具有分时段智能运行的节能扶梯改造方案

曾坚强

（1．湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082;2．长沙航空职业技术学院，湖南长沙 410124）

具有分时段智能运行的节能扶梯改造方案

曾坚强1，2

（1．湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082;2．长沙航空职业技术学院，湖南长沙 410124）

针对当前商场扶梯的固有缺点，介绍一种具有分时段智能运行，具有较大节能潜力的商场扶梯变频改造方案，实现节能降耗、延长扶梯使用寿命的目的。

变频器;节能运行;智能;自动检测;PLC

随着中国城市化建设的不断发展，人民生活消费水平的不断提高，商场自动扶梯的安装数量与日俱增。由于其使用场合的特殊性，大部分的扶梯直接由电源供电，经常处于空转状态，浪费电能严重。同时，长时间运行也对扶梯的机械部分造成了很大的压力，致使扶梯的使用寿命降低、运行维护成本升高。为适应低碳型社会的建设需要，开发探索一种高效节能的扶梯控制方案已经十分必要。本文将针对这一缺陷提出节能改造方案。［1］

扶梯的电能消耗主要来自电机，传统扶梯电机无论乘客的有无均以50HZ工频恒速运转，耗电量大，有很大的节能空间。如果设计一种控制方式使扶梯能够自动检测人流的有无，且分时段控制扶梯的节能运行模式，从而控制扶梯的运转速度，在有乘客的时候以额定转速运行，在客流较多的周末以一种节能状态运行，降低电机运行速度。在客流较少的其他时间段以另外一种节能状态运行，达到智能节电的目的。

1 系统设计要求

自动扶梯属于特种设备，改造后的系统必须满足以下条件：

1）启动运行平稳，无抖动。［2］

2）可设置扶梯的运行方向。

3）在周一至周五客流相对较少时，节能运行速度低;在周末客流较多时，节能运行速度相对较高，以保证客梯运行流畅连续，最大限度降低加减速对扶梯机械部件的冲击。同时，在周一到周五的上午8点到11点客流同样较多，节能运行速度相对较高。

4）有人乘梯时，保证扶梯自动以节能运行速度平稳过渡到额定速度运行。

5）无人乘梯时，保证扶梯自动平稳过渡到节能运行速度，运行频率可以设定。

6）为保证乘客的安全送行，扶梯应经过一段足够的时间（保证乘客的安全送达时间）才能自动转入节能运行频率。

7）当节能设备出现故障时，扶梯应切换到备用电路运行，不能够影响正常的运行。

2 设计方案

本控制系统采用三菱变频器对扶梯电机进行驱动，红外传感器自动检测人流信号，三菱PLC实现智能控制，控制示意图如图1所示。

图1 控制示意图

2．1 控制要求

1）在电梯入口及出口处各安装一支红外传感器开关，有乘客通过电梯时，红外传感器开关被触发并发出开关信号给PLC。

2）有客流时，红外传感开关被触发，通过PLC程序控制，变频器在乘客未上梯前加速至额定运行速度。同时PLC开始计时，若在计时时间段内红外传感器没有被再次触发，变频器自动降速到节能运行频率，节能运行频率大小由设定的时间段控制。［3－4］

3）据统计，扶梯在一个星期之内，周末的两天乘客较多，节能运行频率不能太低，否则造成扶梯的频繁启停，影响设备的使用寿命和造成搭乘的不便，节能运行频率设置在20Hz左右。在周一到周五的时间中，上午8点到11点客流相对较多，节能频率同样不能太低，节能运行频率设置在20Hz左右。在其他时间段客流较少，节能运行频率设置在10Hz左右，节能运行频率越低，节电效果越明显。

4）可设置扶梯为上行模式和下行模式。

5）当变频器出现故障时，扶梯自动切换到外部电源运行模式，不影响正常的乘客搭载。

6）有紧急停止开关控制系统的紧急停止。

2．2 变频系统电气接线图

如图2所示，KM1和KM2控制扶梯运行在变频节电模式下，运行方向由PLC输出端子Y0和Y1控制，运行速度分别由Y2、Y3、Y4控制。当变频系统出现故障时，分别接通KM3或KM4，扶梯运行在外部市电下模式，不影响正常的乘客搭载。

图2 变频系统电气图

PLC的I/0端子功能分配表见表1。

表1 PLC I/O分配表

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PLC外部接线图如图3所示。

图3 PLC外部接线图

辅助继电器功能分配表见表2。

表2 辅助继电器功能分布表

2．3 PLC梯形图程序设计

扶梯电机的运行速度受变频器控制，变频器的运行状态通过PLC梯形图控制，设计的PLC梯形图程序如下图4至图8所示，并带简略程序说明。另外，PLC在使用前应通过编程软件将PLC系统时间与当前时间进行同步，否则会影响扶梯对时间判断的准确性。［5］

图4 程序段1

图5 程序段2

图6 程序段3

图7 程序段4

图8 程序段5

2．4 变频器参数设定

为使扶梯达到最佳的运行状态，变频器参数保证以下几点：

1）启动时转矩应较大。

2）额定运行频率为电机的额定运行频率50Hz。

3）节电运行1模式频率设置在20Hz，节电运行2模式频率设置在10Hz。

4）加速时间应小，减速时间不能太短。

5）以直线方式加速，减小加速时间。

变频器选择三菱公司的FR－D720型7．5KW变频器，详细的设置参数见表3。

表3 变频器参数设置

3 改造特点

1）该方案采用三菱变频器对扶梯电机进行控制，PLC依据设定的客流密度时间段自动控制扶梯的节能运行频率，达到节能与运行稳定性的良好协调。

2）变频器的软启动功能可消除电动机启动和停止时对电网和机械设备造成的冲击，延长了系统的使用寿命。［6］

3）变频器可显著提高系统的功率因数，减少无功损耗。

4）变频器具有过流、过压、过载、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保证整个系统的正常运作。

5）当变频系统出现问题时，系统自动切换到市电运行模式下工作，且有良好的控制方案保障操作员能够对系统进行有效控制，对正常的乘客搭载不构成任何影响。

6）在节电运行模式下，扶梯运行缓慢，节电效果显著，有效提高了扶梯的使用寿命。

4 结束语

该方案以PLC和变频器为主要工作部件，充分发挥两者的性能优势，实现分时段智能节电运行的任务。系统具启动转矩大、过载能力强、运行稳定流畅的特点，设置了多个节电运行模式，可有效降低能耗，减少机械磨损，延长设备使用寿命。

［1］孔涌．山东水泥厂有限公司高温风机变频改造［J］．变频器世界，2007，（10）．

［2］俞斌，贾雅琼．一种软起动装置的研究［J］．变频器世界，2008，（1）．

［3］郭永吉．PLC中央空调改造系统中的应用［J］．电气自动化，2007，（5）．

［4］何凤有，鲍卫宁，刘良．基于PLC与变频器的空压机恒压供气系统［J］．变频器世界，2009，（2）．

［5］王东云．PLC控制的油田污水处理系统的设计［J］．电气自动化，2007，（1）．

［6］姚玉蕴，刘圣庆．变频调速节能技术在通信行业的应用分析［J］．变频器世界，2009，（2）．

［编校：刘敏］

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

曾坚强（1984－），男，湖南株洲人，助教，在读硕士研究生，研究方向为控制工程。