关键词：自动扶梯;PLC;变频器;节能
Abstract: The escalator is applied to the public places extensively, such as market, hotel, subway, airport, etc. As a kind of electromechanical equipment operated throughout the years, the normal operation of escalator is light duty or unloaded. So it has energy-saving space greatly. This paper is based of PLC controller and frequency converter, and puts forward an easy energy-saving method of escalator.
Keywords: Escalator; PLC; frequency converter; energy-saving
1、引言
自动扶梯在酒店、商场、地铁、火车站、写字楼、机场等场所应用较多，在方便顾客和提高服务质量等方面起到了相当重要的作用。但由于其使用场合的特殊性，部分扶梯经常处于轻载或空载的状态，这必将浪费大量的电能，同时也会造成扶梯的磨损。
按目前的有关技术标准，自动扶梯的工作繁忙程度可以分为普通型和公共交通型两种。最典型最常见的公共交通型自动扶梯是设置于地铁站内的出站上行自动扶梯。我们对这种扶梯进行实地测试结果表明，每当地铁到站后，蜂拥的人流在自动扶梯上持续的时间大约为45秒左右，如果按每3分钟一班地铁计算，扶梯的“负载持续率”也仅为25%左右，其余时间扶梯都是在空载或很低的负载下运行。公共交通型自动扶梯尚且如此，其余普通型自动扶梯的情况就更不必说了。因此，对自动扶梯采取节能措施是非常必要的。
2、常见节能方法及控制系统
对于自动扶梯，常用的节能方法有“自动重新启动”节能法，“△一Y切换”节能法等。
前一种方法是在无人乘梯时停止自动扶梯的运行, 有人乘梯时起动扶梯, 从而达到省电的目的, 由于是采用了完全停电的方法, 所以在节约能源方面是非常可观的，一般能达到50%的电能节约。但是这种方法存在一些缺陷, 首先当无人乘梯时, 自动扶梯处于停机状态, 故大多乘客会认为扶梯停开或正在维修而转向附近的楼梯上楼,特别是在楼梯与扶梯并行设置时更是如此, 从而失去了自动扶梯的作用。
后一种方法是采用经典的星形与三角形接法转换起动, 但是折中方法也有些不足之处，星形接法由于转矩只有三角形接法的1/3, 所以星形接法转速较慢, 而且两者之间有2～3s 的转换时间, 如果光电探测头位置距离扶梯入口处太近时, 在乘客上梯后由于星形与三角形接法的转换会产生一个冲击, 使扶梯的乘用舒适感恶化, 甚至酿成事故;如果光电探测头距离扶梯入口处太远, 则可避免乘客上梯后产生冲击, 但容易造成误动作,同时如果客流连续间断造成扶梯的频繁起动，也会产生不利影响。
自动扶梯控制系统有3种：继电器控制系统、PLC控制系统和微单片机控制系统。目前市场上所使用的自动扶梯还有继电器控制的，由于继电器控制系统噪声大、维修不便、控制方式落后等，已不适应现代人的需求，正逐渐被人们所淘汰。微单片机控制系统虽然在智能化方面有很大的发展，但由于微单片机控制系统的开发时间长，程序改动困难，抗干扰等问题而限制了其应用。而PLC控制系统有着可靠性高、稳定性好、维护检修方便等显著优点，加上现今逐渐时兴电脑化控制的电气设备，PLC控制的自动扶梯正好迎合了人们的心态，与市场需求紧密相连，其开发前景已被大大看好。
3、PLC与变频器控制基本原理
由于以上方式有着种种缺陷，这里提出了基于PLC与变频器的节能控制方法，同时，采用PLC作为主控制器，有着以下优点：
（1）可靠性高，稳定性好。一般PLC允许的输入信号阀值比通常的微控制器大得多，且与外部电路都经过光电隔离，抗干扰能力较强。。如一般的PLC能承受峰值lO00V，脉宽ls的矩形脉冲的尖峰干扰，并有多种保护功能，一旦出现故障，能使自动扶梯迅速停止。
（2）编程简单，使用方便。目前PLC普遍采用继电器控制形式的“梯形图”编程方式，极易为电气、自动控制的技术人员所接受。
