郵政郵件分揀機(jī)設(shè)計(jì)

1、郵政郵件分揀機(jī)設(shè)計(jì)ABSTRACTIn this paper ,I introduce the use of PLC control technology to achieve E-mail sorting system. Analyzes the mail processing the realization of automation method and process, to design mail automation equipment has certain reference value. Use PLC internal directive realize mail proc

2、essing technology, the hardware of the additional investment without can obviously improve the E-mail sorting efficiency. With China's economic development and social progress. Mail industry receive unparalleled development. Postal communication network technology content increases unceasingly,

3、technical equipment level also is rising ceaselessly. Mail processing has realized mechanization, and toward automation in that direction. Among them, use the machine automatically sort the mail is an important topic. Keywords: letters, barcode sorter system, sorting machine, optical character recog

4、nition, post office, programmable logic controller.摘要：迄今為止，郵局每小時(shí)手工分揀1200件信件是非常辛苦的，不僅是勞動(dòng)密集型工作而且也非常耗時(shí)。本文著眼于設(shè)計(jì)一種基于傳送帶輸送和信件分揀規(guī)則的郵政系統(tǒng)使用的郵件分揀機(jī)（簡(jiǎn)稱LSM），以便用來取代人工分揀信件的傳統(tǒng)模式。這個(gè)機(jī)器的設(shè)計(jì)要使得郵政信件分揀非常實(shí)用和有效，而且要使錯(cuò)誤分揀進(jìn)箱率達(dá)到最小化從而提高正確分揀信件的數(shù)量到每小時(shí)30000件。其中可編程邏輯控制器（簡(jiǎn)稱PLC）被裝置到傳感器和驅(qū)動(dòng)器之間，并且通過控制內(nèi)存中的程序指令使得編程靈活有效。光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)（簡(jiǎn)稱OCR）和條碼分揀

5、系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱BCS）被應(yīng)用于識(shí)別和分辨手工書寫、機(jī)器印刷和打印的地址和條形碼。區(qū)域性編碼和預(yù)定性地址格式被用于增強(qiáng)郵政光學(xué)字符識(shí)別系統(tǒng)的兼容性。本文力圖設(shè)計(jì)一種用于加納地區(qū)郵局的郵件分揀機(jī)來強(qiáng)化郵件分揀以及遞送的效果和效率。關(guān)鍵詞：信件、條碼識(shí)別系統(tǒng)、分揀機(jī)、光學(xué)字符識(shí)別、郵政局、可編程邏輯控制器。簡(jiǎn)介：古代通訊的渠道有：擊鼓、放煙霧、吹號(hào)角、吹喇叭和派遣信使，鴿子以及雞毛信。大多數(shù)情況下，這些方式的傳送速度極慢，而且受客觀因素和人為因素影響，有可以不能準(zhǔn)確傳達(dá)信息發(fā)送者的意圖，不能準(zhǔn)確到過收件人手里，影響辦事效率?，F(xiàn)代科技飛速發(fā)展的今天，信息傳遞有了各種各樣的快捷渠道，包括電話、手機(jī)、信件、互

6、聯(lián)網(wǎng)的電子郵件、電視、廣播、廣告牌、雜志、期刊等等。這些通訊媒體能夠更加快捷和可靠地傳遞各種訊息，而信件是一種最為古老的媒體通訊，有著不可取代的重要地位。自從有些東西只能通過郵政被適當(dāng)和有效地進(jìn)行中轉(zhuǎn)和傳遞，信件就再也不能被淘汰和廢棄了。到了21世紀(jì)，有些國(guó)家和地區(qū)的郵政信件仍然是用手工分揀。手工分揀的時(shí)候，郵政工作人員站在又大又長(zhǎng)的工作臺(tái)前，信件的地址欄都擺放朝著一個(gè)方向，然后被分揀成隊(duì)列進(jìn)入到不同的地區(qū)和城市的信件分放區(qū)域。然后把郵件打包起來派送到相關(guān)的區(qū)域和地區(qū)的郵局作進(jìn)一步分揀和派送。在當(dāng)?shù)氐姆謷?，職員們把郵件放在分揀格架里，大約每小時(shí)能夠分揀1200件。這種模式很耗費(fèi)和拖延時(shí)間，客

7、戶會(huì)因?yàn)檠舆t收到信件而耽誤很多事情，甚至造成重大經(jīng)濟(jì)損失。還有些信件在分揀的時(shí)候就丟失了，而且耗費(fèi)大量人工和工資。換而言之，這種模式完全不能夠保證準(zhǔn)時(shí)遞送。那時(shí)的模式雖不算落后之極，但肯定有改進(jìn)的必要，設(shè)計(jì)更好的分揀程序，提高信件分揀機(jī)構(gòu)效率，節(jié)省人工。郵政公司發(fā)展及現(xiàn)狀信件是相隔較遠(yuǎn)，一定時(shí)段不能見面的人們相互交流情感與思想的工具。亙古以來，自有了文字，書信也就應(yīng)運(yùn)而生，古代寄書信叫郵繹，世界各國(guó)的人們相互之間利用書信來溝通的。書信在人類的交流與溝通的歷史上占有重要地位。在手機(jī)，電話與電腦這些簡(jiǎn)單快捷的交流工具遍布全球的今天，仍有一部分人情愿使用書信來互通信息。當(dāng)在電話或電郵不能詳談的情況下

