自動手扶電梯節(jié)能設(shè)計(jì)

陳志洪

【摘 要】自動扶梯廣泛應(yīng)用于大型商場、超市、機(jī)場、地鐵、賓館等場合，作為一種長期運(yùn)行的大功率機(jī)電設(shè)備，大多數(shù)情況下并非時(shí)時(shí)負(fù)載運(yùn)行，因此具有很大節(jié)能空間。本文以施耐德Twido PLC及施耐德ATV71系列變頻器為例介紹一種自動扶梯變頻節(jié)能設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】自動扶梯；PLC；變頻節(jié)能；控制系統(tǒng)

0 引言

自動扶梯廣泛應(yīng)用于大型商場、超市、機(jī)場、地鐵、賓館等場合。大多數(shù)扶梯在客流量大的時(shí)候，工作于額定的運(yùn)行狀態(tài)，在沒有乘客時(shí)仍以額定速度運(yùn)行，這必將浪費(fèi)巨大的電能，同時(shí)也會造成扶梯的機(jī)械磨損嚴(yán)重、使用壽命低等問題。

自動扶梯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(shè)置于地鐵站內(nèi)的出站上行自動扶梯。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，蜂擁的人流在自動扶梯上持續(xù)的時(shí)間大約為45秒左右，如果按每4分鐘一班地鐵計(jì)算，扶梯的“乘客使用率”也僅為18%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。

1 自動扶梯變頻節(jié)能控制方式

1.1 變頻非自啟動（快慢循環(huán)）

1.1.1 功能描述

通過增加變頻器來控制扶梯運(yùn)行的速度，當(dāng)梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運(yùn)行（例如額定速度），提高客流量，當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時(shí)，扶梯開始減速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行（例如20%額定速度，參數(shù)可設(shè)置），此時(shí)一直處于待機(jī)運(yùn)行中，即為非自啟動節(jié)能。

1.1.2 運(yùn)行狀態(tài)描述

變頻控制，無人時(shí)低速，有人時(shí)高速。高速運(yùn)行時(shí)間記為TQ，可通過PLC程序進(jìn)行設(shè)置，具體時(shí)間根據(jù)梯的提升高度和速度而定。

1.1.3 運(yùn)行步驟

（1）當(dāng)扶梯上電停止等待，有方向（比如上行）開始運(yùn)行時(shí)，此時(shí)扶梯以低速開始節(jié)能運(yùn)行進(jìn)入待機(jī)等待。

（2）下機(jī)房乘客檢測裝置檢測是否有人通過，當(dāng)有人通過時(shí)，控制器內(nèi)部的高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）清零，此時(shí)扶梯開始緩慢加速至高速運(yùn)行。

（3）高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）開始計(jì)數(shù)，當(dāng)TC

（4）當(dāng)有一段時(shí)間沒人乘梯即TC≥TQ時(shí)，扶梯又開始減速進(jìn)入低速運(yùn)行待機(jī)等待狀態(tài)，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。

1.1.4 功能實(shí)現(xiàn)

安裝在扶梯入口處的乘客檢測裝置檢測是否有人乘梯。

1.2 變頻自啟動（快慢停循環(huán)）

1.2.1 功能描述

通過增加變頻器來控制扶梯運(yùn)行的速度，當(dāng)梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運(yùn)行（例如額定速度），提高客流量，當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時(shí)，扶梯開始減速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行（例如0.2m/s，參數(shù)可設(shè)置），當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)間內(nèi)又沒檢測到乘客乘梯時(shí)，扶梯開始進(jìn)入停止運(yùn)行等待狀態(tài)，即為自啟動節(jié)能。

1.2.2 運(yùn)行狀態(tài)描述

變頻控制，長時(shí)間無人乘梯時(shí)停止，有人乘梯時(shí)高速運(yùn)行。高速運(yùn)行時(shí)間記為TQ，低速運(yùn)行時(shí)間TS，兩個(gè)參數(shù)可通過PLC程序進(jìn)行設(shè)置，具體時(shí)間根據(jù)梯的提升高度和速度而定。

