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【摘 要】由于自动扶梯使用场合的特殊性，有的经常处于空载运行状态，浪费大量的电能，同时也使扶梯部件（如电机、减速箱、扶手带等）产生不必要的磨损及疲劳损伤。为此，实施自动扶梯的变频节能运行成为了必然。
【关键词】自动扶梯；无速度传感器矢量变频器；旁路变频技术
0.引言
自动扶梯是公共场所运送乘客的典型设备，已经广泛应用于大型商场、机场、地铁、宾馆等公共场所，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。但目前国内安装的自动扶梯大多是采用直接启动的工作方式，从其启动运转至关闭为止，不管有无乘客均以额定速度运行，这就导致自动扶梯能耗大、机械磨损严重、使用寿命低等问题。在世界能源和电力资源日益匾乏的形势下，采用PLC与变频技术相结合的控制方式对自动扶梯进行节能改造，可以实现有人乘梯时，扶梯以原有速度运行；无人乘梯时，扶梯自动减速到低速或停止运行，从而减少自动扶梯不必要的浪费，有利于延长扶梯的使用寿命。
1.自动扶梯的节能改造要求
自动扶梯属于公共交通运输设备，在达到节能运行的同时必须满足国家强制标准，以确保乘客安全，因此对节能改造后的扶梯提出了以下设计要求。
1.1自动运行要求
（1）当运行方向设定后，启动自动扶梯，扶梯进入停止待机状态。
（2）当安装在扶梯出入口的光电检测装置检测到有乘客正向进入扶梯入口时，扶梯开始缓慢加速至额定速度运行，进入高速运行状态。
（3）在预先设定的高速运行等待时间内，没人乘梯时，扶梯开始减速为低速运行，进入低速运行等待状态。
（4）扶梯在预先设定的低速运行等待时间内时，若又有人进入扶梯，此时扶梯缓慢加速至额定速度运行状态；若没人乘梯，则扶梯自动停止运行，进入停止待机状态，如此循环往复运行。
1.2电气控制要求
（1）扶梯启动运行平稳，无抖动。
（2）无人乘梯时，扶梯自动平稳过渡到节能状态。
（3）能人为选择自动节能运行模式或普通联动运行模式。
（4）能人为选择停止运行待机或低速爬行待机。
（5）当扶梯处于停止待机状态时，如有人反向进入扶梯，扶梯按设定方向低速爬行，且运行时间应不少于l0s；当扶梯处于低速爬行待机状态时，如有人反向进入扶梯，扶梯仍按设定方向继续爬行，同时发出报警声。
（6）检修操作时，扶梯低速爬行，且其他所有启动开关都应不起作用，但安全开关和安全电路应仍起作用。
1.3安全保护要求
根据《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》的相关要求，扶梯应设置以下保护装置:运行接触器触点粘连保护、超速保护及防逆转保护、驱动链断裂保护、上下梯级遗失保护等。对于使用者的经过而自动启动的自动扶梯，应在该使用者走到梳齿相交线之前启动运行，并有明显的运行方向指示器给予乘客指示。
2.电气控制系统的总体设计
2.1系统硬件电路设计
2.1.1系统硬件组成设计
自动扶梯变频控制系统是在原工频控制控制系统的基础上，加装红外探测传感器、变频器、PLC控制器以及其它必要辅助元件，进行变频运行控制。该控制系统主要由红外探测传感器、变频器、PLC控制器和其它必要辅助元件等组成。安装在入梯口的红外探测传感器，随时监测自动扶梯的载客情况；PLC是控制系统的核心，它接收红外探测传感器等装置送来的各种输入信号，并对接收的输入信号进行处理，实现运行、停止、润滑、检修、故障判断及记录、状态显示等功能；变频器主要是根据PLC的输出控制信号改变电源频率，自动调节扶梯的运行速度，保证启动运行平稳，完成扶梯的快慢停循环运行。
2.1.2系统主电路设计
