文｜元翔（福州）国际航空港有限公司
柯翔
厦门兆翔智能科技有限公司
陈传梁 谢德杉 沈庆添
摘 要： 本文在分析国内中小型机场皮带机传送式行李系统的硬件及软件控制逻辑的基础上，以福州长乐国际机场为例，重点针对实现行李跟踪自动分流的开包间分流器存在的隐患提出了相应的解决方案，设计开包间分流器应急装置，并将其在福州长乐国际机场行李系统上进行改造应用。通过实际测试，改造后的应急装置能在1分钟内快速恢复行李托运手续正常办理，大幅降低了高峰期开包间分流器故障的处置时间，避免大面积航延的风险，也为其他机场行李系统类似风险提供了相应的解决方案。
关键词：行李系统、开包间分流器、应急装置、皮带机传送系统
旅客行李系统是民航运输机场（以下简称机场）常见的设备。从机场出发的旅客超过规定尺寸的行李，无法随身携带上飞机，需要办理托运，行李系统提供为旅客需要托运的行李完成称重、挂牌、安检、层间运输、分拣等流程，最终在旅客行李装卸区由地勤人员装载至指定的航班。行李系统按照功能划分可分为到港行李系统和离港行李系统。到港行李系统主要是指飞机到达目的地机场后，行李从飞机上卸下由装卸员将行李放置到港转盘上交付给旅客的一套系统。离港行李系统则相对复杂，是由托运、称重、安检、分拣、装载等一系列功能组成的自动化控制系统[1]。
行李系统按类型主要分为人工分拣的皮带机传送系统、自动分拣的托盘分拣机和高速小车系统。皮带机传送系统主要是由滚筒电机驱动长短不同的皮带组成，并配搭机械臂、分流器等，可实现如可疑行李进开包间等简单的分流功能。一般为“点到点”的传输模式，终端一般为转盘，行李到达转盘后再由装卸员进行人工分拣装车。自动分拣的托盘分拣机的主要核心是托盘自动分拣机，通过红外线读码站对每件行李进行识别标注，并通过托盘侧翻方式将其送入相对应的航班出口，终端有转盘和滑槽两种模式，行李装卸员直接将行李装车即可，无需再次分拣[2]。自动分拣高速小车系统是以托盘小车作为载体运输行李，最高速度可达10m/s，适合远距离传输，应用RFID射频识别技术对行李与托盘小车进行绑定、跟踪和分拣，行李处理速度快、效率高[3]。
虽然托盘分拣机与高速小车系统可实现自动分拣与行李跟踪等功能，然而在建设投入和后期的运维方面均需要大量的成本，因此托盘分拣机和高速小车系统主要适用于行李处理量大、需要机器辅助分拣的大型机场，如北京大兴、成都天府、上海浦东、广州白云机场等，国内大部分中小型机场一般采用的是皮带机传送系统。福州长乐国际机场T1航站楼暂未引进托盘分拣机和高速小车系统，离港行李系统采用的是传统的皮带输送机加人工分拣转盘的模式。其中F岛值机输送线采用了“虚拟窗口跟踪”技术，对收集带上的每件行李进行跟踪，实现可疑行李自动分流至开包间检查。本文以福州长乐国际机场行李系统为例介绍皮带传送系统的系统性风险分析及应急装置设计与应用，以期为其他机场类似设备提供风险应对解决方案。
二、福州长乐国际机场行李系统概况福州长乐国际机场行李系统于1997年建成投用，最初到港行李系统有五个行李提取转盘，离港行李系统有三条输送线。随着客流量的增长，经几轮改造，到港行李系统增加至九个行李提取转盘，值机岛由最初的三条输送线增至九条。其中2018年建成投用的国内出发F岛出港行李系统值机输送线，不同于以往的传统输送线采用人工搬运可疑行李的模式，F岛输送线采用了主流的现场总线控制技术，同时在值机岛行李跟踪上引进了“虚拟窗口跟踪”技术，实现可疑行李自动分流至开包间检查。
F岛行李系统整套系统分为三层网络：
上层为管理层，通过以太网接入设备监控系统，实现与SCADA等的实时通讯。
中层为控制层，系统采用高速Fieldbus构建现场网络。将值机柜台远程控制Fieldbus 从站（位于远程控制柜内）等通过Fieldbus总线连接，完成系统的现场网络连接。
最下层为设备层，使用控制信号连接现场用于输送机控制的光眼、编码器、电机控制元件和现场控制站、显示站等，完成对现场输送机的控制。
