淺談自動扶梯的節能改造
1 原電路技術缺陷
自動扶梯是公共場所運送乘客的典型設備，已經越來越多在商場、機場、碼頭、地鐵、賓館等場所廣泛地運用。但目前國內常規的自動扶梯由於技術和資金的原因，大多是採用由電源供電，直接啟動的工作方式每日在開始營業時就啟動，以恆定的速度運行直到下班或到規定的時間才停梯，使用率普遍比較低下。總結起來普通自動扶梯有以下缺陷。
(1)耗能大：由於採用直接啟動的方式，普通自動扶梯一般每天運轉10多小時，不管有無乘客搭乘，始終保持高速運轉，耗費大量的電能，尤其是有些地鐵、機場、中大型商場周期性很明顯。
(2)機械磨損大、使用壽命較短：由於以恆定的速度每天運轉10多小時，使扶梯部件產生不必要的磨損及疲勞損傷，如扶手帶、梳齒板、梯級、鏈條、電機、減速箱等部件磨損大。一般這種自動扶梯壽命在10年左右，超過此年限後主要部件磨損相當嚴重需要更換新配件才能使用。
(3)故障率較高、導致使用成本高：由於普通自動扶梯始終保持高速運轉，使得大量的易損件更換次數頻繁，需要大量的費用；磨損加大且發熱量高也導致自動扶梯故障率增加，進一步造成用戶使用成本上升同時也增加扶梯的維修量而影響正常使用。
2 改造要求
這種既不合理也不經濟的運行方式與國家提倡節能降耗，提高設備運行效率的方針是很不協調的，這使得我們想辦法去解決上述缺陷，達到節約成本，提高經濟效益的目的。然而，自動扶梯又屬於特種設備，達到節能經濟效益的同時也要滿足國家強制標準，因此改造后的系統必須滿足：(1)啟動運行平穩，無抖動。(2)無人乘梯時，保證扶梯自動平穩過渡到節能運行。(3)應能向乘客指明自動扶梯是否可供使用及其運行方向。(4)應能使自動啟動的自動扶梯經過一段足夠的時間(至少為預期乘客輸送時間再加上10 s)才能自動停止運行。(5)如果使用者從預定運行方向相反的方向進入時，自動扶梯仍應按預先確定的方向啟動運行時間應不少於10 s。(6)應在使用者走到梳齒相交線之前啟動運行。(7)當使用檢修控制裝置時，其他所有啟動開關都應不起作用即當連接一個以上的檢修控制裝置時，或者都不起作用，或者需要同時都啟動才能起作用。安全開關和安全電路應仍起作用。
3 節能的方式
隨著科技進步及許多外國先進技術不斷的被引進，扶梯節能的方式演變到現在基本上有以下4種
(1)自動控制運行方式：在扶梯上下口處安裝光電感測器，一旦感測器檢測到有乘客進入扶梯(距梳齒板13 m左右)，扶梯開始啟動運行，如乘客繼續進入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運行。如在預先設定的時間內沒再檢測到有乘客進入扶梯或扶梯出口側感測器檢測到最後一個乘客離開扶梯后，在預先設定的時間內也沒有檢測到有乘客進入扶梯，則扶梯將自動停梯。待有乘客進入扶梯時，扶梯再投入運行。
(2)Y—△運行方式(ECO方式)：利用扶梯Y一△啟動裝置在扶梯投入運行后，當扶梯處於空載或輕載時，控制系統將驅動電機從△型運行自動切換到Y型運行來節約能耗。當扶梯負載增加后，扶梯再自動轉成△型運行。
(3)電動機軟啟動的方法：同樣採用光電感應的原理，對電動機進行軟啟動。
(4)變頻運行方式：在扶梯上增設變頻裝置，根據客流情況自動調節扶梯的運行速度。當扶梯沒有乘客時，扶梯低速運行；當扶梯光電開關檢測到有乘客時扶梯開始加速，並達到額定運行速度運行：當系統在一定時間內未檢測到乘客時系統開始減速，並停留在低速運行狀態，直到再次有乘客需求為止。
我們按照系統必須滿足的要求來比較幾種節能運行方式可以看出：①自動控制運行方式節能效果明顯控制方式簡單可靠，所需費用低廉；缺點是：第一、會造成扶梯頻繁啟停；第二、電梯在無人感應后就停止運行，乘客不知道電梯是否可以乘坐和電梯運行的方向，不符合國家強制標準。②Y一△運行方式有節能效果(理論上可節電30%左右)，但扶梯啟動后，一直以額定速度連續運行，增加了扶梯的耗損：在扶梯檢測重載和輕載上有些問題，當扶梯輕載的時候，系統可能還是以慢速運行，扶梯代步的基本功能就受到影響。③採用電動機軟啟動，除了有不好識別方向缺陷外，對電網的干擾也很大。④變頻運行方式節電效果突出(理論上可節電60%左右)，與自動運行方式相比沒有頻繁啟動問題，扶梯磨損小，並且爬行速度運行時可提示乘客乘梯方向。
