進出境郵件海關(guān)國檢聯(lián)合查驗自動分揀控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

方　強，劉玉絨，裴　旸　（廣東信源物流設(shè)備有限公司，廣東 廣州 510507）

FANG Qiang,LIU Yurong,PEI Yang　(Guangdong Siwun Logistics Equipment Co.,Ltd,Guangzhou 510507,China)

0　引言

海關(guān)國檢聯(lián)合查驗自動分揀系統(tǒng)是現(xiàn)代物流智能分揀系統(tǒng)的重要應(yīng)用。它通過利用現(xiàn)代先進技術(shù)，實現(xiàn)了郵件自動掃描、自動稱重、放射性物質(zhì)檢測、快速安檢、自動分揀和遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，提高了查驗的效率和準(zhǔn)確率，同時也滿足了封閉式集中監(jiān)管、便捷式快速通關(guān)的需求。

1　查驗線的控制流程

郵件卸車后進入輸送皮帶機，人工將郵件從環(huán)形供包輸送皮帶機上放置到上貨滾珠平臺，再將郵件條碼朝上，整理平齊后推送至第一臺積放輸送機完成自動掃描；隨后郵件依次順序進入動態(tài)稱重機完成自動稱重，同時通過放射性物質(zhì)檢測儀完成放射性檢測；進入X光機完成安檢后進入第二臺積放輸送機。控制系統(tǒng)根據(jù)海關(guān)和國檢預(yù)查驗信息及關(guān)員的現(xiàn)場布控指令自動放行郵件或分揀郵件，其中放行郵件傳輸至線體的末端，當(dāng)控制系統(tǒng)收到信息系統(tǒng)的海關(guān)查驗指令時，就將對應(yīng)的郵件通過移載機分揀到海關(guān)格口；當(dāng)控制系統(tǒng)收到信息系統(tǒng)的國檢查驗指令時，就將對應(yīng)的郵件通過移載機分揀到國檢格口；當(dāng)控制系統(tǒng)同時收到信息系統(tǒng)的海關(guān)查驗和國檢查驗指令時，就將對應(yīng)的郵件通過移載機分揀到共同查驗格口。根據(jù)系統(tǒng)的控制流程，控制流程圖如圖1所示：

2　控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于傳統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，信號的采集和輸出均是直接傳送給PLC和相應(yīng)擴展模塊，而對于系統(tǒng)復(fù)雜、控制信號多的情況，就會出現(xiàn)材料消耗大、設(shè)備調(diào)試時間長，故障節(jié)點增多和不利于維護等問題。針對此問題，整個控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊主要采用Profibus-DP總線和工業(yè)以太網(wǎng)組成。現(xiàn)場級PLC與遠(yuǎn)程I/O模塊之間通過Profibus-DP通訊，Profibus-DP是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其傳送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范圍內(nèi)選擇，完全可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求，而且由于其環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力強，對于本系統(tǒng)的現(xiàn)場條件，可以達到良好的應(yīng)用效果。Profibus-DP適用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信，主站通過標(biāo)準(zhǔn)的Profibus-DP專用電纜與分散的現(xiàn)場I/O分控柜進行通訊，對整個DP網(wǎng)絡(luò)進行管理和控制。所以根據(jù)DP網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)的特點，PLC與觸摸屏、分控式I/O柜之間采用Profibus-DP總線通訊；監(jiān)管線服務(wù)器與EDI報關(guān)服務(wù)器、掃描儀、X光機、PLC之間采用以太網(wǎng)TCP/IP通訊。根據(jù)現(xiàn)場的設(shè)備數(shù)量及系統(tǒng)功能的復(fù)雜程度選擇西門子317-2DP型號的PLC，并在主控柜上配置一套TP1200型號的觸摸屏，以方便現(xiàn)場使用人員操作和監(jiān)控。下面將控制系統(tǒng)劃分為3級控制：

（1）系統(tǒng)級，監(jiān)控系統(tǒng)。可在中控室的上位機上或者主控柜的觸摸屏上對現(xiàn)場的設(shè)備進行啟停控制、參數(shù)設(shè)置和故障報警等。

（2）現(xiàn)場級，PLC控制器。采用西門子的317-2DP型號的PLC作為主控制器，魏德米勒遠(yuǎn)程I/O模塊UR20作為分布式控制的子站。

（3）設(shè)備級，現(xiàn)場信號設(shè)備。如動態(tài)稱、放射性物質(zhì)檢測儀、移載機、變頻器、暫停按鈕、光電傳感器、塔燈、急停按鈕等。

