曾堅(jiān)強(qiáng)

（1．湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410082;2．長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410124）

具有分時(shí)段智能運(yùn)行的節(jié)能扶梯改造方案

曾堅(jiān)強(qiáng)1，2

（1．湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410082;2．長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410124）

針對(duì)當(dāng)前商場(chǎng)扶梯的固有缺點(diǎn)，介紹一種具有分時(shí)段智能運(yùn)行，具有較大節(jié)能潛力的商場(chǎng)扶梯變頻改造方案，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、延長(zhǎng)扶梯使用壽命的目的。

變頻器;節(jié)能運(yùn)行;智能;自動(dòng)檢測(cè);PLC

隨著中國(guó)城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，人民生活消費(fèi)水平的不斷提高，商場(chǎng)自動(dòng)扶梯的安裝數(shù)量與日俱增。由于其使用場(chǎng)合的特殊性，大部分的扶梯直接由電源供電，經(jīng)常處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，浪費(fèi)電能嚴(yán)重。同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行也對(duì)扶梯的機(jī)械部分造成了很大的壓力，致使扶梯的使用壽命降低、運(yùn)行維護(hù)成本升高。為適應(yīng)低碳型社會(huì)的建設(shè)需要，開(kāi)發(fā)探索一種高效節(jié)能的扶梯控制方案已經(jīng)十分必要。本文將針對(duì)這一缺陷提出節(jié)能改造方案。［1］

扶梯的電能消耗主要來(lái)自電機(jī)，傳統(tǒng)扶梯電機(jī)無(wú)論乘客的有無(wú)均以50HZ工頻恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，耗電量大，有很大的節(jié)能空間。如果設(shè)計(jì)一種控制方式使扶梯能夠自動(dòng)檢測(cè)人流的有無(wú)，且分時(shí)段控制扶梯的節(jié)能運(yùn)行模式，從而控制扶梯的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，在有乘客的時(shí)候以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在客流較多的周末以一種節(jié)能狀態(tài)運(yùn)行，降低電機(jī)運(yùn)行速度。在客流較少的其他時(shí)間段以另外一種節(jié)能狀態(tài)運(yùn)行，達(dá)到智能節(jié)電的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

自動(dòng)扶梯屬于特種設(shè)備，改造后的系統(tǒng)必須滿足以下條件：

1）啟動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)抖動(dòng)。［2］

2）可設(shè)置扶梯的運(yùn)行方向。

3）在周一至周五客流相對(duì)較少時(shí)，節(jié)能運(yùn)行速度低;在周末客流較多時(shí)，節(jié)能運(yùn)行速度相對(duì)較高，以保證客梯運(yùn)行流暢連續(xù)，最大限度降低加減速對(duì)扶梯機(jī)械部件的沖擊。同時(shí)，在周一到周五的上午8點(diǎn)到11點(diǎn)客流同樣較多，節(jié)能運(yùn)行速度相對(duì)較高。

4）有人乘梯時(shí)，保證扶梯自動(dòng)以節(jié)能運(yùn)行速度平穩(wěn)過(guò)渡到額定速度運(yùn)行。

5）無(wú)人乘梯時(shí)，保證扶梯自動(dòng)平穩(wěn)過(guò)渡到節(jié)能運(yùn)行速度，運(yùn)行頻率可以設(shè)定。

6）為保證乘客的安全送行，扶梯應(yīng)經(jīng)過(guò)一段足夠的時(shí)間（保證乘客的安全送達(dá)時(shí)間）才能自動(dòng)轉(zhuǎn)入節(jié)能運(yùn)行頻率。

7）當(dāng)節(jié)能設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，扶梯應(yīng)切換到備用電路運(yùn)行，不能夠影響正常的運(yùn)行。

2 設(shè)計(jì)方案

本控制系統(tǒng)采用三菱變頻器對(duì)扶梯電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，紅外傳感器自動(dòng)檢測(cè)人流信號(hào)，三菱PLC實(shí)現(xiàn)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(kāi)關(guān)，有乘客通過(guò)電梯時(shí)，紅外傳感器開(kāi)關(guān)被觸發(fā)并發(fā)出開(kāi)關(guān)信號(hào)給PLC。

2）有客流時(shí)，紅外傳感開(kāi)關(guān)被觸發(fā)，通過(guò)PLC程序控制，變頻器在乘客未上梯前加速至額定運(yùn)行速度。同時(shí)PLC開(kāi)始計(jì)時(shí)，若在計(jì)時(shí)時(shí)間段內(nèi)紅外傳感器沒(méi)有被再次觸發(fā)，變頻器自動(dòng)降速到節(jié)能運(yùn)行頻率，節(jié)能運(yùn)行頻率大小由設(shè)定的時(shí)間段控制。［3－4］

