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四方變頻器自動扶梯改造方案
一、普通自動梯的現(xiàn)有缺陷
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)用和普及已經(jīng)越來越廣泛。自動扶梯又稱扶手扶梯,是商場、車站、碼頭、機場、賓館等公共場合使用量較大的交通工具。其使用量較大,其耗電量也是不可忽視的問題。由于技術(shù)、資金等原因,現(xiàn)有的普通扶梯方案一般為直接啟動方式，而且啟動以后，為了保證整個安裝環(huán)境的工作，扶梯一直不停的運行,甚至南方部分地區(qū)高速運轉(zhuǎn)達15小時以上或更加長的時間。電機始終保持較大的耗電量運轉(zhuǎn),非常不利于用戶節(jié)約成本提高經(jīng)濟效益的宗旨。在保持高速運轉(zhuǎn)的同時，輔助的機械磨損相當嚴重,需要大量的易損件頻頻更換,維護成本急劇上升，直接啟動的方式，導(dǎo)致電機的沖擊電流達到額定的7倍以上，加速了電機線圈的老化，減少了電機運行壽命。當然，這些維護工作反過來，又增加了自動扶梯的維修量而影響到扶梯的正常使用。因此,對普通自動扶梯進行智能化改造是從中央到地方各級主管政府部門大力推廣的節(jié)能降耗的技改項目,也是廣大自動扶梯用戶節(jié)約成本、提高企業(yè)市場競爭能力的重要手段之一。
二、改造的可行性研究
在普通自動扶梯進行節(jié)能改造過程中，我們做了大量的調(diào)研工作。
深圳關(guān)外寶安區(qū)某電子商場，總共樓層為5層，第一層主要是銷售生產(chǎn)工具，第二層主要是銷售弱電子元器件，第三層主要銷售部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，家庭電腦設(shè)備，第四、第五層全部銷售家庭電腦設(shè)備以及配件。經(jīng)過一個星期的現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄，我們發(fā)現(xiàn)第二層電子元器件的買家最多，由于第三層已經(jīng)有部分商家銷售家庭電腦設(shè)備，第四層和第五層的銷售就顯得特別慘淡。在周一至周五，工作時間人流量特別少，有時候數(shù)小時都沒有人上下樓梯。因此，我們決定對第四層和第五層扶梯的人流進行仔細數(shù)據(jù)記錄，以考核節(jié)能改造的可行性，數(shù)據(jù)記錄如下：
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日期 |
四層負載率 |
五層負載率 |
電機功率 |
估計可節(jié)電率 |
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周一 |
48％ |
35％ |
7.5KW |
50％ |
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周二 |
53％ |
39％ |
7.5KW |
50％ |
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周三 |
54％ |
40％ |
7.5KW |
50％ |
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周四 |
53％ |
40％ |
7.5KW |
45％ |
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周五 |
58％ |
44％ |
7.5KW |
45％ |
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周六 |
88％ |
69％ |
7.5KW |
15％ |
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周日 |
85％ |
73％ |
7.5KW |
10％ |
通過數(shù)據(jù)比較，我們發(fā)現(xiàn)，第四層和第五層的自動扶梯電源浪費較嚴重，有較大的節(jié)電空間。
節(jié)能運行原理：
在沒有人的情況下，自動扶梯在空載狀態(tài)下的全速運轉(zhuǎn)成為一種巨大的能源浪費。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，當自動檢測到空載狀態(tài)一段時間后，讓扶梯由全速運轉(zhuǎn)減速至低速運轉(zhuǎn)。通過此種方式，可以將此段時間的電能消耗減少30%～50%。當有乘客踏上自動扶梯床蓋板時，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，通過變頻器達到全速運行，而不影響乘客的使用。
