Förbättringsförslag på automatisering av bagagehantering

Förbättringsförslag på automatisering

av bagagehantering

Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten Besöksadress: Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0 Postadress: Box 536 751 21 Uppsala Telefon: 018 – 471 30 03 Telefax: 018 – 471 30 00 Hemsida: http://www.teknat.uu.se/student

Suggestions for improvement in the automation of

baggage handling

Katharine Vásquez Gómez

This report will outline a proposal for the improvement of the baggage sorting facility at Arlanda airport.

Swedavia is a state owned company group that operates, owns and develops airports in Sweden. One of their main roles is to create accessibility needed to facilitate and streamline the work at the airport. Swedavia is constantly working to develop new solutions and enhancements that will help to

standardize and automate the work at airports without major impact on climate and above all adapt these solutions to work.

The project has been aimed to identify and isolate the problem at the check-in counter, investigate the possibility of setting a speed control on the DC motor driving the luggage conveyer belt at the check-in desk so that the luggage does not lose tracking already there, as well as evaluate the new sorting systems planned to be introduce in the upcoming

refurbishment of the sorting area.

To determine the parameters that are used to regulate the speed of the baggage conveyor belt, information about the inputs and outputs that participated in the process was gathered. Information was collected both practically and theoretically. Process was followed and monitored by the supervisor of the company, and a theoretical study was done separately on my own. Simulations were performed in Matlab Simulink and baggage-handling system was modeled in SolidWorks.

The project has resulted in a solution to control the conveyer belt speed to reduce the number of baggage that drop tracing at check-in counters. As a basis for the discussions images from the control simulation were used as well as the modeling that was done in SolidWorks.

Enhancement proposal is economically sustainable and adapted to the infrastructure and technology available today at the terminal.

ISRN UTH-INGUTB-EX-M-2014/22-SE Examinator: Lars Degerman

Ämnesgranskare: Nora Masszi

I

Sammanfattning

Denna rapport beskriver ett förslag till förbättring av bagagesorteringen på Arlanda flygplats.

Swedavia är en statlig bolagsgrupp som driver, äger och utvecklar flygplatser i Sverige, därför de åter sig uppdraget att skapa tillgänglighet som behövs för att underlätta och effektivisera arbetet på flygplatsen.

Projektet har gått ut på att kartlägga och isolera problemet vid incheckningsdisken, undersöka möjligheterna att ställa in en hastighetsreglering på den likströmsmotorn som driver bagagebandet vid incheckningsdisk så att bagaget inte tappar spårningen redan där, samt utvärdera de nya sorteringssystemen som planeras införa i framtiden vid ombyggnad av sorteringshallen.

För att bestämma de parametrarna som används för att reglera bagagebandhastigheten gjordes en informationsinsamling om de in- och utsignaler som medverkade i processen. Informationsinsamlingen gjordes både praktiskt och teoretiskt. Processen följdes och bevakades med hjälp av handledaren på företaget och en teoretisk undersökning gjordes på egen hand.

Simuleringar genomfördes i Simulink-Matlab och bagagehanteringssystemet modellerades i Solid Works.

Det som projektet har resulterat i är en lösning på reglering av bagagesbandhastigheten för att minska antalet bagage som tappar spårning vid incheckningsdisken. Som underlag till diskussionerna användes bilder från regleringssimulering och från modelleringen som gjordes i Solid Works.

Förbättringsförslaget är ekonomiskt hållbart och är anpassat till den infrastrukturen och tekniken som finns idag på terminalen.

II

Förord

Rapporten är beskrivning av mitt examensarbete som utförts under vinter 2013 vid Arlanda flygplats.

Jag vill tacka Björn Söderström och Bengt Persson för att jag fick chansen att göra mitt examensarbete på Swedavia. En uppgift som har varit lärorik och med stort hopp om att resultatet har motsvarat era förväntningar.

Jag vill också tacka Lars Degerman, Nora Masszi och Liselott Dominicus för en kontinuerlig vägledning och motivation under hela utbildningen.

Rapporten tillägnas mina föräldrar, bror och mina barn som varit min drivkraft. Steningehöjden, oktober 2014

III

Innehållsförteckning

1. Inledning ………1

2. Teori och reglerteknik ………4

2.1 Första ordningssystem ………5

2.2 Klassiska regleringstyper ………...7

2.3 PI-reglering ………10

2.4 Fuzzy Logic ……….11

2.5 Likströmsmotor och dess överföringsfunktion ………...12

2.6 Hastighetsreglering ………15

3. Nulägesbeskrivning ………. 17

3.1 Beskrivning av bagagehanteringsprocessen ………17

3.2 Mekaniska delar, funktioner och systemen ……….20

3.2.1 Process och styrsystem ………22

3.3 Matlab och Simulink ………..23

3.4 Undersökning och experiment ………25

3.4.1 Undersökning ……….25

3.4.2 Experiment ………26

3.5 Arbetsgång ………..28

4. Simulering ………...29

4.1 Likströmsmotors blockschema ……….29

4.2 Simulering av systemet utan reglering ……….30

4.3 Val av regulatorns parametrar ……….32

4.4 Simulering av systemet med PI-reglering ………34

4.5 Analys av simulerings resultat ………..36

5. Slutsats och diskussion ………..40

IV

Figurförteckning

Figur 2.1 Analog reglering och digital reglering ………...….….……4

Figur 2.2 Återkopplat system ………...…….…..…...5

Figur 2.3 Första ordningsstegsvaret ………..…………..…….…………..6

Figur 2.4 Sambandet mellan felsignal och styrsignal hos en P-regulator ...7

Figur 2.5 Sambandet mellan K-värde och utsignalen ………….………...8

Figur 2.6 D-Block ……….……….……...….9

Figur 2.7 Blockschema PID-regulator ………..……...…..………..………...9

Figur 2.8 Blockschema PI-regulator ……….………...10

Figur 2.9 Likströmsmotor ………..………..12

Figur 2.10 Permanent magnet likströmsmotor, elektrisk modell ……….13

Figur 2.11 Återkoppling med en PI-regulator och en takogenerator ………..……….…..16

Figur 3.1 Bagagetaggen ………..………....………….17

Figur 3.2 Bagagehanteringsflöde...………...…………18

Figur 3.3 BHS ( Bagage Handling System) ………....………..19

Figur 3.4 Bandet vid incheckningsdisken ………..………….…………..20

Figur 3.5 Incheckningsdiskar, Terminal 4, Arlanda ………21

Figur 3.6 Fotocellernas placering vid incheckningsdisken ………..…22

Figur 3.7 Statistik av undersökningsresultat ………..……….….25

Figur 3.8 Felsignal ………...26

Figur 3.9 Statistik av experimentsresultat ………..………27

Figur 4.1 Likströmsmotors modell i Simulink ……….…………..……….29

Figur 4.2 Simulering av dagens läget ……….…………..……….……….30

Figur 4.3 Förhållandet mellan varvtal och spänning…..…..…………..……….……...31

Figur 4.4 Systemsvar när störningen inträffat ………..………..…...31

Figur 4.5 Stegsvaret ……….33

Figur 4.6 PI-reglering, systemblockschema i Simulink ………...34

Figur 4.7 PI-reglerat system ……….…….……….………35

Figur 4.8 H-brygga ………...………35

V

Figur 4.10 FLC simulering i Simulink ………...………..37 Figur 4.11 Systemsvar vid FLC-reglering ……….……….37 Figur 5.1 Sambandet mellan lastningszon under varierande flygtider …………...………..40 Figur 5.2 Svaret från likströmsmotorn med och utan reglering …...………....41

Tabellförteckning

VI

Nomenklatur

Huvudbandet – Oberoende enhet som transporterar bagage från incheckningsdiskar till sorteringshall.

Bagagetagg – Papper remsa med streckkoder på som innehåller viktig information. Taggen är anknytning till en destination, ett flyg och en ficka.

Bagagespårning – Uppföljning av bagage som sker med hjälp av digitala system. PLC – Programmable Logic Controller.

