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1 引言
隨著近年來房地產(chǎn)行業(yè)的高速發(fā)展以及城市地鐵、高鐵建設(shè)快速推進,自動扶梯的使用率越來越高。因此如何采用高效節(jié)能的電梯控制技術(shù),成為自動扶梯商家及其用戶十分關(guān)注的話題。
國家質(zhì)檢總局統(tǒng)計顯示,截至2010年底,中國在用電梯總數(shù)達到162.8萬臺,并以每年20%左右的速度高速增長。每年新增的電梯數(shù)在30萬臺以上, 占全球每年新增電梯總量的一半以上。目前,國內(nèi)安裝的自動扶梯多采用單速交流電機作為主機,梯級額定速度大多為0.5m/s。這種扶梯即使在無乘客使用時 仍以額定速度運行,具有耗能大、機械磨損嚴重、使用壽命短等缺點,對其進行改造勢在必行。
2 自動扶梯節(jié)能改造的常用控制方式
在不影響扶梯正常使用的前提下,我們對扶梯進行節(jié)能改造。自動扶梯節(jié)能改造后,控制器根據(jù)紅外傳感器產(chǎn)生的信號來控制自動扶梯的運行速度。在有人乘坐 時,扶梯以工頻速率運行;當無人時,扶梯減至低速率或停止運行。同時,改造后自動扶梯應(yīng)具備以下功能,當節(jié)電器出現(xiàn)故障時,扶梯能自動切換到工頻模式運 行,確保扶梯正常運行。
目前,對自動扶梯進行節(jié)能改造,常見有如下兩種控制方式:
一種方式為高速-低速運行方式。設(shè)置主頻率(低速)、多段速頻率(高速)兩種運行頻率;在電梯首尾處各安裝一對紅外傳感器開關(guān),乘客通過電梯時,紅外傳感器開關(guān)被觸發(fā)并輸出開關(guān)信號至變頻器; 有客流時,紅外傳感開關(guān)被觸發(fā),變頻器立即加速到多段速頻率,并使電梯高速運行;電梯高速運行時,變頻器內(nèi)置計時器開始計時,若在設(shè)定的時間段內(nèi)再無乘客 通過電梯,計時結(jié)束后變頻器將自動切換到主頻率,扶梯低速運行;若在計時器計時期間,有乘客重新觸發(fā)紅外傳感器開關(guān),計時器將重新計時。對電梯上行和下 行,外圍控制采用開關(guān)互鎖,保證扶梯系統(tǒng)的正常工作。為消耗扶梯下行或者制動過程產(chǎn)生的多余能量,需在變頻器上加裝制動電阻。
另一種方 式為工頻-停止運行方式。設(shè)置主頻率(50hz)運行、停止兩種狀態(tài)。同樣在電梯首尾處各安裝一對紅外傳感器開關(guān),乘客通過電梯時,紅外傳感器開關(guān)被觸發(fā) 并輸出開關(guān)信號至變頻器;有客流時,紅外傳感器開關(guān)被觸發(fā),變頻器立即加速到主頻率,并使電梯以工頻運行;電梯工頻運行時,變頻控制器內(nèi)置計時器開始計 時,若在給定的時間段內(nèi)再無乘客通過電梯,計時結(jié)束后變頻器將自動停止,電梯不再運行,直到再一次檢測到紅外觸發(fā)信號;若在計時器計時期間,有乘客重新觸 發(fā)紅外傳感器開關(guān),計時器將重新計時。為消耗扶梯下行或者制動過程產(chǎn)生的多余能量,需在變頻控制器上加裝制動電阻。另外在扶梯上下兩端應(yīng)加裝上下行標識, 必要時,還應(yīng)安裝語音提示系統(tǒng)。這種工頻-停止的控制方式節(jié)能效果十分顯著,因為在無人時扶梯已完全停止,基本不耗電。
3 自動扶梯改造方案
3.1扶梯的外部改造