1.2.3 運(yùn)行步驟

（1）當(dāng)扶梯上電停止等待，有方向（比如上行）開始運(yùn)行時(shí)，此時(shí)扶梯進(jìn)入上行停止等待運(yùn)行中。

（2）下機(jī)房光電檢測裝置檢測是否有人通過，當(dāng)有人通過時(shí)，控制器內(nèi)部的高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）清零，此時(shí)扶梯開始緩慢加速至高速運(yùn)行。

（3）高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）開始計(jì)時(shí)，當(dāng)TC

（4）當(dāng)有一段時(shí)間沒人乘梯即TC≥TQ時(shí)，扶梯開始減速進(jìn)入低速運(yùn)行狀態(tài)中。

（5）低速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TSC）開始計(jì)時(shí)，當(dāng)TSC

（6）當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)沒人乘梯即TSC≥TS時(shí)，扶梯停止運(yùn)行進(jìn)入等待中，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。

1.2.4 功能實(shí)現(xiàn)

安裝在扶梯入口處的乘客檢測裝置檢測是否有人乘梯。但是為了確保乘客的安全，按照GB16899-2011的要求：自啟動的扶梯，應(yīng)在該使用者走到梳齒相交線之前啟動運(yùn)行，故乘客檢測裝置應(yīng)滿足以下要求：光束，應(yīng)設(shè)置在梳齒相交線之前至少1.3m外；觸點(diǎn)踏墊，其外緣應(yīng)設(shè)置在梳齒相交線之前至少1.8m處，沿運(yùn)行方向的觸點(diǎn)踏墊長度至少為0.85m。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由幾部分組成：電源、PLC、變頻器、信號檢測裝置、運(yùn)行狀態(tài)檢測等。PLC是控制系統(tǒng)的核心，PLC根據(jù)輸入的光電信號是否有效確定高速運(yùn)行指令的輸出，變頻器根據(jù)PLC的高速運(yùn)行指令控制扶梯的運(yùn)行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循環(huán)運(yùn)行。

2.2 硬件選型

PLC主控制器采用施耐德Twido系列緊湊型可編程控制器，該系列PLC適用于各行業(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(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。TWIDO系列小型PLC具有靈活的配置、緊湊的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的功能、豐富的通訊方式、CPU的FIRMWARE可不斷升級等特點(diǎn)，性價(jià)比極高。

變頻器采用施耐德ATV71系列，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。

傳感器選用保策利可邁公司PrimeMotion E 24.125GHz是一種簡易微波移動探測器，其對移動物體檢測距離最小面積1.6*0.8m，最大面積4.8*2.3m，工作電壓為24VDC，裝配在扶梯入口處（上與下）待扶梯加速所準(zhǔn)備。

2.3 系統(tǒng)控制流程

本例采用變頻非自啟動（快慢循環(huán)）節(jié)能運(yùn)行模式，控制流程步驟所示：

扶梯啟動-初始化檢測-1.緩速運(yùn)行（正常）-2.乘客進(jìn)入-3.額定速度運(yùn)行-4.空載運(yùn)行（當(dāng)無人時(shí)自動轉(zhuǎn)到步驟1，有人時(shí)自動轉(zhuǎn)到步驟3）

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或變頻器進(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速度。

3 結(jié)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，該設(shè)計(jì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于某品牌自動扶梯的節(jié)能控制，目前廣州、深圳等大城市有數(shù)百多臺被安裝使用。實(shí)踐證明，采用基于PLC及變頻器控制的自動扶梯節(jié)能系統(tǒng)既保證了電梯的可靠、穩(wěn)定運(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、地鐵、賓館等公共場所可以取得顯著的效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]可編程控制器原理及應(yīng)用[J].施耐德電氣，2006.10.

[2]ATV71變頻器產(chǎn)品手冊[S].施耐德電氣，2006.11.

[責(zé)任編輯：王楠]