物流技术与应用|高速独立行李载盘系统的应用与研究

_本文原题：高速独立行李载盘系统的应用与研究
文｜昆明长水国际机场有限责任公司
谢洪、陈灏波
独立行李载盘系统（ICS）是一种以托盘为载体的高速行李系统，国内相关研究起步较晚，目前只能由国外厂家生产。为适应机场快速发展，并且推广ICS系统在机场的应用，本文通过对ICS系统进行研究和分析，从其系统功能、系统原理、技术路线分析、设备构成、主要设备技术，以及在机场的应用等进行论述，结合昆明机场ICS系统项目，重点阐述和分析了机场ICS的总体方案、系统及功能、处理流程、控制系统等设计内容，为机场的高速行李处理系统建设和研究等提供技术依据和参考。
近年来，随着中国经济不断发展，国内民航事业也获得了空前发展。在国家提出做强、做大航空市场份额和航空产业规划背景下，各地民航机场的基础设施新建或改建也进入了新的阶段，许多大型化、现代化的区域枢纽机场不断涌现。行李处理系统（BHS）作为机场重要的系统设备，在机场的应用越来越重要。面对日益增长的旅客吞吐量，为提高机场服务质量和旅程体验，有效缩短旅客行李处理时间和降低航空公司运营成本，国际航空运输协会（IATA）推荐采用基于高速行李传输和分拣技术的行李处理系统，以确保及时、安全、高效地完成大量旅客行李远距离输送和分拣的需求。

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行李处理系统作为机场重要的系统设备，在机场的应用越来越重要
高速独立行李载盘系统（Individual Carrier System ， ICS），属于IATA定义的第二类DCV系统，适合快速且大批量的行李输送，可与行李安检、行李存储和最终分拣等流程无缝协作。 ICS以托盘作为行李载盘小车处理行李，业内也称ICS为行李托盘处理系统（Baggage Tray System ， BTS），最高输送速度达10米/秒。虽然国内机场对ICS系统需求强烈，但核心技术和制造目前均要依靠国外厂家，因此我们有必要也急需对相关技术进行研究和分析。
一、独立行李载盘系统的研究
1.ICS系统概述
该系统为行李处理流程带来了统一性，从而实现更可靠的操作、更高的速度和更大的吞吐量。每件行李在整个行李处理流程中都完全处于其载盘内，几乎无行李损坏和系统中断的风险。托盘配备RFID标签，实现对单件行李进行全程的追踪和跟踪，能最大程度降低行李误处理率。 ICS具有很好的扩展性，可选择性搭配早到行李存储系统（EBS）来完善系统的无缝运营，实现对批量或单件行李的存储、提取和发运。
系统以高效的方式优化行李处理流程，按照无需紧急、较为紧急、非常紧急对行李进行处理，确保降低运营成本和提高行李处理性能。
另外， ICS与常规BHS相比还具有紧凑的设计和灵活的配置（可用于混合流）、安装和调试时间短、操作安全、可扩展且易于维护、能耗低等优势。
2.ICS系统原理
旅客的行李在进入ICS系统时，首先被自动导入到空托盘，同时控制系统将该行李的IATA条码和对应的空托盘RFID标签进行绑定，在后续的行李安全检查、早到行李存储和输送等过程中，行李始终放置在被绑定的托盘上，直至被分拣卸载完成。控制系统利用设置在分流（拣）点和其它预置点的RFID读取器获得托盘的当前位置和将要去往的目的位置（滑槽），从而实现行李的全程跟踪和分流（拣）。
3.ICS系统的技术路线研究
目前， ICS系统机械设备技术方案有两类，其原理结构、性能、优缺点等分析对比见表1 。

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表1 ICS系统设备技术方案对比分页标题
4.ICS系统的设备分类及构成
ICS系统的机械设备可划分为托盘单元、高速输送、分/合流、存储单元等六大模块，其构成如图1 。

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图1 ICS系统设备主要构成示意图
5.ICS系统的关键设备技术研究

