自动扶梯节能改造研究及工程实例分析

作者：钱良楚

摘要：自动扶梯(Escalator)一般简称为扶梯,其广泛应用于车站、码头、商场、机场、地铁、馆等场合。其早已与人们日常生活密切相关,由于传统的自动扶梯工作时不管有没有乘客均以额定速度运行，具有耗能大、机械磨损严重、环境噪音大等许多弊端,据有关部门的资料显示,深圳有一万多台自动扶梯正在使用,没有采取任何节能措施的传统老式自动扶梯大约近万台。研究出一套实用可行的自动扶梯节能改造方案对从事电梯技术近20年的科技人员来说是责无旁贷的事。

关键词: 自动扶梯节能改造案例

1、引言

位于深圳市南山大道的中油酒店共安装了6部迅达SWE型的自动扶梯,该自动扶梯从上午9点开始从不间断运行至晚上10点,耗电量大,机械磨损也比较严重。该酒店邀请笔者对该6部自动扶梯进行节能改造,当时深圳尚有近万部需要改造的自动扶梯,深圳市广工电梯有限公司决定以笔者为主成立了自动扶梯节能改造研究小组,研究出了一系列的自动扶梯节能改造方案,现写成文章供同行们交流。

2、常见自动扶梯的几种控制方式

为方便说明,笔者绘制出了一张表格,总结了目前常用几种自动扶梯控制方式的特点。

自动扶梯常用几种控制方式相关参数对照表

从表中可以看出,早期生产的自动扶梯一般都采用继电器控制方式，这种控制方式虽然简单，由于功能不能满足法规要求现已基本淘汰。目前我国较大型的自动扶梯生产厂还是以PLC（可编程控制器）或通用微机板为主流的控制系统，此类控制系统使自动扶梯的结构更加简单可靠。某些较大型自动扶梯厂家可能采用专用的微机控制板，须有专用的调试器或和专用软件方才能对自动扶梯进行调试。

3、几种常用扶梯节能运行的方案设计

3.1 采用“Y-△自动切换”供电方案

本方案是自动扶梯采用星形接线方式起动并正常运转，当乘客量较大时自动扶扶梯则切换成三角形接线方式运转,该“Y-△自动切换”并不是常用的星/三角并用时间来控制的方式,而是根据自动扶梯的乘客量来切换的。根据经验,一般乘客量为满载的1/3时就使用三角形运转。

3.2采用自动启、停方案

自动扶梯在无乘客时停止运行，有乘客时自动扶梯则自动起动，由于无乘客时自动扶梯不工作，所以其节电比较明显。但由于起动和停止过于频繁使自动扶梯机械磨损也明显增加,再加之起动电流过大也会给电网造成一定的冲击,若同时采用星形起动,三角形运转则可使起动电流明显降低,所以这种方案一般适应客流量较小的场合采用。

3.2 采用全变频驱动的方案

采用全变频器驱动方案的自动扶梯的主电机供电是通过变频器来调节曳引主电机的转速，无乘客时自动扶梯慢速运行或停止，有乘客时则正常速度运行,这样就能实现自动扶梯的节能运行。

一般来说自动扶梯对控制系统的精度要求不太高，其变频调速可选择开环控制模式进行。通常选择变频器的功率需按主电机功率1.5-2倍才能保证安全运行，由于变频器配有制动电阻,设计时要考虑在自动扶梯有限的机房空间的散热问题。

3.3采用半变频驱动的方案

自动扶梯在额定速度运行时直接由50Hz 的交流电供电，此时变频器并不投入运行。无乘客时自动扶梯则由变频器供电来控制其低速运转，当再有乘客来时变频器渐渐将主电机的供电频率上升到与市电频率一致的50HZ, 然后由交流接触器切换到市电直接供电,从而使自动扶梯进行低速运行，达到节能的目的, 由于变频器仅工作在自动扶梯空载或者轻载状态,所以变频器的功率一般可取主电梯功率的一半,此方案比全变频驱动方案的变频器功率要小许多,因此改造成本也大幅降低。

4、案例分析

上述列举了一些自动扶梯相关的节能改造方案，但值得注意的是自动扶梯改造不单单是自动扶梯实现无乘客慢速或停止、有乘客时自动起动或切入快速运行这些简单功能,关键是要符合我国现行的法规GB16899-1997《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》的要求才能确保自动扶梯的安全使用。（以下简称《新规范》）,现将部分注意事项介绍如下:

