1 引言
    随着经济的发展和科技的进步，自动扶梯的应用越来越多，目前中国的扶梯保有量已经超过100 万台。
    扶梯系统在给人们带来方便和快键的同时也消耗着大量电能。随着节能减排的推进，扶梯节能势在必行。
    2008 年10 月1 日由国务院颁布的《公共机构节能条例》正式实施，更是以法律的形式引导着扶梯节能的发展趋势。
    自动扶梯大量应用在商场、机场、地铁等公共场合，开启后就以额定梯速运行，无人乘梯时，扶梯照样高速运行，大量消耗电能并磨损电梯的机械部件。如果能在无人乘梯时降低扶梯的运行速度，甚至停止扶梯运行，就可以能节约电能，并减少电梯机械部件的磨损，提高电梯的使用寿命。

2 现有扶梯系统分析
2.1 非节能扶梯系统
    目前保有的扶梯绝大部分应用为非节能扶梯控制系统。采用PLC 或者专用控制板作为扶梯控制系统的核心，控制系统接收到启动信号后，控制相应接触器动作，电网驱动扶梯上行或者下行。这些系统都具有扶梯保护逻辑、加油和蜂鸣等功能。非节能扶梯只能控制扶梯以额定梯速运行或者扶梯停梯。

2.2 Y-△降压启动节能扶梯系统
这种方案，无人乘梯时，断开接触器，电机断电，扶梯停止；有人乘梯时，扶梯Y-△降压启动，快速运行。这种系统可以达到节约能源的目的，但是频繁启停，虽然以Y-△降压启动，但启动时还是会对扶梯电网带来不小的冲击。因此，这种方案应用很少。

2.3 带通用变频器的节能扶梯系统变频器具备调速功能，可以实现电机的软启动，并且可以根据需求使得扶梯运行在不同速度。但是通用变频器本身没有扶梯控制的相关逻辑，需要和其他控制器一起使用，由其他控制器来完成扶梯控制逻辑，
接收上、下光电信号，输出快速或者慢速运行命令给变频器，变频器驱动扶梯快速或者慢速运行。由于一直是变频运行，电梯下行时发电运行，这时变频器需要配置制动电阻。这类系统，虽然可以实现软启动、并能实现低速节能，但是系统构成复杂，成本较高。

3 HD5E 技术特点
    HD5E 扶梯专用驱动控制器运用先进的客户化设计理念，专注扶梯行业需求，将先进的电机控制技术与扶梯控制逻辑完美结合。产品具有多种扶梯运行模式，优秀的旁路变频技术，完善的扶梯控制逻辑和扶梯故障保护，可满足各类扶梯改造和新梯应用。
3.1 多种扶梯运行模式
（1）旁路变频运行模式
    有人乘梯时，驱动控制器控制扶梯加速运行到工频后，扶梯由变频驱动切换到工频驱动；无人乘梯时，扶梯由变频驱动，低速运行。
（2）全变频运行模式
    是否有人乘梯，扶梯始终处于变频驱动运行，有人乘梯时高速运行，无人乘梯时低速节能运行。
（3）工频Y-△运行模式
    扶梯采用Y-△降压启动，减少对扶梯及电网的冲击，启动完成后扶梯由工频驱动运行。当变频输出异常时，扶梯系统可以运行在工频Y-△运行模式，一套系统提供了2 种选择。
（4）检修运行
    检修运行分为变频检修和工频Y-△检修，分别在变频状态和工频状态在检查扶梯系统输入、输出信号及运行状态。

3.2 优秀的旁路变频技术
    扶梯由变频切换到工频时，优秀的相位锁定技术使得切换时冲击电流小，扶梯无抖动。
    扶梯由工频切换到变频时，超平滑转速跟踪技术，实现无冲击启动。

3.3 三种节能运行模式
    HD5E 提供了无人乘梯低速运行、无人乘梯先低速运行后停止运行和无人乘梯停止运行三种不同的节能运行模式，并且提供了正向快车时间、慢车运行时间、快车运行频率和慢车运行频率等可供用户自己设置的功能参数，能灵活的满足不同应用场合的节能需求。

3.4 完善的扶梯故障保护
    HD5E 除了具备变频器的各种保护功能外，还为扶梯系统提供安全回路断开保护、防逆转保护、驱动链条断链保护、电机测速保护、扶手带测速保护、上下梯级遗失保护、触点粘连保护、接触器触点反馈断开保护、火警保护等完善的扶梯故障保护逻辑，完全满足行业规范和国家相关技术要求，保障扶梯安全可靠运行。