4 改造的方案
變頻器已經在國內廣泛地運用在生產生活，中高性能矢量變頻器能夠提供足夠的輸出轉矩，且過載能力強；轉速調節精度高，在開環時速度誤差能達到<0.5%，轉矩響應時間短<10 ms：具有超強的過載能力，能保證在大負荷下也能實現安全強有力的運行。經過近幾年的工作實踐，以變頻器為核心的普通扶梯節能改造工程已悄然興起，具體的方案是：
(1)主要配置：①電梯用矢量變頻器；⑦PLC(微電腦控制裝置)；③接觸器、繼電器；④光電感測器。
(2)控制原理：控制系統在原工頻控制系統的基礎上，加裝變頻器，光電開關，扶梯變頻運行專用控制器，以及其它必要輔助元件后組成的新的附加控制櫃。扶梯開始運行時通過變頻器啟動，當扶梯達到額定速度運行后，如無乘客乘梯，扶梯由額定速度自動降為20%額定速度爬行。如安裝在扶梯出入口處的感測器檢測到有乘客乘梯則扶梯速度馬上平緩地升至額定速度，如乘客繼續進入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運行。如在預先設定的時間內扶梯入口處的感測器沒再檢測到有乘客進入扶梯，則扶梯將自動轉至爬行速度運行。
(3)工作特點：①採用變頻調速節能控制裝置與原系統雙系統並存，借用原系統的安全條件並且兩系統的安全條件為邏輯“與”關係。②控制櫃設計成可移動結構。正常運行時將控制櫃放入機房內；維修時將控制櫃移出到機房外。設計上已考慮到了散熱、移動及接地問題。③變頻調速節能控制裝置對原系統的信號採用，採用繼電器取樣方式。④光電信號感測器的安裝位置在扶梯入口盡量靠近外側，考慮儘可能不對自動扶梯機械部分進行加工，感測器安裝要注意防護及做好合理的布線工藝，以確保運行的可靠性。⑤運行狀態：無人乘梯時扶梯以20%額定速度運行，系統處於節能狀態；有人乘梯時扶梯自動以節能速度平穩過渡到額定速度運行；檢修時系統以50%額定速度點動運行。⑥貫徹國家標準，對原扶梯系統與國家標準不符之處改造過程中必須改進。
5 改造后優點
自動扶梯的變頻節能改造后優點
(1)系統採用PLC可編程序控制器與變頻器的控制組合，功能強、改造工作量小。
(2)節能明顯：無人乘梯時、保證扶梯自動平穩過渡到節能運行，以20%額定速度運行。此時電動機的實際運行功率只有原來的40%左右，用電就明顯降低。
(3)減少磨損：扶梯的80%％是機械系統當機械系統長時間高速運行時與慢速運行時，其磨損程度是不一樣的。由於轉速下降，使機械部件的磨損明顯減少(如減少電機、減速箱、扶手帶等產生不必要的磨損及疲勞損傷)，相對延長了扶梯的使用壽命對於設備的折舊就有很大的空間；機械的磨損大大降低，也就成倍降低了扶梯易損件的維護費用。相對延長了扶梯的使用壽命。
(4)變頻技術的採用大大降低了扶梯啟動時對電網的衝擊，採用變頻器可有效改善電網的功率因數，降低無功損耗。
(5)改造中充分考慮了變頻系統與原系統的並存，便於系統故障時相互切換，不影響用戶的使用。
(6)改造中借用了原系統的安全條件，加上變頻器自身的安全環節，新增加了電機過流、電機繞組絕緣監測功能，使電機工作更加安全可靠，使得改造后的系統安全性更可靠。
(7)扶梯節能改造的設備費用不大投資約1.5萬元，與電能節約和機械磨損的費用相比投入不大，短期內即可收回投資。
6 結束語
扶梯變頻節能改造技術的使用成功使得原來扶梯運行時“有人沒人一個樣”變成了“有人沒人不一樣”，既實現了自動起停和多段速運行，又實現了節能，對於提高現有扶梯安全節能，具有顯著的經濟效益和社會效益。然而，我們應該知道，節能改造是與科技進步和生產力的發展分不開的，只有適時推行新科學、新技術，才能更好地推進節能改造。
