淺談自動(dòng)扶梯節(jié)能改造
2009/6/9 22:26:00
1 原電路技術(shù)缺陷
自動(dòng)扶梯是公共場(chǎng)所運(yùn)送乘客的典型設(shè)備，已經(jīng)越來越多在商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、碼頭、地鐵、賓館等場(chǎng)所廣泛地運(yùn)用。但目前國(guó)內(nèi)常規(guī)的自動(dòng)扶梯由于技術(shù)和資金的原因，大多是采用由電源供電，直接啟動(dòng)的工作方式每日在開始營(yíng)業(yè)時(shí)就啟動(dòng)，以恒定的速度運(yùn)行直到下班或到規(guī)定的時(shí)間才停梯，使用率普遍比較低下?？偨Y(jié)起來普通自動(dòng)扶梯有以下缺陷。
(1)耗能大：由于采用直接啟動(dòng)的方式，普通自動(dòng)扶梯一般每天運(yùn)轉(zhuǎn)10多小時(shí)，不管有無乘客搭乘，始終保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)，耗費(fèi)大量的電能，尤其是有些地鐵、機(jī)場(chǎng)、中大型商場(chǎng)周期性很明顯。
(2)機(jī)械磨損大、使用壽命較短：由于以恒定的速度每天運(yùn)轉(zhuǎn)10多小時(shí)，使扶梯部件產(chǎn)生不必要的磨損及疲勞損傷，如扶手帶、梳齒板、梯級(jí)、鏈條、電機(jī)、減速箱等部件磨損大。一般這種自動(dòng)扶梯壽命在10年左右，超過此年限后主要部件磨損相當(dāng)嚴(yán)重需要更換新配件才能使用。
(3)故障率較高、導(dǎo)致使用成本高：由于普通自動(dòng)扶梯始終保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使得大量的易損件更換次數(shù)頻繁，需要大量的費(fèi)用；磨損加大且發(fā)熱量高也導(dǎo)致自動(dòng)扶梯故障率增加，進(jìn)一步造成用戶使用成本上升同時(shí)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(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式與國(guó)家提倡節(jié)能降耗，提高設(shè)備運(yùn)行效率的方針是很不協(xié)調(diào)的，這使得我們想辦法去解決上述缺陷，達(dá)到節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。然而，自動(dòng)扶梯又屬于特種設(shè)備，達(dá)到節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也要滿足國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，因此改造后的系統(tǒng)必須滿足：(1)啟動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，無抖動(dòng)。(2)無人乘梯時(shí)，保證扶梯自動(dòng)平穩(wěn)過渡到節(jié)能運(yùn)行。(3)應(yīng)能向乘客指明自動(dòng)扶梯是否可供使用及其運(yùn)行方向。(4)應(yīng)能使自動(dòng)啟動(dòng)的自動(dòng)扶梯經(jīng)過一段足夠的時(shí)間(至少為預(yù)期乘客輸送時(shí)間再加上10 s)才能自動(dòng)停止運(yùn)行。(5)如果使用者從預(yù)定運(yùn)行方向相反的方向進(jìn)入時(shí)，自動(dòng)扶梯仍應(yīng)按預(yù)先確定的方向啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間應(yīng)不少于10 s。(6)應(yīng)在使用者走到梳齒相交線之前啟動(dòng)運(yùn)行。(7)當(dāng)使用檢修控制裝置時(shí)，其他所有啟動(dòng)開關(guān)都應(yīng)不起作用即當(dāng)連接一個(gè)以上的檢修控制裝置時(shí)，或者都不起作用，或者需要同時(shí)都啟動(dòng)才能起作用。安全開關(guān)和安全電路應(yīng)仍起作用。
3 節(jié)能的方式
隨著科技進(jìn)步及許多外國(guó)先進(jìn)技術(shù)不斷的被引進(jìn)，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(dòng)控制運(yùn)行方式：在扶梯上下口處安裝光電傳感器，一旦傳感器檢測(cè)到有乘客進(jìn)入扶梯(距梳齒板13 m左右)，扶梯開始啟動(dòng)運(yùn)行，如乘客繼續(xù)進(jìn)入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運(yùn)行。如在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒再檢測(cè)到有乘客進(jìn)入扶梯或扶梯出口側(cè)傳感器檢測(cè)到最后一個(gè)乘客離開扶梯后，在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)也沒有檢測(cè)到有乘客進(jìn)入扶梯，則扶梯將自動(dòng)停梯。待有乘客進(jìn)入扶梯時(shí)，扶梯再投入運(yùn)行。
(2)Y—△運(yùn)行方式(ECO方式)：利用扶梯Y一△啟動(dòng)裝置在扶梯投入運(yùn)行后，當(dāng)扶梯處于空載或輕載時(shí)，控制系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)從△型運(yùn)行自動(dòng)切換到Y(jié)型運(yùn)行來節(jié)約能耗。當(dāng)扶梯負(fù)載增加后，扶梯再自動(dòng)轉(zhuǎn)成△型運(yùn)行。
(3)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的方法：同樣采用光電感應(yīng)的原理，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)。
