（机械电子工程专业论文）新型扁平件分拣系统自动供件台控制系统的设计与实现.pdf

北京邮电大学硕士论文 t h ed e s i g na n di n 田l e m 匝n 1 ：a t i o n f o r 咖a i 兀1 0f e e d e r o ft h ef l a t - s o i h e r i nt h ed a y so f r a p i dd e v e l o p m e n t o fm o d e m l o g i s t i c ，a sah a r d c o r e p r o d u c t i o no fl o g i s t i ca u t o m a t i o n ，t h ef l a t s o r t e ro c c u p i e sa ni m p o r t a n t p o s i t i o no fc h i n ap o s t a la u t o m a t i o n a n di tc a l la l s om a k e s e n s et os a v i n g l a b o rf o r c e ，i n c r e a s i n ge f f i c i e n c y , r e d u c i n gm a k i n gm i s t a k ea n dr e d u c i n g c o s t s d o m e s t i cs o r t i n gt e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e df o rm a n yy e a r sa n d h a sb e e nw i d e l ya p p l i e di nt h em a i lt r e a t m e n tc e n t e ri nm a n yl a r g ea n d m e d i u m - s i z e dc i t i e so fc h i n a t h e yb e a ra ni m p o r tt a s ko fm a i l c i r c u l a t i o na th o m ea n da b r o a d h o w e v e r ，w eh a v et or e c o g n i z et h a ti n t h ed a y so fr a p i dd e v e l o p m e n to fp o s t a la u t o m a t i o n ，t h ef l a t - s o r t e r ， a sa ni m p o r t a n tp a r to fi t ，f a c e ds o m eb i gp r o b l e m sw h i c hc a nn o tb e a v o i d t h ea u t of e e d e ri sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to ff l a t s o r t e r i td i r e c t l y a f f e c t st h ep e r f o r m a n c ea n dt h ee f f i c i e n c yo ft h ef l a t s o r t e r f i r s t , t h e p a p e ra n a l y z e dt h ea u t of e e d e ro ff l a t - s o r t e rb ys e t t i n gu pas u i t a b l e m a t h e m a t i c a lm o d ea n dc o m p u t e rt e c h n o l o g yi nt h eb a s eo fas o r t e r w h i c hh a sb e e no ns t r e a m t h ea n a l y s i si sm a i n l ya b o u tt h ef o r c ea n dt h e m o v e m e n t a n di tg a v eap r o j e c ta b o u ti m p r o v i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r e o ft h ea u t of e e d e ro ff l a t s o r t e r i nt h ea s p e c to fh a r d w a r e ，w em a i n l y d e s i g n e d am o r er e a s o n a b l ea u t o f e e d e r , w h i c hi n c l u d e dp o r t f o l i o c h a n g i n g ，s i z