摘 要：自動(dòng)扶梯廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、賓館、地鐵、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所，作為一種常年運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)多為輕載或空載，因此具有很大的節(jié)能空間。本文基于PLC控制器與變頻器，提出了一種簡(jiǎn)單易行的自動(dòng)扶梯節(jié)能方法。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)扶梯;PLC;變頻器;節(jié)能 Abstract: The escalator is applied to the public places extensively, such as market, hotel, subway, airport, etc. As a kind of electromechanical equipment operated throughout the years, the normal operation of escalator is light duty or unloaded. So it has energy-saving space greatly. This paper is based of PLC controller and frequency converter, and puts forward an easy energy-saving method of escalator. Keywords: Escalator; PLC; frequency converter; energy-saving 1、引言 　　自動(dòng)扶梯在酒店、商場(chǎng)、地鐵、火車站、寫字樓、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所應(yīng)用較多，在方便顧客和提高服務(wù)質(zhì)量等方面起到了相當(dāng)重要的作用。但由于其使用場(chǎng)合的特殊性，部分扶梯經(jīng)常處于輕載或空載的狀態(tài)，這必將浪費(fèi)大量的電能，同時(shí)也會(huì)造成扶梯的磨損。 　　按目前的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)扶梯的工作繁忙程度可以分為普通型和公共交通型兩種。最典型最常見的公共交通型自動(dòng)扶梯是設(shè)置于地鐵站內(nèi)的出站上行自動(dòng)扶梯。我們對(duì)這種扶梯進(jìn)行實(shí)地測(cè)試結(jié)果表明，每當(dāng)?shù)罔F到站后，蜂擁的人流在自動(dòng)扶梯上持續(xù)的時(shí)間大約為45秒左右，如果按每3分鐘一班地鐵計(jì)算，扶梯的“負(fù)載持續(xù)率”也僅為25%左右，其余時(shí)間扶梯都是在空載或很低的負(fù)載下運(yùn)行。公共交通型自動(dòng)扶梯尚且如此，其余普通型自動(dòng)扶梯的情況就更不必說了。因此，對(duì)自動(dòng)扶梯采取節(jié)能措施是非常必要的。 2、常見節(jié)能方法及控制系統(tǒng) 　　對(duì)于自動(dòng)扶梯，常用的節(jié)能方法有“自動(dòng)重新啟動(dòng)”節(jié)能法，“△一Y切換”節(jié)能法等。 　　前一種方法是在無人乘梯時(shí)停止自動(dòng)扶梯的運(yùn)行, 有人乘梯時(shí)起動(dòng)扶梯, 從而達(dá)到省電的目的, 由于是采用了完全停電的方法, 所以在節(jié)約能源方面是非常可觀的，一般能達(dá)到50%的電能節(jié)約。但是這種方法存在一些缺陷, 首先當(dāng)無人乘梯時(shí), 自動(dòng)扶梯處于停機(jī)狀態(tài), 故大多乘客會(huì)認(rèn)為扶梯停開或正在維修而轉(zhuǎn)向附近的樓梯上樓,特別是在樓梯與扶梯并行設(shè)置時(shí)更是如此, 從而失去了自動(dòng)扶梯的作用。 　　后一種方法是采用經(jīng)典的星形與三角形接法轉(zhuǎn)換起動(dòng), 但是折中方法也有些不足之處，星形接法由于轉(zhuǎn)矩只有三角形接法的1/3, 所以星形接法轉(zhuǎn)速較慢, 而且兩者之間有2～3s 的轉(zhuǎn)換時(shí)間, 如果光電探測(cè)頭位置距離扶梯入口處太近時(shí), 在乘客上梯后由于星形與三角形接法的轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沖擊, 使扶梯的乘用舒適感惡化, 甚至釀成事故;如果光電探測(cè)頭距離扶梯入口處太遠(yuǎn), 則可避免乘客上梯后產(chǎn)生沖擊, 但容易造成誤動(dòng)作,同時(shí)如果客流連續(xù)間斷造成扶梯的頻繁起動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生不利影響。 　　自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)有3種：繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微單片機(jī)控制系統(tǒng)。