西門子PLC在機場行李處理系統中運用

中國民航總局第二研究所是一個從事技術應用開發的科技型企業，其前身為中國民航總局科學研究所，1958年12月11日于北京正式成立，2000年轉制為科技型企業，劃歸民航總局空管局管理。
機場行李自動分檢系統（BHS系統）是近年來在我國民航逐步開始運用的一套物流處理系統，是現代物流技術與民航機場業務相結合的產物，這種系統在發達國家已經有比較廣泛的使用。但是進口設備存在價格高昂、本地化支持不夠等問題，不利于我國民航業的發展。為此，早在1999年，民航總局以科研及放大試驗經費投資上千萬元，在民航二所立項研發行李自動分檢系統。經過研究人員的共同努力民航二所研發的行李自動分檢系統取得的突破性成就，2004年被民航總局授予民航科技進步一等獎，2005年11月，被評為國家科技進步二等獎。開發研制的機場行李自動處理系統經專家組鑒定："能夠滿足國內機場的需求，基本功能完備，集成技術先進，效果良好，填補了國內空白，處于國內領先水平。在部分關鍵技術及性能上達到了國際先進水平，具有自主知識產權，應用前景良好"。現該項目已陸續推廣應用到貴陽、成都、重慶、西寧等十多個機場，取得良好的社會效益和經濟效益。

行李處理系統主要完成機場出港旅客行李托運包括：值機、運輸、安檢、引導方向、分揀，以及進港旅客行李運輸和提取等工作。

1、 流程

鄭州新鄭機場行李處理系統是一套高度自動化的系統，它與包括旅客、值機人員，行李搬運人員、還有機場方提供的安檢設備等構成了一個完整的旅客托運和提取行李的過程。鄭州新鄭機場行李處理系統(BHS)就是這樣一個行李處理系統,行李處理系統(BHS)主要分為離港行李處理系統和進港行李處理系統兩部分。其中，離港行李處理系統采用集中安檢方式。行李的輸送和分流由輸送機、分流器完成，行李條碼的閱讀由手持掃描儀或鍵盤完成。進港行李處理系統：行李處理系統進港行李直接由行李提取轉盤輸送。大件行李由電梯輸送。

行李處理流程如下圖

2、功能、性能要求

行李處理系統以實現最大的安全性、可靠性、易于維護為目標，操作及維護人員的安全在設備的設計、制造和使用中是首要的考慮因素。同時，為適應用戶將來可能需求增長，系統的通用性及可擴展性也是十分重要的。行李自動處理系統要求能適應每年365天，每日24小時的連續運行。

3、 控制系統分組

PLC控制系統采用分組控制，可以提高系統的整體容錯能力，同時保證系統可操作性、可維護性，使系統處于最佳的運行狀態

鄭州機場行李處理系統按設備區域和控制設備冗余備份的功能要求，整個項目劃分為A、B、C、D 4個獨立的控制組（如：圖2），每個控制組配置2個西門子S7 317-2DP控制系統，充分保證了系統的穩定性和可靠性。

系統硬件配置:

西門子PLC以其良好的品質和性能在我所開發建設的項目中扮演著重要的角色。鄭州新鄭機場是國內一個中型機場年旅客流量611萬人次/年，行李自動處理系統使用西門子S7 317-2DP 8套，采用軟冗余方式。全系統共2000余點數字量采用分布式ET200M通過PROFIBUS-DP方式接入PLC，節約了大量的線纜數量和現場施工量。系統控制大量的物流設備，主要涉及到機械設備與傳動、自動檢測與控制、編碼與識別、與計算機管理系統進行信息傳遞與交換。

另外，系統還配置兩臺HMI工作站（WINCC）、一臺信息服務與接口工作站。

網絡拓撲:

正如上面鄭州機場行李處理系統網絡結構圖所示。系統大致分為3個層次結構，第一，則是信息管理和監控層，它配置了兩臺HMI監控工作站和一臺信息服務與接口工作站，它們通過工業以太網與其他系統相連接進行必須的數據交換。兩臺HMI監控工作站采用WINCC通過CP1613卡連接到工業以太網絡中，實現行李處理系統設備監視和控制。第二，就是控制層，本系統采用4個獨立的控制組，每組采用兩個S7 317-2DP控制器并選用CP342-5通過DP口組成軟冗余系統。S7 317-2DP通過自身集成DP口與遠程ET200M連接。第三，就是設備層。主要包括：電機、光電開關、變頻器等現場設備。