ec h a n g i n ga n dt e s t i n gi n s t r u m e n tr e a r r a n g i n g i tm a d et h e f o l l o w - u ps u b s y s t e me a s i e r t ob ec o n t r 0 1 i nt h e a s p e c to fs o f t w a r e ， a c c o r d i n gt ot h i sp r o j e c t ，t h ep a p e ra l s or e a l i z e dt h ep l ct e c h n o l o g y 4 a n dw eu s e dt h ep l cm a d eb yo m r o n c o m p a n y a tl a s t , t h e p 印e rg a v eat e s ta n de r r o ra n a l y s i so ft h ei m p r o v e da u t of e e d e r t h e t e s t i n gr e s u l ti n d i c a t e dt h a t 也ei m p r o v e m e n to ft h ea u t of e e d e ro f f l a t 。s o r t e ri sb e t t e rt h a nt h ef o r m e ro n ei nt h ef a c e t so f a c c u r a c ys t a b i l i t y a n d e f f i c i e n c y s oi t p r o v e d t h e a c c u r a c y a n d f e a s i b i l i t yo ft h e i m p r o v e m e n tp r o j e c t w r h a ti sm o r e ，t h ea n a l y z i n gm e t h o d s ，t h et e s t i n gr e s u l ta n dt h e a d v i c e so ft h el a b o ro ft h ei n d u c t i o ns u b s y s t e mo fp a r c e ls o r t e rc a no f f e r e x c e l l e n ta n a l y z i n gm e t h o d sa n da n a l y z i n gt h e o r e t i c t ot h ef u r t h e r i m p r o v e m e n to f t h ea u t of e e d e ro ff l a t - s o r t e r k e yw o r d s ：f l a t s o r t e ra u t of e e d e r f o l l o w - u ps y s t e m p l c p o s i t i o nc o n t r o l 5 北京邮电大学硕士论文 一一 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：整蛰垫 日期： 圆：圣： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 2 北京邮电大学硕上论文 第一章概述弟一早僦尬 自动分拣设备是集光、机、电、信息技术于一体的系统设备，系统内部主要 涉及上件、识别、同步、信息处理、高速低噪输送及分拣入格口等关键技术，其 中每一项技术成熟与否将直接影响系统效率、差错率和可靠性等关键技术指标， 可以说分拣设备是高新技术集成的产物。同国外一样，自动分拣输送技术和装备 在我国早期也是主要应用于在邮政行业，生产和流通领域运用的并不是太多。随 着我国物流业整体的发展，输送分拣系统的应用的领域越来越广泛，而近几年自 动分拣输送技术与应用逐渐成为物流系统规划和方案设计的新宠【1 1 。 1 1 国内外邮政自动化现状 在世界范围内，目前大多数邮政机构面临着用户多方面业务需求的增长。用 户要求更短的时限和更可靠的服务，私营快递服务和邮政服务的市场分额越做越 大、越来越得到用户青睐。为保持竞争能力、使业务持续增长，邮政机构必须不 断改进其运作经营状况。邮政自动化是达到这些业务目标的有效方式。在主要工 业国家，邮政服务均实施了自动化，在改善生产效率和缩短服务视线方面已显示 出明显效果。 当前，邮政服务正在进入一个崭新的自动化阶段。伴随着在邮政运作中以及 处理流程管理方面引进新的管理理念，在邮件处理中心内部也正在实现处理流程 全部自动化。现代化邮政技术及服务可以理解为现代化物流技术在邮政物流这个 特殊物流领域中的应用。 而在我国，到目前为止，各级分拣中心已经配备有包裹分拣机。所有一级、 二级和部分三级中心局配备了信函分拣机：随着扁平件业务的增长，从一级中心 局开始装备扁平件分拣系统。