（3）维护检修方便。PLC产品具有完善的监视诊断功能，如有醒目的内工作状态、通讯状态、I/O状态和异常状态等显示。扶梯的各个控制环节可以用故障代码表示。这样可以大大降低故障的平均修复时间，有的PLC采用智能型I/0模块后，还可以把外部故障判断和检测功能从CPU 中分开， 从而提高了外部故障检测功能。
一般来说，自动扶梯的空载时间往往大于载客时间。在PLC控制器自动检测到自动扶梯空载运行一定时间后，发出指令控制变频器使其降速运行，当有乘客踏上自动扶梯床盖板时，扶梯可通过设置在床盖板入口处的光电感应装置自动感知乘客的到来，开始加速运转。在这里，变频器的主要作用是用来调整扶梯转速、启动和运行平稳，在无人时，PLC经过延时指令，系统自动转入蠕动状态运行，以达到节能的目的。在扶梯入口处安装光电开关，有乘客时，光电开关发出信号，扶梯经变频调速至额定速度，当全部乘客离开扶梯后，扶梯经过一段时延又自动进入低速运行的待客状态。这样可节省电能，减少机械磨损从而延长使用寿命。图1为节能方式的原理图。
启动扶梯后，PLC不断检测光电传感器的电脉冲信号的输入，以判断是否有人需要乘座扶梯来控制变频器进行正常速度运行或低速运行。在扶梯正常速度运行期间，如再无光电脉冲信号则系统延时t秒（乘客自一端至另一端）自动转入低速运行。同时PLC在系统上电后始终采样变频器过载报警信号OLW、变频器异常报警信号FB、马达飞轮转速信号等，结合程序设计对系统进行保护。同时，系统也可通过手动转换开关进行节能和原工作方式的切换，使该系统可工作在变频状态，当变频装置出现故障时，又可转为原有运行方式，提高了系统的可靠性，增强了冗余度。
4、系统的总体设计
PLC主控制器采用西门子公司的S7-200系列中型号为CPU 226的控制单元，S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，它能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂的控制功能。其中CPU 226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可以很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。其输入电路采用光电隔离，继电器型输出，并带有24V DC电源为传感器提供可靠的工作电压，其稳定性和易用性一直为广大电气技术人员所喜爱。
传感器选用BANNER公司的Q23SN6LP反射型光电传感器，其检测距离最高可达2m，在0.5-1.5m距离效果最佳，其工作电压为10-30VDC，将其安装在扶梯上或下平台，距入口1.0-1.5m 处（使乘客能够对扶梯的加速有所准备）。
变频器选用SAMCO-i高功能静音式I-IF型，在变频器的使用上选用它的两速选择端2DF和第二加减速AD2端以达到正常和低速两种速度及符合乘客舒适感的加速度。系统硬件原理框图如图2所示。
空载时通过变频器把转速降低为20%速度时，对于11kw以下的电机，扶梯耗能为仅为电机额定功率的3%～5%，既300瓦～400瓦左右。无论上行或者下行，在20%的蠕动速度都可达到80%的节能效果。
采用变频器后，可以在自动扶梯空载时以极低频率和极低电压对电机供电，使扶梯以缓慢的速度运行。这样，在自动扶梯空载时便能起到良好的节能作用，同时扶梯不停止运行，也不会给乘客造成扶梯损坏无法运行的假象。当光电传感器检测到有人进入扶梯时，扶梯便开始提速，扶梯由缓速提升到额定速度所需的时间可通过PLC进行设定，设定时间可考虑为2～4秒。当人踏入扶梯踏板时，扶梯已接近或达到额定速度。这样就避免了人员在扶梯上的加速过程，保证了人员的安全。当PLC检测到扶梯空载t秒后，发出指令给变频器使额定速度变回蠕动速度。
整个自动扶梯节能运行模式控制流程如图3所示。
采用上述的节能方法，其优点在于：
（1）无人乘梯时，保证扶梯自动平稳过渡到节能运行，以1/5额定速度运行，节约了能源。
（2）有人乘梯时，保证扶梯自动以节能速度平稳过渡到额定速度运行，保证了正常的使用。
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