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图2 ICS系统主要技术设备示意图
如图2 ， ICS系统设备技术主要涉及行李托盘装载（卸载）、分（合）流、存储和托盘码（拆）垛等关键技术设备。
（1）托盘技术
（2）托盘装载技术
根据行李装载到托盘形式的不同，可以采用托盘侧面装载和托盘顶部装载技术。
①行李由托盘侧面装载
行李由侧面装载到托盘，适用于在旅客办理值机手续后需要立即将行李装载到托盘单元上的场合，由两套相互垂直的带式输送装置组成。旅客在值机柜台办理完托运手续的标准行李通过值机输送设备被输送到行李托盘装载单元，在此过程中控制系统会对行李高度进行检测，根据行李高度检测结果，托盘侧面装载单元会自动判断是否将行李进行90°翻转作业，以便确保行李能够以稳定的输送姿态被准确装载到托盘单元上，同时控制系统将该行李的IATA条码和对应的托盘单元RFID标签进行绑定。
②行李由托盘顶部装载
行李由顶部装载到托盘，适用于将行李从带式输送系统的线路上装载到托盘单元上的场合，由两套上下层的带式输送机组成。当输送到托盘顶部装载单元的行李满足最小间距要求时，托盘顶部装载单元将调整托盘的位置与被装载的行李匹配，以便确保行李能够被准确装载到托盘单元上，同时控制系统将该行李的IATA条码和对应的托盘单元RFID标签进行绑定。
③托盘卸载技术
托盘卸载单元是ICS系统关键分拣技术，用于将行李从托盘单元上分离到带式输送线、行李离港装载区等场合。实现行李最终分拣可采用静态和动态卸载两种技术。静态托盘卸载单元由一套相互独立的带翻转装置的托盘输送装置组成，采用电动推杆或“齿轮+链条”传动机构实现托盘输送装置摆动。动态托盘卸载单元由多套相互独立的带翻转装置的托盘输送装置组成，采用曲柄摆杆机构实现托盘输送装置摆动。
④合流/分流技术
ICS系统采用的分（合）流技术主要涉及水平分（合）流、水平90°换向、垂直分（合）流，其中水平分（合）流用于将托盘从一条主（支）线分（合）流到另外一条支（主）线，水平90°换向用于需将托盘输送方向转换90° ，垂直分（合）流用于两条垂直安装的线路交叉输送托盘。
⑤存储技术
ICS系统中的存储技术主要包括早到行李存储单元（巷道式输送设备型、立体仓库型）、空托盘存储单元（标准托盘存储单元、超标托盘存储单元）。早到行李存储单元是用来临时存放已进入BHS中的早到行李的储存系统，根据实施模式不同分为巷道式输送设备型、立体仓库型。空托盘存储单元用来存放系统中暂时不用的空托盘，可以在有足够净空高度的线路上设置几个连续的空托盘存储单元组成一个空托盘存放线路，以便平均分配进出线路上空托盘流量的变化，每一个空托盘存储单元可以容纳十到几十堆空托盘。
二、ICS系统在机场的应用与实现
下面以昆明机场S1卫星厅BHS系统项目为例，对ICS系统的设计与实现进行研究和分析。
1.系统总体方案及设计
昆明机场BHS系统（如图3）的ICS系统，主要由高速行李系统和早到行李存储系统构成。

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图3 昆明机场S1卫星厅BHS系统平面示意图分页标题
高速系统主要设计系统回路2条、顶部装载站2个、位置检测装置2台、位置纠正与人工补码站2个、维修站1个、分拣滑槽45个、空托盘存储位≥300个。系统回路处理能力2000件/小时.条，顶部装载站处理能力1500件/小时.条，最终卸载处理能力1500件/小时.条，最高输送速度10m/s 。
EBS系统由设计系统回路2条、顶部装载站2个、出入库为双层高速系统输送回路、立库为7巷道×4层货架(每巷道提升机2台、穿梭车4辆)、顶部装载站2个、位置纠正与人工补码站2个等组成。 EBS存储能力≥3000个托盘存储位置，空托盘存储位≥100个，处理来自现有系统行李能力1200件/小时，最高输送速度10m/s 。
2.系统及功能设计
（1）高速行李处理系统
高速行李系统采用轨道驱动方式，在固定轨道上由窄皮带输送机驱动，输送机配置有两条窄皮带，具备高速运输和自动分拣等功能。具体功能描述如下：
最终分拣应用基于托盘的分拣技术。最终分拣线由两条主回路分拣线组成，每条主回路含两条分拣子线，共4条，每条包含有5~8个倾翻装置在一条线上。倾翻装置可以在两侧倾翻，将行李倾翻到45个目的地滑槽。每条主回路设置两条分拣线，保证任意一条分拣线上出现单点故障时，都不影响其它分拣线的输送和分拣。最终分拣线上的倾翻卸载装置若出现单点故障，最终分拣线子系统的分拣能力不低于75% 。
在发生故障的情况下，为了最大限度地降低不间断运行的风险，在顶部装载前的ETS（空托盘处理系统）内设计交叉线可互换空托盘，如果ETS中一条供给线持续出现故障时，顶部装载站的空托盘仍可由另一条供给线补充。
空托盘的集中存储由可存储堆叠的空托盘在线存储线组成，每条存储线由托盘码垛设备、缓存输送线和托盘拆垛设备组成。每个托盘装载站可由多条缓存线同时补充空托盘，从而更好的避免了空托盘断供的潜在风险。
需要维修的托盘从最终分拣线导出，送往托盘维修站，维修站的工作人员在这里对托盘进行检查及维修，维修好的托盘可重新导入到最终分拣环线。
（2）EBS系统
早到行李存储系统采用立库式模式，具有紧凑型设计、高密度存储、可以单独取出行李、可维护性等特点。既可以接收（输送）现有行李系统的早到行李，也可以接收（输送）高速行李系统的早到行李。 EBS系统可以提供现有行李系统与高速行李系统的间接联系、早到行李存储、第二级的空托盘缓存等功能。设置高速行李系统进/出EBS的双回路，可以实现任意一侧主回路上单点设备故障时，行李可由另一侧回路输入/出至EBS或分拣区域。具体功能描述如下：
双层高速系统输送机回路为EBS货架系统供给和取出托盘，每个回路通过导入和取出输送机连接到EBS系统的每个巷道，每个巷道都有各自的导入和取出输送机，通过两个独立的提升机连接到两条高速系统输送回路中。沿着高速系统环线布置直角转向装置，以便于在货架和输送环线之间传送托盘。
原行李系统的早到行李设置了出库线和入库线，出库线和入库线均按双线设置，双线之间设置互备线。 EBS入库线连接原行李系统的分拣机，备份入库线连接现有行李系统的国内EBS 。 EBS出库线连接现有行李系统的离港线，备份出库线连接现有行李系统的国内早到行李系统。
现有行李系统进入EBS的顶部装载站设计了冗余备份功能， EBS共配置2处顶部装载站，每套装载站下游分别配置1套位置纠偏/人工补码站，当顶部装载站或位置纠偏/人工补码站故障情况下可通过入库输送线上的互备线实现备份功能。顶部装载站的上游配置2套线性码盘机，用线性码盘机堆叠空托盘，空托盘堆叠存储在主供应线下方的堆叠存储线中，线性码盘机允许空托盘在需要时无需拆盘动作即可直接从上层传输到顶部装载站。分页标题
3.系统处理流程设计

