一種電商模塊化窗口控制直線分揀系統

□ 鄧定迎

(廣東信源物流設備有限公司 廣東省現代物流分揀裝備工程技術研究開發中心，廣東 廣州 510024)

1 引言

隨著我國快遞行業的高速發展，物流自動化和信息化取得長足的進步。2015年，快遞業務量完成206億件，同比增長48%，最高日處理量超過1.6億件，快遞業務收入完成2760億元。2017年快遞業務量突破300億件，收入規模超4600億元。國內快遞業務量繼續穩居世界第一，快遞行業技術不斷更新迭代，但是發展粗放，同質化競爭、服務產品單一等問題制約了行業發展的質效；并且隨著人工成本的增加，以及人員流動的不穩定因素，現有人工分揀模式無法滿足市場日益增長的需求。探索和研發一種自動化分揀系統，能夠實現對快件的自動識別、智能分揀，減輕分揀作業的勞動強度，節省人力成本，并能實現連續不斷的直線自動分揀系統，對于提高分揀效率，整體物流業務流程智能化和整體技術水平具備重大意義。直線自動分揀系統，是未來物流業發展的必然趨勢，在自動化分揀系統中起到關鍵作用。

本文著力于闡述直線自動分揀控制系統，主要包括包裹單件流輸送、建立模塊化窗口、包裹掃描、信息數據系統、包裹路徑追蹤、自動分揀等，實現包裹高效、自動化分揀等設計。

2 電商模塊化窗口控制直線分揀系統的主要內容

電商模塊化窗口控制直線分揀系統組成部分主要包括四個部分：

①輸送機輸送部分：輸送機由常規皮帶輸送機、間距皮帶輸送機、高速皮帶輸送機組成；包裹上直線分揀系統后，首先經過常規皮帶輸送機，經過間距皮帶輸送機拉距后，包裹的形態變成有一定間距的單件流，高速皮帶輸送機再將包裹輸送至高速分揀機，高速分揀機完成分揀。

②電控系統部分：由PLC、觸摸屏、I/O信號模塊、光電傳感器和變頻器等元器件組成；光電傳感器將感應到的包裹位置速度信息發送給PLC，同時PLC接收到上位機發送的包裹路向信息，PLC再發指令控制高速分揀機完成包裹分揀，同時PLC將根據分揀校驗光電反饋信號分析的分揀結果發給上位機。

③信息系統部分：由面陣相機組合形成的條碼識別設備和上位機組成；相機通過掃描或者拍照包裹面單得到包裹的條碼信息并且發送給上位機，上位機通過網絡通訊訪問對應包裹信息并且制定包裹唯一的分揀路徑，再通過Socket通訊[1]將分揀路徑發送給PLC，同時PLC將分揀結果反饋給上位機。

④高速分揀機：結構上主要由轉動模塊、底部輸送傳動機構和轉向傳動機構組成；減速電機控制底部輸送傳動機構，為包裹在輸送方向提供驅動力；伺服電機控制轉向機構，根據PLC發送的指令，通過轉向機構來控制轉動模塊的轉向，來實現包裹分揀。

如圖1所示為根據實際項目應用的方案布局圖。

圖1 電商模塊化窗口控制直線分揀系統

3 電商模塊化窗口控制直線分揀系統的核心技術

①現代自動化控制技術：包裹上線到直線分揀系統后，首先通過光電傳感器判斷各包裹之間的間距和位置，輸送系統將包裹的運行速度提高到1.5m/s，同時也把包裹之間的間距拉開至與系統效率匹配的間距；經過掃描識別包裹的路向，系統控制高速分揀機在300ms內將包裹分揀至對應的格口，分揀完成后系統再對分揀結果分析，將分揀結果反饋給上位機。

圖2 項目應用分揀系統照片

②條碼識別及分析技術：面陣相機組合形成的條碼識別設備，通過掃描或者拍照包裹面單得到包裹的條碼信息，通過網絡通訊，訪問對應包裹信息，得到相關的分揀路向，通過分揀隊列的剔除和分揀校驗光電等元器件的比對，分析包裹的分揀結果。

圖3 高速分揀機

③高速分揀機：主要由輸送動力和轉向動力兩套動力組成；在分揀系統實際應用過程中，高速分揀機輸送動力一直保持著有連續1.5m/s的動力輸出，當包裹要經過高速分揀機時，[2]分揀系統根據包裹的路向信息控制轉向動力的輸出，在300ms內將包裹成功分揀；這一過程中關鍵要高速分揀機兼容紙箱、軟包、文件袋和集包袋等類型包裹，同時在包裹沖擊時要保持穩定運行。

④輸送機輸送技術：[3]輸送機由常規皮帶輸送機、間距皮帶輸送機、高速皮帶輸送機組成；緊密排列的包裹經過前端常規皮帶輸送機的速度為0.8-1m/s，間距皮帶輸送機再通過三級提速，將包裹提速至1.5m/s并且把間距拉開，這過程中要保證包裹平穩不翻滾；高速皮帶輸送機再以1.5m/s的速度將包裹輸送至分揀機分揀完成，這期間要保證包裹在高速皮帶機上不能打滑和移位，否則會影響包裹分揀的成功率。

4 項目的主要特點

①實時積放控制策略(gap控制)為實現高效的合流與分流，必須保證包裹的間隔合適，避免疊包、交叉等現象，項目采用實時檢測積放段速度、加速度、減速度等方式，準確跟蹤包裹位置，計算包裹的長度以及前后間隔，通過控制輸送機啟停、速度等方式、實現包裹均勻布置、輸送。

②基于窗口控制策略的多級分揀算法：通過分流上游輸送線合理控制包裹間距，在主線上建立包裹的位置隊列信息(包括長度、間隔、時間、路徑等)，在后端各主要節點通過相關的控制算法進行隊列的校準。

③隊列準確性檢驗：根據主隊列中的包裹形態，進行動態篩選，選擇差異較大的包裹在各關鍵節點，進行長度、間隔的再次計算，檢驗隊列的準確性，并實時做出相應調整。

④窗口動態調整：在關鍵點布置光電，通過包裹的實際位置與隊列位置，進行隊列的位置、長度間隔的動態調整。

⑤分揀成功與否的核驗：在分揀格口布置光電，落格信息與包裹分揀信息進行比對、運算，檢測包裹是否準確分揀，對錯分、漏分進行相應處理。

5 結語

電商行業的高速發展，為快遞包裹自動化分揀系統提供了新的機遇。本項目致力于研發一套面向現代電商快遞行業的模塊化窗口控制直線自動分揀的系統[4]。利用現代自動化控制技術、局域網通信技術、條碼識別及分析技術、數據庫系統、高速分揀機和輸送機輸送等技術建立直線自動分揀系統，實現包裹高速智能分揀，減少分揀作業人員的配置，提高分揀效率和經濟效益，提升企業的自動化水平。