（控制科学与工程专业论文）大型机场行李自动分拣系统及导入子系统研究与应用.pdf

原创性声明 l i i i ii ii i ii iill li i l l l l l l l y 1718 4 7 4 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者答名：砰日期：拉年上趾日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：睥立扯导师签各继日期：立型二年月址日 摘要 随着国内民航运输市场的快速发展，机场进出港旅客数量不断增 加，要求机场能够给旅客提供更加高效快捷的进港、离港服务，行李 自动分拣系统是其中的核心环节。行李导入系统作为行李自动分拣系 统的子系统，其导入的速度直接影响行李传送的效率，因此对行李导 入子系统的研究具有重要的意义。 首先介绍了机场行李自动分拣系统的概况和发展，并对整个系统 的结构和功能作了详细的说明。重点对行李导入子系统进行了深入的 研究： 1 对旅客值机系统的行李汇流提出了虚拟窗口的概念，并设计了 两种控制算法，w i n d o w 控制和g a p 控制。详细分析了两种算法的原 理，其中w i n d o w 控制在实际中得到了应用。 2 建立行李导入分拣机的数学模型，通过理论计算，依据电动机 运行的速度和输送带长度，获得电机运行时间的参数。采用变频调速 同步控制使行李j t 孵, j 导入行李托盘。针对电机单独控制和负载突变时 电机不能同步运行的问题，采用基于补偿的模糊p i d 控制。仿真结果 验证了该控制算法的有效性和实用性，能满足系统的需求。 3 根据行李分拣系统的功能需求分析，设计了以西门子p l c $ 7 - 4 0 0 为核心的行李自动分拣控制系统，系统的硬件模块基于现场总 线p r o f i b u s d p 网络实现通讯，使用分布式i o 模块对现场设备进 行控制。系统软件分为下位控制和上位监控两部分。下位采用基于设 备的模块化编程，大大提高了程序的可读性和通用性。上位基于 晰n c c 组态软件平台和全局脚本程序，实现了行李输送的全程监控。 最后，总结了所做的研究工作，对目前行李自动分拣系统中其它 的问题进行了简单的分析，对未来研究方向进行了展望。 关键字：分拣系统；虚拟窗口；变频调速；多电机同步 a b s t r a c t 晰t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd o m e s t i cc i v i la v i a t i o nt r a n s p o r t m a r k e t ，t h en u m b e ro fp a s s e n g e r sa r r i v i n ga n dd e p a r t i n gt h ea i r p o r ti s i n c r e a s i n gw h i c hr e q u i r e st h ea i r p o r tc a np r o v i d em o r ee f f i c i e n ta n d f a s t e r s e r v i c e b a g g a g eh a n d l i n gs y s t e m ( b h s ) i st h e c o r ep a r t b a g g a g e i n d u c t i o ns y s t e mi sas u b s y s t e mo fb h sa n di t si n d u c t i n gs p e e dd i r e c t l y i m p a c tt h ee f f i c i e n c yo f t h eb a g g a g ed e l i v e r y , s or e s e a r c h i n gt h eb a g g a g e i n d u c t i o ns u b s y s t e mi so fg r e a ts i g n i f i c a n c e f i r s t l y , g e n e r a l s i t u a t i o na n dd e v e l o p i n gt r e n do fb h sw a s i n t r o d u c e d 。