(4)變頻運(yùn)行方式：在扶梯上增設(shè)變頻裝置，根據(jù)客流情況自動(dòng)調(diào)節(jié)扶梯的運(yùn)行速度。當(dāng)扶梯沒有乘客時(shí)，扶梯低速運(yùn)行；當(dāng)扶梯光電開關(guān)檢測(cè)到有乘客時(shí)扶梯開始加速，并達(dá)到額定運(yùn)行速度運(yùn)行：當(dāng)系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)未檢測(cè)到乘客時(shí)系統(tǒng)開始減速，并停留在低速運(yùn)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(yùn)行方式可以看出：①自動(dòng)控制運(yùn)行方式節(jié)能效果明顯控制方式簡(jiǎn)單可靠，所需費(fèi)用低廉；缺點(diǎn)是：第一、會(huì)造成扶梯頻繁啟停；第二、電梯在無人感應(yīng)后就停止運(yùn)行，乘客不知道電梯是否可以乘坐和電梯運(yùn)行的方向，不符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。②Y一△運(yùn)行方式有節(jié)能效果(理論上可節(jié)電30%左右)，但扶梯啟動(dòng)后，一直以額定速度連續(xù)運(yùn)行，增加了扶梯的耗損：在扶梯檢測(cè)重載和輕載上有些問題，當(dāng)扶梯輕載的時(shí)候，系統(tǒng)可能還是以慢速運(yùn)行，扶梯代步的基本功能就受到影響。③采用電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)，除了有不好識(shí)別方向缺陷外，對(duì)電網(wǎng)的干擾也很大。④變頻運(yùn)行方式節(jié)電效果突出(理論上可節(jié)電60%左右)，與自動(dòng)運(yùn)行方式相比沒有頻繁啟動(dòng)問題，扶梯磨損小，并且爬行速度運(yùn)行時(shí)可提示乘客乘梯方向。
4 改造的方案
變頻器已經(jīng)在國(guó)內(nèi)廣泛地運(yùn)用在生產(chǎn)生活，中高性能矢量變頻器能夠提供足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，且過載能力強(qiáng)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)精度高，在開環(huán)時(shí)速度誤差能達(dá)到<0.5%，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間短<10 ms：具有超強(qiáng)的過載能力，能保證在大負(fù)荷下也能實(shí)現(xiàn)安全強(qiáng)有力的運(yùn)行。經(jīng)過近幾年的工作實(shí)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(chǔ)上，加裝變頻器，光電開關(guān)，扶梯變頻運(yùn)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(yùn)行時(shí)通過變頻器啟動(dòng)，當(dāng)扶梯達(dá)到額定速度運(yùn)行后，如無乘客乘梯，扶梯由額定速度自動(dòng)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(cè)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(jìn)入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運(yùn)行。如在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)扶梯入口處的傳感器沒再檢測(cè)到有乘客進(jìn)入扶梯，則扶梯將自動(dòng)轉(zhuǎn)至爬行速度運(yùn)行。
(3)工作特點(diǎn)：①采用變頻調(diào)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(guān)系。②控制柜設(shè)計(jì)成可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。正常運(yùn)行時(shí)將控制柜放入機(jī)房?jī)?nèi)；維修時(shí)將控制柜移出到機(jī)房外。設(shè)計(jì)上已考慮到了散熱、移動(dòng)及接地問題。③變頻調(diào)速節(jié)能控制裝置對(duì)原系統(tǒng)的信號(hào)采用，采用繼電器取樣方式。④光電信號(hào)傳感器的安裝位置在扶梯入口盡量靠近外側(cè)，考慮盡可能不對(duì)自動(dòng)扶梯機(jī)械部分進(jìn)行加工，傳感器安裝要注意防護(hù)及做好合理的布線工藝，以確保運(yùn)行的可靠性。⑤運(yùn)行狀態(tài)：無人乘梯時(shí)扶梯以20%額定速度運(yùn)行，系統(tǒng)處于節(jié)能狀態(tài)；有人乘梯時(shí)扶梯自動(dòng)以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運(yùn)行；檢修時(shí)系統(tǒng)以50%額定速度點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。⑥貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)原扶梯系統(tǒng)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不符之處改造過程中必須改進(jìn)。
5 改造后優(yōu)點(diǎn)
自動(dòng)扶梯的變頻節(jié)能改造后優(yōu)點(diǎn)
(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(qiáng)、改造工作量小。
(2)節(jié)能明顯：無人乘梯時(shí)、保證扶梯自動(dòng)平穩(wěn)過渡到節(jié)能運(yùn)行，以20%額定速度運(yùn)行。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)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(jī)械系統(tǒng)當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)行時(shí)與慢速運(yùn)行時(shí)，其磨損程度是不一樣的。由于轉(zhuǎn)速下降，使機(jī)械部件的磨損明顯減少(如減少電
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