与此同时，中国邮政投入巨资建设起全国范围的邮 政综合计算机网络及金融网络，这为全面提升我国邮政自动化、现代化水平打造 一个基础和平刽2 1 。 1 2 自动分拣系统的前景 1 2 1 国内外分拣设备发展趋势 自动分拣系统在不断改进和创新，关于自动分拣系统的技术发展趋势主要有 以下几点： 1 大型化 随着中国经济的飞速发展，物流规模越来越大，需要处理的扁平状邮件量越 北京邮电大学硕士论文 来越大，必然导致分拣设备大型化，就南京工程而言，其一期工程( 至2 0 1 1 年) 预计扁平件处理量要达到1 8 万件每小时，格口数达5 0 0 - - , 6 0 0 个。 2 先进性 同所有工业装备的发展一样，分拣设备的性能必将越来越先进，自动化程度 越来越高，具体体现在速度越来越快，准确度越来越高，设备的生产工艺不断进 步，稳定性更好，系统的可靠性与使用寿命大大提高，降低甚至免除维护工作。 3 信息化 人们对信息的重视程度日益提高，要求物流与信息流实现在线或离线的高度 集成，使信息技术逐渐成为分拣技术的核心。分拣设备与信息技术紧密结合、实 现高度自动化是未来发展的趋势。现场总线、图像识别与处理、互联网等高新技 术与分拣设备的有效结合作用，成为越来越多的分拣系统的发展模式【3 1 。 4 标准化与模块化 当前，经济全球化特征日渐明显，中国入世更加快了企业的国际化进程。物 流装备也需要走向全球化，而只有实现了标准化和模块化，才能与国际接轨。因 此，标准化、模块化成为分拣设备发展的必然趋势。标准化即包括硬件设备的标 准化，又包括软件接口的标准化。通过实现标准化，可以轻松地与其他企业生产 的物流装备或控制系统对接，为客户提供多种选择和系统实施的便利性。模块化 可以满足客户的多样化需求，可按不同的需要自由选择不同功能模块，灵活组合、 增强了系统的适应性与可拓展性。 5 智能化与人性化 科技的进步使分拣设备越来越重视智能化与人性化设计，以降低工人的劳动 强度，改善劳动条件，使操作更轻松自如。在监控p c 上可以动态画面的形式形 象地提供系统各节点的状态诊断信息，对出错节点实时报警并提供维修提示，同 时提供简单形象的用户界面以进行系统启动、调速、停机等各种操作。 6 绿色化与节能化 随着全球环境的恶化与人们环境意识的增强，有些企业在选用分拣设备时会 优先考虑对环境污染小的绿色产品或节能产品。因此，有远见的分拣装备供应商 也开始关注环保问题，采取有效措施达到环保要求。如，采用新的装置与合理的 设计，降低设备的震动、噪音与能源消耗量等。 1 2 2 自动分拣系统的应用前景 对于分拣系统的应用前景，主要着眼于分拣系统的可靠性，优越性，应用领 域的适用性以及系统的经济效益、成本等方面来考虑。它们主要包括以下几点： 1 分拣系统能灵活地与其他物流设备实现无缝连接，如自动化仓库、各种存储 2 北京邮电大学硕士论文 站、自动集放链、各种运载工具、机器人等。实现对物料实物流的分配、对 物料信息流的分配与管理。 2 采用分拣系统，人工拣取、搬运、堆置物料的劳动强度大大降低，操作人员 无须为跟踪物料而进行大量的报表工作、登单工作，因而显著提高劳动生产 率。另外，非直接劳动力如物料仓库人员，发料员以及货运工作量的减少甚 至取消又进一步直接降低了作业成本。 3 由于分拣系统运行平稳、安全性高，同时，人工拣取扁平件的作业量降低， 对物品的损坏减少，为顾客创造了更多的价值，为公司赢得了更多的信誉和 商机。 4 采用分拣系统，由于投放地址的准确，减少了扁平件分类错误的可能性，减 少了由于分类错误造成的经济损失和信誉损失。 5 由于分拣系统采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护检修方 便等特点使得它可以方便的放置于使用场所，受场地原因影响不大。 6 自动分拣机适于分拣底部平坦且具有刚性的包装规则的商品。而袋装商品、 包装底部柔软且凹凸不平、包装容易变形、易破损、超长、超薄、超重、超 高、不能倾覆的商品增加辅助设施才能上自动分拣机进行分拣。因此为了使 大部分商品都能用机械进行自动分拣，可以采取两条措施：一是推行标准化 包装，使大部分商品的包装符合国家标准：二是根据分拣大部分商品的统一 包装特性定制特定分拣机的技术参数【4 】。 由此可见，为了满足不断发展的需要，自动分拣技术，尤其是国内自动分拣 技术要求进行不断的改良与创新【5 1 。 1 3 本论文的意义及目的 在现代物流事业快速发展的今天，中国邮政作为国内邮政物流业务的核心， 在国内物流行业中具有举足轻重的地位。 本论文就是希望通过对现有的扁平件分拣系统进行详细的、全面的分析，并 就分析结果提出相关的改进方案，希望能够抛砖引玉进而解决现行国内扁平件分 拣机技术没有理论支持的缺陷。作者的主要工作是通过了解扁平件分拣机并且对 几家竞争对手的同类产品进行比较，得出要提高扁平件分拣机的效率重点在于自 动供件台的效率，而通过对自动供件台的七部分介绍与分析，我们看到随动子系 统是其关键，故整篇论文中第2 章扁平件分拣机的，第3 章是分析旧设备的缺点 北京邮电大学硕士论文 及对自动供件台的分析介绍，第4 章至第6 章均是对随动子系统的相关分析与计 算，第7 章是对新型扁平件分拣机及全文的总结。 