基于PLC控制的称重式快递分拣系统设计
摘要：阐述针对快递行业分拣人手不足、分拣设备落后的问题，提出一种基于西门子S7-1500PLC控制的快速称重快递分拣系统设计，可以实现快递实时快速称重，提高快递分拣效率，减少快递损坏。
关键词：控制技术，PLC控制，S7-1500，快速称重，分拣效率。
0 引言
随着快递行业的快速发展，快递企业需要大量的快递员和分拣工人，而且这些员工也需要受到专业的培训和管理[1]。但是，这势必造成人工成本的增加，很多快递企业人力资源投入不足，造成了分拣效率低下和错误率高的情况。另外一些快递企业仍在使用落后、低效、容易出错的手工分拣，这样分拣效率和准确性都难以达到要求。
1 研究背景
许多快递企业的设备更新换代不能及时跟上技术发展的步伐，也制约了快递分拣效率和准确性的提高。快递分拣中存在的另一大问题，快递员和分拣工人在操作过程中经常需要长时间基础暴露在输送线上的重物，随时有意外伤害的风险。这需要快递企业在安全维护方面进行投入，并加强员工的 安全意识教育。针对这些问题，本文提出一种基于PLC控制的称重式快递分拣系统设计，其中快速称重传感器是一种可以实时快速检测物体重量的传感器，它可以在快递分拣的环节中发挥重要作用[2]。
碳纤维作为一种轻质高强度的材料，已经广泛应用于各种领域，作为一种高性能材料，具有优异的力学性能、导电性能，为了提高称重精度，减少称重板在称重中造成的误差，运用碳纤维材料制作称重模块，为后续重量准确测量提供了硬件基础。本文研究以结合碳纤维材料、快速称重传感器和西门子SIMATIC S7-1500为核心设计了一套自动化快速分拣系统，以期为快递分拣提供一种新思路。
2 分拣系统整体设计
2.1 系统结构概述
将西门子SIMATIC S7-1500作为主控制器；用于收集快递性质的传感器包括了快速称重传感器、重量变送器、测高传感器、光电传感器等；执行机构包括了气缸、LED三色警示灯（带蜂鸣效果）、传输带。
2.2 系统方案设计
待测区设置光电对射式传感器，当光电式传感器检测到快递放入传输带时，此时传输带启动带着快递进入检测区，运行至碳纤维制作的称重板，快递经过快速称重传感器后并利用重量变送器将模拟量信号反馈至西门子SIMATIC S7-1500后自动做出判断[3]，自动将快递运送至分拣区对应气缸前停下，气缸将快递推出完成分类。这样可有效节约成本，提高快递分拣效率。快递分拣系统示意图如图1所示。
2.3 系统硬件配置
（1）控制器及输入输出拓展模块配置。采用西门子SIMATIC S7-1500作为主控制器，另外还需配置数字量输入输出拓展模块9个，模拟量输入拓展模块3个，在此项目中CPU型号选用1515-2PN，还需加装一个模拟量输入信号板型号AI4xU/I/RTD/TCST 16位拓展模块。![]()
（2）传感器及LED三色警示灯模块配置。快速称重传感器是快递分拣系统中关键部分，快递在传输带上不断运输，经过称重平台上的时间非常短，普通称重器件无法满足分拣系统中快速读取重量信息的工况[4]。因此，必须选择一款速度、精度以及反馈时间都要满足工况要求的传感器[5]。经过多次数据对比实验，最终选用瑞士梅特勒-托利多WKC型快速称重模块，使用MT-SICS通信协议，在APW-Link版本软件上进行如下参数配置，稳态判据（USTB命令）、滤波类型（M01命令）、滤波强度（M02和FCUT命令）、外部和内部调节测试（C2、TST2、C3、TST3、C7、C8命令）以及持续重量传输的更新速率（UPD命令）等，通过各种不同参数设置适应快递分拣系统的特殊工况。电感式传感器选用必得客厂家I1CN-M1816N-O3U2型：直流24v供电，检测距离远可达23mm。当金属物体通过时，电感式传感器可反馈给PLC高电位信号，PLC输入信号置位为1；对射式光电传感器选用奥托尼克斯厂家BR4M-TDTD型：直流24V供电，对射距离可达4m。当物体通过时，对射式光电传感器可反馈信号至PLC采集；LED三色警示灯选用台邦厂家PT50-3T-D-J型：直流24V供电，带蜂鸣器警报。不同颜色警示分拣系统不同运行状态，正常运行时显示绿灯，黄色为暂停状态，红色且蜂鸣则代表系统故障，提醒操作者前去维护，提高了工作安全性。
2.4 系统软件编程
利用博图V17版本软件编程，使用梯形图语言进行编程，程序分为循环程序组织块和“自动运行”功能块。
（1）MAIN循环组织块。LED三色警示灯的功能调用，“自动运行”功能块的调用，气缸以及传输带动作的功能调用。
（2）自动运行功能块。传输带启保停控制：传输带电机Q4.0与中间变量M10.0串联，电机启保停由中间变量M10.0控制；称重及测高模拟量信号检测处理：称重以及测高反馈的模拟量电压信号，运用博图TIA Portal软件中自带的标准化指令NORM_X和缩放指令SCALE_X转化为PLC可读写的实数；延时程序设计：PLC将标准化指令转换后的实数赋值在延时程序中，启用推料气缸进行分拣；分拣繁忙和空闲判断：当快递堆积在传输带后端时，对射式光电传感器会反馈至PLC做出繁忙判断，同样当快递过少时，PLC亦可做出空闲判断。快递分拣分类表如表1所示。
3 结语
快递分拣是快递行业中最为重要的一环，通过将快递包裹快速准确地分类、分拣和分配，可以提高配送效率、缩短送达时间，从而更好地满足客户的需求。要想实现快递快速自动化分拣，除了有机结构的创新设计的机电一体化协同外，快速称重传感器的合理使用也是很重要的一环。通过对快递分拣系统的设计，结合WKC型快速称重传感器的应用，大大提高分拣系统的效率和准确性，减少对快递工人的伤害，易于实现快递系统的自动化分拣。