|
一、自動扶梯概述
隨著國內(nèi)生活水平以及工業(yè)化程度的提高，自動扶梯的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。自動扶梯又稱扶手扶梯，是商場、車站、碼頭、機(jī)場、賓館等公共場合常用工具。由于技術(shù)、資金等原因，現(xiàn)有扶梯很多采取星三角啟動方式，啟動完成后，扶梯一直處于全速運(yùn)行狀態(tài)，某些場合扶梯每天高速運(yùn)轉(zhuǎn)12小時(shí)以上。這些扶梯存在以下問題：
（1）由于扶梯經(jīng)常處于高速運(yùn)行狀態(tài)，其曳引電機(jī)耗電量嚴(yán)重，運(yùn)營成本高，電能浪費(fèi)嚴(yán)重；
（2）扶梯長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輔助機(jī)械磨損非常嚴(yán)重,需要大量的易損件進(jìn)行更換,維護(hù)成本較高；
（3）星三角啟動方式，電機(jī)啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊很大，且加速了電機(jī)線圈的老化，減少了電機(jī)運(yùn)行壽命。
自動扶梯的變頻節(jié)能運(yùn)行與傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)相比，不僅節(jié)能明顯，而且大大減少扶梯配件的磨損，延長使用壽命。因此對扶梯進(jìn)行變頻節(jié)能改造，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
二、節(jié)能運(yùn)行原理
在無人的情況下，自動扶梯全速運(yùn)轉(zhuǎn)浪費(fèi)大量的能源，因此，我們設(shè)想，如果能讓自動扶梯自動檢測到空載狀態(tài)一段時(shí)間后，指令扶梯由全速運(yùn)轉(zhuǎn)減速至半速運(yùn)轉(zhuǎn)或者停止運(yùn)行，即可節(jié)約大量電能。
因此，可讓自動扶梯根據(jù)檢測人體的紅外傳感器產(chǎn)生的信號，自動識別是否有人經(jīng)過，當(dāng)自動檢測到空載狀態(tài)一段時(shí)間后，讓扶梯由全速運(yùn)轉(zhuǎn)減速至低速運(yùn)轉(zhuǎn)或停機(jī)。通過此種方式，可以將此段時(shí)間的電能消耗減少30%～50%。當(dāng)有乘客踏上自動扶梯床蓋板時(shí)，扶梯可通過設(shè)置在床蓋板入口處的光電感應(yīng)裝置自動感知乘客的到來，在乘客踏上自動扶梯前，通過變頻器達(dá)到全速運(yùn)行，而不影響乘客的使用。
三、改造原理
自動扶梯（人行道）控制柜對電機(jī)的控制方式分變頻節(jié)能控制和Y-△控制。其中變頻節(jié)能控制又分“變頻非自啟動節(jié)能”和“變頻自啟動節(jié)能” 兩種方式；而當(dāng)變頻驅(qū)動回路或光電檢測回路發(fā)生故障的時(shí)候，還可通過“備用運(yùn)行功能”選擇開關(guān)讓設(shè)備切換到Y(jié)-△常規(guī)控制方式。
1、變頻非自啟動節(jié)能（快-慢-快）
（1）功能描述
通過增加變頻器來控制扶梯運(yùn)行的速度，當(dāng)梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運(yùn)行（例如額定速度），提高客流量；當(dāng)光電檢測探頭在一段時(shí)間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時(shí)，扶梯開始減速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行（例如0.1m/s，參數(shù)可調(diào)），此時(shí)一直處于待機(jī)運(yùn)行中。
運(yùn)行狀態(tài)描述：變頻控制，無人時(shí)低速，有人時(shí)高速，時(shí)序如下：
高速運(yùn)行時(shí)間記為TQ，可設(shè)置，具體時(shí)間根據(jù)梯的提升高度和速度而定。
運(yùn)行步驟示意如下：
- 當(dāng)扶梯上電停止等待，有運(yùn)行命令時(shí)，此時(shí)扶梯以低速開始運(yùn)行進(jìn)入待機(jī)等待。
