鄔新輝

要：針對(duì)自動(dòng)扶梯能耗大的問題，本文對(duì)自動(dòng)扶梯能耗進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)扶梯能耗受減速器、待機(jī)狀態(tài)等各種因素影響。在扶梯節(jié)能控制方面，可以設(shè)計(jì)相應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)和采取合理節(jié)能控制模式，使扶梯保持節(jié)能運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)扶梯? 能耗? 節(jié)能控制

中圖分類號(hào)：TU857? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（a）-0191-02

在車站、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等各種公共場(chǎng)所中，自動(dòng)扶梯都得到了廣泛應(yīng)用。但由于負(fù)載重、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等原因的存在，自動(dòng)扶梯能耗較大。在國家提出節(jié)能生產(chǎn)要求的背景下，還應(yīng)加強(qiáng)自動(dòng)扶梯的能耗分析，以便在扶梯設(shè)計(jì)與制造過程中采取科學(xué)的節(jié)能控制策略，使扶梯能量消耗得到有效減少。

1? 自動(dòng)扶梯的能耗分析

1.1 能耗分析方法

對(duì)自動(dòng)扶梯能耗進(jìn)行分析，需要明確能耗分析對(duì)象，即在公共場(chǎng)所運(yùn)行的自動(dòng)扶梯，保證每天穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間至少達(dá)到20h，同時(shí)每3h中至少30min處于100%載荷狀態(tài)。分析的自動(dòng)扶梯可以選擇常用規(guī)格，即提升高度為5±0.5m，梯級(jí)寬度為1000mm，額定速度為0.5m/s。針對(duì)扶梯輸出功率，可以采用鉗形功率計(jì)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)扶梯電機(jī)、控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備能耗總和進(jìn)行分析，然后對(duì)控制系統(tǒng)主要電路能耗展開測(cè)量，最后對(duì)扶梯輔助設(shè)備能耗進(jìn)行確認(rèn)?？紤]到自動(dòng)扶梯將在不同工況條件下運(yùn)行，需要分別在兩種工況下展開分析。具體來講，就是在空載運(yùn)行工況下對(duì)扶梯有功功率進(jìn)行檢測(cè)，以便使扶梯機(jī)械效率得到反映。在扶梯實(shí)際運(yùn)行工況下，需要根據(jù)客流計(jì)數(shù)器和扶梯輸入有功功率對(duì)不同載荷工況下的能耗進(jìn)行分析。通過對(duì)所得的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以確定功率與載荷間的關(guān)系，并對(duì)自動(dòng)扶梯空載狀態(tài)下的速度與功率關(guān)系進(jìn)行確認(rèn)，從而確定自動(dòng)扶梯能耗受哪些因素的影響。

1.2 能耗影響因素

結(jié)合自動(dòng)扶梯能耗分析結(jié)果可知，扶梯能耗受減速器和傳動(dòng)裝置影響。在能耗測(cè)量過程中，對(duì)相同工況條件和載客量的不同自動(dòng)扶梯進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)同樣提升高度為5m的扶梯產(chǎn)生的功耗并不相同，差值能夠達(dá)到3kW，原因在于兩種扶梯采用不同減速器和傳動(dòng)裝置。除了受裝備配置影響，自動(dòng)扶梯能耗還將受到裝配和維保質(zhì)量的影響。在擁有相同參數(shù)和型號(hào)的兩臺(tái)自動(dòng)扶梯安裝過程中，高質(zhì)量裝配扶梯空載時(shí)運(yùn)行功率達(dá)1.8kW，裝配質(zhì)量較差的扶梯空載時(shí)運(yùn)行功率卻提高至2.2kW[1]。從自動(dòng)扶梯檢修維護(hù)方面來看，定期檢修、保養(yǎng)和維護(hù)的扶梯較之不按規(guī)定要求維保的扶梯，設(shè)備上行空載運(yùn)行功率能夠降低20%左右。因此，通過加強(qiáng)扶梯裝配質(zhì)量的管理，并且定期進(jìn)行扶梯檢修和保養(yǎng)，能夠使自動(dòng)扶梯能耗得到降低。此外，自動(dòng)扶梯能耗也將受到扶梯待機(jī)功率的影響。自動(dòng)扶梯待機(jī)狀態(tài)主要有兩種，一種是憑借感應(yīng)器對(duì)扶梯入口進(jìn)入乘客進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有乘客后按照原來運(yùn)行方向重啟扶梯，一段時(shí)間無乘客扶梯自動(dòng)低速運(yùn)行或停止運(yùn)行。采取該種方式，扶梯傳感器和驅(qū)動(dòng)器需要時(shí)刻處于開啟狀態(tài)，以便發(fā)現(xiàn)乘客后立即進(jìn)行響應(yīng)。另一種待機(jī)狀態(tài)為鑰匙關(guān)閉情況，需要通過顯示扶梯運(yùn)行狀態(tài)提醒乘客扶梯停止運(yùn)行，因?yàn)樾枰蛑甘酒鞴╇?，所以將產(chǎn)生相應(yīng)能量損失。

