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摘要：自动扶梯在商业体的应用价值很大，并且能够极大地方便人们的生活。传统的自动扶梯在使用中不符合绿色发展的要求，也会造成企业的成本上升，这就要求要对自动扶梯电气控制系统进行优化设计，从而保证电动扶梯良好的控制性能。本文通过对自动扶梯电气控制系统设计进行研究，希望为设计人员提供一些参考意见，进而实现我国自动扶梯行业的可持续发展。
关键词：自动扶梯；PLC；变频器；节能；组态王
自动扶梯在一些大型商场、地铁等场所都能运用到，并且在应用中发挥着十分重要的作用。商场对自动扶梯的应用时间较多，一般情况下使用率能达到60%。但是传统的自动扶梯在应用中电能损耗较大，并且客流量较少，在运行中会存在机械部件的磨损等情况。因此就要不断优化自动扶梯电气控制系统，保证自动扶梯的设计能够满足人们的实际需求。因此对自动扶梯电气控制系统设计进行研究具有重要意义。
1自动扶梯节能运行原理
1.1在刚启动自动扶梯时，扶梯会在额定速度下运行，但在一段时间后，当扶梯上没有人时，扶梯就会自动进行切换，将速调整为额定速度的1/5，在变频器参数中对节能数据进行调整。
1.2当自动扶梯运行过程中，当光电装置检测到扶梯上有乘客时，这时PLC定时器就会运行，并将数据自动清零进行计算。在扶梯高速运行过程中，在20s内使用的人数在8个人以内，这时就说明人流量不是很大，这时自动扶梯就会自动调速，这时速度会达到额定速度的4/5。当在20s内人数在8人或者8人以上时，自动扶梯就会监测到人数，并进行额定运行。
1.3当扶梯在中速运行过程中，当光电装置检测过程中发现20s内扶梯上的人数为8人或者8人以上时，自动扶梯就会进行高速运行。当检测到人数20s内的人数为8人时，自动扶梯则可进行中速运行。当检测到电梯在运行过程中没有人使用时，就会切换到节能模式。
1.4自动电梯为节能模式时，当在20s以内使用自动扶梯的人数在8人以内时，自动扶梯会进行中速运行。当20s内的人数在8人以上时，自动扶梯就会在以额定速度运行。当自动扶梯上没有人时，就会进入到节能模式。自动扶梯在节能模式下运行速度较慢，对自动扶梯的磨损程度较小，这样就能增加电梯的使用年限。没有人的情况下实行节能模式，这样就能够有效节约能力，同时也不会耽误客人的时间。自动扶梯电气控制系统的电动机为变频驱动电动机，这样在提升乘客舒适度的情况下，能够减少无功损耗。这是因为当自动扶梯在无人状态下，会逐渐趋于停止状态，这样可以节约电能30%至50%左右。如扶梯电机额定电压是380V时，频率原来是50Hz，若换用变频器控制，实现自动停止，频率可变为原来的40%，每天节约电量为20KWh左右。
2自动扶梯系统设计
2.1PLC的选择
在PLC的选择时要根据自动扶梯系统设计的实际情况进行，一般情况下PLC的输入信号有上行与下行输入信号、急停输入信号、上行光电与下行开关输入信号等；PLC的输出信号有低、中、高速输出信号、检修输出信号、上行工频输出信号等。PLC需要的I/O点数达到21个，同时也要为PLC的I/O点数留足一定的空间，可以选择西门子S7-200CPU224，这时输入与输出的总数就会提高，达到24个，输出与输入的点数分别为14与10个，这时就能满足自动扶梯系统设计的要求。在变频器控制时，方向和基极封锁用点对点方式，速度控制可以采用点对点或者通信方式实现，其中通信方式的优点是节省plc输出点，而点对点的方式更为可靠。
2.2变频器的选择
一般情况下变频器选择MM440系列，该系列的变频器便于安装，并且在调试过程中较为简单，且属于模块化设计，具有灵活的配置功能。由于该变频器在应用中脉宽调制的频率高，产生的噪音较低。在快速电流的限制功能下，能够防止自动电梯运行过程中出现的跳闸情况，在变频器过热保护、电压/欠电压保护下，自动扶梯在驱动控制下，三相交流异步电动机是十分可观的[1]。在控制中，变频器采用矢量控制方法，这一方法为闭环控制，速度控制精度更高，性能更好，可单独实施短距控制。在自动扶梯中，采用MM440变频器控制，若恒速时功率为50Hz，此时电机转速为1500转/min，慢速行驶时，功率是20Hz，电子转速为600转/min。若额定电压是380V，频率是50Hz，电机电压为152V，电机耗费电功率与恒速运动的扶梯比降低60%。
2.3自动扶梯主电路设计