a n dt h e nt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h ew h o l es y s t e mw e r e d e s c r i b e d b a g g a g ei n d u c t i o ns y s t e mw a sd e e p l y s t u d i e da sf o l l o w i n g ： 1f o rt h eb a g g a g ec o n v e r g e n c ei nc h e c k i ns y s t e m ，t h ec o n c e p t o fv i r t u a lw i d o ww a sp r o p o s e da n dt w oc o n t r o la l g o r i t h m s ，w i n d o w c o n t r o la n dg a pc o n t r o l ，w e r ed e s i g n e d t h ep r i n c i p l e o ft h et w o a l g o r i t h m sw a sa n a l y z e da n d w i n d o wc o n t r o lw a sa p p l i e di np r a c t i c e 2t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h eb a g g a g ei n d u c t i o ns o r t i n gm a c h i n e w a se s t a b l i s h e d b a s e do nt h es p e e do fm o t o ra n dt h el e n g t ho fb e i t , p a r a m e t e r s o fm o t o rr u n n i n gt i m ew e r eg o tt h r o u g ht h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n s b a g g a g ec o u l db eg o ti n t ot r a ys u c c e s s f u l l yb ya d o p t i n gt h e f r e q u e n c yc o n v e r t e rs y n c h r o n i z a t i o nc o n t r 0 1 a i m i n ga tt h ep r o b l e mt h a t m o t o rc o u l dn o tr u ns i m u l t a n e o u s l yw h e nm o t o rw a ss e p a r a t e l yi nc o n t r o l a n dl o a d sw e r es u d d e n l yc h a n g e d ，a n o t h e rm e t h o do ff u z z y - p i d c o m p e n s a t o rw a sp r e s e n t e d s i m u l a t i o n r e s u l t si l l u s t r a t e dt h a tt h e e f f e c t i v e n e s sa n dt h ep r a c t i c a b i l i t yo ft h em e t h o dw h i c hc o u l ds a t i s f yt h e n e e d o ft h es y s t e m 3a n a l y z i n gt h er e q u i r e df u n c t i o no ft h eb h s ，b h sc o n t r o ls y s t e m h a db e e nd e s i g n e dw h i c ht o o ks i e m e n sp l cs 7 - 4 0 0a st h ec o n t r o lc o r e 砀eh a r d w a r em o d u l e sr e a l i z e dc o m m u n i c a t i o nb a s e do nf i e l db u s p r o f i b u s - d pn e t w o r k , a n dd i s t r i b u t e di om o d u l e sw e r eu s e d t o c o n t r o lt h ef i e l dd e v i c e s t h es y s t e ms o f t w a r ec o n s i s t e do ft w op a r t s ， u n d e r - c o n t r o la n dh o s tm o n i t o r i n g b e c a u s eo fm o d u l a rp r o g r a m m i n gi n p l c b a s i n go ne q u i p m e n t ，t h er e a d a b i l i t ya n dv e r s a t i l i t yo fp r o g r a m w e r e i i i 目录 第一章绪论l 1 1 课题的背景及其意义1 1 2 国内外研究的现状2 1 3 论文研究内容的章节安排5 第二章机场行李自动分拣系统组成及功能7 2 1 系统的结构7 2 1 1 离港系统7 2 1 2 到港系统9 2 2 离港系统的功能描述1 l 2 2 1 旅客值机子系统1 l 2 2 2 安检信息子系统1 l 2 2 3 中转行李处理子系统。