自動扶梯變頻應(yīng)用方案
一、概述：
自動扶梯和自動人行道在酒店、商場、地鐵、火車站、寫字樓、會館、機場等場所應(yīng)用較多，在方便顧客和提高服務(wù)質(zhì)量等方面起到了相當(dāng)重要的作用。但由于其使用場合的特殊性，部分扶梯經(jīng)常處于空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，這必將浪費大量的電能，同時也使扶梯部件（如電機、減速箱、扶手帶等）產(chǎn)生不必要的磨損及疲勞損傷。目前自動扶梯主要以液力偶合器調(diào)速或恒速為主。但因工業(yè)現(xiàn)場原因，使用和維護存在許多問題，經(jīng)常需要維護，效率低。經(jīng)常因堵轉(zhuǎn)等故障造成停機，甚至燒毀電機。隨著電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，交流電動機變頻技術(shù)以可靠耐用、自動化控制功能豐富等特點提高了運行可靠性和控制精度，保護全面，綜合節(jié)電效果好，控制接口豐富簡單，并具有計算機通訊接口，可方便地與微機控制系統(tǒng)或過程控制系統(tǒng)相連接，在軟件支持下可進一步升級到計算機監(jiān)控而無須另外的硬件投資。目前變頻技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)冶金、煤礦、電力、機械、化工等行業(yè)。
二、運行原理
我們知道，由于能源和電力資源的匱乏，自動扶梯在空載狀態(tài)下的運轉(zhuǎn)成為一種巨大的浪費。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)。在人員進出相對不頻繁的場所，基于上述思想，自動扶梯檢測到空載狀態(tài)一段時間后，將由全速運轉(zhuǎn)逐漸減速直到停止運轉(zhuǎn)，這樣便可實現(xiàn)節(jié)省電能達30%～50%左右。當(dāng)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，開始全速運轉(zhuǎn)。
三、全自動扶梯節(jié)能改造案例
1、改造原則
在不對扶梯的正常使用產(chǎn)生任何負面影響的前提下，引入無速度傳感器矢量變頻調(diào)速的概念。即變頻器根據(jù)傳感器產(chǎn)生的信號，在有人乘坐時，扶梯以原有設(shè)計速度運行；當(dāng)無人乘坐時，扶梯減速或停止運行。
2、變頻器的作用
主要作用是用來調(diào)整扶梯轉(zhuǎn)速，啟動和運行平穩(wěn)，在無人時，經(jīng)過延時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入爬行運行，以達到節(jié)能的目的。將扶梯入口處安裝光電開關(guān)，有乘客時光電開關(guān)發(fā)出信號，扶梯經(jīng)變頻調(diào)速至額定速度，當(dāng)全部乘客離開扶梯后，扶梯又自動進入低速運行狀態(tài)待客。節(jié)省電能、減少機械磨損、延長使用壽命。
四、變頻器的選型
系統(tǒng)要求啟動運行平穩(wěn)，無抖動，要求變頻器啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。KV2000變頻器能夠提供足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，且過載能力強，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)精度高，在開環(huán)時速度誤差能達到<0.5%，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間短<10ms。
完全能夠滿足該系統(tǒng)的要求。
選用KV2000無速度傳感器矢量變頻器，即能滿足上述要求。
五、電氣系統(tǒng)
KV2000無速度傳感器矢量變頻器功能強大，我們利用內(nèi)置的TMIA功能，便可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動檢測，實現(xiàn)PLC的刷新功能，減少PLC的購置費用及編程的工作量。
當(dāng)KV2000的任何一個數(shù)字輸入端子Xn被指定TMIA功能的時候，可選擇Y1或Y2或TA、TC，當(dāng)成TMOA的輸出功能；再加上內(nèi)含的計時（/計數(shù)）器模塊便構(gòu)成了一個延時斷開繼電器。其延時之時間長短由F071決定。
當(dāng)輸入 TMIA ON的時候，輸出TMOA也立刻ON。而當(dāng) TMIA OFF之后，TMOA必須經(jīng)過F071所定義之時間才能 OFF。
FWD
Y1
X1
COM
信號檢測
KV2000變頻器控制線路
KV2000內(nèi)含計時（/計數(shù)）器功能。當(dāng)數(shù)字輸入端子X2和X4選擇模式28的時候，該計時（/計數(shù)）器功能一定被當(dāng)成計數(shù)器使用；否則當(dāng)成計時器使用。
KV2000變頻器的全自動計時功能
六、系統(tǒng)功能
1、調(diào)速范圍寬，綜合節(jié)電效果好。與傳統(tǒng)相比節(jié)電10-30%。
2、自動化程度高，應(yīng)用豐富靈活。具備強大的面向工程的可編程能力，根據(jù)客流量的大小自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。
3、減少機械磨損、減少維護量。變頻器具備自動軟啟動功能，減小了啟動沖擊電流。
4、電源容量降低，自動扶梯有時要多臺電機同時起動，當(dāng)電源容量不足時需要考慮順次起動。采用變頻器，可在低頻（3HZ以下）起動，所以即使與變頻器容量相當(dāng)?shù)亩嗯_電機同時起動，起動電流也可以受到抑制。因此，電源容量可以按變頻器容量考慮。與采用工頻電網(wǎng)相比，容量可以降低。