8、，人們更愿意通過郵局寄信件（文字，圖片，以及數(shù)據(jù)資料）。中國(guó)郵政成立幾十年來，2007年中國(guó)郵政集團(tuán)掛牌，從單一的信件電話電報(bào)服務(wù)，發(fā)展到多種綜合性服務(wù)，該公司開始在商貿(mào)、就業(yè)、支持政府機(jī)構(gòu)和國(guó)家稅收等領(lǐng)域就顯得非常重要。由于按時(shí)遞送商業(yè)信件相對(duì)簡(jiǎn)單，于是很多新的公司也開始投資來運(yùn)作這些業(yè)務(wù)。作為對(duì)國(guó)際化郵件遞送和特別高效地遞送合同與商業(yè)信件的補(bǔ)充，特快專遞（簡(jiǎn)稱EMS）出現(xiàn)了。他們的任務(wù)就是提供快捷、高效、可靠、安全的通信和金融服務(wù)以及向國(guó)內(nèi)外客戶提供有競(jìng)爭(zhēng)性費(fèi)率的產(chǎn)品。 郵政公司的郵件分揀現(xiàn)狀：當(dāng)下的郵件分揀，信件被圍在開放式大桌子的上面由郵政系統(tǒng)的職員們進(jìn)行手工分揀。人工分揀比較標(biāo)準(zhǔn)的分

9、揀數(shù)量是每分鐘20件。按這樣計(jì)算，每小時(shí)分揀大約1200件郵件。信件箱整合為隔架或者隔區(qū)。每個(gè)隔區(qū)或隔架容納100個(gè)信件箱來做簡(jiǎn)單的隔離。隔離是一種術(shù)語，用來描述把信件分揀到隔架或隔區(qū)里而不需要考慮最終的信件箱。這種模式同樣也被稱為初級(jí)分揀或重置整理。另外，為了防止重復(fù)使用郵票的郵票蓋銷機(jī)，也因?yàn)猷]票價(jià)格變動(dòng)太快，目前已經(jīng)不再使用了。因?yàn)樯w銷機(jī)被設(shè)定或者編碼為標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)格標(biāo)注模式，而價(jià)格的變化則不能被員工所操作，也因?yàn)闃O少有人愿意做那樣的工作。因此，郵票蓋銷工作就主要由人工完成。郵件蓋銷涉及到往信件上打上一個(gè)標(biāo)記，其中包含郵局名稱、國(guó)家、地區(qū)、年、月、日等信息，表明該信件已經(jīng)被蓋銷了。 圖一：郵

10、票蓋銷 圖二：郵票售票機(jī) 傳統(tǒng)的郵票售票機(jī)，它用于當(dāng)郵局關(guān)門的時(shí)候。錢放進(jìn)機(jī)器以后，郵票就會(huì)出來。這種機(jī)器已經(jīng)不再使用了，因?yàn)樗荒懿僮饔谕度牍潭ń痤~的硬幣而對(duì)紙幣一點(diǎn)也不敏感。結(jié)果，這些機(jī)器就變得毫無用處。因此，郵票就只能在工作時(shí)間里被購買和銷售。自動(dòng)售票機(jī)PLC簡(jiǎn)單原理：P L C是以C P U為核心,綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置,是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(P L C、機(jī)器人和C A D/C A M)之一。P L C的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的,可以簡(jiǎn)單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下,通過運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但是P L C也有它自己的特點(diǎn),P

11、 L C在確定了工作任務(wù),裝入了專用程序后成為一種專用機(jī),它采用循環(huán)掃描工作方式,系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。圖三：郵件在郵局的活動(dòng)循環(huán)信件的流程：一封信在送達(dá)收信人之前的處理過程被捕捉到信件的流程中（圖4）。信件在寄信人所在地被以外發(fā)郵件的形式拿走，然后以收入信件的形式送到收信人所在地。信件上貼有購買的正確金額的郵票后，就有資格通過郵件工作流程。寄信人把貼好郵票的信件放進(jìn)郵筒里，這些郵件隨后被送到郵政局的印戳桌上進(jìn)行蓋銷，然后開始執(zhí)行分揀工作派發(fā)到各個(gè)城鎮(zhèn)的區(qū)域箱。接下來，信件被放入貼上標(biāo)簽的袋子里，然后放進(jìn)郵車。當(dāng)郵車到達(dá)目的地，信件就從袋中取出來放到桌上。初級(jí)

12、分揀完成后就被重置到隔架里。第二次分揀就開始登記信件到信箱。因此，一封信的流程始于郵筒而終于信箱。圖四：人工分揀循環(huán)和信件遞送圖五：郵局分揀間本文的目標(biāo)首先是為區(qū)域性郵政局設(shè)計(jì)一種信件分揀機(jī)來促進(jìn)信件正確分揀的數(shù)量提升并且改善信件有效及時(shí)遞送。其次，提供一種供公眾監(jiān)督評(píng)選的原型設(shè)計(jì)。這個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)用了光符識(shí)別器（OCR)來讀取和編碼手工書寫和機(jī)器印刷或者打印的地址制成條形碼。高速條碼分揀機(jī)讀取條形碼信息并且關(guān)聯(lián)到可編程邏輯控制器上（PLC）來關(guān)聯(lián)打開正確的分揀閘口。比較起每小時(shí)手工揀選1200件信件，這個(gè)設(shè)備每小時(shí)就能完成分揀超過30000的信件數(shù)量。研究區(qū)域：研究區(qū)域中國(guó)，是一個(gè)物產(chǎn)和資源豐富的

13、亞洲發(fā)展中國(guó)家，面積九百六十萬平方公里，人口十四億，最近二十年經(jīng)濟(jì)上突飛猛進(jìn)，通訊事業(yè)日新月異。拿2015年一月到十一月來說，郵政函件業(yè)務(wù)累計(jì)完成42.4億件。包裹業(yè)務(wù)累計(jì)完成3919.5萬件；報(bào)紙業(yè)務(wù)累計(jì)完成171.9億份?？梢娭袊?guó)的信件分流量如此之巨大，需要一系列高效信件分揀機(jī)來分件完成才能適應(yīng)當(dāng)前通訊速度。研究定義：信件分揀機(jī)（LSM）是一種能夠?qū)⑿偶謷M(jìn)箱或者其他裝載容器的設(shè)備。簡(jiǎn)單地說：在信封背面印上答題卡式的格子，格子對(duì)應(yīng)不同的數(shù)字，按照發(fā)信地和收信地的郵編涂黑相應(yīng)的格子。郵箱里安裝讀取器（類似答題卡辨識(shí)機(jī)器），將信按要求投入郵箱。讀取器辨識(shí)信封背面的信息，自動(dòng)按地址分類。這樣就