自动扶梯具有变频调速的特征，在设计中主电路一般为：电路的通断要通过刀开关QS进行控制，并且对变频器输入电流重高次谐波进行抑制时，是在电抗器L的帮助下实现的，这样就能将不良影响降到最低[2]。在对变频器过电流进行保护时，要通过熔断器FU实现。为防止3个或者2个接触器同时合闭而出现高压造成变频器被击坏的现象，就要在PLC输入端进行合理控制，三相开关的选择能有效规避此类问题的发生。当对扶梯的运行方向设定好之后，将刀开关QS合上，将三相开关CIS拨向变频输出后，就要在第一个线圈中得电，第一个接触器主触点闭合，这时自动扶梯进行会对运行方向进行自动切换。当自动扶梯在运行过程中发生故障后，为保证电梯的稳定运行，就要将三相开关CIS拨向上行工频输出，这时第一个线圈失电，第二个线圈得电，第一个接触器接触点断开，第二个闭合。在这个过程中技术人员要要对故障进行及时的排除与维护，保证变频系统能够正常工作。
2.4自动扶梯控制电路设计
如图为控制电路图：
控制电路图
在图中，I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I0.8、I0.9、I1.0、Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q0.8、Q0.9分别为：上行按钮、下行按钮、急停按钮、抱闸按钮、上行光电输入信号、下行光电输入信号、上行检修按钮、下行检修按钮、变频、上行工频、下行工频、节能输出、中速输出、全速输出、检修输出、上行、下行、抱闸、变频、上行工频、下行工频。
2.5变频器参数设置
为保证脖子痛扶梯能够实现节能功能，就要对MM440变频器中的参数进行合理设置，具体参数如下所示：
P0004，设置值为7，功能描述为命令和数字I/O；P0700，设置值为2，功能描述为命令源由端子排输入；P1001，设置值为10，功能描述为设置固定频率1；P1002，设置值为40，功能描述为设置固定频率2；P1003，设置值为50，功能描述为设置固定频率3；P1004，设置值为25，功能描述为设置固定频率4。
自动扶梯在节能状态下，运行速度为额定速度的1/5，这时运行速度慢，节能效果较好。在检修过程中，速度为额定速度的1/2，这时能够方便技术人员对扶梯的整体结构进行观察。在中速情况下，速度为额定速度的4/5，与额定速度相差并不大，乘客在自动扶梯上不会感觉到不适。
3故障检测
第一，短路故障检测方法：电源间短路，对电源线的熔断器进行检查，查看其是否存在烧毁现象。局部短路短路，一般是由开关造成的，这时只要保持熔断器的完好就可以；第二，断路故障的检测方法：一般是由接触不良、元件损坏等问题造成的，因此就要通过发生故障的全部元件进行检查，不断缩小范围，直至找到故障。同时也可以利用万用表进行检查，对电压、电阻档进行测量，查看其是否存在断路问题。
4控制及监控平台
在Windows图形功能的应用下，组态软件的外观更加美观，并且在操作人员操作时能够直接进入到开发状态，这样就能有效节约时间[3]。在该系统中，自动扶梯的上位机平台为组态王。在资源管理中，组态王提供良好的管理操作界面，并且实现对走动扶梯运行过程的有效监控与远程操作。同时在该系统中，首先就要建立组态王与PLC通信。对端口号、波特率等进行设置。其次也要对自动扶梯的监控画面进行监控，并通过PLC输出寄存器的状态来对自动扶梯的运行情况进行监控。在监控扶梯运行状态时，需借助大数据监控分析系统来对各重要部件与整机实施全生命周期管理，如变频器设定范围为0.0%~300.0%（电机额定电流），软件过流检测延迟时间为i0.01~600.00s。
5结语
自动扶梯电气控制系统的优化设计，能够不断提高自动扶梯运行的可靠性与安全性，同时也能起到良好的节能效果。造自动扶梯电气控制系统设计过程中，要合理现在PLC与变频器，在此基础上要合理设置变频器参数，建立起控制及监控平台，这样才能保证自动扶梯系统的节能效果与安全性，进而提升自动扶梯行业的与商场的经济效益，实现我国自动扶梯行业的可持续发展。
参考文献
[1]周秀珍.自动扶梯控制系统的安全性方案研究——以武汉市自动扶梯为例[J].黄冈职业技术学院学报,2017(2):105-107.
[2]鲍琳琳.基于Zigbee技术的自动扶梯同步率无线测试系统研究[J].机电产品开发与创新,2017,30(4):141-142.
[3]倪庆文,许洪华.基于LabVIEW和Wifi的扶梯监测通信系统设计[J].电子设计工程,2018,v.26；No.386(12):79-83.
论文作者:李淼
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/16
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