三、改造方案
采用四方E380E 扶梯專用型的 變頻器控制自動扶梯的電機，四方E380E是在SUNFAR-E380高性能通用型變頻器的硬件平臺和核心控制算法的基礎(chǔ)上，開發(fā)出來一款專門針對扶梯行業(yè)的變頻器，為適應(yīng)扶梯行業(yè)應(yīng)用的要求，在硬件、軟件算法、結(jié)構(gòu)上都做了許多特殊處理。扶梯載客運行時，變頻器設(shè)置為外部端子控制，速度控制設(shè)置為多段方式，即設(shè)置全速運行頻率（50Hz）﹑低速運行頻率（15Hz）。 1、傳感器
為了達到節(jié)能要求，必須使用紅外傳感器檢測客人的通行情況，傳感器安裝在自動扶梯的入口處離地面 2.5m 高的位置上，聚焦鏡頭對準來客的方向上，并略向下傾斜。由于上﹑下扶梯的運行方式要定時交換，因此，每一臺自動扶梯的入口﹑出口都要安裝紅外傳感器。將這兩個傳感的輸出接到變頻器的輸入端上。自動扶梯運行時，斷開出口傳感器的信號。
2、無人乘坐時扶梯的減速運行
假定，傳感器監(jiān)測到有人走向扶梯，一般傳感器的監(jiān)測距離為 6m，地面距離大約為4.2m，人走過這段距離約需要 t0=5s 左右，這段時間內(nèi)，變頻器從 15Hz 運轉(zhuǎn)加速到 50Hz，為安全考慮，必須在人踏上扶梯之前應(yīng)完成加速，加速時間為 2s。人踏上到走下扶梯的時間為 t1。如果在（t0+t1）時段內(nèi)無人到來，經(jīng)過 t2=5s 延時后，變頻器降速到 15Hz 運行。E380E系列變頻器是一款扶梯專用型的高性能變頻器，非常適合類似于扶梯類的恒轉(zhuǎn)矩位能負載，另外,無需用 PLC 而利用變頻器內(nèi)置的計時單元，設(shè)置計時單元的計時時間為（t0+t1+t2），有人走進入口時，傳感器信號送到計時器，計時器開始計時，在（t0+t1+t2）秒內(nèi)，無人走進入口時，經(jīng)過（t0+t1+t2）秒扶梯自動轉(zhuǎn)換到低速運行；如在（t0+t1+t2）秒內(nèi)有人走進入口，傳感器輸入的信號對計時器復(fù)位并重新開始計時，扶梯就一直以正常速度運行。
3、系統(tǒng)主回路電氣接線圖如下：
如上圖,上行和下行是互鎖控制，電機的電路上都加裝了“市電”、“節(jié)電”接觸器，“市電”、“節(jié)電”接觸器是機械互鎖。這樣可以有“自動”、“手動”兩種工作模式選擇：手動模式下，變頻器不工作，整套系統(tǒng)手動起停，系統(tǒng)工頻運行；自動模式下，電機由變頻器直接拖動，系統(tǒng)變頻運行。
4、 變頻器控制系統(tǒng)二次線路圖如下：
圖中，SB為工頻/變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)，選用三級開關(guān)；SB1為變頻器停止按鈕，SB2為變頻器啟動按鈕；L1為總電源指示燈；L2為工頻運行指示燈；L3變頻運行指示燈；L4為變頻器故障指示燈，其故障信號由變頻器TA、TC輸出；KM1、KM2變頻運行接觸器；KM3為工頻運行接觸器。
5、 變頻功能參數(shù)設(shè)置
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功能代碼 |
名稱 |
設(shè)定范圍及說明 |
出廠值 |
參考設(shè)定值 |
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F7.0 |
功能選擇 |
選擇專用功能 |
0110 |
0111 |
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F7.1 |
全程運行時間 |
5.0~999.9Sec |
30 |
30 |
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F7.2 |
最大運行頻率 |
3~100HZ |
50 |
50 |
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F7.3 |
中間運行頻率 |
10~100HZ |
20 |
15 |
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F7.4 |
最小運行頻率 |
0~100HZ |
20 |
15 |
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F7.5 |
輔助脈沖頻率 |
20~2000HZ |
600 |
600 |
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F7.7 |
最大流量閥值 |
0~200/min |
60 |
60 |