SCADA- Supervisory Control and Data Acquisition. BHS – Baggage Handling System.

FLC- Fuzzy Logic Control.

Laplacetransform – Matematisk transform från tidsdomän till frekvensdomän.

Överföringsfunktion – Beskrivning av sambandet mellan insignal och utsignal för ett linjärt tidsinvariant system.

SITA – Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques. RTU – Remote Terminal Unit.

1

1 Inledning

1.1 Bakgrundsbeskrivning

Det här projektet syftar till att ta fram ett förbättringsförslag för spårning av bagage på inrikesterminal 4 Arlanda. Bagagebandet på Arlanda är uppbyggt för att kunna hantera stora och kontinuerliga bagageflöden under högt belastade flygtider. Automatisering av bagagesortering syftar på att redan från incheckningsdisken ska avsättas en specifik adress dit bagaget ska levereras, vilket förenklar bagagehanteringen för medarbetarna och gör att sortering och leverans blir säkrare, smidigare och effektivare.

Efter att incheckningens utförs, genereras en bagagetagg med en streckkod som är anknuten med en person, en adress och ett flyg. Adressen talar om vart bagaget ska levereras och på vilken position på huvudbandet bagaget ska lastas för att garantera att leveransen sker till rätt plats. Det har dock visat sig att det finns vissa problem med det befintliga systemet. Dels att en del bagage tappar spårningen redan vid incheckningsdisken, dels lågt effektivitet när det gäller användning av bandets kapacitet.

Eftersom företaget vill satsa på att hålla en internationell kvalitetsnivå, där noggrannhet, snabbhet och effektivitet spelar avgörande roll är det viktigt att kunna minska och så småningom eliminera alla onödiga momenten i processen och öka effektiviteten genom att förbättra processen.

Bandet vid incheckningsdisken drivs av en likströmsmotor med konstant hastighet. Bandhastigheten regleras manuellt i dagens läge och beaktas inte i det befintliga styrsystemet. Eftersom bandhastigheten inte regleras automatiskt ger den inte möjlighet till bagaget att få en mjuk och stabil förflyttning mellan positionerna och viktigast är att det inte ger garanti på att bagaget kommer att lastas på rätt position på huvudbandet. Följden av den oreglerade bagagebandhastigheten är att bagaget blir fel sorterad p.g.a bagagespårningen inte sker på rätt sätt.

2

1.2 Mål med projektet

Huvudmålet med projektet är att minska antal fel- och manuell sorterad bagage genom att införa en hastighetsreglering på bagagebandet vid incheckningsdisken så att bagaget förflyttar sig till huvudbandet på ett rätt sätt och ge möjligheten att kunna ändra bandets kapacitet beroende på flygtrafiken.

För att kunna nå huvudmålet har några delmål satts upp:

- Identifiera de insignaler som skulle kunna bidra till att styra bandhastigheten vid incheckningsdisken.

- Hastighetsstyrningen som införs ska vara kompatibla med de befintliga funktioner som redan finns och syftet är att de ska förstärka noggrannhet av bagagesorteringen vid incheckningsdisken. Processen ska simuleras med hjälp av Simulink och ritas i Solid Works.

- Före och efter projektet ska göras en statistisk om antal fel- och manuell sorterad bagage för att kunna utvärdera förslaget.

1.3 Avgränsningar

Eftersom Swedavia får sina PLC (Programmable Logic Controller) redan programmerade från leverantör, blev programmering i PLC inte möjligt. För att kunna bedöma vinsten med att investera i utvecklingen av PLC programmet behövs simulera systemet först med de nya parametrarna, därför blivit arbetet begränsat till simuleringsunderlag på styrsystemet och dess styrparametrar men hjälp av Simulink.

Användning av Simulink är passande eftersom programmet erbjuder en bredd plattform med olika funktioner och eftersom programmets framtid inom reglerteknik ser lovande ut p.g.a. den snabba utvecklingen av mjukvaror som kommer att kunna generera koder direkt från Simulink till PLC och SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).

Dagens infrastruktur ska inte påverkas av förbättringsförslaget, därför ska arbetet begränsas att ta fram en lösning som är anpassad till den befintliga uppbyggnaden och de elektromekaniska komponenter som finns idag.

Arbetet begränsades till analysen av bagageflödet mellan incheckningsdisken och sorteringshallen på terminal 4, inrikes, Arlanda.

3

1.4 Metod

Projektets olika faser har varit att samla relevanta data, kartlägga problematik, ta fram det mest passande lösningsförslaget, bygga processens blockschema och simulera lösningen med hjälp av följande mjukvaror: Solid Works, Matlab och Simulink.

1.4.1 Informationsinsamling

Informationen samlades genom olika samtal med handledaren, praktiska undersökningar och litteraturstudier. Innan lösningsförslaget togs fram gjordes experiment via observationer på bagageflödet, sorteringshall, incheckningsdiskar, infrastruktur och det befintliga styrsystemet. Det gjordes en analys på de nya sorteringssystemen som finns på marknaden och planerades den slutliga lösningen som skulle vara ekonomisk hållbart.

1.4.2 Undersökning av processen

BHS (Baggage Handling System), syftar framför allt på att transportera bagage från en punkt till en annan och med hjälp av något styrsystem skall bagaget levereras till rätt plats. Styrsystemets uppgifter kan variera beroende på hur stora krav som ställs på BHS, men de grundläggande funktioner är att identifiera bagaget, anknyta bagaget med en person och ett flyg och ta beslutet om vart det ska levereras. Det finns ett antal extra funktioner som kan beställas t.ex. volymstyrning, bagageräkning och spårning bland annat. De flesta flygplatser använder oftast en kombination av olika system ifall något av dem ligger nere för att på ett eller annat sätt kunna fortsätta processen.

1.4.3 Val av verktyg

4

2 Teori och reglerteknik

Reglerteknik är ”läran om automatiska system” och den innebär oftast frågan hur blocken i systemet skall återkopplas så att processen kan övervakas och regleras enligt användarens behov. Reglersystem kan vara analogt eller digitalt, samt linjärt och olinjärt.

Analog reglering innebär att styrsignalen är kontinuerlig, medan digital reglering innebär att styrsignalen ändrar sig vid diskreta tidpunkter och mellan diskreta amplitudvärden. 1

Figur 2.1 Analog- och digital-reglering

För linjära reglersystem kan sambandet mellan in- och utsignal beskrivas med hjälp av linjära ekvationer medan olinjära avses alla system som inte kan beskrivas med linjära ekvationer.

Återkopplingens huvudsyfte i de flesta fall är att ge utsignalen möjlighet att följa ett varierande börvärde och att göra systemet självkorrigerande, d.v.s. att systemet ska kunna dämpa störningars inverkan i processen. Att göra systemet självreglerande innebär att systemet ska snabbt och noggrant kunna kompenseras så att felsignalen (e) som är lika med skillnaden mellan börvärdet (r) och ärvärdet (y), blir så liten så möjligt (se fig. 2.2).

I vissa fall avser återkopplingen systemets robusthet och dämpning av dynamikvariationer, d.v.s. systemets förmåga att hantera de variationer som kan förekomma i dynamiken hos den reglerade processen och ett sista huvudsyfte avser systemets stabilitet, där målet är att kunna erbjuda stabilisering av instabila processer.

Med de föregående punkter kan man välja vilka aspekter, variabel och parametrar som anses vara viktiga för att kunna optimera en reglering. Detta är viktigt eftersom genom att återkoppla ett system ökar risken för instabilitet, systemets komplexitet blir större än i ett öppet system och processens prestanda blir beroende av en fungerande mätgivare.

5

summeringspunkt vars syfte är att subtrahera den återkopplade signalen från insignalen för att ta fram felsignalen. Systemet använder felsignalens värde för att veta hur insignalsvärdet måste ändras.