目前市場(chǎng)上所使用的自動(dòng)扶梯還有繼電器控制的，由于繼電器控制系統(tǒng)噪聲大、維修不便、控制方式落后等，已不適應(yīng)現(xiàn)代人的需求，正逐漸被人們所淘汰。微單片機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能化方面有很大的發(fā)展，但由于微單片機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，程序改動(dòng)困難，抗干擾等問題而限制了其應(yīng)用。而PLC控制系統(tǒng)有著可靠性高、穩(wěn)定性好、維護(hù)檢修方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，加上現(xiàn)今逐漸時(shí)興電腦化控制的電氣設(shè)備，PLC控制的自動(dòng)扶梯正好迎合了人們的心態(tài)，與市場(chǎng)需求緊密相連，其開發(fā)前景已被大大看好。 3、PLC與變頻器控制基本原理 　　由于以上方式有著種種缺陷，這里提出了基于PLC與變頻器的節(jié)能控制方法，同時(shí)，采用PLC作為主控制器，有著以下優(yōu)點(diǎn)： 　　（1）可靠性高，穩(wěn)定性好。一般PLC允許的輸入信號(hào)閥值比通常的微控制器大得多，且與外部電路都經(jīng)過光電隔離，抗干擾能力較強(qiáng)。。如一般的PLC能承受峰值lO00V，脈寬ls的矩形脈沖的尖峰干擾，并有多種保護(hù)功能，一旦出現(xiàn)故障，能使自動(dòng)扶梯迅速停止。 　?。?）編程簡(jiǎn)單，使用方便。目前PLC普遍采用繼電器控制形式的“梯形圖”編程方式，極易為電氣、自動(dòng)控制的技術(shù)人員所接受。 　?。?）維護(hù)檢修方便。PLC產(chǎn)品具有完善的監(jiān)視診斷功能，如有醒目的內(nèi)工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、I/O狀態(tài)和異常狀態(tài)等顯示。扶梯的各個(gè)控制環(huán)節(jié)可以用故障代碼表示。這樣可以大大降低故障的平均修復(fù)時(shí)間，有的PLC采用智能型I/0模塊后，還可以把外部故障判斷和檢測(cè)功能從CPU 中分開， 從而提高了外部故障檢測(cè)功能。 　　一般來說，自動(dòng)扶梯的空載時(shí)間往往大于載客時(shí)間。在PLC控制器自動(dòng)檢測(cè)到自動(dòng)扶梯空載運(yùn)行一定時(shí)間后，發(fā)出指令控制變頻器使其降速運(yùn)行，當(dāng)有乘客踏上自動(dòng)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(dòng)感知乘客的到來，開始加速運(yùn)轉(zhuǎn)。在這里，變頻器的主要作用是用來調(diào)整扶梯轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)和運(yùn)行平穩(wěn)，在無人時(shí)，PLC經(jīng)過延時(shí)指令，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入蠕動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的。在扶梯入口處安裝光電開關(guān)，有乘客時(shí)，光電開關(guān)發(fā)出信號(hào)，扶梯經(jīng)變頻調(diào)速至額定速度，當(dāng)全部乘客離開扶梯后，扶梯經(jīng)過一段時(shí)延又自動(dòng)進(jìn)入低速運(yùn)行的待客狀態(tài)。這樣可節(jié)省電能，減少機(jī)械磨損從而延長(zhǎng)使用壽命。圖1為節(jié)能方式的原理圖。 　　啟動(dòng)扶梯后，PLC不斷檢測(cè)光電傳感器的電脈沖信號(hào)的輸入，以判斷是否有人需要乘座扶梯來控制變頻器進(jìn)行正常速度運(yùn)行或低速運(yùn)行。在扶梯正常速度運(yùn)行期間，如再無光電脈沖信號(hào)則系統(tǒng)延時(shí)t秒（乘客自一端至另一端）自動(dòng)轉(zhuǎn)入低速運(yùn)行。同時(shí)PLC在系統(tǒng)上電后始終采樣變頻器過載報(bào)警信號(hào)OLW、變頻器異常報(bào)警信號(hào)FB、馬達(dá)飛輪轉(zhuǎn)速信號(hào)等，結(jié)合程序設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)，系統(tǒng)也可通過手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行節(jié)能和原工作方式的切換，使該系統(tǒng)可工作在變頻狀態(tài)，當(dāng)變頻裝置出現(xiàn)故障時(shí)，又可轉(zhuǎn)為原有運(yùn)行方式，提高了系統(tǒng)的可靠性，增強(qiáng)了冗余度。 4、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 　　PLC主控制器采用西門子公司的S7-200系列中型號(hào)為CPU 226的控制單元，S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化，它能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。