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一、自動扶梯概述
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、賓館等公共場合常用工具。由于技術(shù)、資金等原因，現(xiàn)有扶梯很多采取星三角啟動方式，啟動完成后，扶梯一直處于全速運行狀態(tài)，某些場合扶梯每天高速運轉(zhuǎn)12小時以上。這些扶梯存在以下問題：
（1）由于扶梯經(jīng)常處于高速運行狀態(tài)，其曳引電機耗電量嚴重，運營成本高，電能浪費嚴重；
（2）扶梯長期高速運轉(zhuǎn)時，輔助機械磨損非常嚴重,需要大量的易損件進行更換,維護成本較高；
（3）星三角啟動方式，電機啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊很大，且加速了電機線圈的老化，減少了電機運行壽命。
自動扶梯的變頻節(jié)能運行與傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)相比，不僅節(jié)能明顯，而且大大減少扶梯配件的磨損，延長使用壽命。因此對扶梯進行變頻節(jié)能改造，具有顯著的經(jīng)濟效益。
二、節(jié)能運行原理
在無人的情況下，自動扶梯全速運轉(zhuǎn)浪費大量的能源，因此，我們設(shè)想，如果能讓自動扶梯自動檢測到空載狀態(tài)一段時間后，指令扶梯由全速運轉(zhuǎn)減速至半速運轉(zhuǎn)或者停止運行，即可節(jié)約大量電能。
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)或停機。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、改造原理
自動扶梯（人行道）控制柜對電機的控制方式分變頻節(jié)能控制和Y-△控制。其中變頻節(jié)能控制又分“變頻非自啟動節(jié)能”和“變頻自啟動節(jié)能” 兩種方式；而當變頻驅(qū)動回路或光電檢測回路發(fā)生故障的時候，還可通過“備用運行功能”選擇開關(guān)讓設(shè)備切換到Y(jié)-△常規(guī)控制方式。
1、變頻非自啟動節(jié)能（快-慢-快）
（1）功能描述
通過增加變頻器來控制扶梯運行的速度，當梯上有乘客時，扶梯以高速運行（例如額定速度），提高客流量；當光電檢測探頭在一段時間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時，扶梯開始減速轉(zhuǎn)為低速運行（例如0.1m/s，參數(shù)可調(diào)），此時一直處于待機運行中。
運行狀態(tài)描述：變頻控制，無人時低速，有人時高速，時序如下：
高速運行時間記為TQ，可設(shè)置，具體時間根據(jù)梯的提升高度和速度而定。
運行步驟示意如下：
- 當扶梯上電停止等待，有運行命令時，此時扶梯以低速開始運行進入待機等待。
- 下機房乘客檢測裝置檢測是否有人通過，當有人通過時，控制器內(nèi)部的高速運行時間計數(shù)器（記為TC）清零，此時扶梯開始緩慢加速至高速運行。
- 高速運行時間計數(shù)器（記為TC）開始計數(shù)，當TC<TQ時，若此時又有人進入，TC又清零重新開始計數(shù)。
- 當有一段時間沒人乘梯即TC ≥ TQ時，扶梯開始減速進入低速運行待機狀態(tài)等待，即進入②的狀態(tài)，如此循環(huán)往復(fù)運行。
（2）功能實現(xiàn)：圍裙開孔
通過安裝在圍裙板上的光電檢測裝置檢測是否有人乘梯，安裝位置示意圖如下。
2、變頻自啟動節(jié)能（快-停-快）
（1）功能描述
通過變頻器來控制扶梯運行的速度，當梯上有乘客時，扶梯以高速運行（例如額定速度），提高客流量；當乘客檢測探頭在一段時間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時，扶梯開始進入停止運行狀態(tài)。
高速運行時間記為TQ，可設(shè)置，具體時間數(shù)值根據(jù)梯的提升高度和速度而定。運行步驟如下：
- 扶梯上電：此時扶梯處于停止狀態(tài)，等待運行中。
- 下機房光電檢測裝置檢測是否有人通過，當有人通過時，控制器內(nèi)部的高速運行時間計數(shù)器（記為TC）清零，此時扶梯開始緩慢加速至高速運行。
- 高速運行時間計數(shù)器（記為TC）開始計時，當TC<TQ時，若此時又有人進入，TC又清零重新開始計時。
- 當有一段時間沒人乘梯即TC≥TQ時，扶梯開始減速至停機進入等待中。若此時有人進入，TC清零重新開始計時，扶梯加速至高速運行狀態(tài)，又進入狀態(tài)②中。
（2）自啟動功能實現(xiàn)：
圍裙開孔（同上）
以上兩種變頻自啟動和非自啟動方式的選擇可以通過設(shè)置控制器的參數(shù)來實現(xiàn)，不是通過外部的開關(guān)選擇，必須是專業(yè)人員（比如維保人員等）來設(shè)置。
3、Y—△控制的備用運行功能
當變頻驅(qū)動回路或光電檢測回路發(fā)生故障的時候，還可通過“備用運行功能”選擇開關(guān)讓設(shè)備切回原來的控制方式（即Y-△常規(guī)控制方式）。
在備用運行工作模式下，扶梯接收到安裝于扶梯入口處的鑰匙開關(guān)啟動信號以后，以電機Y型接法啟動，經(jīng)3-5秒后（可通過系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置）電機以△型接法運行并一直保持到人工手動停梯時為止。系統(tǒng)運行過程中不再處理光電信號。
該功能可避免變頻回路或光電檢測回路發(fā)生故障時造成的設(shè)備停用。
四、扶梯變頻改造方案
基于原有扶梯控制系統(tǒng)，保留原控制柜，增加（外掛）廣州七喜HD700通用矢量變頻改造柜、乘客檢測裝置以實現(xiàn)扶梯客戶所需功能。
保留原有控制柜及原控制柜內(nèi)的控制器及低壓開關(guān)等外圍電器，增加變頻控制回路由廣州七喜矢量型通用變頻器負責(zé)控制，達到變頻節(jié)能控制功能。
1、主回路和控制回路改造
改造說明：
（1）主回路增加工、變頻兩主回路切換刀開關(guān)；
（2）主要增加兩接觸器KM1（變頻回路）和KM2（工頻回路）。
2、變頻器控制線接線
（1）方案1接線圖
（2）方案2接線圖
3、參數(shù)設(shè)置
方案1（啟動后，電梯以低速運行，入口傳感器檢測到駛?cè)霑r，電梯啟動并以全速運行；當出口傳感器檢測到駛出信號時，電梯經(jīng)過設(shè)置的延時恢復(fù)低速運行）
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參數(shù)ID
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參數(shù)名稱
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設(shè)定值
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備注
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P00.03
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啟�？刂品绞�
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1
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端子控制啟停
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P00.04
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頻率源選擇
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根據(jù)需要設(shè)置
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P00.07
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最大運行頻率
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根據(jù)需要設(shè)置
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P00.09
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加速時間
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根據(jù)需要設(shè)置