由于自动扶梯使用场合的特殊性，相当一部分扶梯的空载时间往往大于载客时间。为了提高整个系统的安全可靠性，降低成本，本设计采用旁路变频控制。即在原来工频控制系统的基础上（即保留主电机原工频控制系统）加装光电感应开关、变频器和PLC控制器等装置。
自动扶梯开始运行时通过变频器启动，当扶梯达到额定速度运行后，切除变频器输出，主驱动电动机由50Hz的工频电源进行供电。如在预先设定的时间内，安装在扶梯入口处的传感器没有检测到有乘客进入扶梯，扶梯将自动切换到变频器控制，由额定速度自动降为低速运行或停止状态。当红外探测传感器检测到有乘客进入扶梯时，扶梯将自动由变频器平稳加速到额定速度，到达额定速度后，扶梯将由变频器控制切换到工频电源控制运行，如此周而复始。系统也可通过手动转换开关进行自动节能方式和原工频方式的切换。当变频器调速系统出现故障时，控制系统可以自动切换为原工频运行方式，保障扶梯输送功能的正常实施。
2.1.3 PLC控制电路设计
PLC的作用是接收红外探测传感器等装置送来的各种输入信号，并对接收的输入信号进行处理，实现运行、停止、润滑、检修、状态显示、故障判断及报警等功能。
PLC的输入信号主要包括自动扶梯出入口乘客光电检测信号、自动扶梯运行模式、状态、方向设定信号（如自动/联动、上行/下行、运行/检测等）、安全检测信号（如主电机速度反馈信号、驱动链断裂保护信号、逆向运行检测信号等）、可变参数设定信号（如正向运行等待时间、爬行时间等）和其他辅助信号（如扶梯出入口安全指示照明的开/关、自动加油装置的开/关等）。
PLC的输出信号主要包括变频器的动作指令、接触器的动作指令、运行状态及故障显示信号和其他辅助信号等。
2.2 PLC程序控制流程设计
PLC的运行、停止、润滑、检修、状态显示、故障判断及报警等功能是通过采集红外探测传感器等装置送来的各种输入信号，经过PLC内部逻辑处理，通过输出指令控制变频器、接触器等装置来实现。
PLC控制程序运行时，首先进行初始化，然后采集各类输入信号，对自动扶梯运行系统进行检测。若扶梯满足正常运行条件时，则PLC发出运行指令，自動扶梯正常运行。当扶梯出现安全电路等故障时，控制系统自动停梯并进行报警，同时，系统控制装置面板上有故障运行指示，提示维修人员迅速查明原因。
3.结论
采用PLC和旁路变频控制技术对自动扶梯进行节能改造，有人乘坐时以额定速度运行，无人乘坐时低速或停止运行。改造后的自动扶梯，在安全舒适运行的前提下，既节约了能源，减少了不必要的浪费，同时又减小了扶梯的机械磨损，有利于延长扶梯的使用寿命。对某超市的多部自动扶梯进行变频节能改造后的可靠性测试结果，验证了该技术具有功能强、改造工作量小等优点。（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，也可以选择无人乘梯时，扶梯自动停止的功能。（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，实际测试时得到了验证。（3）扶梯空载时以节能速度模式运行，电流仅为空载时额定速度运行电流的1/3。（4）检修运行时，扶梯系统以1/2额定速度运行，便于检修和观察扶梯机构的运动情况，避免了原系统额定速度点动停止不及时的弊端。（5）无人乘梯时节能运行时速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。（6）改造中充分考虑了变频系统与原系统的并存，便于系统故障时相互切换，不影响用户的使用。（7）改造中借用了原系统的安全条件，加上变频器自身的安全环节，使得改造后的系统安全性更可靠。（8）扶梯节能改造的设备费用与电能节约和机械磨损的费用相比，投入不大，短期内即可收回投资，因此扶梯变频节能安全改造技术，对于提高现有扶梯安全节能，具有显著的经济效益和社会效益。
【参考文献】
［１］曾毅.自动扶梯变频调速系统设计[J].电气时代，2006,(12).
