基于变频器的自动扶梯节能系统设计

２２ 系统框 图 ．
ＰＣ Ｌ 是控 制 系统 的核 心 ，它 的作用 是对 各种输 入 信 号 如 运 行 模 式设 定 ，乘 客 光 电检 测 和 安 全 检 测等 信 号 进 行 处理 ，并 得 到 输 出信 号 去 控 制 扶 梯 的运 行 、停 止 及故 障 诊 断 与 显示 、润 滑 注 油 、安
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文章编号 ：１ ０—０ ３ （０ ） （ 一 １４ ０ ９ １ ４ ２ １ ９ 上） ０ ４ — ４ ０ １
０ 引源自文库言
在 传 统 的扶 梯 中， 不 管人 流 量 多 少或 者 有 无
过 手动 按钮 控制 变频 器的Ｊ 端 有 效来使 扶梯 点动 ＯＧ
定 的 加 速 度 进 行软 启动 或进 入 低 速 节 能 状 态 运
行 。 电路 切 换 模 块 的 作 用 是对 扶 梯 电机 的供 电 电
源在 变 频 器 和 市 网 供 电之 间根 据 需 要 进 行 自动 切
运 行 。Ｆ Ｒ为 市 网 供 电工 作 时扶 梯 电机 过 载 保护 装 置 热继 电器 ，Ｍ为扶梯 异步 三相 驱动 电机 。
全 保护 等 。变 频 器的作 用 是根 据Ｐ Ｃ的输 出控制 信 Ｌ 号 改变 扶 梯 驱 动 电机 的 电 源频 率 ，使 扶 梯 能 够 以
一
得 电 ，其 主 触 点 闭合 ，扶 梯 由变频 器 供 电 。一 旦 正 常 运行 达 到 额 定 的 速 度后 ，Ｋ ｌ 圈 失 电 ，其 Ｍ 线
２ 控 制 系统
２１ 系统功 能 ．
本 系 统 要 求 实 现 当 有 乘 客 进 入 扶 梯 入 口 处 时 ，光 电 感应 装 置 检 测到 有 效信 号 ，此信 号 被 送
入Ｐ Ｃ，经过 处理输 出一个 控制信 号 ，使 变频器按 Ｌ 照设 定 的加 速 度 进 行无 极 变 速 ，达 到 一个 稳 定 的
低扶梯 在启动时 的冲击 电压对 电 网的影响 。
１ 变频器 节能原理分析
１１ 变频器概 述 ．
变 频 器是 利 用 电 力半 导 体 器 件 的通 断 控 制 特 性 ，将工 作 频 率 固定 的交 流 电转 换 为直 流 电 ，然 后 通 过 高 容 量 电 容 存 储 转 换 后 电 能 ，最 后 再 通 过 逆变 单 元 将 此直 流 电 源转 化 成 交 流 电源 ，从 而 把 电压 、频 率 固定 不 变 的工 频 交 流 电源 转 变成 电 压 、频 率 都 可调 节 的 交 流 电源 。将 此 可 调 的 交流 电源 加 到 异 步 电机 上 ，可 实 现 对 交流 异 步 电机 的
量 损 耗 ，不 间断 的运 行 也 使得 扶 梯 各 部分 的 机械 磨损 严重 ，缩短 了扶梯 的使用寿 命 。采 用Ｐ Ｃ Ｌ 与变 频 器 技术 对 传统 扶 梯 的 控制 系统 进 行节 能 改造 ，
具 有调 速 性 能 好 、节 能 效果 显 著 、运 行 安 全 可靠
由于 扶 梯 所 带 负载 为 恒 转矩 负载 ，所 以 电机 输 出功率与 电机转 速的变化 关系为 ：