2? 自動(dòng)扶梯的節(jié)能控制策略

2.1 設(shè)計(jì)節(jié)能控制系統(tǒng)

考慮到自動(dòng)扶梯能耗受減速器等裝置的影響，可以通過設(shè)計(jì)節(jié)能控制系統(tǒng)滿足扶梯節(jié)能控制要求。在扶梯運(yùn)行速度控制方面，以往采用繼電器控制系統(tǒng)，具有可靠性差、運(yùn)維工作量大的特點(diǎn)，并且因?yàn)榻佑|點(diǎn)較多容易出現(xiàn)故障，因此逐漸被淘汰。目前，可以采用PLC和變頻器聯(lián)合控制方法，實(shí)現(xiàn)扶梯啟動(dòng)頻率、減速時(shí)間和加速時(shí)間等運(yùn)行參數(shù)的合理調(diào)節(jié)，使扶梯能夠保持節(jié)能運(yùn)行。采用PLC控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)光電信號(hào)、電梯運(yùn)行信號(hào)等各種信號(hào)檢測(cè)，對(duì)扶梯運(yùn)行速度和故障等進(jìn)行判斷。通過輸入扶梯運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電流、入口處光電傳感器檢測(cè)信號(hào)，利用安全檢測(cè)電路對(duì)梳齒板、電源、驅(qū)動(dòng)鏈等進(jìn)行檢測(cè)，能夠根據(jù)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定結(jié)果實(shí)現(xiàn)變頻器、運(yùn)行接觸器、制動(dòng)器接觸器等各種裝置的輸出控制。而PLC控制采用模塊編程方式，需要明確程序執(zhí)行順序，實(shí)現(xiàn)安全回路檢測(cè)信號(hào)等主要信號(hào)的科學(xué)處理，以便使扶梯運(yùn)行安全得到保證。PLC具有較強(qiáng)的抗干擾能力，配合采用控制精度高、可靠性強(qiáng)、過載能力強(qiáng)的變頻器，能夠?qū)Ψ鎏葚?fù)載突變進(jìn)行適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)扶梯參數(shù)的人性化調(diào)節(jié)，保證扶梯運(yùn)行的舒適性。

實(shí)際采用節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)扶梯節(jié)能控制，需要對(duì)扶梯節(jié)能調(diào)速特點(diǎn)進(jìn)行分析，完成電機(jī)主電路的合理設(shè)計(jì)。通過在扶梯上增設(shè)變頻裝置，根據(jù)客流情況進(jìn)行電機(jī)電源頻率的調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能控制的目標(biāo)。根據(jù)扶梯不同狀態(tài)，可以利用上行接觸器、下行接觸器和兩個(gè)過程切換接觸器實(shí)現(xiàn)減速器的開合調(diào)整，使扶梯運(yùn)行速度得到控制。在扶梯以上/下方式運(yùn)行的過程中，閉合各接觸器，能夠使扶梯電機(jī)在變頻器輸出控制下得到驅(qū)動(dòng)。在電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，斷開一個(gè)過程切換接觸器，使電機(jī)采用全壓異步運(yùn)行方式，鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)橥Ｖ?，?duì)扶梯進(jìn)行軟制動(dòng)。將另一個(gè)過程切換接觸器斷開，能夠使電機(jī)開始減速。在扶梯運(yùn)行速度降低至0.1m/s以下后，將各接觸器斷開，能夠使扶梯停止運(yùn)行。