其中CPU 226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可以很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。其輸入電路采用光電隔離，繼電器型輸出，并帶有24V DC電源為傳感器提供可靠的工作電壓，其穩(wěn)定性和易用性一直為廣大電氣技術(shù)人員所喜愛。 　　傳感器選用BANNER公司的Q23SN6LP反射型光電傳感器，其檢測(cè)距離最高可達(dá)2m，在0.5-1.5m距離效果最佳，其工作電壓為10-30VDC，將其安裝在扶梯上或下平臺(tái)，距入口1.0-1.5m 處（使乘客能夠?qū)Ψ鎏莸募铀儆兴鶞?zhǔn)備）。 　　變頻器選用SAMCO-i高功能靜音式I-IF型，在變頻器的使用上選用它的兩速選擇端2DF和第二加減速AD2端以達(dá)到正常和低速兩種速度及符合乘客舒適感的加速度。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。 　　空載時(shí)通過變頻器把轉(zhuǎn)速降低為20%速度時(shí)，對(duì)于11kw以下的電機(jī)，扶梯耗能為僅為電機(jī)額定功率的3%～5%，既300瓦～400瓦左右。無論上行或者下行，在20%的蠕動(dòng)速度都可達(dá)到80%的節(jié)能效果。 　　采用變頻器后，可以在自動(dòng)扶梯空載時(shí)以極低頻率和極低電壓對(duì)電機(jī)供電，使扶梯以緩慢的速度運(yùn)行。這樣，在自動(dòng)扶梯空載時(shí)便能起到良好的節(jié)能作用，同時(shí)扶梯不停止運(yùn)行，也不會(huì)給乘客造成扶梯損壞無法運(yùn)行的假象。當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到有人進(jìn)入扶梯時(shí)，扶梯便開始提速，扶梯由緩速提升到額定速度所需的時(shí)間可通過PLC進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定時(shí)間可考慮為2～4秒。當(dāng)人踏入扶梯踏板時(shí)，扶梯已接近或達(dá)到額定速度。這樣就避免了人員在扶梯上的加速過程，保證了人員的安全。當(dāng)PLC檢測(cè)到扶梯空載t秒后，發(fā)出指令給變頻器使額定速度變回蠕動(dòng)速度。 　　整個(gè)自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行模式控制流程如圖3所示。 　　采用上述的節(jié)能方法，其優(yōu)點(diǎn)在于： 　?。?）無人乘梯時(shí)，保證扶梯自動(dòng)平穩(wěn)過渡到節(jié)能運(yùn)行，以1/5額定速度運(yùn)行，節(jié)約了能源。 　?。?）有人乘梯時(shí)，保證扶梯自動(dòng)以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運(yùn)行，保證了正常的使用。 　　（3）由于無人乘梯時(shí)節(jié)能速度很慢，使得機(jī)械部分的磨損大大降低，相對(duì)延長(zhǎng)了扶梯的使用壽命。 　?。?）技術(shù)成熟，便于實(shí)施和推廣。PLC采用繼電器型，編程簡(jiǎn)單，工程技術(shù)人員便于根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。所采用的變頻器功能齊全，操作簡(jiǎn)單。且該裝置體積不大，便于安裝，可以直接加裝在扶梯的上下平臺(tái)內(nèi)。 　?。?）變頻技術(shù)的采用，大大降低了扶梯啟動(dòng)時(shí)對(duì)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。 5、結(jié)束語 　　本文主要介紹了一種基于PLC和變頻器控制的自動(dòng)扶梯節(jié)能方法，PLC作為系統(tǒng)的主控制器性能穩(wěn)定可靠，功能強(qiáng)大，易于維護(hù)，同時(shí)也有一定的升級(jí)空間。變頻器的使用也使得自動(dòng)扶梯的節(jié)能效果得到發(fā)揮，在安全舒適運(yùn)行的前提下節(jié)約了寶貴的能源，具有良好的社會(huì)推廣價(jià)值和市場(chǎng)前景。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：與傳統(tǒng)的節(jié)能方式不同，本文提出的方法既保證了電梯的正常運(yùn)行，使乘客乘坐舒適，又節(jié)約了能源，減少了不必要的浪費(fèi)，同時(shí)有利于延長(zhǎng)扶梯的使用壽命。尤其是在機(jī)場(chǎng)、賓館等公共場(chǎng)所可以取得顯著的效果。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 聶輝.變頻器在自動(dòng)扶梯上的應(yīng)用[J].變頻器世界，2005年10月 　　[2] 朱瑞華.一種自動(dòng)扶梯的簡(jiǎn)易節(jié)能方法[J].設(shè)計(jì)研究，2000年第9期 　　[3] 郝曉弘，張萍.VS-616G5變頻器在電梯調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息，2006年第1-1期：P36-38