行李處理控制系統UPS 保護系統的設計

查丕進，何樹賢

（云南機場集團昆明長水國際機場，云南昆明 650211）

0 引言

隨著經濟的快速發展，飛機成為人們出游最理想的交通工具之一。近年來我國民航業發展迅速，各地加快了民航機場建設的步伐，民航機場建設也日益趨向科技化、智慧化、人性化發展，讓旅客在旅途中有了全方位體驗。作為機場行李運輸、分揀的核心系統，行李處理系統的發展也趨向高自動化、智慧化發展。本文基于某大型國際機場行李處理系統的建設、運行保障經驗，提出在前期行李控制系統設計時，追加設計UPS（Uninterruptible Power Supply，不間斷電源）保護系統的必要性，并依托某大型國際機場行李處理系統，對UPS 保護控制系統進行方案設計研究。

1 行李處理系統UPS 結構及工作原理

某大型國際機場行李處理系統主要承擔民航機場始發、到達、中轉行李的值機、安檢、運輸、分揀、存儲等任務，主要由離港系統（DP）、到港系統（INB）、中轉系統（TR）、早到系統（EBS）、人工編碼系統（MES）、自動分揀系統（TTS）、空筐返回系統組成，其中包括32 套控制子系統，控制系統結構多樣，控制邏輯復雜。

依托某大型國際機場行李處理控制系統系統UPS 系統設計，結合現場實際，本文主要探討在線式UPS 的結構及工作原理。UPS 主要由整流電路、充電電路、逆變電路、輸出變壓器、濾波器、控制檢測保護及電池組等部分組成（圖1）[1]：當上級供電系統正常供電時，市電先經過低頻濾波后，一方面經整流濾波給逆變器提供工作電壓，并經輸出變壓器向負載供電，另一方面經過充電器對電池組充電，作為備用電源；當上級供電不正常時，逆變器自動轉為電池組供電，從而保證負載不間斷供電，只有當逆變器等出現故障時，轉換開關才將負載切到由電網直接供電。

2 行李處理控制系統UPS 保護系統設計的必要性

圖1 在線式UPS 工作原理

為了配合民航局提出的對行李的時效性，不斷提高旅客體驗度，大型國際機場對旅客行李運輸分揀準確性、及時性提出較高要求，不允許行李處理系統較長時間停止分揀、輸送。而由于行李處理系統上級供電倒閘切換，雷雨天氣造成的電源閃斷，人為分合閘等因素會造成行李處理系統控制器件損壞，尤其是PLC、條碼識別設備控制器、直流穩壓電源、I/O 從站等核心、昂貴器件的燒損現象較為常見。每次行李系統上級電源閃斷，都會造成重要核心器件損壞，恢復時間不少于1 h，影響行李分揀，嚴重時造成航班延誤。給民航機場帶來了嚴重的經濟損失和無法量化的名譽損失[2]。

為了保證行李處理系統負載供電的連續性，為負載提供優質的電源，滿足一些重要負載對供電電源提出的嚴格要求[3]。行李處理控制系統UPS 系統的設計可以根據行李處理系統規模、現場實際等來選擇具體設計方案，本文主要討論集中式UPS 設計和分散式UPS 系統設計。

3 行李控制系統集中式UPS 系統的設計

在大型國際樞紐機場，行李處理系統龐大，設備多，控制復雜，所以在2000 萬旅客吞吐量級別以上的機場，在設計行李處理系統初期，建議考慮設計整體式UPS 系統，對行李處理系統控制系統進行保護。

集中式UPS 系統是將行李處理系統的所有控制系統電源與動力電源分離，控制系統電源將通過一組大容量的UPS 機組后，輸出給現場各個本地電源分配柜，然后供給行李處理系統的各組子系統。而UPS 系統需要有單獨的機房，并且在UPS 機組機房建立機房穩定空調系統及可靠的接地系統。

3.1 UPS 選型原則

3.1.1 主機組容量選擇

UPS 機組容量的計算方法：UPS 容量=設計負載功率÷0.8（UPS 輸出功率因素）÷0.6（UPS 主機最理想負載為輸出功率60%）。在計算UPS 機組容量時，需要注意的一點是，關于行李處理控制系統負載，要有目的地為后續系統改造預留負載功率，在現有的負載功率上放大20%～30%負載功率。UPS 主機組除了合理選擇機組容量外，還應根據現場實際來選擇進線、出線方式。