1 2 2 2 4 早到行李存储子系统1 2 2 3 本章小结1 3 第三章行李自动分拣系统的虚拟窗口技术1 4 3 1窗口技术1 4 3 2 虚拟窗口技术1 5 3 2 1w i n d o w 控制1 5 3 2 2g a p 控制16 3 3 虚拟窗口的实现1 7 3 3 1w i n d o w 控制的实现1 7 3 3 2g a p 控制的实现1 9 3 4 本章小结。2 0 第四章行李导入子系统的电机同步控制2 l 4 1 导入系统的数学模型2 l 4 2 多变频器异步电机的同步控制2 5 4 2 1 异步电机的调速原理2 5 4 2 2 导入子系统电机的同步控制一3 0 4 2 3 基于补偿原理的模糊p i d 控制3 3 4 2 4 改进后的电机同步控制3 6 4 3 仿真与分析。3 9 4 4 本章小结。4 0 第五章行李自动分拣系统硬件和软件设计。4 l 1 硬件设计4 l 5 1 1 电气部分选型4 l 5 1 2p l c 控制系统的设计4 4 2 软件设计4 5 5 2 1s t e p 7v 5 4 软件介绍。4 6 5 2 2w i n c c 组态上位监控系统4 7 5 2 3 下位软件结构4 9 5 3 本章小结5 3 第六章总结与展望。5 4 6 1 总结5 4 6 2 展望5 4 参考文献。5 6 至| 【谢6 l 攻读学位期间主要的研究成果6 2 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的背景及其意义 第一章绪论 我国民航事业的发展令世人注目，其以总周转量年均增长1 8 ，旅客运输 年平均增长1 6 ，货物运输量年平均增长1 6 高速发展，2 0 0 9 年全行业航空运 输总周转量达4 2 7 1 亿吨，实现了超过两位数的高速增长【。到2 0 2 0 年，伴随我 国全面建成小康社会，民航强国初步成形；到2 0 3 0 年，全面建成安全、高效、 优质、绿色的现代化民用航空体系，实现从民航大国到民航强国的历史性转变， 成为引领世界民航发展的国家。 交通工具首要考虑的是旅客的人身安全，因此航空公司飞行的安全记录是旅 客选该航班的重要因素。在保证安全的前提下，航空公司的服务质量是吸引旅客 的又一重要因素。航空公司的服务包括很多方面，其中免费、安全给旅客托运符 合标准尺寸的行李是一项很重要的内容。根据国际航空协会的规定，旅客和自己 的行李必须同时到达同一目的地，这样对机场的行李分拣系统分拣的可靠性、输 送的及时性提出了很高的要求【2 】。 本课题来源于国内某大型机场行李自动分拣控制系统项目，该机场作为我国 华东地区最大的机场之一，扩建之前，该机场旅客吞吐量超过千万，远高于该机 场承载能力，长期处于超负荷运转状态。扩建之后，该机场旅客吞吐量将达3 0 0 0 万人次，比目前多一倍。该机场采用的行李自动分拣系统与国外一家公司合作共 同研究的，达到了设计要求，能完成旅客行李的交运、传送和自动分拣，是上海 世博会期间配套设施之一。 先进的自动分拣技术以前一直由国外发达国家掌握，目前国内大型机场使用 的行李自动分拣系统大部分都是引进国外的成套系统，虽然性能不错，但是价格 昂贵。例如2 0 0 8 年北京机场3 号航站楼行李分拣系统采用德国西门子系统，费用 高达几十亿元人民币。2 0 0 6 年上海新浦东国际机场2 号候机厅的行李分拣系统采 用英国f k i 公司的技术，整个合同额为数千万美元。所以我国急需有自主知识产 权的行李自动分拣产品，来降低机场建设成本，构建我国完整的民航产业体系【3 j 。 该机场对我民航产业的发展有极其深远的意义。 2 0 0 8 年经济危机爆发后，国家投资四万亿人民币来拉动经济的发展，其中， 近一半的投资用于铁路、公路、机场和城乡电网的建设。最近两年，国内有大大 小小几十个机场要扩建，对我国目前行李自动分拣系统处在比较落后的状况既是 机会又是挑战。欧洲一些国家像德国、荷兰、丹麦在行李分拣这方面比我国起步 制技术的发展，自动分拣系统近年来取得到了长足的进步。由于大量采用计算机 控制技术，自动分拣系统可以实现高效、准确的物件分拣工作，广泛运用在航空、 邮政、烟草等行业，发挥着巨大作用。 现代化物流水平作为一个衡量国家综合实力的重要因子。