一种基于云计算的包裹分拣机控制方法及系统与流程

本发明属于物流设备技术领域，特别涉及一种基于云计算的包裹分拣机控制方法及系统。

背景技术：

随着物流行业发展，包裹分拣机应用越来越广泛。包裹分拣机是物流配送中心的关键设备之一，它通过机械传动和控制系统将包裹按条码、用户、地名、品名等进行自动分拣，完成装袋(或装箱)、封袋(或封箱)等连续作业。

目前包裹分拣机控制系统中的信息处理环节运行在本地部署的实体计算机或服务器中，每套分拣机都要单独购置配一整套计算机、服务器、交换机等设备搭建计算机信息系统，完成包裹译码、与用户信息系统通讯、系统管理和设备监控等功能。这种方式存在以下缺陷：

1.每台包裹分拣机需要单独购买配套的计算机和服务器等设备，由于采购费用导致包裹分拣机成本高；

2.每台包裹分拣机要在现场单独部署计算机系统，部署过程复杂，容易出错；

3.使用实体机造成资源浪费，需求改变时不易变更；

4.要实现物流企业全网范围的分拣机集中监控，需要将本地数据先传到监控中心，流程复杂，不便于实施。

现有技术中，云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物，它采用自动化集中式管理，通过网络提供动态可伸缩的虚拟化资源。云计算分布在大量的分布式计算机上，计算能力强大，云的通用性使它资源的利用率较之传统系统大幅提升。云平台可通过可用、便捷、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务)，将资源切换到需要的应用上，根据需求访问云端虚拟服务器和存储系统。采用云计算是解决现有的包裹分拣机控制系统的缺陷的一种途径。然而，对于如何将云计算于现有的包裹分拣机控制系统进行有效结合，现有技术还没有给出明确的方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于云计算的包裹分拣机控制方法，目的在于克服现有技术中的缺点，借助于物流企业专网(如邮政综合网)组建云计算应用平台，将包裹分拣机的信息系统与数据中心部署在云平台上，通过云计算完成分拣机译码、与用户信息系统通讯、系统管理和设备监控等功能，在大幅度降低硬件成本的同时，使分拣机控制系统的安装部署、运行维护、集中管理和集中监控更方便灵活。

一种基于云计算的包裹分拣机控制系统，该系统中的模块分别部署在分拣机现场、云平台和管理监控中心，

云平台包括数据库模块、供包软件模块服务端、单机监控模块服务端、译码模块和通讯模块、分拣机集中监控模块服务端、分拣机管理模块服务端和云平台管理模块服务端，数据库模块包括至少一个分拣机数据库模块，

管理监控中心包括分拣机集中监控模块客户端、分拣机管理模块客户端和云平台管理模块客户端，

分拣机现场包括供包软件模块客户端、分拣机管理模块客户端、单机监控模块客户端、供包控制模块、主环控制模块、条码阅读模块、格口控制模块和托盘控制模块，

主环控制模块由PLC、控制板、电机部件组成的智能模块，用于分拣机主环启停和匀速运转控制，它与供包控制模块、条码阅读模块、译码模块、托盘控制模块、格口控制模块和监控模块等实时通讯，接收包裹上机信息后通知条码阅读模块识读，识读结果通过译码模块得到包裹分配的物理格口，然后通知托盘控制模块将包裹落入指定物理格口；

供包控制模块为控制板、电机、传动部件组成的智能控制系统，用于将所有符合规格要求的包裹平稳、准确地导入主环托盘；

供包软件模块是供包控制模块的上位机，完成供包时的人机交互功能，并将用户输入的供包方式、包裹条码、路向、物理格口信息通知供包控制模块；

托盘控制模块为控制板、电机、传动部件组成的智能托盘控制系统，它根据主环控制模块的命令完成托盘皮带运转，实现包裹从供包台平稳导入和准确落入指定格口；

格口控制模块为控制板、液晶面板、按钮、光电、告警灯组成的智能控制模块，用于格口控制及实现格口状态人机交互，格口状态实时发送主环控制系统；

条码阅读模块为OBR自动阅读器装置，用于包裹条码、地址、品名自动识别，并将识别结果发送译码模块；

译码模块为云平台虚拟系统中运行的译码程序，主要功能为完成包裹译码，即它接收主环控制模块、条码阅读模块的包裹条码、路向信息，根据数据库模块中的基础信息查询包裹对应物理格口后，通知主环控制模块，并将所需的有关包裹、设备信息存入数据库系统，供管理模块或监控模块使用；

