自动扶梯的节能改造设计

摘要

该文系统设计采用MM440变频器的控制组合，构成的调速系统对传统扶梯进行改造后，红外传感器、PLC可编程序控制器与西门使扶梯具备平稳启动、节能运行和检修运行功能。扶梯启动时，避免产生很大的启动电流；无人乘梯时，扶梯由额定运行速度转为低速运行，即节约了能源，减小了机械损，也为乘客明确了扶梯运行方向；扶梯检修时，检修运行功能保证了扶梯检修精度。

关键词：扶梯系统；PLC；MM440变频器

目录

摘要 (1)

1前言 (3)

2设计要求 (4)

2.1外观改造和工作流程 (4)

1.2实现过程 (5)

2硬件和软件设计 (7)

2.1硬件配置 (7)

2.2软件配置 (7)

2.3节能分析 (10)

2.4经济效益分析 (11)

3安装要求 (13)

4 几种扶梯节能运行的方案设计 (13)

4.1 星三角驱动 (13)

3.2 全变频驱动 (14)

3.3旁路变频驱动 (16)

5 实际改造过程中应注意的事项 (16)

6结论 (17)

致谢 (18)

参考文献 (19)

1前言

随着国内生活水平以及工业化程度的提高，自动扶梯的应用和普及已经越来越广泛。自动扶梯又称扶手扶梯,是商场、车站、码头、机场、宾馆等公共场合使用量较大的交通工具。其使用量较大,其耗电量也是不可忽视的问题。由于技术、资金等原因,现有的普通扶梯方案一般为直接启动方式，而且启动以后，为了保证整个安装环境的工作，扶梯一直不停的运行,甚至南方部分地区高速运转达15小时以上或更加长的时间。电机始终保持较大的耗电量运转,非常不利于用户节约成本提高经济效益的宗旨。在保持高速运转的同时，辅助的机械磨损相当严重,需要大量的易损件频频更换,维护成本急剧上升，直接启动的方式，导致电机的冲击电流达到额定的7倍以上，加速了电机线圈的老化，减少了电机运行寿命。当然，这些维护工作反过来，又增加了自动扶梯的维修量而影响到扶梯的正常使用。因此,对普通自动扶梯进行智能化改造是从中央到地方各级主管政府部门大力推广的节能降耗的技改项目,也是广大自动扶梯用户节约成本、提高企业市场竞争能力的重要手段之一。

节能运行原理：在没有人的情况下，自动扶梯在空载状态下的全速运转成为一种巨大的能源浪费。因此，可让自动扶梯根据检测人体的红外传感器产生的信号，自动识别是否有人经过，当自动检测到空载状态一段时间后，让扶梯由全速运转减速至低速运转。通过此种方式，可以将此段时间的电能消耗减少30%～50%。当有乘客踏上自动扶梯床盖板时，扶梯可通过设置在床盖板入口处的光电感应装置自动感知乘客的到来，在乘客踏上自动扶梯前，通过变频器达到全速运行，而不影响乘客的使用。消费者是当今和会的主流群体，目前他们对购物环境、购物气氛、购物功能的要求越来越高，且普遍期望“大型”、“规模化”的商业场所出现。在带动经济不断发展的百货公司，机场、地铁、火车站等场所自动扶梯应运而生。

在过去扶梯拖动的控制普遍采用传统继电器控制方式，至今很多扶梯仍然使用这种控制方式，这种电器控制原理比较简单、直观。但继电器控制回路触点较多，造成接线比较复杂，运行故障比较多，排除故障比较困难；还受到线路控制的局限性，继电器控制方式难以实现许多附加的先进功能；扶梯工作时，无论有无乘客都处于额定的运行状态，具有能耗大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。随着扶梯的自动化及按全能的逐渐提高，而自动扶梯控制系统还采用传统的继电器控制已不能满足高性能的要求。因此，采用PLC与变频器相合的稳定、方便、节能控制系统，已成为自动扶梯控制技术的发展方向。

2设计要求

在扶梯上下两端各装一对立杆，此杆用来安装固定红外感应开关和扶梯上下行指示标识。另外在扶梯上端对杆上还要安装一对钥匙开关，一个是节电和市电模式切换开关，另一个是上行、停止、下行模式选择开关(曳引机安装在扶梯上端电井内，故开关就近选择安装)。当节电/市电切换开关选择市电时，自动扶梯开、停、上下行方式与未改造前一致。当节电/市电开关选择节电时，扶梯自带启动开关、上下行开关无效，此时扶梯运行方向由安装在立杆上的上行/停止/下行开关来选择控制。扶梯由红处感应开关启动。当有人走上扶梯时，首先会触发红外传感器开关。当系统检测到红外传感器开关信号时，电梯就会被启动，并开始计时。在计时期间，如果有第二个人走上扶梯，系统会重新计时，直到设定时间结束，电梯便会自动进入低速运行。

2.1外观改造和工作流程

自动扶梯外观改造如图1：

扶梯工作流程如图2：

1.2实现过程

该系统主要由以下几部分组成：电源、PLC、变频器等。PLC是控制系统的核心，PLC根据输入的光电信号是否有效确定高速运行指令的输出，变频器根据PLC 的高速运行指令控制扶梯的运行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循环运行。

自动扶梯主控制流程图如下图3所示：

2硬件和软件设计

2.1硬件配置

硬件主要采用西门子s7-200CPU226可编程控制器和西门子MM440变频器、LHI878型号的人体热释电红外传感器，电机选用常用的4极Y225S-4型的三相交流感应电动机等控制组合，具有功能强、改造工作量小等优点。硬件配置如图四：

图4

2.2软件配置

PLC是工业自动化应用技术的三大支柱之一，自从它诞生以来得到了广泛的使用。在工业自动化应用技术领域，速度调节和控制是经常用到的环节。变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性，在提高控制质量、减少维护费用和节能方面都取得了明显的经济效益。在这些场合，变频器所发挥的作用是其他任何控制设备和装置都不能取代的。

作为主控制器的PLC和作为执行及检测器件（设备或装置）的变频器之间须相互配合，共同完成控制任务。PLC可以控制变频器的频率给定信号，以使变频器输出相应的速度控制曲线，控制工艺指标；变频器上的检测信号和其他智能控制信号也可以接入PLC，完成系统的报警和速度控制，比如通过变频器控制电机