对于值机岛柜台部分，引入“虚拟窗口跟踪”技术，系统将收集输送机划分为一个个的逻辑分区，当某个柜台有行李请求窗口时，需要进入收集输送机时，如果正好某一个窗口没有被预留（占用），或者预留的柜台优先级别不如当前申请的柜台时，系统将该窗口预留给该柜台，当该窗口来到该柜台的导引位置时，系统将该行李导入到该窗口[4]。窗口跟踪就是基于窗口的位置信息跟踪，系统将记录该窗口内的行李是否需要开检的信息，并在该行李到达收集输送机末端光眼的时候，整理该行李的开检信息并将其传送到下一级输送机，完成对行李开检信息的追踪、定位。
窗口控制是为了实现值机柜台行李进入收集输送机的“等几率、等节距”控制而引入的控制模式。控制系统将收集输送机逻辑上划分为一个个虚拟的窗口，每个虚拟窗口的大小可依据实际情况进行调整。窗口随着收集输送机运行而向前步进。当某个柜台有行李请求进入收集输送机时，系统将自动寻找当前可用的活动窗口，如果有窗口可用，则将此窗口状态置为“预留”状态，预留给有行李请求进入收集输送机的柜台。当此窗口来到该柜台时，系统将控制行李平稳、迅速地导入到收集输送机，同时将该窗口的状态修改为“已占用”。已被预留但是还没有被占用的窗口，将允许被更高级别的窗口请求的柜台所替代[5]，如图1所示。
在行李系统得到安检系统发出的开检信息后，将行李送至等待输送机，当行李到达等待输送机光眼后，输送机停止运行等待注入，BHS申请动态分配的虚拟活动窗口，在收集输送机的空窗口到达后，行李按窗口控制技术自动输送到收集输送机上。可疑行李由输送机送至值机岛末端开包间集中开包，再由开包间内分流器根据收集输送机窗口内的行李开检信息，对需要开检的可疑行李进行分流，通过输送机输送至开包台进行行李开包检查。待安检员完成行李检查后经安检机复检后，再导入输送机将行李注入主收集输送机，从而完成行李托运全流程。
开包间分流器用于有选择地将输送中的行李分流到不同的输送线，从而前往不同的目的地。它能平稳及高效的进行分流。当要分流行李时，分流器的摆臂提供皮带的横向传动，分流器的摆动位置由单个电机及连接的机械装置来控制。摆臂通常处于缩回状态，需要分流时摆臂启动并开启到45°的分流角度，通过限位开关控制摆臂在0°或45°来回伸缩，从而实现行李往不同的方向输送。其控制逻辑原理图如图2所示。
福州长乐国际机场第二轮扩能改造时新增的F岛行李系统采用全新设计，在控制模式上更为集成，自动化程度更高，但同时也增加了控制系统的故障风险点和故障影响范围。在引入现场总线控制技术和“虚拟窗口跟踪”技术后，影响行李系统的系统性故障除了传统的PLC模块故障、24V电源故障、输送机故障、供电故障和卷帘门故障外，还增加了各个控制柜之间的通信故障、“虚拟窗口跟踪”技术相关联的收集输送机故障、开包间分流器故障等，且这些类型的故障在排除处理过程更为复杂、繁琐，耗时更长。
通过对行李系统故障类型鱼骨图分析如图3所示，根据风险评价矩阵分析法，对危险源进行风险评价如表1所示。
参照表2风险评价矩阵表可以看出，福州长乐国际机场二轮扩能新增的F岛出发行李系统的开包间分流器是行李系统中重要的一环。若发生故障将导致整个输送线无法办理行李托运手续，综合考虑该事件发生概率，得出风险值为12，该风险值无法被接受。因开包间分流器控制逻辑复杂，无法通过简单的故障信号屏蔽等方式快速恢复系统运行，故障排除耗时较长，而启动安检机单机现场判包应急处置预案，组织人员到位至少需要30分钟，对高峰时段航班行李保障构成严重威胁。
针对开包间分流器这一重大危险源，结合其工作原理提出二套解决方案。
方案1：现场增设一套完整的分流器，可与原分流器可替换使用。此方案要求现场有足够的物理空间，且需增加一套完整的分流器PLC控制程序并纳入原系统PLC控制程序。经评估，福州长乐国际机场行李系统现场没有足够的物理空间，且修改原系统PLC程序需依靠原PLC厂商方案，费用高，最终此方案被否定。