14、可以實(shí)現(xiàn)郵件分揀工作的自動(dòng)化，大大減少郵局處理郵件的工作量和時(shí)間。系統(tǒng)開發(fā)條件 郵件分揀機(jī)必須滿足以下所述條件：1.必須是220V-240V , 50Hz電源供電，有持續(xù)操作能力，須能通過電腦可編程邏輯控制器,必須實(shí)現(xiàn)每小時(shí)30000件分揀量。2.必須能檢測(cè)郵票，拒絕和駁回非有效郵件，傳送和排列信件，收集和分揀信件入箱，和對(duì)分揀郵件進(jìn)行計(jì)數(shù)。3.必須讀取和對(duì)地址在基于控制程序而進(jìn)行的分揀組合以及加載到設(shè)備內(nèi)存中執(zhí)行分揀指令，同時(shí)也要滿足硬件和電腦軟件編碼。4.有基于OCR的可視識(shí)別系統(tǒng)，以及BCS條形碼系統(tǒng)和反向光電傳感器的郵票檢測(cè)器。5.傳感器通過PLC與相應(yīng)的執(zhí)行器聯(lián)動(dòng)。6.必須是一體化或

15、半一體化裝置。機(jī)器部件和配置：郵件分揀機(jī)是包含了機(jī)械、電氣、電子、光學(xué)、傳感、軟件和電動(dòng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)的實(shí)體整合。同時(shí)也包括，傳送皮帶，托輥、皮帶輪，和軸組合的機(jī)械部件，控制變壓器，電機(jī)和電氣部件開關(guān)。同時(shí)也有可編程邏輯控制器（PLC）和電子計(jì)數(shù)器，光符識(shí)別器和條形碼分揀系統(tǒng)。有光電傳感器和接近開關(guān)。電子驅(qū)動(dòng)部分有電動(dòng)機(jī)和氣動(dòng)線性執(zhí)行器。機(jī)械部分郵件分揀機(jī)的機(jī)械部分由傳送帶，托輥，皮帶輪，軸和直線機(jī)械裝置組成。選擇傳送帶傳送帶是包括了機(jī)械和重力操作帶或滾輪，在郵政汽車與交付平臺(tái)之間，或者在郵局內(nèi)一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方，用來傳送郵件的機(jī)械。潮式輸送機(jī)是郵件傳送系統(tǒng)的一部分，控制著潮涌并讓所有的郵件依

16、次保持勻量輸送。不論如何，郵件分揀機(jī)就是一個(gè)包含了決定每個(gè)郵件卸下的地方的輸送記憶的信件運(yùn)輸設(shè)備。為既定任務(wù)選擇傳送帶的時(shí)候，要考慮很多重要因素，從經(jīng)濟(jì)上要考慮成槽性皮帶輪直徑和平面，支架、抗沖擊性，外殼 等等。選擇托輥知道了皮帶寬度和速度，就應(yīng)該考慮以下方面內(nèi)容：服務(wù)類型（也就是操作環(huán)境），傳送機(jī)整體預(yù)期壽命，每天操作時(shí)間，物資特性，物資重量，物資類型；皮帶速度（高、中、低）；托輥類型、通過性、傳輸性、平行帶、回流帶、緩沖托輥。最后，實(shí)際托輥負(fù)載按下列公式進(jìn)行計(jì)算：(IL) =（Wb+ Wm）SiWb = Belt weight, kg/m 皮帶重量， Wm = Material weigh

17、t kg/m 物資重量Si = Idlers spacing, m 托輥間隙選擇皮帶輪 皮帶輪的選擇需要考慮以下參數(shù)：例如：滯后輪，重量、滯后焊接鋼皮帶輪、旋轉(zhuǎn)端凸面皮帶輪、滑動(dòng)滯后皮帶輪、滯后翼輪 等等。軸的選擇選擇圓軸應(yīng)根據(jù)負(fù)載保護(hù)來計(jì)算軸的直徑。 那么，組合了轉(zhuǎn)矩和彎曲度的驅(qū)動(dòng)皮帶輪圓軸直徑的計(jì)算公式為：Kt = 扭矩保險(xiǎn)系數(shù)D = 軸的直徑, m Pt = 軸材質(zhì)允許的剪應(yīng)力, Pa Kb = 彎曲保險(xiǎn)系數(shù)Mb =撓矩, kgm Mt = 扭矩, kgm非傳動(dòng)皮帶輪圓軸直徑公式為：Pb： 是圓軸材料允許應(yīng)力的兩倍（Pt）， Pa功率（P）,作為傳送帶驅(qū)動(dòng)所需值，按下列公式：Te 是皮帶

18、的有效張力，N 常數(shù)4.2是基于3%松弛的因數(shù)，Si 是托輥間隙，m 有效皮帶張力是皮帶由于外力作用而拉伸的總量，比如：傳送帶部件的摩擦阻力，驅(qū)動(dòng)和設(shè)計(jì)運(yùn)力操作下的各個(gè)部件。 摩擦阻力是當(dāng)物資連續(xù)不斷地從槽口或被人工放到傳送帶上，被傳送的物資在重力載荷作用下升高或者降低時(shí)產(chǎn)生的。選擇驅(qū)動(dòng)要素c電機(jī)的選擇、驅(qū)動(dòng)的選擇、設(shè)備類別的選擇等參數(shù)及相關(guān)知識(shí)，以及直流驅(qū)動(dòng)特性和交流驅(qū)動(dòng)特性等信息，都能幫助我們了解和選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)設(shè)備。電機(jī)的選擇影響選擇傳送帶電機(jī)的參數(shù)有：?jiǎn)?dòng)特性、電源類型和電壓、扭矩速率變化、可逆性、工作周期、啟動(dòng)扭矩、整機(jī)功率、工況環(huán)境、特殊用途條件（比如：傳送帶是否傾斜等）。電機(jī)的選