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F7.8 |
最小流量閥值 |
0~100/min |
10 |
10 |
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F3.0 |
輸入端子1選擇 |
27：紅外感應(yīng)輸入 |
1 |
27 |
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F0.1 |
頻率通道 |
頻率數(shù)字給定 |
0 |
0 |
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F0.4 |
運行命令方式 |
外部端子控制 |
0 |
1 |
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F0.7 |
下限頻率 |
下限頻率為0 |
0 |
0 |
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F0.8 |
上限頻率 |
上限頻率為50 |
50 |
50 |
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F0.10 |
加速時間 |
加速時間2s |
1 |
2 |
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F0.11 |
減速時間 |
減速時間8s |
1 |
8 |
6、調(diào)試過程：
１）、F7.0：設(shè)置為0111，啟動扶梯專用功能。用于扶梯不能停止的場合，即無人流/物流紅外感應(yīng)信號時，扶梯以低速(F7.3)維持運行。
２）、F7.1：全程運行時間：系統(tǒng)關(guān)應(yīng)到人/物流后，自動啟動運行，感應(yīng)信號消失后，維持運行一定時間，將人/物順利送到目的地，該維持運行的時間就是全程運行時間。
３）、F7.2：最大運行頻率，系統(tǒng)最大運行速度，對應(yīng)于最大流量(F7.7)時的運行速度。
４）、F7.3：中間運行頻率,規(guī)定系統(tǒng)運行的中等速度。
５）、F7.4：最小運行頻率,系統(tǒng)持續(xù)運行的最低速度,對應(yīng)于可檢測的最小物流/人流(F7.8)。
６）、F7.7、F7.8：流量閥值設(shè)定,每分鐘檢測到的人流/物流脈沖數(shù)。
７）、從F3.0～F3.5端子輸入中選擇一個輸入端子，作為扶梯脈沖檢測口，當檢測到脈沖信號時，扶梯就運行(F7.2)進行運行，并在所檢測的最后一脈沖信號開始延時，當延時到達(F7.2)運行時間時，扶梯又返回運行(F7.3)的頻率進行運行；
８）、加速時間F0.10設(shè)置為1~2秒，保證客人在登上扶梯之前就加速完成；減速時間F0.11設(shè)置為5~10秒較為合適
四、改造后的功能
1﹑保持原有電梯的“長期運行”模式和增加的“自動載客運行”模式并存，用戶可隨時選擇采用其中一種模式運行，當選擇原有電梯“長期運行”模式時，變頻器控制線路完全撤出。這樣可使用戶需要選擇原有模式或變頻器控制線路需要維護時，都可方便切換，保證了電梯正常運行。
2﹑ 線路改造后，保證在任何工作模式下都能符合國家 GB—16899 關(guān)于扶手電梯安全標準的要求。
3﹑“自動載客運行”模式運行時，起動、停止或速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)順暢，無跳動感覺，舒適感較好。
4﹑延長設(shè)備的使用壽命，減少材料的自損耗。如：電機壽命、鏈條的損耗、皮帶磨損等。
5﹑無乘客時，電梯低速運行，當有乘客到達入口時，電梯自動轉(zhuǎn)入全速運行。乘客離開電梯后若再無乘客，經(jīng)延時后電梯自動轉(zhuǎn)回到低速運行。
五、效益計算
此次改造共有4臺自動扶梯，經(jīng)實測月節(jié)能為(260*2+410*2)×2=2,680kWh，年節(jié)電為2680×12=32,160kWh，全年節(jié)約電費為32,160×0.9=28,944元。
六、結(jié)束語
1、節(jié)電明顯：扶梯電機所帶負載為恒轉(zhuǎn)矩負載，由于無人時扶梯電機的轉(zhuǎn)速降為正常轉(zhuǎn)速的一半，所以此時電機功率降為原來的一半。
2、 減少磨損：由于轉(zhuǎn)速下降，使機械部件的磨損大大下降和扶梯維護費用成倍減少。
3、 安全可靠：由于使用了四方高性能的變頻調(diào)速器，除原有的電機保護功能外，由于電機轉(zhuǎn)速的降低，可大幅度降低電機的溫升，使電機的工作更加安全可靠。
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