圖1　控制流程圖

根據(jù)對控制系統(tǒng)的分析，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示：

圖2　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3　主要技術(shù)方案

由查驗線控制流程可知，編碼器定位技術(shù)和PLC與監(jiān)管線信息服務(wù)器基于TCP/IP的socket通訊技術(shù)對系統(tǒng)實效性和準(zhǔn)確性要求最高，影響整個系統(tǒng)的運行效率，所以將對以上主要技術(shù)方案進行簡單分析。

（1） 編碼器定位技術(shù)

為了實時跟蹤每件郵件在皮帶輸送機上的位置和反饋每段皮帶輸送機的速度，需在每段皮帶輸送機的機頭輥上安裝光電編碼器。當(dāng)皮帶輸送機機頭輥直徑為D，編碼器轉(zhuǎn)動一圈脈沖數(shù)為N，郵件的實時編碼值為B，郵件的經(jīng)過入口光電時的編碼值為A，分揀格口距離入口光電位置為L，則編碼器每個脈沖對應(yīng)皮帶的跑動量P為：

郵件到達分揀格口需要的編碼器脈沖數(shù)C為：

郵件在皮帶輸送機上的實時位置L0為：

當(dāng)L0=L時，則移載機實現(xiàn)分揀動作。

（2） PLC與服務(wù)器基于TCP/IP的socket通訊協(xié)議

西門子317-2DP通過以太網(wǎng)模塊CP343-1與監(jiān)管線信息服務(wù)器進行基于TCP/IP的socket通訊。首先需在STEP7軟件的NetPro中為進行CPU通訊連接配置，然后確定PLC與服務(wù)器socket通訊的協(xié)議。此系統(tǒng)是采用PLC的循環(huán)中斷組織塊OB35，每200ms周期性的向信息系統(tǒng)發(fā)送12個字節(jié)的報文，報文格式如表1所示：

表1　socket通訊協(xié)議

4　系統(tǒng)各部分主要功能簡介

（1）監(jiān)管線信息服務(wù)器

正常情況下，監(jiān)管線信息服務(wù)器會一直工作，功能包括與海關(guān)國檢交互EDI信息、接收X光機的同屏比對數(shù)據(jù)和與PLC交互分揀信息。斷電時由UPS供電可保持服務(wù)器繼續(xù)工作3小時，當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障時，備份服務(wù)器會自動接替工作。

（2） 積放輸送機

為了保證郵件為單件流傳輸，且郵件之間有一定的間距，所以查驗線的輸送機采用積放控制模式。即當(dāng)郵件沒有傳送出輸送機或者不允許下一件郵件進入時，下一件郵件會自動停在上段皮帶機的末端光電處等待。

（3） 動態(tài)稱重機

動態(tài)稱主要由動態(tài)秤分秤臺、傳送機構(gòu)、稱重顯示控制器和光電檢測器4部分組成，其主要功能是將連續(xù)運動物件的重量稱量出并通過以太網(wǎng)傳送給監(jiān)管線信息服務(wù)器，服務(wù)器結(jié)合郵件號碼和報關(guān)信息，判斷是否超重或者是否與報關(guān)信息重量相符。

（4） X光機

通過X射線檢查系統(tǒng)獲取快件物品的透視圖像，結(jié)合郵件號碼，實時發(fā)送給海關(guān)國檢服務(wù)器，海關(guān)國檢判圖人員可在控制機房內(nèi)根據(jù)EDI報關(guān)信息，判斷和決定是否進行查驗開拆操作。

（5） 移載機

當(dāng)判圖人員需要開拆某個郵件時，經(jīng)過判圖操作，監(jiān)管線信息服務(wù)器會向PLC發(fā)送消息，PLC收到消息后會實時跟蹤?quán)]件的位置，當(dāng)郵件傳輸?shù)胶线m的位置時，就會通過移載機將郵件分揀到相應(yīng)的格口。

5　結(jié)論

本研究開發(fā)的自動分揀控制系統(tǒng)，自運行以來，運行穩(wěn)定可靠，自動化程度高，操作維護方便，而且很大幅度地提高了海關(guān)國檢的查驗效率和準(zhǔn)確率。實現(xiàn)了郵件查驗的自動化控制和信息化管理，營造了良好的通關(guān)環(huán)境。海關(guān)國檢聯(lián)合查驗自動分揀線的實物運行圖如圖3所示：

圖3　查驗線實物運行圖

參考文獻：

[1] 楊雷，林景棟，雷平.海關(guān)自動化分揀系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009,28(3):44-47.

[2] 鄉(xiāng)碧云.采用PLC與編碼器作定位控制的技術(shù)研究[J].裝備制造技術(shù)，2014(6):192-194.

[3] 許洪華.現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.