自动手扶电梯节能设计

陈志洪

【摘 要】自动扶梯广泛应用于大型商场、超市、机场、地铁、宾馆等场合，作为一种长期运行的大功率机电设备，大多数情况下并非时时负载运行，因此具有很大节能空间。本文以施耐德Twido PLC及施耐德ATV71系列变频器为例介绍一种自动扶梯变频节能设计。

【关键词】自动扶梯；PLC；变频节能；控制系统

0 引言

自动扶梯广泛应用于大型商场、超市、机场、地铁、宾馆等场合。大多数扶梯在客流量大的时候，工作于额定的运行状态，在没有乘客时仍以额定速度运行，这必将浪费巨大的电能，同时也会造成扶梯的机械磨损严重、使用寿命低等问题。

自动扶梯分为普通型和公共交通型两种。最典型最常见的公共交通型自动扶梯是设置于地铁站内的出站上行自动扶梯。我们对这种扶梯进行实地测试结果表明，每当地铁到站后，蜂拥的人流在自动扶梯上持续的时间大约为45秒左右，如果按每4分钟一班地铁计算，扶梯的“乘客使用率”也仅为18%左右，其余时间扶梯都是在空载或很低的负载下运行。

1 自动扶梯变频节能控制方式

1.1 变频非自启动（快慢循环）

1.1.1 功能描述

通过增加变频器来控制扶梯运行的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运行（例如额定速度），提高客流量，当乘客检测装置在一段时间内没有检测到乘客通过时，扶梯开始减速转为低速运行（例如20%额定速度，参数可设置），此时一直处于待机运行中，即为非自启动节能。

1.1.2 运行状态描述

变频控制，无人时低速，有人时高速。高速运行时间记为TQ，可通过PLC程序进行设置，具体时间根据梯的提升高度和速度而定。

1.1.3 运行步骤

（1）当扶梯上电停止等待，有方向（比如上行）开始运行时，此时扶梯以低速开始节能运行进入待机等待。

（2）下机房乘客检测装置检测是否有人通过，当有人通过时，控制器内部的高速运行时间计数器（记为TC）清零，此时扶梯开始缓慢加速至高速运行。

（3）高速运行时间计数器（记为TC）开始计数，当TC

（4）当有一段时间没人乘梯即TC≥TQ时，扶梯又开始减速进入低速运行待机等待状态，如此循环往复运行。

1.1.4 功能实现

安装在扶梯入口处的乘客检测装置检测是否有人乘梯。

1.2 变频自启动（快慢停循环）

1.2.1 功能描述

通过增加变频器来控制扶梯运行的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运行（例如额定速度），提高客流量，当乘客检测装置在一段时间内没有检测到乘客通过时，扶梯开始减速转为低速运行（例如0.2m/s，参数可设置），当乘客检测装置在一段时间内又没检测到乘客乘梯时，扶梯开始进入停止运行等待状态，即为自启动节能。

1.2.2 运行状态描述

变频控制，长时间无人乘梯时停止，有人乘梯时高速运行。高速运行时间记为TQ，低速运行时间TS，两个参数可通过PLC程序进行设置，具体时间根据梯的提升高度和速度而定。

1.2.3 运行步骤

（1）当扶梯上电停止等待，有方向（比如上行）开始运行时，此时扶梯进入上行停止等待运行中。

（2）下机房光电检测装置检测是否有人通过，当有人通过时，控制器内部的高速运行时间计数器（记为TC）清零，此时扶梯开始缓慢加速至高速运行。

（3）高速运行时间计数器（记为TC）开始计时，当TC

（4）当有一段时间没人乘梯即TC≥TQ时，扶梯开始减速进入低速运行状态中。

（5）低速运行时间计数器（记为TSC）开始计时，当TSC

（6）当一段时间内没人乘梯即TSC≥TS时，扶梯停止运行进入等待中，如此循环往复运行。

1.2.4 功能实现

安装在扶梯入口处的乘客检测装置检测是否有人乘梯。但是为了确保乘客的安全，按照GB16899-2011的要求：自启动的扶梯，应在该使用者走到梳齿相交线之前启动运行，故乘客检测装置应满足以下要求：光束，应设置在梳齿相交线之前至少1.3m外；触点踏垫，其外缘应设置在梳齿相交线之前至少1.8m处，沿运行方向的触点踏垫长度至少为0.85m。

2 系统总体设计

2.1 控制系统组成

系统主要由几部分组成：电源、PLC、变频器、信号检测装置、运行状态检测等。PLC是控制系统的核心，PLC根据输入的光电信号是否有效确定高速运行指令的输出，变频器根据PLC的高速运行指令控制扶梯的运行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循环运行。

2.2 硬件选型

PLC主控制器采用施耐德Twido系列紧凑型可编程控制器，该系列PLC适用于各行业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，它能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂的控制功能。TWIDO系列小型PLC具有灵活的配置、紧凑的结构、强大的功能、丰富的通讯方式、CPU的FIRMWARE可不断升级等特点，性价比极高。

变频器采用施耐德ATV71系列，在变频器的使用上选用它的两速选择端2DF和第二加减速AD2端以达到正常和低速两种速度及符合乘客舒适感的加速度。

传感器选用保策利可迈公司PrimeMotion E 24.125GHz是一种简易微波移动探测器，其对移动物体检测距离最小面积1.6*0.8m，最大面积4.8*2.3m，工作电压为24VDC，装配在扶梯入口处（上与下）待扶梯加速所准备。

2.3 系统控制流程

本例采用变频非自启动（快慢循环）节能运行模式，控制流程步骤所示：

扶梯启动-初始化检测-1.缓速运行（正常）-2.乘客进入-3.额定速度运行-4.空载运行（当无人时自动转到步骤1，有人时自动转到步骤3）

空载时通过变频器把转速降低为20%速度时，对于11kw以下的电机，扶梯耗能为仅为电机额定功率的3%～5%，既300瓦～400瓦左右。无论上行或者下行，在20%的蠕动速度都可达到80%的节能效果。

采用变频器后，可以在自动扶梯空载时以极低频率和极低电压对电机供电，使扶梯以缓慢的速度运行。这样，在自动扶梯空载时便能起到良好的节能作用，同时扶梯不停止运行，也不会给乘客造成扶梯损坏无法运行的假象。当光电传感器检测到有人进入扶梯时，扶梯便开始提速，扶梯由缓速提升到额定速度所需的时间可通过PLC或变频器进行设定，设定时间可考虑为2～4秒。当人踏入扶梯踏板时，扶梯已接近或达到额定速度。这样就避免了人员在扶梯上的加速过程，保证了人员的安全。当PLC检测到扶梯空载t秒后，发出指令给变频器使额定速度变回蠕动速度。

3 结语

本文主要介绍了一种基于PLC和变频器控制的自动扶梯节能方法，该设计已经广泛应用于某品牌自动扶梯的节能控制，目前广州、深圳等大城市有数百多台被安装使用。实践证明，采用基于PLC及变频器控制的自动扶梯节能系统既保证了电梯的可靠、稳定运行，使乘客乘坐舒适，又节约了能源，减少了不必要的浪费，同时有利于延长扶梯的使用寿命。尤其是在机场、地铁、宾馆等公共场所可以取得显著的效果。

【参考文献】

[1]可编程控制器原理及应用[J].施耐德电气，2006.10.

[2]ATV71变频器产品手册[S].施耐德电气，2006.11.

[责任编辑：王楠]