森兰SB80C变频器在自动扶梯上的应用

0 引言

自动扶梯是商场、车站、机场普遍使用的一种载人提升设备。青岛飞拉利家具广场有两台自动上下扶梯，使用11 kW(四极)交流电机传动，经减速箱减速后拖动自动扶梯运转。两台扶梯一台作为上行，另一台作为下行，运行一段时间后就人为地进行交换，即上行的交换为下行，下行的交换为上行运转。在运行过程中，顾客的流量在不同时段有较大的差别，有时乘自动扶梯的顾客可能一个也没有。由于顾客到来具有随机性，也不可能在无人乘坐时将自动扶梯停止运转，未进行调速控制的自动扶梯只能以额定速度空转，这样运行很不经济，浪费大量的电能，而且，链条、皮带磨损大、维修周期短，给正常使用带来了不少麻烦。因此对自动扶梯进行变频调速改造，在无人乘坐时降低速度运转，有人乘坐时再平稳地加速到额定速度运转。这样，可减低链条、皮带的磨损;转速降低后，电机的输出功率大幅度减少，带来了一定的节能效果。无人乘坐的时间越长，节能的效果越显著。

1 改造方案

用两台森兰SB80C-11T4 矢量型变频器控制自动扶梯的电机，载客运行时变频器设置为外端子控制，速度控制设置为多段方式，即设置正常运行频率(50 Hz)、减速运行频率(15 Hz)。检修(爬行)时，运行频率较低，大约在25 Hz。

1.1 传感器

传感器为红外线传感器，安装在自动扶梯的入口处离地面2.5 m高的位置上，聚焦镜头对准来客的方向，并略向下倾斜。由于上、下扶梯的运行方式要定时交换，因此，每一台自动扶梯的入口、出口都要安装红外传感器。将这两个传感器的输出接到变频器内定时器的输入端上。自动扶梯运行时，断开出口传感器的信号。

1.2 无人乘坐时电梯的减速运行

假定，传感器监测到有人走向扶梯，一般传感器的监测距离为6 m，地面距离大约为4.2 m，人走过这段距离约需要t0=5 s左右，这段时间内，变频器从15 Hz运转加速到50 Hz，为安全考虑，必须在人踏上扶梯之前完成加速，加速时间为2 s。人踏上到走下扶梯的时间为t1。如果在(t0+t1)时段内无人到来，经过t2=5 s延时后，变频器降速到15 Hz运行。

希望森兰SB80 系列变频器是一款矢量控制型高性能变频器，非常适合类似于电梯类的恒转矩位能负载，另外，无需用PLC 而利用变频器内置的计时单元，设置计时单元的计时时间为(t0+t1+t2)，当有人走进入口时，传感器信号被送到计时器，计时器开始计时，在(t0 +t1 +t2)s 内，无人走进入口时，经过(t0+t1+t2)s 扶梯自动转换到低速运行;如在(t0+t1+t2)s 内有人走进入口，传感器输入的信号对计时器复位并重新开始计时，扶梯就一直以正常速度运行。

1.3 再生能量的处理

自动扶梯在做下行运行时，电机会进入再生发电状态，载客量越多，产生的再生能量越大。如果不对再生能量进行处理，将导致变频器频繁“过压”停机，有可能对乘客造成伤害。考虑到两台扶梯的变频器安装在同一个控制室内，并且上行运行的扶梯永远是电动做功。于是将两台变频器的直流母线经交流接触器连接起来构成直流母线式，把下行扶梯产生的再生能量送到直流母线上全部被上行扶梯利用，这样没有能量浪费。但考虑到有时可能以一台扶梯单独做下行运行，这时就采用能耗制动的方式处理再生能量。SB80 变频器有内置制动单元，只需在DC、DB 端子上接入15 赘、7 kW的制动电阻即可。

1.4 电磁抱闸

当因某种原因发生紧急停车时，不必考虑重新起动为带载起动(即人站在扶梯上起动)。为安全起见，扶梯在静止时必须有制动装置，而在运转时又不起制动作用，故给两台扶梯都设置了电磁抱闸。

2 改造后的功能

1)保持原有电梯的“长期运行”模式和增加的“自动载客运行”模式并存，用户可随时选择采用其中一种模式运行，当选择电梯原有的“长期运行”模式时，变频器控制线路完全撤出。这样可使用户需要选择原有模式或变频器控制线路需要维护时，都可方便切换，保证了电梯正常运行。

2)线路改造后，保证在任何工作模式下都能符合国家GB16899 关于扶手电梯安全标准的要求。

3)当选用“自动载客运行”模式运行时，起动、停止或速度转换平稳顺畅，无跳动感觉，舒适感较好。

4)电梯自动模式运行方式延长了设备的使用寿命，减少了材料的自损耗，如电机寿命、链条的损耗、皮带磨损等。

5)无乘客时，电梯低速运行，当有乘客到达入口时，电梯自动转入全速运行。乘客离开电梯后若再无乘客，经延时后电梯自动转回到低速运行。

3 控制原理框图

自动扶梯基本的功能连线如图1 所示出。将自动扶梯上、下两端的光敏接收信号并联接到SB80 主控板的X5 端子(将E1-04 设置为00，取消内部软连接)，再利用定时器1 的下降沿延时功能(通过CL-17 设置)，将接收到的光敏信号下降沿延时，延时时间为(t0+t1+t2)，定时器的输出可以

在内部选择为多段频率选择(设置CL-19 为01耀04，具体参考E2和F7 菜单相关部分)。

通过将X2 端子接为有效状态，实现低速运行。X3端子有效时，可以使扶梯运行于检修频率，一般为额定运行速度的50%。X8为急停按钮，以应对故障状态或一些突发事件的停机控制。

变频器的起停及方向控制，采用两线式运转模式2(E2-14)，可作并联，请参见SB80用户手册。

变频器的故障输出可以用于报警等指示，采用变频器的运行中信号输出作抱闸信号，这两者都是通过继电器输出，触点常开或常闭形式可根据实际需要进行更改。

 

4 功能码设置

变频器功能码设置如表1 所列。

5 节能与优点

1)节电设备安装调试一次开车成功，运行平稳、节能效果明显。改造前工频运行时每部扶梯每天耗电高达80 kW·h 左右，变频改造后由原来的全速运行变为有人时全速50 Hz运行，无人时低速15 Hz 爬行，每天用电约为28 kW·h，大大降低了能耗，节电率达65%。

2)投资回报期自动扶梯的运转时间长，空载率高，变频调速改造后，节电非常显著，而商业用电的电价又比较高，因此投资回报期短，本项目可在8个月内收回投资。