施耐德變頻器在緊急撤離控制系統中的運用

徐漢萍

（深圳中集天達空港設備有限公司，廣東深圳 518067）

0 引言

機電驅動式登機橋和混合驅動式登機橋的行走機構由水平驅動電動機、鏈輪傳動裝置、上橫梁、角度測量裝置、回轉支承、立軸、下橫梁、輪胎等組成，左右兩個水平驅動電動機由變頻器控制無級調速，通過鏈輪傳動裝置帶動車輪轉動，從而實現登機橋的伸縮和擺動運動。

有些國外客戶要求登機橋需要實現新的功能要求:“在正常動力發生故障時，為使已經登機完畢的飛機按時離開起飛，登機橋必須有一個自動短距離緊急撤離功能，使接機艙能在短時間內，離開飛機機身至合理距離（4～6 m）”。

登機橋原配有手動應急撤離功能，手動操作時，操作人員要離開操縱臺下到地面，需要2名操作人員在行走橫梁前松開2個電動機的剎車、按照電動機上的標牌圖示分別操作手搖把使兩電動機轉動，這種方法退橋速度比較慢，且當登機橋處于仰接飛機時，可能還需要拖車協助退橋，這種方式退橋的速度不能滿足“在較短的時間內完成緊急撤離”的要求，故需要尋找新的緊急撤橋方法。

登機橋左右行走電動機的功率各為55 kW，若采用電氣控制方法實現上述功能需要選用一個10～11 kW的三相UPS電源給登機橋行走電動機供電，價格高、體積大、質量重，不便登機橋的安裝使用。

通過對施耐德ATV71變頻器功能的研究，利用變頻器內部具有的撤離功能，只需要單相2～3 kW的UPS，即可實現登機橋在動力電源故障下的短距離緊急撤離功能，使實現該功能的成本大大降低，同時單相2～3 kW的UPS價格便宜、體積小、質量輕，適合登機橋安裝使用。

1 緊急撤離功能的原理分析

施耐德ATV71變頻器的“撤離功能”是專為電梯應用設計的，當電梯由于斷電而卡在二層樓之間時，必須在合理的時間內將電梯內的人員疏散。此功能需要與變頻器連接的緊急備用電源，該電源處于降壓狀態，僅容許變頻器在減速運行模式下降級運行，此時變頻器的功率仍能滿足載的要求［1］。

ATV71系列變頻器此項功能的作用是當供電系統出現問題時，可以由輔助電源（如UPS電源）給變頻器臨時供電，使用該撤離功能時，需要分配變頻器上的一個邏輯輸入端子控制撤離功能，當外部觸發信號使該定義的邏輯輸入端子“置1”后，變頻器得知由輔助電源供電，不用進入［欠壓］USF故障模式，變頻器就可重新啟動。由于電動機是恒功率的，變頻器重新啟動可以額定轉矩驅動電動機，但電動機速度將降低運行，其速度（RSP）的最高值受限于輔助電源的電壓，變頻器降壓后輸出的最大值頻率RSP計算公式如下:

最大值頻率RSP=（電動機額定頻率×輔助電源電壓）÷電動機額定電壓

當電動機的額定頻率為50 Hz，輔助UPS電源電壓為220 V，電動機額定電壓為380 V時，計算的變頻器在撤離功能下輸出的最大頻率為29 Hz，即當電動機參數一定的情況下，變頻器撤離功能輸出的最高頻率與輔助UPS電源的電壓有關，且成正比例關系。

應用變頻器的撤離功能時，為了避免設備損壞，需要特別注意以下事宜:

a）在正常電源供電時，控制變頻器撤離功能的邏輯輸入端子不能為1，所以為了避免電源短路，在正常電源或UPS應急電源給變頻器供電時，需要一個電源轉換的接觸器，即在任何情況下，只能由一路電源給變頻器供電，在UPS電源供電前正常電源供電必需斷開。

b）從UPS電源切換回正常電源供電時，變頻器上的撤離功能控制的邏輯輸入端子需要“置0”。

登機橋緊急撤離功能后退的距離，取決于UPS電源充電的狀態，一般電路設計UPS電源為浮充電狀態，保證緊急撤離功能在UPS充足電的狀態下進行，實橋試驗證明:緊急撤離后退的距離可到達8～10米的距離，超出了合同功能的要求。

2 登機橋緊急撤離功能的實現

登機橋的行走電動機為5.5 kW，其控制系統變頻器型號選用的是施耐德ATV71HU55N4Z 5.5 kW，電氣控制系統的PLC選用三菱FX2N系列。

2.1 硬件主電源線路

為了實現登機橋行走緊急撤離功能，硬件線路選用UPS電源容量為3kVA，、輸出電壓220 V，正常供電的主電源和應急電源切換的接觸器是選用施耐德的互鎖接觸器，該接觸器有4對觸點，且機械互鎖，2對常開觸點接入變頻器正常供電的動力回路中，2對常閉觸點接入UPS供電的單相回路中，這樣可保證二路電源不能同時接通，避免電源短路的發生。正常供電線路采用互鎖接觸器的常閉觸頭控制，UPS應急供電線路采用常開觸頭控制。