19、擇需要考慮以下內(nèi)容：i啟動(dòng)扭矩 意思是在速度為0的時(shí)候所需的扭矩。為了系統(tǒng)自啟動(dòng)，電機(jī)必須產(chǎn)生足以克服摩擦力和任何載荷的扭矩。串聯(lián)配置提供了低速下直流電機(jī)的最佳的扭矩。電機(jī)的加速和迅速加載的公式為：a=角加速度/S2Tmotor=電機(jī)扭矩Tload=負(fù)載扭矩J=電機(jī)慣性極矩和負(fù)載確認(rèn)恰當(dāng)?shù)膯?dòng)容量（載荷）：?jiǎn)?dòng)加速期間，鎖定轉(zhuǎn)子扭矩必須約兩倍于需要提升物資的扭矩和克服總體配置的供電不足。對(duì)于全速運(yùn)行功率需求扭矩，電機(jī)的扭矩曲線不能降到鎖定轉(zhuǎn)子扭矩線以下。電機(jī)的額定功率需要至少等同于傳送帶的功率除以所有驅(qū)動(dòng)部件的效率。ii最大速度 扭矩速度曲線上的0載荷點(diǎn)決定了電機(jī)能達(dá)到的最大速度。這也是無扭矩

20、速度。 當(dāng)電機(jī)加載時(shí)，就達(dá)不到最大無載荷速度了。載荷被驅(qū)動(dòng)在一個(gè)勻速交流同步電機(jī)或者直流并激電動(dòng)機(jī)并保持有效的負(fù)載扭矩。電機(jī)扭矩和負(fù)載扭矩的差異決定于系統(tǒng)加速度，當(dāng)電機(jī)扭矩等于負(fù)載扭矩的時(shí)候，系統(tǒng)就達(dá)到了一個(gè)穩(wěn)定操作的均勻速度狀態(tài)。iii工作周期 c工作周期是一個(gè)電機(jī)運(yùn)行時(shí)關(guān)于總體運(yùn)行時(shí)間的比值。 它與電機(jī)所需的功率成正比。這樣，比較低的工作周期，就應(yīng)該選一個(gè)相應(yīng)低功率的電機(jī)。只要能運(yùn)轉(zhuǎn)在操作比率水平之上，但仍然需要足夠的性能在重復(fù)開關(guān)周期內(nèi)避免過熱。Iv負(fù)載功率負(fù)載功率是選定電機(jī)非常重要的參數(shù)。當(dāng)已知負(fù)載功率需求，就能夠基于工作周期來正確選擇電機(jī)了。V負(fù)載慣性為達(dá)到快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，就需要有低速

21、電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載慣性。當(dāng)負(fù)載慣性增大，那么高加速度只能靠調(diào)大電機(jī)功率來產(chǎn)生比負(fù)載所需扭矩大得多的扭矩。印刷電路轉(zhuǎn)子盤式電機(jī)具有低轉(zhuǎn)子慣性可以滿足極好的快速響應(yīng)。Vi位置和速度控制在增量運(yùn)動(dòng)和離散位置條件下，步進(jìn)電機(jī)是不錯(cuò)的選擇，步進(jìn)電機(jī)能夠容易地旋轉(zhuǎn)和保持在離散位置正常工作。它能通過控制步進(jìn)率來實(shí)現(xiàn)大范圍變速旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)能在不需要傳感器反饋的開環(huán)式控制條件下操作。但是，如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)太快或者負(fù)載扭矩太大，步進(jìn)電機(jī)可能會(huì)打滑并且不再執(zhí)行所需的步進(jìn)指令。因此，一個(gè)反饋傳感器比如一個(gè)編碼器就需要包含在步進(jìn)電機(jī)里，來檢測(cè)是否電機(jī)達(dá)到了所需的動(dòng)態(tài)。 對(duì)于一些精確定位或者速度配置的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)需求，（如，

22、要達(dá)到指定的程序化動(dòng)態(tài)的自動(dòng)設(shè)備）也許會(huì)用到伺服電機(jī)。伺服電機(jī)由可編程控制器驅(qū)動(dòng)，處理傳感器輸入信號(hào)和生成放大的電壓和電流到電機(jī)來實(shí)現(xiàn)指定的動(dòng)態(tài)配置。Vii扭矩-速度曲線如果負(fù)載有明確的扭矩和速度關(guān)系（被稱作負(fù)載特性），就應(yīng)該選用有近似扭矩和速度特性的電機(jī)。通常情況下，負(fù)載運(yùn)行在低速和大扭矩情況下。由于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在高速和低扭矩條件下，就需要一個(gè)減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以是一個(gè)變速箱或者皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來匹配電機(jī)的輸出到所需的載荷范圍。使用這種機(jī)構(gòu)的時(shí)候，電機(jī)上負(fù)載的有效慣性的變化按以下公式：Jeff 是有效慣性極矩。運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以通過調(diào)整電機(jī)的供電電壓來調(diào)整，同時(shí)也反過來改變電機(jī)的扭矩-速度特性。Viii可逆

23、性 有些電機(jī)根據(jù)電路控制和其結(jié)構(gòu)，具有不可逆性，因此選擇電機(jī)的時(shí)候，必須要留意應(yīng)用旋轉(zhuǎn)為兩個(gè)方向。ix尺寸和重量 電機(jī)可以很大，也可以很重，或者小或者輕，因此要考慮空間和應(yīng)用限制。x特殊要求 可能需要一個(gè)大架子來保持電機(jī)隔離安全并且保持正常壽命，如果環(huán)境溫度在40攝氏度以上，就需要一個(gè)大架子和相應(yīng)較高的位置來促進(jìn)散熱。在特定的工作環(huán)境下，則應(yīng)該考慮使用特殊用途電機(jī)。比如：全封閉式電機(jī)，防爆電機(jī)和防滴漏電機(jī)。電力驅(qū)動(dòng)選擇 不管是單個(gè)還是群組，也不管是用交流或者直流選擇一個(gè)應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)都被稱為是專業(yè)性的。單個(gè)驅(qū)動(dòng)是緊湊并且可靠的，但是對(duì)于一個(gè)單元的傳動(dòng)需求來說就顯得效率低下。但是，如果整個(gè)系統(tǒng)都依靠