Figur 2.2 Återkopplat system

Beroende på processens krav och mål väljs ut en regleringstyp som passar bäst. Förutom de klassiska regleringarna satsas idag på att styra alla möjliga typer av processer t.ex. inom miljövetenskap, väderprognoser, kemiskindustri o.s.v. Många av dessa processer saknar konkreta matematiska modeller och därför utvecklades ett antal styrmetoder som tas hjälp av abstrakta varianter t.ex. talspråk för att formulera regler som kan styra en process.

Inom dessa adaptiva styrningsmetoder kan man nämnas FLC (Fuzzy Logic Control), där regleringen baseras på ett antal regler som framställs med hjälp talspråk och som talar om hur regleringen ska gå till.

De mest använda och konventionella regleringstyper som används är P-, PI- och PID-reglering.

P-reglering anses vara tillräcklig i vissa fall där kraven inte är så höga. Den förekommer som den viktigaste delen i de flesta regulatorer som finns på marknaden.

PI- och PID-reglering innebär att egenskaperna hos de regulatorstyper kombineras, där den integrerande delen syftar på eliminering av det kvarstående felet vid störningar eller ändringar i börvärdet och den deriverande delen syftar på att förbättra stabiliteten och/eller snabbheten i regleringen.

I projektets syfte skall i kommande stycken undersökas hur överförings funktion och stegsvaret för en likströmsmotor som mätts med en spänning som insignal och vinkelhastighet som utsignal ser ut. Överföringsfunktionen skall approximeras till en första ordningsfunktion och beräkningar om hur detta görs hittas under punkten 2.2.

2.1 Första ordningssystem

Många processer inom industri är av väsentligt högre ordning men i många fall kan ett dylikt dynamiskt system approximeras till första ordningssystem med acceptabel noggrannhet. Stegsvaret till ett första ordningssystem ser ut enligt figur 2.3.

6

Reaktionstiden hos processer med en tidskontant ges av tidskonstanten T. Tidskonstanten är den tid det tar för stegsvaret att nå upp till 63 % av slutvärdet.   1

Figur 2.3 Första ordning stegsvaret

Det gäller att ju mindre är värdet på tidskonstanten desto snabbare är processen. Sambandet mellan in- och utsignal hos en process med en tidskonstant beskrivs av en första ordning differentialekvation som ser ut på följande sätt:

y + ay = bu      (2.1)

där a och b är godtyckliga konstanter och u är lika med 1, eftersom i vårt fall utgörs insignalen av en enhetsfunktion som nämnts i föregående stycken. Ekvationen (2.1) kan skrivas om enligt nedanstående form:

y + ay = b      (2.2)

Genom att betrakta begynnelsevillkoret y 0 =  0, blir lösningen till ekvationen följande: y t =  b

a   1 − e!!"      (2.3) Där tidskonstanten _{T är lika med 1 a och K är lika med b a, enligt figur 2.3.} Efter Laplacetransformering av stegsvaret får vi fram:

7

Överföringsfunktionen för ett första-ordningssystem blir följande: G S =  Y(S)

U(S)= K

(τs + 1)      (2.5)

2.2 Klassiska regleringstyper

Det finns flera regleringstyper där P-, PI-, och PID-reglering är några av de mest använda inom processindustrin.

Det kommande avsnitt fokuserar på PI-reglering, eftersom en PI-regulator skall användas för hastighetsreglering av bagagebandet.

P-reglering

Vid en proportionell reglering är styrsignalen proportionell mot felsignal och kan beskrivas av följande ekvation:

u = u_!+ K  . e      (2.6)

där u_! är styrsignalens normalvärde när felet e = 0 och K är förstärkningen i regulatorn. P-reglering verkan ger en mjukare övergång mellan styrsignalens ändringar som visas i nedanstående figur.

Figur 2.4 Samband mellan felsignal och styrsignal hos en P-regulator

8

mindre stabil och för höga värde på K kan leda till instabilitet.   1

En stor nackdel med P-reglering förutom stabilitetsproblem beroende på storleken av K (se figur 2.5), är att den ofta ger upphov till kvarstående fel vid börvärdesändringar eller störningar som är stegformade men detta avstyrs ofta genom att lägga till en integrerande eller deriverande del beroende på regleringssyfte.

Figur 2.5 Sambandet mellan K-värde och utsignalen

PID- reglering

En PID-regulator består av proportionell, integrerande och deriverande verkan. Denna typ av regulator förekommer ofta inom industri och vid behov finns det möjlighet att alltid koppla bort någon del, t.ex. en PID-regulator kan också ställas in som en PI-regulator eller PD-regulator.

Det som gör reglering något annorlunda är deriverande verkan, dess utsignal kan beskrivas med hjälp av följande matematiska uttryck:

9 u = 0  , då  e  är  konstant u ≠ 0  , där  e  varierar Figur 2.6 D-block

Men generellt gäller att utsignalen från en PID-regulator är summan av alla tre delar och deras samband mellan in- och utsignalen kan beskrivas matematisk enligt ekvation (2.7) och blockschema uppbyggs enligt figur. 2.7:

u t =  K e t +  1

T_! e t +  T!  . e!(t)

! !

     (2.7)

Figur 2.7 Blockschema PID-regulator

10

2.3 PI-reglering

Det som vill nås med användning av en PI-reglering är en kombination av deras egenskaper så att systemet får bådas fördelar. Så fort det finns en regleravvikelse börjar båda blocken att ge var sitt bidrag till styrsignalen. Hur stort det blir bestämts av de värden som valts till förstärkningen K och den integreringstiden T_!.

Styrsignalen i en PI-regulator beskrivs matematisk som en funktion av reglerfelet enligt ekvation (2.8) och blockschema uppbyggs enligt figur 2.8:

     u t = K e t +_!!

! e t dt

!

!      (2.8)        

där följande beteckning används: K= förstärkning

T_!= integrationstid T!= deriveringstid

e(t) = reglerfel u(t)= styrsignal

Figur 2.8 Blockschema PI-regulator

Laplacetransformering, d.v.s. transformering från tids- till frekvensdomän, (under förutsättning att alla konstanta termer och begynnelsetillstånd sätts lika med noll) ger:

U = K E +  _TE

!.    s      (2.9)

11 en PI-regulator 𝐺!" 𝑠 = 𝑈 𝐸 = 𝐾 1 +   1 𝑇_!  . 𝑠   = 𝐾 𝑇_!  . 1 +  𝑇_!𝑠 𝑠       2.10  

En stor fördel med att kombinera P-reglering med I-reglering är att kvarstående fel kan elimineras. Nackdelen är att I-delen eventuellt kan medföra försämrad stabilitet, detta kan hindras genom att välja rätta parametrar.

2.4 Fuzzy-Logic

Många processer i dagens industri saknar konkreta matematiska modeller som kan beskriva hur regleringen ska gå till, därför används mer och mer en logik som kallas för FLC (Fuzzy Logic Control), (sv oskarp reglering eller oskarp logik). FLC används inom områdena där tillförlitliga matematiska modeller saknas men där det ändå är möjligt att i talspråk formulera regler för hur styrsignalen/styrsignalerna ska förändras till följd av förändringar i de variabler som påverkar styrsignalen. Enligt föregående avsnitt byggs FLC inte på traditionell reglerteori och därför inte behövs några speciella förkunskaper för att prova införa denna reglerings typ.

FLC-reglering rekommenderas för att reglera känsliga och mer komplicerade processer men eftersom processen bevakades aktivt under en lång period kan regler formuleras som talar om hur styrningen skall ske och simuleringsverktyget Simulink erbjuder en komplett verktygslåda för användning av FLC som används för att simulera processen.

SCADA (Supervisory Control And Data), är ett av de befintliga datasystemen som används på Arlanda och systemet innehåller en bredd verktygslåda som är kompatibla med styrning. Simuleringen av processen med FLC ger möjlighet att utforska ifall en FLC-reglering är användbar i framtiden och det kan ge oss en bild på skillnader mellan olika regleringstyper, samt visa för- och nackdelar.

