摘 要：以O(shè)MRON CPM1A-20CDR-A-V1型PLC及匯川公司的MD320變頻器為例介紹自動扶梯多功能變頻節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)合自動扶梯的基本原理，進(jìn)行了配件選擇及硬件電路設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制程序。
關(guān)鍵詞：自動扶梯; PLC; 變頻節(jié)能 ; 控制系統(tǒng)

1 引言

自動扶梯廣泛應(yīng)用于大型商場、超市、機(jī)場、地鐵、賓館等場合。大多數(shù)扶梯在客流量大的時(shí)候，工作于額定的運(yùn)行狀態(tài)，在沒有乘客時(shí)仍以額定速度運(yùn)行，具有耗能大、機(jī)械磨損嚴(yán)重、使用壽命低等缺點(diǎn)。采用PLC與變頻控制相結(jié)合的節(jié)能控制系統(tǒng)，已成為自動扶梯控制技術(shù)的發(fā)展方向。

帶有節(jié)能效果的自動扶梯具有以下特點(diǎn)：

（1）無人乘梯時(shí)，扶梯自動平穩(wěn)過渡到節(jié)能運(yùn)行，以1/5額定速度運(yùn)行（可以選擇當(dāng)無人乘梯時(shí)，扶梯自動停止的功能）;

（2）有人乘梯時(shí)，扶梯立即自動平穩(wěn)過渡到額定速度運(yùn)行;

（3）由于節(jié)能運(yùn)行時(shí)速度很低，機(jī)械部分的磨損大大降低，相對延長了扶梯的使用壽命;

（4）變頻技術(shù)的采用大大降低了扶梯啟動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊。

目前節(jié)能扶梯大多形式和功能單一，僅能實(shí)現(xiàn)簡單的快慢循環(huán)或快停循環(huán)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是快慢循環(huán)和快慢停循環(huán)是可以通過程序進(jìn)行自由選擇的，系統(tǒng)同時(shí)集成了上下梯級遺失、防驅(qū)動鏈斷鏈、防逆轉(zhuǎn)及故障保護(hù)輸出等功能，并可通過程序內(nèi)部輔助繼電器的狀態(tài)監(jiān)控扶梯運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)場調(diào)試十分方便。

2 自動扶梯變頻節(jié)能控制方式

2.1 變頻非自啟動（快慢循環(huán)）

2.1.1 功能描述

通過增加變頻器來控制扶梯運(yùn)行的速度，當(dāng)梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運(yùn)行（例如額定速度），提高客流量，當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時(shí)，扶梯開始減速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行（例如0.2m/s，參數(shù)可設(shè)置），此時(shí)一直處于待機(jī)運(yùn)行中，即為非自啟動節(jié)能。

2.1.2 運(yùn)行狀態(tài)描述

變頻控制，無人時(shí)低速，有人時(shí)高速。高速運(yùn)行時(shí)間記為TQ，可通過PLC程序進(jìn)行設(shè)置，具體時(shí)間根據(jù)梯的提升高度和速度而定。

2.1.3 運(yùn)行步驟

（1） 當(dāng)扶梯上電停止等待，有方向（比如上行）開始運(yùn)行時(shí)，此時(shí)扶梯以低速開始節(jié)能運(yùn)行進(jìn)入待機(jī)等待。

（2） 下機(jī)房乘客檢測裝置檢測是否有人通過，當(dāng)有人通過時(shí)，控制器內(nèi)部的高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）清零，此時(shí)扶梯開始緩慢加速至高速運(yùn)行。

（3）高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）開始計(jì)數(shù)，當(dāng)TC

（4） 當(dāng)有一段時(shí)間沒人乘梯即TC≥TQ時(shí)，扶梯又開始減速進(jìn)入低速運(yùn)行待機(jī)等待狀態(tài)，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。

圖1為自動扶梯快慢循環(huán)控制時(shí)序圖。

圖1 自動扶梯快慢循環(huán)控制時(shí)序圖
2.1.4 功能實(shí)現(xiàn)

安裝在扶梯入口處的乘客檢測裝置檢測是否有人乘梯。

2.2 變頻自啟動（快慢停循環(huán)）

2.2.1 功能描述

通過增加變頻器來控制扶梯運(yùn)行的速度，當(dāng)梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運(yùn)行（例如額定速度），提高客流量，當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時(shí)，扶梯開始減速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行（例如0.2m/s，參數(shù)可設(shè)置），當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)間內(nèi)又沒檢測到乘客乘梯時(shí)，扶梯開始進(jìn)入停止運(yùn)行等待狀態(tài)，即為自啟動節(jié)能。

