紅外系統(tǒng)和變頻器在自動扶梯中的應用

1 引言

隨著近年來房地產(chǎn)行業(yè)的高速發(fā)展以及城市地鐵、高鐵建設快速推進，自動扶梯的使用率越來越高。因此如何采用高效節(jié)能的電梯控制技術，成為自動扶梯商家及其用戶十分關注的話題。

國家質(zhì)檢總局統(tǒng)計顯示，截至2010年底，中國在用電梯總數(shù)達到162.8萬臺，并以每年20%左右的速度高速增長。每年新增的電梯數(shù)在30萬臺以上， 占全球每年新增電梯總量的一半以上。目前，國內(nèi)安裝的自動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。這種扶梯即使在無乘客使用時 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，對其進行改造勢在必行。

2 自動扶梯節(jié)能改造的常用控制方式

在不影響扶梯正常使用的前提下，我們對扶梯進行節(jié)能改造。自動扶梯節(jié)能改造后，控制器根據(jù)紅外傳感器產(chǎn)生的信號來控制自動扶梯的運行速度。在有人乘坐 時，扶梯以工頻速率運行;當無人時，扶梯減至低速率或停止運行。同時，改造后自動扶梯應具備以下功能，當節(jié)電器出現(xiàn)故障時，扶梯能自動切換到工頻模式運 行，確保扶梯正常運行。自動扶梯的電路改造外觀如圖1所示。

目前，對自動扶梯進行節(jié)能改造，常見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關，乘客通過電梯時，紅外傳感器開關被觸發(fā)并輸出開關信號至變頻器; 有客流時，紅外傳感開關被觸發(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，變頻器內(nèi)置計時器開始計時，若在設定的時間段內(nèi)再無乘客 通過電梯，計時結(jié)束后變頻器將自動切換到主頻率，扶梯低速運行;若在計時器計時期間，有乘客重新觸發(fā)紅外傳感器開關，計時器將重新計時。對電梯上行和下 行，外圍控制采用開關互鎖，保證扶梯系統(tǒng)的正常工作。為消耗扶梯下行或者制動過程產(chǎn)生的多余能量，需在變頻器上加裝制動電阻。

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關，乘客通過電梯時，紅外傳感器開關被觸發(fā) 并輸出開關信號至變頻器;有客流時，紅外傳感器開關被觸發(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，變頻控制器內(nèi)置計時器開始計 時，若在給定的時間段內(nèi)再無乘客通過電梯，計時結(jié)束后變頻器將自動停止，電梯不再運行，直到再一次檢測到紅外觸發(fā)信號;若在計時器計時期間，有乘客重新觸 發(fā)紅外傳感器開關，計時器將重新計時。為消耗扶梯下行或者制動過程產(chǎn)生的多余能量，需在變頻控制器上加裝制動電阻。另外在扶梯上下兩端應加裝上下行標識， 必要時，還應安裝語音提示系統(tǒng)。這種工頻-停止的控制方式節(jié)能效果十分顯著，因為在無人時扶梯已完全停止，基本不耗電。

3 自動扶梯改造方案

3.1扶梯的外部改造

這里以三菱自動扶梯和四方變頻器為例進行改造說明。客戶要求對扶梯進行改造后，不改變扶梯原有的安全檢測系統(tǒng)，保留扶梯原有的啟停控制方式，盡可能的保持原線路的完整性。針對客戶的要求，我們采用以下改造方案：

在扶梯上下兩端各裝一對立桿，此桿用來安裝固定紅外感應開關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關，一個是節(jié)電和市 電模式切換開關，另一個是上行、停止、下行模式選擇開關(曳引機安裝在扶梯上端電井內(nèi)，故開關就近選擇安裝)。當節(jié)電/市電切換開關選擇市電時，自動扶梯 開、停、上下行方式與未改造前一致。當節(jié)電/市電開關選擇節(jié)電時，扶梯自帶啟動開關、上下行開關無效，此時扶梯運行方向由安裝在立桿上的上行/停止/下行 開關來選擇控制。扶梯由紅處感應開關啟動。當有人走上扶梯時，首先會觸發(fā)紅外傳感器開關。當系統(tǒng)檢測到紅外傳感器開關信號時，電梯就會被啟動，并開始計 時。在計時期間，如果有第二個人走上扶梯，系統(tǒng)會重新計時，直到設定時間結(jié)束，電梯便會自動停機。這樣實現(xiàn)了“人來自啟，人去自停”的運行模式，使扶梯顯 得更加人性化。

還有很重要的一點必須指出，在安裝對桿時，電梯無論是上行還是下行，上下兩端都必須安裝紅外傳感器開關。因為當有一端沒 有安裝對桿時，客人走上扶梯，扶梯也不會啟動;如果客人選擇錯誤方向時，扶梯因沒有檢測到紅外傳感器開關信號而不會啟動，此時如果有人從相反方向走上扶 梯，扶梯就會被觸發(fā)啟動，導致讓錯誤方向先行的客人摔跤。當兩端都安裝對桿時，即使客人走錯了方向，扶梯會反向運行，提醒客人逆行了，很大程度上保證客人 的安全。如果此時安裝了語音提示系統(tǒng)，在紅外傳感器開關被觸發(fā)的同時語音會提醒客人行錯了方向。

3.2自動扶梯的電路改造

(1)自動扶梯的關鍵控制元件是電機(曳引機)，我們改造也從電機開始。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(zhuǎn)切換接觸器，當接觸器1動作時電機正轉(zhuǎn)，接觸器2動作時電機反轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)接 觸器前端，這樣做的目的也是為了不讓電機因轉(zhuǎn)向問題而使系統(tǒng)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(xiàn)故障時，電梯能 正?；謴凸ぷ鳌Ｆ渲?，接觸器1km與接觸器2km互鎖，旁路投入時，接觸器2km一定要斷開，這樣控制的目的是為了保護變頻器。p+，pb兩端子串接制動 電阻消耗電梯下行時產(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了原有保護方式，都會影響扶梯的正常工作，甚至造成扶梯報故障?？紤]到該因素，在改造過程中，不能改變原有保護電路，僅僅選擇了兩個點進行改造，如圖3所示。

圖3中，80為串接安全回路后的控制線路，只要有安全開關動作時，此回路為斷開狀態(tài)。只有故障排除，開關復位，此回路才恢復為閉合狀態(tài)。扶梯上下行啟動 都是通過鑰匙控制，當鑰匙旋至上行位置停留3秒然后松手，電梯便啟動了。在這3秒鐘，電梯從停止到運行，完成檢測和啟動過程。u/s是速度控制器，當檢測 到一定速度就會動作，電梯啟動時就是通過此控制器的輔助觸點實現(xiàn)了自保持。在改造回路時，為了實現(xiàn)以上功能，我們設計了一個模擬電路來替代旋轉(zhuǎn)鑰匙的動 作。在改造點1(up)與80，改造點2(dn)與80之間并聯(lián)一個回路(圖二中虛線框內(nèi)回路)，取代原鑰匙開關。當需要上行時，先將上下行選擇開關旋至 上行位置，當有紅外傳感器開關信號時，開關k1就會閉合，延時3秒后斷開，這就完成了一個上行旋轉(zhuǎn)鑰匙的模擬動作。下行同理。整個啟動過程不影響原系統(tǒng)的 各種安全檢測。