- 下機(jī)房乘客檢測裝置檢測是否有人通過，當(dāng)有人通過時(shí)，控制器內(nèi)部的高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）清零，此時(shí)扶梯開始緩慢加速至高速運(yùn)行。
- 高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）開始計(jì)數(shù)，當(dāng)TC<TQ時(shí)，若此時(shí)又有人進(jìn)入，TC又清零重新開始計(jì)數(shù)。
- 當(dāng)有一段時(shí)間沒人乘梯即TC ≥ TQ時(shí)，扶梯開始減速進(jìn)入低速運(yùn)行待機(jī)狀態(tài)等待，即進(jìn)入②的狀態(tài)，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。
（2）功能實(shí)現(xiàn)：圍裙開孔
通過安裝在圍裙板上的光電檢測裝置檢測是否有人乘梯，安裝位置示意圖如下。
2、變頻自啟動節(jié)能（快-停-快）
（1）功能描述
通過變頻器來控制扶梯運(yùn)行的速度，當(dāng)梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運(yùn)行（例如額定速度），提高客流量；當(dāng)乘客檢測探頭在一段時(shí)間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時(shí)，扶梯開始進(jìn)入停止運(yùn)行狀態(tài)。
高速運(yùn)行時(shí)間記為TQ，可設(shè)置，具體時(shí)間數(shù)值根據(jù)梯的提升高度和速度而定。運(yùn)行步驟如下：
- 扶梯上電：此時(shí)扶梯處于停止?fàn)顟B(tài)，等待運(yùn)行中。
- 下機(jī)房光電檢測裝置檢測是否有人通過，當(dāng)有人通過時(shí)，控制器內(nèi)部的高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）清零，此時(shí)扶梯開始緩慢加速至高速運(yùn)行。
- 高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）開始計(jì)時(shí)，當(dāng)TC<TQ時(shí)，若此時(shí)又有人進(jìn)入，TC又清零重新開始計(jì)時(shí)。
- 當(dāng)有一段時(shí)間沒人乘梯即TC≥TQ時(shí)，扶梯開始減速至停機(jī)進(jìn)入等待中。若此時(shí)有人進(jìn)入，TC清零重新開始計(jì)時(shí)，扶梯加速至高速運(yùn)行狀態(tài)，又進(jìn)入狀態(tài)②中。
（2）自啟動功能實(shí)現(xiàn)：
圍裙開孔（同上）
以上兩種變頻自啟動和非自啟動方式的選擇可以通過設(shè)置控制器的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，不是通過外部的開關(guān)選擇，必須是專業(yè)人員（比如維保人員等）來設(shè)置。
3、Y—△控制的備用運(yùn)行功能
當(dāng)變頻驅(qū)動回路或光電檢測回路發(fā)生故障的時(shí)候，還可通過“備用運(yùn)行功能”選擇開關(guān)讓設(shè)備切回原來的控制方式（即Y-△常規(guī)控制方式）。
在備用運(yùn)行工作模式下，扶梯接收到安裝于扶梯入口處的鑰匙開關(guān)啟動信號以后，以電機(jī)Y型接法啟動，經(jīng)3-5秒后（可通過系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置）電機(jī)以△型接法運(yùn)行并一直保持到人工手動停梯時(shí)為止。系統(tǒng)運(yùn)行過程中不再處理光電信號。
該功能可避免變頻回路或光電檢測回路發(fā)生故障時(shí)造成的設(shè)備停用。
四、扶梯變頻改造方案
基于原有扶梯控制系統(tǒng)，保留原控制柜，增加（外掛）廣州七喜HD700通用矢量變頻改造柜、乘客檢測裝置以實(shí)現(xiàn)扶梯客戶所需功能。
保留原有控制柜及原控制柜內(nèi)的控制器及低壓開關(guān)等外圍電器，增加變頻控制回路由廣州七喜矢量型通用變頻器負(fù)責(zé)控制，達(dá)到變頻節(jié)能控制功能。
1、主回路和控制回路改造
改造說明：
（1）主回路增加工、變頻兩主回路切換刀開關(guān)；
（2）主要增加兩接觸器KM1（變頻回路）和KM2（工頻回路）。
2、變頻器控制線接線