1 3 1 发展扁平件分拣机的意义 发展新型扁平件分拣机对行业技术进步及促进产业发展的意义主要有以下 几点： 1 速递业务发展，满足公众服务需求。 随着我国经济的飞速发展，速递类业务是目前流通领域发展旺盛、竞争激烈、 百姓关注的主要业务之一，公众对速递类业务的需求不断增加，就u p s 、f e d e x 、 d h l 、t n t 四大跨国速递公司进入我国市场，国内的中铁快运、民航快递和大 通等一些的民营快递公司的兴起，足以说明，速递服务在中国市场的发展速度和 前景【6 】。同时，公众对速递时限要求越来越高，由于速递扁平状邮件占到速递业 务的7 5 以上，因此，扁平件分拣为速递邮件传递环节中最具有技术成分的核心 环节，高速自动分拣对缩短时限能起到关键作用，要满足公众服务的需求，需要 不断研究扁平件的高速自动分拣技术。 2 优化生产流程，提高中国邮政服务水平。 中国邮政集团公司作为大型国有企业，具有一个规模庞大、功能齐全的服务 网络。经过近几十年的发展，邮政已经建成了沟通城乡、覆盖全国、联接世界的 集运输、处理、投递、信息服务于一体的网络，邮政速递业务已成为中国邮政三 大产业支柱之一。就中国邮政的速递业务物流品种的形状分析，包裹状类与扁平 状文件类的件数平均比例为2 5 ：7 5 7 1 。扁平邮件高速分拣技术研究是优化生产作 业组织流程的需求，是满足中国邮政集团公司做大、做强速递类业务的战略部署 需要，是为尽一步提高中国邮政集团公司在速递类业务中领头羊的地位，提高服 务质量的需要。 3 提高自主知识产权技术，保持市场竞争优势 随着中国速递业务市场的繁荣和开放，服务需求在提高，业务量在增长，在 技术上国外一些公司已加大了对速递类高速自动分拣技术研究的投入，并在一些 指标上瞄准了中国市场。邮政科学研究规划院作为中国邮政的主要技术支撑单 位，长期以分拣技术作为主攻方向，掌握着许多分拣技术，并有着我国自主知识 产权的扁平件分拣技术。研发速递类高速自动分拣技术是增强和继续保持该院与 国外公司在技术上、市场上竞争能力的需要，是提高和保持在高速分拣技术上的 我国自主知识产权的先进性的需要。 4 北京邮电大学硕士论文 1 3 2 项目应用前景 该项目可应用于国内大型分拣中心，较大的提高了扁平件的分拣效率，比如 南京、北京、深圳等。该项目的应用，可大大增强国内企业的实力，提高与国际 大型公司抗衡的竞争力。 5 北京邮电大学硕士论文 第二章扁平件分拣机综述 邮件根据形状一般来说可以分为包裹、扁平邮件及信函三类。用于分拣包裹 的分拣机有交叉带分拣机、翻盘式分拣机、滑块式分拣机、弹出滚筒式、弹出滚 轮式分拣机；用于分拣扁平邮件的是扁平件分拣机；用于分拣信函的是信函分拣 机。 2 1 扁平件分拣机简介 扁平邮件高速分拣系统用于处理印刷品、纸包、不能上信函分拣机分拣的各 类信件、广告以及符合技术要求范围内的各类扁平邮件，用以提高分拣效率，减 轻劳动强度，提高分拣质量。该机采用模块化设备，控制系统利用现场总线和网 络技术来实现数据交换和信息传递。 本文主要介绍的是代表国内先进水平的中邮科技物流公司扁平件分拣机。作 为国内分拣设备制造领域的佼佼者，中邮科技物流公司代表了该领域国内的先进 水平，虽然该公司在近几年取得了突飞猛进的技术进步，但与国际领先水平相比， 在产品的系统故障诊断、处理效率方面还存在比较大的差距。 中邮科技物流公司的扁平邮件高速分拣机于1 9 9 8 年安装于郑州，1 9 9 9 年通 过鉴定，2 0 0 1 - 2 0 0 3 年，安装于天津、石家庄、济南、合肥、南京、长沙、杭州 等地，用于扁平邮件的分拣，并荣获2 0 0 3 年度国家邮政局科学技术一等奖【8 】。 2 0 0 4 2 0 0 5 年，该机完成速递化改造，并安装于上海、北京、广州等地，用 于分拣e m s 文件类邮件。2 0 0 7 年，完成杭州局扁平件分拣机多用途改造，白天 分平刷、挂刷，晚上分e m s 。 2 2 主要竞争对手的设备情况 1 西门子o m s 开放式邮件处理系统( o m s ) 是新一代高效、符合人机功效要求的扁平件分 拣系统。该系统可满足高吞吐量系统的市场需求，可以处理种类宽泛的邮件，从 标准信函到不同种类特征的扁平件。o m s 的结构不同于普通的扁平件分拣机。 与静止格口的系统概念相反，o m s 的格口一直循环运动，用户信盒在信盒转盘 中以恒定的速度转圈。 6 北京邮电大学硕士论文 o m s 系统实际处理效率5 4 0 0 0 件，小时，可根据需求配备两条或四条供件线。 所有衄件相关信息均在供件线中创建。分拣机可根据邮件信息对各个邮件进行分 拣：装有邮件的信盒被人工输送到供件床前，或通过物料处理系统输送至信盒倾 倒装置。信盒倾倒装置协助将均匀码放的未分邮件送入供件模块的单件分离器。 或者由操作员人工将邮件装载至供件模块。邮件逐一传输通过识别区域的流程控 制装置，例如扫描仪。将邮件分开装入装载模块的旋转槽袋转盘的槽袋中。