【关键词】自动扶梯；无速度传感器矢量变频器；旁路变频技术
0.引言
自动扶梯是公共场所运送乘客的典型设备，已经广泛应用于大型商场、机场、地铁、宾馆等公共场所，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。但目前国内安装的自动扶梯大多是采用直接启动的工作方式，从其启动运转至关闭为止，不管有无乘客均以额定速度运行，这就导致自动扶梯能耗大、机械磨损严重、使用寿命低等问题。在世界能源和电力资源日益匾乏的形势下，采用PLC与变频技术相结合的控制方式对自动扶梯进行节能改造，可以实现有人乘梯时，扶梯以原有速度运行；无人乘梯时，扶梯自动减速到低速或停止运行，从而减少自动扶梯不必要的浪费，有利于延长扶梯的使用寿命。
1.自动扶梯的节能改造要求
自动扶梯属于公共交通运输设备，在达到节能运行的同时必须满足国家强制标准，以确保乘客安全，因此对节能改造后的扶梯提出了以下设计要求。
1.1自动运行要求
（1）当运行方向设定后，启动自动扶梯，扶梯进入停止待机状态。
（2）当安装在扶梯出入口的光电检测装置检测到有乘客正向进入扶梯入口时，扶梯开始缓慢加速至额定速度运行，进入高速运行状态。
（3）在预先设定的高速运行等待时间内，没人乘梯时，扶梯开始减速为低速运行，进入低速运行等待状态。
（4）扶梯在预先设定的低速运行等待时间内时，若又有人进入扶梯，此时扶梯缓慢加速至额定速度运行状态；若没人乘梯，则扶梯自动停止运行，进入停止待机状态，如此循环往复运行。
1.2电气控制要求
（1）扶梯启动运行平稳，无抖动。
（2）无人乘梯时，扶梯自动平稳过渡到节能状态。
（3）能人为选择自动节能运行模式或普通联动运行模式。
（4）能人为选择停止运行待机或低速爬行待机。
（5）当扶梯处于停止待机状态时，如有人反向进入扶梯，扶梯按设定方向低速爬行，且运行时间应不少于l0s；当扶梯处于低速爬行待机状态时，如有人反向进入扶梯，扶梯仍按设定方向继续爬行，同时发出报警声。
（6）检修操作时，扶梯低速爬行，且其他所有启动开关都应不起作用，但安全开关和安全电路应仍起作用。
1.3安全保护要求
根据《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》的相关要求，扶梯应设置以下保护装置:运行接触器触点粘连保护、超速保护及防逆转保护、驱动链断裂保护、上下梯级遗失保护等。对于使用者的经过而自动启动的自动扶梯，应在该使用者走到梳齿相交线之前启动运行，并有明显的运行方向指示器给予乘客指示。
2.电气控制系统的总体设计
2.1系统硬件电路设计
2.1.1系统硬件组成设计
自动扶梯变频控制系统是在原工频控制控制系统的基础上，加装红外探测传感器、变频器、PLC控制器以及其它必要辅助元件，进行变频运行控制。该控制系统主要由红外探测传感器、变频器、PLC控制器和其它必要辅助元件等组成。安装在入梯口的红外探测传感器，随时监测自动扶梯的载客情况；PLC是控制系统的核心，它接收红外探测传感器等装置送来的各种输入信号，并对接收的输入信号进行处理，实现运行、停止、润滑、检修、故障判断及记录、状态显示等功能；变频器主要是根据PLC的输出控制信号改变电源频率，自动调节扶梯的运行速度，保证启动运行平稳，完成扶梯的快慢停循环运行。
2.1.2系统主电路设计
由于自动扶梯使用场合的特殊性，相当一部分扶梯的空载时间往往大于载客时间。为了提高整个系统的安全可靠性，降低成本，本设计采用旁路变频控制。即在原来工频控制系统的基础上（即保留主电机原工频控制系统）加装光电感应开关、变频器和PLC控制器等装置。