方案2：增设开包间分流器应急装置，应急装置从分流器机械和电气两个方面的故障情况开展分析，并采取相应有效的控制措施，如表3所示。经分析，此方案占用空间小，现场条件满足且费用低，最终选用此方案进行设计与改造。
1.开包间分流器应急装置设计与应用的总体思路
开包间分流器故障分为电气故障和机械故障两类。电气故障是指分流器控制柜出现电气方面故障（比如接触器、继电器无法吸合、通信模块出现故障）导致分流器无法正常运行；机械故障是指分流器摆臂电机或分流器皮带出现故障导致分流器无法正常运行。针对两种不同类型的故障，采取相应的应急方案，确保分流器出现故障时工作人员均能采取快速、有效的应急措施恢复行李托运手续正常办理，避免因系统性故障造成航班的大面积延误。
（1）电气故障应急改造思路
加装一套备用分流器控制柜，当分流器出现电气故障，临时切换开关将分流器控制系统切换至备用控制柜，快速恢复运行。
（2）机械故障应急改造思路
通过增加小型PLC，模拟行李系统正常运行时分流器工作信号，超越分流器故障，并加装可疑行李开检声光报警提示装置，实现故障状态下人工对可疑行李的识别。当分流器出现机械故障时，虚拟分流器模拟正常运行信号，在前方行李到达后，触发相应反馈信号，让系统仍保持自动运行。同时工作人员采用人工搬包的模式根据声光报警提示将可疑行李推进开包间开检，确保整个行李处理流程正常运作。
2. 开包间分流器应急装置改造方案
（1）电气故障应急改造具体方案
加装一个备用控制柜，电气元件与原控制柜一致。原分流器控制柜输入输出电气线路有380V电源线路、分流器摆臂驱动电机动力线路、分流器摆臂皮带驱动电机动力线路、分流器摆臂缩回限位信号线路、分流器摆臂伸出限位信号线路、24V电源线路。共6组线路，每组线路均加装一套3档切换开关控制电气原理图如图4所示。应急情况下将6组线路全部同时由原主控制柜切换至备用控制柜运行，确保备用控制柜正常投用。
（2）机械故障应急改造具体方案
正常分流器工作信号分为分流器摆臂机工作信号、分流器皮带工作信号。系统逻辑判断分流器工作是否正常，是通过现场反馈给系统的输入工作信号（摆臂伸缩限位信号）状态变化，是否符合程序中设定的设备正常运行逻辑。在机械故障时，只要通过外部线路，按照正常工作时摆臂的伸缩限位信号反馈给系统，系统就能正常运行。
外部线路模拟摆臂伸缩限位信号工作方案：在备用控制柜内加装PLC模拟分流器正常运行时信号。最初状态摆臂在缩限位，摆臂伸出即离开缩限位（缩限位信号跳变），1.1秒后到达伸限位。摆臂缩回时，伸缩限位信号类似。故可利用控制柜内摆臂伸接触器KM01、缩接触器KM02吸合信号通过外加PLC控制，最终按照正常工作时摆臂的伸缩限位信号反馈给系统，系统就能正常运行，加装PLC原理图如图5所示。（备注：因机械故障，需断开摆臂电机动力线和分流器伸缩限位信号，通过外部线路给系统模拟摆臂伸缩限位信号）
声光报警提醒人工推出可疑行李工作方案：分流器伸出或（且）分流器皮带运行时，即分流器伸接触器KM01或（且）分流器皮带运行接触器KM03吸合时，对应可疑行李。故可利用接触器KM01、KM03吸合信号，通过外加PLC控制声光报警线路，达到提醒工作人员将可疑行李推入开包间开检目的。
五、结束语通过分析福州长乐国际机场行李系统运行中存在的系统性风险和隐患，发现安检开包间分流器是整个系统中的一项核心风险点，一旦开包间分流器的机械或电气方面出现故障，将影响整个输送线的行李托运，导致30分钟以上的故障排除时间，将引起大面积航班延误等严重后果。通过对开包间分流器电气、机械两方面的故障分析、评估设计，制定改造方案加装应急装置，确保开包间分流器出现故障时能采取有效、快速的手段恢复行李系统正常运行。方案实施后，通过实际测试验证，增加的应急装置能在1分钟内快速恢复行李托运手续正常办理，为行李运维人员争取了大量的抢修时间。该装置可在其他机场同类行李系统中推广应用。
,
