探討自動扶梯的能耗分析及節能控制策略

鄔新輝

要：針對自動扶梯能耗大的問題，本文對自動扶梯能耗進行了分析，發現扶梯能耗受減速器、待機狀態等各種因素影響。在扶梯節能控制方面，可以設計相應節能控制系統和采取合理節能控制模式，使扶梯保持節能運行。

關鍵詞：自動扶梯? 能耗? 節能控制

中圖分類號：TU857? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0191-02

在車站、商場、機場等各種公共場所中，自動扶梯都得到了廣泛應用。但由于負載重、運行時間長等原因的存在，自動扶梯能耗較大。在國家提出節能生產要求的背景下，還應加強自動扶梯的能耗分析，以便在扶梯設計與制造過程中采取科學的節能控制策略，使扶梯能量消耗得到有效減少。

1? 自動扶梯的能耗分析

1.1 能耗分析方法

對自動扶梯能耗進行分析，需要明確能耗分析對象，即在公共場所運行的自動扶梯，保證每天穩定運行時間至少達到20h，同時每3h中至少30min處于100%載荷狀態。分析的自動扶梯可以選擇常用規格，即提升高度為5±0.5m，梯級寬度為1000mm，額定速度為0.5m/s。針對扶梯輸出功率，可以采用鉗形功率計進行測量，對扶梯電機、控制系統和輔助設備能耗總和進行分析，然后對控制系統主要電路能耗展開測量，最后對扶梯輔助設備能耗進行確認。考慮到自動扶梯將在不同工況條件下運行，需要分別在兩種工況下展開分析。具體來講，就是在空載運行工況下對扶梯有功功率進行檢測，以便使扶梯機械效率得到反映。在扶梯實際運行工況下，需要根據客流計數器和扶梯輸入有功功率對不同載荷工況下的能耗進行分析。通過對所得的能耗數據進行分析，可以確定功率與載荷間的關系，并對自動扶梯空載狀態下的速度與功率關系進行確認，從而確定自動扶梯能耗受哪些因素的影響。

1.2 能耗影響因素

結合自動扶梯能耗分析結果可知，扶梯能耗受減速器和傳動裝置影響。在能耗測量過程中，對相同工況條件和載客量的不同自動扶梯進行比較，可以發現同樣提升高度為5m的扶梯產生的功耗并不相同，差值能夠達到3kW，原因在于兩種扶梯采用不同減速器和傳動裝置。除了受裝備配置影響，自動扶梯能耗還將受到裝配和維保質量的影響。在擁有相同參數和型號的兩臺自動扶梯安裝過程中，高質量裝配扶梯空載時運行功率達1.8kW，裝配質量較差的扶梯空載時運行功率卻提高至2.2kW[1]。從自動扶梯檢修維護方面來看，定期檢修、保養和維護的扶梯較之不按規定要求維保的扶梯，設備上行空載運行功率能夠降低20%左右。因此，通過加強扶梯裝配質量的管理，并且定期進行扶梯檢修和保養，能夠使自動扶梯能耗得到降低。此外，自動扶梯能耗也將受到扶梯待機功率的影響。自動扶梯待機狀態主要有兩種，一種是憑借感應器對扶梯入口進入乘客進行檢測，發現有乘客后按照原來運行方向重啟扶梯，一段時間無乘客扶梯自動低速運行或停止運行。采取該種方式，扶梯傳感器和驅動器需要時刻處于開啟狀態，以便發現乘客后立即進行響應。另一種待機狀態為鑰匙關閉情況，需要通過顯示扶梯運行狀態提醒乘客扶梯停止運行，因為需要向指示器供電，所以將產生相應能量損失。

2? 自動扶梯的節能控制策略

2.1 設計節能控制系統

考慮到自動扶梯能耗受減速器等裝置的影響，可以通過設計節能控制系統滿足扶梯節能控制要求。在扶梯運行速度控制方面，以往采用繼電器控制系統，具有可靠性差、運維工作量大的特點，并且因為接觸點較多容易出現故障，因此逐漸被淘汰。目前，可以采用PLC和變頻器聯合控制方法，實現扶梯啟動頻率、減速時間和加速時間等運行參數的合理調節，使扶梯能夠保持節能運行。采用PLC控制系統，能夠實現光電信號、電梯運行信號等各種信號檢測，對扶梯運行速度和故障等進行判斷。通過輸入扶梯運行狀態檢測電流、入口處光電傳感器檢測信號，利用安全檢測電路對梳齒板、電源、驅動鏈等進行檢測，能夠根據運行參數設定結果實現變頻器、運行接觸器、制動器接觸器等各種裝置的輸出控制。而PLC控制采用模塊編程方式，需要明確程序執行順序，實現安全回路檢測信號等主要信號的科學處理，以便使扶梯運行安全得到保證。PLC具有較強的抗干擾能力，配合采用控制精度高、可靠性強、過載能力強的變頻器，能夠對扶梯負載突變進行適應，實現扶梯參數的人性化調節，保證扶梯運行的舒適性。