12

2.5 Likströmsmotor och dess överföringsfunktion

Figur 2.9 Likströmsmotorn

13

Mekaniskt och elektriskt samband i en likströmsmotor

Det mekaniska och elektriska sambandet i en likströmsmotor kan förklaras med hjälp av figur 2.10

Figur 2.10 Permanent magnet DC motor, elektrisk modell

L_! = Ankarinduktans     H   i_! = Ankarströmm       A   u_! = Ankarspänning       V   R_! = Anakarresistans       Ω   ω = Vinkelhastighet       rad s   J = Tröghetsmoment       kg  m! B = Bromskonstant       kg   m! _s

Likströmsmotor har ett direkt förhållande mellan dess motors vridmoment och ankarströmmen, såväl mellan ankarspänning och vinkelhastighet.

Strömmen som krävs för att styra en ideal motor är proportionell mot det pålagda vridmomentet och spänningen och gäller därför följande:

T t = k_!i_! t      (2.11) Där k! är motorns konstant.

14 e! t = k!. ω t =   k!  .    

dθ

dt t      (2.12) Där k_!, är en godtycklig konstant med samma enheter som k_! i SI-systemet.

Baserade på ovanstående figur, Newtons lag och Kirchhoffs lag kan följande ekvationer framställas: Jd!θ dt!   t + B dθ dt t = k!. i! t      (2.13) L! di_! dt   t + R!i! t = u! t − k! dθ dt t      (2.14) Efter Laplacestransformering fås: Js!_{Θ   s + BsΘ s =   k} !I! s      (2.15) L!sI! s +  R!I! s =   U! s −  k!sΘ s      (2.16)

från ekvationen (2.16) kan I_!(s) brytas ut

I_! s =U! s − k!sΘ s

R_!+ L_!s      (2.17)

Ekvation (2.15) kan skrivas om på följande sätt efter att I! s (enligt ekv. 2.17), sätts i den:

Js!_{Θ s +  BsΘ s =   k} !

U_! s − k_!sΘ(s)

R_!+ L_!s      (2.18)

Överföringsfunktionen för en likströmsmotorn (G_!), som mätts med en spänning U(s) som insignal och vinkelhastighet Θ(s) som utsignal kan skrivas, enligt tidigare beräkningar på följande sätt:

G_! s =   Θ(s) U_!(s)=  

k!

15

Överföringsfunktionen som fås fram blir en andra ordningsfunktion som skall förenklas till första ordningens. Förenklingen görs genom att först försumma bromskonstanten (B). Då kan ekvationen (2.19) skrivas om

G! s =  

Θ(s) U_!(s)=  

k_!

R_!+ L_!s  Js +  k_!k_!      (2.20) om nu delas överföringsfunktionen genom k_!k_! fås fram:

G_! s =   Θ(s) U_!(s)=   1 k! R!  J k_!k_!  s +   Lk_!!k  J_!  s! +  1 =   1 k_!   1 τ_!τ_!s!_{+  τ} !  s   + 1      (2.21)

där den elektriska tidskonstanten τ_! är lika med L!

R_! och den mekaniska tidskonstanten τ_! är lika med JR!

k!k!. Sista steget i approximations förfarande görs genom att

försumma den elektriska tidskonstanten och överföringsfunktionen blir då:

G_! s =   1 k_!    

1

τ_!  s + 1      (2.22) Ekvationen (2.22) leder till en första ordningens funktion (se punkten 2.1.1 om Första ordningssystem).

2.6 Hastighetsreglering

Likströmsmotors hastighet ska regleras genom att införa en PI-regulator. Överföringsfunktionen till en PI-regulator ser ut på följande sätt:

G_!" s =  U E = K 1 +   1 T_!  . s =   K 1 +  T!  s T_!  s      (2.24)

16

Figur 2.11 Återkoppling med en PI-regulator och en takogenerator som givare

Givaren som används för att återkoppla systemet är en takometergenerator. Den fungerar i princip precis som en generator för cykelbelysning, med lindningar som roterar i ett magnetfält.   1

Och spänningen från takometergenerator är direkt proportionell mot varvtalet.

Takometergenerator används för att öka responsen och reglernoggrannhet i motorn, detta för att när motorn blir varm minskar momentkonstanten och därmed mot-emk som gör att motorn prestanda minskar. Till skillnad från digitala givare ger takometergenerator en mjuk gång i alla hastighetsområden ändå ned till stillastående.

17

3. Nulägesbeskrivning

3.1 Beskrivning av bagagehanteringsprocessen

Stockholm Arlanda Flygplats är Sveriges största internationella flygplats. Flygplatsen är uppdelad i fyra olika terminaler. Arlanda har ca 30 miljoner passagerare per år. För att kunna hantera mer än 250 000 starter och landningar det behövs ett bagagehandlingssystem, som kan garantera en snabb och effektiv leverans av bagaget på rätt plats och tid. Figur 3.2 visar ett schema på hur processen ser ut från att en person påbörjar incheckningsprocessen till att bagaget blir sorterat och visar hur hela processen samarbetar med olika enheter t.ex. trafikassistenter som tar emot passagerarna och registrerar bagaget, PLCn som styr huvudbandet och ser till att bagaget blir rätt sorterat, säkerhetsavdelning som kontrollerar bagagesinnehåll och sist fickan vart bagaget kommer att levereras. Bagaget märks med taggar. En tagg är en pappersremsa med streckkoder som används för att identifiera och sortera bagage. På taggen printas viktig information som t.ex. namn, destination, bokningsnumret, flygplatsens kod och en unik numerisk kombination som inte upprepas. Detta gör att varje väska har en egen identitet.

Idag finns det två sätt att få en tagg till bagageincheckningen, antingen går man till check-in automaterna och med hjälp av ett bokningsnummer eller en streckkod bekräftar man vilket flyg man ska vara med eller man går till incheckningsdisken där en trafikassistent hjälper till med att göra samma procedur. När bagaget har fått sin tagg kommer processen att fortgå; längden, vikten och formen bedöms av trafikassistenten med hjälp av de tekniska verktygen. De flesta bagage tas emot vid incheckningsdisken och en liten procent skickas till specialhantering.

19

Efter att bagaget fått sin tagg förflyttas det till huvudbandet och innan leveransen kan ske måste bagaget gå igenom en röntgenmaskin. Beroende på vad röntgen visar leds bagage till en vidare position eller nästa röntgenmaskin som kontrolleras av en säkerhetsvakt. Så fortsätter bagaget till sin bestämda ficka enligt destinationen eller till manuell sortering.

20

3.2 Mekaniska delar, funktioner och system

Eftersom en stor del av spårningar tappas redan vid incheckningsdisken, gjordes en analys på hur infrastrukturen och de mekaniska delarna ser ut vid disken och hur detta kan påverka processen. Bagagebandet är uppdelat i tre delar och fyra fotoceller är placerade enligt figur 3.6.

Figur 3.4 Bandet vid Incheckningsdisken

Första delen är kopplad till en digital våg och delen syftar på att bedöma om bagaget befinner sig inom viktgränserna. Svaret som systemet skickar ut är att bagage är för lätt (< 5kg), för tungt (> 32kg) eller att bagaget kan mottags (5kg < X > 32kg).

21

Figur 3.5 visar hur infrastrukturen vid incheckningsdiskar ser ut på Terminal 4, Arlanda.

Figur 3.5 Incheckningsdiskar, Terminal 4, Arlanda

Fotocellerna hör till gruppen av reflektorfotoceller. Enheter innehåller en sändare och en mottagare och den aktiveras när ljusstrålen till reflektorn bryts. Fotocellernas genererar en felsignal beroende på var på bandet de befinner sig. Fotocellen som är kopplad till bandet nr.1 syftar till att bagaget är rätt placerat på vågen så att bagagevikten kan läsas av på rätt sätt. Fotocellen som är kopplad till bandet nr.2 mäter längden på bagaget. Om måttet överstiger de standardmåtten genereras en felsignal. Ifall bagaget får plats mellan båda fotocellerna utan att täcka dem, skickas en positiv signal och processen kan fortsätta. Sensorn ovanpå bandet läser av streckkoden som talar om vart bagaget ska levereras. Vid en korrekt avläsning kommer flygnumret, destination, sorterings ficka och taggnummer upp. Det är all information som behövs för att kunna leverera bagaget till rätt plats.

