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一、自動扶梯概述

隨著國內生活水平以及工業化程度的提高，自動扶梯的應用已經越來越廣泛。自動扶梯又稱扶手扶梯，是商場、車站、碼頭、機場、賓館等公共場合常用工具。由于技術、資金等原因，現有扶梯很多采取星三角啟動方式，啟動完成后，扶梯一直處于全速運行狀態，某些場合扶梯每天高速運轉12小時以上。這些扶梯存在以下問題：

（1）由于扶梯經常處于高速運行狀態，其曳引電機耗電量嚴重，運營成本高，電能浪費嚴重；

（2）扶梯長期高速運轉時，輔助機械磨損非常嚴重,需要大量的易損件進行更換,維護成本較高；

（3）星三角啟動方式，電機啟動電流大，對電網沖擊很大，且加速了電機線圈的老化，減少了電機運行壽命。

自動扶梯的變頻節能運行與傳統電氣控制系統相比，不僅節能明顯，而且大大減少扶梯配件的磨損，延長使用壽命。因此對扶梯進行變頻節能改造，具有顯著的經濟效益。

二、節能運行原理

在無人的情況下，自動扶梯全速運轉浪費大量的能源，因此，我們設想，如果能讓自動扶梯自動檢測到空載狀態一段時間后，指令扶梯由全速運轉減速至半速運轉或者停止運行，即可節約大量電能。

因此，可讓自動扶梯根據檢測人體的紅外傳感器產生的信號，自動識別是否有人經過，當自動檢測到空載狀態一段時間后，讓扶梯由全速運轉減速至低速運轉或停機。通過此種方式，可以將此段時間的電能消耗減少30%～50%。當有乘客踏上自動扶梯床蓋板時，扶梯可通過設置在床蓋板入口處的光電感應裝置自動感知乘客的到來，在乘客踏上自動扶梯前，通過變頻器達到全速運行，而不影響乘客的使用。

三、改造原理

自動扶梯（人行道）控制柜對電機的控制方式分變頻節能控制和Y-△控制。其中變頻節能控制又分“變頻非自啟動節能”和“變頻自啟動節能” 兩種方式；而當變頻驅動回路或光電檢測回路發生故障的時候，還可通過“備用運行功能”選擇開關讓設備切換到Y-△常規控制方式。

1、變頻非自啟動節能（快-慢-快）

（1）功能描述

通過增加變頻器來控制扶梯運行的速度，當梯上有乘客時，扶梯以高速運行（例如額定速度），提高客流量；當光電檢測探頭在一段時間內沒有檢測到乘客通過時，扶梯開始減速轉為低速運行（例如0.1m/s，參數可調），此時一直處于待機運行中。

運行狀態描述：變頻控制，無人時低速，有人時高速，時序如下：

高速運行時間記為TQ，可設置，具體時間根據梯的提升高度和速度而定。

運行步驟示意如下：

• 當扶梯上電停止等待，有運行命令時，此時扶梯以低速開始運行進入待機等待。
• 下機房乘客檢測裝置檢測是否有人通過，當有人通過時，控制器內部的高速運行時間計數器（記為TC）清零，此時扶梯開始緩慢加速至高速運行。
• 高速運行時間計數器（記為TC）開始計數，當TC<TQ時，若此時又有人進入，TC又清零重新開始計數。
• 當有一段時間沒人乘梯即TC ≥ TQ時，扶梯開始減速進入低速運行待機狀態等待，即進入②的狀態，如此循環往復運行。

（2）功能實現：圍裙開孔

通過安裝在圍裙板上的光電檢測裝置檢測是否有人乘梯，安裝位置示意圖如下。

2、變頻自啟動節能（快-停-快）

（1）功能描述

通過變頻器來控制扶梯運行的速度，當梯上有乘客時，扶梯以高速運行（例如額定速度），提高客流量；當乘客檢測探頭在一段時間內沒有檢測到乘客通過時，扶梯開始進入停止運行狀態。

高速運行時間記為TQ，可設置，具體時間數值根據梯的提升高度和速度而定。運行步驟如下：

• 扶梯上電：此時扶梯處于停止狀態，等待運行中。
• 下機房光電檢測裝置檢測是否有人通過，當有人通過時，控制器內部的高速運行時間計數器（記為TC）清零，此時扶梯開始緩慢加速至高速運行。
• 高速運行時間計數器（記為TC）開始計時，當TC<TQ時，若此時又有人進入，TC又清零重新開始計時。
• 當有一段時間沒人乘梯即TC≥TQ時，扶梯開始減速至停機進入等待中。若此時有人進入，TC清零重新開始計時，扶梯加速至高速運行狀態，又進入狀態②中。

（2）自啟動功能實現：

圍裙開孔（同上）

以上兩種變頻自啟動和非自啟動方式的選擇可以通過設置控制器的參數來實現，不是通過外部的開關選擇，必須是專業人員（比如維保人員等）來設置。

3、Y—△控制的備用運行功能

當變頻驅動回路或光電檢測回路發生故障的時候，還可通過“備用運行功能”選擇開關讓設備切回原來的控制方式（即Y-△常規控制方式）。

在備用運行工作模式下，扶梯接收到安裝于扶梯入口處的鑰匙開關啟動信號以后，以電機Y型接法啟動，經3-5秒后（可通過系統參數設置）電機以△型接法運行并一直保持到人工手動停梯時為止。系統運行過程中不再處理光電信號。