（1）方案1接線圖
（2）方案2接線圖
3、參數(shù)設(shè)置
方案1（啟動后，電梯以低速運(yùn)行，入口傳感器檢測到駛?cè)霑r(shí)，電梯啟動并以全速運(yùn)行；當(dāng)出口傳感器檢測到駛出信號時(shí)，電梯經(jīng)過設(shè)置的延時(shí)恢復(fù)低速運(yùn)行）
|
參數(shù)ID
|
參數(shù)名稱
|
設(shè)定值
|
備注
|
|
P00.03
|
啟�？刂品绞�
|
1
|
端子控制啟停
|
|
P00.04
|
頻率源選擇
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P00.07
|
最大運(yùn)行頻率
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P00.09
|
加速時(shí)間
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P00.10
|
減速時(shí)間
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P01.14
|
電機(jī)額定電流
|
根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)定
|
按電機(jī)銘牌設(shè)定此值可有效保護(hù)電機(jī)過載
|
|
P00.16
|
電機(jī)額定轉(zhuǎn)速
|
根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)定
|
按電機(jī)銘牌設(shè)定此值
|
|
P02.01
|
S曲線加減速
|
1
|
|
|
P02.12
|
S曲線起始段時(shí)間百分?jǐn)?shù)
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P02.13
|
S曲線結(jié)束段時(shí)間百分?jǐn)?shù)
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P04.02
|
多段速2
|
|
P04.02為電梯全速運(yùn)行時(shí)速度值，根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P09.02
|
DI1端子功能
|
3
|
DI1端子設(shè)為正轉(zhuǎn)
|
|
P09.05
|
DI4端子功能
|
19
|
DI4端子設(shè)為無功能
|
|
P09.06
|
DI5端子功能
|
19
|
DI5端子設(shè)為無功能
|
|
P16.01
|
|
17.34
|
|
|
P16.03
|
|
17.37
|
|
|
P16.04
|
|
1
|
|
|
P16.06
|
|
延時(shí)停機(jī)的時(shí)間
|
根據(jù)需要設(shè)置，請?jiān)O(shè)為負(fù)值
|
|
P16.07
|
|
1.15
|
|
|
P16.08
|
|
17.36
|
|
|
P16.10
|
|
9.43
|
|
|
P16.11
|
|
1
|
|
|
P16.14
|
|
17.37
|
|
|
P17.11
|
|
9.43
|
|
|
P17.12
|
|
1.15
|
|
|
P17.15
|
|
2
|
|
|
P17.18
|
|
9.44
|
|
|
P17.19
|
|
17.37
|
|
|
P17.22
|
|
2
|
|
|
P17.25
|
|
17.35
|
|
|
P17.26
|
|
1.15
|
|
|
P17.29
|
|
4
|
|
邏輯框圖
DI1接電梯入口端傳感器，DI2接電梯出口端傳感器
DI1、DI2端子有效時(shí)間需要大于5ms
方案2（入口傳感器檢測到駛?cè)胄盘枙r(shí)，電梯啟動并以全速運(yùn)行；當(dāng)出口傳感器檢測到駛出信號時(shí)，電梯經(jīng)過設(shè)置的延時(shí)時(shí)間停機(jī)）
|
參數(shù)ID
|
參數(shù)名稱
|
設(shè)定值
|
備注
|
|
P00.03
|
啟�？刂品绞�
|
1
|
端子控制啟停
|
|
P00.04
|
頻率源選擇
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P00.07
|
最大運(yùn)行頻率