24、一個(gè)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，就顯得不那么可靠了。多級(jí)皮帶輪和皮帶會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)占用更多空間，也不安全，噪音也更大，效率也更低。群體驅(qū)動(dòng)利用多個(gè)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)設(shè)備的機(jī)械部分。直流驅(qū)動(dòng)利用較好的基于半導(dǎo)體閘流管整流器來將交流電輸出為直流電。這是為可調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的。速度調(diào)節(jié)是通過升高或者降低由整流器輸出給電機(jī)的電壓來實(shí)現(xiàn)的。速度控制通過變化晶體閘流管的點(diǎn)火角來實(shí)現(xiàn)。另外，人們通常供應(yīng)最低價(jià)的中介物和大功率應(yīng)用。交流驅(qū)動(dòng)利用固態(tài)的可調(diào)式變頻器來調(diào)節(jié)頻率和電壓以實(shí)現(xiàn)變速而不用傳統(tǒng)的固定速度的交流電機(jī)。這是通過控制器的脈沖寬度調(diào)節(jié)來輸出信號(hào)給電機(jī)實(shí)現(xiàn)的。電壓和頻率在電機(jī)的任何速度下，都維持恒定，同樣也維持扭矩

25、恒定。這是眾所周知的 每赫茲電壓率。交流和直流驅(qū)動(dòng)實(shí)際上都提供了廣泛的速度范圍和高速調(diào)整能力。氣動(dòng)線性執(zhí)行器氣動(dòng)系統(tǒng)利用壓縮空氣來作為工作介質(zhì)，執(zhí)行器則是氣缸。 壓縮機(jī)提供壓縮空氣，通常近似于70-150psi 磅/平方英寸（482 kPa - 1.03 MPa）, 比起液壓系統(tǒng)來，力量要低得多?？諝獗粔嚎s后，利用處理裝置將額外的水分和熱量從空氣中排除了。壓縮機(jī)不能對(duì)應(yīng)提供高容量的壓縮空氣；因此，大容量的壓縮空氣被裝進(jìn)儲(chǔ)氣罐。儲(chǔ)氣罐裝置了壓敏開關(guān)，當(dāng)壓縮空氣的壓力開始降低到設(shè)定指標(biāo)以下，就激活壓縮機(jī)工作。調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行器則將廢氣空氣排出到大氣中。氣壓系統(tǒng)是一個(gè)開放式系統(tǒng)，會(huì)持續(xù)處理新鮮空氣。 因

26、此，回流線網(wǎng)絡(luò)就被排出在該系統(tǒng)之外。雙氣缸或者單氣缸對(duì)于設(shè)定好起點(diǎn)和終點(diǎn)的設(shè)備來說，就能提供理想的低能量直線運(yùn)動(dòng)。由于空氣的可壓縮性，對(duì)于變動(dòng)載荷而言，氣動(dòng)系統(tǒng)并非特別應(yīng)用于兩端點(diǎn)之間所需的精確運(yùn)動(dòng)?；A(chǔ)設(shè)施可以用高壓儲(chǔ)氣罐來替換。儲(chǔ)氣罐有著類似的功能，有電池和電路系統(tǒng)，來驅(qū)動(dòng)輕型活動(dòng)的啟動(dòng)系統(tǒng)。c這些應(yīng)用中，儲(chǔ)氣罐的容量限制了系統(tǒng)的工作能力和范圍。圖六：氣動(dòng)系統(tǒng)組件液壓和氣壓氣缸用來產(chǎn)生有特定最大行程的直線運(yùn)動(dòng)。氣缸可以是單動(dòng)式或雙動(dòng)式。氣缸為載貨或末級(jí)控制的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)大的力量。單動(dòng)式氣缸允許流體進(jìn)入氣缸的一端?；钊弥亓蛘邚椈苫貜?fù)到初始位置。雙動(dòng)式氣缸允許流體進(jìn)入到氣缸的兩端，通過

27、產(chǎn)生的力量來將活塞推回到初始位置。氣缸的選擇決定于以下方面：推動(dòng)載荷的力量，系統(tǒng)應(yīng)用所需速度（液壓和氣壓），工作流體壓力，流速，閥門尺寸和超大要素。氣壓缸比液壓缸力量為小，但氣壓缸速度比液壓缸快。氣壓缸的速度取決于能夠?qū)d荷加速的力量和能被排到推動(dòng)活塞前段的氣體量。氣缸彎頭內(nèi)的可調(diào)式閥門，是調(diào)節(jié)氣動(dòng)缸體速度的方法。氣缸產(chǎn)生的推力F,計(jì)算公式如下：F=AP其中 P是工作壓力，A是橫截面積 工作壓力的選定關(guān)系到氣缸尺寸和價(jià)格還需考慮到泄露和氣泵的價(jià)格等操作因素。更高的工作壓力則需要更小的氣缸和更小的流量來達(dá)到特定的力量和速度電路和電氣系統(tǒng)部件。郵件分揀機(jī)的電路和電氣系統(tǒng)部件主要組成由可編程邏輯控制

28、器（PLC），光符識(shí)別器（OCR），條碼分揀機(jī)（BCS），氣動(dòng)直線執(zhí)行機(jī)構(gòu)和光電感應(yīng)器。可編程邏輯控制器（PLC）可編程邏輯控制器（PLC）是加裝在傳感器和執(zhí)行器之間通過內(nèi)存中的程序控制來達(dá)到靈活程控的主要設(shè)備。PLC是數(shù)字電子操作裝置。它利用執(zhí)行內(nèi)部?jī)?chǔ)存的具有特定功能的指令的可編程內(nèi)存，并且通過數(shù)字或者模擬輸入和輸出的方式諸如邏輯，排序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)和運(yùn)算來控制進(jìn)程或者各種機(jī)器設(shè)備（格魯爾1989）。PLC被用于控制諸如傳送系統(tǒng)，食品加工機(jī)械，汽車裝配線等等設(shè)備。PLC軟件就是控制程序是由儲(chǔ)存在內(nèi)存中的各種指令組成的。PLC可以按照輸出和輸入以及內(nèi)存容量來考慮是用小型，中型或者大型。程序經(jīng)由編