Om avläsningen inte sker på ett korrekt sätt skickas en felsignal som talar om att taggnumret på bagaget inte blivit kopplat till en specifik ficka och processen måste göras om.

22

Figur 3.6 Fotocellernas placering vid incheckningsdisken

3.2.1 Process- och styrningssystem

Det finns olika system och verktyg som styr och påverkar processen. I följande stycken beskrivs hur processen påverkas av de olika system som Arlanda flygplats använder och vilka som kan användas vid projektutvecklingen. Idag finns det i utvecklingsfas ett antal nya programmeringsverktyg som syftar på att förbättra mjukvaror för kommunikation och dataöverföring. Användning av dessa verktyg ger möjlighet att införa de styrkontroller som designas och byggs i mjukvaror som t.ex. Matlab, LabView o.s.v.

SITA

SITA (Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques) är en myndighet som är pionjär när det gäller utveckling av telekommunikation inom flygindustri, SITA arbetar ständigt med utveckling av mjukvaror och infrastruktur så att olika användare kan utnyttja de gemensamma fysiska resurserna.

Arbetet görs inom olika område som t.ex. direkt med flygbolagens bokningssystem, flygplatser, flygtrafik, osv.

Inom bagagehantering, sortering och spårning används BAGMANAGER som är en realtid bagagehanteringsprogram som är passande för flygplatser, flygbolagen och handlingsagenter. Systemet visar användaren hur lasten ska fördelas, förenas, spåras och hur hela bagageverksamheten hanteras.

Vid incheckningsdisken på flygplatsen, utfärdas en barskodad tagg för varje bagage. Streckkoden överförs till BagManager och spåras under hela sorteringsprocessen. BagManager hjälper att öka effektiviteten i verksamheten och det är ett viktigt verktyg för att säkerställa att väskan reser med sin ägare på samma flyg.

23

meddelande till Worldtracer och andra sammankopplade system. SITA BagManager underlättar att ha en effektiv lösning.

SITA kommer inte att användas direkt i projektet eftersom det inte syftar på styrningen av mekaniska delar. 4

SCADA

SCADA (Supervisory Control And Data), eller på svenska Övervakande kontroll och datainsamling system.

Detta är en mjukvara som är programmerad för att övervaka och styra processer i realtid. Systemet ger den nödvändiga överföringen av analoga och digitala data från fjärrterminalsenheterna RTU (Remote terminal units) till huvudstation. Själva begreppet innebär att det finns två aktiviteter som är viktiga och går hand i hand.

Det första är förvärvet av data och senare överföring till den centrala platsen och styrning av någon process eller utrustning från denna centrala plats.

Ett SCADA system har fyra komponenter:

- Den centrala platsen som är den styrningsstation för hela systemet, som normalt tillhandahåller operatörsgränssnittet för visningen av information och styrningen av fjärrplatserna.

- Huvudstationen samlar in data från olika platser och kan också fungera som ett operatörsgränssnitt för visningen av information och kontroll av avlägsna platser.

- En RTU ger ett gränssnitt till långdistans analoga och digitala signaler som är belägna vid varje avlägsen plats.

- Kommunikationssystemet som tillhandahåller öppet vägen för kommunikation mellan huvudstationen och den avlägsna platsen.

Eftersom SCADA används idag på flygplatsen och med tanken på att de nya mjukvaror som befinner sig i utvecklingsfas är intressanta att analysera och simulera för att se hur t.ex. en FLC-regulator beter sig. 2

3.3 Matlab och Simulink

Matlab utvecklades av MathWorks, det är ett användarvänligt datorprogram inom tekniska områden. Matlab ger användaren möjligheten att kunna programmera genom skrivna koder eller genom att använda de färdiga funktioner som finns inbyggda i programmet, inom styrdesign erbjuder Matlab ett stor antal verktyg inom simulering, källkodsgenerering som gör arbetet lättare och samtidigt sker programmering på en standard plattform som ger möjlighet att anpassa koderna till andra sorters mjukvaror.

24

av koder genereras kan användas inom verifiering av inbyggda system. Eftersom de flesta verktyg i Simulink används på ett grafiskt sätt blir det lättare att komma igång för de nya användarna.

Matlab är ett lämpligt program för att kunna följa projektutveckling eftersom det erbjuder alla verktyg som behövs under förloppet och detta underlättar uppföljningen av processen och visa resultat på ett konsekvent sätt.

Under de senaste åren har intresse för automatisering ökat och styralgoritmer utvecklas inom fler nya områden, därför arbetar Matlab ständigt med utveckling och förbättring av datormiljöer som ger möjlighet att överföra och översätta styralgoritmen till den industriella standard mjukvaror som t.ex. SCADA och PLC.

En annan orsak till Matlabs popularitet är att programmering görs grafiskt med hjälp av blockdiagram med en hierarkiskt strukturerad form. Förbindelsen mellan blocken representerar informationsflödet. Denna metod för styrsystemrepresentation är allmänt accepterad av automationsingenjörer.

Idag finns det olika lösningar under utveckling som skapar en bro mellan Matlab och de industriella mjukvarorna. I projektets syfte är det lämpligt att nämna två verktygslådor som skulle kunna användas i framtiden: M2ActiveX och M2PLC, de två första används till att översätta och överföra Matlabs algoritmer till SCADA-system och M2PLC syftar framför allt på att överföra till PLC applikationer. Dessa tre industriella verktyg utvecklas av företagen UMM och INTECO i samarbete med MathWorks. 5

M2ActiveX

Huvudsyftet är att överföra Simulinks modeller till den aktiva plattform SCADA. Det är en teknik som används för att bygga applikationer från återvunna delar.

Programmet kräver två komponenter: ActiveX-kontroll och ActiveX-behållare. Kontroller är återvunna objekt som tar emot insignaler och genererar utsignaler. Det finns flera MS Windows baserade program som innehåller inbyggda ActiveX funktioner, t.ex. Word, Excel och de flesta industriella SCADA system t.ex. FIX från Intellution och InTouch från Wonderware. Själva inslaget i tekniken är byggbaserad på alla gemensamma elementen som finns i datorprogram, d.v.s. den M2ActiveX skulle kunna hitta så många gemensamskåp mellan Simulink och SCADA så att dataöverföring från Simulink skulle kunna ske.

25

M2PLC

Verktygen syftar på att överföra styrsystemen som är uppbyggda i Simulink till PLC genom att generera en underrutin med hjälp av ett PLC-steg diagram som finns i Simulink blockdiagram mapp.

M2PLCs koncept är ungefär lika som M2activeX, den går ut att bearbeta och översätta programmeringsspråk till PLC genom att hittalämpliga gränssnitten. M2PLC ska kunna generera en automatisk körbar fil.

Den viktigaste uppgiften för M2PLC är att generera ett datablock som kan läsa data utifrån PLC referenser.

3.4 Undersökning och experiment

För att bevisa att felförflyttning av väskor är en bidragande orsak till att bagaget blir fel- eller manuell sorterat utfördes en undersökning och ett experiment. Syftet med undersökningen är att ha en bild på hur stort är antalet bagage som blir felsorterad medan experimentet syftar till att bevisa att det finns en direkt koppling mellan felsortering och felförflyttning p.g.a. det oreglerade motorvarvtalet.

3.4.1 Undersökning

I början av arbetet gjordes en statistik som visade en hög procent av bagage som blir fel- eller manuell sorterat. Med felsorterat bagage menas allt bagage som hamnar i fel ficka, konsekvensen av detta är att ett antal bagage blir lastad på fel flyg eller kvarlämnad på flygplatsen. Manuellt sorterat bagage är allt bagage som inte anknyts till en adress, destination och ficka. Bagage måste därför bli manuellt sorterat av personalen.

