，且輸送線分揀流暢不擁堵。不符合任何接口流向的貨物，在分揀輸送線末端被剔除裝置，提出到專門區(qū)域，進行人工分揀。

2.2 速度分配

為了滿足系統(tǒng)速度要求，解決貨物擁堵等問題，整條分揀輸送線根據(jù)不同的位置分為4個速度階段：

第一階段：第一件貨物與第二件貨物的距離為1020（1.02 m），當?shù)谝患浳镉勺x碼位置走向讀碼完成位置，并返回讀碼位置時，第二件貨物到達讀碼位置，此時掃描器快速換向并且換速，切換時間為0.5 s，則該階段卸貨線線速度為：1.02/2 m/s，轉(zhuǎn)換為電機速度1，此速度為第一階段速度。

第二階段：在讀碼位置與讀碼完成位置之間，卸車線線速度為1 m/s，轉(zhuǎn)換為電機速度2，此速度為第二階段速度。

第三階段：掃描器返回時間設定為0.5 s，返回線速度為2 m/s，轉(zhuǎn)換為電機速度3，此速度為第三階段速度。

第四階段：讀碼完成后所有傳動設備以1 m/s的線速度運行，轉(zhuǎn)換位電機速度4，此速度為第四階段速度。

2.3 電氣設備組成

分揀換向部位70個氣缸，69臺400 W的電機。14～17臺1.5 kW的電機為卸車線到分揀第一個口的電機，該部分電機由4臺變頻控制，實現(xiàn)4級速度分配。二維條碼掃描器1臺，電子標簽貼簽機1臺，電子標簽讀卡器70臺，貨物到位限位開關70個，讀碼位置、讀碼完成位置、貼電子標簽位置各1個。

3 自動化系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 硬件組成

本系統(tǒng)根據(jù)工藝流程分為卸車線與分揀輸送線兩部分。電氣系統(tǒng)按兩部分的工藝要求，配置低壓控制柜1臺，PLC柜1臺，二維條碼掃描器1臺，貼電子標簽機1臺，自動識別設備70臺（電子標簽讀卡器）。

3.2 電控系統(tǒng)方案

根據(jù)工藝要求，將卸車線傳動電機，共計14～17臺1.5 kW電機，分為4組，由同一臺變頻器控制，4組變頻根據(jù)工藝要求在不同的物理位置，執(zhí)行不同的速度，實現(xiàn)傳動速度分級，以控制貨物間距，解決擁堵問題，便于準確分揀。

分揀輸送線包含69臺滾筒，均由0.4 kW電機傳動，70個端口導向裝置由氣缸傳動。

導向機構動作要求：正常時朝向輸送方向，收到該端口換向信號時，導向氣缸電磁閥動作，導向裝置旋轉(zhuǎn)30°，導向裝置均是獨立的，共70個氣缸。其控制由PLC柜完成。

分揀部位69臺400 W的電機統(tǒng)一額定速度運轉(zhuǎn)，選擇MCC控制。

3.3 系統(tǒng)軟件功能

電控系統(tǒng)的軟件為自主開發(fā)的專用型軟件，其功能包含：

實現(xiàn)卸車線的分級速度控制；完成二維條碼信息讀入，實現(xiàn)云數(shù)據(jù)庫記錄與遠程數(shù)據(jù)查詢，不僅可以通過軟件自動分析識別判斷貨物流向，還具有遠程操作與維護的功能；實現(xiàn)貨物端口識別，準確執(zhí)行分揀動作，完成分揀任務；實現(xiàn)漏掃貨物剔除與計數(shù)；實現(xiàn)設備分級故障報警及故障診斷功能；實現(xiàn)分揀貨物數(shù)量分項累計和總數(shù)累計；通過自主開發(fā)系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)服務云平臺接口，實現(xiàn)物流中心對該系統(tǒng)的遠程監(jiān)管與維護。

3.4 自動控制系統(tǒng)方案

控制系統(tǒng)的主控制器選擇S7-1200系列PLC，該PLC的CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運動控制I/O以及模板模擬量輸入組合到一個設計緊湊的外殼中，功能強大，經(jīng)濟可行。

選擇16點開關量輸入、輸出模塊，8點模擬量輸入、輸出模塊，緊湊合理，并留有一定的端口冗余量。

選擇真彩色觸摸屏作為HMI，用于顯示各電氣設備的運行狀況、報警部位指示，顯示故障診斷信息，顯示分揀速度與各端口貨物累計、總計貨物累計等工藝參數(shù)；用于設備的手、自動起停控制。

系統(tǒng)配置交換機一臺，用于PLC與上級數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸與交換，實現(xiàn)一臺掃描儀完成多種功能，以節(jié)約成本。

PLC與服務器之間采用以太網(wǎng)通訊，快捷安全；變頻器與PLC之間采用抗干擾能力強的ProfibusDP通訊方式；整個系統(tǒng)分層控制，結構清晰，遵循安全、實用、高效的原則。

3.5 設備操作方案

為了便于操作與維護，本系統(tǒng)操作方案如下：

在低壓控制柜柜門上設置兩個轉(zhuǎn)換開關，一個用于切換手動控制與自動控制，一個用于選擇本地控制與觸摸屏控制。本地控制模式下，選擇手動方式，通過柜門的操作按鈕分別起、停卸車線與分揀輸送線的相應設備，相應指示燈指示設備起、停狀態(tài)；自動方式下，按啟動按鈕，系統(tǒng)自動順序啟動，按下停止按鈕，系統(tǒng)自動順序停止。觸摸屏控制模式下，選擇手動方式，可以通過觸摸屏的按鈕手動操作設備起停；自動模式下，通過觸摸屏上畫面的系統(tǒng)起、停按鈕操作，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動順序起停。

低壓控制柜柜門上還設置了急停按鈕，用于緊急情況下的故障停車處理，按下急停按鈕，所有設備立即停止運轉(zhuǎn)。觸摸屏安裝在PLC柜柜門上，美觀整潔，操作安全方便。柜門操作與觸摸屏畫面操作兩種操作方式互相獨立，互為備用，為系統(tǒng)提供可靠性保障。同時該系統(tǒng)通過遠程云端，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程操作，并完成遠程維護，節(jié)約運行維護成本。

4 調(diào)試應用效果

該控制系統(tǒng)處于調(diào)試階段，尚未投入正常生產(chǎn)應用中。調(diào)試過程中操作人員在控制室對設備進行起、停操作，監(jiān)控設備運行狀態(tài)、物流運行狀態(tài)，設想的功能均能實現(xiàn)，達到了分揀輸送線的預期分揀速度。經(jīng)初步測試與核算，該系統(tǒng)能完成每天分揀10萬件物品的要求。

Development of Logistics Sorting Production Line based onTwo Dimensional Bar Code Identification

YANG Lanping
（Shan Dong Province Xinfeng Engineering Design Institute Co.，Ltd.，Jinan 250014.，China）

F252；TP391.44

B

1004-4620（2017）05-0060-02

2017-07-20

楊蘭萍，女，1977年生，2002年畢業(yè)于濟南大學工業(yè)自動化專業(yè)?，F(xiàn)為山東鑫峰工程設計有限公司工程師，從事自控設計工作。