2.2 采用節(jié)能控制模式

在設(shè)計(jì)節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行扶梯節(jié)能控制基礎(chǔ)上，需要加強(qiáng)扶梯裝配和運(yùn)維質(zhì)量管理，以便使扶梯功耗得到降低。除此之外，扶梯空載運(yùn)行狀態(tài)為無效運(yùn)行，需要采取合理的節(jié)能控制模式，保證扶梯節(jié)能效果?，F(xiàn)階段，可以采用無人停梯模式，即在載客量為0時(shí)對(duì)扶梯驅(qū)動(dòng)回路供電進(jìn)行切斷，也可以利用變頻器使扶梯運(yùn)行速度為0。相比較而言，直接切斷供電節(jié)能效果更佳，但一旦有乘客進(jìn)入將造成扶梯產(chǎn)生較大的啟動(dòng)加速度，考慮安全問題通常不采取該模式。因?yàn)樵诜鎏葜杏欣先撕托『r(shí)，無法對(duì)扶梯自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行及時(shí)反應(yīng)，容易引發(fā)安全問題[2]。頻繁進(jìn)行扶梯啟動(dòng)和停止，也將導(dǎo)致扶梯機(jī)械部件受到損傷。

采用無人低速運(yùn)行模式，即利用變頻器使扶梯在載客量較小時(shí)低速運(yùn)行，能夠保證扶梯擁有明顯運(yùn)行方向，避免乘客受到誤導(dǎo)。但采用該模式，有乘客進(jìn)入后扶梯將按照額定速度運(yùn)行，即便乘客數(shù)量較少扶梯也將正常運(yùn)行，所以同樣會(huì)造成較大的能源消耗。

采用負(fù)載率調(diào)速模式，可以對(duì)扶梯負(fù)載情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后利用控制回路進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合扶梯負(fù)載率對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行設(shè)定，使電機(jī)運(yùn)行速度得到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而使扶梯在低負(fù)載狀態(tài)下能夠保持節(jié)能運(yùn)行。但頻繁進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)，將導(dǎo)致機(jī)械磨損增加，也容易給供電網(wǎng)帶來沖擊。

伴隨著節(jié)能控制技術(shù)的發(fā)展，旁路變頻模式得到了提出。具體來講，就是扶梯在額定速度運(yùn)行時(shí)，采用頻率為50Hz的工頻電源供電。而在低載客量狀態(tài)下，可以使扶梯切換至變頻器工作模式，根據(jù)載客量變化對(duì)扶梯運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果扶梯速度達(dá)到額定速度切換至工頻電源供電，保證能源得到高效利用[3]。

3? 結(jié)語

通過研究自動(dòng)扶梯能耗問題可以發(fā)現(xiàn)，減速器、裝配維護(hù)等因素都會(huì)對(duì)扶梯能耗產(chǎn)生影響。在實(shí)踐工作中，可以結(jié)合自動(dòng)扶梯運(yùn)行特點(diǎn)完成節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采取PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)扶梯運(yùn)行控制。針對(duì)扶梯空載運(yùn)行問題，還要對(duì)負(fù)載率調(diào)速模式、旁路變頻模式等新興模式進(jìn)行重點(diǎn)分析，結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行節(jié)能控制模式的合理選擇，繼而使扶梯節(jié)能效果得到保證。

參考文獻(xiàn)

[1] 王展.變頻器在自動(dòng)扶梯節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國電梯，2018，29（7）：24-26，30.

[2] 馬英.自動(dòng)扶梯的能耗影響因素分析及節(jié)能控制策略[J].科技傳播，2016，8（15）：163，190.

[3] 蔡培.自動(dòng)扶梯的能耗分析及節(jié)能控制探究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（13）：84-86.