摘要：針對在用普通自動(dòng)扶梯經(jīng)常空載高速運(yùn)轉(zhuǎn)造成大量能源浪費(fèi)、機(jī)械磨損等問題闡述了采用變頻技術(shù)對普通自動(dòng)扶梯進(jìn)行節(jié)能改造的工作原理

關(guān)鍵詞：自動(dòng)扶梯；變頻器；節(jié)能

1、引言

自動(dòng)扶梯在酒店、商場、地鐵、火車站、寫字樓、機(jī)場等場所應(yīng)用較多。在方便顧客和提高服務(wù)質(zhì)量等方面起到了相當(dāng)重要的作用。但由于其使用場合的特殊性，部分扶梯經(jīng)常處于輕載或空載的狀態(tài)。這必將浪費(fèi)大量的電能，同時(shí)也會(huì)造成扶梯的磨損。按目前的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)扶梯的工作繁忙程度可以分為普通型和公共交通型兩種。最典型最常見的公共交通型自動(dòng)扶梯是設(shè)置于地鐵站內(nèi)的出站上行自動(dòng)扶梯。我們對這種扶梯進(jìn)行實(shí)地測試結(jié)果表明，每當(dāng)?shù)罔F到站后，蜂擁的人流在自動(dòng)扶梯上持續(xù)的時(shí)問大約為45秒左右。如果按每3分鐘一班地鐵計(jì)算．扶梯的“負(fù)載持續(xù)率”也僅為25％左右，其余時(shí)間扶梯都是在空載或很低的負(fù)載下運(yùn)行。公共交通型自動(dòng)扶梯尚且如此，其余普通型自動(dòng)扶梯的情況就更不必說了。因此，對自動(dòng)扶梯采取節(jié)能措施是非常必要的。

2、常見節(jié)能方法及控制系統(tǒng)

對于自動(dòng)扶梯,常用的節(jié)能方法有“自動(dòng)重新啟動(dòng)”節(jié)能法，“△-Y切換”節(jié)能法等。前一種方法是在無人乘梯時(shí)停止自動(dòng)扶梯的運(yùn)行，有人乘梯時(shí)起動(dòng)扶梯，從而達(dá)到省電的目的，由于是采用了完全停電的方法，所以在節(jié)約能源方面是非?？捎^的，一般能達(dá)到50％的電能節(jié)約。但是這種方法存在一些缺陷，首先當(dāng)無人乘梯時(shí)，自動(dòng)扶梯處于停機(jī)狀態(tài)，故大多乘客會(huì)認(rèn)為扶梯停開或正在維修而轉(zhuǎn)向附近的樓梯上樓，特別是在樓梯與扶梯并行設(shè)置時(shí)更是如此，從而失去了自動(dòng)扶梯的作用。后一種方法是采用經(jīng)典的星形與三角形接法轉(zhuǎn)換起動(dòng)。但是折中方法也有些不足之處,星形接法由于轉(zhuǎn)矩只有三角形接法的1/3，所以星形接法轉(zhuǎn)速較慢，而且兩者之間有2～3s的轉(zhuǎn)換時(shí)間，如果光電探測頭位置距離扶梯入口處太近時(shí)，在乘客上梯后由于星形與三角形接法的轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沖擊，使扶梯的乘用舒適感惡化，甚至釀成事故；如果光電探測頭距離扶梯入口處太遠(yuǎn)，則可避免乘客上梯后產(chǎn)生沖擊，但容易造成誤動(dòng)作，同時(shí)如果客流連續(xù)間斷造成扶梯的頻繁起動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生不利影響。自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)有3種：繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微單片機(jī)控制系統(tǒng)。目前市場上所使用的自動(dòng)扶梯還有繼電器控制的．由于繼電器控制系統(tǒng)噪聲大、維修不便、控制方式落后等，已不適應(yīng)現(xiàn)代人的需求，正逐漸被人們所淘汰。微單片機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能化方面有很大的發(fā)展，但由于微單片機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間長，程序改動(dòng)困難，抗干擾等問題而限制了其應(yīng)用。而PLC控制系統(tǒng)有著可靠性高、穩(wěn)定性好、維護(hù)檢修方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，加上現(xiàn)今逐漸時(shí)興電腦化控制的電氣設(shè)備，PLC控制的自動(dòng)扶梯正好迎合了人們的心態(tài)，與市場需求緊密相連，其開發(fā)前景已被大大看好。

3、PLC與變頻器控制基本原理

由于以上方式有著種種缺陷，這里提出了基于PLC與變頻器的節(jié)能控制方法，同時(shí)，采用PLC作為主控制器，有著以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)可靠性高，穩(wěn)定性好。一般PLC允許的輸入信號閥值比通常的微控制器大得多．且與外部電路都經(jīng)過光電隔離，抗干擾能力較強(qiáng)。如一般的PLC能承受峰值1000V，脈寬1s的矩形脈沖的尖峰干擾，并有多種保護(hù)功能，一旦出現(xiàn)故障。能使自動(dòng)扶梯迅速停止。

(2)編程簡單，使用方便。目前PLC普遍采用繼電器控制形式的“梯形圖”編程方式，極易為電氣、自動(dòng)控制的技術(shù)人員所接受。

(3)維護(hù)檢修方便。PLC產(chǎn)品具有完善的監(jiān)視診斷功能，如有醒目的內(nèi)工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、I／O狀態(tài)和異常狀態(tài)等顯示。扶梯的各個(gè)控制環(huán)節(jié)可以用故障代碼表示，這樣可以大大降低故障的平均修復(fù)時(shí)間，有的PLC采用智能型陽模塊后，還可以把外部故障判斷和檢測功能從CPU中分開，從而提高了外部故障檢測功能。