Analys av undersökningsresultat

Statistiken ger en bild på hur stort problemet är och hur viktigt det är att åtgärda de faktorerna som förorsakar problemet i det befintliga sorteringssystemet.

Bilden 3.7 visar statistiken som gjordes före arbetet. Statistiken baseras på 700 incheckade väskor som följdes från incheckningsdisken till sorteringshallen under en 9 dagarsperiod på inrikesterminalen.

Uppföljningen gjordes med hjälp av Norwegians incheckningssystem, bagagetaggar och av personalen. Resultatet som framkom var att antalet bagage som blev fel- och manuellt sorterat översteg 30 % av bagaget som följdes. Siffran överstämde med tidigare statistisk som finns dokumenterade på företaget.

26

Figur 3.7 Statistik av undersökningsresultat

3.4.2 Experiment

Efter att ha bevakat bagageflödet och bagagesorteringsprocessen under en lång period så framlades ett förbättringsförslag som syftade till att minska antalet fel- och manuellt sorterat bagage. Simulering av förslaget visade bra resultat och för att utvärdera förslaget gjordes ett enkelt test.

Syftet med testet var att bekräfta att antalet fel- och manuellt sorterat bagage kommer att minska genom att försäkra en rätt förflyttning av bagaget på bagagebandet. Med rätt förflyttningen menas att bagage ska förflyttas den rätta sträcka så att bagaget blir lastat på den korrekta zonen på huvudbandet. För att garantera detta ska motorsvartalet kunna regleras beroende på bagagevikten. Eftersom varvtalet regleras manuellt i dagens läge begränsades testningen på följande sätt:

Motorn mätts med den konstanta spänningen som behövs för att driva bandet med en 20 kilos last på och värdena på den digitala vågen som redan är inkopplad i systemet ändrades så att en felsignal genereras om bagaget väger mindre än 19.5 kilo eller över 20.5 kilo. Felsignalen som genererades var att bagaget är för tungt eller för lätt.

Figur 3.8 visar ett exempel på en felsignal. 700 väskor som utvaldes slumpmässig följdes hela vägen från incheckningsdisken fram till sorteringshallen. Efter att den nya informationen samlades gjordes en ny statistik. Se bilaga 4

34%   66%  

Undersökning  

27 Figur 3.8 Felsignal

Analys av experimentsresultat

Statistiken som togs fram efter testningen visas i figuren 3.9 och den visar en halvering av antalet fel- och manuellt sorterad bagage. Testningen gjordes bara med bagage som vägde 20 kilo eftersom det inte fanns möjligheten att direkt testa en PI-reglering under hög flygtrafik då risken att bagageflödet påverkas på ett negativ sätt är stor och sådana förändringar måste införas försiktigt samt att små detaljer i infrastrukturen behövdes ändras innan förbättringen kunde införas.

Regleringsresultatet anses vara en grund för vidare arbete inom utveckling av samtliga SBD (Self Bag Drop) som idag hittas på inrikes och utrikes terminal.

Figur 3.9 Statistik av experimentsresultat

15%  

85%  

Experiment  

28

3.5 Arbetsgång

Efter olika observationer på bagagebandet och sorteringsprocessen bestämdes att en viktig parameter som skulle kunna användas för att reglera bandhastigheten vid incheckningsdisken är vikten på bagaget. En elektronisk våg finns redan inkopplad i systemet och bagagevikten är en viktig faktor som påverkar den befintliga likströmsmotors varvtal. Eftersom likströmsmotors varvtal minskar då belastningen ökar orsakar detta förmodligen en fel förflyttning av bagaget till huvudbandet. Om bagaget väger mycket minskar varvtalet så pass mycket att bagaget blir lastat på en position som ligger efter den rätta och om bagaget är lätt, kommer det att bli lastat på en position innanför sin rätta. Första steg i projektets förlopp är att simulera hur systemet beter sig i dagens läge där inte någon reglering finns. Andra steg är att bestämma de parametrar som behövs för att införa en PI-reglering och sist ska systemet återkopplas och simuleras.

29

4 Simulering

I de kommande rubriker ska visas hur varvtalet på likströmsmotorn som driver bagagebandet ändras beroende på regleringsmetoden och hur lång tid det tar för motorsvarvtalet att stabiliserar sig. Begynnelsetillståndet som valts är samma i alla simuleringar, detta för att resultat ska vara jämförbara. Bagagesvikten som betraktas motsvarar en väska på 20 kilo och pålastning av bagage kommer att mättas som en störning efter 10 sekunder i de tre olika simuleringar. Likströmsmotorns blockschema som används som ett subsystem i simuleringar visas i figur 4.1 och motorns parametrar är hämtade från tabellen 1, som också finns i form att av specifikation under bilagor. Simuleringen av dagens läge visas i punkten 4.2 och resultatet ska jämföras med två olika regleringsmetoder. De regleringsmetoder som använts är en PI-reglering och en FLC-reglering. Hur man väljer reglerings parametrar förklarar under kapitel 2. Efter simuleringar ska utvärderas hur varvtalet påverkades och om detta tyder på att bagageförflyttningen kommer att ske på ett rätt sätt.

4.1 Likströmsmotors blockschema

Figur 4.1 visar simulering av en likströmsmotor. Simuleringen är baserad enligt beräkningar under rubriken 2.5 och värdena som används motsvarar motor som driver bandet idag. Värdena hämtades från specifikations tabell som hittas under bilagor 1 och de viktigaste värdena finns på tabell 4:1, sidan XX.

Fördelen av använda Simulink är att modellens värde kan ändras beroende på användarens behov. Detta lämnar en öppen dörr till alla som skulle vilja utveckla eller utforska mer inom ämnet.

30

4.2 Simulering av systemet utan reglering

Modellen simulerar hur likströmsmotorn beter sig i dagens läge. Simuleringen gjordes genom att skicka en impuls som motsvarar bagagevikten i verklighet.

Likströmsmotorn som betraktas i simuleringen uppfyller alla specifikationer på motorn som drivs bagagebandet i dagens läge. Resultatet som visas efter simulering är tiden som det tar innan systemet blir stabilt och når det önskade värdet.

Det är inte bara viktigt att göra systemet stabilare utan att kunna lyckas få denna inom en specifik tid. Enligt IATA (International Air Transport Association), ska en passagerare betjänas inom max. 5 min.   6 Under dessa 5 minuter ska incheckningen göras och bagagetagg printas. På SBD (Self Bag Drop) diskarna ska det ta mindre än 2 min. På egen erfarenhet kan jag säga att en kund med en väska kan betjänas på mindre än 1 min, därför det är en viktig faktor att reglering sker snabbt och ändå erbjuda på stabilitet.

Figur 4.2 Simulering av dagens läge

31

Figur 4.3 Förhållandet mellan varvtal och spänning

I det befintliga systemet ändras spänningen manuellt men hjälp av andra verktyg som t.ex. skruvmejsel. Påverkningen av driva bandet med en konstant spänningen är att vid stora laster minskar varvtalet så mycket att bagaget inte förflyttar sig den korrekta sträckan och vid små laster kommer bagaget att upplevas en onödig acceleration. Resultatet av detta fysiska fenomen är att bagaget åker på huvudbandet utan spårning och risken för slitage i motorns delar ökar. Figuren 4.4, visar hur lång tid det tar för varvtalet att stabilisera sig.

32

4.3 Val av regulatorns parametrar

För att simulerar en PI-reglering måste värdena på K och T! bestämmas. Detta görs genom

att utvärdera processtegsvar. Eftersom motorn överföringsfunktion har approximerats till en förstaordning med en tidskonstant, som visas i beräkningar under rubriken 2.5, kommer stegsvaret lutning att vara störst i början för att sedan avta till dess att slutnivån uppnåtts. K- värde utläses som slutnivån på stegsvaret medan tidskonstanten utläses som 63% av slutvärdet. Dessa parametrar är grunden till simulering av systemet med en PI-reglering som görs i punkten 4.4.