邮件 从这些袋中输送至静止中转槽袋。根据确定的邮件目的地，中转槽袋在信盒转盘 对应格口到来时在其上方打开。信盒装满后从信盒转盘中取出，并移至后续的物 料处理系统。o m s 分拣机外形如图2 - 1 所示。 戮 赫_ _ i 一” 函 图2 - io m s 分拣机外形图 2s o l y s t i ct o p 2 0 0 0 t o p2 0 0 0 扁平邮件分拣机是源自索立斯特的第一代t o p 扁平邮件分拣机， 其设计理念是以大量的分拣输出格口来满足高流量的分拣需求，提高了机械可靠 性并相比市场上其他大型分拣设备有了较大改进。t o p 2 0 0 0 提供了高性价比。 机器的总体流速与两条高速供件线的总流速相等，其分拣过程完全自动化。 t o p 2 0 0 0 的设计以装备吊斗的分拣链轮为基础。这一解决方案使得设备可 以以极低的卡塞率柬实现较高的生产效率。 北京邮电大学碰l 论 分拣输出部分由两层互相重叠的信盒组成，分却在机器的两侧。该 5 计的目的是在配备| 司样数量的分拣输出格口的情况下，分拣段的长度得| 三【减半。 分拣段卜的邮件传送系统是由两条相互独立而又上f 重叠的的链轮 掏成的，每条链轮都将邮件送往相应层次的信盒输出格1 3 。 每个分拣输出格口都配有一个触发装置以将一个空信盒替换该格1 3 内的满信盒。空信盒是从供件台位置通过空信盒传送系统向设备上下两层的分拣 输出区域传送的。 分拣区每侧，每层都装备有满信盒取走传送系统，可将满信盒送到自 动信盒贴标签系统，该系统位于分拣机尾部。 供件区由两条供件线构成。每条供件线上配有两个系统自动供件台， 从自动供件台上产生的邮件流合并成一条传送线，在这条传送线上可执行诸如图 像获取，制标签，打印和向标码系统传送标码请求等所有功能。每个自动供件台 的i f 常流速是3 件秒，两条供件线配置可实现的整机正常流速是1 2 件秒，即 4 3 2 0 0 什d , 时。 top2 0 0 0 系统使用标准通讯设施包括市场上现有的电路板，装置和 标准删络设备与分拣流程内的其他系统建立联系。 使用市场上现有的计算机，标准化总线和电路扳建立丌放式硬件结构 以确保升级阻及良好的可升级性和耐用性。 s o l y s t i ct o p 2 0 0 0 整机可分为供件区、分拣区、自动信盒处理系统，图 2 2 为其外形图。 囤2 - 2s o l y s t i c t o p 2 0 0 0 整机外形圈 北京邮电大学颈论文 3其他国内厂家正在研制的设备 上海邮政研究院与比利时a l c a t e l 公司和法国s o l y s t i c 公司长期合作开发 了信函自动分拣设备和扁平邮件分拣设备例。 2 3 扁平件分拣机的工作原理 简单地说，分拣机的工作过程就是扁平件经供件台上件至主汇集道，经投入 轮落入小车，小车在环型圈行驶把邮件运送至目的格口，开门机构动作使邮件落 入格口。 该系统主要由机械和电控两部分组成。包括人工供件模块、自动供件模块、 驱动张紧模块、主传输模块等构成。邮件在人工供件台键入信息码，或在自动供 件输入模块进行o c r o v c $ 阅读后，水平传至主传输模块汇集，并被送入驱动 模块。邮件经投入轮由水平传输转为垂直传送将高速输送来的邮件传至低速运 行的主机分拣斗格中。邮件沿厚度方向垂直输送分拣，以低速达到高效率。装有 邮件的分拣斗格在以大链轮驱动的链条牵引下将邮件送到相应的输出格口，由气 动装置开门、邮件下落，经滑槽导出直接落入邮袋信盒，完成邮件分拣。 2 4 扁平件分拣机的组成 扁平件分拣机主要由分拣控制系统、信息管理系统、人工供件模块、自动供 件模块、驱动张紧模块、主传输模块、输出模块等构成。其外形结构如图2 - 3 所 示。 图2 - 3 扁平件外彤结构 2 4 1 分拣控制系统 分拣机的控制方式为实时控制其实时控制系统主要分为：卡机控制模块、 t 牟= 自动供件输入模块、人工供件编码模块、强电控制模块等。 各控制模块采用可编程控制器( p l c ) ，它们之间的数据交换和信息传递足 通过p l c 内部网络系统实现的。扁平邮件分拣机实时控制系统包括三层网络结 北京邮电大学硕士论文 构：器件级网络连接( c o m p o b u s d ) 、设备级网络连接( c o n t r o l l e rl i n k ) 以及上层以太网连接( e t h e i e t ) ，主机格口控制部分采用单元式现场总线方 式( c o m p o b u s d ) ，信息管理系统与实时控制系统之间的联系如数据采集、生 产监控等，是通过p l c 内部网络系统c o n t r o l l e rl i n k 来完成的l i o j 。 控制系统的系统功能包含分拣功能，安全保护功能与可靠性保障措施，及系 统诊断及维护功能三大功能。 2 4 2 信息管理系统 信息管理系统，由各种工业计算机及p c 、服务器等组成。其中主要由通信 计算机，数据库服务器和实时控制服务计算机组成。