5、保護功能全面，有利于安全生產(chǎn)，可靠、耐用。
具備過電壓、過電流、欠電壓、過載、電機過熱、短路、缺相、堵轉(zhuǎn)（獨有功能）等自動保護功能和自動再試轉(zhuǎn)功能，減少意外停機和故障停機次數(shù)。并可自動顯示故障原因。
6、技術(shù)數(shù)據(jù)：
過壓跳閘：1.3Vmax
欠壓跳閘：0.65Vn
啟動轉(zhuǎn)矩：200%Tn
過載能力：150% 1min
電機堵轉(zhuǎn)：可編程自整定可調(diào)
7、具備九路開關(guān)量輸入，可作為啟停、連鎖保護等工況特殊要求的控制。一組繼電器輸出、四路晶體管輸出可控制連鎖保護、故障顯示、運行狀態(tài)等。
8、自動優(yōu)化電機電流。
9、頻率設(shè)定具有手動和自動兩種方式。
10、變頻器附帶直流電抗器，功率因數(shù)可提高到0.98。
七、自動扶梯的變頻節(jié)能運行特點
根據(jù)對位于深圳市某超級市場的多部國外品牌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。（可以選擇當(dāng)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，實際測量時得到了驗證；
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、檢修運行時：扶梯系統(tǒng)以1/2額定速度運行，便于檢修和觀察扶梯機構(gòu)的運動情況,避免了原系統(tǒng)額定速度點動停止不及時的不足。
5、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。 6、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。
7、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。
8、改造中借用了原系統(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)安全性更可靠。
9、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)的研制使用成功，對于提高現(xiàn)有扶梯安全節(jié)能，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
八、結(jié)束語
1、節(jié)電明顯：扶梯電機所帶負載為恒轉(zhuǎn)矩負載，由于無人時扶梯電機的轉(zhuǎn)速降為正常轉(zhuǎn)速的一半，所以此時電機功率降為原來的一半。
2、減少磨損：由于轉(zhuǎn)速下降，使機械部件的磨損大大下降和扶梯維護費用成倍減少。
3、安全可靠：由于使用了KV2000高性能的變頻調(diào)速器，除原有的電機保護功能外，由于電機轉(zhuǎn)速的降低，可大幅度降低電機的溫升，使電機的工作更加安全可靠。
自動扶梯和自動人行道在酒店、商場、地鐵、火車站、寫字樓、會館、機場等場所應(yīng)用較多，在方便顧客和提高服務(wù)質(zhì)量等方面起到了相當(dāng)重要的作用。但由于其使用場合的特殊性，部分扶梯經(jīng)常處于空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，這必將浪費大量的電能，同時也使扶梯部件（如電機、減速箱、扶手帶等）產(chǎn)生不必要的磨損及疲勞損傷。目前自動扶梯主要以液力偶合器調(diào)速或恒速為主。但因工業(yè)現(xiàn)場原因，使用和維護存在許多問題，經(jīng)常需要維護，效率低。經(jīng)常因堵轉(zhuǎn)等故障造成停機，甚至燒毀電機。隨著電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，交流電動機變頻技術(shù)以可靠耐用、自動化控制功能豐富等特點提高了運行可靠性和控制精度，保護全面，綜合節(jié)電效果好，控制接口豐富簡單，并具有計算機通訊接口，可方便地與微機控制系統(tǒng)或過程控制系統(tǒng)相連接，在軟件支持下可進一步升級到計算機監(jiān)控而無須另外的硬件投資。目前變頻技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)冶金、煤礦、電力、機械、化工等行業(yè)。
二、運行原理
我們知道，由于能源和電力資源的匱乏，自動扶梯在空載狀態(tài)下的運轉(zhuǎn)成為一種巨大的浪費。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)。在人員進出相對不頻繁的場所，基于上述思想，自動扶梯檢測到空載狀態(tài)一段時間后，將由全速運轉(zhuǎn)逐漸減速直到停止運轉(zhuǎn)，這樣便可實現(xiàn)節(jié)省電能達30%～50%左右。當(dāng)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，開始全速運轉(zhuǎn)。
三、全自動扶梯節(jié)能改造案例
1、改造原則
在不對扶梯的正常使用產(chǎn)生任何負面影響的前提下，引入無速度傳感器矢量變頻調(diào)速的概念。即變頻器根據(jù)傳感器產(chǎn)生的信號，在有人乘坐時，扶梯以原有設(shè)計速度運行；當(dāng)無人乘坐時，扶梯減速或停止運行。
2、變頻器的作用
主要作用是用來調(diào)整扶梯轉(zhuǎn)速，啟動和運行平穩(wěn)，在無人時，經(jīng)過延時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入爬行運行，以達到節(jié)能的目的。將扶梯入口處安裝光電開關(guān)，有乘客時光電開關(guān)發(fā)出信號，扶梯經(jīng)變頻調(diào)速至額定速度，當(dāng)全部乘客離開扶梯后，扶梯又自動進入低速運行狀態(tài)待客。節(jié)省電能、減少機械磨損、延長使用壽命。