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图4 昆明机场ICS系统单线流程示意图
如图4 ， ICS系统处理流程主要包括：值机行李输送→行李通过顶部装载至高速系统→高速系统输送→最终分拣系统（早到存储系统）→人工行李装箱等环节。现有的BHS系统通过EBS系统出入库线建立连接， EBS系统设计有输送高速回路，通过回路和高速系统连接。各输送线间通过互通线进行连接，实现系统的互通和冗余。错过分拣时机的行李托盘经最终分拣环线后重新进行分拣。
4.设备控制系统设计
基于整个ICS系统的设备布局，控制系统具有控制点分布比较分散、控制点间跨度较大的特点，选用支持Profinet或为As-i现场智能I/O从站，它们与CPU构成了分布式控制模式。分布式控制能够节约现场线缆的使用量，并能有效降低现场布线、接线的工作量。

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图5 ICS设备控制系统原理示意图
ICS设备控制系统（如图5），从上至下分为信息控制层、本地控制层、现场控制层和现场设备层，采用PLC及分布式I/O站控制，由PLC及各种现场电气部件、传感器等组成，负责设备的运行控制。电机控制基于靠近输送机传动装置安装的分散电机驱动器（MCU或VFD）实现，设备检测器件接入电机驱动器I/O 。动力控制箱通过动力总线（Power Bus）和As-i总线接入本地PLC控制柜控制电机驱动器。动力控制箱（子站箱）包括ET200SP型IO和AS-i主站等控制器件，通过Profinet网络与主PLC进行通讯和控制。紧急停止I/O通过ET200M进行控制， ET200M可以安装于急停控制柜和分布式急停控制箱， ET200M子站与安全PLC通过Profinet主从方式通信和控制，用于安全输入/输出的控制，采用Profi-Save技术确保Profinet网络冗余。
PLC采用分组控制方式，每个控制组至少由一个PLC控制器、触摸屏以及必需的远程I/O站、I/O模块以及现场元器件等组成。昆明机场ICS控制系统划分为8个PLC控制组，其中1组为急停控制PLC（S7 414-5H CUP/热备）、7组为控制PLC（S7-1500 CUP）。 PLC及远程I/O站的工作电源均配置由UPS提供，供电时间≥0.5小时。
三、结束语
【物流技术与应用|高速独立行李载盘系统的应用与研究】ICS系统是一种有别于带式输送系统+托盘式分拣机（TTS）系统和智能目标地址编码车（DCV）系统的机场行李处理系统，具有最高输送速度10m/s、行李100%跟踪、安检时行李和托盘单元无需分离、对处理行李物理特性适应较强等特点，并且具有较好的经济效益和社会效益。随着ICS系统技术的成熟和发展，高速ICS系统将会在机场得到越来越广泛的应用，并为我国机场事业发展做出贡献。