3）據(jù)統(tǒng)計(jì)，扶梯在一個(gè)星期之內(nèi)，周末的兩天乘客較多，節(jié)能運(yùn)行頻率不能太低，否則造成扶梯的頻繁啟停，影響設(shè)備的使用壽命和造成搭乘的不便，節(jié)能運(yùn)行頻率設(shè)置在20Hz左右。在周一到周五的時(shí)間中，上午8點(diǎn)到11點(diǎn)客流相對(duì)較多，節(jié)能頻率同樣不能太低，節(jié)能運(yùn)行頻率設(shè)置在20Hz左右。在其他時(shí)間段客流較少，節(jié)能運(yùn)行頻率設(shè)置在10Hz左右，節(jié)能運(yùn)行頻率越低，節(jié)電效果越明顯。

4）可設(shè)置扶梯為上行模式和下行模式。

5）當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，扶梯自動(dòng)切換到外部電源運(yùn)行模式，不影響正常的乘客搭載。

6）有緊急停止開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的緊急停止。

2．2 變頻系統(tǒng)電氣接線圖

如圖2所示，KM1和KM2控制扶梯運(yùn)行在變頻節(jié)電模式下，運(yùn)行方向由PLC輸出端子Y0和Y1控制，運(yùn)行速度分別由Y2、Y3、Y4控制。當(dāng)變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，分別接通KM3或KM4，扶梯運(yùn)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(tǒng)電氣圖

PLC的I/0端子功能分配表見(jiàn)表1。

表1 PLC I/O分配表

?

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(jiàn)表2。

表2 輔助繼電器功能分布表

2．3 PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)

扶梯電機(jī)的運(yùn)行速度受變頻器控制，變頻器的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)PLC梯形圖控制，設(shè)計(jì)的PLC梯形圖程序如下圖4至圖8所示，并帶簡(jiǎn)略程序說(shuō)明。另外，PLC在使用前應(yīng)通過(guò)編程軟件將PLC系統(tǒng)時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行同步，否則會(huì)影響扶梯對(duì)時(shí)間判斷的準(zhǔn)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(shù)設(shè)定

為使扶梯達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，變頻器參數(shù)保證以下幾點(diǎn)：

1）啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩應(yīng)較大。

2）額定運(yùn)行頻率為電機(jī)的額定運(yùn)行頻率50Hz。

3）節(jié)電運(yùn)行1模式頻率設(shè)置在20Hz，節(jié)電運(yùn)行2模式頻率設(shè)置在10Hz。

4）加速時(shí)間應(yīng)小，減速時(shí)間不能太短。

5）以直線方式加速，減小加速時(shí)間。

變頻器選擇三菱公司的FR－D720型7．5KW變頻器，詳細(xì)的設(shè)置參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 變頻器參數(shù)設(shè)置

3 改造特點(diǎn)

1）該方案采用三菱變頻器對(duì)扶梯電機(jī)進(jìn)行控制，PLC依據(jù)設(shè)定的客流密度時(shí)間段自動(dòng)控制扶梯的節(jié)能運(yùn)行頻率，達(dá)到節(jié)能與運(yùn)行穩(wěn)定性的良好協(xié)調(diào)。

2）變頻器的軟啟動(dòng)功能可消除電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備造成的沖擊，延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命。［6］

3）變頻器可顯著提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無(wú)功損耗。

4）變頻器具有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)熱等多種電子保護(hù)裝置，并具有豐富的故障報(bào)警輸出功能，可有效保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

5）當(dāng)變頻系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到市電運(yùn)行模式下工作，且有良好的控制方案保障操作員能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行有效控制，對(duì)正常的乘客搭載不構(gòu)成任何影響。

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

4 結(jié)束語(yǔ)

該方案以PLC和變頻器為主要工作部件，充分發(fā)揮兩者的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)分時(shí)段智能節(jié)電運(yùn)行的任務(wù)。系統(tǒng)具啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定流暢的特點(diǎn)，設(shè)置了多個(gè)節(jié)電運(yùn)行模式，可有效降低能耗，減少機(jī)械磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

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

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

［3］郭永吉．PLC中央空調(diào)改造系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．電氣自動(dòng)化，2007，（5）．

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

［5］王東云．PLC控制的油田污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］．電氣自動(dòng)化，2007，（1）．

［6］姚玉蘊(yùn)，劉圣慶．變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)在通信行業(yè)的應(yīng)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(jiān)強(qiáng)（1984－），男，湖南株洲人，助教，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榭刂乒こ獭?/p>