該功能可避免變頻回路或光電檢測回路發生故障時造成的設備停用。

四、扶梯變頻改造方案

基于原有扶梯控制系統，保留原控制柜，增加（外掛）廣州七喜HD700通用矢量變頻改造柜、乘客檢測裝置以實現扶梯客戶所需功能。

• 改造特點：

保留原有控制柜及原控制柜內的控制器及低壓開關等外圍電器，增加變頻控制回路由廣州七喜矢量型通用變頻器負責控制，達到變頻節能控制功能。

• 配置：

1、主回路和控制回路改造

改造說明：

（1）主回路增加工、變頻兩主回路切換刀開關；

（2）主要增加兩接觸器KM1（變頻回路）和KM2（工頻回路）。

2、變頻器控制線接線

（1）方案1接線圖

（2）方案2接線圖

3、參數設置

方案1（啟動后，電梯以低速運行，入口傳感器檢測到駛入時，電梯啟動并以全速運行；當出口傳感器檢測到駛出信號時，電梯經過設置的延時恢復低速運行）

邏輯框圖

DI1接電梯入口端傳感器，DI2接電梯出口端傳感器

DI1、DI2端子有效時間需要大于5ms

方案2（入口傳感器檢測到駛入信號時，電梯啟動并以全速運行；當出口傳感器檢測到駛出信號時，電梯經過設置的延時時間停機）

邏輯框圖

DI1接電梯入口端傳感器，DI2接電梯出口端傳感器

DI1、DI2端子有效時間需要大于5ms

注意事項：

如果電梯有速度檢測保護時（如電梯運行速度小于額定80%即安全保護），則只能使用方案1。

五、改造后節能計算

以電機功率為7.5kW/h扶梯為例，假設每天運行12個小時。根據現場估測，每次扶梯運行時僅載乘客2-5人，此工況近似于扶梯空載運行。實際測量得到扶梯空載狀態下，以0.5m/s全速運行時能耗約為2.2KW

改造前：

扶梯全部以0.5m/s空載運行，12小時實際耗電：

2.2×12＝26.4KW·h

改造后：

1）. 采用快－慢-快循環運行方式

          即當乘客檢測裝置檢測到最后一位乘客進入扶梯后60秒，扶梯轉為0.1m/s慢車并保持慢車運行，直到乘客檢測裝置檢測到下一位乘客準備進入，扶梯自動平穩加速到0.5m/s的快車速度。

扶梯以0.1m/s慢車運行時能耗約為0.67kW

假設每天有400名乘客，平均每次二人同行，則每天最多需快－慢切換200次。

快車運轉時間＝200×1/60＝3.3 h

慢車運轉時間＝12－3.3＝8.7 h

則每天（12小時）運轉能耗為：

             2.2×3.3＋0.67×8.7=13.1kW·h

             (26.4－17.7)÷26.4=50%

          即實際節能達 50%

按此推算，若快車運轉時間為5小時，節能可達39%

2）.采用快－停－快循環運行方式

即當乘客檢測裝置檢測到最后一位乘客進入扶梯后60秒，扶梯停止運行，直到乘客檢測裝置檢測到下一位乘客準備進入，扶梯自動平穩加速到0.5m/s的快車速度。

假設每天有400名乘客，平均每次二人同行，則每天最多需啟停200次。

運轉時間＝200×1/60＝3.3h

則實際運轉率約為30％

每天（12小時）運轉能耗為：

2.2×3.3=7.3KW·h

          (26.4-7.3)÷26.4=70%

即實際節能達 70％

按此推算，若實際運轉率為6小時，節能可達50%

六、扶梯改造后優點

根據對某超級市場的多部國內外品牌的多部自動扶梯的變頻節能改造后的可靠性考驗結果，驗證了該技術具有功能強、改造工作量小等優點。

（1） 無人乘梯時：保證扶梯自動平穩過渡到節能運行，以1/5額定速度運行 (或選擇當無人乘梯時，扶梯自動停止的功能);

（2） 有人乘梯時：保證扶梯自動以節能速度平穩過渡到額定速度運行；

（3） 扶梯空載時以節能速度模式運行，電流僅為空載時額定速度運行電流的1/3；

（4） 由于無人乘梯時節能運行時速度很低，機械部分的磨損大大降低，相對延長了扶梯的使用壽命。

（5） 變頻技術的采用，大大降低了扶梯啟動時對電網的沖擊，采用變頻器可有效改善電網的功率因數，降低無功損耗。

（6） 改造中充分考慮了變頻系統與原系統的并存，便于系統故障時相互切換，不影響用戶的使用。

（7） 改造中保留了原系統的安全條件，加上變頻器自身的安全環節使得改造后的系統更安全、更可靠。

（8） 扶梯節能改造的設備費用與電能節約和機械磨損的費用相比，投入不大，短期內即可收回投資，因此扶梯變頻節能安全改造技術的研制和使用成功，能提高現有扶梯安全節能，具有顯著的經濟效益和社會效益。

七、結束語

自動扶梯屬于負載率很低的設備，輕載或空載的時間占絕大多數，而滿載運行的時間相對來說是很少的，在自動扶梯上采取適當的措施進行節能，其效果是非常顯著的。實際使用的節能效果，完全依據現場使用工況來決定。空載工況下最好讓自動扶梯停止運行，這樣完全沒有能耗和磨損；可是在有些情況下由于要保證安全和方便，不允許停止運行，此時可讓扶梯慢速運行。自動扶梯節能運行的改造，不單單需實現“節能”的目的，更應注重符合《規范》中相關的安全要求。綜合自動扶梯節能運行幾種方案的分析，將扶梯一體化控制柜應用于扶梯梯控制，無論從改造的便捷性、經濟性還是安全性等角度衡量，都是扶梯節能改造的最佳選擇。