其包括很多环节， 例如物品的配送、存储、包装等。在整个系统中，物品的配送占有重要的位置， 而分拣系统又是配送系统的核心部分。 分拣系统的研究主要包括两部分内容：分拣策略和路径的研究以及分拣设备 的研究。目前对于分拣策略的研究较多，但可以这么说后者比前者更基础，本文 第三章窗口技术和第四章电机同步的研究属于前者。 国内外对分拣策略和路径的研究主要有r o o d b e r g e nk j ，r u m m e ljl 对过 道仓库进行研究 4 1 ，实质也就是对物品存储路径的研究，通过最短路径来获得最 高的效率。l i nc h e h u n g ，l ui n a n - y u a n 对配送中心订单分拣策略进行研究 5 1 ，提 出了分拣策略的确定要分步走，首先将所有的订单分为五类，然后通过计算机模 拟来确定适合每一类订单的分拣策略。g e r a l da 对分拣、存储和路径这三个因素 在订单分拣行程中的影响【6 】，比较全面的从影响分拣效率的三个因素来研究。 r u m m e ljl ，d a n i e l srl 对仓库订单分拣进行研究【7 】，对分拣的物品通过不同的 排列组合来提高分拣的效率。文坚、马士华提出的分批策略根据时间延迟思想， 综合考虑了分拣和包装环节的效率，提出一种动态视窗设计与判断方法，解决了 2 硕士学位论文第一章绪论 因实时窗口分批不平衡而导致的时间等待等问题，从而保证分拣系统中货物的连 续性和均衡性【8 】。王国维、周晓光提出供包机对包裹分拣机分拣效率的研究【9 】， 决定分拣效率的不仅仅是分拣机的分拣的速度，物品导入分拣机的因素也至关重 要，即分拣机上物品的数量的多少。李诗珍等人研究了分拣方式决策【l o l ，即配 送中心最基本的货拣作业方式，单个订单捡取和批量捡取两种，采用哪种拣货方 式效率更高、成本更低。 对分拣设备的研究，邮局分拣系统中王文胜依据包裹的分拣设计了悬挂式分 拣控制系统，该系统的优点是整机的效率高、抗干扰能力强、故障率低等f l l 】。随 着机械设计和制造的发展，用于分拣搬运的机器人设计也日趋成熟，应用日益广 泛，并且精度和效率越来越高【1 2 】。目前国内大型枢纽机场的扩建，新候机楼与 原候机楼之间有一定距离，为了保证行李能及时输送，许多机场采用高速的目的 编码小车。物流系统中分拣系统应用最早、普及最广、技术最成熟的是邮政领域。 目前国内外针对该领域研制了适用不同场合的分拣设备。比较先进的有图像识别 分拣系统，语音识别分拣系统【l 习；常见的有悬挂式分拣系统和推块式分拣系统。 随着国家之间的合作交流日益密切，国外越来越多较高技术含量的自动分拣设备 进入中国市场。 国外的民航业发展较早，尤其是一些欧洲国家，民航产业体系结构完整，各 个环节技术比较成熟，并且在行李白动分拣系统的研究上采用的研究方法也较 多，取得了突出的成绩。与此对应的是我国技术比较落后，目前国内大型机场的 绝大多数行李自动分拣设备都依赖进口。分拣机作为机场行李分拣系统的核心部 分，其工作方式大致有两种：推杆式行李分拣系统和翻碟式行李分拣系统。推杆 式行李分拣系统构成、电气控制简单，主要适用于中、大型机场；翻碟式行李分 拣系统的处理能力强，但是控制相对复杂，难维护。主要适用于特大型枢纽机场。 该机场采用的翻碟式行李分拣系统。两种分拣机示意图如图1 1 和图1 2 所示。 图1 1 推杆式分拣机图1 2 翻碟式分拣机 丹麦是世界上生产民航分拣机最多的国家，该国的c r i s p l a n t 公司又是最 大的分拣机生产公司，该公司从2 0 世纪9 0 年代以来，完成了最先进的直线电机驱 3 范德兰德公司合作，开展机场行李自动处理系统的研发工作，其首个项目成都双 流国际机场行李自动分拣系统于2 0 0 4 年启用。 行李自动分拣系统中行李导入分拣机时，为了满足工艺的需要，电机之间采 用同步控制。保持多电机的协调运转常用两种方法：机械方式和电方式。 机械协调控制同步传动时，由于机械连接简单、牢固可靠，因此得到较多应 用。其控制的原理是当一个负载单元有扰动时，其产生的扭矩通过机械转动传送 到传动轴上，使得传动轴转速发生变化，从而带动其它单元转速发生变化来实现 电机的同步。一般这种机械式同步控制通过齿轮、皮带、凸轮、链条或者蜗杆蜗 轮来传递动力改变转速比【1 4 1 。机械方式实现电机同步的缺点由于链接结构多， 形成了含有多处误差的累计，加上长期的机械摩擦很容易影响系统的精度、缩短 机器的寿命。 电方式的多电机协调控制主要深入到速度的研究，为需要统一动作的多电机 提供协调控制技术，涉及的领域主要有军事、航空以及一般工业技术等。电方式 多电机同步控制技术主要有两种控制策略：交叉耦合控制和非交叉耦合控制【1 5 1 。 交叉耦合控制是指多电机系统中各电机的动态性能可以相互影响；非交叉耦合则 认为多个电机之间的动态性能不会相互影响，彼此具有一定的独立性。