實際采用節能控制系統進行自動扶梯節能控制，需要對扶梯節能調速特點進行分析，完成電機主電路的合理設計。通過在扶梯上增設變頻裝置，根據客流情況進行電機電源頻率的調整，能夠實現節能控制的目標。根據扶梯不同狀態，可以利用上行接觸器、下行接觸器和兩個過程切換接觸器實現減速器的開合調整，使扶梯運行速度得到控制。在扶梯以上/下方式運行的過程中，閉合各接觸器，能夠使扶梯電機在變頻器輸出控制下得到驅動。在電機轉速達到額定轉速，斷開一個過程切換接觸器，使電機采用全壓異步運行方式，鑰匙開關轉變為停止，對扶梯進行軟制動。將另一個過程切換接觸器斷開，能夠使電機開始減速。在扶梯運行速度降低至0.1m/s以下后，將各接觸器斷開，能夠使扶梯停止運行。

2.2 采用節能控制模式

在設計節能控制系統進行扶梯節能控制基礎上，需要加強扶梯裝配和運維質量管理，以便使扶梯功耗得到降低。除此之外，扶梯空載運行狀態為無效運行，需要采取合理的節能控制模式，保證扶梯節能效果。現階段，可以采用無人停梯模式，即在載客量為0時對扶梯驅動回路供電進行切斷，也可以利用變頻器使扶梯運行速度為0。相比較而言，直接切斷供電節能效果更佳，但一旦有乘客進入將造成扶梯產生較大的啟動加速度，考慮安全問題通常不采取該模式。因為在扶梯中有老人和小孩時，無法對扶梯自動啟動進行及時反應，容易引發安全問題[2]。頻繁進行扶梯啟動和停止，也將導致扶梯機械部件受到損傷。

采用無人低速運行模式，即利用變頻器使扶梯在載客量較小時低速運行，能夠保證扶梯擁有明顯運行方向，避免乘客受到誤導。但采用該模式，有乘客進入后扶梯將按照額定速度運行，即便乘客數量較少扶梯也將正常運行，所以同樣會造成較大的能源消耗。

采用負載率調速模式，可以對扶梯負載情況進行實時采集，然后利用控制回路進行數據分析，結合扶梯負載率對變頻器的輸出頻率進行設定，使電機運行速度得到實時調節，從而使扶梯在低負載狀態下能夠保持節能運行。但頻繁進行電機運行調節，將導致機械磨損增加，也容易給供電網帶來沖擊。

伴隨著節能控制技術的發展，旁路變頻模式得到了提出。具體來講，就是扶梯在額定速度運行時，采用頻率為50Hz的工頻電源供電。而在低載客量狀態下，可以使扶梯切換至變頻器工作模式，根據載客量變化對扶梯運行速度進行調節，如果扶梯速度達到額定速度切換至工頻電源供電，保證能源得到高效利用[3]。

3? 結語

通過研究自動扶梯能耗問題可以發現，減速器、裝配維護等因素都會對扶梯能耗產生影響。在實踐工作中，可以結合自動扶梯運行特點完成節能控制系統設計，采取PLC和變頻器實現扶梯運行控制。針對扶梯空載運行問題，還要對負載率調速模式、旁路變頻模式等新興模式進行重點分析，結合實際需要進行節能控制模式的合理選擇，繼而使扶梯節能效果得到保證。

參考文獻

[1] 王展.變頻器在自動扶梯節能設計中的應用[J].中國電梯，2018，29（7）：24-26，30.

[2] 馬英.自動扶梯的能耗影響因素分析及節能控制策略[J].科技傳播，2016，8（15）：163，190.

[3] 蔡培.自動扶梯的能耗分析及節能控制探究[J].中國高新技術企業，2016（13）：84-86.