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P00.10
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減速時間
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根據(jù)需要設(shè)置
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P01.14
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電機額定電流
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根據(jù)電機銘牌設(shè)定
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按電機銘牌設(shè)定此值可有效保護電機過載
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P00.16
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電機額定轉(zhuǎn)速
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根據(jù)電機銘牌設(shè)定
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按電機銘牌設(shè)定此值
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P02.01
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S曲線加減速
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1
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P02.12
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S曲線起始段時間百分數(shù)
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根據(jù)需要設(shè)置
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P02.13
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S曲線結(jié)束段時間百分數(shù)
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根據(jù)需要設(shè)置
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P04.02
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多段速2
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P04.02為電梯全速運行時速度值，根據(jù)需要設(shè)置
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P09.02
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DI1端子功能
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3
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DI1端子設(shè)為正轉(zhuǎn)
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P09.05
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DI4端子功能
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19
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DI4端子設(shè)為無功能
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P09.06
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DI5端子功能
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19
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DI5端子設(shè)為無功能
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P16.01
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17.34
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P16.03
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17.37
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P16.04
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1
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P16.06
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延時停機的時間
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根據(jù)需要設(shè)置，請設(shè)為負值
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P16.07
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1.15
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P16.08
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17.36
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P16.10
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9.43
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P16.11
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1
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P16.14
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17.37
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P17.11
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9.43
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P17.12
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1.15
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P17.15
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2
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P17.18
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9.44
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P17.19
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17.37
