淺談自動扶梯節(jié)能改造
2009/6/9 22:26:00
1 原電路技術缺陷
自動扶梯是公共場所運送乘客的典型設備，已經越來越多在商場、機場、碼頭、地鐵、賓館等場所廣泛地運用。但目前國內常規(guī)的自動扶梯由于技術和資金的原因，大多是采用由電源供電，直接啟動的工作方式每日在開始營業(yè)時就啟動，以恒定的速度運行直到下班或到規(guī)定的時間才停梯，使用率普遍比較低下?？偨Y起來普通自動扶梯有以下缺陷。
(1)耗能大：由于采用直接啟動的方式，普通自動扶梯一般每天運轉10多小時，不管有無乘客搭乘，始終保持高速運轉，耗費大量的電能，尤其是有些地鐵、機場、中大型商場周期性很明顯。
(2)機械磨損大、使用壽命較短：由于以恒定的速度每天運轉10多小時，使扶梯部件產生不必要的磨損及疲勞損傷，如扶手帶、梳齒板、梯級、鏈條、電機、減速箱等部件磨損大。一般這種自動扶梯壽命在10年左右，超過此年限后主要部件磨損相當嚴重需要更換新配件才能使用。
(3)故障率較高、導致使用成本高：由于普通自動扶梯始終保持高速運轉，使得大量的易損件更換次數(shù)頻繁，需要大量的費用；磨損加大且發(fā)熱量高也導致自動扶梯故障率增加，進一步造成用戶使用成本上升同時也增加扶梯的維修量而影響正常使用。
2 改造要求
這種既不合理也不經濟的運行方式與國家提倡節(jié)能降耗，提高設備運行效率的方針是很不協(xié)調的，這使得我們想辦法去解決上述缺陷，達到節(jié)約成本，提高經濟效益的目的。然而，自動扶梯又屬于特種設備，達到節(jié)能經濟效益的同時也要滿足國家強制標準，因此改造后的系統(tǒng)必須滿足：(1)啟動運行平穩(wěn)，無抖動。(2)無人乘梯時，保證扶梯自動平穩(wěn)過渡到節(jié)能運行。(3)應能向乘客指明自動扶梯是否可供使用及其運行方向。(4)應能使自動啟動的自動扶梯經過一段足夠的時間(至少為預期乘客輸送時間再加上10 s)才能自動停止運行。(5)如果使用者從預定運行方向相反的方向進入時，自動扶梯仍應按預先確定的方向啟動運行時間應不少于10 s。(6)應在使用者走到梳齒相交線之前啟動運行。(7)當使用檢修控制裝置時，其他所有啟動開關都應不起作用即當連接一個以上的檢修控制裝置時，或者都不起作用，或者需要同時都啟動才能起作用。安全開關和安全電路應仍起作用。
3 節(jié)能的方式
隨著科技進步及許多外國先進技術不斷的被引進，扶梯節(jié)能的方式演變到現(xiàn)在基本上有以下4種
(1)自動控制運行方式：在扶梯上下口處安裝光電傳感器，一旦傳感器檢測到有乘客進入扶梯(距梳齒板13 m左右)，扶梯開始啟動運行，如乘客繼續(xù)進入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運行。如在預先設定的時間內沒再檢測到有乘客進入扶梯或扶梯出口側傳感器檢測到最后一個乘客離開扶梯后，在預先設定的時間內也沒有檢測到有乘客進入扶梯，則扶梯將自動停梯。待有乘客進入扶梯時，扶梯再投入運行。
(2)Y—△運行方式(ECO方式)：利用扶梯Y一△啟動裝置在扶梯投入運行后，當扶梯處于空載或輕載時，控制系統(tǒng)將驅動電機從△型運行自動切換到Y型運行來節(jié)約能耗。當扶梯負載增加后，扶梯再自動轉成△型運行。
(3)電動機軟啟動的方法：同樣采用光電感應的原理，對電動機進行軟啟動。
(4)變頻運行方式：在扶梯上增設變頻裝置，根據(jù)客流情況自動調節(jié)扶梯的運行速度。當扶梯沒有乘客時，扶梯低速運行；當扶梯光電開關檢測到有乘客時扶梯開始加速，并達到額定運行速度運行：當系統(tǒng)在一定時間內未檢測到乘客時系統(tǒng)開始減速，并停留在低速運行狀態(tài)，直到再次有乘客需求為止。