29、程設(shè)備連接到PLC的程序端口，編程設(shè)備可以是私人電腦，也可以是微型編程器。PLC的程序可以由梯形邏輯，布爾型或者Grafcet程序語言來編寫。 梯形邏輯圖程序使用簡(jiǎn)單，執(zhí)行方便，它提供了在IEC1131環(huán)境下使用的強(qiáng)大的編程工具（布萊恩1997）。所有的PLC梯形邏輯圖都使用兩種基本型指令集：觸發(fā)和感應(yīng)。觸發(fā)是用更多或者更少地模擬輸入字段的設(shè)備的開關(guān)條件指令，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。輸出或執(zhí)行設(shè)備的功能決定于感應(yīng)指令集，跟觸發(fā)不同的是，感應(yīng)監(jiān)控PLC控制程序并且告知設(shè)備輸出欄，是否變動(dòng)狀態(tài)。PLC的掃描是三步式監(jiān)控輸入的過程，執(zhí)行PLC控制程序，并且更具需要變化輸出狀態(tài)。掃描時(shí)間是大致界定的，當(dāng)可編程控

30、制器用時(shí)間來詢問輸入設(shè)備，執(zhí)行應(yīng)用程序并提供更新過的執(zhí)行信號(hào)給輸出設(shè)備。掃描時(shí)間范圍從0.1毫秒/1K（1024）邏輯字符到超過50毫秒/1K邏輯字符。用來持續(xù)記錄所有信息，它使用了一個(gè)被稱為“尋址”的系統(tǒng)。地址是一個(gè)標(biāo)簽或者數(shù)字，指向一條編入PLC內(nèi)存的確定信息。圖七：PLC方塊圖圖7是通用PLC方塊圖的說明，包含了電源，輸入/輸出模塊，中央處理器，內(nèi)存和可拆式程控設(shè)備。輸入被定義為真實(shí)信號(hào)，向控制器輸入真實(shí)的過程變量的時(shí)間狀態(tài)。輸出則是執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。輸入和輸出可以是數(shù)字式或者模擬式信號(hào)?？刹鹦妒匠炭卦O(shè)備本質(zhì)上不算是PLC的部分。但是，在程序開發(fā)，啟動(dòng)，控制和維修時(shí)，它提供了界面和聯(lián)絡(luò)給P

31、LC的識(shí)別和使用者所期望的效果。編程可以是離線或者在線的，并且在每個(gè)掃描被編碼和被插入到內(nèi)存的時(shí)候執(zhí)行指令。圖八：典型PLC梯狀邏輯圖PLC的選擇，要考慮到I/O的容量，類型/控制的復(fù)雜程度，內(nèi)存類型和大小，軟件容量，編程的容易性和靈活性，掃描時(shí)間，操作條件，包裝需求（防塵，防水，耐用及連接方式），物理和環(huán)境特性（溫度，濕度，灰塵等級(jí)，腐蝕，震動(dòng)，電磁干擾/射頻干擾和可用的物理空間），復(fù)雜程度和成本，系統(tǒng)診斷，控制器可靠性，供應(yīng)商支撐，PLC設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和上述所有過程的知識(shí)了解和掌握。自動(dòng)識(shí)別技術(shù) 對(duì)于郵件分揀的自動(dòng)識(shí)別涉及到光符識(shí)別，條形編碼和隨后的分揀。光符識(shí)別術(shù)語是用來描述所有關(guān)于使用光

32、源和探測(cè)器來釋讀包含條形碼，光學(xué)符號(hào)和更常見的人類可讀字符自動(dòng)識(shí)別的數(shù)據(jù)輸入模式。郵政光符識(shí)別用來讀取手工書寫和打印的地址。光符識(shí)別器（OCR）掃描信件大小的郵件地址并將信息轉(zhuǎn)換為郵政數(shù)字編碼技術(shù)（POSTNET）條形碼。OCR隨后打印遞送點(diǎn)條形碼在下方正確的位置，被稱為郵件條碼清除區(qū)。郵政的OCR依靠?jī)?nèi)部數(shù)據(jù)庫資料核實(shí)地址信息。確定地址后，OCR必須能夠清晰地查看所有要素。因此，一個(gè)完整的地址和良好的打印質(zhì)量就顯色非常重要。OCR隨后以條碼為基礎(chǔ)做出郵件的初始分揀。從這一點(diǎn)起，就可以利用高速條碼分揀機(jī)（BCSs）通過讀取和釋讀條形碼來進(jìn)行郵件分揀。這些機(jī)器能夠讀取，條形編碼，和分揀郵件的速度

33、能達(dá)到每小時(shí)30000件以上。圖9：OCR-BCS兼容郵件的相關(guān)區(qū)域條形碼是一個(gè)機(jī)器讀取碼，包含了一系列按照確定比例打印出的條形和間隔距離。條碼符號(hào)本質(zhì)上是字母以不同條形的寬度和間隔距離組合起來表現(xiàn)的字符，最后成了一個(gè)信息。信息的編碼是用打印條形的寬度，條形之間的間隔寬度和相關(guān)寬窄條形和間隔距離位置來實(shí)現(xiàn)的。郵政服務(wù)條碼分揀機(jī)（BCS）在任意一份信件尺寸的郵件上讀取POSTNET條形碼并且根據(jù)信息進(jìn)行郵件分揀。這些機(jī)器不讀取地址，所以，不正確的條碼是由客戶的不正確地址導(dǎo)致的，進(jìn)而造成郵件分揀出錯(cuò)。未分揀的郵件會(huì)從相關(guān)通道進(jìn)入未讀取箱。效益體現(xiàn)在預(yù)印的精確程度，可靠度，信箋上正確的條碼就能使信件