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P17.22
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2
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P17.25
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17.35
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P17.26
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1.15
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P17.29
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4
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邏輯框圖
DI1接電梯入口端傳感器，DI2接電梯出口端傳感器
DI1、DI2端子有效時間需要大于5ms
方案2（入口傳感器檢測到駛?cè)胄盘枙r，電梯啟動并以全速運行；當出口傳感器檢測到駛出信號時，電梯經(jīng)過設(shè)置的延時時間停機）
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參數(shù)ID
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參數(shù)名稱
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設(shè)定值
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備注
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P00.03
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啟停控制方式
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1
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端子控制啟停
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P00.04
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頻率源選擇
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根據(jù)需要設(shè)置
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P00.07
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最大運行頻率
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根據(jù)需要設(shè)置
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P00.09
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加速時間
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根據(jù)需要設(shè)置
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P00.10
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減速時間
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根據(jù)需要設(shè)置
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P01.14
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電機額定電流
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根據(jù)電機銘牌設(shè)定
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按電機銘牌設(shè)定此值可有效保護電機過載
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P00.16
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電機額定轉(zhuǎn)速
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根據(jù)電機銘牌設(shè)定
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按電機銘牌設(shè)定此值
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P02.01
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S曲線加減速
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1
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P02.12
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S曲線起始段時間百分數(shù)
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根據(jù)需要設(shè)置
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P02.13
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S曲線結(jié)束段時間百分數(shù)
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根據(jù)需要設(shè)置
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P09.02
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DI1端子功能
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16
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DI1端子無功能
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P09.03
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DI2端子功能
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16
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DI2端子無功能
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P16.01
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17.34
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P16.03
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17.37
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P16.04
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1
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P16.06
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延時停機的時間
