用于国境口岸行李邮包的快速智能消毒设备研制

[摘 要]随着国际公共卫生事件不断出现，各种病菌和病原微生物随旅客携带的行李和邮包入境的风险增加，但国内对于上述物品的消杀仍采用以人工消杀为主。为提升国境口岸行李邮包检疫消杀自动化水平和消毒效率，保障国内公共卫生安全，文中研制了一种针对国境口岸行李邮包的快速智能消毒设备，可实现对行李邮包的快速智能化全面消杀，从而安全、高效地将行李邮包运送到旅客手中。该设备有利于维护人们的健康安全，在国境口岸物品消杀方面具有广泛的应用前景。

[关键词]国境口岸；行李邮包；快速智能消毒设备

[中图分类号]TH771.4 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0061–03

基金项目： 山东省重点研发计划（重大科技创新工程）（2021CXGC011306）

Development of a Rapid Intelligent Disinfection Equipment for Luggage and Parcel at Frontier Ports

YAN Jihui，WANG Yan，TENG Xindong，ZHAO Fengyuan，DANG Anfang

[Abstract]With the continuous emergence of international public health events， the risk of various pathogens and pathogenic microorganisms entering the country with passengers’ luggage and parcels has increased， but the disinfection and sterilization of the above items in China is still mainly manual disinfection and sterilization. In order to improve the automation level and disinfection efficiency of luggage and postal parcels quarantine disinfection and sterilization at border ports， and ensure domestic public health security， a rapid intelligent disinfection equipment for luggage and postal parcels at border ports is developed in this paper， which can achieve rapid， intelligent and comprehensive disinfection and sterilization of luggage and postal parcels， so as to safely and efficiently transport luggage and postal parcels to passengers. This equipment is conducive to maintaining people’s health and safety， and has a broad application prospect in the disinfection and sterilization of goods at border ports.

[Keywords]frontier ports； luggage and parcel； quick and intelligent disinfection equipment

随着国家之间合作交流日益频繁，跨境商业合作、旅游、跨境电商等各种活动增多，跨境交流人数增加，各种病菌、病毒随旅客携带的行李和邮包入境的风险增加。因此，在国境口岸第一时间对旅客携带行李和邮包进行消毒非常必要，这是阻断病毒传入国内的有效措施。目前，针对旅客行李邮包的消杀工作大多还是以人工喷洒方式进行，自动消杀设备尚未大范围普及，尤其电商邮包数量多，人工消杀效率较低，存在近距离接触感染风险。

文章主要针对旅客携带行李邮包消毒作业研发了一种快速智能化消毒设备，其可以高效地对长宽不大于80 cm，高度不大于150 cm的物体表面进行全面无死角消毒处理。还可对放置到传送带上的物品自动识别，自动传入消杀室并进行消毒喷雾对传输物品进行全面无死角消毒，从而达到消灭病毒的效果。

1 系统组成结构

行李邮包智能消毒设备由硬件系统和控制系统构成，其中硬件系统由设备框架及外壳、动力传输系统、雾化消毒系统、显示系统等组成，硬件系统通过传感器、下位机和控制系统进行通信，控制设备的运转。入境行李邮包智能消毒系统设计如图1所示。

由于该设备主要使用的消毒药剂为ClO2，ClO2对金属具有一定腐蚀作用，设备喷雾后，雾滴会弥漫在消杀室内，也会逃逸到空气中散落在设备表面，对设备来说具有腐蚀作用。此外，设备药箱和废液箱储存较高浓度的ClO2消毒液，腐蚀更快。经过对A3钢、铜铝、不锈钢的ClO2腐蚀性研究发现，不锈钢的抗腐蚀性最强。因此，为了增加设备寿命，在不降低设备强度的情况下，设备外壳、药液储存模块均采用不锈钢。

1.1 硬件系统

1.1.1 设备主体框架和外壳

设备框架主要用于固定其他各硬件系统零部件，主体用304不锈钢焊接，设备主体尺寸长240 cm、宽80 cm、高160 cm。框架底部带有4个可锁万向轮，方便设备移动位置和固定。设备框架上部主要用于放置消杀室、配电箱及声光提示系统硬件，其中消杀室出入口尺寸高80 cm、宽60 cm、长150 cm，消杀室配有观察窗，便于观察消杀内部情况，消杀室顶部固定三色声光报警器及配电箱。框架中部平台主要用于固定动力传输链条、物品传感器等，包括承重滚轴、物体托板，传动网链及传动齿轮，传动链两端的框架分别装有激光感应对射，用于感应物体和计数。框架底部主要放置药箱、动力电机、废药回收箱，药箱位于框架底部容量约100 L，动力电机采用380 V、功率为0.75 kW的电机，也可以根据具体情况更换为同等功率的UV电机。