电 气 主 线 路 如 图３ 示 。 所
换 ， 当扶 梯 在 启 动 、 低 速 节能 运 行 、停 止 制 动 时
切换 到 变 频 器 供 电 ，当扶 梯 在额 定速 度正 常 运 行 时切换 到 市 网供 电 。故障 显示 装 置 的作 用是 对各 】 种 故障 现象进 行 显示 。
断链 保 护 信号 ，强 行停 运 控 制信 号 ，备 用工 作 方 式 选择 等。
匐 似
防止Ｋ １ Ｍ２ Ｍ 与Ｋ 的主触点 同时导 通而 引起 短路 。
３４ Ｐ Ｃ与变频器 之 间的连接 ． Ｌ
根 据 系统 需 要 ，本 系统 选 用 三 菱公 司 生产 的 Ｆ Ａ７ ０ Ｒ－ ０ 系列 变 频 器 ，此变 频 器 可 方便 设 定 启 动 额 度 频 率 、运 行 频 率 、加 速 时 间 、驱 动 转矩 等 参 数 ，可满足 系统所 需 的各种功 能要求 。
软起动 、变频调 速 、提 高运转 精度等 功能 。
由公 式 （） １和公 式（） ２可知 ，如果扶 梯 能够 根据 外 部 的情 况 变 化进 行 调 速 运行 ，在 处于 低 速运 行 或 者停 止 运 行 时 电机 消 耗 的功 率 将 大幅 度 降低 ，
从而达 到节 能的效 果 。
匐 似
匮圈
一
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系统 除 了具 有 根 据 乘 客 的变 化 情 况进 行 自动
调 速运 行 功 能 外 ，系 统 还 具 备 点 动 检修 、速 度 监 控 、 防逆 转 保 护 、故 障 显 示 、 自动 润 滑 、接 触 器 触点 粘连 保护 、驱动 链断 链保 护 等功能 。
１２ 变频 器 节能原理 分析 ． 交流 电动 机 的转速公 式为 ：
速 度 后扶 梯 切 换 到市 网供 电并 开 始 正 常运 行 。 同 时 计时 器Ｔ１ 零并开 始 计时 ，当Ｔ 在 小 于 系统设 清 １
Ｎ ＝６ ｆ（一 ） Ｐ ０ １ ／
（） １
置 的Ｔ 时 间段 内 ，光 电感 应 装置 检 测 到一 个 新 的 ２
一
直 运 行到 大 干Ｔ 的时 间段 后 ，表 明在 设 置的Ｔ ２ ２
时 间 内没 有 新 的乘 客 进入 ，此 时扶 梯 再 切换 到 变
频器 供 电 ，开 始 进 入 低速 节 能运 行状 态 。此 后 若
作 者 简 介 ：刘 旭 明 （ ９ ５一 ， 男 ，江 苏 宿迁 人 ，讲 师 ， 硕士 研 究 生 ，主要 从 事 电机 控制 与 自动 化 系 统 应 用方 面 的 研 究 １７ ） 与 教学 工 作 。
系统 运行 时序 图如 图 １ 示 。 所
匡圃
一
圈堕习
图 ２ 系 统 控 制 框 图
额定 速 度 低 速
扶 梯 的 电机 电源端 通 过 交流 接 触 器ＫＭ １ 相连 接 ， 市 网 供 电 电 源 与扶 梯 的 电机 电 源端 通过 交流 接 触 器ＫＭ２ Ｈ 接 ，扶 梯 的 上 行 和下 行 方 向通 过 切 换 ，连 ￣ ＫＭ ３ ＫＭ４ 触 点 分 别 导 通 来 控 制 。为 了 严 格 与 主 防 止扶 梯 由于 程 序 故 障导 致 逆 行 ，ＫＭ３ （ 行 ） 上 ￣１ １ ： ＫＭ４ （ 行 ）导 通 与 否 不通 过 程 序 控 制 ，而 是 下