這里以三菱自動扶梯和四方變頻器為例進行改造說明??蛻粢髮Ψ鎏葸M行改造后,不改變扶梯原有的安全檢測系統(tǒng),保留扶梯原有的啟??刂品绞?,盡可能的保持原線路的完整性。針對客戶的要求,我們采用以下改造方案:
在扶梯上下兩端各裝一對立桿,此桿用來安裝固定紅外感應(yīng)開關(guān)和扶梯上下行指示標識。另外在扶梯上端對桿上還要安裝一對鑰匙開關(guān),一個是節(jié)電和市 電模式切換開關(guān),另一個是上行、停止、下行模式選擇開關(guān)(曳引機安裝在扶梯上端電井內(nèi),故開關(guān)就近選擇安裝)。當節(jié)電/市電切換開關(guān)選擇市電時,自動扶梯 開、停、上下行方式與未改造前一致。當節(jié)電/市電開關(guān)選擇節(jié)電時,扶梯自帶啟動開關(guān)、上下行開關(guān)無效,此時扶梯運行方向由安裝在立桿上的上行/停止/下行 開關(guān)來選擇控制。扶梯由紅處感應(yīng)開關(guān)啟動。當有人走上扶梯時,首先會觸發(fā)紅外傳感器開關(guān)。當系統(tǒng)檢測到紅外傳感器開關(guān)信號時,電梯就會被啟動,并開始計 時。在計時期間,如果有第二個人走上扶梯,系統(tǒng)會重新計時,直到設(shè)定時間結(jié)束,電梯便會自動停機。這樣實現(xiàn)了“人來自啟,人去自停”的運行模式,使扶梯顯 得更加人性化。
還有很重要的一點必須指出,在安裝對桿時,電梯無論是上行還是下行,上下兩端都必須安裝紅外傳感器開關(guān)。因為當有一端沒 有安裝對桿時,客人走上扶梯,扶梯也不會啟動;如果客人選擇錯誤方向時,扶梯因沒有檢測到紅外傳感器開關(guān)信號而不會啟動,此時如果有人從相反方向走上扶 梯,扶梯就會被觸發(fā)啟動,導致讓錯誤方向先行的客人摔跤。當兩端都安裝對桿時,即使客人走錯了方向,扶梯會反向運行,提醒客人逆行了,很大程度上保證客人 的安全。如果此時安裝了語音提示系統(tǒng),在紅外傳感器開關(guān)被觸發(fā)的同時語音會提醒客人行錯了方向。
3.2自動扶梯的電路改造
(1)自動扶梯的關(guān)鍵控制元件是電機(曳引機),我們改造也從電機開始。圖2是扶梯的主回路改造圖。圖2中接觸器80為運行接觸器,接觸器1,2為電機 正反轉(zhuǎn)切換接觸器,當接觸器1動作時電機正轉(zhuǎn),接觸器2動作時電機反轉(zhuǎn),對應(yīng)的電梯就上下運行。為了保留電機的原有控制方式,我們將變頻器串接在正反轉(zhuǎn)接 觸器前端,這樣做的目的也是為了不讓電機因轉(zhuǎn)向問題而使系統(tǒng)報錯保護而停止。改造電路中還有旁路回路,這樣設(shè)計的目的是為了防止變頻器出現(xiàn)故障時,電梯能 正?;謴?fù)工作。其中,接觸器1km與接觸器2km互鎖,旁路投入時,接觸器2km一定要斷開,這樣控制的目的是為了保護變頻器。p+,pb兩端子串接制動 電阻消耗電梯下行時產(chǎn)生的多余的能量。
(2)控制回路的改造。扶梯的大部分保護電路都在控制回路。如果在改造中去掉了原有的部分保護電路或者改動了原有保護方式,都會影響扶梯的正常工作,甚至造成扶梯報故障??紤]到該因素,在改造過程中,不能改變原有保護電路,僅僅選擇了兩個點進行改造,如圖3所示。
