基于C/S 體系結構的電力企業物料倉儲分揀系統設計研究

洪巧章

（南方電網能源發展研究院有限責任公司，廣東廣州 511400）

在企業整體供應鏈中倉儲管理具有重要的作用，假如無法保證進發貨的流暢性、有效控制庫存，就會增加管理費用，降低物料周轉率，對企業競爭力造成影響。在電力企業中，物資管理影響著電網建設，對于電網穩定和維護具有重要的作用[1]。所以，對電力公司物料倉儲分揀系統的設計研究具有深遠意義。

1 系統的總體結構設計

文中設計的電力企業物料倉儲分揀系統主要包括分揀機構、搬運機械手機構、上料機構，上料機構包括工件、存放料臺、推料氣缸、安裝支架、井式工件庫、光電傳感器，能夠使物料依次送到放料臺中。搬運機械手機構包括電磁閥、驅動機、機械手氣動手爪、手臂伸縮氣缸、電感傳感器等，能夠使物料通過上料機構存放料臺輸送到分揀機構入料口中。為了確定機械手位置，將電感傳感器安裝到底座中。避免機械手旋轉越位，將有限位安裝到左右旋轉極限位置。物料分揀機構包括導料氣缸、退料氣缸、三相異步電動機、變頻器、光電傳感器、磁性傳感器等構成，能夠實現物料的分揀和輸送。

在系統工作過程中，利用PLC 控制器，搬運機械手通過上料機構取出物料，經過一定的間隔時間傳送物料，之后通過傳送帶使物料向前傳送到分揀口，辨別傳感器分揀不同材質和顏色的物料[2]，圖1 為系統的工作流程。

圖1 系統的工作流程

2 系統的硬件設計

2.1 PLC選型

根據控制的需求，通過觸摸屏控制系統中啟停等開關量信號，PLC 系統輸入能夠對開關量信號進行檢測。物料分選控制器有5 個輸出開關量信號，從而設置10 個氣缸運動位置信號[3]。需要設置48 個I/O 點數，包括21 個輸出點、27 個輸入點。根據以上分析，將彈片分揀裝置與I/O 點數作為開關量控制，充分考慮用戶使用過程中需要設置和擴展新功能，利用一般的小型機滿足控制需求。系統在設計過程中使用的PLC 為日本三菱公司生產的FX3U-64MRES-A，能夠滿足控制系統需求，不需要擴展單元[4]，圖2 為PLC 控制系統的I/O 分配圖。

圖2 PLC控制系統的I/O分配圖

2.2 提取壓力信號

使壓力信號送入到測試彈片壓力時的UNI800C物料分選控制器中，此器件能夠對不同規格、質量的物料進行分選，滿足不同電阻在不同場合中的使用需求。UNI800C 通過嚴格的電磁兼容測試，采用SMT 生產，體積小且可靠性高，有利于縮小設備體積，連接PLC 等工控設備。在系統設計過程中，彈片彈力信號分別從Y10、Y11、Y12、Y13、Y14 等引腳輸出，通過機械系統使大于100 g 的彈片自動滑到最低端[5]。在實驗過程中，對UNI800C 傳輸稱重傳感器微電壓信號，圖3 為UNI800C 和稱重傳感器的接線圖。其中，EXC-、EXC+、SEN+、SEN-、SIG+、SIG-、SHD 分別為負激勵、正激勵、正反饋、負反饋、正信號、負信號、屏蔽地[6]。

圖3 UNI800C和稱重傳感器的接線圖

UNI800C 開關量信號能夠轉變為PLC 開關量信號，詳見圖4。在給定壓力信號之后，UNI800C 會對圖4 中晶體管基極發送高電平信號，負載等同PLC輸入點，因為FX3U 系統PLC 能夠接成漏型、源型輸入，在設計過程中使用圖4 接線，PLC 接成源型輸入能夠滿足實際需求[7]。

圖4 UNI800C與PLC的連接圖

2.3 觸摸屏界面設計

以現場實際情況，利用三菱GT1055-QSBD-C 設計觸摸屏，在觸摸屏中設置壓力大小與開關按鈕，表1 為觸摸屏界面功能。

表1 觸摸屏界面功能

3 系統軟件模塊設計

3.1 物料分揀單元

物料分揀單元主要包括傳感器、機械手、傳送帶、變頻器與井式出料等單元，物料分揀單元主要是檢測貨物材質屬性，對系統不同貨物進行分類，之后根據屬性分類使不同貨物根據標識輸送到下個單元[8-10]。