式 中 ：Ｎ为 电机 转 速 ，单位 转／ ；ｆ 电机 电 分 为 源 频 率 ，单位 赫兹 ；Ｐ 电机 磁 极 对 数 ；ｓ 电机 为 为
转 差 率 。 由 公 式 （） 知 ， 电 机 的 转 速 与 电 源 的 频 率 成 １可
收 稿 日 期 ：２ １－ ７ ４ ０ １ ０ －１
乘 客进 入 ，￣ Ｔ１ ｔ 又清 零 并重 新开 始 计时 ，如果Ｔ１ Ｊ
正 比 ，若频 率 改 变 ，则 转 速 呈正 比例 变 化 ，但 是
如 果 仅 改变 频 率 而 电源 电 压不 改变 ， 则 电机会 出
现 过 励磁 现 象 而 可能 烧坏 ，所 以变频 器 的 电压 和 频率 必须 同时改变 。
乘客 ，扶 梯 都 以额定 的速 度 运行 ，造 成很 大 的 能
３２ Ｐ Ｃ ． Ｌ 输入
系统 中Ｐ Ｃ 入信 号除 了 自动扶梯 出入 口乘 客 Ｌ 输
第３卷 ３ 第ｇ 期 ２ ＂－ （ ） ［４ １ ０１ ｇ 上 １ ５ １
务Ｉ
光 电检 测 信号 外 ，还 有速 度监 控输 入 信 号 ， 防逆 转监 控 信 号 ，接 触 器触 点 监 控输 入 信 号 ，驱 动 链
／ ， Ｎ２ Ｎｌ Ｐ ＝ ／ （） ２
等 优 点 ，是 当今 社 会 节 能降 耗 、 提高 效 率 的 有效 手段 。 同时 由于 变 频 器 在启 动 时 电流 是 从 零开 始
缓慢 增 加 的 ，所 以采 用变 频 器技 术后 ，还可 以降
式 中：Ｐ 电机 的 输 出功 率 ，单 位瓦 特 ；Ｎ为 为 电机转速 ，单位 转／ 。 分 由公 式 （ ） 知 ，如 果 当 电机 转 速 降 为 一 半 ２可 时 ，电机 的输 出功 率也 降低一半 。
、 ｌ
訇
基 于 变频 器 的 自动扶 梯 节 能系 统设 计
Ｄｅｓ ｇｎ ｏｆ ｅｓ ｉ ｃａｌ ｔ ａ ｏｒ ｅｎｅｒ ｇｙ－ ｖｉ ｙｓ ｅｍ ｓａ ｎｇ ｓ ｔ ｂａｓ ｒ ｑｕｅｎｃ ｃｏｎｖ ｔ ｅｄ ｏｎ ｆ ｅ ｙ ｅｒ ｅｒ
刘旭 明
Ｌ Ｕ ． ｉｇ ｌ Ｘｕ ｍ ｎ
乘 客 乘 客 Ｔ１ 清零 Ｔｌ 清零
乘客 ＴＩ 零 清
由工 作人 员 手动 通 过 钥 匙 式 开 关控 制 。 当扶 梯 处
图 １ 系 统 运 行 时 序 图
于 调 速运 行 或 节 能 运 行状 态 时 ， 交流 接 触 器ＫＭ２
线 圈 失 电 ， 主 触 点 断 开 ，交 流 接 触 器 ＫＭ ｌ 圈 线
向运转 状 态，Ｐ Ｃ Ｌ 将发 出信号 切断扶梯 电机 的供 电
电 路 中的接 触 器触 点 并发 出报 警 。Ｘ３ 为乘 客反 向 提 醒信 号 ，当扶 梯 处于 停 止 状 态时 ，如 果 有乘 客