相对机械 方式的同步，电方式的多电机的协调传动控制优点是无累计误差，使用范围基本 4 硕士学位论文第一章绪论 上不受限制，使用方式灵活。 目前电方式的同步控制技术在工业应用中，p l c 常被用来作为控制系统的核 心【1 6 1 。一般的同步控制系统主要由控制器、驱动器以及检测机构组成。随着异 步电机中先进控制算法( 矢量控制、直接转矩控制) 的出现加上变频器的发展，使 得异步电机具有良好的调速特性，因此变频器加异步电机的模式被广泛的应用于 同步控制的传动系统。 基于p i d 的多电机同步控制算法是实际工业控制中应用最广泛的一种同步 控制算法，除了传统的p i d 控制算法之外。近年来有许多研究多电机同步控制的 工作者把模型参考自适剧用、h o o 控制【1 8 】、滑模变结构控制【1 9 1 、模糊控制【2 0 】、内 模控制【2 l 】、神经网络【2 2 】等大批的现代控制方法引入其中，并取得了很好的控制 效果。 文献 2 0 】将模糊控制用于多电机的协调控制中，并利用自适应来加强鲁棒 性。该控制算法解决了模糊控制器参数自适应调整算法的复杂性与多电机协调控 制系统对实时性的高要求之间的矛盾。经仿真获得了动态特性好、跟踪能力强、 超调量小等特性。文献1 2 1 1 将内模控制与带补偿器的串联同步方案相结合，提高 了电机的抗干扰性，得到了较理想的同步结果。 模糊控制系统不依赖于精确的数学模型，适用于多输入多输出的强耦合性、 参数的时变性和非线性复杂系统或过程的控制。模糊控制中的知识表达、模糊规 则和合成推理是基于的专家知识或者熟练操作者的成熟经验。模糊控制系统的核 心是模糊控制器。而模糊控制器均以计算机为主体，因此它兼有计算机控制系统 的特点。对控制对象的干扰具有较强的抑制能力。 滑模变结构控制、h o o 控制虽然效果比较好，但是由于算法复杂，在应用中 有一定的难度。针对这一问题，本文对电机同步控制采用基于补偿的模糊p i d 控 制算法。 1 3 论文研究内容的章节安排 本课题以国内某机场行李自动分拣系统为研究对象，介绍国内外行李分拣研 究的现状，详细描述了行李分拣系统的组成和各部分的功能。对行李合流难以控 制采用虚拟窗1 3 控制的方法，并对w i n d o w 控制和g a p 控制原理作了详细的说明。 针对行李分拣系统的工艺特点，设计控制系统的硬件( 主要是设备的选型) 和软件 结构( 模块化编程和脚本) 。重点研究了行李导入分拣机的电气控制，对导入系统 所需电机同步采用基于补偿的模糊p i d 控制。根据以上研究的内容，论文的主要 章节内容如下 第一章：概述课题的背景及其研究的意义，介绍行李分拣系统发展以及国内 5 加简洁易操作。 第六章：对机场行李自动分拣系统及其导入系统予以总结，说明其先进性和 可行性，并提出行李分拣系统中所需完善的一些问题。 6 硕士学位论文 第二章机场行李自动分拣系统组成及功能 第二章机场行李自动分拣系统组成及功能 行李分拣系统( b a g g a g eh a n d l i n gs y s t e m ) ，又称b h s ，是指对旅客的行李进 行集中统一传送、分拣与处理的一套自动化系统，集计算机、工业控制网络、p l c 及电气控制于一体【2 3 1 。行李分拣系统( b h s ) 控制离港和到港两个系统的设备，采 用信息网、控制网和远程i o 链路三级控制结构【2 4 】。随着国内航空市场的快速发 展，机场进出港旅客数量的增加，运输系统对行李分拣系统的处理能力提出了越 来越高的要求，越来越多的机场开始使用行李自动分拣【2 5 1 。对于人工分拣系统 而言，行李自动分拣系统具有故障率低，处理速度快，所需的人员少等优点。 2 1 系统的结构 机场行李分拣系统可分为两个功能性系统：离港系统和到港系统。 行李分拣系统的控制图如图2 1 所示。 2 1 1 离港系统 4 2 1 行李分拣系统控制图 离港控制系统( d e p a r t u r ec o n t r o ls y s t e m ) ，简称d c s ，是提供航班值机、航 班控制、登机操作、平衡数据、数据维护和综合信息服务等功能的大型实时计算 机系统，是现代化机场必备的信息系统之一【2 6 1 。离港系统又称机场旅客处理系 统，是机场为旅客办理值机手续的关键计算机信息系统，具有离港控制、航班旅 客信息提取和处理、超重行李处理、登机牌、行李牌打印等功能。 离港控制系统是离港系统的推广使用，有利于提高民航的整体服务水平和工 7 功能 为航 。在 一个 统是 好的 主机 系统。当与主机联系中断时，可使用本地值机系统。 ( 3 ) v i d e c o m 公司的s e a t s 系统，是基于微机局域网平台的离港前端系统， 前端具有较好的人机界面和较强的本地值机功能【2 7 】。后台通过主机指令与主机 相连，具有热备份功能。 ， 该机场采用c u t e 共用平台系统，支持多主机离港系统的访问和连接，可实 现对中国航空信息离港系统主机以及外航离港系统主机的访问和连接。 目前，该机场离港系统的机场旅客服务、公共平台论证、联程通讯机制三大 部分的指令及与c i ，c x ，b r 的联程运行已完毕，c u t e 平台测试已完成s i t a 论 证，并获得在此平台的安装许可证书。该离港系统除具有传统d c s 的功能外，还 具有如下其它主要功能特色： ( 1 ) 签证信息的电子和实时性 应民航局要求，各承运人在旅客离港前必须进行护照信息与所在国离港系统 的交互，并在入境前确认。该离港系统可通过护照扫描系统读取的信息，按要求 实时自动发往对方。 ( 2 ) 航站网络的无受限性 离港系统的数据传输，通常受通讯网络和线路的限制较大，该机场离港系统 在体系结构和通讯协议上做了大量的工作，并取得了重大进步。一般在通讯不畅 或较偏僻的地带，借助互联网、g p r s 等资源即可开展此项工作，无需另外投资 改造通讯网络系统。 ( 3 ) 黑名单监控的有效性 现场办理值机时，通过身份证号或者护照号匹配旅客黑名单信息，给值机员 以提示，并向公安、边防等有关部门实时发出消息警示，有效地防范一些企图逃 逸、危害社会或对本公司造成不利的客人，避免承运人被罚款。 ( 4 ) 服务功能的多样性 随着航空公司旅客服务的多样性，离港系统已能在柜台值机时与常旅客、电 8 硕士学位论文第二章机场行李自动分拣系统组成及功能 子票等系统进行实时交互，完成旅客在离港柜台的快速登记注册、里程银行的电 子化消费、电子票的使用等，为旅客提供了方便、快捷的服务手段。另外，系统 提供了完整的收益管理数据，是公司商务信息系统极其重要的组成部分。 与现有使用的离港系统相比，该机场离港系统除支持航班值机、航班控制、 登机控制( 支持磁条登记牌和条形码登机牌) 、行李分检、系统内部各机场之间的 旅客联程处理、与外航离港系统的联程处理、收发离港全部标准的i a t a 报文、 与各机场之间的信息共享外，还具有以下主要技术特征： ( 1 ) 在国际通用标准平台上开发，保证了全球值机工作的顺利展开，网络通 讯协议得以改进，使值机快速、安全； ( 2 ) 能自动识别和输入护照、签证、旅客信息，扩大了系统的应用范围；实 现了国际化的多语言支持和字符、图形的多样化； ( 3 ) 系统的响应比传统的速度快了5 倍，柜台交易指令的处理响应时间在全 球范围内不低于0 3 s ，系统可存储的旅客信息容量扩大了1 2 0 倍： ( 4 ) 能实现与电子客票系统、财务系统的无缝连接。 离港系统的控制图如图2 2 所示。 i 机场计算机系统 l ( a i s ，c i s ，i ) c s ) 图2 - 2 焉港系统控制图 从图2 2 可知离港系统需要与其他系统的相互配合以及协作。如安检系统、 消防报警系统、c c i w 监控系统等。各个系统相互配合协作自然少不了系统之间 的通信，常用的一般采用工业以太网或现场总线，对一些数据量小、距离近的可 以直接走硬接线。 2 1 2 到港系统 到港系统是指从飞机上卸下的行李送到到港转盘，以便旅客自行提取的一套 输送系统。相对离港系统，到港系统要简单的多，主要体现在与机场其它系统的 9 能 事 威 原 非公共区 图2 - 3 原有到港系统示意图 原有的到港系统图如图2 3 所示，图中虚线上面的是公共区，公共区即旅客 可以自由活动的区域。虚线下面的非公共区，即只允许工作人员进入该区域。原 有的到港系统，旅客的行李从飞机卸下由货运小车运到非公共区，工作人员把行 李放上到港转盘，行李由非公共区流向公共区，旅客可以在公共区取走自己的行 李。按照上面的设计，如果旅客没有及时拿走行李，行李又会流到非公共区，这 样恐怖分子就会有机可乘。为了消除安全隐患，现在的到港系统采用图2 4 所示 的设计方式，行李不会从公共区流到非公共区。 非 图2 - 4 改进后到港系统示意图 改进后的到港系统整个到港转盘都在公共区，行李通过传送带把行李从非公 共区送到公共区，并且行李不会流回非公共区。这样就可避免未经过安检的可疑 行李回流到非公共区，消除安全隐患。 到港系统的控制图如图2 5 所示。由图2 5 可知，与离港系统相比，到港系统 与之相关的系统比较少，由于少了与机场计算机系统和安检系统的关联，到港系 统的信息量大大减少。因此不管前期的设计还是后期的现场施工，到港系统比离 港系统容易得多。下面就与离港到港系统相关的系统做简单介绍： 消防报警系统：将消防报警信号传递给b h s ，行李分拣系统对报警做出相应 的处理。 1 0 硕士学位论文第二章机场行李自动分拣系统组成及功能 防火安全门：如果消防报警系统有火警信号过来，防火安全门要及时关闭， 防止火势蔓延。 c c t v 系统：通过摄像头把现场画面送到液晶屏幕上用于对b h s 设备进行监 控。 