34、處理更快，速度穩(wěn)定和連續(xù)遞送時(shí)間以及減少交付錯(cuò)誤?？偟膩碚f，恰當(dāng)?shù)淖詣?dòng)識(shí)別技術(shù)提供了更高的精確度而減少了成本，高速而且方便。信件尋址地址是郵政服務(wù)遞送或者返回郵件的定位。它包含了諸如收件人的姓名、街道名稱、門牌號(hào)碼、城市、國(guó)家和郵政區(qū)域編碼等郵件要求等級(jí)的確切要素。收件人是郵件要遞交的一個(gè)人活著一個(gè)組織。有完整和正確地址的郵件，肯定會(huì)增加郵政服務(wù)的持續(xù)準(zhǔn)時(shí)的遞送。為了保證與郵政光符識(shí)別器的兼容性，應(yīng)該有一個(gè)承擔(dān)地區(qū)編碼并建立地址格式的方式。表1和圖10分別闡釋了地區(qū)性編碼系統(tǒng)并建議了地址格式。 無地址數(shù)據(jù)，如：賬號(hào)，訂閱編碼，預(yù)揀編碼，廣告，商標(biāo)等，如果用到的話，就應(yīng)該顯示在收件人名字的欄目上

35、面，如圖10.收件人的名字（商務(wù)的或者個(gè)人的）應(yīng)該顯示在遞送地址欄上面的第一行。郵政服務(wù)應(yīng)該立即把這幾欄作為遞送地址，指定在郵局，城市，地區(qū)編碼和國(guó)家的上面。地區(qū)性編碼作為地址欄的一行內(nèi)容，應(yīng)該弄到最后。雙字母地區(qū)縮寫和4位數(shù)字作為標(biāo)準(zhǔn)來使用。Region地區(qū)Code編碼AshantiAS 0001Brong-AhafoBA 0002CentralCR 0003EasternER 0004Greater AccraGR 0005NorthernNR 0006Upper EastUE 0007Upper WestUW 0008VoltaVR 0009WesternWR 0010 表一：地區(qū)編碼圖

36、十：建議使用的地址格式結(jié)論與討論設(shè)計(jì)構(gòu)型下圖是郵件分揀機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)想和功能圖：圖11：分揀機(jī)功能圖信件分揀規(guī)則和操作模式郵件加載到可拆卸的送料機(jī)，隨后郵件被空氣吸附送料機(jī)提取，需要避免送料期間的損壞。郵件經(jīng)過郵票探測(cè)器后完成初始分揀。合格的信件掉落到主傳送帶后經(jīng)專門分揀后裝箱。不合格的信件被駁回，隨后被放置到駁回箱。郵票探測(cè)器光電傳感器用光束來檢測(cè)物件到位或缺少。這個(gè)技術(shù)是一個(gè)理論上當(dāng)所需感應(yīng)距離更遠(yuǎn)或非金屬感應(yīng)物兒選擇來接近感應(yīng)物件。這個(gè)設(shè)備包括了紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管（PNP或NPN）他們被并排裝置在一個(gè)黑色塑料罩里面的平行軸上面。發(fā)光二極管和光電晶體管都是傳遞紅外線，用來降低背景光雜

37、音。當(dāng)反射光線投射到視野范圍內(nèi)時(shí)，光電晶體管僅僅回應(yīng)發(fā)光二極管（LED）的信號(hào)。圖十二：光電感應(yīng)器光電感應(yīng)器有效的光電感應(yīng)是具有偏振向后反射，標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散，透射光線光導(dǎo)纖維，背景抑制和明確對(duì)象的模式。郵票作為郵政服務(wù)的付費(fèi)被貼在或者自粘貼在郵件上的。郵票種類包括：限額郵票（常規(guī)發(fā)行郵票），特殊發(fā)行郵票和紀(jì)念郵票。信件經(jīng)過的時(shí)候，掃描儀發(fā)出側(cè)向光照在信件上，這樣就以光亮/陰影的圖案呈現(xiàn)出鋸齒狀。掃描線通過光電傳感器上的物鏡來投射。與可調(diào)基準(zhǔn)模式圖案相比較，傳感器的類似輸出信號(hào)會(huì)受到位流圖案的縮小和數(shù)字化的影響。掃描窗的終點(diǎn)，郵票檢測(cè)器就會(huì)判斷郵票“檢測(cè)通過/駁回”并且正確的信息被輸出到外部數(shù)據(jù)處理的

38、機(jī)器接口。貼在郵資區(qū)域的打印的編碼可以代替郵票也能被檢測(cè)到。初始分揀，駁回傳送帶和駁回箱 通過了郵票檢測(cè)器（后反射類型的光電開關(guān)）就被送上主傳送帶送走。郵票檢測(cè)器被裝在傳送帶上，有一定公差范圍內(nèi)和固定高度。合格的信件在郵票檢測(cè)器的下方經(jīng)過，也不產(chǎn)生信號(hào)。不合格的信號(hào)則相反。當(dāng)不合格信件被檢測(cè)到就會(huì)激活螺線管并帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)把信件吹到駁回傳送帶從而轉(zhuǎn)移信件到駁回箱。駁回箱則是放置在分揀機(jī)的清掃方向或者類似機(jī)械及處理不合格郵件的容器，比如：分類架。駁回控制是由貯存在PLC內(nèi)存中的指令來執(zhí)行的。也可以選擇使用磁鐵平行傳送帶的方式來實(shí)現(xiàn)信件駁回。 圖13：磁性平行傳送帶初始信件分揀 信件上的郵票由磁性材料