从反 向进入 扶 梯 ，扶 梯 按 系统设 置 的 较 低 的速 度 开始 运转 并 发 出报警 声 以提 醒 乘客 进 入错 误 。Ｘ ４ 为安 全 回路 输 入信 号 ，如 果扶 梯 的 安全 回路 在 运 行过 程 中发生意外 ，Ｐ Ｃ Ｌ 将发 出一 个控制信 号切 断 扶 梯供 电 回路 。Ｘ５ 为强 行 停止 输入 信 号 ， 当发生 人 为 意外 情 况 时 ，可 通 过此 手 动 按钮 强 行 切 断扶 梯 供 电回路 。Ｘ６ 为备 用 工作 方 式选 择 信号 ，当变 频 器或 检 测 传感 器 出 现 故障 时 ， 可通 过 此信 号 控 制扶 梯 电 机直 接 接通 市 网供 电并 切 断 变 频器 供 电 回路 。Ｘ７ 接 触器 触 点 安 全监 控 输 入信 号 ，如 为 果Ｋ １ Ｍ ，ＫＭ２ 触点 出现粘 连 ，会 导致 短路 ，通 的 过 把ＫＭ１ Ｋ 的常 开辅 助 触点 串联 ，如果 触 点 与 Ｍ２ 发 生 粘连 ，则Ｘ７ 输 入信 号 。Ｘ１ 为 接触 器 触 点 有 ０ 安 全监 控输 入 信 号 ，防止ＫＭ３ ，ＫＭ４ 的触 点 出现
［４ ］ 第３ 卷 １４ ３
第９ 期
２１— （ ） ０ １ ９上
Ｉ
Ｔ１ 小于 系统设 置 的Ｔ 时 间段 内 ，光 电感 应 装置 在 ３ 检 测到 新 的 乘 客进 入 ，则 Ｔ 再 度 清 零 并 计 时 ， 同 １ 时 变频 器 从 低 速 节 能 运 行 状 态 开 始 缓慢 加 速 到 额 定 速度 运 行 ，扶梯 切 换 到 市 网 供 电 ，若 Ｔ１ 的值 大 于Ｔ ，则表 明扶 梯 在节 能运 行状 态 下 经 过 等待 后 ３ 还无 乘 客 进 入 ，此 时 扶 梯 就从 低速 节 能运 行 状 态 变为停 止 ，从而 达到 最大 节能 。
系统框 图如 图２ 示 。 所
３ 硬 件 设计
３ １ 电气 主线路 ．
连 接 扶 梯 驱 动 电机 的主 线 路 有 两 条 ，分 别 为 市 网供 电和变频 器供 电，变 频器 的Ｒ、Ｓ 端 子 与 、Ｔ 市 网 的三 相 电源通 过 保 护 开关 相 连 ，Ｕ、Ｖ、Ｗ 与
图 ３ 系 统 电 气 主 线路 图
Ｘ０ 乘 客光 电检 测信 号 ， 当有乘 客 进 入到 检 为 测区域 ，ｘ０ 入 一个 有效 信号 。Ｘ１ 扶梯 运行 速 输 为
度 监 控输 入 信 号 ，用 于 监 控扶 梯 的 运 行速 度 ， 如
果 超 出设置 范 围 ，Ｎ ｘｌ 输入 一个 有效 信号 。Ｘ２ 为 逆 转 监控 输 入 信号 ，如 果扶 梯 处 于 系统 设 置 的反
（ 陵科技学院，南京 ２ １ ６ ） 金 １１ ９ 摘 要 ：本文介绍了基于变频器与Ｐ Ｃ Ｌ 设计的自动扶梯节能控制系统 ，设计了该系统的电气主 电路 ，控
制 电路 ，控制程序 。系统具有调速性能好、节 能效果显著、运行安全可靠等优点。
关键词 ：变频器 ；Ｐ Ｃ；自动扶梯 ；节能 Ｌ 中图分类号 ：Ｔ ２ Ｍ９ １ 文献标识码 ：Ｂ
主 触 点 断开 ，变 频 器 不再 供 电 ，同 时ＫＭ２ 圈得 线
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电 ，其 主 触 点 闭 合 ，扶 梯 电机 切换 到市 网供 电 ，
这 样 可 以 降 低 变 频器 的输 出功 率 ， 减 少变 频 器 的
工 作时 间 。检 修模 式 下 ，扶 梯 由变频 器 供 电，通