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P00.09
|
加速時(shí)間
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P00.10
|
減速時(shí)間
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P01.14
|
電機(jī)額定電流
|
根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)定
|
按電機(jī)銘牌設(shè)定此值可有效保護(hù)電機(jī)過載
|
|
P00.16
|
電機(jī)額定轉(zhuǎn)速
|
根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)定
|
按電機(jī)銘牌設(shè)定此值
|
|
P02.01
|
S曲線加減速
|
1
|
|
|
P02.12
|
S曲線起始段時(shí)間百分?jǐn)?shù)
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P02.13
|
S曲線結(jié)束段時(shí)間百分?jǐn)?shù)
|
|
根據(jù)需要設(shè)置
|
|
P09.02
|
DI1端子功能
|
16
|
DI1端子無功能
|
|
P09.03
|
DI2端子功能
|
16
|
DI2端子無功能
|
|
P16.01
|
|
17.34
|
|
|
P16.03
|
|
17.37
|
|
|
P16.04
|
|
1
|
|
|
P16.06
|
|
延時(shí)停機(jī)的時(shí)間
|
根據(jù)需要設(shè)置，請?jiān)O(shè)為負(fù)值
|
|
P16.07
|
|
3.22
|
|
|
P16.08
|
|
17.36
|
|
|
P16.10
|
|
9.40
|
|
|
P16.11
|
|
1
|
|
|
P16.14
|
|
17.37
|
|
|
P17.11
|
|
9.40
|
|
|
P17.12
|
|
3.22
|
|
|
P17.15
|
|
2
|
|
|
P17.18
|
|
9.41
|
|
|
P17.19
|
|
17.37
|
|
|
P17.22
|
|
2
|
|
|
P17.25
|
|
17.35
|
|
|
P17.26
|
|
3.22
|
|
|
P17.29
|
|
4
|
|
邏輯框圖
DI1接電梯入口端傳感器，DI2接電梯出口端傳感器
DI1、DI2端子有效時(shí)間需要大于5ms
注意事項(xiàng)：
如果電梯有速度檢測保護(hù)時(shí)（如電梯運(yùn)行速度小于額定80%即安全保護(hù)），則只能使用方案1。
五、改造后節(jié)能計(jì)算
以電機(jī)功率為7.5kW/h扶梯為例，假設(shè)每天運(yùn)行12個(gè)小時(shí)。根據(jù)現(xiàn)場估測，每次扶梯運(yùn)行時(shí)僅載乘客2-5人，此工況近似于扶梯空載運(yùn)行。實(shí)際測量得到扶梯空載狀態(tài)下，以0.5m/s全速運(yùn)行時(shí)能耗約為2.2KW
改造前：
扶梯全部以0.5m/s空載運(yùn)行，12小時(shí)實(shí)際耗電：
2.2×12＝26.4KW·h
改造后：
1）. 采用快－慢-快循環(huán)運(yùn)行方式
即當(dāng)乘客檢測裝置檢測到最后一位乘客進(jìn)入扶梯后60秒，扶梯轉(zhuǎn)為0.1m/s慢車并保持慢車運(yùn)行，直到乘客檢測裝置檢測到下一位乘客準(zhǔn)備進(jìn)入，扶梯自動平穩(wěn)加速到0.5m/s的快車速度。
扶梯以0.1m/s慢車運(yùn)行時(shí)能耗約為0.67kW
假設(shè)每天有400名乘客，平均每次二人同行，則每天最多需快－慢切換200次。
快車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間＝200×1/60＝3.3 h
慢車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間＝12－3.3＝8.7 h
則每天（12小時(shí)）運(yùn)轉(zhuǎn)能耗為：
2.2×3.3＋0.67×8.7=13.1kW·h
(26.4－17.7)÷26.4=50%
即實(shí)際節(jié)能達(dá) 50%
