進(jìn)出境郵件海關(guān)國(guó)檢聯(lián)合查驗(yàn)自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

方　強(qiáng)，劉玉絨，裴　旸?。◤V東信源物流設(shè)備有限公司，廣東 廣州 510507）

FANG Qiang,LIU Yurong,PEI Yang　(Guangdong Siwun Logistics Equipment Co.,Ltd,Guangzhou 510507,China)

0　引言

海關(guān)國(guó)檢聯(lián)合查驗(yàn)自動(dòng)分揀系統(tǒng)是現(xiàn)代物流智能分揀系統(tǒng)的重要應(yīng)用。它通過(guò)利用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了郵件自動(dòng)掃描、自動(dòng)稱重、放射性物質(zhì)檢測(cè)、快速安檢、自動(dòng)分揀和遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，提高了查驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確率，同時(shí)也滿足了封閉式集中監(jiān)管、便捷式快速通關(guān)的需求。

1　查驗(yàn)線的控制流程

郵件卸車后進(jìn)入輸送皮帶機(jī)，人工將郵件從環(huán)形供包輸送皮帶機(jī)上放置到上貨滾珠平臺(tái)，再將郵件條碼朝上，整理平齊后推送至第一臺(tái)積放輸送機(jī)完成自動(dòng)掃描；隨后郵件依次順序進(jìn)入動(dòng)態(tài)稱重機(jī)完成自動(dòng)稱重，同時(shí)通過(guò)放射性物質(zhì)檢測(cè)儀完成放射性檢測(cè)；進(jìn)入X光機(jī)完成安檢后進(jìn)入第二臺(tái)積放輸送機(jī)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)海關(guān)和國(guó)檢預(yù)查驗(yàn)信息及關(guān)員的現(xiàn)場(chǎng)布控指令自動(dòng)放行郵件或分揀郵件，其中放行郵件傳輸至線體的末端，當(dāng)控制系統(tǒng)收到信息系統(tǒng)的海關(guān)查驗(yàn)指令時(shí)，就將對(duì)應(yīng)的郵件通過(guò)移載機(jī)分揀到海關(guān)格口；當(dāng)控制系統(tǒng)收到信息系統(tǒng)的國(guó)檢查驗(yàn)指令時(shí)，就將對(duì)應(yīng)的郵件通過(guò)移載機(jī)分揀到國(guó)檢格口；當(dāng)控制系統(tǒng)同時(shí)收到信息系統(tǒng)的海關(guān)查驗(yàn)和國(guó)檢查驗(yàn)指令時(shí)，就將對(duì)應(yīng)的郵件通過(guò)移載機(jī)分揀到共同查驗(yàn)格口。根據(jù)系統(tǒng)的控制流程，控制流程圖如圖1所示：

2　控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于傳統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)的采集和輸出均是直接傳送給PLC和相應(yīng)擴(kuò)展模塊，而對(duì)于系統(tǒng)復(fù)雜、控制信號(hào)多的情況，就會(huì)出現(xiàn)材料消耗大、設(shè)備調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)，故障節(jié)點(diǎn)增多和不利于維護(hù)等問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，整個(gè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊主要采用Profibus-DP總線和工業(yè)以太網(wǎng)組成?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)PLC與遠(yuǎn)程I/O模塊之間通過(guò)Profibus-DP通訊，Profibus-DP是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，其傳送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范圍內(nèi)選擇，完全可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求，而且由于其環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)于本系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)條件，可以達(dá)到良好的應(yīng)用效果。Profibus-DP適用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信，主站通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Profibus-DP專用電纜與分散的現(xiàn)場(chǎng)I/O分控柜進(jìn)行通訊，對(duì)整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制。所以根據(jù)DP網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)，PLC與觸摸屏、分控式I/O柜之間采用Profibus-DP總線通訊；監(jiān)管線服務(wù)器與EDI報(bào)關(guān)服務(wù)器、掃描儀、X光機(jī)、PLC之間采用以太網(wǎng)TCP/IP通訊。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備數(shù)量及系統(tǒng)功能的復(fù)雜程度選擇西門(mén)子317-2DP型號(hào)的PLC，并在主控柜上配置一套TP1200型號(hào)的觸摸屏，以方便現(xiàn)場(chǎng)使用人員操作和監(jiān)控。下面將控制系統(tǒng)劃分為3級(jí)控制：

（1）系統(tǒng)級(jí)，監(jiān)控系統(tǒng)?？稍谥锌厥业纳衔粰C(jī)上或者主控柜的觸摸屏上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行啟?？刂啤?shù)設(shè)置和故障報(bào)警等。

（2）現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，PLC控制器。采用西門(mén)子的317-2DP型號(hào)的PLC作為主控制器，魏德米勒遠(yuǎn)程I/O模塊UR20作為分布式控制的子站。

（3）設(shè)備級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備。如動(dòng)態(tài)稱、放射性物質(zhì)檢測(cè)儀、移載機(jī)、變頻器、暫停按鈕、光電傳感器、塔燈、急停按鈕等。

圖1　控制流程圖

根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)的分析，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示：