Parametrarnas värde som kommer att betraktas i systemet med PI-reglering är anpassade till den befintliga motorn, då simuleringar är gjorda för att spegla och utvärdera dagens system påverkas av regleringen.

Enligt tidigare beräkningar blir överföringsfunktion lika med G_! s =   1

k_!     1

τ_!  s + 1       Där värdena enligt motorns specifikation blir följande

Tabell 4:1 Motorns konstanter

Konstanter Värde

k_! 125 rpm/V L_! 0.01 H

J 8.75x10!! _kg*m2

R! 2,5 cm

33 Figur 4.5 Stegsvaret

Parametrarnas värde sätt nu till:

Förstärkningen K = 160 och tidskonstanten T_!= 23 s.

34

4.4 Simulering av systemet med PI-reglering

Efter att har tagit fram förstärkningens- och tidskonstantens värde ska dessa användas för att simulera nu hur varvtalet ändras vid PI-regleringen och hur lång tid det tar för varvtalet att stabilisera sig. Figur 4.6 visar ett blockschema där systemet har nu blivit återkopplat med en PI-regulator.

Figur 4.6 PI-reglering, systemblockschema i Simulink

Resultatet som fås fram är en minskning av tiden som behövs för att stabilisera motorns hastighet. Bagagesvikten betraktas i simuleringen som en störning och motsvarar en väska med 20 kilos vikt. Efter bagaget lastats på bandet tar mindre än två sekunder innan Systemet blir stabil och når den önskade hastigheten.

Figuren 4.6, visar en bild på simulerings blockschema, där de flesta block som användes är kända. I simuleringen har dessutom används två specifika block som kan hjälpa till att simuleringen närmar sig så mycket som det går till verkligheten. Dessa block är H-brygga och en PWM.

35 Figur 4.7 PI-reglerat system

En H-brygga möjliggör att spänningen kan påläggas över en last i olika riktningar, d.v.s. att det ger likströmsmotorn möjlighet att köra framåt eller bakåt. 10

36

Det andra blocket som användes i simulering är en Controlled PWM (Pulse-width modulated). Blocket är ett sätt att skapa en kontinuerligt varierbar effektmatning. Används mycket inom elmotorstyrningen p.g.a. dess låga kostnad och att en PWM är mer energibesparande jämfört med andra metoder. En nackdel med PWM är att vid felaktig konstruktion kan ge upphov till elektromagnetiska störningar.   7

Figur 4.9 PWM block

4.5 Simulering av systemet med FLC

Simuleringen gjordes med hjälp av ett FLC block som finns inbyggd i Simulinks verktygslåda. FLC användes för att jämföra hur systemet reagerar vid olika regleringsform. FLC-reglering är ganska opålitlig och det önskade resultatet kan nås genom att ändra värdena på egen hand, detta gör att regleringen blir tidskrävande och att resultatet inte är baserade på konkreta parametrar.

37 Figur 4.10 FLC simulering i Simulink

Figur 4.11, visar systemets svar enligt de bestämda reglerna och tillhörighetsgrader.

Simulering gjordes på samma sätt som vid PI-reglering, efter 10 sekunder skickades en störning i form av en impuls som motsvarar en väska på 20 kilo. Systemet stabiliserar sig inom två sekunder men svängningar förekommer.

38

4.6 Analys av simuleringars resultat

Bagagebandhastigheten drivs idag av en likströmsmotor som mätts med en konstant spänning. Att motorn mätts med en konstant spänning medför svåra återverkan. Likströmsmotors varvtal påverkas av den pålagda belastningen och följden av detta blir att bagageförflyttningen inte sker på rätt sätt. I kommande stycken analyseras de resultaten som framkommit i simuleringar.

Analys av dagens läge simulering

I dagens läge visade simuleringen hur lång tid det tar för varvtalet att stabiliserar sig (ca 10 sekunder). Bagagesorteringsprocess är inte en självständig process utan den påverkas av externa faktorer och den påverkar andra avdelningar på flygplatsen. Om processens påverkning på den hela enheten analyseras syns att det oreglerade systemet orsakar onödiga driftavbrott, eftersom bagagebandet vid incheckningsdisken överför instabilitet till andra reglerade enheter som t.ex. huvudbandet.

En ökning i energiförbrukning förekommer och olika delar av infrastrukturen måste bitas eller underhållas oftare. När det gäller hur det oreglerade systemet påverkar bagagesortering lyfts fram tre viktigaste punkter:

1. Personalen med tillräckligt erfarenhet och kunskap kan betjäna en passagerare på mindre än 1 min men p.g.a. det oreglerade systemet kan det dröja upp till 3min. En följd av detta speglas i den lägre produktionstakten. Men produktionstakten menas antal bagage som tas emot under en tidsperiod.

2. Varvtalet hinner inte stabiliseras innan ett nytt bagage har blivit pålastat. De elektromekaniska delarna utsätts för onödigt slitage.

3. Den tiden som behovs för att stabilisera varvtalet påverkar mest lättvikt bagage, avläsningen och pålastningen på dessa sker nästa alltid på fel sätt p.g.a. den accelerationen som lättvikt bagage upplever mellan förflyttningen.

De föregående punkterna antyder på att den oreglerade bandhastigheten vid incheckningsdisken påverkar negativ bagagesorteringen.

Analys av PI- och FLC- reglering simuleringar

PI- och FLC-reglering visar att motorsvartalet regleras inom två sekunder beroende på bagagesvikt fast i FLC-reglering förekommer svängningar. I kapitel 6 ska diskuteras vilken regleringen anses vara pålitligt i fallet.

39

I dessa fall betraktas givarsignalen som summan av två komponenter, en komponent motsvarar de verkliga variationerna och den andra motsvarar störningar.

Risken att högfrekventa störningar påverkar regleringen på ett felaktigt sätt uppträder då deriverande reglering är inkopplad, detta p.g.a. derivataverkans är stor amplitudförstärkning vid höga frekvenser kommer regulatorn att förstärka dessa störningar kraftigt. Resultatet blir en snabb och svängande styrsignal som medför slitage på de mekaniska och elektriska delarna, samt instabilitet i regleringen.

Problemet kan lösas i olika former med hjälp av t.ex. ett lågpassfilter eller att använda givare och mätvärdeomvandlare som innehåller inbyggda lågpassfilter men detta innebär en kostnadsökning som inte garanterar på en bättre reglering med tanken på att systemet utsätts för mycket kraftiga mätstörningar som förekommer p.g.a. bagagesvikten.   1

FLC-reglering provades för att se skillnaden till de konventionella regleringsmetoderna och utforska möjligheten att styra systemet med hjälp av SCADA. FLC-regleringen är mycket tidskrävande och rekommenderas därför inte i sådana processer där man har få insignaler och en utsignal. Metoden anses inte vara lämpligt för reglering av motorsvartalet, eftersom det inte går att förutsäga hur systems svar kommer att se ut.

40

5 Slutsats och diskussion

Efter att ha bevakat bagagehanteringsprocessen under en period har det framkommit att det oreglerade bagagebandet vid incheckningsdisken påverkar sorteringsprocessen eftersom det inte styrs på samma sätt som huvudbandet gör. Det krävs att bagaget blir rätt lastad på huvudbandet för att garanterar en rätt sortering. Eftersom bagagestreckoden anknyts till en position på huvudbandet och till en specifik ficka där bagaget kommer att avlastas. Det innebär att när bagaget hamnat utanför den bestämda positionen har den automatiserade sorteringen misslyckats. Den tillfälliga lösningen som finns idag är att när bagaget tappat sin spårning åker bagage på ett parallellband och bagagestreckkoden läses av på nytt. Problemet är att det bandet inte är gjort för att hantera stora mängder bagage och under hårt belastade flygtider påverkas sorteringen. Bagagebandet stannar flera gånger och under dessa tider kan inte nytt bagage tas emot, sorteringsprocessen tar längre tid p.g.a. det extra momentet som måste göras, bandkapaciteten utnyttjas inte på ett effektivt sätt och ju mer bagage som befinner sig rullande på bandet desto mindre blir lastningszonen på bandet, detta innebär att felmarginalen blir mindre och mindre.

