紅外系統和變頻器在自動(dòng)扶梯中的應用

1 引言

隨著(zhù)近年來(lái)房地產(chǎn)行業(yè)的高速發(fā)展以及城市地鐵、高鐵建設快速推進(jìn)，自動(dòng)扶梯的使用率越來(lái)越高。因此如何采用高效節能的電梯控制技術(shù)，成為自動(dòng)扶梯商家及其用戶(hù)十分關(guān)注的話(huà)題。

國家質(zhì)檢總局統計顯示，截至2010年底，中國在用電梯總數達到162.8萬(wàn)臺，并以每年20%左右的速度高速增長(cháng)。每年新增的電梯數在30萬(wàn)臺以上， 占全球每年新增電梯總量的一半以上。目前，國內安裝的自動(dòng)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(wú)乘客使用時(shí) 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(diǎn)，對其進(jìn)行改造勢在必行。

2 自動(dòng)扶梯節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(jìn)行節能改造。自動(dòng)扶梯節能改造后，控制器根據紅外傳感器產(chǎn)生的信號來(lái)控制自動(dòng)扶梯的運行速度。在有人乘坐 時(shí)，扶梯以工頻速率運行;當無(wú)人時(shí)，扶梯減至低速率或停止運行。同時(shí)，改造后自動(dòng)扶梯應具備以下功能，當節電器出現故障時(shí)，扶梯能自動(dòng)切換到工頻模式運 行，確保扶梯正常運行。自動(dòng)扶梯的電路改造外觀(guān)如圖1所示。

目前，對自動(dòng)扶梯進(jìn)行節能改造，常見(jiàn)有如下兩種控制方式：

一種方式為高速-低速運行方式。設置主頻率(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(kāi)關(guān)，乘客通過(guò)電梯時(shí)，紅外傳感器開(kāi)關(guān)被觸發(fā)并輸出開(kāi)關(guān)信號至變頻器; 有客流時(shí)，紅外傳感開(kāi)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(shí)，變頻器內置計時(shí)器開(kāi)始計時(shí)，若在設定的時(shí)間段內再無(wú)乘客 通過(guò)電梯，計時(shí)結束后變頻器將自動(dòng)切換到主頻率，扶梯低速運行;若在計時(shí)器計時(shí)期間，有乘客重新觸發(fā)紅外傳感器開(kāi)關(guān)，計時(shí)器將重新計時(shí)。對電梯上行和下 行，外圍控制采用開(kāi)關(guān)互鎖，保證扶梯系統的正常工作。為消耗扶梯下行或者制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的多余能量，需在變頻器上加裝制動(dòng)電阻。

另一種方 式為工頻-停止運行方式。設置主頻率(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(kāi)關(guān)，乘客通過(guò)電梯時(shí)，紅外傳感器開(kāi)關(guān)被觸發(fā) 并輸出開(kāi)關(guān)信號至變頻器;有客流時(shí)，紅外傳感器開(kāi)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(shí)，變頻控制器內置計時(shí)器開(kāi)始計 時(shí)，若在給定的時(shí)間段內再無(wú)乘客通過(guò)電梯，計時(shí)結束后變頻器將自動(dòng)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(shí)器計時(shí)期間，有乘客重新觸 發(fā)紅外傳感器開(kāi)關(guān)，計時(shí)器將重新計時(shí)。為消耗扶梯下行或者制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的多余能量，需在變頻控制器上加裝制動(dòng)電阻。另外在扶梯上下兩端應加裝上下行標識， 必要時(shí)，還應安裝語(yǔ)音提示系統。這種工頻-停止的控制方式節能效果十分顯著(zhù)，因為在無(wú)人時(shí)扶梯已完全停止，基本不耗電。

