1 引言

隨著近年來房地產行業的高速發展以及城市地鐵、高鐵建設快速推進，自動扶梯的使用率越來越高。因此如何采用高效節能的電梯控制技術，成為自動扶梯商家及其用戶十分關注的話題。

國家質檢總局統計顯示，截至2010年底，中國在用電梯總數達到162.8萬臺，并以每年20%左右的速度高速增長。每年新增的電梯數在30萬臺以上，占全球每年新增電梯總量的一半以上。目前，國內安裝的自動扶梯多采用單速交流電機作為主機，梯級額定速度大多為0.5m/s。這種扶梯即使在無乘客使用時仍以額定速度運行，具有耗能大、機械磨損嚴重、使用壽命短等缺點，對其進行改造勢在必行。

2 自動扶梯節能改造的常用控制方式

在不影響扶梯正常使用的前提下，我們對扶梯進行節能改造。自動扶梯節能改造后，控制器根據紅外傳感器產生的信號來控制自動扶梯的運行速度。在有人乘坐時，扶梯以工頻速率運行；當無人時，扶梯減至低速率或停止運行。同時，改造后自動扶梯應具備以下功能，當節電器出現故障時，扶梯能自動切換到工頻模式運行，確保扶梯正常運行。自動扶梯的電路改造外觀如圖1所示。

目前，對自動扶梯進行節能改造，常見有如下兩種控制方式：

一種方式為高速-低速運行方式。設置主頻率（低速）、多段速頻率（高速）兩種運行頻率；在電梯首尾處各安裝一對紅外傳感器開關，乘客通過電梯時，紅外傳感器開關被觸發并輸出開關信號至變頻器；有客流時，紅外傳感開關被觸發，變頻器立即加速到多段速頻率，并使電梯高速運行；電梯高速運行時，變頻器內置計時器開始計時，若在設定的時間段內再無乘客通過電梯，計時結束后變頻器將自動切換到主頻率，扶梯低速運行；若在計時器計時期間，有乘客重新觸發紅外傳感器開關，計時器將重新計時。對電梯上行和下行，外圍控制采用開關互鎖，保證扶梯系統的正常工作。為消耗扶梯下行或者制動過程產生的多余能量，需在變頻器上加裝制動電阻。

另一種方式為工頻-停止運行方式。設置主頻率（50hz）運行、停止兩種狀態。同樣在電梯首尾處各安裝一對紅外傳感器開關，乘客通過電梯時，紅外傳感器開關被觸發并輸出開關信號至變頻器；有客流時，紅外傳感器開關被觸發，變頻器立即加速到主頻率，并使電梯以工頻運行；電梯工頻運行時，變頻控制器內置計時器開始計時，若在給定的時間段內再無乘客通過電梯，計時結束后變頻器將自動停止，電梯不再運行，直到再一次檢測到紅外觸發信號；若在計時器計時期間，有乘客重新觸發紅外傳感器開關，計時器將重新計時。為消耗扶梯下行或者制動過程產生的多余能量，需在變頻控制器上加裝制動電阻。另外在扶梯上下兩端應加裝上下行標識，必要時，還應安裝語音提示系統。這種工頻-停止的控制方式節能效果十分顯著，因為在無人時扶梯已完全停止，基本不耗電。

3 自動扶梯改造方案

3.1扶梯的外部改造

這里以三菱自動扶梯和四方變頻器為例進行改造說明。客戶要求對扶梯進行改造后，不改變扶梯原有的安全檢測系統，保留扶梯原有的啟停控制方式，盡可能的保持原線路的完整性。針對客戶的要求，我們采用以下改造方案：

在扶梯上下兩端各裝一對立桿，此桿用來安裝固定紅外感應開關和扶梯上下行指示標識。另外在扶梯上端對桿上還要安裝一對鑰匙開關，一個是節電和市電模式切換開關，另一個是上行、停止、下行模式選擇開關（曳引機安裝在扶梯上端電井內，故開關就近選擇安裝）。當節電/市電切換開關選擇市電時，自動扶梯開、停、上下行方式與未改造前一致。當節電/市電開關選擇節電時，扶梯自帶啟動開關、上下行開關無效，此時扶梯運行方向由安裝在立桿上的上行/停止/下行開關來選擇控制。扶梯由紅處感應開關啟動。當有人走上扶梯時，首先會觸發紅外傳感器開關。當系統檢測到紅外傳感器開關信號時，電梯就會被啟動，并開始計時。在計時期間，如果有第二個人走上扶梯，系統會重新計時，直到設定時間結束，電梯便會自動停機。這樣實現了“人來自啟，人去自停”的運行模式，使扶梯顯得更加人性化。

還有很重要的一點必須指出，在安裝對桿時，電梯無論是上行還是下行，上下兩端都必須安裝紅外傳感器開關。因為當有一端沒有安裝對桿時，客人走上扶梯，扶梯也不會啟動；如果客人選擇錯誤方向時，扶梯因沒有檢測到紅外傳感器開關信號而不會啟動，此時如果有人從相反方向走上扶梯，扶梯就會被觸發啟動，導致讓錯誤方向先行的客人摔跤。當兩端都安裝對桿時，即使客人走錯了方向，扶梯會反向運行，提醒客人逆行了，很大程度上保證客人的安全。如果此時安裝了語音提示系統，在紅外傳感器開關被觸發的同時語音會提醒客人行錯了方向。

