PLC在行李自动分拣系统中的运用
2018-03-13  来源:网络或本站原创

作者:中国民用航空总局第二研究所 张宇

【提要】本文介绍郑州新郑机场行李处理系统的硬件配置、网络结构和主要控制功能。

  SIEMENS PLC APPLICATION IN THE BAGGAGE HANDING SYSTEM OF AIRPORT

  ZHANGYU

  (The Second Research Institute of caacchengdu)

  AbstractThe paper introduce the hardware configuration network and mainly control function of the baggage handing system in zhengzhou airport

  Key WordsThe baggage handing system(BHS)

  公司介绍:

 

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  中国民航总局第二研究所是一个从事技术应用开发的科技型企业,其前身为中国民航总局科学研究所,19581211日于北京正式成立,2000年转制为科技型企业,划归民航总局空管局管理。

  机场行李自动分检系统(BHS系统)是近年来在我国民航逐步开始运用的一套物流处理系统,是现代物流技术与民航机场业务相结合的产物,这种系统在发达国家已经有比较广泛的使用。但是进口设备存在价格高昂、本地化支持不够等问题,不利于我国民航业的发展。为此,早在1999年,民航总局以科研及放大试验经费投资上千万元,在民航二所立项研发行李自动分检系统。经过研究人员的共同努力民航二所研发的行李自动分检系统取得的突破性成就,2004年被民航总局授予民航科技进步一等奖,200511月,被评为国家科技进步二等奖。开发研制的机场行李自动处理系统经专家组鉴定:"能够满足国内机场的需求,基本功能完备,集成技术先进,效果良好,填补了国内空白,处于国内领先水平。在部分关键技术及性能上达到了国际先进水平,具有自主知识产权,应用前景良好"。现该项目已陆续推广应用到贵阳、成都、重庆、西宁等十多个机场,取得良好的社会效益和经济效益。

  工程介绍和行李处理系统工艺介绍:

  行李处理系统主要完成机场出港旅客行李托运包括:值机、运输、安检、引导方向、分拣,以及进港旅客行李运输和提取等工作。

  1  流程

  郑州新郑机场行李处理系统是一套高度自动化的系统,它与包括旅客、值机人员,行李搬运人员、还有机场方提供的安检设备等构成了一个完整的旅客托运和提取行李的过程。郑州新郑机场行李处理系统(BHS)就是这样一个行李处理系统,行李处理系统(BHS)主要分为离港行李处理系统和进港行李处理系统两部分。其中,离港行李处理系统采用集中安检方式。行李的输送和分流由输送机、分流器完成,行李条码的阅读由手持扫描仪或键盘完成。进港行李处理系统:行李处理系统进港行李直接由行李提取转盘输送。大件行李由电梯输送。

  具体行李处理流程如下图所示:

 

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2、功能、性能要求

  行李处理系统以实现最大的安全性、可靠性、易于维护为目标,操作及维护人员的安全在设备的设计、制造和使用中是首要的考虑因素。同时,为适应用户将来可能需求增长,系统的通用性及可扩展性也是十分重要的。行李自动处理系统要求能适应每年365天,每日24小时的连续运行。

  3、控制系统分组

  PLC控制系统采用分组控制,可以提高系统的整体容错能力,同时保证系统可操作性、可维护性,使系统处于最佳的运行状态

  郑州机场行李处理系统按设备区域和控制设备冗余备份的功能要求,整个项目划分为ABCD  4个独立的控制组(如:图2),每个控制组配置2个西门子S7 317-2DP控制系统,充分保证了系统的稳定性和可靠性。

 

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  系统的硬件配置和网络拓扑

  系统硬件配置:

  西门子PLC以其良好的品质和性能在我所开发建设的项目中扮演着重要的角色。郑州新郑机场是国内一个中型机场年旅客流量611万人次/年,行李自动处理系统使用西门子S7 317-2DP 8套,采用软冗余方式。全系统共2000余点数字量采用分布式ET200M通过PROFIBUS-DP方式接入PLC,节约了大量的线缆数量和现场施工量。系统控制大量的物流设备,主要涉及到机械设备与传动、自动检测与控制、编码与识别、与计算机管理系统进行信息传递与交换。

  另外,系统还配置两台HMI工作站(WINCC)、一台信息服务与接口工作站。

  网络拓扑:

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  正如上面郑州机场行李处理系统网络结构图所示。系统大致分为3个层次结构,第一,则是信息管理和监控层,它配置了两台HMI监控工作站和一台信息服务与接口工作站,它们通过工业以太网与其他系统相连接进行必须的数据交换。两台HMI监控工作站采用WINCC通过CP1613卡连接到工业以太网络中,实现行李处理系统设备监视和控制。第二,就是控制层,本系统采用4个独立的控制组,每组采用两个S7 317-2DP控制器并选用CP342-5通过DP口组成软冗余系统。S7 317-2DP通过自身集成DP口与远程ET200M连接。第三,就是设备层。主要包括:电机、光电开关、变频器等现场设备。

