基于PLC的一體化快遞分揀系統(tǒng)的設(shè)計與制作

王世光 王艷鑫 李志剛 李奎 王嘉輝 施玲 林盛昌 南通理工學(xué)院

1 引言

目前，我國農(nóng)民對快遞的分揀還都是依靠人力來完成，當(dāng)快遞到達一個中轉(zhuǎn)公司首先需要人工從貨車上卸貨，接下來由人員將快遞放到傳送帶上對快遞進行識別，然后將快遞按不同區(qū)域放到指定地方。最后工作人員將快遞分別裝車送往指定地方。

為了使快遞分揀過程更加快捷、更加智能、更加準(zhǔn)確。使買家與賣家達到最快速度的交易，使買家能夠在最短時間收到自己的貨物。本產(chǎn)品還實現(xiàn)對整個快遞分揀過程進行全程無死角的監(jiān)控與管理。工作人員只需要將快遞掃描然后按下相應(yīng)的控制按鈕，整個系統(tǒng)對快遞進行精準(zhǔn)的分揀。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 電氣選型

（1）使用觸摸屏替換原有復(fù)雜的計算機人機界面系統(tǒng)，觸摸屏的操作簡便、體積小容易安裝放置，線路也只需要電源線和通訊線，大大簡化了人機交互系統(tǒng)。

（2）由于觸摸屏提供了友好易學(xué)的組態(tài)軟件，且提供了簡潔實用編輯功能和各種現(xiàn)成的庫文件。只需要較簡單的基礎(chǔ)知識儲備，就可以動手制作自己想要的交互界面，并能夠?qū)崿F(xiàn)模擬調(diào)試。

（3）人機界面由觸摸屏完成，而邏輯控制則由原有的復(fù)雜計算機或單片機替換成工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的可編程邏輯控制器PLC，其使用方便，編程簡單，功能強，性價比高，可靠性高，抗干擾能力強，系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少，維修工作量小、方便等諸多優(yōu)點。

2.2 硬件選型

（1）選取性價比高，硬度高的不銹鋼材料進行加工，完成整個裝配系統(tǒng)。

（2）選用噪聲低、抗干擾能力強、運行更穩(wěn)定不失步的伺服電機進行驅(qū)動。

（3）選取速度更加快、更加精準(zhǔn)、更加安全的氣動裝置為整個系統(tǒng)的運動提供動力。

2.3 具體實施方式

（1）對具體的控制對象進行分析，具體控制對象如電機，傳送帶移動電機，快遞分揀裝置等，以及其必須的驅(qū)動設(shè)備，完成PLC原理接線圖。

（2）統(tǒng)計控制對象的所有可進行的動作，再針對具體動作分析其屬性，如速度高低選擇、方向、速度數(shù)值、距離等。

（3）在對象分析的基礎(chǔ)上，對其屬性進行簡單的有規(guī)律性編碼，在PLC中完成每一種動作或子動作的子程序編程，以及必要的組織程序部分。

（4）之后，開始對觸摸屏進行組態(tài)編輯，界面體現(xiàn)出所有控制對象，利用觸摸屏中可編輯的下拉菜單功能及其相關(guān)功能函數(shù)，實現(xiàn)每一步的具體設(shè)置和查看以及修改功能。

（5）在觸摸屏的后臺任務(wù)中，實現(xiàn)對已編輯動作的數(shù)據(jù)編碼，并將編譯好的數(shù)據(jù)有序下載至PLC的功能編輯中，同時完成PLC動作任務(wù)數(shù)據(jù)的接收分析和保存工作。

（6）在觸摸屏組態(tài)和PLC程序完成后，兩者通訊連接，模擬調(diào)試，達到預(yù)計的動作序列信號，輸出效果。

（7）完成具體硬件設(shè)備的電氣連接，檢查通過后，系統(tǒng)上電調(diào)試，觀察對象動作的實際情況，完善觸摸屏和PLC工作部分達到預(yù)期功能。

2.4 系統(tǒng)的優(yōu)勢

本系統(tǒng)能連續(xù)、大批量地對農(nóng)作物進行處理。由于采用大生產(chǎn)中使用的流水線自動作業(yè)方式，整個系統(tǒng)不受氣候、時間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運行，不間斷作業(yè)中途不需要休息，大大減輕快遞分揀處理時的人力以及財力的投入，大大加快了快遞分揀的速度。整個系統(tǒng)中人員的使用僅局限于操作控制臺、減輕了快遞分揀人員的操作難度，提高了勞動生產(chǎn)率。

3 快遞運輸機器

其工作原理為：使用噪聲低、抗干擾能力強、運行更穩(wěn)定不失步的伺服電機進行驅(qū)動，通過PLC指令控制伺服轉(zhuǎn)動進而部件按預(yù)定順序進行動作，實現(xiàn)快遞精準(zhǔn)分揀的目標(biāo)。其結(jié)構(gòu)圖若圖1所示

圖1 快遞運輸機器

3.1 快遞分揀功能分析

本系統(tǒng)是將需要分揀的快遞運送到到達傳送帶上時；首先通過識別二維碼對快遞進行識別；當(dāng)判斷快遞所需區(qū)域時，工作人員通過觸摸屏點擊需要分揀的區(qū)域按鈕（如，山西，河北，江蘇）；然后plc通過工作人員需要執(zhí)行的指令控制伺服電機將快遞運送到機械推手旁邊；最后機械推手將推到指定區(qū)域完成快遞的分揀。

在傳送帶上裝有用于分揀快遞的三個機械推手將掃描好的快遞精確的推送到各個區(qū)域（如，山西，河北，江蘇）進行精確分揀。

4 電氣原理

4.1 電氣控制原理

當(dāng)操作人員啟動機器時，快遞會隨著傳送帶到達掃描器旁邊、進行掃描；然后在觸摸屏上點擊相應(yīng)按鈕這時觸摸屏?xí)玫揭粋€輸入信號x1閉合然后PLC與觸摸屏通訊將接收到的信號傳送給PLC此時X1閉合將輸出5000個脈沖信號的Y1閉合、此時伺服系統(tǒng)帶動傳送帶運行完5000個脈沖以后、將返回值送回給PLC、這時PLC的X2觸點閉合1秒后Y4閉合氣動裝置啟動將快遞準(zhǔn)確的運送到指定位置。

4.2 伺服電機控制原理圖

伺服電機控制原理圖如圖2所示。

圖2 伺服電機控制原理圖

5 總結(jié)

本文針對目前快遞行業(yè)進行分析后，對其快遞分揀系統(tǒng)進行智能化的改進，設(shè)計出一款更加高效、經(jīng)濟、穩(wěn)定的一體化的智能分揀系統(tǒng)。值得高興的是，該快遞分揀的模型現(xiàn)在已經(jīng)成型，并且已經(jīng)在實驗室完成了相應(yīng)的調(diào)試，調(diào)試結(jié)果可基本達到預(yù)期。