1.1.2 动力传输系统

动力传输系统主要功能是将待消毒处理的物品传入、传出消杀室消毒。其主要由380 V电机、传动机构和网状传输带组成。传输带宽80 cm、长500 cm，传输工作面长度约2.4 m。根据动力电机安装方式的不同，传动机构可以为齿轮直接传动或链条传动。动力电机可以调速，配备手动调速器，也可以通过PLC和变频器控制速度，传输速度为0.5～1 m/s可调。传输动力系统配合设备前后两端的感应器工作，当入口处感应器有物品感应时，传输带开启高速运行模式，当末端感应器感应物体时，若短时间内入口感应器未感知物体，传输带就自动切换到慢速模式或停止运行。

1.1.3 雾化消毒系统

雾化消毒系统主要实现被消毒对象全面无死角消杀，由消杀室、储药箱、过滤装置、耐腐蚀高压泵、高压管路、喷头、静电发生器等组成。高压泵采用多个24 V或12 V耐腐蚀高压泵，将管路连接到喷雾头和药箱。为达到较好的消毒效果，必须对喷雾的压力和喷嘴的直径大小及喷雾角度等进行选择，该设备采用的喷头为孔径0.6 mm的扇形喷嘴，雾滴粒径主要集中在60～120 μm。消杀室内分布有12个雾化喷头，并均匀分布在消杀室的四周，高压泵工作后，各个喷头能够同时工作，将消杀室营造成雾滴分布均匀的消杀环境。为了更好地使物体表面全部均匀覆盖药液，对于无规则形状的物体，给喷头施加静电，让雾滴附带静电，使得雾滴和物体之间形成电位差，雾滴在静电吸附的作用下，均匀地吸附在物体表面，提升了消毒效果。

1.1.4 计数及感应系统

该设备设有计数和感应系统，计数系统用于检测设备工作量，便于工作量化，感应系统用于感应放置在传输带上的物品，并以此判断是否进行消毒喷雾作业或停止。在检测到物体时，传输系统和喷雾系统开始工作，等消杀完成后，短时间内检测不到消杀物品可设置停止或低速工作，节省药液。

1.1.5 声光提示和照明系统

由于该设备在工作过程中会产生一定的ClO2消毒液雾滴逸出，对人员有一定的伤害。因此，需要在设备明显的位置安装声光警示灯，为了让声光警示灯表示更多状态，选用了3色灯。声光系统由置于设备外壳顶端的彩色指示灯和扬声器组成，根据机器的启动状态分别显示颜色和声音提示。指示灯红色表示该设备正在运行，请不要近距离接触设备消杀室，指示灯绿色表示该设备已经准备完毕，随时可以开启工作状态，指示灯为黄色表示设备出现一定故障，需检修。

1.1.6 显示控制系统

为增加人机交互体验，该设备配备了一个8寸触摸显示屏，该显示屏支持MPI 187.5K连接，具有强大的兼容能力，可以适用常见的PLC软件，用于显示设备的基础信息和进行简单的设备参数设置，设备触摸屏幕主要显示货物计数信息、设备各种工作参数。屏幕具有触摸功能，使用组态软件设计PLC的交互界面，使用RS–232接口连接触摸屏和控制系统，来实现触摸屏和设备的人机交互，能够通过屏幕对设备的启动、停止、无工作自动切换时间等进行设置。

1.1.7 废液回收系统

为了不对环境造成污染，在设备底部设置了废液回收系统，废液箱容量约100 L，可尽可能地搜集从消毒物品上滴落的消毒残留液体。残留药液先通过过滤装置进行过滤，过滤后的废液流入废液箱，可以通过药箱底部的排空开关进行排空处理。

1.2 控制系统

控制系统由PLC控制器、触摸屏和各种传感器、继电器组成。其中PLC控制器采用西门子S7–200控制器，该系列PLC控制器具有高性价比、性能可靠的优点，用于搜集各传感器数据和控制整个系统工作，具体介绍如下。