4 HD5E 应用案例
4.1 HD5E 节能改造应用案例
    在改造应用上，首先需要仔细分析原来系统的构成，目前市面上普遍是以PLC 为核心构成的扶梯控制系统或者专用控制板为核心构成的扶梯系统。改造的时候，用户一般要求不能对原系统做大的改动，以最小的改动完成扶梯节能改造是许多改造场合的要求。
    在这种改造场合，我们选择全变频运行模式的改造方案。
    系统构成示意图如下：

以上方案，只需要从原来的系统中引出上行命令、下行命令和停机命令三个信号，扶梯的保护逻辑仍然由原来系统完成，但原来系统的主电不输出给电机，电机由HD5E 变频驱动。增加的上部光电和下部光电信号分别安装在扶梯的上、下入口处，用来检测是否有人乘梯。有人乘梯时，HD5E 驱动扶梯高速运行；

    无人乘梯时，HD5E 驱动扶梯低速节能运行或者停止运行。
    这种方案可以简单的实现扶梯的节能改造。由于是全变频运行，扶梯载人下行时，能量回馈到HD5E，一般需要配置制动电阻，用来泄放回馈的能量，防止HD5E 出现过压故障。另外需要注意的是，原来系统一般设置有测速保护，而原来系统测速保护的基准是额定梯速，当扶梯低速运行的时候原系统会报测速保护故障，这时需要屏蔽原系统的测速保护，然后将测速信号输入到HD5E 中，由HD5E 实现测速保护，HD5E提供了完善的各类测速保护，完全可以保护扶梯可能出现的速度异常。

4.2 HD5E 新梯应用案例
    在新梯应用中，可以充分发挥HD5E 先进的电机控制性能和完美的扶梯控制逻辑。HD5E 既可以完成扶梯控制逻辑又能完成对电机的变频调速，用HD5E 构成的扶梯控制系统，不再需要其他的控制器件，高度的集成提高了系统的可靠性和可维护性。
    在新梯应用中，采用旁路变频运行模式，同时配备Y 接触器和△接触器作为备用，当变频输出异常时，可以切换到工频Y-△运行模式，提高扶梯系统运行的可靠性。

其中：KM1 为变频输出接触器；KM2a 电网上行接触器；KM2b 为电网下行接触器；KM3a 为Y 接触器；KM3b 为△接触器。

采用HD5E 扶梯专用驱动控制器构成的扶梯控制系统有以下优点
（1）实现电机的变频调速，节约了能源，减少了扶梯的冲击和磨损，提高了扶梯使用寿命。
（2）采用旁路变频技术，减少了HD5E 变频输出工作的时间，增加了HD5E 的使用寿命；由于HD5E只是在启动和低速的时候变频输出，因此可以降档使用，节约系统成本；高速时切换到工频运行，因此不需要配置制动电阻，节省了控制柜空间并减少了发热。
（3）将先进的电机控制技术和完善的扶梯控制逻辑集成在一起，简化了系统的构成，提高了系统的可靠性和可维护性。
（4）提供了工频Y-△运行模式作为系统的备份，变频输出异常时，扶梯可以由工频驱动，进一步提高了扶梯系统的可靠性。
（5）多种节能模式和灵活的功能参数设置，满足不同应用的需求。

4.3 HD5E 节能分析
功率P 计算公式如下：


其中，U 为线电压，I 为相电流，Cosj 为功率因素。以一台7.5Kw 电机驱动的扶梯为例，扶梯空载50Hz 高速运行时，输出线电压380V，输出相电流8A，电机轻载时功率因素较低，假设为0.5，此时功率P计算如下。


扶梯空载10Hz 低速运行时，输出线电压约80V，输出相电流8A，低速运行时电机功率因素稍有上升，假设为0.7，此时功率P 计算如下。


    与50Hz 运行相比较，10Hz 低速运行时，每小时可以节约电能近2Kwh，以每天低速运行5 小时计算，则一天可以节约电能10Kwh。扶梯还可以运行在无人乘梯先低速运行后停止运行模式，停止运行时能节约更多的电能。以上推算，说明了HD5E 在节能方面的巨大优势。当然不同的应用场合，节能效果会有差别，主要和扶梯空载时电机电流和电机功率因素有关。

5 结语
    实践证明HD5E 扶梯专用驱动控制器无论是在旧梯改造场合还是在新梯应用场合，都以其优异的性能，丰富灵活的功能，可靠稳定的表现赢得了客户的认可。HD5E 必将为扶梯系统的升级，为节能减排的推进
做出应有的贡献。

文章转自《控制与传动》 2012年第一期