圖3中,80為串接安全回路后的控制線路,只要有安全開關(guān)動作時,此回路為斷開狀態(tài)。只有故障排除,開關(guān)復(fù)位,此回路才恢復(fù)為閉合狀態(tài)。扶梯上下行啟動 都是通過鑰匙控制,當鑰匙旋至上行位置停留3秒然后松手,電梯便啟動了。在這3秒鐘,電梯從停止到運行,完成檢測和啟動過程。u/s是速度控制器,當檢測 到一定速度就會動作,電梯啟動時就是通過此控制器的輔助觸點實現(xiàn)了自保持。在改造回路時,為了實現(xiàn)以上功能,我們設(shè)計了一個模擬電路來替代旋轉(zhuǎn)鑰匙的動 作。在改造點1(up)與80,改造點2(dn)與80之間并聯(lián)一個回路(圖二中虛線框內(nèi)回路),取代原鑰匙開關(guān)。當需要上行時,先將上下行選擇開關(guān)旋至 上行位置,當有紅外傳感器開關(guān)信號時,開關(guān)k1就會閉合,延時3秒后斷開,這就完成了一個上行旋轉(zhuǎn)鑰匙的模擬動作。下行同理。整個啟動過程不影響原系統(tǒng)的 各種安全檢測。
(3)扶梯安裝改造的外圍控制電路(如圖4所示)。
圖4的左圖主要是實現(xiàn)節(jié)電模式與旁路模式的切換功能;右圖主要是紅外傳感 器開關(guān)電路。在處理紅外傳感器開關(guān)信號時,我們用中間繼電器進行了防干擾處理。紅外傳感器開關(guān)在被觸發(fā)后,輸出的是開關(guān)信號,如果直接傳送給控制器易產(chǎn)生 干擾信號導致扶梯誤動作(從紅外傳感器開關(guān)觸發(fā)點到控制器距離比較遠,而且在途中線路復(fù)雜)。因此,將開關(guān)信號轉(zhuǎn)化為控制中間繼電器,在終端再轉(zhuǎn)化為開關(guān) 量信號,很大程度上降低了干擾對扶梯的影響。
(4)變頻器控制設(shè)置
變頻器控制回路如圖1所示,初始設(shè)置如附表所示。
當有紅外傳感器開關(guān)輸入信號時端子x1、oc1、cm與fwd組成三線模式,當f6.0設(shè)定的內(nèi)部定時器定時時間到時,oc1輸出0.5s的斷開信號, 變頻器停止運行。當有人再次觸發(fā)紅外傳感器開關(guān)信號時,變頻器又被啟動。當在設(shè)置的時間內(nèi),紅外傳感器開關(guān)信號再次被觸發(fā)時,定時器重新計時,保證乘坐扶 梯的人能到達目的地,只到無人時扶梯停止。扶梯從一端到另一端的時間通常為40秒左右,這里我們設(shè)定為40秒,此參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場實際情況來設(shè)定。
4 自動扶梯改造實例
深圳市五洲賓館共有六臺自動扶梯。a座樓有四臺(1#,2#,3#,4#),b座有二臺(5#,6#)。我們對六臺扶梯都進行節(jié)能改造。節(jié)能控制方式均采用“人來自啟,人去自停”,節(jié)能效果明顯。扶梯進行節(jié)能改造后,有很多優(yōu)點,收到了廣泛的社會效應(yīng)。
5 結(jié)束語
自動扶梯進行紅外傳感器和變頻器節(jié)能改造后,由于電機低速或者停止,使扶梯機械部件的磨損大大下降和扶梯維護費用減少。用電環(huán)境得到了凈化,降低了噪音。還可以大幅度降低電機的溫升,使電機的工作更加安全可靠。
變頻技術(shù)的采用,大大降低了扶梯啟動時對電網(wǎng)的沖擊,每次啟動時,變頻器可充當軟啟動器。變頻器的使用可有效改善電網(wǎng)的功率因數(shù),降低無功損耗。
節(jié)能改造過程中采用了旁路功能,確保節(jié)能系統(tǒng)故障時不影響扶梯的正常使用。改造中未改變自動扶梯原系統(tǒng)的安全條件,變頻器投入后使得改造后的扶梯系統(tǒng)更安全、更可靠。
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