探讨自动扶梯的能耗分析及节能控制策略

邬新辉

要：针对自动扶梯能耗大的问题，本文对自动扶梯能耗进行了分析，发现扶梯能耗受减速器、待机状态等各种因素影响。在扶梯节能控制方面，可以设计相应节能控制系统和采取合理节能控制模式，使扶梯保持节能运行。

关键词：自动扶梯  能耗  节能控制

中图分类号：TU857                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（a）-0191-02

在车站、商场、机场等各种公共场所中，自动扶梯都得到了广泛应用。但由于负载重、运行时间长等原因的存在，自动扶梯能耗较大。在国家提出节能生产要求的背景下，还应加强自动扶梯的能耗分析，以便在扶梯设计与制造过程中采取科学的节能控制策略，使扶梯能量消耗得到有效减少。

1  自动扶梯的能耗分析

1.1 能耗分析方法

对自动扶梯能耗进行分析，需要明确能耗分析对象，即在公共场所运行的自动扶梯，保证每天稳定运行时间至少达到20h，同时每3h中至少30min处于100%载荷状态。分析的自动扶梯可以选择常用规格，即提升高度为5±0.5m，梯级宽度为1000mm，额定速度为0.5m/s。针对扶梯输出功率，可以采用钳形功率计进行测量，对扶梯电机、控制系统和辅助设备能耗总和进行分析，然后对控制系统主要电路能耗展开测量，最后对扶梯辅助设备能耗进行确认。考虑到自动扶梯将在不同工况条件下运行，需要分别在两种工况下展开分析。具体来讲，就是在空载运行工况下对扶梯有功功率进行检测，以便使扶梯机械效率得到反映。在扶梯实际运行工况下，需要根据客流计数器和扶梯输入有功功率对不同载荷工况下的能耗进行分析。通过对所得的能耗数据进行分析，可以确定功率与载荷间的关系，并对自动扶梯空载状态下的速度与功率关系进行确认，从而确定自动扶梯能耗受哪些因素的影响。

1.2 能耗影响因素

結合自动扶梯能耗分析结果可知，扶梯能耗受减速器和传动装置影响。在能耗测量过程中，对相同工况条件和载客量的不同自动扶梯进行比较，可以发现同样提升高度为5m的扶梯产生的功耗并不相同，差值能够达到3kW，原因在于两种扶梯采用不同减速器和传动装置。除了受装备配置影响，自动扶梯能耗还将受到装配和维保质量的影响。在拥有相同参数和型号的两台自动扶梯安装过程中，高质量装配扶梯空载时运行功率达1.8kW，装配质量较差的扶梯空载时运行功率却提高至2.2kW[1]。从自动扶梯检修维护方面来看，定期检修、保养和维护的扶梯较之不按规定要求维保的扶梯，设备上行空载运行功率能够降低20%左右。因此，通过加强扶梯装配质量的管理，并且定期进行扶梯检修和保养，能够使自动扶梯能耗得到降低。此外，自动扶梯能耗也将受到扶梯待机功率的影响。自动扶梯待机状态主要有两种，一种是凭借感应器对扶梯入口进入乘客进行检测，发现有乘客后按照原来运行方向重启扶梯，一段时间无乘客扶梯自动低速运行或停止运行。采取该种方式，扶梯传感器和驱动器需要时刻处于开启状态，以便发现乘客后立即进行响应。另一种待机状态为钥匙关闭情况，需要通过显示扶梯运行状态提醒乘客扶梯停止运行，因为需要向指示器供电，所以将产生相应能量损失。