Figur 5.1 Sambandet mellan lastningszon under varierande flygtider.

Ovanstående figur 5.1, visar hur längden på en lastningszon varierar på huvudbandet under hög belastning- (lastningszon B) och låg belastningsflygtider (lastningszon A), därför är det viktigt att bagagebandhastigheten vid incheckningsdisken ska regleras. En reglering på hastigheten kommer att ge en mjukare och stabilare övergång mellan banden och framför allt kommer det att minska antalet bagage som blir lastade på fel position på huvudbandet.

41 att infört en PI-reglering.

Figur 5.2 Svaret från en likströmsmotor med och utan reglering

PI- och FLC-reglering

Efter att ha analyserat simuleringars resultat kan dras som slutsatsen att PI-reglering är ett bra verktyg som kan användas för att reglera bagagebandhastigheten utan att behöva införa ändringar i den befintliga infrastrukturen. PI-regleringen visade bättre resultat än FLC-reglering. Användaren kan lära sig väldigt snabbt hur FLC-metod kan användas som regleringsmetod men eftersom processer upplevs och tolkas på olika sätt av olika personer blir det en nackdel när projektet ska lämnas över till företaget. Ändringar av FLC-reglering kräver praktisk kunskap om processens gång.

I efterhand visade det sig att det var onödigt att lägga så mycket tid på att tolka processen och bestämma tillhörighetsfunktioner och regler med tanken på att överföringsfunktionen var enkelt att framställa.

Rekomendationer

Efter projektet rekommenderades till företaget att införa en PI-reglering på bagagebandet vid incheckningsdisken. Företagets förväntningar uppnåddes och resultatet blev en minskning av fel- och manuell sorterad bagage även kostnaderna som uppstod p.g.a. regleringsbrist i processen, som t.ex. onödiga driftavbrott, ökad energiförbrukning, lägre produktionstakt och slitage på utrustning sänktes.

Regleringen är betydligt ekonomisk hållbar med faktum att inte krävs något stor investering och med tanken på att en del av flygbolagen satsar ständigt på att utveckla nya metoder som ger sina kunder garanti på att bagage inte försvinner spårlösa på flygplatsen. T.ex E-tag/E-track av Air France-KLM (se bilagor 3) innebär detta att i framtiden inte kommer att behövas en strikt uppföljning av bagage på bandet. Spårningssystem är ett avresamålet oberoende. Sorteringsmetoden kommer att erbjuda möjligheten att kunna spåra bagaget under hela vägen utan behov av en specifik position på bandet eller destination. Av denna

42

anledning blir PI-reglering ett starkt förbättringsförslag och att regleringen inte bara kommer att påverka bagagesorteringen utan en betydlig förbättring på andra enheter kommer att ses.

Regleringen anses också vara miljövänligt eftersom lösningen nådde målet genom att använda den befintliga hel fungerade infrastrukturen.

43

6. Källförteckning

1 Thomas, B. (2008), Mordern Reglerteknik, Liber, (ISBN 978-91-47-09323-6). 2 IDC Technologies & ventus publishing ApS, Process Control, Automation, Instrumentation and SCADA (ISBN 978-87-403-0056-7)

3 Binder Andreas, Dynamik der Gleichstrommaschine, (ISBN 978-3-642-17422-3) 4 SITA (2010), http://www.sita.aero/product/bagmanager (Hämtad 2014-10-02) 5 Wojciech GRega, Krzysztof Kolek, Simulation and Real time control: from Simulink to Industrial Applications, (2002), 1-6

6 IATA (2010), http://www.iata.org/Pages/default.aspx (Hämtad 2014-10-02) 7 PWM, Pulsbreddsmodulering, http://sv.wikipedia.org/wiki/Pulsbreddsmodulering

(Hämtad 2014-10-02)

8 Wikingsons Wåghalsiga Wargar, Fuzzy Logic: en smidig väg för att reglera ditt system,(2006), http://www.sais.se/mthprize/2007/FuzzyLogic2007_bilaga1.pdf (Hämtad 2014-10-02)

9 Future travel experience, Airfrance/KLM, E-tagg/E-track,

http://www.futuretravelexperience.com/2014/03/air-france-klm-new-permanent-bag-tag-and-tracking-device-can-benefit-the-entire-industry/ (Hämtad 2014-10-02)

44

Bilagor förteckning

Bilaga 1 Likströmsmotor specifikations tabell.

Bilaga 2 Inmätningen av motorns parametrar i Simulink Bilaga 3 E-tag/E-track artikel

50 Bilaga 3

BAGGAGE, FEATURES // 27 MAR 2014 // 7 COMMENTS

Air France-KLM: ‘Our new permanent bag

tag and tracking device can benefit the

entire industry’

By Ryan Ghee

Over the last 12 months, interest in permanent bag tags has increased apace as the viability of the concept has been proved, and Air France-KLM has this week launched the latest innovation in this field. The permanent bag tag, called eTag, and the eTrack tracking device have been developed by the airline alongside FastTrack Company, Samsonite and KPN with significant input also coming from Delta Air Lines.

The eTag is an electronic baggage label that includes two e-ink displays and that attaches to the outside of the suitcase, while eTrack is placed inside the luggage. In addition, a limited edition suitcase – the Samsonite Track & Trace, which includes embedded eTag and eTrack devices – has been revealed.

Speaking to FTE, Manuel van Lijf, Manager Product Innovation, Air France-KLM, explained: “We’ve worked closely with our suppliers and with Delta to try to make this an industry initiative, not just an airline initiative, and we’ve had involvement from SkyTeam too and kept them updated throughout the process.

“We thought it would be useless to just develop something for us – we wanted to develop something that will benefit the industry and the passengers. The idea was to create a product that can be used by a passenger flying with Air France, KLM, Delta, Lufthansa or another airline, for instance. Why would a passenger buy a permanent tag that can only be used on one airline?”

Making use of Bluetooth, GSM and GPS technology

FTE Editor Ryan Ghee was given a preview of the eTag, eTrack and Samsonite Track & Trace suitcase by Air France-KLM’s Manager Product Innovation, Manuel van Lijf and FastTrack Company’s Founder & CTO Graham Kelly; CEO Arthur Lahr; and Founder & CFO David van Hoytema.

51

tracked by a smartphone, while eTag also utilises Bluetooth. Passengers with a Flying Blue account can link the eTag and eTrack devices to their account, so when they check-in online, the permanent bag tag will be automatically updated within just five seconds. The tag communicates with the outside world via the eTrack device, and directly with smartphones using Bluetooth, but the two products can also be used independently.

“Bluetooth technology is used worldwide, so it makes sense for us to use it,” van Lijf stated. “With things like NFC (Near Field Communication), you would need to use more antennas, which would mean the tag would have to be bigger. We could add NFC later, but Bluetooth works fine.”

The eTag and eTrack trials to start in December

The eTag includes two e-ink displays and attaches to the outside of the suitcase, while the eTrack tracking device is placed inside the suitcase.

While Air France-KLM and its partners initially set out to develop just a permanent bag tag, the tracking device was added in response to demand from travellers. “The passengers really wanted the tracker,” van Lijf continued. “Track and trace was a number one demand among passengers.” Having held focus groups with travellers, it was clear that the size of the permanent bag tag was also important, and while the prototype FTE previewed was relatively compact, the final product will be even smaller.

Final tweaks are still being made to eTag, eTrack and the Samsonite suitcase, but Air France-KLM is planning to start live trials before the end of the year. The plan is for a small, select group of travellers to start trialling the products in December, before they are gradually made available on a larger scale.

In terms of an initial rollout, it is likely that the tag will be offered to high value, frequent travellers, but in the longer term the bulk of eTag and eTrack devices will probably be used by customers who have actively purchased them. Considering Air France recently launched home-printed bag tags, van Lijf said the permanent tag could appeal to lots of frequent flyers, while the home-printed tags could be more popular among those who fly less frequently.

52