按此推算，若快車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為5小時(shí)，節(jié)能可達(dá)39%
2）.采用快－停－快循環(huán)運(yùn)行方式
即當(dāng)乘客檢測裝置檢測到最后一位乘客進(jìn)入扶梯后60秒，扶梯停止運(yùn)行，直到乘客檢測裝置檢測到下一位乘客準(zhǔn)備進(jìn)入，扶梯自動平穩(wěn)加速到0.5m/s的快車速度。
假設(shè)每天有400名乘客，平均每次二人同行，則每天最多需啟停200次。
運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間＝200×1/60＝3.3h
則實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)率約為30％
每天（12小時(shí)）運(yùn)轉(zhuǎn)能耗為：
2.2×3.3=7.3KW·h
(26.4-7.3)÷26.4=70%
即實(shí)際節(jié)能達(dá) 70％
按此推算，若實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)率為6小時(shí)，節(jié)能可達(dá)50%
六、扶梯改造后優(yōu)點(diǎn)
根據(jù)對某超級市場的多部國內(nèi)外品牌的多部自動扶梯的變頻節(jié)能改造后的可靠性考驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了該技術(shù)具有功能強(qiáng)、改造工作量小等優(yōu)點(diǎn)。
（1） 無人乘梯時(shí)：保證扶梯自動平穩(wěn)過渡到節(jié)能運(yùn)行，以1/5額定速度運(yùn)行 (或選擇當(dāng)無人乘梯時(shí)，扶梯自動停止的功能);
（2） 有人乘梯時(shí)：保證扶梯自動以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運(yùn)行；
（3） 扶梯空載時(shí)以節(jié)能速度模式運(yùn)行，電流僅為空載時(shí)額定速度運(yùn)行電流的1/3；
（4） 由于無人乘梯時(shí)節(jié)能運(yùn)行時(shí)速度很低，機(jī)械部分的磨損大大降低，相對延長了扶梯的使用壽命。
（5） 變頻技術(shù)的采用，大大降低了扶梯啟動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，采用變頻器可有效改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低無功損耗。
（6） 改造中充分考慮了變頻系統(tǒng)與原系統(tǒng)的并存，便于系統(tǒng)故障時(shí)相互切換，不影響用戶的使用。
（7） 改造中保留了原系統(tǒng)的安全條件，加上變頻器自身的安全環(huán)節(jié)使得改造后的系統(tǒng)更安全、更可靠。
（8） 扶梯節(jié)能改造的設(shè)備費(fèi)用與電能節(jié)約和機(jī)械磨損的費(fèi)用相比，投入不大，短期內(nèi)即可收回投資，因此扶梯變頻節(jié)能安全改造技術(shù)的研制和使用成功，能提高現(xiàn)有扶梯安全節(jié)能，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
七、結(jié)束語
自動扶梯屬于負(fù)載率很低的設(shè)備，輕載或空載的時(shí)間占絕大多數(shù)，而滿載運(yùn)行的時(shí)間相對來說是很少的，在自動扶梯上采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行節(jié)能，其效果是非常顯著的。實(shí)際使用的節(jié)能效果，完全依據(jù)現(xiàn)場使用工況來決定�？蛰d工況下最好讓自動扶梯停止運(yùn)行，這樣完全沒有能耗和磨損；可是在有些情況下由于要保證安全和方便，不允許停止運(yùn)行，此時(shí)可讓扶梯慢速運(yùn)行。自動扶梯節(jié)能運(yùn)行的改造，不單單需實(shí)現(xiàn)“節(jié)能”的目的，更應(yīng)注重符合《規(guī)范》中相關(guān)的安全要求。綜合自動扶梯節(jié)能運(yùn)行幾種方案的分析，將扶梯一體化控制柜應(yīng)用于扶梯梯控制，無論從改造的便捷性、經(jīng)濟(jì)性還是安全性等角度衡量，都是扶梯節(jié)能改造的最佳選擇。
|