2.2.2 運(yùn)行狀態(tài)描述

變頻控制，長時(shí)間無人乘梯時(shí)停止，有人乘梯時(shí)高速運(yùn)行。高速運(yùn)行時(shí)間記為TQ，低速運(yùn)行時(shí)間TS，兩個(gè)參數(shù)可通過PLC程序進(jìn)行設(shè)置，具體時(shí)間根據(jù)梯的提升高度和速度而定。

2.2.3 運(yùn)行步驟

（1） 當(dāng)扶梯上電停止等待，有方向（比如上行）開始運(yùn)行時(shí)，此時(shí)扶梯進(jìn)入上行停止等待運(yùn)行中。

（2） 下機(jī)房光電檢測裝置檢測是否有人通過，當(dāng)有人通過時(shí)，控制器內(nèi)部的高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）清零，此時(shí)扶梯開始緩慢加速至高速運(yùn)行。

（3） 高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）開始計(jì)時(shí)，當(dāng)TC

（4）當(dāng)有一段時(shí)間沒人乘梯即TC≥TQ時(shí)，扶梯開始減速進(jìn)入低速運(yùn)行狀態(tài)中。

（5） 低速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TSC）開始計(jì)時(shí)，當(dāng)TSC< TS時(shí)，若此時(shí)有人進(jìn)入，TC清零重新開始計(jì)時(shí)，扶梯加速至高速運(yùn)行狀態(tài)，又進(jìn)入高速運(yùn)行狀態(tài)中。

（6） 當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)沒人乘梯即TSC≥TS時(shí)，扶梯停止運(yùn)行進(jìn)入等待中，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。

圖2為自動扶梯快慢停循環(huán)控制時(shí)序圖。


圖2 自動扶梯快慢停循環(huán)控制時(shí)序圖
2.2.4 功能實(shí)現(xiàn)

安裝在扶梯入口處的乘客檢測裝置檢測是否有人乘梯。但是為了確保乘客的安全，按照GB16899-1997《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規(guī)范》的要求：自啟動的扶梯，應(yīng)在該使用者走到梳齒相交線之前啟動運(yùn)行，故乘客檢測裝置應(yīng)滿足以下要求：

（1） 檢測裝置應(yīng)滿足的要求

·光束，應(yīng)設(shè)置在梳齒相交線之前至少1.3m外;

·觸點(diǎn)踏墊，其外緣應(yīng)設(shè)置在梳齒相交線之前至少1.8m處，沿運(yùn)行方向的觸點(diǎn)踏墊長度至少為0.85m。施加在其表面為25mm2的任何點(diǎn)上的載荷達(dá)到150N之前就應(yīng)作出響應(yīng)。

（1） 在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可選擇

· 安裝在扶手進(jìn)出口處的光電漫發(fā)射裝置;
·安裝在蓋板進(jìn)口處的光柱;
·安裝在蓋板下的踏墊自啟動裝置來實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選擇光電漫反射裝置，能夠確保每一個(gè)從不同方向走過來的乘客都能被有效的探測到，從而實(shí)現(xiàn)自啟動的功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)組成

圖3 控制系統(tǒng)框圖
由圖3可知，該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：電源、PLC、變頻器等。PLC是控制系統(tǒng)的核心，PLC根據(jù)輸入的光電信號是否有效確定高速運(yùn)行指令的輸出，變頻器根據(jù)PLC的高速運(yùn)行指令控制扶梯的運(yùn)行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循環(huán)運(yùn)行。

3.2 硬件選型

以自動扶梯變頻非自啟動（快慢循環(huán)）為例，其扶梯控制系統(tǒng)實(shí)際需要輸入11點(diǎn)，輸出7點(diǎn)，PLC主控制器采用歐姆龍CPM1A-20CDR-A-V1型PLC。這種機(jī)型的PLC配有相應(yīng)的編程軟件CX-Programmer進(jìn)行編程及監(jiān)視，不僅可以通過手持編程器對PLC編程，也可在個(gè)人PC機(jī)上進(jìn)行編程。在扶梯運(yùn)行過程中，可通過程序內(nèi)部輔助繼電器的狀態(tài)監(jiān)控電梯運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)場調(diào)試十分方便。[1]