（1）正常工作流程。设备启动后，设备指示灯显示绿色，中央控制器控制各模块初始化准备，输送带前后两端的物体感应模块开始工作，前端感应模块感应到物体后，中央控制器控制输送带加速运动，设备指示灯变成红色，并发出声音提示消毒工作开始，输送带将物品传送至消杀室，高压喷雾器开始工作，将消毒药液通过多个喷头均匀喷洒在物体各个表面，传送带继续工作将物品传递至输送带末端，末端感应器在感应到物体后且前端感应器在这之前未有新的物品放入，则停止喷雾并减慢传输带运行速度，计数器将物品数据反馈到中央控制器，设备指示灯恢复成绿色状态，完成一次消杀工作。

（2）异常工作流程。中央控制器定期检测各传感器数据状态，若发现异常，设备停止工作，闪烁黄色指示灯并播放故障声音。喷雾泵是设备高负荷运转部件，易损坏，因此系统设置了1套备用喷雾系统，在检测到一个喷雾系统异常后，中央系统控制另一套喷雾系统工作，并将故障代码输出到显示模块。

（3）设备报警信息说明。根据设备顶端的声光提示灯，具有以下状态：红灯常亮代表设备急停中，红灯和声音闪烁5 s表示设备自检中，黄灯和声音闪烁表示消毒液即将用尽，黄灯长亮代表消毒液液位低，需要及时添加消毒液，红黄灯闪烁同时声音报警表示传送带卡滞，绿灯长亮表示设备正常工作运行中。

2 功能与特点

2.1 全面无死角消杀

根据国家对于物品外包装消杀要求，消毒货物外包装表面时应确保外包装6面消毒，不留死角，为确保达到物体能够6面消毒，该设备在消杀室上、下、左、右均设置多个雾化喷头，在货物经镂空的传送带被传输到消杀室后，分布在各个角落的喷头一同开启，将消杀室营造成全包围雾化环境，被消杀物体的各个表面就会均匀附着消毒液雾滴，达到物体表面全面覆盖。为了更好地实现全面消毒，在传输带的选择上，根据实际情况选择了网状传输带。

2.2 静电喷雾技术

为进一步提升物体消杀效果，针对不规则物品的消杀，消毒雾滴可能存在隐蔽位置消毒液浓度分布较低的情况，该设备采用静电喷雾技术，通过将喷药嘴施加高压负极，使喷药嘴周围产生密集的电荷，使消毒液微粒带上负电荷，在喷嘴与靶标物体之间建立起静电场，消毒液雾滴在静电力和压缩空气的作用下飞向物体表面，并均匀地吸附在物体表面，增加吸附作用，让消毒液雾滴停留更长时间。

2.3 自动感应控制

该设备的传送带是高频长时间工作部件，如果设置成恒速运行方式，不仅会对传输带造成磨损，减少其寿命，还会浪费电能。另外该设备的消毒喷雾也是一样，如果长时间工作，不仅浪费消毒液，也会对识别有一定的损害。因此，通过入口和出口处的激光/红外对射自动感应装置，通过PLC的智能判断，控制传输带和消杀系统的工作状态，实现被消杀物品计数和消毒药液及电能的节省。其工作过程是，在工作待机状态下，物体传送带处于低速运行或静止状态，同时消杀室的喷雾工作也处于暂停状态。当入口处感知到有物品传入时，该设备立刻启动高速工作模式，消杀室开始喷雾消杀，待物品传入后进行全面无死角消杀。等物品传出消杀室后，出口端的感应器感应到物体，结合传入感应器给予一次工作计数，同时等待入口物品的再次传入，若在设定的时间内没有传入物品，则设备再次进入低速运行模式并停止喷药，达到节省药液和电能的作用。

3 应用效果

一般情况下，国境口岸行李邮包的长宽尺寸较小，该设备能够满足不大于长80 cm、宽60 cm尺寸的物品消杀要求，消杀室内弥漫的消毒液能够均匀覆盖物体表面。该设备在跨境电商仓库的包裹消杀工作中进行了应用，从应用情况来看，该设备消毒药液储存量能够满足不低于1 h的消毒任务，可连续处理约1 000件物品，大幅提高了进境物品消杀的效率。从对于物品表面消毒效果来看，经过测试，消毒药液符合国家相关物品消毒规定，能够满足绝大部分跨境电商物品消杀需求。

4 结束语

文章设计的行李邮包智能消毒设备的使用能够满足高强度物品表面消毒任务，具有续航时间长、消毒作业速度快、智能感应节省消毒药液、业务量计数等功能，能够显著提升口岸检疫作业效率，节省人力投入。其还能够适应入境行李、进境电商邮包、快件的消毒等，应用场景丰富，能够拓展到其他物品的表面消毒工作中，对国境口岸的卫生事件预防具有积极的作用。

参考文献

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