自动扶梯开始运行时通过变频器启动，当扶梯达到额定速度运行后，切除变频器输出，主驱动电动机由50Hz的工频电源进行供电。如在预先设定的时间内，安装在扶梯入口处的传感器没有检测到有乘客进入扶梯，扶梯将自动切换到变频器控制，由额定速度自动降为低速运行或停止状态。当红外探测传感器检测到有乘客进入扶梯时，扶梯将自动由变频器平稳加速到额定速度，到达额定速度后，扶梯将由变频器控制切换到工频电源控制运行，如此周而复始。系统也可通过手动转换开关进行自动节能方式和原工频方式的切换。当变频器调速系统出现故障时，控制系统可以自动切换为原工频运行方式，保障扶梯输送功能的正常实施。
2.1.3 PLC控制电路设计
PLC的作用是接收红外探测传感器等装置送来的各种输入信号，并对接收的输入信号进行处理，实现运行、停止、润滑、检修、状态显示、故障判断及报警等功能。
PLC的输入信号主要包括自动扶梯出入口乘客光电检测信号、自动扶梯运行模式、状态、方向设定信号（如自动/联动、上行/下行、运行/检测等）、安全检测信号（如主电机速度反馈信号、驱动链断裂保护信号、逆向运行检测信号等）、可变参数设定信号（如正向运行等待时间、爬行时间等）和其他辅助信号（如扶梯出入口安全指示照明的开/关、自动加油装置的开/关等）。
PLC的输出信号主要包括变频器的动作指令、接触器的动作指令、运行状态及故障显示信号和其他辅助信号等。
2.2 PLC程序控制流程设计
PLC的运行、停止、润滑、检修、状态显示、故障判断及报警等功能是通过采集红外探测传感器等装置送来的各种输入信号，经过PLC内部逻辑处理，通过输出指令控制变频器、接触器等装置来实现。
PLC控制程序运行时，首先进行初始化，然后采集各类输入信号，对自动扶梯运行系统进行检测。若扶梯满足正常运行条件时，则PLC发出运行指令，自動扶梯正常运行。当扶梯出现安全电路等故障时，控制系统自动停梯并进行报警，同时，系统控制装置面板上有故障运行指示，提示维修人员迅速查明原因。
3.结论
采用PLC和旁路变频控制技术对自动扶梯进行节能改造，有人乘坐时以额定速度运行，无人乘坐时低速或停止运行。改造后的自动扶梯，在安全舒适运行的前提下，既节约了能源，减少了不必要的浪费，同时又减小了扶梯的机械磨损，有利于延长扶梯的使用寿命。对某超市的多部自动扶梯进行变频节能改造后的可靠性测试结果，验证了该技术具有功能强、改造工作量小等优点。（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，也可以选择无人乘梯时，扶梯自动停止的功能。（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，实际测试时得到了验证。（3）扶梯空载时以节能速度模式运行，电流仅为空载时额定速度运行电流的1/3。（4）检修运行时，扶梯系统以1/2额定速度运行，便于检修和观察扶梯机构的运动情况，避免了原系统额定速度点动停止不及时的弊端。（5）无人乘梯时节能运行时速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。（6）改造中充分考虑了变频系统与原系统的并存，便于系统故障时相互切换，不影响用户的使用。（7）改造中借用了原系统的安全条件，加上变频器自身的安全环节，使得改造后的系统安全性更可靠。（8）扶梯节能改造的设备费用与电能节约和机械磨损的费用相比，投入不大，短期内即可收回投资，因此扶梯变频节能安全改造技术，对于提高现有扶梯安全节能，具有显著的经济效益和社会效益。
【参考文献】
［１］曾毅.自动扶梯变频调速系统设计[J].电气时代，2006,(12).