通讯模块为云平台虚拟系统中运行的通讯程序，用于完成与用户信息系统之间的数据交互，从用户信息系统下载包裹的基础信息(分拣方案、人员信息)、包裹分拣信息等数据，存入包分机数据库模块，供译码模块、管理模块等使用；将数据库中译码模块获取的包裹落格信息、结袋封发信息(总包信息和总包中封发的散件信息)上传给用户信息系统；

分拣机管理模块通过与数据库模块实时通讯，完成分拣机与数据库中重要参数的配置与管理，通过用户权限设置，可设置用户管理或监控单台分拣机或全部分拣机，也可设置用户管理或监控中部分或全部功能，管理模块服务端支持全网分拣机，当连接客户端数量多时，利用云的优势，可扩展为带负载均衡和集群的架构；

单机监控模块通过与分拣机的主环控制模块实时通讯，对单个分拣机的运行状态进行实时监视和控制，并将所需保存的运维数据写入数据库，供集中监控模块使用；

分拣机集中监控模块通过与数据库模块实时通讯，对全网范围的分拣机运行状态，进行统一的展现、告警与控制；

数据库模块为云平台虚拟系统中运行的数据库软件，用于完成分拣机信息系统数据存储与交互，在虚拟系统中为全网系统建立数据库，存储必要的全网设备管理、用户权限管理等数据；为单个分拣机建立独立的数据库、表或表空间，存储该分拣机的基础数据、分拣数据、设备状态数据；

云平台管理模块提供对整个云平台系统和基础设施的统一管理，按需配置云平台的计算资源共享池，并对基础设施资源、操作系统资源、中间件资源、应用服务进行全方位监控；

主环控制模块与供包控制模块、主环控制模块与格口控制模块通过CAN网路或RS485方式通讯；供包控制模块与供包软件模块客户端通过串口方式通讯；主环控制模块与托盘控制模块通过红外或漏缆通讯；主环控制模块、条码阅读模块、供包软件模块、译码模块、通讯模块、管理模块、监控模块、集中监控模块、数据库模块和云平台管理模块通过网络方式相连，主环控制模块、条码阅读模块与译码模块通过socket方式通讯，译码模块、通讯模块、供包软件模块、管理模块、监控模块之间通过数据库交互，主环控制模块与监控模块服务端通过OPC或其它组态接口通讯。

一种基于云计算的包裹分拣机控制方法，包括以下步骤：

步骤A1、信息下载，

云平台的通讯模块实时从用户信息系统下载分拣基础信息(分拣方案、人员信息等)、包裹分拣信息等数据，存入数据库模块，供后续分拣使用。

步骤A2、供包预处理，

步骤A2.1、分拣开始前，用户在现场的终端、计算机、PDA或智能手机上调用云平台的管理模块软件执行频次开始操作；译码模块收到开始频次命令后，通知现场的主环控制模块本频次开始；主环控制模块完成初始化后，向云平台的译码模块反馈开始频次成功，允许供包；

步骤A2.2、供包前，用户在现场供包台的终端或计算机上调用云平台的供包软件，设置供包方式，通知供包控制模块按用户设定方式运行；

步骤A2.3、在手动模式供包时，用户在现场的供包台终端或计算机上输入包裹条码、邮政编码、格口码、寄达局名等信息后，云平台的供包软件模块通过拣机数据库模块查找包裹对应路向；

步骤A2.4、在手动模式供包时，云平台的供包软件模块将包裹条码和计算出的路向等信息通知现场的供包控制模块；

步骤A3、供包上机，

现场的供包控制模块与主环控制模块、主环控制模块与托盘控制模块之间实时通讯，将包裹自动导入主环上空托盘，并将供包模式为手动的包裹信息发送给主环控制模块；

步骤A4、条码阅读，

对于供包模式为自动的包裹，现场的主环控制模块通知条码阅读模块自动识别包裹面单，并将条码等识别结果发送云平台上的译码模块；

步骤A5、格口变化，

用户在现场通过格口按钮、光电或监控模块客户端界面改变格口状态，现场的格口控制模块完成正常、锁格、禁用、满格等格口状态转换，并将格口状态实时通过主环控制模块通知云平台上的译码模块；

步骤A6、包裹译码，

云平台上的译码模块根据现场主环控制模块发送的格口状态、手动模式供包的包裹信息或现场条码阅读模块发送的自动模式供包的包裹信息，查询数据库模块信息，结合实时格口状态，计算出包裹有效的物理格口码，并将物理格口号通知现场的主环控制模块；

