文｜元翔（福州）國際航空港有限公司

柯翔

廈門兆翔智能科技有限公司

陳傳梁 謝德杉 沈慶添

摘 要： 本文在分析國内中小型機場皮帶機傳送式行李系統的硬件及軟件控制邏輯的基礎上，以福州長樂國際機場為例，重點針對實現行李跟蹤自動分流的開包間分流器存在的隐患提出了相應的解決方案，設計開包間分流器應急裝置，并将其在福州長樂國際機場行李系統上進行改造應用。通過實際測試，改造後的應急裝置能在1分鐘内快速恢複行李托運手續正常辦理，大幅降低了高峰期開包間分流器故障的處置時間，避免大面積航延的風險，也為其他機場行李系統類似風險提供了相應的解決方案。

關鍵詞：行李系統、開包間分流器、應急裝置、皮帶機傳送系統

旅客行李系統是民航運輸機場（以下簡稱機場）常見的設備。從機場出發的旅客超過規定尺寸的行李，無法随身攜帶上飛機，需要辦理托運，行李系統提供為旅客需要托運的行李完成稱重、挂牌、安檢、層間運輸、分揀等流程，最終在旅客行李裝卸區由地勤人員裝載至指定的航班。行李系統按照功能劃分可分為到港行李系統和離港行李系統。到港行李系統主要是指飛機到達目的地機場後，行李從飛機上卸下由裝卸員将行李放置到港轉盤上交付給旅客的一套系統。離港行李系統則相對複雜，是由托運、稱重、安檢、分揀、裝載等一系列功能組成的自動化控制系統[1]。

行李系統按類型主要分為人工分揀的皮帶機傳送系統、自動分揀的托盤分揀機和高速小車系統。皮帶機傳送系統主要是由滾筒電機驅動長短不同的皮帶組成，并配搭機械臂、分流器等，可實現如可疑行李進開包間等簡單的分流功能。一般為“點到點”的傳輸模式，終端一般為轉盤，行李到達轉盤後再由裝卸員進行人工分揀裝車。自動分揀的托盤分揀機的主要核心是托盤自動分揀機，通過紅外線讀碼站對每件行李進行識别标注，并通過托盤側翻方式将其送入相對應的航班出口，終端有轉盤和滑槽兩種模式，行李裝卸員直接将行李裝車即可，無需再次分揀[2]。自動分揀高速小車系統是以托盤小車作為載體運輸行李，最高速度可達10m/s，适合遠距離傳輸，應用RFID射頻識别技術對行李與托盤小車進行綁定、跟蹤和分揀，行李處理速度快、效率高[3]。

雖然托盤分揀機與高速小車系統可實現自動分揀與行李跟蹤等功能，然而在建設投入和後期的運維方面均需要大量的成本，因此托盤分揀機和高速小車系統主要适用于行李處理量大、需要機器輔助分揀的大型機場，如北京大興、成都天府、上海浦東、廣州白雲機場等，國内大部分中小型機場一般采用的是皮帶機傳送系統。福州長樂國際機場T1航站樓暫未引進托盤分揀機和高速小車系統，離港行李系統采用的是傳統的皮帶輸送機加人工分揀轉盤的模式。其中F島值機輸送線采用了“虛拟窗口跟蹤”技術，對收集帶上的每件行李進行跟蹤，實現可疑行李自動分流至開包間檢查。本文以福州長樂國際機場行李系統為例介紹皮帶傳送系統的系統性風險分析及應急裝置設計與應用，以期為其他機場類似設備提供風險應對解決方案。

福州長樂國際機場行李系統于1997年建成投用，最初到港行李系統有五個行李提取轉盤，離港行李系統有三條輸送線。随着客流量的增長，經幾輪改造，到港行李系統增加至九個行李提取轉盤，值機島由最初的三條輸送線增至九條。其中2018年建成投用的國内出發F島出港行李系統值機輸送線，不同于以往的傳統輸送線采用人工搬運可疑行李的模式，F島輸送線采用了主流的現場總線控制技術，同時在值機島行李跟蹤上引進了“虛拟窗口跟蹤”技術，實現可疑行李自動分流至開包間檢查。

F島行李系統整套系統分為三層網絡：

上層為管理層，通過以太網接入設備監控系統，實現與SCADA等的實時通訊。

中層為控制層，系統采用高速Fieldbus構建現場網絡。将值機櫃台遠程控制Fieldbus 從站（位于遠程控制櫃内）等通過Fieldbus總線連接，完成系統的現場網絡連接。