根據鄭州新鄭機場行李處理系統要求，主要選用德國西門子公司的自動化控制產品來構建整個系統。

首先，因為鄭州新鄭機場行李處理系統要求系統分組必須滿足：系統電氣和機械設備有互為備份的功能，所以根據具體情況，把系統劃分為4個獨立的控制組。這樣能夠從設備層就提高系統可靠性和穩定性。保證在一組或幾組設備出現故障時，機場行李處理系統能夠繼續使用。

第二，在系統控制層上，為了保證行李系統更加穩定和可靠。我們選擇了冗余系統。但從成本考慮和工程量、程序量的大小以及機場對PLC冗余切換時間要求不高等因素考慮，最終我們選用了西門子PLC軟冗余的方式，即在本系統每組控制組中都采用兩個S7 317-2DP控制器并選用CP342-5通過DP口組成軟冗余系統。

第三，由于系統控制點分布比較分散和系統占用場地跨度過大，所以本次系統選用ET2OOM的形式，構成分布式的控制模式。這樣就能夠大大節約了現場線纜的使用量和現場布線、接線的工作量。

第四，在管理和監控層我們選用兩臺西門子的WINCC工作站，并進行冗余切換。這樣可以提高上位監控站的可靠性和保存數據的完整性。

第一，窗口控制技術：

行李處理系統傳送帶需要控制行李的間距，這對于行李自動處理系統是非常重要的。一般采用窗口技術，保證進入收集傳送帶、分檢轉盤的行李在注入中以虛擬窗口的方式進入，以使行李按一定的間距進行了排列。

第二，聯鎖控制：

所有傳送帶的運行都要受到其上下游傳送帶工作情況的影響。

下游傳送帶停止時，在行李不能轉向其他路線的情況下要通知監控站，并發出聲光信號，系統要通知上游傳送帶停止。當下游傳送帶恢復工作后，系統要按照由下到上順序啟動傳送帶投入運行。檢修狀態時可不受聯鎖關系的限制。

正常工作時，為節省能源，所有控制裝置在無行李時處于待機狀態，設備不運轉。待有行李進入系統后傳送帶投入運行。維護時，可不受待機狀態的控制。

第三，堵塞控制：

在行李傳送過程中，發生堵塞在所難免。在行李傳送帶的各環節安裝光電探測裝置，以檢測行李的輸送情況，防止行李堵塞。同時，傳送帶驅動電機設置過載檢測裝置，防止行李堵塞時損壞輸送帶或行李。

系統在輸送線的各關鍵位置設置有緊急停止按鈕，不論設備處于任何控制狀態，緊急停止按鈕功能永遠有效，這也是處理堵塞等故障時的應急操作方式。

第四，行李跟蹤

鄭州機場行李行李處理系統采用全程跟蹤的方式，對旅客行李進行跟蹤定位處理。當旅客辦完值機手續后托運行李進入到行李處理系統。這時行李處理系統就將對旅客行李進行跟蹤。使得旅客行李的信息（包括：旅客姓名、航班號、行李的IATA條碼，行李重量等信息）和行李處理系統中的行李一一對應。當行李經過集中安檢設備后，PLC控制系統必須對行李繼續進行嚴格的跟蹤定位，在行李處理系統通過PLC的串口和安檢設備進行行李安全屬性的傳遞后，接收到安檢系統的判讀結果并把判讀結果加入到跟蹤行李的信息中，然后在行李分流處完成分流控制。行李跟蹤方案直接牽涉到能否正確地將可疑行李進行分流，如果發生跟蹤失誤，未能將可疑行李分流出來，將是不能接受的故障，應該說行李跟蹤是行李處理系統中十分重要和關鍵的控制技術。鄭州機場行李處理系統采用的行李跟蹤的方法，基本原理是對行李流進行仿真，再將仿真流（或理解為虛擬行李）與實際行李進行比對，這種比對實際就是對行李位置的一次嚴格判斷，對一件行李而言，在所有比對點（實際就是在光電開關處）都成功匹配后，才能實現行李流與信息流的統一。采用此行李跟蹤的方法可以高效準確的實現所要求的跟蹤功能。

中國民用航空總局第二研究所陸續完成了貴陽、成都、重慶、西寧、鄭州等十多個機場的機場行李處理系統，運行情況良好。西門子產品以其良好的品質和性能在我所開發建設的鄭州機場項目中扮演著重要的角色。特別在鄭州機場行李處理系統項目中，首次使用了西門子的軟冗余技術，使得我所開發的行李處理系統更具有良好的性能和更好的競爭力。