步骤A7、包裹落格，

现场的主环控制模块通知托盘控制模块将包裹落入指定物理格口后，通知云平台上的译码模块，译码模块向数据库模块中写入相关包裹与设备信息；

步骤A8、结袋操作，

用户需要结袋时，操作现场的格口按钮，现场的格口控制模块完成格口状态转换，并将结袋命令通过主环控制模块通知云平台上的译码模块；

步骤A9、结袋封发，

收到现场的主环控制模块结袋命令后，云平台上的译码模块将结袋封发的总包信息和总包中的散件信息写入数据库模块；

步骤A10、信息上传，

云平台上的通讯模块实时将生产中的包裹落格信息、结袋封发的总包信息和总包中的散件信息上传给用户信息系统；

步骤A11、系统管理，

在分拣前后及分拣全过程中，有权限的用户可以在分拣机现场、管理监控中心或其它能够接入云平台的地点调用云平台上的管理模块，完成单台或全网分拣机的配置与管理任务；

步骤A12、单机监控，

在分拣前后及分拣全过程中，有权限的用户可以在分拣机现场、管理监控中心或其它能够接入云平台的地点调用云平台上的单机监控模块，完成单台分拣机的监控任务；

步骤A13、集中监控，

在分拣前后及分拣全过程中，有权限的用户可以在分拣机现场、管理监控中心或其它能够接入云平台的地点调用云平台上的集中监控模块，完成全网分拣机的监控任务。

本发明利用云计算的优势，将物流企业全网范围内的分拣机信息系统与数据中心部署在云计算平台，在分拣过程中，将分拣机现场自动识别或人工输入的包裹条码、邮政编码、格口码、寄达局名等信息发送给云平台译码，然后控制模块再根据云平台译码结果通知执行单元完成包裹落格分拣，构建更智能便利的分拣机控制系统。

本发明通过将企业全网范围的分拣机数据中心和信息系统部署在云平台上，通过云计算灵活方便地实现每台分拣机的包裹译码、与用户信息系统通讯、系统管理和设备监控功能，同时实现了全网范围内分拣机集中管控。本系统充分利用云计算优势，有如下优点：

1.由于云的通用性使资源的利用率大幅提升，因此较之传统方法，本发明中不同分拣机系统不需要重复购置服务器、计算机、交换机等硬件设备，硬件成本大幅度减少。

2.云平台与现场设备通过网络方式相连，物流企业专网(如邮政综合网等)网络速度快，配合云计算超强的计算能力能充分保证了分拣机控制系统译码、与用户信息系统通讯的实时性要求。

3.云平台的虚拟化方式易于建立虚拟系统副本，虚拟操作系统故障可通过副本迅速恢复，便于运行维护；新增分拣机的现场信息系统全部采用客户端方式，安装配置方便；新增分拣机云平台上的虚拟系统可在其他分拣机副本基础上快速修改，安装部署方便。

4.分拣机现场信息设备不需安装应用程序，也不存储数据，程序和数据库均安装在云平台虚拟系统中，升级简单方便。

5.各分拣机云端的译码模块、通讯模块、供包软件模块、单机监控模块和数据库模块独立，可以部署不同的应用程序，方便实现用户不同需求。

5.云平台的资源可以根据需求动态伸缩，方便扩展，因此本系统适合满足用户需求变更或业务量规模增长的情况，尤其适应于目前物流业务量高速发展的模式。

6.本发明中分拣机数据直接存储在云中，省去了传统集中监控方式中需要从本地向监控中心上传大量数据的环节，便于实施集中管理和监控功能，同时由于云的特点，有权限的维护人员可在分拣机现场、管理监控中心或其它能够接入云平台的地点，完成远程监控或管理功能，为快速准确发现故障、修复故障争取了时间，提升了整个架构的实用性。

附图说明

图1是本发明中的包裹分拣机控制系统功能结构图。

图2是本发明中的包裹分拣机控制方法示意图。

具体实施方式

本发明的基于云计算的包裹分拣机控制系统，包括：主环控制模块、供包控制模块、供包软件模块、托盘控制模块、格口控制模块、条码阅读模块、译码模块、通讯模块、单机监控模块、集中监控模块、管理模块、数据库模块和云平台管理模块。