一般來說．自動(dòng)扶梯的空載時(shí)間往往大于載客時(shí)間。PLC控制器自動(dòng)檢測到自動(dòng)扶梯空載運(yùn)行一定時(shí)間后．發(fā)出指令控制變頻器使其降速運(yùn)行，當(dāng)有乘客踏上自動(dòng)扶梯梳齒板時(shí)．扶梯可通過設(shè)置在梳齒板入口處的光電感應(yīng)裝置自動(dòng)感知乘客的到來，開始加速運(yùn)轉(zhuǎn)。在這里，變頻器的主要作用是用來調(diào)整扶梯轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)和運(yùn)行平穩(wěn)，在無人時(shí)，PLC經(jīng)過延時(shí)指令，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入蠕動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的。在扶梯入口處安裝光電開關(guān)，有乘客時(shí)，光電開關(guān)發(fā)出信號，扶梯經(jīng)變頻調(diào)速至額定速度，當(dāng)全部乘客離開扶梯后，扶梯經(jīng)過一段時(shí)延又自動(dòng)進(jìn)入低速運(yùn)行的待客狀態(tài)。這樣可節(jié)省電能，減少機(jī)械磨損從而延長使用壽命。

4、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

PLC主控制器采用西門子公司的s7—200系列中型號為CPU226的控制單元，S7—200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化，它能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中．或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。其中CPU226集成24輸入／16輸出共40個(gè)數(shù)字量I／0點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊．最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量的點(diǎn)或35路模擬量加點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊／編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I／0端子排可以很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入／輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。其輸入電路采用光電隔離．繼電器型輸出，并帶有24VDC電源為傳感器提供可靠的工作電壓．其穩(wěn)定性和易用性一直為廣大電氣技術(shù)人員所喜愛。傳感器選用BANNER公司的Q23SN6LP反射型光電傳器．其檢測距離最高可達(dá)2m，在0.5—1.5m距離效果最佳，其工作電壓為10-30VDC。將其安裝在扶梯上或下平臺，距入口1.O—1.5m處(使乘客能夠?qū)Ψ鎏莸募铀儆兴鶞?zhǔn)備)。

變頻器選用SAMCO—i高功能靜音式I—IF型。在變頻器的使用上選用它的兩速選擇端2DF和第二加減速AD2端以達(dá)到正常和低速兩種速度及符合乘客舒適感的加速度。系統(tǒng)硬件原理圖如1所示

圖1系統(tǒng)硬件原理圖

空載時(shí)通過變頻器把轉(zhuǎn)速降低為20％速度時(shí)，對于11kw以下的電機(jī)．扶梯耗能為僅為電機(jī)額定功率的3％～5％，既300瓦～400瓦左右。無論上行或者下行，在20％的蠕動(dòng)速度都可達(dá)到80％的節(jié)能效果。

采用變頻器后，可以在自動(dòng)扶梯空載時(shí)以極低頻率和極低電壓對電機(jī)供電，使扶梯以緩慢的速度運(yùn)行。這樣，在自動(dòng)扶梯空載時(shí)便能起到良好的節(jié)能作用，同時(shí)扶梯不停止運(yùn)行，也不會(huì)給乘客造成扶梯損壞無法運(yùn)行的假象。當(dāng)光電傳感器檢測到有人進(jìn)入扶梯時(shí)，扶梯便開始提速，扶梯由緩速提升到額定速度所需的時(shí)間可通過PLC進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定時(shí)間可考慮為2～4秒。當(dāng)人踏入扶梯踏板時(shí)，扶梯已接近或達(dá)到額定速度。這樣就避免了人員在扶梯上的加速過程，保證了人員的安全。當(dāng)PLC檢測到扶梯空載t秒后．發(fā)出指令給變頻器使額定速度變回蠕動(dòng)速度。

整個(gè)自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行模式控制流程如圖2所示。

圖2自動(dòng)扶梯運(yùn)行模式控制

采用上述的節(jié)能方法。其優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)無人乘梯時(shí)，保證扶梯自動(dòng)平穩(wěn)過渡到節(jié)能運(yùn)行，以1/5額定速度運(yùn)行，節(jié)約了能源。

(2)有人乘梯時(shí)，保證扶梯自動(dòng)以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運(yùn)行，保證了正常的使用。

(3)由于無人乘梯時(shí)節(jié)能速度很慢，使得機(jī)械部分的磨損大大降低,相對延長了扶梯的使用壽命。

(4)技術(shù)成熟，便于實(shí)施和推廣。PLC采用繼電器型，編程簡單,工程技術(shù)人員便于根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。

(5)變頻技術(shù)的采用，大大降低了扶梯啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，采用變頻器可有效改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低無功損耗。

5、結(jié)束語

本文主要介紹了PLC和變頻器控制在自動(dòng)扶梯上的應(yīng)用。PLC作為系統(tǒng)的主控制器性能穩(wěn)定可靠，功能強(qiáng)大，易于維護(hù)，同時(shí)也有一定的升級空間。變頻器的使用也使得自動(dòng)扶梯的節(jié)能效果得到發(fā)揮。本文提出的方法既保證了電梯的正常運(yùn)行，使乘客乘坐舒適，又節(jié)約了能源，減少了不必要的浪費(fèi)，同時(shí)有利于延長扶梯的使用壽命。尤其是在機(jī)場、賓館等公共場所可以取得顯著的效果。

參考文獻(xiàn)

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