基于PLR的工業升降梯變頻改造

2012-08-26 08:05:30王彩霞

制造業自動化 2012年1期

關鍵詞：變頻器檢測

王彩霞

WANG Cai-xia

（廣西工業職業技術學院，南寧 530001）

0 引言

傳統的自動扶梯都是定速運行的，在節省增效的大背景下，新型扶梯在出廠時有些己經設置有變頻器，而現有扶梯也有一部份進行了節能改造，根據使用的控制器和能量回饋方式的不同產生了不同的方案，本文討論的是使用PLR做控制器、變頻器旁路的回饋方案。

1 扶梯節能原理

變頻扶梯在載客時全速運行，空載時減速運行，扶梯的功率需求P=FV，F是運行阻力，V是扶梯的運行速度，因為運行速度降低，空載時的功率將會減少，這就是變頻扶梯能夠節能的基本原理。

2 節能改造方案

2.1 扶梯的電氣原理

扶梯由主電機的鏈輪帶動鏈條運行，扶梯的一個臺階稱為一個梯級，梯級由鏈條帶動，扶梯的運行速度一般為0.5m/s，扶梯主回路可以抽像為互鎖的正反轉電路，通過上行接觸器和下行接觸器來控制扶梯的運行方向。

2.2 工作時序

變頻扶梯的工作時序采用“快慢”方案。基本的原則是，有人時高速，高速狀態下一段時間內無人時轉入低速，低速狀態下有人進入時轉高速運行。

“快慢停”。有人時高速，高速狀態下一段時間內無人時轉入低速，低速狀態下一段時間內還是無人則停機，低速或停機狀態下有人進入時轉高速運行。

圖1 工作時序示意圖

2.3 方案介紹

自動扶梯節能方案大致如下。在電梯的兩端安裝紅外傳感器用于感知乘客，扶梯在無人乘坐時低速運行，乘客進入扶梯時開始全速運行，乘客離開扶梯后延時一段時間，扶梯轉為低速運行。低速15～20Hz，全速為工頻的50Hz。

圖2 節能方案示意圖

改造的基本要求：保留原來的工頻方式，增加變頻方式，兩種方式的切換用一個轉換開關來實現，目的是在變頻器檢修時能減少停機時間。

主回路增加兩個接觸器用于工頻/變頻方式的切換，變頻器的正反轉從原來的正反轉接觸器取信號，設高速和低速兩檔，由端子給定。扶梯電控箱一般放在扶梯桁架上平行段的下部。

3 設計和實施

3.1 人員檢測開關的選擇

系統設計的關鍵是人員檢測開關的選擇，一般來說可選擇的開關有觸點踏板、微波開關和紅外光電開關，觸點踏板施工時不方便，而微波開關成本較高，現在使用較多的是漫反射型紅外光電開關。

漫反射式光電開關工作原理：它是一種集發射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，物體將光電開關發射器發射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。

漫反射式光電開關的特點：

非接觸式檢測：檢測是無接觸式的，所以不會損傷檢測物體，也不受檢測物體的影響。

不受材質的影響：由于是采用對檢測對象的表面進行反射及光透過方式，可以對金屬、玻璃、塑料、木制物體、液體等各種物質進行檢測。

響應速度快：由于無機械運動，所以能對高速運動的物體進行檢測，響應時間為毫秒級，作為檢測開關使用時可以達到很小的延時。

3.2 回饋能量的處理

電梯下行時電機處于發電狀態，電機發出的電能聚集在變頻器直流回路中，引起直流母線電壓升高，如果不釋放這些能量，變頻器的保護回路會起動跳閘，使變頻器停機。

處理電機回饋至直流母線的電能有三種方法。

全變頻方案：在直流母線加裝制動電阻，采用能耗制動的方法消耗回饋能量。

旁路變頻方案：將電機直接與電網連接，能量直接回饋至電網，同時切除變頻器。

逆變回饋方案：用回饋單元把直流母線中的電能逆變成交流電后送回電網。由于需要加裝逆變單元，成本比較高。

三種方案中旁路變頻成本最低，節能效果與逆變回饋相當，是目前應用最多的方案。旁路變頻方案在扶梯上行時全變頻運行，扶梯下行且全速運行時工頻運行，扶梯下行的其它時段變頻低速運行。

綜合比較后，旁路變頻的經濟效益最好，我們決定采用旁路變頻方案。

3.3 控制器的選擇

在以往的改造方案中使用最多的控制器是PLC，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器。早期的PLC主要用來代替繼電器實現邏輯控制，隨著技術的發展，這種采用微型計算機技術的工業控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，隨著功能的增加，價格也相應的提高。

現在市場上出現了一種比PLC更簡單的控制器PLR，Programmable Logic Relay，可編程邏輯繼電器，在國內俗稱萬控器，PLR又回歸到早期PLC的道路上來，功能有所縮減，運算速度也降低了，價格比PLC更便宜，相當于簡化版的PLC。PLR保留了PLC與邏輯控制有關的大部份功能，正如其名稱所說，是一臺智能的繼電器。PLR在代替傳統繼電器系統時功能與PLC相當，但性價比更好。市場上比較有名的PLR有西門子的LOGO系列，羅克韋爾的PICO系列。

本次設計采用臺灣東元電機的SG2系列PLR，產品主要特點如下。

1）機種齊全：10/12/20點交、直流主機，模擬量輸入、繼電器或晶體管輸出皆可選擇。

2）I/O 點數最大可擴充達44點。繼電器輸出電流容量最高可達8A，晶體管輸出電流達0.5A。

3）中文液晶顯示屏和操作按鍵，方便調試和檢修。

4）可選擇梯形圖命令(Ladder)或功能塊(FBD)編輯模式。

5）主機內建MODBUS（RTU格式）通訊接口。便于設備聯網，實現遠程監控。

選擇SG2微型控制器在保證功能和可靠性的前提下可以進一步降低成本，具體型號選擇如下。

型號：SG2-12HR-D，DI：6，DO：4（relay），POWER：DC24V

3.4 變頻器的選擇

變頻器選用深圳英威騰電氣的CHE100系列開環矢量型變頻器，可以使用開環矢量控制方式，開環矢量控制可以提供比傳統的V/F方式更好的靜態調速精度、更大的低頻出力，相比閉環矢量來說，開環矢量不需要給電機加裝測速編碼器，因而使用起來更方便。CHE100還內置MODBUSRTU通信接口，為將來系統升級，實現遠程監控提供了基礎。