基于PLC的自动扶梯多功能变频节能控制系统设计

3 系统设计

3.1 控制系统组成



图3 控制系统框图

由图3可知，该系统主要由以下几部分组成：电源、PLC、变频器等。PLC是控制系统的核心，PLC根据输入的光电信号是否有效确定高速运行指令的输出，变频器根据PLC的高速运行指令控制扶梯的运行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循环运行。

3.2 硬件选型

以自动扶梯变频非自启动（快慢循环）为例，其扶梯控制系统实际需要输入11点，输出7点，PLC主控制器采用欧姆龙CPM1A-20CDR-A-V1型PLC。这种机型的PLC配有相应的编程软件CX-Programmer进行编程及监视，不仅可以通过手持编程器对PLC编程，也可在个人PC机上进行编程。在扶梯运行过程中，可通过程序内部辅助继电器的状态监控电梯运行状态，现场调试十分方便。

变频器采用汇川公司的MD320变频器。MD系列变频器具备完善的输入输出接口，全系列独立风道和散热器柜内柜外安装可选，可以提供接近IP54防护要求的解决方案，其系统设计尤其适合恒转矩负载使用。

4 系统设计

4.1 变频控制主电路



图4 变频控制主回路

图4示出主回路主要由主空开ZK、相序保护继电器JXW、安全接触器JAQ、运行接触器JYX、主电机MT等组成。

4.2 PLC输入输出口分配

输入输出口分配如附表所示。

附表 输入输出口分配表



4.3 运行控制回路

图5为运行控制回路。



图5 运行控制回路

扶梯的运行控制由PLC与变频器一起完成。下面以变频非自启动（快慢循环）为例介绍扶梯节能运行工作原理。

变频器实时监测PLC的输出信号，从而决定扶梯的下一步运行。例如（1）扶梯的方向控制：当变频器的端子DI1接收到PLC的信号时，输出正转，扶梯实现上行运行;反之，端子DI2有效时，输出反转，扶梯实现下行运行。（2）高速运行的控制：变频器内预先设定好多段速控制的速度频率，扶梯以节能低速待机运行时，只有运行接触器（JYX）吸合，当PLC检测到光电信号时，输出高速运行指令信号，此时高速运行接触器（VN）吸合，变频器端子DI3有效，扶梯立即平稳的加速到设定频率高速运行。

4.4 典型控制程序设计

下面针对程序中的运行方式、节能时间控制两个子程序作重点介绍。

4.4.1 变频非自启动（快慢循环）和自启动（快慢停循环）方式的选择

方式的选择见图6。





图6 快慢循环和快慢停循环子程序

只需修改程序中的SET和RSET 的组合，即可实现两种不同运行方式的切换。

快慢循环，设置为SET 212.00和RSET 212.01。

快慢停循环，设置为SET 212.00和SET 212.01。

4.4.2 节能时间的控制



图7 节能时间的子程序

快车运行保持时间，可由上述计数器设定，从而能够满足不同提升高度和速度的扶梯使用（见图7）。

4.5 试验数据

为了验证本系统的节能效果，我们选择某现场进行测试。现场曳引电机功率为7.5kW，对比变频节能控制与普通Y-△控制的扶梯电量消耗。扶梯有乘客使用与空载运行时，各测试4个小时。实际测试下来采用节能的扶梯，满载运行时，耗电25.3kWh，而使用普通Y-△控制扶梯耗电26kWh;空载运行时，耗电1.8kWh，而使用普通Y-△控制扶梯耗电8.4kWh。从这个实例可以看出，变频节能控制的扶梯比普通Y-△控制的扶梯节能22%。

而如果采用无人乘梯时让扶梯停下来，与改造之前相比可节能约30%。实际使用中，如果扶梯慢下来或者停下来的时间越长，节能效果越明显。

5 结束语

该设计已经广泛应用于扶梯的节能改造，目前已在武汉、上海等大城市有三百多台被安装使用。实践证明，采用基于PLC及变频器控制的扶梯节能系统可靠、运行稳定，很有效的节约了用户的使用成本。