3.2自動扶梯的電路改造

（1）自動扶梯的關鍵控制元件是電機（曳引機），我們改造也從電機開始。圖2是扶梯的主回路改造圖。圖2中接觸器80為運行接觸器，接觸器1，2為電機正反轉切換接觸器，當接觸器1動作時電機正轉，接觸器2動作時電機反轉，對應的電梯就上下運行。為了保留電機的原有控制方式，我們將變頻器串接在正反轉接觸器前端，這樣做的目的也是為了不讓電機因轉向問題而使系統報錯保護而停止。改造電路中還有旁路回路，這樣設計的目的是為了防止變頻器出現故障時，電梯能正常恢復工作。其中，接觸器1km與接觸器2km互鎖，旁路投入時，接觸器2km一定要斷開，這樣控制的目的是為了保護變頻器。p+，pb兩端子串接制動電阻消耗電梯下行時產生的多余的能量。

（2）控制回路的改造。扶梯的大部分保護電路都在控制回路。如果在改造中去掉了原有的部分保護電路或者改動了原有保護方式，都會影響扶梯的正常工作，甚至造成扶梯報故障。考慮到該因素，在改造過程中，不能改變原有保護電路，僅僅選擇了兩個點進行改造，如圖3所示。

圖3中，80為串接安全回路后的控制線路，只要有安全開關動作時，此回路為斷開狀態。只有故障排除，開關復位，此回路才恢復為閉合狀態。扶梯上下行啟動都是通過鑰匙控制，當鑰匙旋至上行位置停留3秒然后松手，電梯便啟動了。在這3秒鐘，電梯從停止到運行，完成檢測和啟動過程。u/s是速度控制器，當檢測到一定速度就會動作，電梯啟動時就是通過此控制器的輔助觸點實現了自保持。在改造回路時，為了實現以上功能，我們設計了一個模擬電路來替代旋轉鑰匙的動作。在改造點1（up）與80，改造點2（dn）與80之間并聯一個回路（圖二中虛線框內回路），取代原鑰匙開關。當需要上行時，先將上下行選擇開關旋至上行位置，當有紅外傳感器開關信號時，開關k1就會閉合，延時3秒后斷開，這就完成了一個上行旋轉鑰匙的模擬動作。下行同理。整個啟動過程不影響原系統的各種安全檢測。

（3）扶梯安裝改造的外圍控制電路（如圖4所示）。

圖4的左圖主要是實現節電模式與旁路模式的切換功能；右圖主要是紅外傳感器開關電路。在處理紅外傳感器開關信號時，我們用中間繼電器進行了防干擾處理。紅外傳感器開關在被觸發后，輸出的是開關信號，如果直接傳送給控制器易產生干擾信號導致扶梯誤動作（從紅外傳感器開關觸發點到控制器距離比較遠，而且在途中線路復雜）。因此，將開關信號轉化為控制中間繼電器，在終端再轉化為開關量信號，很大程度上降低了干擾對扶梯的影響。

（4）變頻器控制設置

變頻器控制回路如圖1所示，初始設置如附表所示。

當有紅外傳感器開關輸入信號時端子x1、oc1、cm與fwd組成三線模式，當f6.0設定的內部定時器定時時間到時，oc1輸出0.5s的斷開信號，變頻器停止運行。當有人再次觸發紅外傳感器開關信號時，變頻器又被啟動。當在設置的時間內，紅外傳感器開關信號再次被觸發時，定時器重新計時，保證乘坐扶梯的人能到達目的地，只到無人時扶梯停止。扶梯從一端到另一端的時間通常為40秒左右，這里我們設定為40秒，此參數可根據現場實際情況來設定。

4 自動扶梯改造實例

深圳市五洲賓館共有六臺自動扶梯。a座樓有四臺（1#，2#，3#，4#），b座有二臺（5#，6#）。我們對六臺扶梯都進行節能改造。節能控制方式均采用“人來自啟，人去自停”，節能效果明顯。扶梯進行節能改造后，有很多優點，收到了廣泛的社會效應。

5 結束語

自動扶梯進行紅外傳感器和變頻器節能改造后，由于電機低速或者停止，使扶梯機械部件的磨損大大下降和扶梯維護費用減少。用電環境得到了凈化，降低了噪音。還可以大幅度降低電機的溫升，使電機的工作更加安全可靠。

變頻技術的采用，大大降低了扶梯啟動時對電網的沖擊，每次啟動時，變頻器可充當軟啟動器。變頻器的使用可有效改善電網的功率因數，降低無功損耗。

節能改造過程中采用了旁路功能，確保節能系統故障時不影響扶梯的正常使用。改造中未改變自動扶梯原系統的安全條件，變頻器投入后使得改造后的扶梯系統更安全、更可靠。