如图1所示，控制系统模块部署位置可分为四种：分拣机现场、云平台、管理监控中心或其它能够接入云平台并有安全权限地点。

控制系统各模块部署方式描述如下：

主环控制模块、供包控制模块、托盘控制模块、格口控制模块、条码阅读模块部署在分拣机现场。

译码模块、通讯模块、数据库模块为自动运行软件，没有人机交互功能，它们部署在云平台上设置的虚拟系统中。

供包软件模块、单机监控模块、集中监控模块、管理模块、云平台管理模块有人机交互功能，包括服务端、客户端两部分。

服务端部署在云平台上相互独立的虚拟系统中。不同分拣机云端的译码模块、通讯模块、供包软件模块、单机监控模块和数据库模块独立。

客户端为终端、计算机、PDA、智能手机等设备。供包软件模块、单机监控模块的客户端部署在现场；集中监控模块的客户端部署在管理监控中心或其它能够接入云平台并有安全权限地点；管理模块、云平台管理模块的客户端可部署在现场、管理监控中心，及其它能够接入云平台并有安全权限地点。

本系统中，分拣机现场不需要额外安装计算机应用程序，也不存储数据，应用程序和数据库均安装在云平台的虚拟系统中。服务端可采用C/S或B/S架构。如服务端采用B/S架构，客户端使用浏览器调用服务端程序；如服务端采用C/S架构，客户端使用远程桌面方式运行服务端程序，需要使用串口与硬件通讯，或使用键盘、鼠标、打印机、智能卡、音箱等设备，登录到服务端时将本地设备设置为自动连接到远程服务端。

本系统中译码模块、通讯模块、供包软件模块采用C/S架构；本系统中管理模块、集中监控模块采用B/S架构；本系统中单机监控模块服务端采用支持web方式的组态软件研发，客户端采用B/S方式访问；本系统中云平台管理模块同时支持C/S、B/S方式。

控制系统各模块描述如下：

主环控制模块为PLC、控制板、电机等部件组成的智能模块，用于分拣机主环启停和匀速运转控制，它与供包控制模块、条码阅读模块、译码模块、托盘控制模块、格口控制模块和监控模块等实时通讯，接收包裹上机信息后通知条码阅读模块识读，识读结果通过译码模块得到包裹分配的物理格口，然后通知托盘控制模块将包裹落入指定物理格口。

供包控制模块为控制板、电机、传动部件等组成的智能控制系统，用于将所有符合规格要求的包裹平稳、准确地导入主环托盘。

供包软件模块是供包控制模块的上位机，完成供包时的人机交互功能，并将用户输入的供包方式、包裹条码、路向、物理格口等信息通知供包控制模块。

托盘控制模块为控制板、电机、传动部件等组成的智能托盘控制系统，它根据主环控制模块的命令完成托盘皮带运转，实现包裹从供包台平稳导入和准确落入指定格口。

格口控制模块为控制板、液晶面板、按钮、光电、告警灯等组成的智能控制模块，用于格口控制及实现格口状态人机交互，格口状态实时发送主环控制系统。

条码阅读模块为OBR自动阅读器装置，用于包裹条码、地址、品名等自动识别，并将识别结果发送译码模块。

译码模块为云平台虚拟系统中运行的译码程序，主要功能为完成包裹译码，即它接收主环控制模块、条码阅读模块的包裹条码、路向等信息，根据数据库模块中的基础信息查询包裹对应物理格口后，通知主环控制模块，并将所需的有关包裹、设备信息存入数据库系统，供管理模块或监控模块使用。

通讯模块为云平台虚拟系统中运行的通讯程序，用于完成与用户信息系统之间的数据交互，从用户信息系统下载包裹的基础信息(分拣方案、人员信息等)、包裹分拣信息等数据，存入包分机数据库模块，供译码模块、管理模块等使用；将数据库中译码模块获取的包裹落格信息、结袋封发信息(总包信息和总包中封发的散件信息)上传给用户信息系统。

管理模块通过与数据库模块实时通讯，完成分拣机与数据库中重要参数的配置与管理，如用户权限管理、频次管理、系统设置、数据统计等功能。通过用户权限设置，可设置用户管理或监控单台分拣机或全部分拣机，也可设置用户管理或监控中部分或全部功能。管理模块服务端支持全网分拣机，当连接客户端数量多时，利用云的优势，可扩展为带负载均衡和集群的架构。

单机监控模块通过与分拣机的主环控制模块实时通讯，对单个分拣机的运行状态如托盘、格口、供件台、计算机设备等进行实时监视和控制，并将所需保存的运维数据写入数据库，供集中监控模块使用。

集中监控模块通过与数据库模块实时通讯，对全网范围的分拣机运行状态如托盘、格口、供件台、计算机设备、虚拟系统等，进行统一的展现、告警与控制。

数据库模块为云平台虚拟系统中运行的数据库软件，用于完成分拣机信息系统数据存储与交互。在虚拟系统中为全网系统建立数据库，存储必要的全网设备管理、用户权限管理等数据；为单个分拣机建立独立的数据库、表或表空间，存储该分拣机的基础数据、分拣数据、设备状态等数据。