4.1关于自动扶梯控制系统触点粘连检测装置的改造注意事项

《新规范》第12.4.2条中规定:“制动器供电的中断至少应有两套独立的电气装置来实现，这些装置可以中断驱动主机的电源。如自动扶梯或自动人行停车以后，这些电气装置中的任何一个触点还没有断开，则应不可能重新启动。”

第12.8条规定“主机电源应由两个独立的接触器来中断，接触器的触头应串接于供电电路中，如果自动扶梯或自动人行道停止时，接触器的任一主触头未断开，则重新启动应是不可能的。”

因此,在自动扶梯节能改造中如果采用变频器节能运行的方案，变频器至电机之间的运行接触器必须可靠设置检测环节才能确保符合《新规范》的要求。

4.2关于自动扶梯超速保护及防逆转装置的改造注意事项

《新规范》第12.5条中规定:“12.5.1自动扶梯和自动人行道应配备速度限制装置，使其超过额定速度1.2 倍前自动停车。为此，所用的速度限制装置在速度超过额定速度1.2 倍时，能切断自动扶梯或自动人行道的电源。

12.5.2自动扶梯和倾斜式自动人行道应设置一个装置，使其在梯级、踏板或胶带改变规定运行方向时，自动停止运行。”

90年代以前生产的部分自动扶梯主要采用光电编码器或接近开关测定自动扶梯速度的信号作为速度检测装置，该信号交再送控制系统处理。很多自动扶梯既设定了超速保护的同时也设定了低速保护。因此我们在改造自动扶梯时必须注意这些,否则改造后由于速度的变化将导致原保护电路检测到并引起保护动作,另外,这是不符合《新规范》的安全规定的。

当自动扶梯发生逆转时，也可能导致主电机改变运转方向改变。主电机从正转状态变成反转时须经历一个低于额定速度的过程。这时主电机低速保护装置就要起保护作用而停止自动扶梯运行。部分自动扶梯生产厂家以检测主电机转速作为逆转保护装置，但笔者认为此方法没有检测自动驾驶仪扶梯及的方法准确可靠。

4.3自动扶梯自动启、停方案的注意事项

《新规范》第14.2.1.条规定“14.2.1.1由于使用者的经过而自动启动的自动扶梯或自动人行道，应在该使用者走到梳齿相交线之前启动运行。我们通常用下列方法来实现：

a) 光电感应开关的光束，应设置在自动驾驶仪扶梯梳齿相交线之前大于1.3m 处；

b) 触点踏垫其外缘要求在梳齿相交线之前1.8m 以上，沿运行方向的触点踏垫长度至少为0.85m。对重量起反应作用的触点踏垫，施加在其表面为25cm 的2个触点中任何一个任何点上的载荷达150N 之前有响应。

c) 14.2.1.2由使用者通过而自动启动的自动扶梯或自动人行道方向，应预先确定，并清晰可见及有明显的标记。在由使用者通过而自动启动的自动扶梯或自动人行道上，如果使用者能从与预定运行方向相反的方向进入时，那么自动扶梯或自动人行道仍应按预先确定的方向启动并符合14.2.1.1的规定。运行时间应不少于10s。”

自动扶梯的乘客检测装置一般有光电开关、超声波传感器、踏垫自启动多种方式可选择。选择光电开关需注意抗强光性以及对深颜色的敏感度影响。

如果自动扶梯为乘客停止运行的方式，还要求 “由于使用者的经过而自动启动的自动扶梯或自动人行道，应在该使用者走到梳齿相交线之前启动运行。”所以说光电开关是常用的选择。

对于防止“逆向乘梯”除了按规定配置“运行方向指示器”以乘客指示外，当乘客出现逆向乘梯时，自动扶梯仍按预设方向至少运行10s以上的时间，给乘客足够的提示,这样才能符合法规要求。

5、 结语

自动扶梯节能改造实际使用的节能效果，完全依据现场使用状况来决定。空载情况最好让自动扶梯停止运行，这样完全没有能耗和磨损。当有些情况不允许停止运行，此时可让自动扶梯慢速运行。

位于深圳市南山大道的中油酒店就是笔者于20008年改造的6部迅达SWE型自动扶梯,据该酒店工程部的用电记录表明,自动扶梯改造后比原来节省电费不低于60%,所以说自动扶梯节能改造效果非常明显,值得大面积推广。

参考文献:

(1) 《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》全国电梯标准化技术委员会．GB16899-1997．中国标准出版社，2004．

(2) 《电动机节能方法与PLC变频器应用实例》CIP数据核字2009第167471号中国电力出版社

(3) 《电气传动》2012年第9期电气传动编辑部