3.1.2 電池組容量選擇

（1）電池數量計算。電池數量=UPS 蓄電池直流電壓÷電池電壓。

（2）電池容量計算。電池容量=UPS 容量×功率因數×不間斷供電時間÷電池數量÷電池電壓（電池數量、容量一般將計算結果向上取整）。

3.2 UPS 機組備份及系統配電的設計

3.2.1 UPS 機組備份

針對大型機場對配電可靠性的要求，后端負載數量、后期可擴容性及UPS 的冗余能力等，建議對UPS 系統進行冗余設計。也就是說，在極端情況下，當其中一套UPS 宕機時，另外一套UPS 仍然可以為全部負載提供可靠電源。正常情況下，兩套UPS均分負載，并通過LBS 電纜連接，保證兩套UPS 的輸出相位和頻率一致。

在UPS 電源方案的設計中，主要考慮的參數是UPS 系統對于電力保障的安全系數，而目前主要是通過對于UPS 的組網方式設計來實現。與UPS 系統的組建方式主要有3 種，即單機系統、雙母線系統和N+N 并機系統。設計單位可以根據實際運行需求選擇組建方式。

3.2.2 UPS 系統配電設計

從行李控制系統UPS 保護系統設計初心出發，使行李處理系統更加安全、穩定，本文提出在UPS 保護系統設計考慮時，在大型的UPS 內部自帶旁路系統及UPS 冗余設計的基礎上，設計追加外部旁路系統能讓系統的供電更可靠，這樣便于行李處理系統應急，便于UPS 保護系統的維修和維護。

3.3 機房、空調系統

3.3.1 獨立機房及空調的必要性

為滿足整體式UPS 運行需求，保證UPS 正常的使用壽命，應對UPS 進行較好的管理。

（1）建議UPS 進行獨立、干凈機房安裝，不過獨立機房存在散熱不良問題，尤其對于某個季節溫度高的地區，散熱嚴重影響了UPS 運行、壽命，常常故障頻發，所以建議在機房安裝空調系統，使機房有穩定的溫度，保障UPS 運行的需求。

（2）在整套UPS 設計、安裝過程中，需要考慮設計、安裝良好的接地系統。

3.3.2 空調功率選擇

機房主要的熱負荷來源于設備的發熱量及維護結構的熱負荷，而維護結構熱負荷又包括機房照明負荷、建筑維護結構負荷、補充的新風負荷、人員的散熱負荷等。如不具備精確計算的條件，可以根據機房設備功耗及機房面積，按經驗進行測算。

對于絕大多數機房（設備發熱量一般），在無法準確計算機房內設備發熱量的情況下，在進行精密空調選型時可以參照290～350 W/m2，即0.29～0.35 kW/m2（等同于250～300 kcal/（h·m2））的標準進行設計。而為了安全起見，大多數情況下都按照0.35 kW/m2（即300 kcal/（h·m2））的標準進行設計。

3.4 監控系統

為了便于運行、維護的監控，在設計行李處理系統整體式UPS 時，需要考慮將UPS 機組、電池、空調等機房的信息通過網絡連接入行李處理系統的監控系統，設備運行維護人員可以通過監控系統實時檢測機房溫度、UPS 主機故障狀態、電池充電狀態、旁路狀態、UPS 并機狀態、空調運行狀態及UPS 相關環境的數據采集。

4 行李控制系統分散式UPS 系統的設計

分散式UPS 系統是將UPS 保護系統安裝于行李處理系統每個子系統（或者每個供電單元）本地配電柜中，所以分散式UPS 保護系統設計點位相對多，每個點位UPS 只提供對應子系統的保護作用。分散式UPS 系統主機、電池容量的選擇與整體式UPS 基本一致，根據現場環境和需求來決定是否加裝空調、監控系統及其他保護裝置。

分散式UPS 的設計安裝較為簡單，在本地電源分配柜的主令開關下端將子系統的控制電源引出，通過UPS 及其UPS 控制單元、外部旁路系統等，將控制電源送回子系統的各個控制模塊（圖2）。

分散式UPS系統主要適用于：①2000 萬旅客吞吐量級別以下的中小機場；②大型國際機場在建成后期，需要對部分子系統進行UPS 保護改造新增；③現場加裝集中式UPS 系統會造成空間不夠，施工難度大的某些大型國際機場。

圖2 分散式UPS 配電原理

5 結束語

UPS 保護系統的建立，在上級供電波動、倒閘等情況下，對行李處理控制系統起到了很好的保護作用，避免各種昂貴電氣模塊的燒損，避免行李處理系統設備大面積故障給機場帶來經濟、口碑損失。集成式的UPS 保護系統還能實現動力電源與控制電源的分離，便于后期系統運行、維修、維護保養工作。總之，UPS 保護系統的建立，為行李處理系統安全、穩定、經濟運行提供了強有力的保障。