云平台管理模块提供对整个云平台系统和基础设施的统一管理，按需配置云平台的计算资源共享池，并对基础设施资源、操作系统资源、中间件资源、应用服务如CPU的利用率、内存使用情况、存储使用情况、服务运行情况等进行全方位监控。

主环控制模块与供包控制模块、主环控制模块与格口控制模块通过CAN网路或RS485等方式通讯；供包控制模块与供包软件模块客户端通过串口方式通讯；主环控制模块与托盘控制模块通过红外或漏缆通讯；主环控制模块、条码阅读模块、供包软件模块、译码模块、通讯模块、管理模块、监控模块、集中监控模块、数据库模块和云平台管理模块通过网络方式相连，主环控制模块、条码阅读模块与译码模块通过socket方式通讯，译码模块、通讯模块、供包软件模块、管理模块、监控模块之间通过数据库交互，主环控制模块与监控模块服务端通过OPC或其它组态接口通讯。

如图2所示，基于云计算的包裹分拣机控制方法包括以下步骤：

步骤A1、信息下载

云平台的通讯模块实时从用户信息系统下载分拣基础信息(分拣方案、人员信息等)、包裹分拣信息等数据，存入数据库模块，供后续分拣使用。

步骤A2、供包预处理

步骤A2.1、分拣开始前，用户在现场的终端、计算机、PDA或智能手机上调用云平台的管理模块软件执行频次开始操作；译码模块收到开始频次命令后，通知现场的主环控制模块本频次开始；主环控制模块完成初始化后，向云平台的译码模块反馈开始频次成功，允许供包；

步骤A2.2、供包前，用户在现场供包台的终端或计算机上调用云平台的供包软件，设置供包方式，通知供包控制模块按用户设定方式运行；

步骤A2.3、在手动模式供包时，用户在现场的供包台终端或计算机上输入包裹条码、邮政编码、格口码、寄达局名等信息后，云平台的供包软件模块通过拣机数据库模块查找包裹对应路向；

步骤A2.4、在手动模式供包时，云平台的供包软件模块将包裹条码和计算出的路向等信息通知现场的供包控制模块。

步骤A3、供包上机

现场的供包控制模块与主环控制模块、主环控制模块与托盘控制模块之间实时通讯，将包裹自动导入主环上空托盘，并将供包模式为手动的包裹信息发送给主环控制模块。

步骤A4、条码阅读

对于供包模式为自动的包裹，现场的主环控制模块通知条码阅读模块自动识别包裹面单，并将条码等识别结果发送云平台上的译码模块。

步骤A5、格口变化

用户在现场通过格口按钮、光电或监控模块客户端界面改变格口状态，现场的格口控制模块完成正常、锁格、禁用、满格等格口状态转换，并将格口状态实时通过主环控制模块通知云平台上的译码模块；

步骤A6、包裹译码

云平台上的译码模块根据现场主环控制模块发送的格口状态、手动模式供包的包裹信息或现场条码阅读模块发送的自动模式供包的包裹信息，查询数据库模块信息，结合实时格口状态，计算出包裹有效的物理格口码，并将物理格口号通知现场的主环控制模块；

步骤A7、包裹落格

现场的主环控制模块通知托盘控制模块将包裹落入指定物理格口后，通知云平台上的译码模块，译码模块向数据库模块中写入相关包裹与设备信息；

步骤A8、结袋操作

用户需要结袋时，操作现场的格口按钮，现场的格口控制模块完成格口状态转换，并将结袋命令通过主环控制模块通知云平台上的译码模块；

步骤A9、结袋封发

收到现场的主环控制模块结袋命令后，云平台上的译码模块将结袋封发的总包信息和总包中的散件信息写入数据库模块。

步骤A10、信息上传

云平台上的通讯模块实时将生产中的包裹落格信息、结袋封发的总包信息和总包中的散件信息上传给用户信息系统。

步骤A11、系统管理

在分拣前后及分拣全过程中，有权限的用户可以在分拣机现场、管理监控中心或其它能够接入云平台的地点调用云平台上的管理模块，完成单台或全网分拣机的配置与管理任务。

步骤A12、单机监控

在分拣前后及分拣全过程中，有权限的用户可以在分拣机现场、管理监控中心或其它能够接入云平台的地点调用云平台上的单机监控模块，完成单台分拣机的监控任务。

步骤A13、集中监控

在分拣前后及分拣全过程中，有权限的用户可以在分拣机现场、管理监控中心或其它能够接入云平台的地点调用云平台上的集中监控模块，完成全网分拣机的监控任务。