【摘 要】机场行李处理电气控制系统基于工业级可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的分布式架构，采用分层分布结构，分为现场设备层、控制层和管理层。系统配置了高精度传感器与伺服驱动装置，集成了多重安全防护机制，采用混合控制架构与比例-积分-微分（Proportion Integral Differential，PID）算法，具备200 ms级故障响应能力。经测试，该系统处理能力达3 000件/小时，分拣准确率99.8%，系统可用率达99.5%，符合IP54防护等级标准，实现值机至装机全流程以及全流程自动化处理与信息可追溯。
【关键词】机场行李；处理系统；电气控制；行李处理
引言
机场行李处理系统需满足高可靠性要求，因此采用了分层分布的电气控制结构，设计中包含冗余配置的多级安全防护体系，并采用模块化的控制单元，系统每小时可处理3 000件行李，可用性达到99.5%，能确保行李全程自动化处理及信息可追踪。本文通过分析各类行李处理系统的分拣方式及技术特点，为机场行李处理系统的规划建设提供技术参考。
一、系统总体设计方案
（一）系统功能需求分析
机场行李处理系统须具备每小时处理3 000件行李的能力，系统可用率不得低于99.5%。系统须确保行李无损运输，并配置急停装置与防撞保护措施。为适应不同的运行需求，系统应支持自动分拣、人工干预及应急处理三种运行模式。电气设备需符合IP54防护等级标准，以适应机场复杂环境。此外，系统须具备自动故障诊断功能，并实现快速恢复，同时须预留容量扩展空间，支持与机场其他信息系统进行数据交换。为确保控制系统的稳定性和高效性，系统选用西门子S71500系列工业级PLC作为核心控制器。该PLC采用模块化设计，具备高速处理能力和强大的通信功能，并配备大容量存储卡以确保数据安全。相较于三菱FX系列和欧姆龙CP1系列，该PLC在处理性能、扩展能力、通信功能、系统稳定性及编程便捷性等方面均具有显著优势，能够更好地满足机场行李处理系统的严格要求[1]。
（二）系统架构设计
机场采用的行李处理电气控制系统架构为三层分布式，涵盖现场设备层、控制层与管理层。现场设备层由高精度且不同种类的传感器、执行机构、输入/输出（Input/Output，I/O）模块构成，承担实时采集数据以及驱动设备的职责。该层传感器采样周期需满足小于等于10 ms，以保障行李定位精度±2 mm；控制层核心为西门子S71518F PLC，配置有冗余中央处理器以及PROFINET通信模块，借由环形拓扑网络达成各子系统之间的协同工作，网络延迟小于50 ms且支持32轴同步控制；管理层部署数据采集与监视控制（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）系统与结构化查询语言数据库达成全流程可视化跟踪以及数据分析工作，数据更新周期设定为1 s。
系统运用模块化设计，各功能单元能够独立运行并且通过工业以太网相互连接，使得单点故障不会对整体运行产生影响，如分拣机、输送带这类关键设备采用双回路供电和热备控制策略，切换时间小于20 ms。通信网络遵循IEC 61850标准，主干网带宽为10 Gb/s，支持虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）划分以及服务质量（Quality of Service，QoS）优先级管理。安全防护体系集成急停电路、机械互锁以及软件容错机制，故障自诊断覆盖率要大于等于95%。架构预留15%余量的I/O点位以及30%网络带宽，以支持未来将处理能力扩展至5 000件/小时[2]。
（三）电气控制系统组成
机场行李处理系统的电气控制系统主要由核心控制单元、信号采集单元、驱动执行单元和人机交互单元四大部分组成。核心控制单元采用工业级PLC作为主控制器，并配备冗余备份系统以确保运行可靠性，同时配置专用运动控制模块实现输送带速度的精确调节。信号采集单元包含光电传感器、重量传感器、条码阅读器和射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）装置等设备，用于实时监测行李位置、重量和身份信息。驱动执行单元由变频器、伺服电机、电磁阀和气动元件组成，可执行行李输送、分拣和转向等动作。人机交互单元包括中央监控计算机和现场操作面板，监控计算机运行SCADA系统实现全系统可视化监控，操作面板提供本地控制接口。系统供电采用双回路设计，主电源与不间断电源构成互备关系，关键控制回路设置隔离保护。各子系统之间通过工业以太网和现场总线构成通信网络，确保数据传输的实时性和准确性。系统还配置了完善的接地保护和防雷设施，符合机场电气设备安全规范要求。该模块化结构既保障了系统功能的完整性，又便于后期维护与扩展。
（四）系统工作流程
机场行李处理系统的工作流程按照行李运输路径和信息处理顺序设计，旅客完成托运手续后，行李进入输送线系统，光电传感器检测到行李到达后，自动触发条码阅读器采集行李条码信息，控制系统根据航班信息数据库确定行李分拣口，同时重量传感器和量尺寸的装置检测行李尺寸与重量是否符合标准，符合规定的行李按预设路径输送，在分岔的位置由分流器装置带到对应航班的装载区域；异常行李被送到人工处理区，每个关键节点均设有检查点，通过二次扫描确认行李位置和状态准不准，行李到了指定装行李区域后，系统记录行李装载状态，同时更新数据库。
