摘要：針對在用普通自動扶梯經常空載高速運轉造成大量能源浪費、機械磨損等問題闡述了采用變頻技術對普通自動扶梯進行節能改造的工作原理

關鍵詞：自動扶梯；變頻器；節能

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，部分扶梯經常處于輕載或空載的狀態。這必將浪費大量的電能，同時也會造成扶梯的磨損。按目前的有關技術標準，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的出站上行自動扶梯。我們對這種扶梯進行實地測試結果表明，每當地鐵到站后，蜂擁的人流在自動扶梯上持續的時問大約為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，對自動扶梯采取節能措施是非常必要的。

2、常見節能方法及控制系統

對于自動扶梯,常用的節能方法有“自動重新啟動”節能法，“△-Y切換”節能法等。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，所以在節約能源方面是非常可觀的，一般能達到50％的電能節約。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，故大多乘客會認為扶梯停開或正在維修而轉向附近的樓梯上樓，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典的星形與三角形接法轉換起動。但是折中方法也有些不足之處,星形接法由于轉矩只有三角形接法的1/3，所以星形接法轉速較慢，而且兩者之間有2～3s的轉換時間，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換會產生一個沖擊，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生沖擊，但容易造成誤動作，同時如果客流連續間斷造成扶梯的頻繁起動，也會產生不利影響。自動扶梯控制系統有3種：繼電器控制系統、PLC控制系統和微單片機控制系統。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噪聲大、維修不便、控制方式落后等，已不適應現代人的需求，正逐漸被人們所淘汰。微單片機控制系統雖然在智能化方面有很大的發展，但由于微單片機控制系統的開發時間長，程序改動困難，抗干擾等問題而限制了其應用。而PLC控制系統有著可靠性高、穩定性好、維護檢修方便等顯著優點，加上現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，與市場需求緊密相連，其開發前景已被大大看好。

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與變頻器的節能控制方法，同時，采用PLC作為主控制器，有著以下優點：

(1)可靠性高，穩定性好。一般PLC允許的輸入信號閥值比通常的微控制器大得多．且與外部電路都經過光電隔離，抗干擾能力較強。如一般的PLC能承受峰值1000V，脈寬1s的矩形脈沖的尖峰干擾，并有多種保護功能，一旦出現故障。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、自動控制的技術人員所接受。

(3)維護檢修方便。PLC產品具有完善的監視診斷功能，如有醒目的內工作狀態、通訊狀態、I／O狀態和異常狀態等顯示。扶梯的各個控制環節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．自動扶梯的空載時間往往大于載客時間。PLC控制器自動檢測到自動扶梯空載運行一定時間后．發出指令控制變頻器使其降速運行，當有乘客踏上自動扶梯梳齒板時．扶梯可通過設置在梳齒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。在這里，變頻器的主要作用是用來調整扶梯轉速、啟動和運行平穩，在無人時，PLC經過延時指令，系統自動轉入蠕動狀態運行，以達到節能的目的。在扶梯入口處安裝光電開關，有乘客時，光電開關發出信號，扶梯經變頻調速至額定速度，當全部乘客離開扶梯后，扶梯經過一段時延又自動進入低速運行的待客狀態。這樣可節省電能，減少機械磨損從而延長使用壽命。

4、系統的總體設計

PLC主控制器采用西門子公司的s7—200系列中型號為CPU226的控制單元，S7—200系列PLC適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化，它能使其無論在獨立運行中．或相連成網絡皆能實現復雜的控制功能。其中CPU226集成24輸入／16輸出共40個數字量I／0點。可連接7個擴展模塊．最大擴展至248路數字量的點或35路模擬量加點。13K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，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通訊協議、MPI通訊協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，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．其穩定性和易用性一直為廣大電氣技術人員所喜愛。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(使乘客能夠對扶梯的加速有所準備)。

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端以達到正常和低速兩種速度及符合乘客舒適感的加速度。系統硬件原理圖如1所示

圖1系統硬件原理圖

空載時通過變頻器把轉速降低為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。

整個自動扶梯節能運行模式控制流程如圖2所示。

圖2自動扶梯運行模式控制

采用上述的節能方法。其優點在于：

(1)無人乘梯時，保證扶梯自動平穩過渡到節能運行，以1/5額定速度運行，節約了能源。

(2)有人乘梯時，保證扶梯自動以節能速度平穩過渡到額定速度運行，保證了正常的使用。

(3)由于無人乘梯時節能速度很慢，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。

(4)技術成熟，便于實施和推廣。PLC采用繼電器型，編程簡單,工程技術人員便于根據實際需要進行修改。

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

5、結束語

本文主要介紹了PLC和變頻器控制在自動扶梯上的應用。PLC作為系統的主控制器性能穩定可靠，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能效果得到發揮。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能方法[J]．設計研究，2000年第9期