通信计算机主要是接收来自 开拆车间的扁平件信息，这些信息包含了条形码、原寄局，寄达局等等的信息， 分拣机需要根据这些信息对扁平件进行分拣；数据服务器存储了来自通信计算机 的信息和已被分拣的扁平件信息等；实时控制服务计算机则用于控制整个分拣 机，并与控制p l c 直接通信，相当于中心大脑。信息管理系统与实时控制系统 如图2 4 所示： 图2 - 4 信息管理系统与实时控制系统结构图 信息管理系统作为独立的子系统是因为它与实时控制系统一样是一个完成某 l o 北京邮电大学硕士论文 一功能的实体。实时控制系统操作的是物理实体，而信息管理系统操作的是信息： 实时控制系统控制的是实体的运动，在信息管理系统中则是信息的迁移；实时控 制系统控制物品的分拣，对应于信息管理系统中则是信息的加工。信息的传递与 加工同样占据通道和时间，同样会出现延误，死锁等现象，因此这种信息处理系 统与实时控制系统在抽象模型中表现的实质是一样的。信息管理系统作为一个独 立的系统，它与实时控制系统联系最为紧密。 扁平件分拣机的管理包括分拣作业管理、设备状态管理及物件信息管理，具 体内容如下： 1 作业管理 根据分拣的需要，及时为生产作业提供译码支持，以使扁平件及时正常的发 送至相应格口，这里既包含作业计划，也包含作业控制。 2 状态监控 监测自动分拣系统中各设备的状态。 3 信息管理 对系统中各种信息进行采集处理传输统计和报告。 上述主要的管理功能并非截然分开的。它们之间有着密切的联系。其中信息 管理是现代生产物流的核心和基础。无论是信息管理，状态监控还是作业管理都 离不开物流信息。分拣过程实际上是物件流动和信息流动的过程。物件流动中， 物件的位置是按照实际情况进行优化而确定。信息流动过程中，信息的采集、处 理和传输则服从于管理的需要。也可以说，在分拣系统运行过程中物件实体的流 动是目的，而为达到这一目的所进行的管理是以信息为基础的。 信息管理系统所接收和处理的实时的信息是并发的。因此，用单进程方式顺 序执行不能满足要求，软件的设计应保证信息处理的可靠性，同时力求结构清晰、 操作简便，为此管理软件系统用多进程并发运行的方式进行管理，即对不同的信 息接口都设有专门的进程，进行信息接收和处理，将系统中的实时信息传递过程 分为人机交互、供件台管理、分拣管理、调度状态监控和统计分析六个进程。 2 4 3 人工供件模块 操作人员将邮件放在储存段皮带机一端，皮带机将邮件传向分拣员位置，分 拣员拿起并阅读邮件的邮政编码后，键入格口码或邮政编码信息，把邮件放入倾 斜编码段，经传感器进行规格检测，不符合规格的邮件被剔除，符合规格的邮件 经水平段加速，供入同步上件机。 2 4 4 自动供件模块 人工将已顺头顺面的邮件整理齐堆放在供信台上，由栏栅式隔板将邮件向分 离口推送。邮件到达分离处，采用吸气分离，一封一封地输入到传送通道中。为 北京邮电大学硕士论文 确保邮件准确供入上件段，采用等间距分离，其分离信号由主机发出。分离速度 为6 0 0 0 件d , 时。 2 4 5 主汇集道 供件部分把邮件输送到主传输道( 主汇集道) ，在带有推头的皮带作用下以 2 1 5 米秒的速度水平传输，不符合分拣规格的邮件经光电检测装置由控制系统 自动剔除；符合规格的邮件被准确地传入投入轮内。 2 4 6 驱动张紧模块 驱动模块和张紧模块采用大链轮和免润滑小节距链条牵引传动技术。邮件供 件导入装置采用使邮件由高速平面传输转为低速垂直供件的技术，邮件通过投入 轮由水平运行方向转换为垂直下落方向，在定位皮带机和动态导向机构的共同做 用下，完成准确向分拣单元斗格的垂直供件。 2 4 7 主传输模块 主传输模块分拣单元斗与链条的连接采用了水平方向柔性连接，垂直方向刚 性连接的特殊结构。可以吸收链条在运行中的噪音。采用a b s 注塑成型分拣单 元斗及模压成型合金铝联接体，高耐磨垂直水平轮及不锈钢管轨道，提高了分拣 系统传动平稳性，降低噪音。 2 a 8 输出模块 输出模块安装了动作频次高于8 h z ，行程达1 0 m m 的高频次、长行程气动装 置的开门机构将分拣单元斗打开，邮件经滑槽由垂直状态转为水平输出。落入邮 袋或信盒。玻璃钢滑槽安装了光电装置完成计数、满格检测等功能。 2 5 扁平件分拣机的技术参数 2 5 1 处理邮件的规格范围 1 人工供件 长度：1 4 0 m m 一3 6 0 m m 宽度：6 0 m m 一2 6 0 m m 厚度：0 5 m m 一3 2 m m 重量：1 0 9 - 一1 5 0 0 9 2 自动供件 长度：l6 0 m m 一3 5 0 m m 宽度：9 0 m m 一2 6 0 m m 厚度：3 m m 一2 5 m m 重量：2 0 9 - 1 0 0 0 9 2 5 2 分拣机的性能指标 分拣效率：1 8 0 0 0 件d , 时 1 2 北京邮电大学硕士论文 人工供件席效率： 1 2 5 0 0 件d , 时 自动供件席效率： 1 6 0 0 0 件小时 整机噪声： 7 0 分贝 整机使用寿命：5 0 0 0 0 小时 格口数量： ； d o t i - - - i * 12 0 10 0 ； t l = t s o l v e e q ，t 