采用一個電源保護器DY來檢測正常電源的失電狀態，當正常電源失電時，電源保護器的DY1和DY2觸點動作，給PLC信號，PLC收到信號后經過邏輯判斷去控制互鎖接觸器KM2、KM3線圈，當接觸器檢測到正常動力失電時，首先切斷正常動力供電的回路，同時將變頻器的輸入電源自動接入到UPS應急供電的回路上，登機橋緊急撤離功能的主線路圖如圖1所示。

2.2 PLC軟件控制線路及軟件實現

登機橋的正常行走運動是通過面板上操作手柄控制的。手柄在推動向前、向后、向左、向右時，在各方向上有開關量信號和模擬量信號傳送給PLC，由PLC經過運算后給信號變頻器，實現行走速度的無極調速控制。

實現登機橋緊急撤離的功能，需在變頻器上設置邏輯端子:LI3（PLC-Y6）作為激活撤離功能、LI1（PLC-Y2）作為撤離工況下的前進命令、LI6（PLC-Y0）作為撤離工況下的后退指令，PLC控制變頻器邏輯端子的控制線路圖如圖2所示。

為了保護飛機的安全，登機橋的緊急撤離功能僅能實現登機橋向撤離飛機方向運動，不能向前運動，該功能又是特殊情況下使用的功能，為了安全起見，在面板上增加一個“緊急撤離”的操作按鈕SB1，該按鈕有保護罩保護，需要操作時打開保護罩。當電源保護器DY檢測到主電源回路失電時，觸點DY1、DY2發出信號給PLC，這時若要進行緊急撤離操作，操作人員需要按下面板上的緊急撤離按鈕SB1、同時將操作手柄后推，PLC經過邏輯運算后，使得互鎖轉化接觸器KM2和KM3得電，這時主線路由正常電源供電轉為UPS電源給變頻器供電;行走電動機剎車控制接觸器KM1得電，剎車松開;另外PLC還要使觸發變頻器“撤離功能”的邏輯輸入端子LI3置1、使橋后退的邏輯輸入端子LI6置1，這樣登機橋就會在UPS供電的情況下緊急撤離后退，安全撤離飛機。

正常情況下的緊急撤離功能按照上述的操作執行，若在登機橋接上飛機后，根據站坪的布置，輪架的接機角度（左轉角度80°以上）較大，登機橋的后退是沿著飛機的方向，實際并不能遠離飛機，這時可按住SB1按鈕，操作手柄右轉，使輪架角度減小，最好與橋身角度一致后（輪架角度為0），這時再操作手柄后退，撤離飛機。

在操作人員進行緊急撤離功能操作時，面板上的LCD界面將出現提示信息，報警喇叭會發出響聲，提醒登機橋在緊急撤離功能這種特殊的狀態下運行，其緊急撤離功能的PLC控制線路圖如圖3所示。

圖3 登機橋行走緊急撤離功能PLC控制線路圖

2.3 變頻器的參數設置

除了對變頻器正常運行的參數設置外，需要對變頻器的［撤離功能分配］、［撤離輸入電壓］、［撤離頻率］等參數進行設置，加上控制系統PLC的邏輯控制，可在登機橋中實現緊急撤離功能。

對撤離頻率的設置，根據登機橋的實際負載，經過實橋試驗后，撤離頻率設置為5～10 Hz即可滿足功能要求。

下面是實現緊急撤離功能變頻器的參數設置。

a）變頻器菜單—應用功能—撤離

撤離功能分配 —:— L13

撤離電壓 —:— 220 V

撤離頻率 —:— 10 Hz（—29 Hz）

b）變頻器菜單—故障管理

輸入電壓缺相 —輸入缺相—忽略報警

欠壓管理

電網電壓 —:—380 V

欠壓故障電壓 —:—190 V

c）變頻器菜單—輸入輸出設置—反轉:—L16

正傳 :—L11

3 結論

詳細闡述了登機橋行走系統緊急撤離功能實現的原理、系統組成、硬件線路和變頻器參數設置。

利用施耐德ATV71變頻器的“撤離功能”，采用單相UPS電源實現登機橋行走控制系統的緊急撤離的新方法，其系統特點:價格便宜、質量輕，使用維護方便，能在正常動力電源失電的情況下，使橋撤離飛機后退8～10 m的距離，實橋使用滿足功能要求，達到了理想的效果。

［1］Altivar 71異步電機變頻器編程手冊［M］.北京:施耐德（中國）內部技術資料，2009.

［2］王兆宇.施耐德變頻器原理及應用［M］.北京:機械工業出版社，2009.

［3］龔仲華，史建成，孫毅.三菱FX/Q系列PLC運用技術［M］.北京:北京郵電出版社，2006.

［4］謝劍英，微型計算機控制技術［M］.第3版，北京:國防工業出版社，2003.