圖2　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3　主要技術(shù)方案

由查驗(yàn)線控制流程可知，編碼器定位技術(shù)和PLC與監(jiān)管線信息服務(wù)器基于TCP/IP的socket通訊技術(shù)對(duì)系統(tǒng)實(shí)效性和準(zhǔn)確性要求最高，影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，所以將對(duì)以上主要技術(shù)方案進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

（1） 編碼器定位技術(shù)

為了實(shí)時(shí)跟蹤每件郵件在皮帶輸送機(jī)上的位置和反饋每段皮帶輸送機(jī)的速度，需在每段皮帶輸送機(jī)的機(jī)頭輥上安裝光電編碼器。當(dāng)皮帶輸送機(jī)機(jī)頭輥直徑為D，編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)一圈脈沖數(shù)為N，郵件的實(shí)時(shí)編碼值為B，郵件的經(jīng)過(guò)入口光電時(shí)的編碼值為A，分揀格口距離入口光電位置為L(zhǎng)，則編碼器每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)皮帶的跑動(dòng)量P為：

郵件到達(dá)分揀格口需要的編碼器脈沖數(shù)C為：

郵件在皮帶輸送機(jī)上的實(shí)時(shí)位置L0為：

當(dāng)L0=L時(shí)，則移載機(jī)實(shí)現(xiàn)分揀動(dòng)作。

（2） PLC與服務(wù)器基于TCP/IP的socket通訊協(xié)議

西門(mén)子317-2DP通過(guò)以太網(wǎng)模塊CP343-1與監(jiān)管線信息服務(wù)器進(jìn)行基于TCP/IP的socket通訊。首先需在STEP7軟件的NetPro中為進(jìn)行CPU通訊連接配置，然后確定PLC與服務(wù)器socket通訊的協(xié)議。此系統(tǒng)是采用PLC的循環(huán)中斷組織塊OB35，每200ms周期性的向信息系統(tǒng)發(fā)送12個(gè)字節(jié)的報(bào)文，報(bào)文格式如表1所示：

表1　socket通訊協(xié)議

4　系統(tǒng)各部分主要功能簡(jiǎn)介

（1）監(jiān)管線信息服務(wù)器

正常情況下，監(jiān)管線信息服務(wù)器會(huì)一直工作，功能包括與海關(guān)國(guó)檢交互EDI信息、接收X光機(jī)的同屏比對(duì)數(shù)據(jù)和與PLC交互分揀信息。斷電時(shí)由UPS供電可保持服務(wù)器繼續(xù)工作3小時(shí)，當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，備份服務(wù)器會(huì)自動(dòng)接替工作。

（2） 積放輸送機(jī)

為了保證郵件為單件流傳輸，且郵件之間有一定的間距，所以查驗(yàn)線的輸送機(jī)采用積放控制模式。即當(dāng)郵件沒(méi)有傳送出輸送機(jī)或者不允許下一件郵件進(jìn)入時(shí)，下一件郵件會(huì)自動(dòng)停在上段皮帶機(jī)的末端光電處等待。

（3） 動(dòng)態(tài)稱重機(jī)

動(dòng)態(tài)稱主要由動(dòng)態(tài)秤分秤臺(tái)、傳送機(jī)構(gòu)、稱重顯示控制器和光電檢測(cè)器4部分組成，其主要功能是將連續(xù)運(yùn)動(dòng)物件的重量稱量出并通過(guò)以太網(wǎng)傳送給監(jiān)管線信息服務(wù)器，服務(wù)器結(jié)合郵件號(hào)碼和報(bào)關(guān)信息，判斷是否超重或者是否與報(bào)關(guān)信息重量相符。

（4） X光機(jī)

通過(guò)X射線檢查系統(tǒng)獲取快件物品的透視圖像，結(jié)合郵件號(hào)碼，實(shí)時(shí)發(fā)送給海關(guān)國(guó)檢服務(wù)器，海關(guān)國(guó)檢判圖人員可在控制機(jī)房?jī)?nèi)根據(jù)EDI報(bào)關(guān)信息，判斷和決定是否進(jìn)行查驗(yàn)開(kāi)拆操作。

（5） 移載機(jī)

當(dāng)判圖人員需要開(kāi)拆某個(gè)郵件時(shí)，經(jīng)過(guò)判圖操作，監(jiān)管線信息服務(wù)器會(huì)向PLC發(fā)送消息，PLC收到消息后會(huì)實(shí)時(shí)跟蹤?quán)]件的位置，當(dāng)郵件傳輸?shù)胶线m的位置時(shí)，就會(huì)通過(guò)移載機(jī)將郵件分揀到相應(yīng)的格口。

5　結(jié)論

本研究開(kāi)發(fā)的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)，自運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，自動(dòng)化程度高，操作維護(hù)方便，而且很大幅度地提高了海關(guān)國(guó)檢的查驗(yàn)效率和準(zhǔn)確率。實(shí)現(xiàn)了郵件查驗(yàn)的自動(dòng)化控制和信息化管理，營(yíng)造了良好的通關(guān)環(huán)境。海關(guān)國(guó)檢聯(lián)合查驗(yàn)自動(dòng)分揀線的實(shí)物運(yùn)行圖如圖3所示：

圖3　查驗(yàn)線實(shí)物運(yùn)行圖

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