39、制成。通過磁性平行傳送帶時(shí)，對(duì)每個(gè)信件分揀循環(huán)分別進(jìn)行加磁和退磁。初始分揀的時(shí)候，含有正確郵票信息的信件被吸引到磁性平行帶上同時(shí)，那些沒有郵票或者虛假郵票的信件則會(huì)作為不合格信件，被放進(jìn)駁回箱。 當(dāng)合格信件滑落下去，就會(huì)被退磁系統(tǒng)做退磁處理，因此信件就掉落到主傳送帶上，開始主分揀處理。光符識(shí)別器（OCR）掃描信件大小郵件的地址，確定區(qū)域編碼，轉(zhuǎn)換信息為郵政數(shù)字編碼技術(shù)條形碼（POSTNET）.OCR隨后打印遞送點(diǎn)條形碼在較低的位置，這個(gè)位置被稱為條形碼清除區(qū)。在這一點(diǎn)上，郵件通過利用高速條形碼分揀機(jī)（BCSs）讀取和釋讀條形碼。cBCSs的輸出就送到PLC來關(guān)聯(lián)氣動(dòng)設(shè)備操作，從而打開正確的閘口

40、。氣動(dòng)設(shè)備打開正確閘口的PLC反饋信號(hào)通過啟動(dòng)裝置上的感應(yīng)器來達(dá)成。 根據(jù)分揀程序的選擇和條形碼信息，信件按照線路進(jìn)入目的箱。每一個(gè)目的箱依靠可視顯示按照計(jì)數(shù)器設(shè)定的數(shù)字被裝滿。系統(tǒng)配置和功能分析 圖11，信件分揀機(jī)可以像圖14一樣被系統(tǒng)化分為5個(gè)模塊，分別是：輸入模塊，傳輸模塊，連接模塊，輸出模塊和顯示記錄模塊 輸入模塊包括一個(gè)輸入單元、郵票探測(cè)器、隊(duì)列定位器、初始分揀傳送帶、駁回傳送帶和箱。輸入單元是可拆卸式送料機(jī)裝置到通過空氣吸附郵件送料機(jī)械來加載和提取郵件并且避免送料期間的損壞。 初始分揀傳送帶是用來從不合格信件中區(qū)分合格信件的初始分揀處理。當(dāng)一個(gè)惰輪或者皮帶輪分揀處理中產(chǎn)生了偏移，就

41、會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤（預(yù)設(shè)位移和反饋之間的差異）。這個(gè)錯(cuò)誤就用來實(shí)現(xiàn)根據(jù)閉環(huán)位置控制的調(diào)節(jié)。 輸送模塊包含了主傳送帶系統(tǒng)，隊(duì)列定位機(jī)械和導(dǎo)向器。信件被送上主傳送帶交付給其他分揀活動(dòng)。隊(duì)列定位機(jī)械用來確定郵件的方向?qū)τ诘刂纷R(shí)別是否正確。未對(duì)齊的信件會(huì)被對(duì)應(yīng)調(diào)整到整齊的位置。輸出模塊由信件收集機(jī)械，氣動(dòng)設(shè)備，閘口，計(jì)數(shù)器和箱子或堆疊機(jī)組成。 所執(zhí)行的任務(wù)都在監(jiān)視器上顯示出來，并且這個(gè)信息在信件分揀諸多循環(huán)的最后被打印出來。 計(jì)數(shù)器告訴我們裝進(jìn)箱子里的信件的數(shù)量。信件從相應(yīng)打開的閘口掉落后就進(jìn)入到箱里。閘口是通過氣動(dòng)裝置和感應(yīng)器連同工作來實(shí)現(xiàn)的 連接模塊包含了帶有編程設(shè)備的可編程邏輯控制器（PLC）、保護(hù)和控

42、制電路。PLC從感應(yīng)器和釋讀內(nèi)存控制程序中的數(shù)據(jù)來接收信號(hào)。然后與對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器進(jìn)行交流和下一步操作。PLC是用電腦來編程的。電腦包含了顯示器，中央處理器，鍵盤和打印機(jī)。線路的電壓，配電，輔助電源，接通控制，及其工作時(shí)間的計(jì)數(shù)器，火災(zāi)煙霧探測(cè)器和點(diǎn)擊控制等功能合并成的主開關(guān)和指示燈組成了保護(hù)電路?？刂齐娐肥菫榻酉聛淼娜齻€(gè)主模塊和PLC的進(jìn)一步連接起到作用。結(jié)論和建議結(jié)論：地區(qū)性的郵件分揀及設(shè)計(jì)已經(jīng)研制出來，這個(gè)機(jī)器將會(huì)幫助引導(dǎo)本國(guó)當(dāng)前耗時(shí)間，耗人力的信件分揀的變革實(shí)現(xiàn)郵件的按時(shí)交付。此外，分揀機(jī)將比人工分揀更加切實(shí)高效。建議：根據(jù)以上結(jié)束語和未來下面可能被提上臺(tái)面的建議內(nèi)容這個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)該提交給官方

43、郵政系統(tǒng)做評(píng)審，以便該公司（系統(tǒng)）再創(chuàng)輝煌。并且需要制造出郵件分揀機(jī)的原型機(jī)。為了應(yīng)對(duì)價(jià)格變化，應(yīng)該設(shè)計(jì)一種能夠兼容編碼通用貨幣的郵票售票機(jī)，而且要能夠全天候使用。應(yīng)該對(duì)市民們宣傳和培訓(xùn)這種郵件分揀機(jī)的設(shè)計(jì)。還應(yīng)該設(shè)計(jì)迷你型的這種郵件分揀機(jī)來滿足轄區(qū)郵局。參考文獻(xiàn)：1- Groover P. J. 1999. Automation, Production Systems and Computer-Integrated Manufacturing. 2nd Edition. Prentice Hall. ISBN 9780130889782. 2- Bhaskar Raj A. S. 2001. Bar Codes: Technology and Implementation. 3- Tata McGraw Hill Publishing Company Limited, New Delhi. ISBN 0-87201-038-4. 4- 238 and country=2-20k5. PLC原理及應(yīng)用技術(shù)（曾令琴）M.北京：人民郵電出版