最下層為設備層，使用控制信号連接現場用于輸送機控制的光眼、編碼器、電機控制元件和現場控制站、顯示站等，完成對現場輸送機的控制。

對于值機島櫃台部分，引入“虛拟窗口跟蹤”技術，系統将收集輸送機劃分為一個個的邏輯分區，當某個櫃台有行李請求窗口時，需要進入收集輸送機時，如果正好某一個窗口沒有被預留（占用），或者預留的櫃台優先級别不如當前申請的櫃台時，系統将該窗口預留給該櫃台，當該窗口來到該櫃台的導引位置時，系統将該行李導入到該窗口[4]。窗口跟蹤就是基于窗口的位置信息跟蹤，系統将記錄該窗口内的行李是否需要開檢的信息，并在該行李到達收集輸送機末端光眼的時候，整理該行李的開檢信息并将其傳送到下一級輸送機，完成對行李開檢信息的追蹤、定位。

窗口控制是為了實現值機櫃台行李進入收集輸送機的“等幾率、等節距”控制而引入的控制模式。控制系統将收集輸送機邏輯上劃分為一個個虛拟的窗口，每個虛拟窗口的大小可依據實際情況進行調整。窗口随着收集輸送機運行而向前步進。當某個櫃台有行李請求進入收集輸送機時，系統将自動尋找當前可用的活動窗口，如果有窗口可用，則将此窗口狀态置為“預留”狀态，預留給有行李請求進入收集輸送機的櫃台。當此窗口來到該櫃台時，系統将控制行李平穩、迅速地導入到收集輸送機，同時将該窗口的狀态修改為“已占用”。已被預留但是還沒有被占用的窗口，将允許被更高級别的窗口請求的櫃台所替代[5]，如圖1所示。

在行李系統得到安檢系統發出的開檢信息後，将行李送至等待輸送機，當行李到達等待輸送機光眼後，輸送機停止運行等待注入，BHS申請動态分配的虛拟活動窗口，在收集輸送機的空窗口到達後，行李按窗口控制技術自動輸送到收集輸送機上。可疑行李由輸送機送至值機島末端開包間集中開包，再由開包間内分流器根據收集輸送機窗口内的行李開檢信息，對需要開檢的可疑行李進行分流，通過輸送機輸送至開包台進行行李開包檢查。待安檢員完成行李檢查後經安檢機複檢後，再導入輸送機将行李注入主收集輸送機，從而完成行李托運全流程。

開包間分流器用于有選擇地将輸送中的行李分流到不同的輸送線，從而前往不同的目的地。它能平穩及高效的進行分流。當要分流行李時，分流器的擺臂提供皮帶的橫向傳動，分流器的擺動位置由單個電機及連接的機械裝置來控制。擺臂通常處于縮回狀态，需要分流時擺臂啟動并開啟到45°的分流角度，通過限位開關控制擺臂在0°或45°來回伸縮，從而實現行李往不同的方向輸送。其控制邏輯原理圖如圖2所示。

福州長樂國際機場第二輪擴能改造時新增的F島行李系統采用全新設計，在控制模式上更為集成，自動化程度更高，但同時也增加了控制系統的故障風險點和故障影響範圍。在引入現場總線控制技術和“虛拟窗口跟蹤”技術後，影響行李系統的系統性故障除了傳統的PLC模塊故障、24V電源故障、輸送機故障、供電故障和卷簾門故障外，還增加了各個控制櫃之間的通信故障、“虛拟窗口跟蹤”技術相關聯的收集輸送機故障、開包間分流器故障等，且這些類型的故障在排除處理過程更為複雜、繁瑣，耗時更長。

通過對行李系統故障類型魚骨圖分析如圖3所示，根據風險評價矩陣分析法，對危險源進行風險評價如表1所示。

參照表2風險評價矩陣表可以看出，福州長樂國際機場二輪擴能新增的F島出發行李系統的開包間分流器是行李系統中重要的一環。若發生故障将導緻整個輸送線無法辦理行李托運手續，綜合考慮該事件發生概率，得出風險值為12，該風險值無法被接受。因開包間分流器控制邏輯複雜，無法通過簡單的故障信号屏蔽等方式快速恢複系統運行，故障排除耗時較長，而啟動安檢機單機現場判包應急處置預案，組織人員到位至少需要30分鐘，對高峰時段航班行李保障構成嚴重威脅。

針對開包間分流器這一重大危險源，結合其工作原理提出二套解決方案。

方案1：現場增設一套完整的分流器，可與原分流器可替換使用。此方案要求現場有足夠的物理空間，且需增加一套完整的分流器PLC控制程序并納入原系統PLC控制程序。經評估，福州長樂國際機場行李系統現場沒有足夠的物理空間，且修改原系統PLC程序需依靠原PLC廠商方案，費用高，最終此方案被否定。

