摘 要：自動扶梯廣泛應用于商場、賓館、地鐵、機場等公共場所，作為一種常年運行的機電設備，其運行狀態(tài)多為輕載或空載，因此具有很大的節(jié)能空間。本文基于PLC控制器與變頻器，提出了一種簡單易行的自動扶梯節(jié)能方法。 關(guān)鍵詞：自動扶梯;PLC;變頻器;節(jié)能 Abstract: The escalator is applied to the public places extensively, such as market, hotel, subway, airport, etc. As a kind of electromechanical equipment operated throughout the years, the normal operation of escalator is light duty or unloaded. So it has energy-saving space greatly. This paper is based of PLC controller and frequency converter, and puts forward an easy energy-saving method of escalator. Keywords: Escalator; PLC; frequency converter; energy-saving 1、引言 　　自動扶梯在酒店、商場、地鐵、火車站、寫字樓、機場等場所應用較多，在方便顧客和提高服務質(zhì)量等方面起到了相當重要的作用。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)，這必將浪費大量的電能，同時也會造成扶梯的磨損。 　　按目前的有關(guān)技術(shù)標準，自動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扶梯是設置于地鐵站內(nèi)的出站上行自動扶梯。我們對這種扶梯進行實地測試結(jié)果表明，每當?shù)罔F到站后，蜂擁的人流在自動扶梯上持續(xù)的時間大約為45秒左右，如果按每3分鐘一班地鐵計算，扶梯的“負載持續(xù)率”也僅為25%左右，其余時間扶梯都是在空載或很低的負載下運行。公共交通型自動扶梯尚且如此，其余普通型自動扶梯的情況就更不必說了。因此，對自動扶梯采取節(jié)能措施是非常必要的。 2、常見節(jié)能方法及控制系統(tǒng) 　　對于自動扶梯，常用的節(jié)能方法有“自動重新啟動”節(jié)能法，“△一Y切換”節(jié)能法等。 　　前一種方法是在無人乘梯時停止自動扶梯的運行, 有人乘梯時起動扶梯, 從而達到省電的目的, 由于是采用了完全停電的方法, 所以在節(jié)約能源方面是非常可觀的，一般能達到50%的電能節(jié)約。但是這種方法存在一些缺陷, 首先當無人乘梯時, 自動扶梯處于停機狀態(tài), 故大多乘客會認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置時更是如此, 從而失去了自動扶梯的作用。 　　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, 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)換時間, 如果光電探測頭位置距離扶梯入口處太近時, 在乘客上梯后由于星形與三角形接法的轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生一個沖擊, 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, 則可避免乘客上梯后產(chǎn)生沖擊, 但容易造成誤動作,同時如果客流連續(xù)間斷造成扶梯的頻繁起動，也會產(chǎn)生不利影響。 　　自動扶梯控制系統(tǒng)有3種：繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微單片機控制系統(tǒng)。目前市場上所使用的自動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，已不適應現(xiàn)代人的需求，正逐漸被人們所淘汰。微單片機控制系統(tǒng)雖然在智能化方面有很大的發(fā)展，但由于微單片機控制系統(tǒng)的開發(fā)時間長，程序改動困難，抗干擾等問題而限制了其應用。而PLC控制系統(tǒng)有著可靠性高、穩(wěn)定性好、維護檢修方便等顯著優(yōu)點，加上現(xiàn)今逐漸時興電腦化控制的電氣設備，PLC控制的自動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，采用PLC作為主控制器，有著以下優(yōu)點： 　?。?）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。。如一般的PLC能承受峰值lO00V，脈寬ls的矩形脈沖的尖峰干擾，并有多種保護功能，一旦出現(xiàn)故障，能使自動扶梯迅速停止。 　　（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、自動控制的技術(shù)人員所接受。 　　（3）維護檢修方便。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時間，有的PLC采用智能型I/0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，自動扶梯的空載時間往往大于載客時間。在PLC控制器自動檢測到自動扶梯空載運行一定時間后，發(fā)出指令控制變頻器使其降速運行，當有乘客踏上自動扶梯床蓋板時，扶梯可通過設置在床蓋板入口處的光電感應裝置自動感知乘客的到來，開始加速運轉(zhuǎn)。