通過旋轉編碼定位單元對貨物定位，其由同軸連接器、旋轉編碼器等構成。在電機轉動時，旋轉編碼器利用同軸連接器和電機保持同步，并且使電機旋轉角度位移轉變為脈沖信號反饋到PLC 單元。傳送帶中有貨物運行時，利用PLC 高數計數功能對貨物移動距離精準識別，以此實現定位控制[11]。

通過傳感器單元對貨物進行檢測，包括安裝支架、電容傳感器、顏色傳感器、電感傳感器等設備構成傳感器單元。在貨物進入到檢測區域之后，各個檢測元件對貨物材質屬性進行檢測，并且在PLC 中傳送數據，記錄在PLC 存儲區中。

通過氣動機械手搬運貨物，其由夾緊機構、旋轉機構、升降機構、安裝支架等部件構成。在貨物到指定位置之后，升降機構下降、夾緊貨物，運動到位之后在下個工位旋轉實現搬運[12]。

3.2 平面倉儲單元

平面倉儲單元由直線導軌送料單元、平面倉庫系統、氣動單元、步進電機單元等構成，通過網絡設置單元數據值和工作信號，根據系統使不同貨物送到不同倉庫中。在物料分揀單元進入工作狀態后，平面倉儲單元自動實現復位操作，送料機構回到系統原點。機械手單元使貨物運動到下個單元時，系統在平面倉儲單元傳輸貨物當前狀態、屬性標識等，通過參數對平面倉儲單元進行控制[13]。直線導軌運動工位包括原點、接貨區和倉位區，送料機構在系統復位時處于原點，在機械手旋轉到位之后送料區處于接貨區，實現貨物轉載，根據貨物不同的標識，分別送入不同倉位。以步進電機控制送料機構定位，以不同系統設置對定位點進行調整[14]。

3.3 出庫模塊

以物料使用的實際需求對倉庫提出物料出庫申請，每個申請記錄生成記錄單，等待驗貨確認。為了避免錄入錯誤，提高系統安全性控制，利用系統自動生成填表人、填表時間，鎖定登錄的倉儲員id 號、時間，出庫單流程默認為no 時說明是等待出庫確認狀態。自動生成出庫單號，一般以字母c 開頭，后面由16 位數字字符數據構成[15]。在出庫單號不同時，生成負責人信息、日期與時間，提高系統出庫管理的安全性[16-17]，圖5 為出庫管理流程。

圖5 出庫管理流程

3.4 盤點處理

物料盤點指的是檢查庫存商品質量與數量，在實際工作過程中會因為多種原因導致賬實不符的問題出現，盤點能夠及時發現錯誤并且修正。文中系統在設計過程中的盤點流程：倉儲管理員登錄到系統中，對異常進行盤點，在數據提示區中顯示倉庫物料信息，選擇異常物料，顯示物料倉位。然后，管理員輸入賬實不符的物料數量，點擊異常處理按鈕，系統能夠自動盤點異常處理。提交確認之后，在盤點異常表中登記物料倉位的異常，自動更新物料相位庫存信息和狀態信息，完成盤點登記[18]。

4 系統的效果測試

文中系統能夠進行單機調試，也能夠構成整體自動化生產系統運行。在系統整體運行過程中，自動給料系統能夠提供物料到物料臺中，機械手將物料送到自動檢測和分揀系統中分揀，以指定要求實現物料的分揀過程。表2 為各部件操作內容表。

表2 各部件操作內容表

假如該倉庫只有一名工作人員對部件揀貨，要求一個部件揀完之后再揀另外的部件，所有部件揀完之后通過包裝環節實現部件包裝。根據訂單到達情況，在時窗中完成訂單揀取，包裝時間為360 s，表3 為時窗分批策略結果。通過表3 可知，倉儲分揀流程優化后，能夠縮短揀貨和包裝作業的運行時間，保持分揀貨的均衡性與連續性。

表3 時窗分批策略結果

5 結束語

文中設計了電力企業物料倉儲分揀系統，系統能夠實現物料的自動識別、傳送、分類和搬運；能減少電力行業倉儲業務人員分揀工作量，縮短揀貨時長，提升工作效率；能夠大批量、連續地分揀存儲貨物，使用流水線自動作業方式，不會受到環境、氣候、工人體力、時間等限制；能夠連續運行，提高了生產效率，降低了用工成本，滿足了社會化物流需求。