2  自动扶梯的节能控制策略

2.1 设计节能控制系统

考虑到自动扶梯能耗受减速器等装置的影响，可以通过设计节能控制系统满足扶梯节能控制要求。在扶梯运行速度控制方面，以往采用继电器控制系统，具有可靠性差、运维工作量大的特点，并且因为接触点较多容易出现故障，因此逐渐被淘汰。目前，可以采用PLC和变频器联合控制方法，实现扶梯启动频率、减速时间和加速时间等运行参数的合理调节，使扶梯能够保持节能运行。采用PLC控制系统，能够实现光电信号、电梯运行信号等各种信号检测，对扶梯运行速度和故障等进行判断。通过输入扶梯运行状态检测电流、入口处光电传感器检测信号，利用安全检测电路对梳齿板、电源、驱动链等进行检测，能够根据运行参数设定结果实现变频器、运行接触器、制动器接触器等各种装置的输出控制。而PLC控制采用模块编程方式，需要明确程序执行顺序，实现安全回路检测信号等主要信号的科学处理，以便使扶梯运行安全得到保证。PLC具有较强的抗干扰能力，配合采用控制精度高、可靠性强、过载能力强的变频器，能够对扶梯负载突变进行适应，实现扶梯参数的人性化调节，保证扶梯运行的舒适性。

实际采用节能控制系统进行自动扶梯节能控制，需要对扶梯节能调速特点进行分析，完成电机主电路的合理设计。通过在扶梯上增设变频装置，根据客流情况进行电机电源频率的调整，能够实现节能控制的目标。根据扶梯不同状态，可以利用上行接触器、下行接触器和两个过程切换接触器实现减速器的开合调整，使扶梯运行速度得到控制。在扶梯以上/下方式运行的过程中，闭合各接触器，能够使扶梯电机在变频器输出控制下得到驱动。在电机转速达到额定转速，断开一个过程切换接触器，使电机采用全压异步运行方式，钥匙开关转变为停止，对扶梯进行软制动。将另一个过程切换接触器断开，能够使电机开始减速。在扶梯运行速度降低至0.1m/s以下后，将各接触器断开，能够使扶梯停止运行。

2.2 采用节能控制模式

在设计节能控制系统进行扶梯节能控制基础上，需要加强扶梯装配和运维质量管理，以便使扶梯功耗得到降低。除此之外，扶梯空载运行状态为无效运行，需要采取合理的节能控制模式，保证扶梯节能效果。现阶段，可以采用无人停梯模式，即在载客量为0时对扶梯驱动回路供电进行切断，也可以利用变频器使扶梯运行速度为0。相比较而言，直接切断供电节能效果更佳，但一旦有乘客进入将造成扶梯产生较大的启动加速度，考虑安全问题通常不采取该模式。因为在扶梯中有老人和小孩时，无法对扶梯自动启动进行及时反应，容易引发安全问题[2]。频繁进行扶梯启动和停止，也将导致扶梯机械部件受到损伤。

采用无人低速运行模式，即利用变频器使扶梯在载客量较小时低速运行，能够保证扶梯拥有明显运行方向，避免乘客受到误导。但采用该模式，有乘客进入后扶梯将按照额定速度运行，即便乘客数量较少扶梯也将正常运行，所以同样会造成较大的能源消耗。

采用负载率调速模式，可以对扶梯负载情况进行实时采集，然后利用控制回路进行数据分析，结合扶梯负载率对变频器的输出频率进行设定，使电机运行速度得到实时调节，从而使扶梯在低负载状态下能够保持节能运行。但频繁进行电机运行调节，将导致机械磨损增加，也容易给供电网带来冲击。

伴随着节能控制技术的发展，旁路变频模式得到了提出。具体来讲，就是扶梯在额定速度运行时，采用频率为50Hz的工频电源供电。而在低载客量状态下，可以使扶梯切换至变频器工作模式，根据载客量变化对扶梯运行速度进行调节，如果扶梯速度达到额定速度切换至工频电源供电，保证能源得到高效利用[3]。

3  结语

通过研究自动扶梯能耗问题可以发现，减速器、装配维护等因素都会对扶梯能耗产生影响。在实践工作中，可以结合自动扶梯运行特点完成节能控制系统设计，采取PLC和变频器实现扶梯运行控制。针对扶梯空载运行问题，还要对负载率调速模式、旁路变频模式等新兴模式进行重点分析，结合实际需要进行节能控制模式的合理选择，继而使扶梯节能效果得到保证。

参考文献

[1] 王展.变频器在自动扶梯节能设计中的应用[J].中国电梯，2018，29（7）：24-26，30.

[2] 马英.自动扶梯的能耗影响因素分析及节能控制策略[J].科技传播，2016，8（15）：163，190.

[3] 蔡培.自动扶梯的能耗分析及节能控制探究[J].中国高新技术企业，2016（13）：84-86.