团圆 图2 5 到港系统控制图 2 2 离港系统的功能描述 离港系统包括旅客值机子系统，安检信息子系统，早到行李存储子系统，中 转行李处理子系统，大件行李处理子系统掣2 羽。各系统之间相互关联互相影响， 任何一个子系统出了问题都会影响到航空公司的声誉、航班正常起飞，如果安检 信息系统有问题，后果不堪设想。 一 2 2 1 旅客值机子系统 旅客值机系统( c h e c k - i n ) 是一套自动控制和记录旅客登机活动过程的系 统。它记录旅客所乘座的航班、航程、座位号等情况，记录附加旅客数据( 如行 李重量、中转航站等1 。它可以顺序接收旅客、候补旅客，也可以选择接收；旅 客也可以一次办理多个航班的登机手续。值机区域是乘客登机办理手续的地方， 包含值机线和行李收集线。值机线均由称重贴标签输送机、安检输送机及过渡 输送机三部分组成。称重贴标签输送机包括称重和扫描装置( r f i d 行李标签打 印) 【2 9 1 ，在值机柜台上装有两块显示屏，分别供操作员及旅客查看行李信息。通 过值机柜台操作面板上的按钮，操作员能够完成旅客值机运行。 2 2 2 安检信息子系统 安检信息系统是一种针对机场安全检查工作全方位的网络管理模式，是一种 可行的、可实现多域交叉管理的技术方案。安检系统是对行李安检x 光机检查系 硕士学位论文 第二章机场行李自动分拣系统组成及功能 统、电视监控系统、旅客信息系统进行整合集成的系统。主要用于接收从x 光机 出来的行李安检状态信息。在安检计算机系统和b h s 高端控制系统之间有一个数 据接口用于接收与行李安检相关的信息。安检信息系统的建设目的是将旅客交运 行李安全检查、旅客证件检查、旅客人身安全检查、旅客手提行李安全检查和旅 客登记验证等安检各个岗位之间的工作信息进行整合，实现对旅客及行李安全检 查的勤务安排、量化、绩效、协同工作、设备维护管理、安全关系人等方面的信 息化。此外，通过整合旅客的离港信息，在上述安检信息之间，建立起基于旅客 的相互关联，便于安检管理人员能够对空中紧急情况及其突发事件，做出快速响 应。目前机场行李安检方式可分为集中安检和分散安检，集中安检即将所有交运 行李从值机柜台运送至行李机房x 光机处，进行统一检查；分散行李安检方式即 将交运行李统统分散在各个值机柜台的x 光机处进行检查，发现问题可立即通知 旅客。 2 2 3 中转行李处理子系统 中转是指航空公司将航班资源进行有效地组合，形成航线网络，将旅客从始 发地经一个或多个中转地运送至目的地，同时可以最大限度地发挥航空运输方 便、快捷的优势，给旅客提供更多的便捷和实惠，是民航针对购买联程机票的旅 客而开展的空地一条龙服务。从售票这一环节开始，每个部门都会把中转旅客的 姓名，人数、换乘航班情况通知后续部门。中转旅客到达换乘机场后，只需在到 达大厅找到中转服务柜台，便会有专人协助其提取行李、办理后续航班登机手续， 通过安检。中转托运的行李，机场工作人员先把行李送上中转输送线，通过中转 输送线行李到达早到行李存储线。当中转的下一航班开通后，启动早到行李存储 线，行李送上分拣机，通过扫描条形码，行李送到相应的离港转盘。 2 2 4 早到行李存储子系统 目前国内大部分小型机场没有早到行李存储子系统，所以该航班在开放之前 旅客不能办理值机手续，这样给旅客带来很多不便。国内外一些枢纽机场都已经 设有早到行李存储线，未开放航班的行李通过分拣机送到早到行李存储线先存储 起来。等该航班开放后，首先把存储线上的行李送上分拣机，再通过分拣机把行 李送到与航班对应的离港转盘，最后由机场工作人员将行李送到相应的航班上。 为了充分利用空间，尽可能存储更多的行李，早到行李存储子系统的早到行李存 储线分为上下两层，每层有5 条存储线，每条存储线由3 条输送带组成，每条长3 0 米。整个系统有两个存储区，所以即使在客流高峰期，早到行李存储系统也能应 付过来。 1 2 硕士学位论文第二章机场行李自动分拣系统组成及功能 2 3 本章小结 本章主要分析了机场行李自动分拣系统的组成方式，阐述了机场离港系统， 到港系统的功能以及作用，通过离港系统、到港系统关系框图说明了与分拣系统 有关的其它系统。系统中的各个子系统联系紧密，其中任何一个环节出差错都会 影响分拣的效率，更严重的甚至会延误航班。通过对行李分拣系统各个子系统功 能的描述，对整个行李自动分拣系统有了更深的认识。行李分拣系统是一个集计 算机、工业控制网络、p l c 及电气控制于一体复杂的系统。 1 3 李送到离港转盘或者分拣机。 行李到达过渡皮带末端，当光电检测装置检测到行李后，向系统预约窗口， 预约窗口到达过渡皮带时，过渡皮带启动把行李送入收集带。如果行李没有预约 窗口或者其他柜台先预约，即使该过渡皮带前有空窗口经过，行李也不能导入输 送带，这称为“窗口保留策略 。 窗口保留策略对值机系统的性能，各值机柜台的优先级有明显的影响。运用 合适的窗口保留策略可以使值机柜台和输送带效率达到最大，并使得各值机柜台 1 4 硕士学位论文 第三章行李自动分拣系统的虚拟窗口技术 的优先级相同。