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根據(jù)需要設(shè)置，請設(shè)為負值
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P16.07
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3.22
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P16.08
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17.36
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P16.10
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9.40
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P16.11
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1
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P16.14
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17.37
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P17.11
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9.40
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P17.12
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3.22
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P17.15
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2
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P17.18
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9.41
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P17.19
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17.37
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P17.22
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2
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P17.25
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17.35
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P17.26
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3.22
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P17.29
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4
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邏輯框圖
DI1接電梯入口端傳感器，DI2接電梯出口端傳感器
DI1、DI2端子有效時間需要大于5ms
注意事項：
如果電梯有速度檢測保護時（如電梯運行速度小于額定80%即安全保護），則只能使用方案1。
五、改造后節(jié)能計算
以電機功率為7.5kW/h扶梯為例，假設(shè)每天運行12個小時。根據(jù)現(xiàn)場估測，每次扶梯運行時僅載乘客2-5人，此工況近似于扶梯空載運行。實際測量得到扶梯空載狀態(tài)下，以0.5m/s全速運行時能耗約為2.2KW
改造前：
扶梯全部以0.5m/s空載運行，12小時實際耗電：
2.2×12＝26.4KW·h
改造后：
1）. 采用快－慢-快循環(huán)運行方式
即當乘客檢測裝置檢測到最后一位乘客進入扶梯后60秒，扶梯轉(zhuǎn)為0.1m/s慢車并保持慢車運行，直到乘客檢測裝置檢測到下一位乘客準備進入，扶梯自動平穩(wěn)加速到0.5m/s的快車速度。
扶梯以0.1m/s慢車運行時能耗約為0.67kW
假設(shè)每天有400名乘客，平均每次二人同行，則每天最多需快－慢切換200次。
快車運轉(zhuǎn)時間＝200×1/60＝3.3 h
慢車運轉(zhuǎn)時間＝12－3.3＝8.7 h
則每天（12小時）運轉(zhuǎn)能耗為：
2.2×3.3＋0.67×8.7=13.1kW·h
(26.4－17.7)÷26.4=50%
即實際節(jié)能達 50%
按此推算，若快車運轉(zhuǎn)時間為5小時，節(jié)能可達39%
2）.采用快－停－快循環(huán)運行方式
即當乘客檢測裝置檢測到最后一位乘客進入扶梯后60秒，扶梯停止運行，直到乘客檢測裝置檢測到下一位乘客準備進入，扶梯自動平穩(wěn)加速到0.5m/s的快車速度。
假設(shè)每天有400名乘客，平均每次二人同行，則每天最多需啟停200次。
運轉(zhuǎn)時間＝200×1/60＝3.3h
則實際運轉(zhuǎn)率約為30％
每天（12小時）運轉(zhuǎn)能耗為：
2.2×3.3=7.3KW·h
(26.4-7.3)÷26.4=70%
即實際節(jié)能達 70％
按此推算，若實際運轉(zhuǎn)率為6小時，節(jié)能可達50%
六、扶梯改造后優(yōu)點
根據(jù)對某超級市場的多部國內(nèi)外品牌的多部自動扶梯的變頻節(jié)能改造后的可靠性考驗結(jié)果，驗證了該技術(shù)具有功能強、改造工作量小等優(yōu)點。
（1） 無人乘梯時：保證扶梯自動平穩(wěn)過渡到節(jié)能運行，以1/5額定速度運行 (或選擇當無人乘梯時，扶梯自動停止的功能);
（2） 有人乘梯時：保證扶梯自動以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運行；
（3） 扶梯空載時以節(jié)能速度模式運行，電流僅為空載時額定速度運行電流的1/3；
（4） 由于無人乘梯時節(jié)能運行時速度很低，機械部分的磨損大大降低，相對延長了扶梯的使用壽命。
（5） 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，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。
（6） 改造中充分考慮了變頻系統(tǒng)與原系統(tǒng)的并存，便于系統(tǒng)故障時相互切換，不影響用戶的使用。
（7） 改造中保留了原系統(tǒng)的安全條件，加上變頻器自身的安全環(huán)節(jié)使得改造后的系統(tǒng)更安全、更可靠。
（8） 扶梯節(jié)能改造的設(shè)備費用與電能節(jié)約和機械磨損的費用相比，投入不大，短期內(nèi)即可收回投資，因此扶梯變頻節(jié)能安全改造技術(shù)的研制和使用成功，能提高現(xiàn)有扶梯安全節(jié)能，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
七、結(jié)束語
自動扶梯屬于負載率很低的設(shè)備，輕載或空載的時間占絕大多數(shù)，而滿載運行的時間相對來說是很少的，在自動扶梯上采取適當?shù)拇胧┻M行節(jié)能，其效果是非常顯著的。實際使用的節(jié)能效果，完全依據(jù)現(xiàn)場使用工況來決定�？蛰d工況下最好讓自動扶梯停止運行，這樣完全沒有能耗和磨損；可是在有些情況下由于要保證安全和方便，不允許停止運行，此時可讓扶梯慢速運行。自動扶梯節(jié)能運行的改造，不單單需實現(xiàn)“節(jié)能”的目的，更應(yīng)注重符合《規(guī)范》中相關(guān)的安全要求。綜合自動扶梯節(jié)能運行幾種方案的分析，將扶梯一體化控制柜應(yīng)用于扶梯梯控制，無論從改造的便捷性、經(jīng)濟性還是安全性等角度衡量，都是扶梯節(jié)能改造的最佳選擇。
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