】； a n g = 2 木a r c t a n t l 1 】； q = a p p e n d q ，a n g 宰18 0 p i ； w = 1 6 4 枣( 1 0 0 0 + 6 4 宰c o s a n g ) 掌5 3 0 1 2 8 0 ( c o s a n g + s i n a n g 宰5 3 0 誊t i 1 2 8 0 ) ； q l = a p p e n d q l ，w 】， i ，0 ，1 0 0 ) 】； p r i n t q ； p r i n t q 1 ； s h o w g r a p h i c s p o i n t t a b l e i ，q i 】) ， i 1 0 1 】； s h o w g r a p h i c s p o i n t t a b l e i ，q l 【i 】) ， i ，1 0 1 ) 珈； 2 ) 运行结果 北京邮电大学硕士论文 0 ，0 4 7 3 2 9 9 ，0 9 4 6 6 2 4 ，1 4 2 ，1 8 9 3 4 6 ，2 3 6 7 0 2 ，2 8 4 0 7 2 ，3 3 1 4 5 8 ，3 7 8 8 6 2 ，4 2 6 2 8 7 ， 4 7 3 7 3 7 ，5 2 1 2 1 3 ，5 6 8 7 1 9 ，6 1 6 2 5 6 ，6 6 3 8 2 9 ，7 1 1 4 4 ，7 5 9 0 9 1 ，8 0 6 7 8 5 ，8 5 4 5 2 6 ，9 0 2 3 1 5 , 9 5 0 1 5 7 ，9 9 8 0 5 3 ，1 0 4 6 0 1 ，1 0 9 4 0 2 ，1 1 4 2 1 ，1 1 9 0 2 5 ，1 2 3 8 4 6 ，1 2 8 6 7 5 ，1 3 3 5 1 2 ，1 3 8 3 5 7 ，1 4 3 2 0 9 ，1 4 8 0 7 1 ，1 5 2 9 4 1 ，1 5 7 8 2 1 ，1 6 2 7 1 1 ，1 6 7 6 1 ，1 7 2 5 2 ，1 7 7 4 4 1 ，1 8 2 3 7 2 ，1 8 7 3 1 6 ，1 9 2 2 7 1 ，1 9 7 2 3 9 ，2 0 2 2 1 9 ，2 0 7 2 1 2 ，2 1 2 2 1 9 ，2 1 7 2 4 2 2 2 2 7 6 ，2 2 7 3 2 6 ，2 3 2 3 9 2 ，2 3 7 4 7 4 ，2 4 2 5 7 2 ，2 4 7 6 8 7 ，2 5 2 8 2 ，2 5 7 9 7 ，2 6 313 9 ，2 6 8 3 2 7 ，2 7 3 5 3 5 ， 2 7 8 7 6 3 ，2 8 4 0 1 2 ，2 8 9 2 8 3 ，2 9 4 5 7 6 ，2 9 9 8 9 1 ，3 0 5 2 3 ，3 1 0 5 9 4 ，3 1 5 9 8 3 ，3 2 1 3 9 7 ，3 2 6 8 3 9 ，3 3 2 3 0 8 ，3 3 7 8 0 5 ，3 4 3 3 3 2 ，3 4 8 8 8 9 ，3 5 4 4 7 7 ，3 6 0 0 9 8 ，3 6 5 7 5 2 ，3 7 1 4 4 ，3 7 7 1 6 5 ，3 8 2 9 2 6 ，3 8 8 7 2 5 ，3 9 4 5 6 4 ，4 0 0 4 4 3 ，4 0 6 3 6 5 ，4 1 2 3 3 1 ，4 1 8 3 4 3 ，4 2 4 4 0 l ，4 3 0 5 0 9 ，4 3 6 6 6 8 ，4 4 2 8 7 9 ，4 4 9 1 4 6 ，4 5 5 4 7 ，4 6 1 8 5 3 ，4 6 8 2 9 9 ，4 7 4 8 0 9 ，4 8 1 3 8 8 ，4 8 8 0 3 7 ，4 9 4 7 6 ，5 0 1 5 6 ，5 0 8 4 4 2 ，5 1 5 4 0 9 ，5 2 2 4 6 6 ，5 2 9 6 1 7 ，5 3 6 8 6 8 f 6 8 8 3 7 9 ，6 8 8 3 9 8 ，6 8 8 4 5 6 ，6 8 8 5 5 2 ，6 8 8 6 8 7 ，6 8 8 8 6 1 ，6 8 9 0 7 3 ，6 8 9 3 2 4 ，6 8 9 6 1 4 ， 6 8 9 9 4 4 ，6 9 0 3 1 2 ，6 9 0 7 2 1 ，6 9 1 1 6 9 ，6 9 1 6 5 7 ，6 9 2 1 8 5 ，6 9 2 7 5 4 ，6 9 3 3 6 4 ，6 9 4 0 1 5 ，6 9 4 7 0 8 ，6 9 5 4 4 3 ，6 9 6 2 2 ，6 9 7 0 4 ，6 9 7 9 0 4 ，6 9 8 8 11 , 6 9 9 7 6 3 ，7 0 0 7 6 ，7 0 18 0 2 ，7 0 2 8 9 ， 7 0 4 0 2 6 ，7 0 5 2 0 9 ，7 0 6 4 4 ，7 0 7 7 2 ，7 0 9 0 5 ，7 1 0 4 3 1 ，7 1 1 8 6 3 ，7 1 3 3 4 8 ，7 1 