具有分時段智能運行的節能扶梯改造方案

曾堅強

（1．湖南大學電氣與信息工程學院，湖南長沙410082;2．長沙航空職業技術學院，湖南長沙 410124）

具有分時段智能運行的節能扶梯改造方案

曾堅強1，2

（1．湖南大學電氣與信息工程學院，湖南長沙410082;2．長沙航空職業技術學院，湖南長沙 410124）

針對當前商場扶梯的固有缺點，介紹一種具有分時段智能運行，具有較大節能潛力的商場扶梯變頻改造方案，實現節能降耗、延長扶梯使用壽命的目的。

變頻器;節能運行;智能;自動檢測;PLC

隨著中國城市化建設的不斷發展，人民生活消費水平的不斷提高，商場自動扶梯的安裝數量與日俱增。由于其使用場合的特殊性，大部分的扶梯直接由電源供電，經常處于空轉狀態，浪費電能嚴重。同時，長時間運行也對扶梯的機械部分造成了很大的壓力，致使扶梯的使用壽命降低、運行維護成本升高。為適應低碳型社會的建設需要，開發探索一種高效節能的扶梯控制方案已經十分必要。本文將針對這一缺陷提出節能改造方案。［1］

扶梯的電能消耗主要來自電機，傳統扶梯電機無論乘客的有無均以50HZ工頻恒速運轉，耗電量大，有很大的節能空間。如果設計一種控制方式使扶梯能夠自動檢測人流的有無，且分時段控制扶梯的節能運行模式，從而控制扶梯的運轉速度，在有乘客的時候以額定轉速運行，在客流較多的周末以一種節能狀態運行，降低電機運行速度。在客流較少的其他時間段以另外一種節能狀態運行，達到智能節電的目的。

1 系統設計要求

自動扶梯屬于特種設備，改造后的系統必須滿足以下條件：

1）啟動運行平穩，無抖動。［2］

2）可設置扶梯的運行方向。

3）在周一至周五客流相對較少時，節能運行速度低;在周末客流較多時，節能運行速度相對較高，以保證客梯運行流暢連續，最大限度降低加減速對扶梯機械部件的沖擊。同時，在周一到周五的上午8點到11點客流同樣較多，節能運行速度相對較高。

4）有人乘梯時，保證扶梯自動以節能運行速度平穩過渡到額定速度運行。

5）無人乘梯時，保證扶梯自動平穩過渡到節能運行速度，運行頻率可以設定。

6）為保證乘客的安全送行，扶梯應經過一段足夠的時間（保證乘客的安全送達時間）才能自動轉入節能運行頻率。

7）當節能設備出現故障時，扶梯應切換到備用電路運行，不能夠影響正常的運行。

2 設計方案

本控制系統采用三菱變頻器對扶梯電機進行驅動，紅外傳感器自動檢測人流信號，三菱PLC實現智能控制，控制示意圖如圖1所示。

圖1 控制示意圖

2．1 控制要求

1）在電梯入口及出口處各安裝一支紅外傳感器開關，有乘客通過電梯時，紅外傳感器開關被觸發并發出開關信號給PLC。

2）有客流時，紅外傳感開關被觸發，通過PLC程序控制，變頻器在乘客未上梯前加速至額定運行速度。同時PLC開始計時，若在計時時間段內紅外傳感器沒有被再次觸發，變頻器自動降速到節能運行頻率，節能運行頻率大小由設定的時間段控制。［3－4］

3）據統計，扶梯在一個星期之內，周末的兩天乘客較多，節能運行頻率不能太低，否則造成扶梯的頻繁啟停，影響設備的使用壽命和造成搭乘的不便，節能運行頻率設置在20Hz左右。在周一到周五的時間中，上午8點到11點客流相對較多，節能頻率同樣不能太低，節能運行頻率設置在20Hz左右。在其他時間段客流較少，節能運行頻率設置在10Hz左右，節能運行頻率越低，節電效果越明顯。

4）可設置扶梯為上行模式和下行模式。

5）當變頻器出現故障時，扶梯自動切換到外部電源運行模式，不影響正常的乘客搭載。

6）有緊急停止開關控制系統的緊急停止。

2．2 變頻系統電氣接線圖

如圖2所示，KM1和KM2控制扶梯運行在變頻節電模式下，運行方向由PLC輸出端子Y0和Y1控制，運行速度分別由Y2、Y3、Y4控制。當變頻系統出現故障時，分別接通KM3或KM4，扶梯運行在外部市電下模式，不影響正常的乘客搭載。