3 自動(dòng)扶梯改造方案

3.1扶梯的外部改造

這里以三菱自動(dòng)扶梯和四方變頻器為例進(jìn)行改造說(shuō)明?？蛻?hù)要求對扶梯進(jìn)行改造后，不改變扶梯原有的安全檢測系統，保留扶梯原有的啟?？刂品绞?，盡可能的保持原線(xiàn)路的完整性。針對客戶(hù)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(lái)安裝固定紅外感應開(kāi)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(kāi)關(guān)，一個(gè)是節電和市 電模式切換開(kāi)關(guān)，另一個(gè)是上行、停止、下行模式選擇開(kāi)關(guān)(曳引機安裝在扶梯上端電井內，故開(kāi)關(guān)就近選擇安裝)。當節電/市電切換開(kāi)關(guān)選擇市電時(shí)，自動(dòng)扶梯 開(kāi)、停、上下行方式與未改造前一致。當節電/市電開(kāi)關(guān)選擇節電時(shí)，扶梯自帶啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、上下行開(kāi)關(guān)無(wú)效，此時(shí)扶梯運行方向由安裝在立桿上的上行/停止/下行 開(kāi)關(guān)來(lái)選擇控制。扶梯由紅處感應開(kāi)關(guān)啟動(dòng)。當有人走上扶梯時(shí)，首先會(huì )觸發(fā)紅外傳感器開(kāi)關(guān)。當系統檢測到紅外傳感器開(kāi)關(guān)信號時(shí)，電梯就會(huì )被啟動(dòng)，并開(kāi)始計 時(shí)。在計時(shí)期間，如果有第二個(gè)人走上扶梯，系統會(huì )重新計時(shí)，直到設定時(shí)間結束，電梯便會(huì )自動(dòng)停機。這樣實(shí)現了“人來(lái)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(diǎn)必須指出，在安裝對桿時(shí)，電梯無(wú)論是上行還是下行，上下兩端都必須安裝紅外傳感器開(kāi)關(guān)。因為當有一端沒(méi) 有安裝對桿時(shí)，客人走上扶梯，扶梯也不會(huì )啟動(dòng);如果客人選擇錯誤方向時(shí)，扶梯因沒(méi)有檢測到紅外傳感器開(kāi)關(guān)信號而不會(huì )啟動(dòng)，此時(shí)如果有人從相反方向走上扶 梯，扶梯就會(huì )被觸發(fā)啟動(dòng)，導致讓錯誤方向先行的客人摔跤。當兩端都安裝對桿時(shí)，即使客人走錯了方向，扶梯會(huì )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(shí)安裝了語(yǔ)音提示系統，在紅外傳感器開(kāi)關(guān)被觸發(fā)的同時(shí)語(yǔ)音會(huì )提醒客人行錯了方向。

3.2自動(dòng)扶梯的電路改造

(1)自動(dòng)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(kāi)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 正反轉切換接觸器，當接觸器1動(dòng)作時(shí)電機正轉，接觸器2動(dòng)作時(shí)電機反轉，對應的電梯就上下運行。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接 觸器前端，這樣做的目的也是為了不讓電機因轉向問(wèn)題而使系統報錯保護而停止。改造電路中還有旁路回路，這樣設計的目的是為了防止變頻器出現故障時(shí)，電梯能 正?；謴凸ぷ?。其中，接觸器1km與接觸器2km互鎖，旁路投入時(shí)，接觸器2km一定要斷開(kāi)，這樣控制的目的是為了保護變頻器。p+，pb兩端子串接制動(dòng) 電阻消耗電梯下行時(shí)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(dòng)了原有保護方式，都會(huì )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(guò)程中，不能改變原有保護電路，僅僅選擇了兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行改造，如圖3所示。

圖3中，80為串接安全回路后的控制線(xiàn)路，只要有安全開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，此回路為斷開(kāi)狀態(tài)。只有故障排除，開(kāi)關(guān)復位，此回路才恢復為閉合狀態(tài)。扶梯上下行啟動(dòng) 都是通過(guò)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(dòng)了。在這3秒鐘，電梯從停止到運行，完成檢測和啟動(dòng)過(guò)程。u/s是速度控制器，當檢測 到一定速度就會(huì )動(dòng)作，電梯啟動(dòng)時(shí)就是通過(guò)此控制器的輔助觸點(diǎn)實(shí)現了自保持。在改造回路時(shí)，為了實(shí)現以上功能，我們設計了一個(gè)模擬電路來(lái)替代旋轉鑰匙的動(dòng) 作。在改造點(diǎn)1(up)與80，改造點(diǎn)2(dn)與80之間并聯(lián)一個(gè)回路(圖二中虛線(xiàn)框內回路)，取代原鑰匙開(kāi)關(guān)。當需要上行時(shí)，先將上下行選擇開(kāi)關(guān)旋至 上行位置，當有紅外傳感器開(kāi)關(guān)信號時(shí)，開(kāi)關(guān)k1就會(huì )閉合，延時(shí)3秒后斷開(kāi)，這就完成了一個(gè)上行旋轉鑰匙的模擬動(dòng)作。下行同理。整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程不影響原系統的 各種安全檢測。