4 8 8 7 ，7 1 6 4 8 ，7 1 8 1 2 8 ，7 1 9 8 3 3 ，7 2 1 5 9 7 ，7 2 3 4 1 9 ，7 2 5 3 0 2 ，7 2 7 2 4 6 ，7 2 9 2 5 4 ，7 3 1 3 2 6 ，7 3 3 4 6 5 ， 7 3 5 6 7 2 ，7 3 7 9 4 8 ，7 4 0 2 9 6 ，7 4 2 7 1 7 ，7 4 5 2 1 3 ，7 4 7 7 8 7 ，7 5 0 4 4 ，7 5 3 1 7 5 ，7 5 5 9 9 4 ，7 5 8 9 0 1 ，7 6 1 8 9 6 ，7 6 4 9 8 4 ，7 6 8 1 6 7 ，7 7 1 4 4 8 ，7 7 4 8 3 1 ，7 7 8 3 1 9 ，7 8 1 9 1 6 ，7 8 5 6 2 5 ，7 8 9 4 5 ，7 9 3 3 9 7 ，7 9 7 4 6 9 ，8 0 1 6 7 1 ，8 0 6 0 0 9 ，8 1 0 4 8 7 ，8 1 5 1 1 2 ，8 1 9 8 8 9 ，8 2 4 8 2 6 ，8 2 9 9 2 8 , 8 3 5 2 0 4 ，8 4 0 6 6 1 ，8 4 6 3 0 8 ，8 5 2 1 5 3 ，8 5 8 2 0 7 ，8 6 4 4 7 9 ，8 7 0 9 8 ，8 7 7 7 2 3 ，8 8 4 7 2 ，8 9 1 9 8 5 ，8 9 9 5 3 3 ，9 0 7 3 8 ，9 1 5 5 4 3 ，9 2 4 0 4 2 ，9 3 2 8 9 7 ，9 4 2 1 3 ，9 5 1 7 6 7 ，9 6 1 8 3 2 ，9 7 2 3 5 8 ，9 8 3 3 7 4 ，9 9 4 9 1 8 ，1 0 0 7 0 3 ，1 0 1 9 7 5 ，1 0 3 3 1 3 ，1 0 4 7 2 2 ，l o 6 2 0 9 w = 1 6 4 * ( 10 0 0 + 6 4 奉c o s a n 翻) 掌5 3 0 12 8 0 ( c o s a n g + s i n a n g 宰5 3 0 宰t 12 8 0 ) 3 ) 曲线绘制 北京邮电大学硕士论文 巾( 。) 5 3 6 8 6 8 o ( r a d s ) 1 0 6 2 0 9 6 8 8 3 7 9 o 图4 - 6 随动跟踪段阱关系图 o 1 2 t ( s ) 图4 7 随动跟踪段t o - t 关系图 图4 - 6 和图4 7 分别描述了随动段匀速跟踪主机时随动段电机转动的角度q 和角速度的随时间变化的运动规律。由此可设计出单次随动过程中电机转动 的角速度0 3 的运动规律，见图4 8 。 6 0 ( r a d s ) 。 1 0 6 2 0 9 以、 ：八 6 8 8 3 7 9 t ot 1t 2t 3 图4 8 单次随动过程电机转速趋势 北京邮电大学硕士论文 注：t o 为随动段开始加速的时刻，t 1 为开始匀速跟踪主机的时刻，乜为匀速 跟踪主机的中点，t 3 为匀速跟踪主机结束的时刻，t 4 为随动段回程到下一次运动 的开始。 4 4 随动角度的确定 在系统设计中，对于随动段随动角度的确定关系到后续设计的准确性，因此 要进行反复测试和计算，以确定最为合理的数值。 由4 1 节得知随动距离必须为1 2 7 r a m ，随动时间为2 4 0 m s ，随动周期为 5 7 5 1 m s 。在随动距离和随动时间一定的情况下，摆杆的长度一定，即为6 4 r a m ， 随动的同步角度也随之确定。 在4 3 节中已经对随动过程做了理论分析和计算，得出随动角度的理论值为 5 3 6 8 6 8 x 2 = 1 0 7 3 7 度，在实际中我们取值1 1 0 度。 4 5 随动回程运动分析 在4 4 节已经确定了随动角度，在此基础上，进行随动回程的运动分析，进 而设计整个随动运动的方案。其中主动臂角度和随动段角度关系如图4 9 所示： 图4 - 9 主动臂角度和随动段角度关系 一次完整的随动运动分为随动过程和回程过程两大部分。其中随动角度为 1 1 0 度，回程角度为2 5 0 度。其中随动过程中主动臂和随动臂的运动关系如下： 0 = a + a r e s i n ( d 1 木s i n a r1 ) 0 ：主动臂运行角度；0 【：随动臂运行角度；d 2 ：随动臂长度；r 1 ：主动臂 长度。 主机运行距离与主动臂转角关系见下式： y x = d 2 * s i n ( a r c t g ( r 1 木s i n 0 ( r 1 木c o s o + d1 ) ) ) y x ：主机运行距离；随动时间：t 。 依据回程过程中电机的运动规律不同，可设计两种随动段回程方案，方案一 3 0 北京邮电大学硕上论文 为主动臂作周期性整圈运动，方案二为主动臂周期性正反转运动。其中两种方案 的全程趋势角速度分别见图4 1 0 与图4 - 1 2 ，角加速度分别见图4 - 1 1 与图4 - 1 3 。 对于两种方案的比较如表4 1 所示，可见方案一优于方案二。