我們按照系統(tǒng)必須滿足的要求來比較幾種節(jié)能運行方式可以看出：①自動控制運行方式節(jié)能效果明顯控制方式簡單可靠，所需費用低廉；缺點是：第一、會造成扶梯頻繁啟停；第二、電梯在無人感應后就停止運行，乘客不知道電梯是否可以乘坐和電梯運行的方向，不符合國家強制標準。②Y一△運行方式有節(jié)能效果(理論上可節(jié)電30%左右)，但扶梯啟動后，一直以額定速度連續(xù)運行，增加了扶梯的耗損：在扶梯檢測重載和輕載上有些問題，當扶梯輕載的時候，系統(tǒng)可能還是以慢速運行，扶梯代步的基本功能就受到影響。③采用電動機軟啟動，除了有不好識別方向缺陷外，對電網的干擾也很大。④變頻運行方式節(jié)電效果突出(理論上可節(jié)電60%左右)，與自動運行方式相比沒有頻繁啟動問題，扶梯磨損小，并且爬行速度運行時可提示乘客乘梯方向。
4 改造的方案
變頻器已經在國內廣泛地運用在生產生活，中高性能矢量變頻器能夠提供足夠的輸出轉矩，且過載能力強；轉速調節(jié)精度高，在開環(huán)時速度誤差能達到<0.5%，轉矩響應時間短<10 ms：具有超強的過載能力，能保證在大負荷下也能實現(xiàn)安全強有力的運行。經過近幾年的工作實踐，以變頻器為核心的普通扶梯節(jié)能改造工程已悄然興起，具體的方案是：
(1)主要配置：①電梯用矢量變頻器；⑦PLC(微電腦控制裝置)；③接觸器、繼電器；④光電傳感器。
(2)控制原理：控制系統(tǒng)在原工頻控制系統(tǒng)的基礎上，加裝變頻器，光電開關，扶梯變頻運行專用控制器，以及其它必要輔助元件后組成的新的附加控制柜。扶梯開始運行時通過變頻器啟動，當扶梯達到額定速度運行后，如無乘客乘梯，扶梯由額定速度自動降為20%額定速度爬行。如安裝在扶梯出入口處的傳感器檢測到有乘客乘梯則扶梯速度馬上平緩地升至額定速度，如乘客繼續(xù)進入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運行。如在預先設定的時間內扶梯入口處的傳感器沒再檢測到有乘客進入扶梯，則扶梯將自動轉至爬行速度運行。
(3)工作特點：①采用變頻調速節(jié)能控制裝置與原系統(tǒng)雙系統(tǒng)并存，借用原系統(tǒng)的安全條件并且兩系統(tǒng)的安全條件為邏輯“與”關系。②控制柜設計成可移動結構。正常運行時將控制柜放入機房內；維修時將控制柜移出到機房外。設計上已考慮到了散熱、移動及接地問題。③變頻調速節(jié)能控制裝置對原系統(tǒng)的信號采用，采用繼電器取樣方式。④光電信號傳感器的安裝位置在扶梯入口盡量靠近外側，考慮盡可能不對自動扶梯機械部分進行加工，傳感器安裝要注意防護及做好合理的布線工藝，以確保運行的可靠性。⑤運行狀態(tài)：無人乘梯時扶梯以20%額定速度運行，系統(tǒng)處于節(jié)能狀態(tài)；有人乘梯時扶梯自動以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運行；檢修時系統(tǒng)以50%額定速度點動運行。⑥貫徹國家標準，對原扶梯系統(tǒng)與國家標準不符之處改造過程中必須改進。
5 改造后優(yōu)點
自動扶梯的變頻節(jié)能改造后優(yōu)點
(1)系統(tǒng)采用PLC可編程序控制器與變頻器的控制組合，功能強、改造工作量小。
(2)節(jié)能明顯：無人乘梯時、保證扶梯自動平穩(wěn)過渡到節(jié)能運行，以20%額定速度運行。此時電動機的實際運行功率只有原來的40%左右，用電就明顯降低。
(3)減少磨損：扶梯的80%％是機械系統(tǒng)當機械系統(tǒng)長時間高速運行時與慢速運行時，其磨損程度是不一樣的。由于轉速下降，使機械部件的磨損明顯減少(如減少電
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