森蘭SB80C變頻器在自動扶梯上的應(yīng)用
摘要：自動扶梯是商場﹑車站﹑機(jī)場普遍使用的一種載人提升設(shè)備，其運(yùn)轉(zhuǎn)時間長，空載率高，經(jīng)變頻調(diào)速改造后，節(jié)電非常顯著。將兩臺扶梯的變頻器連接成直流母線式，可充分利用下行扶梯產(chǎn)生的再生能量，使節(jié)能率高達(dá)65%。
關(guān)鍵詞：自動扶梯變頻調(diào)速節(jié)能，SB80系列變頻器，直流母線式
自動扶梯是商場﹑車站﹑機(jī)場普遍使用的一種載人提升設(shè)備。青島飛拉利家具廣場有兩臺自動上下扶梯，使用11kW（四極）交流電機(jī)傳動，經(jīng)減速箱減速后拖動自動扶梯運(yùn)轉(zhuǎn)。兩臺扶梯一臺作為上行，另一臺作為下行，運(yùn)行一段時間后就人為地進(jìn)行交換，即上行的交換為下行，下行的交換為上行運(yùn)轉(zhuǎn)。在運(yùn)行過程中，顧客的流量在不同時段有較大的差別，有時乘自動扶梯可能一個人也沒有，由于顧客到來具有隨機(jī)性，也不可能在無人乘坐時將自動扶梯停止運(yùn)轉(zhuǎn)，未進(jìn)行調(diào)速控制的自動扶梯只能以額定速度空轉(zhuǎn)，這樣運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)大量的電能，而且，鏈條、皮帶磨損大、維修周期短，給正常使用帶來了不少麻煩。因此對自動扶梯進(jìn)行變頻調(diào)速改造，在無人乘坐時降低速度運(yùn)轉(zhuǎn)，有人乘坐時再平穩(wěn)地加速到額定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，可減低鏈條、皮帶的磨損；轉(zhuǎn)速降低后，電機(jī)的輸出功率大幅度減少，帶來了一定的節(jié)能效果。無人乘坐的時間越長，節(jié)能的效果越顯著。
一﹑改造方案
用兩臺森蘭SB80C-11T4矢量型變頻器控制自動扶梯的電機(jī)，載客運(yùn)行時變頻器設(shè)置為外端子控制，速度控制設(shè)置為多段方式，即設(shè)置正常運(yùn)行頻率（50Hz）﹑減速運(yùn)行頻率（15Hz）。檢修(爬行)時，運(yùn)行頻率較低，大約在25Hz左右。
1﹑傳感器
傳感器為紅外線傳感器，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(zhǔn)來客的方向上，并略向下傾斜。由于上﹑下扶梯的運(yùn)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。將這兩個傳感器的輸出接到變頻器內(nèi)定時器的輸入端上。自動扶梯運(yùn)行時，斷開出口傳感器的信號。
2﹑無人乘坐時電梯的減速運(yùn)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(yùn)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(yùn)行。
希望森蘭SB80系列變頻器是一款矢量控制型高性能變頻器，非常適合類似于電梯類的恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)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(jìn)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(jìn)入口時，經(jīng)過（t0+t1+t2）秒扶梯自動轉(zhuǎn)換到低速運(yùn)行；如在（t0+t1+t2）秒內(nèi)有人走進(jìn)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(yùn)行。
3﹑再生能量的處理
自動扶梯在做下行運(yùn)行時，電機(jī)會進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，載客量越多，產(chǎn)生的再生能量越大。如果不對再生能量進(jìn)行處理，將導(dǎo)致變頻器頻繁“過壓”停機(jī)，有可能對乘客造成傷害。考慮到兩臺扶梯的變頻安裝在同一個控制室內(nèi)，并且上行運(yùn)行的扶梯永遠(yuǎn)是電動做功。于是將兩臺變頻器的直流母線經(jīng)交流接觸器連接起來構(gòu)成直流母線式，下行扶梯產(chǎn)生的再生能量送到直流母線上全部被上行扶梯利用，沒有能量浪費(fèi)。但考慮到有時可能以一臺扶梯單獨(dú)做下行運(yùn)行，這時就采用能耗制動的方式處理再生能量。SB80變頻器有內(nèi)置制動單元，只需在DC﹑DB端子上接入15、7kW制動電阻即可。
4﹑電磁抱閘
當(dāng)某種原因發(fā)生緊急停車時，不必考慮重新起動為帶載起動（即人站在扶梯上起動），為安全起見，扶梯在靜止時必須有制動裝置，在運(yùn)轉(zhuǎn)時又不起制動作用。
二、改造后的功能
1﹑保持原有電梯的“長期運(yùn)行”模式和增加的“自動載客運(yùn)行”模式并存，用戶可隨時選擇采用其中一種模式運(yùn)行，當(dāng)選擇原有電梯“長期運(yùn)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(hù)時，都可方便切換，保證了電梯正常運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)的要求。
3﹑“自動載客運(yùn)行”模式運(yùn)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(jī)壽命、鏈條的損耗、皮帶磨損等。
5﹑無乘客時，電梯低速運(yùn)行，當(dāng)有乘客到達(dá)入口時，電梯自動轉(zhuǎn)入全速運(yùn)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(yùn)行。
三、控制原理框圖
圖一
注：UP、DN選用歐姆龍光電傳感器
圖1示出了自動扶梯基本的功能連線，將自動扶梯上、下兩端的光敏接收信號并聯(lián)接到SB80主控板的X5端子(將E1-04設(shè)置為00，取消內(nèi)部軟連接)，再利用定時器1的下降沿延時功能(通過CL-17設(shè)置)，將接收到的光敏信號下降沿延時，延時時間為（t0+t1+t2），定時器的輸出可以在內(nèi)部選擇為多段頻率選擇(設(shè)置CL-19為01～04，具體參考E2和F7菜單相關(guān)部分)。
通過將X2端子接為有效狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)行。X3端子有效時，可以使扶梯運(yùn)行于檢修頻率，一般為額定運(yùn)行速度的50%。X8為急停按鈕，應(yīng)對于故障狀態(tài)或一些突發(fā)事件的停機(jī)控制。
變頻器的起停及方向控制，采用兩線式運(yùn)轉(zhuǎn)模式2(E2-14)，可作并聯(lián)，請參見SB80用戶手冊。
變頻器的故障輸出可以用于報警等指示，采用變頻器的運(yùn)行中信號輸出作抱閘信號，這兩者都是通過繼電器輸出，觸點(diǎn)常開或常閉形式可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更改。
四、功能碼設(shè)置
五、節(jié)能與優(yōu)點(diǎn)
1﹑節(jié)電
設(shè)備安裝調(diào)試一次開車成功，運(yùn)行平穩(wěn)、節(jié)能效果明顯。改造前工頻運(yùn)行時每部扶梯每天耗電高達(dá)80度左右，變頻改造后由原來的全速運(yùn)行變?yōu)橛腥藭r全速運(yùn)行，運(yùn)行頻率50Hz，無人時低速爬行，運(yùn)行頻率15Hz，其每天用電28度左右度，大大降低了能耗，其節(jié)電率為65%。
2﹑投資回報期
自動扶梯的運(yùn)轉(zhuǎn)時間長，空載率高，變頻調(diào)速改造后，節(jié)電非常顯著，而商業(yè)用電的電價又比較高，因此投資回報期短，本項(xiàng)目可在8個月內(nèi)收回投資。
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