圖2 變頻系統電氣圖

PLC的I/0端子功能分配表見表1。

表1 PLC I/O分配表

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PLC外部接線圖如圖3所示。

圖3 PLC外部接線圖

輔助繼電器功能分配表見表2。

表2 輔助繼電器功能分布表

2．3 PLC梯形圖程序設計

扶梯電機的運行速度受變頻器控制，變頻器的運行狀態通過PLC梯形圖控制，設計的PLC梯形圖程序如下圖4至圖8所示，并帶簡略程序說明。另外，PLC在使用前應通過編程軟件將PLC系統時間與當前時間進行同步，否則會影響扶梯對時間判斷的準確性。［5］

圖4 程序段1

圖5 程序段2

圖6 程序段3

圖7 程序段4

圖8 程序段5

2．4 變頻器參數設定

為使扶梯達到最佳的運行狀態，變頻器參數保證以下幾點：

1）啟動時轉矩應較大。

2）額定運行頻率為電機的額定運行頻率50Hz。

3）節電運行1模式頻率設置在20Hz，節電運行2模式頻率設置在10Hz。

4）加速時間應小，減速時間不能太短。

5）以直線方式加速，減小加速時間。

變頻器選擇三菱公司的FR－D720型7．5KW變頻器，詳細的設置參數見表3。

表3 變頻器參數設置

3 改造特點

1）該方案采用三菱變頻器對扶梯電機進行控制，PLC依據設定的客流密度時間段自動控制扶梯的節能運行頻率，達到節能與運行穩定性的良好協調。

2）變頻器的軟啟動功能可消除電動機啟動和停止時對電網和機械設備造成的沖擊，延長了系統的使用壽命。［6］

3）變頻器可顯著提高系統的功率因數，減少無功損耗。

4）變頻器具有過流、過壓、過載、過熱等多種電子保護裝置，并具有豐富的故障報警輸出功能，可有效保證整個系統的正常運作。

5）當變頻系統出現問題時，系統自動切換到市電運行模式下工作，且有良好的控制方案保障操作員能夠對系統進行有效控制，對正常的乘客搭載不構成任何影響。

6）在節電運行模式下，扶梯運行緩慢，節電效果顯著，有效提高了扶梯的使用壽命。

4 結束語

該方案以PLC和變頻器為主要工作部件，充分發揮兩者的性能優勢，實現分時段智能節電運行的任務。系統具啟動轉矩大、過載能力強、運行穩定流暢的特點，設置了多個節電運行模式，可有效降低能耗，減少機械磨損，延長設備使用壽命。

［1］孔涌．山東水泥廠有限公司高溫風機變頻改造［J］．變頻器世界，2007，（10）．

［2］俞斌，賈雅瓊．一種軟起動裝置的研究［J］．變頻器世界，2008，（1）．

［3］郭永吉．PLC中央空調改造系統中的應用［J］．電氣自動化，2007，（5）．

［4］何鳳有，鮑衛寧，劉良．基于PLC與變頻器的空壓機恒壓供氣系統［J］．變頻器世界，2009，（2）．

［5］王東云．PLC控制的油田污水處理系統的設計［J］．電氣自動化，2007，（1）．

［6］姚玉蘊，劉圣慶．變頻調速節能技術在通信行業的應用分析［J］．變頻器世界，2009，（2）．

［編校：劉敏］

Reform Program for Energy－saving Escalators on Sub－period Intelligent Operation

ZENG Jianqiang
（1．College of Electric and Information Engineering，Hunan University，Changsha Hunan 410082; 2．Changsha Aeronautical Vocational and Technical College，Changsha Hunan 410124）

Considering the inherent shortcomings of the currentmall escalators，the paper introduces a frequency conversion program for themall escalators．This program features an intelligentoperation in different periods and a greatenergy saving potential to achieve energy saving and extend the service life of the escalators．

converter;energy－saving operation;intelligent;automatic detection;PLC

TM571

A

1671－9654（2011）01－055－05

2011－03－02

曾堅強（1984－），男，湖南株洲人，助教，在讀碩士研究生，研究方向為控制工程。