四、變頻器的選型
系統(tǒng)要求啟動運行平穩(wěn)，無抖動，要求變頻器啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。KV2000變頻器能夠提供足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，且過載能力強，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)精度高，在開環(huán)時速度誤差能達到<0.5%，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間短<10ms。
完全能夠滿足該系統(tǒng)的要求。
選用KV2000無速度傳感器矢量變頻器，即能滿足上述要求。
五、電氣系統(tǒng)
KV2000無速度傳感器矢量變頻器功能強大，我們利用內(nèi)置的TMIA功能，便可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動檢測，實現(xiàn)PLC的刷新功能，減少PLC的購置費用及編程的工作量。
當(dāng)KV2000的任何一個數(shù)字輸入端子Xn被指定TMIA功能的時候，可選擇Y1或Y2或TA、TC，當(dāng)成TMOA的輸出功能；再加上內(nèi)含的計時（/計數(shù)）器模塊便構(gòu)成了一個延時斷開繼電器。其延時之時間長短由F071決定。
當(dāng)輸入 TMIA ON的時候，輸出TMOA也立刻ON。而當(dāng) TMIA OFF之后，TMOA必須經(jīng)過F071所定義之時間才能 OFF。
FWD
Y1
X1
COM
信號檢測
KV2000變頻器控制線路
KV2000內(nèi)含計時（/計數(shù)）器功能。當(dāng)數(shù)字輸入端子X2和X4選擇模式28的時候，該計時（/計數(shù)）器功能一定被當(dāng)成計數(shù)器使用；否則當(dāng)成計時器使用。
KV2000變頻器的全自動計時功能
六、系統(tǒng)功能
1、調(diào)速范圍寬，綜合節(jié)電效果好。與傳統(tǒng)相比節(jié)電10-30%。
2、自動化程度高，應(yīng)用豐富靈活。具備強大的面向工程的可編程能力，根據(jù)客流量的大小自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。
3、減少機械磨損、減少維護量。變頻器具備自動軟啟動功能，減小了啟動沖擊電流。
4、電源容量降低，自動扶梯有時要多臺電機同時起動，當(dāng)電源容量不足時需要考慮順次起動。采用變頻器，可在低頻（3HZ以下）起動，所以即使與變頻器容量相當(dāng)?shù)亩嗯_電機同時起動，起動電流也可以受到抑制。因此，電源容量可以按變頻器容量考慮。與采用工頻電網(wǎng)相比，容量可以降低。
5、保護功能全面，有利于安全生產(chǎn)，可靠、耐用。
具備過電壓、過電流、欠電壓、過載、電機過熱、短路、缺相、堵轉(zhuǎn)（獨有功能）等自動保護功能和自動再試轉(zhuǎn)功能，減少意外停機和故障停機次數(shù)。并可自動顯示故障原因。
6、技術(shù)數(shù)據(jù)：
過壓跳閘：1.3Vmax
欠壓跳閘：0.65Vn
啟動轉(zhuǎn)矩：200%Tn
過載能力：150% 1min
電機堵轉(zhuǎn)：可編程自整定可調(diào)
7、具備九路開關(guān)量輸入，可作為啟停、連鎖保護等工況特殊要求的控制。一組繼電器輸出、四路晶體管輸出可控制連鎖保護、故障顯示、運行狀態(tài)等。
8、自動優(yōu)化電機電流。
9、頻率設(shè)定具有手動和自動兩種方式。
10、變頻器附帶直流電抗器，功率因數(shù)可提高到0.98。
七、自動扶梯的變頻節(jié)能運行特點
根據(jù)對位于深圳市某超級市場的多部國外品牌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。（可以選擇當(dāng)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，實際測量時得到了驗證；
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、檢修運行時：扶梯系統(tǒng)以1/2額定速度運行，便于檢修和觀察扶梯機構(gòu)的運動情況,避免了原系統(tǒng)額定速度點動停止不及時的不足。
5、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。 6、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。
7、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。
8、改造中借用了原系統(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)安全性更可靠。
9、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)的研制使用成功，對于提高現(xiàn)有扶梯安全節(jié)能，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
八、結(jié)束語
1、節(jié)電明顯：扶梯電機所帶負載為恒轉(zhuǎn)矩負載，由于無人時扶梯電機的轉(zhuǎn)速降為正常轉(zhuǎn)速的一半，所以此時電機功率降為原來的一半。
2、減少磨損：由于轉(zhuǎn)速下降，使機械部件的磨損大大下降和扶梯維護費用成倍減少。
3、安全可靠：由于使用了KV2000高性能的變頻調(diào)速器，除原有的電機保護功能外，由于電機轉(zhuǎn)速的降低，可大幅度降低電機的溫升，使電機的工作更加安全可靠。
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