  选择依据:

  根据郑州新郑机场行李处理系统要求,主要选用德国西门子公司的自动化控制产品来构建整个系统。

  首先,因为郑州新郑机场行李处理系统要求系统分组必须满足:系统电气和机械设备有互为备份的功能,所以根据具体情况,把系统划分为4个独立的控制组。这样能够从设备层就提高系统可靠性和稳定性。保证在一组或几组设备出现故障时,机场行李处理系统能够继续使用。

  第二,在系统控制层上,为了保证行李系统更加稳定和可靠。我们选择了冗余系统。但从成本考虑和工程量、程序量的大小以及机场对PLC冗余切换时间要求不高等因素考虑,最终我们选用了西门子PLC软冗余的方式,即在本系统每组控制组中都采用两个S7 317-2DP控制器并选用CP342-5通过DP口组成软冗余系统。

  第三,由于系统控制点分布比较分散和系统占用场地跨度过大,所以本次系统选用ET2OOM的形式,构成分布式的控制模式。这样就能够大大节约了现场线缆的使用量和现场布线、接线的工作量。

  第四,在管理和监控层我们选用两台西门子的WINCC工作站,并进行冗余切换。这样可以提高上位监控站的可靠性和保存数据的完整性。

 行李自动分拣系统的控制系统中的关键控制技术

  第一,窗口控制技术:

  行李处理系统传送带需要控制行李的间距,这对于行李自动处理系统是非常重要的。一般采用窗口技术,保证进入收集传送带、分检转盘的行李在注入中以虚拟窗口的方式进入,以使行李按一定的间距进行了排列。

  第二,联锁控制:

  所有传送带的运行都要受到其上下游传送带工作情况的影响。

  下游传送带停止时,在行李不能转向其他路线的情况下要通知监控站,并发出声光信号,系统要通知上游传送带停止。当下游传送带恢复工作后,系统要按照由下到上顺序启动传送带投入运行。检修状态时可不受联锁关系的限制。

  正常工作时,为节省能源,所有控制装置在无行李时处于待机状态,设备不运转。待有行李进入系统后传送带投入运行。维护时,可不受待机状态的控制。

  第三,堵塞控制:

  在行李传送过程中,发生堵塞在所难免。在行李传送带的各环节安装光电探测装置,以检测行李的输送情况,防止行李堵塞。同时,传送带驱动电机设置过载检测装置,防止行李堵塞时损坏输送带或行李。

  系统在输送线的各关键位置设置有紧急停止按钮,不论设备处于任何控制状态,紧急停止按钮功能永远有效,这也是处理堵塞等故障时的应急操作方式。

  第四,行李跟踪

  郑州机场行李行李处理系统采用全程跟踪的方式,对旅客行李进行跟踪定位处理。当旅客办完值机手续后托运行李进入到行李处理系统。这时行李处理系统就将对旅客行李进行跟踪。使得旅客行李的信息(包括:旅客姓名、航班号、行李的IATA条码,行李重量等信息)和行李处理系统中的行李一一对应。当行李经过集中安检设备后,PLC控制系统必须对行李继续进行严格的跟踪定位,在行李处理系统通过PLC的串口和安检设备进行行李安全属性的传递后,接收到安检系统的判读结果并把判读结果加入到跟踪行李的信息中,然后在行李分流处完成分流控制。行李跟踪方案直接牵涉到能否正确地将可疑行李进行分流,如果发生跟踪失误,未能将可疑行李分流出来,将是不能接受的故障,应该说行李跟踪是行李处理系统中十分重要和关键的控制技术。郑州机场行李处理系统采用的行李跟踪的方法,基本原理是对行李流进行仿真,再将仿真流(或理解为虚拟行李)与实际行李进行比对,这种比对实际就是对行李位置的一次严格判断,对一件行李而言,在所有比对点(实际就是在光电开关处)都成功匹配后,才能实现行李流与信息流的统一。采用此行李跟踪的方法可以高效准确的实现所要求的跟踪功能。

  结束语

  中国民用航空总局第二研究所陆续完成了贵阳、成都、重庆、西宁、郑州等十多个机场的机场行李处理系统,运行情况良好。西门子产品以其良好的品质和性能在我所开发建设的郑州机场项目中扮演着重要的角色。特别在郑州机场行李处理系统项目中,首次使用了西门子的软冗余技术,使得我所开发的行李处理系统更具有良好的性能和更好的竞争力。