方案2：增設開包間分流器應急裝置，應急裝置從分流器機械和電氣兩個方面的故障情況開展分析，并采取相應有效的控制措施，如表3所示。經分析，此方案占用空間小，現場條件滿足且費用低，最終選用此方案進行設計與改造。

1.開包間分流器應急裝置設計與應用的總體思路

開包間分流器故障分為電氣故障和機械故障兩類。電氣故障是指分流器控制櫃出現電氣方面故障（比如接觸器、繼電器無法吸合、通信模塊出現故障）導緻分流器無法正常運行；機械故障是指分流器擺臂電機或分流器皮帶出現故障導緻分流器無法正常運行。針對兩種不同類型的故障，采取相應的應急方案，确保分流器出現故障時工作人員均能采取快速、有效的應急措施恢複行李托運手續正常辦理，避免因系統性故障造成航班的大面積延誤。

（1）電氣故障應急改造思路

加裝一套備用分流器控制櫃，當分流器出現電氣故障，臨時切換開關将分流器控制系統切換至備用控制櫃，快速恢複運行。

（2）機械故障應急改造思路

通過增加小型PLC，模拟行李系統正常運行時分流器工作信号，超越分流器故障，并加裝可疑行李開檢聲光報警提示裝置，實現故障狀态下人工對可疑行李的識别。當分流器出現機械故障時，虛拟分流器模拟正常運行信号，在前方行李到達後，觸發相應反饋信号，讓系統仍保持自動運行。同時工作人員采用人工搬包的模式根據聲光報警提示将可疑行李推進開包間開檢，确保整個行李處理流程正常運作。

2. 開包間分流器應急裝置改造方案

（1）電氣故障應急改造具體方案

加裝一個備用控制櫃，電氣元件與原控制櫃一緻。原分流器控制櫃輸入輸出電氣線路有380V電源線路、分流器擺臂驅動電機動力線路、分流器擺臂皮帶驅動電機動力線路、分流器擺臂縮回限位信号線路、分流器擺臂伸出限位信号線路、24V電源線路。共6組線路，每組線路均加裝一套3檔切換開關控制電氣原理圖如圖4所示。應急情況下将6組線路全部同時由原主控制櫃切換至備用控制櫃運行，确保備用控制櫃正常投用。

（2）機械故障應急改造具體方案

正常分流器工作信号分為分流器擺臂機工作信号、分流器皮帶工作信号。系統邏輯判斷分流器工作是否正常，是通過現場反饋給系統的輸入工作信号（擺臂伸縮限位信号）狀态變化，是否符合程序中設定的設備正常運行邏輯。在機械故障時，隻要通過外部線路，按照正常工作時擺臂的伸縮限位信号反饋給系統，系統就能正常運行。

外部線路模拟擺臂伸縮限位信号工作方案：在備用控制櫃内加裝PLC模拟分流器正常運行時信号。最初狀态擺臂在縮限位，擺臂伸出即離開縮限位（縮限位信号跳變），1.1秒後到達伸限位。擺臂縮回時，伸縮限位信号類似。故可利用控制櫃内擺臂伸接觸器KM01、縮接觸器KM02吸合信号通過外加PLC控制，最終按照正常工作時擺臂的伸縮限位信号反饋給系統，系統就能正常運行，加裝PLC原理圖如圖5所示。（備注：因機械故障，需斷開擺臂電機動力線和分流器伸縮限位信号，通過外部線路給系統模拟擺臂伸縮限位信号）

聲光報警提醒人工推出可疑行李工作方案：分流器伸出或（且）分流器皮帶運行時，即分流器伸接觸器KM01或（且）分流器皮帶運行接觸器KM03吸合時，對應可疑行李。故可利用接觸器KM01、KM03吸合信号，通過外加PLC控制聲光報警線路，達到提醒工作人員将可疑行李推入開包間開檢目的。

通過分析福州長樂國際機場行李系統運行中存在的系統性風險和隐患，發現安檢開包間分流器是整個系統中的一項核心風險點，一旦開包間分流器的機械或電氣方面出現故障，将影響整個輸送線的行李托運，導緻30分鐘以上的故障排除時間，将引起大面積航班延誤等嚴重後果。通過對開包間分流器電氣、機械兩方面的故障分析、評估設計，制定改造方案加裝應急裝置，确保開包間分流器出現故障時能采取有效、快速的手段恢複行李系統正常運行。方案實施後，通過實際測試驗證，增加的應急裝置能在1分鐘内快速恢複行李托運手續正常辦理，為行李運維人員争取了大量的搶修時間。該裝置可在其他機場同類行李系統中推廣應用。

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