一种电商模块化窗口控制直线分拣系统

□ 邓定迎

(广东信源物流设备有限公司 广东省现代物流分拣装备工程技术研究开发中心，广东 广州 510024)

1 引言

随着我国快递行业的高速发展，物流自动化和信息化取得长足的进步。2015年，快递业务量完成206亿件，同比增长48%，最高日处理量超过1.6亿件，快递业务收入完成2760亿元。2017年快递业务量突破300亿件，收入规模超4600亿元。国内快递业务量继续稳居世界第一，快递行业技术不断更新迭代，但是发展粗放，同质化竞争、服务产品单一等问题制约了行业发展的质效；并且随着人工成本的增加，以及人员流动的不稳定因素，现有人工分拣模式无法满足市场日益增长的需求。探索和研发一种自动化分拣系统，能够实现对快件的自动识别、智能分拣，减轻分拣作业的劳动强度，节省人力成本，并能实现连续不断的直线自动分拣系统，对于提高分拣效率，整体物流业务流程智能化和整体技术水平具备重大意义。直线自动分拣系统，是未来物流业发展的必然趋势，在自动化分拣系统中起到关键作用。

本文着力于阐述直线自动分拣控制系统，主要包括包裹单件流输送、建立模块化窗口、包裹扫描、信息数据系统、包裹路径追踪、自动分拣等，实现包裹高效、自动化分拣等设计。

2 电商模块化窗口控制直线分拣系统的主要内容

电商模块化窗口控制直线分拣系统组成部分主要包括四个部分：

①输送机输送部分：输送机由常规皮带输送机、间距皮带输送机、高速皮带输送机组成；包裹上直线分拣系统后，首先经过常规皮带输送机，经过间距皮带输送机拉距后，包裹的形态变成有一定间距的单件流，高速皮带输送机再将包裹输送至高速分拣机，高速分拣机完成分拣。

②电控系统部分：由PLC、触摸屏、I/O信号模块、光电传感器和变频器等元器件组成；光电传感器将感应到的包裹位置速度信息发送给PLC，同时PLC接收到上位机发送的包裹路向信息，PLC再发指令控制高速分拣机完成包裹分拣，同时PLC将根据分拣校验光电反馈信号分析的分拣结果发给上位机。

③信息系统部分：由面阵相机组合形成的条码识别设备和上位机组成；相机通过扫描或者拍照包裹面单得到包裹的条码信息并且发送给上位机，上位机通过网络通讯访问对应包裹信息并且制定包裹唯一的分拣路径，再通过Socket通讯[1]将分拣路径发送给PLC，同时PLC将分拣结果反馈给上位机。

④高速分拣机：结构上主要由转动模块、底部输送传动机构和转向传动机构组成；减速电机控制底部输送传动机构，为包裹在输送方向提供驱动力；伺服电机控制转向机构，根据PLC发送的指令，通过转向机构来控制转动模块的转向，来实现包裹分拣。

如图1所示为根据实际项目应用的方案布局图。

图1 电商模块化窗口控制直线分拣系统

3 电商模块化窗口控制直线分拣系统的核心技术

①现代自动化控制技术：包裹上线到直线分拣系统后，首先通过光电传感器判断各包裹之间的间距和位置，输送系统将包裹的运行速度提高到1.5m/s，同时也把包裹之间的间距拉开至与系统效率匹配的间距；经过扫描识别包裹的路向，系统控制高速分拣机在300ms内将包裹分拣至对应的格口，分拣完成后系统再对分拣结果分析，将分拣结果反馈给上位机。

图2 项目应用分拣系统照片

②条码识别及分析技术：面阵相机组合形成的条码识别设备，通过扫描或者拍照包裹面单得到包裹的条码信息，通过网络通讯，访问对应包裹信息，得到相关的分拣路向，通过分拣队列的剔除和分拣校验光电等元器件的比对，分析包裹的分拣结果。

图3 高速分拣机

③高速分拣机：主要由输送动力和转向动力两套动力组成；在分拣系统实际应用过程中，高速分拣机输送动力一直保持着有连续1.5m/s的动力输出，当包裹要经过高速分拣机时，[2]分拣系统根据包裹的路向信息控制转向动力的输出，在300ms内将包裹成功分拣；这一过程中关键要高速分拣机兼容纸箱、软包、文件袋和集包袋等类型包裹，同时在包裹冲击时要保持稳定运行。

④输送机输送技术：[3]输送机由常规皮带输送机、间距皮带输送机、高速皮带输送机组成；紧密排列的包裹经过前端常规皮带输送机的速度为0.8-1m/s，间距皮带输送机再通过三级提速，将包裹提速至1.5m/s并且把间距拉开，这过程中要保证包裹平稳不翻滚；高速皮带输送机再以1.5m/s的速度将包裹输送至分拣机分拣完成，这期间要保证包裹在高速皮带机上不能打滑和移位，否则会影响包裹分拣的成功率。

4 项目的主要特点

①实时积放控制策略(gap控制)为实现高效的合流与分流，必须保证包裹的间隔合适，避免叠包、交叉等现象，项目采用实时检测积放段速度、加速度、减速度等方式，准确跟踪包裹位置，计算包裹的长度以及前后间隔，通过控制输送机启停、速度等方式、实现包裹均匀布置、输送。

②基于窗口控制策略的多级分拣算法：通过分流上游输送线合理控制包裹间距，在主线上建立包裹的位置队列信息(包括长度、间隔、时间、路径等)，在后端各主要节点通过相关的控制算法进行队列的校准。

③队列准确性检验：根据主队列中的包裹形态，进行动态筛选，选择差异较大的包裹在各关键节点，进行长度、间隔的再次计算，检验队列的准确性，并实时做出相应调整。

④窗口动态调整：在关键点布置光电，通过包裹的实际位置与队列位置，进行队列的位置、长度间隔的动态调整。

⑤分拣成功与否的核验：在分拣格口布置光电，落格信息与包裹分拣信息进行比对、运算，检测包裹是否准确分拣，对错分、漏分进行相应处理。

5 结语

电商行业的高速发展，为快递包裹自动化分拣系统提供了新的机遇。本项目致力于研发一套面向现代电商快递行业的模块化窗口控制直线自动分拣的系统[4]。利用现代自动化控制技术、局域网通信技术、条码识别及分析技术、数据库系统、高速分拣机和输送机输送等技术建立直线自动分拣系统，实现包裹高速智能分拣，减少分拣作业人员的配置，提高分拣效率和经济效益，提升企业的自动化水平。