下面介绍两种窗口保留策略： 策略l ：静态窗口保留策略 各个值机柜台设备相同，把每个值机柜台平等看待，认为在相同的时间内每 个值机柜台值机的人数相同，即每个值机柜台值机的概率一样。静态保留策略认 为所有的行李信息和值机岛的状态都是明确的，并在这个确定的前提下产生。而 现实中在那个柜台值机是乘客自己决定的，故行李不能按假设的时间到达过渡皮 带末端。所以对一个随机离散的系统，静态窗口保留策略不能很好的符合系统的 特性，所以在实际中不予采用。 策略2 ：动态窗口保留策略 动态调度的窗口保留策略是把窗口的需要看成一个动态过程，把旅客的值机 看着突发事件，旅客在哪个柜台值机是随机的，这正好符合随机离散系统的特性， 行李的到达是随机的可以看着突发事件。 动态调度策略是指系统在任何情况下采取措施对应系统中的动态或异常事 件。动态窗口的保留策略是指值机岛在任何情况下将采取措施应对系统中各个值 机柜台的动态窗口需求。下面介绍的w i n d o w 控制和g a p 控制都属于动态窗口保 留策略。在实际应用中，这两种方法能既能使值机岛较好地适应实际的动态环境， 又可保证系统的稳定性。 3 2 虚拟窗口技术 虚拟窗口是指根据已知条件，用虚拟的线框来规定物品所处的具体位置，这 样可以提高控制的灵活性和节省成本。行李分拣系统中的虚拟窗口就是按相关的 算法把行李输送带分割成许多小段，每一小段上分配一件行李。目前，虚拟窗口 的算法有两种，国内外用的比较多的一种是固定视窗控制，又称w i n d o w 控制【3 1 1 。 另一种是等间距视窗控制，又称g a p 控制。 3 2 1w i n d o w 控制 w i n d o w 控制在跟踪的输送带上划分长度相等的小段。电机的转动带动输 送带一圈一圈循环运行，我们需要确定划分窗口的起始点，并依据皮带运行的速 度( 矿) 、行李的长度( 口) 和每小时行李的输送量( 刀b p h ) 来确定窗口的长度( ) ，工 的大小与皮带的长度无关。w i n d o w 控制简单示意图如3 2 所示。 如图3 2 所示，在需控制的输送带上，每一个虚拟视窗的大小都是一样大的， 当我们在输送带上划定虚拟视窗的大小以后，我们要确定的“窗口 在某一时间 内达到某一具体位置，就如同我们在输送带上摆放上等尺寸的筐子，当筐子即窗 1 5 硕士学位论文第三章行李自动分拣系统的虚拟窗口技术 口运动到某一位置，按照具体的算法，可以让这个位置的机构提前响应并动作， 完成一个规定的任务。 从图3 2 可知，输送带上划分为长度为的窗口。随着皮带的转动，窗口也 跟着往前走，各过渡输送机前对应的窗口编号也不断的更新。从现场实际运行的 情况来看，窗口起始位置的划定很重要，位置划得不恰当，有些值机柜台申请不 到窗口，导致行李不能送上输送带。实现w i n d o w 控制的方法很多，对于不同的 实现方法，其控制效果也大不一样。 一 多 一 ， _ n 一 l jrirl 。l- i l - 一厶 ，r 一厶一一厶 一：一ll 3 2 2 g a p 控制 输送带运行的方向 图3 - 2w i n d o w 控制示意图 g a p 控制根据行李的长度来自动调整虚拟窗口的长度，虚拟窗口的长度等于 行李的长度加上行李之间的间距( 6 ) 。根据g a p 控制的定义，行李输送线运行过 程中，行李依据预约的窗口依次导入的，以行李大小划分虚拟视窗后，在输送线 上运动相邻两件行李的分界是两件行李之间的虚拟视窗间的固定距离。在实际应 用中，我们要精确算出行李在输送带上的位置和行李导入的时间。w i n d o w 控制 虚拟窗口的长度必须大于最大行李的长度，所以相对w i n d o w 控制而言，g a p 控 制的效率更高，但是g a p 控制实现比较复杂，并且还需要增加相应的硬件，这 样无疑相应提高了系统的成本。g a p 控制示意图如3 3 ，b 为相邻行李之间的距 离，黑色长方形代表行李，数字为值机柜台的编号。 送带运行的方向 图3 - 3c a p 控制示意图 1 6 硕十学位论文 第三章行李自动分拣系统的虚拟窗口技术 3 - 3 虚拟窗口的实现 控制虚拟窗口恰当地满足系统需要的关键是在动态的输送体系中精确计算 出匹配的时间，考虑到信息通讯、电信号传输以及机械动作等滞后因素，采用提 前时间段响应技术，使每个运动中的虚拟窗口与其它系统因子能够精确匹配。虚 拟窗口是行李从值机柜台进入收集带并保证行李与行李互不相撞的重要条件，假 如没有虚拟窗口，那么从值机柜台导入的行李与行李之间可能发生碰撞，造成行 李的损坏或旅客行李的丢失，更严重的是行李的堵包会导致输送带不能运行，从 而引起航班的延误。 3 3 1w i n d o w 控制的实现 w i n d o w 控制是固定窗口长度( ) ，依国际航空运输协会规定，机场对托运 行李有一定的要求，标准行李的规格如表3 1 。 表3