在這里，變頻器的主要作用是用來調(diào)整扶梯轉(zhuǎn)速、啟動和運行平穩(wěn)，在無人時，PLC經(jīng)過延時指令，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入蠕動狀態(tài)運行，以達到節(jié)能的目的。在扶梯入口處安裝光電開關(guān)，有乘客時，光電開關(guān)發(fā)出信號，扶梯經(jīng)變頻調(diào)速至額定速度，當全部乘客離開扶梯后，扶梯經(jīng)過一段時延又自動進入低速運行的待客狀態(tài)。這樣可節(jié)省電能，減少機械磨損從而延長使用壽命。圖1為節(jié)能方式的原理圖。 　　啟動扶梯后，PLC不斷檢測光電傳感器的電脈沖信號的輸入，以判斷是否有人需要乘座扶梯來控制變頻器進行正常速度運行或低速運行。在扶梯正常速度運行期間，如再無光電脈沖信號則系統(tǒng)延時t秒（乘客自一端至另一端）自動轉(zhuǎn)入低速運行。同時PLC在系統(tǒng)上電后始終采樣變頻器過載報警信號OLW、變頻器異常報警信號FB、馬達飛輪轉(zhuǎn)速信號等，結(jié)合程序設計對系統(tǒng)進行保護。同時，系統(tǒng)也可通過手動轉(zhuǎn)換開關(guān)進行節(jié)能和原工作方式的切換，使該系統(tǒng)可工作在變頻狀態(tài)，當變頻裝置出現(xiàn)故障時，又可轉(zhuǎn)為原有運行方式，提高了系統(tǒng)的可靠性，增強了冗余度。 4、系統(tǒng)的總體設計 　　PLC主控制器采用西門子公司的S7-200系列中型號為CPU 226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)測及控制的自動化，它能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜的控制功能。其中CPU 226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個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/O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，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(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24V DC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反射型光電傳感器，其檢測距離最高可達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1.0-1.5m 處（使乘客能夠?qū)Ψ鎏莸募铀儆兴鶞蕚洌? 　　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)硬件原理框圖如圖2所示。 　　空載時通過變頻器把轉(zhuǎn)速降低為20%速度時，對于11kw以下的電機，扶梯耗能為僅為電機額定功率的3%～5%，既300瓦～400瓦左右。無論上行或者下行，在20%的蠕動速度都可達到80%的節(jié)能效果。 　　采用變頻器后，可以在自動扶梯空載時以極低頻率和極低電壓對電機供電，使扶梯以緩慢的速度運行。這樣，在自動扶梯空載時便能起到良好的節(jié)能作用，同時扶梯不停止運行，也不會給乘客造成扶梯損壞無法運行的假象。當光電傳感器檢測到有人進入扶梯時，扶梯便開始提速，扶梯由緩速提升到額定速度所需的時間可通過PLC進行設定，設定時間可考慮為2～4秒。當人踏入扶梯踏板時，扶梯已接近或達到額定速度。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速度。 　　整個自動扶梯節(jié)能運行模式控制流程如圖3所示。 　　采用上述的節(jié)能方法，其優(yōu)點在于： 　?。?）無人乘梯時，保證扶梯自動平穩(wěn)過渡到節(jié)能運行，以1/5額定速度運行，節(jié)約了能源。 　?。?）有人乘梯時，保證扶梯自動以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運行，保證了正常的使用。 　?。?）由于無人乘梯時節(jié)能速度很慢，使得機械部分的磨損大大降低，相對延長了扶梯的使用壽命。 　?。?）技術(shù)成熟，便于實施和推廣。PLC采用繼電器型，編程簡單，工程技術(shù)人員便于根據(jù)實際需要進行修改。所采用的變頻器功能齊全，操作簡單。且該裝置體積不大，便于安裝，可以直接加裝在扶梯的上下平臺內(nèi)。 　?。?）變頻技術(shù)的采用，大大降低了扶梯啟動時對電網(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 　　本文主要介紹了一種基于PLC和變頻器控制的自動扶梯節(jié)能方法，PLC作為系統(tǒng)的主控制器性能穩(wěn)定可靠，功能強大，易于維護，同時也有一定的升級空間。變頻器的使用也使得自動扶梯的節(jié)能效果得到發(fā)揮，在安全舒適運行的前提下節(jié)約了寶貴的能源，具有良好的社會推廣價值和市場前景。 　　本文作者創(chuàng)新點：與傳統(tǒng)的節(jié)能方式不同，本文提出的方法既保證了電梯的正常運行，使乘客乘坐舒適，又節(jié)約了能源，減少了不必要的浪費，同時有利于延長扶梯的使用壽命。尤其是在機場、賓館等公共場所可以取得顯著的效果。 參考文獻： 　　[1] 聶輝.變頻器在自動扶梯上的應用[J].變頻器世界，2005年10月 　　[2] 朱瑞華.一種自動扶梯的簡易節(jié)能方法[J].設計研究，2000年第9期 　　[3] 郝曉弘，張萍.VS-616G5變頻器在電梯調(diào)速控制系統(tǒng)中的應用[J]. 微計算機信息，2006年第1-1期：P36-38