陳 潔 申龍電梯股份有限公司

嚴(yán)俊高 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程系

自動(dòng)扶梯曳引機(jī)由靜態(tài)元件供電的拖動(dòng)線路及PLC控制

陳 潔 申龍電梯股份有限公司

嚴(yán)俊高 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程系

文章分析了GB16899-2011《自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的制造與安裝安全規(guī)范》中曳引電機(jī)由靜態(tài)元件供電的要求，討論了使用兩個(gè)和一個(gè)電源接觸器切斷曳引機(jī)供電的線路。并優(yōu)先使用一種兩個(gè)電源接觸器切斷供電的線路，設(shè)計(jì)了該線路的一種PLC控制電路，討論了其起動(dòng)和停止的控制過(guò)程。并給出了PLC控制梯形圖程序的結(jié)構(gòu)圖。

自動(dòng)扶梯 靜態(tài)元件 電源接觸器 變頻器 多段速 PLC控制 模塊化結(jié)構(gòu)

自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道曳引機(jī)的交流或直流電動(dòng)機(jī)由靜態(tài)元件供電，應(yīng)采用下述兩種方法。其一是由兩個(gè)獨(dú)立的接觸器切斷電動(dòng)機(jī)電流：當(dāng)自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道停止時(shí)，如果其中任一接觸器的主觸點(diǎn)未打開(kāi)，則自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道應(yīng)不能重新起動(dòng)。其二是采用一個(gè)由以下元件組成的系統(tǒng)：切斷各相（極）電流的接觸器，當(dāng)自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道停止時(shí)，如果接觸器未釋放，則自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道應(yīng)不能重新起動(dòng)。用來(lái)阻斷靜態(tài)元件中電流流動(dòng)控制裝置，用來(lái)檢驗(yàn)自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道每次停止時(shí)電流阻斷情況的監(jiān)控裝置，在正常停止期間，如果靜態(tài)元件未能有效阻斷電流的流動(dòng)，監(jiān)控裝置應(yīng)使接觸器釋放并應(yīng)防止自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道重新起動(dòng)。

對(duì)于由靜態(tài)元件供電的就是在主機(jī)與電源之間接有電力電子開(kāi)關(guān)器件，這些器件主要有晶閘管（SCR)、可關(guān)斷晶閘管（GTO)、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等?，F(xiàn)在最普遍使用的是由絕緣柵雙極晶體管（IGBT）構(gòu)成的變頻器。文章討論采用變頻器驅(qū)動(dòng)主機(jī)的線路型式，給出了一種優(yōu)選的以兩個(gè)電源接觸器切斷曳引機(jī)電流的線路及其PLC控制電路。

1 變頻器簡(jiǎn)介

微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得變頻器的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道主機(jī)也越來(lái)越多地采用變頻器作為驅(qū)動(dòng)。變頻器通常由整流單元、逆變單元、制動(dòng)單元、可配置控制單元等組成。圖1是變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的通用線路。可以通過(guò)對(duì)變頻器的配置，實(shí)現(xiàn)面板起?？刂?、端子起?？刂?、通訊起?？刂啤９潭ㄋ俣?、多段速切換、模擬量調(diào)速的運(yùn)行。在自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道中，通常使用端子起停、多段速切換控制。

圖1 通用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)線路

2 由兩個(gè)獨(dú)立接觸器切斷

2.1 一次電路

當(dāng)曳引主機(jī)供電的電源接觸器控制與靜態(tài)元件的控制和檢測(cè)不存在關(guān)聯(lián)時(shí)，必須使用兩個(gè)獨(dú)立的接觸器進(jìn)行電源的分?jǐn)?。而在“新?biāo)準(zhǔn)”中并沒(méi)有規(guī)定該兩個(gè)接觸器放置與靜態(tài)元件的位置，因此由靜態(tài)元件供電的使用兩個(gè)獨(dú)立接觸器串接在電源與自動(dòng)扶梯主機(jī)供電線路中進(jìn)行分?jǐn)嚯娫?，接觸器的放置位置有3種方式。其一是兩個(gè)接觸器都放在靜態(tài)元件的前面，該線路如圖2(a)所示，其二是兩個(gè)接觸器都放在靜態(tài)元件的后面，該線路如圖2(b)所示，其三是兩個(gè)接觸器在靜態(tài)元件的前后各放置一個(gè)，該線路如圖2(c)所示。圖中省略了電抗器和濾波器。

圖2 靜態(tài)元件供電的兩個(gè)接觸器線路

圖2(b)線路是電梯主機(jī)驅(qū)動(dòng)的一種典型線路，該線路雖然符合“新標(biāo)準(zhǔn)”中對(duì)曳引主機(jī)電源控制的規(guī)定，但未考慮變頻器自身供電電源的控制要求。若變頻器出現(xiàn)故障，如輸出失控，很可能會(huì)使故障擴(kuò)大損壞變頻器。對(duì)于電梯來(lái)說(shuō)，由于電梯在投運(yùn)期間轎廂的運(yùn)動(dòng)方向時(shí)常在改變，而串接在變頻器電源輸入側(cè)的接觸器應(yīng)避免進(jìn)行頻繁上下電或進(jìn)行直接起動(dòng)操作，權(quán)衡兩種情況才采用圖2(b)所示線路的。但對(duì)于自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道來(lái)說(shuō)，不存在運(yùn)行方向的頻繁改變，按照變頻器的使用要求故不宜采用。

圖2(a)和(c)符合通用變頻器的驅(qū)動(dòng)線路要求，也符合“新標(biāo)準(zhǔn)”的要求。這兩款線路中，起動(dòng)時(shí)，兩電源接觸器“KMDY1”和“KMDY2”吸合后才能起動(dòng)變頻器；停止時(shí)，關(guān)閉了變頻器后才可斷開(kāi)“KMDY1”和“KMDY2”；兩電源接觸器的動(dòng)作先后并不重要?？紤]到在某種突發(fā)事件出現(xiàn)時(shí)須盡快切斷主機(jī)的電源，建議優(yōu)先采用圖2(c)所示線路。

2.2 接觸器控制要求

圖2(a)所示電路中對(duì)電源接觸器的動(dòng)作要求如上一節(jié)所述。

圖2(c)所示電路中對(duì)電源接觸器“KMDY1”和“KMDY2”的動(dòng)作時(shí)序有一定的要求，不能用“KMDY1”進(jìn)行直接起動(dòng)操作；當(dāng)電機(jī)“M”投入運(yùn)行時(shí)，必須先使“KMDY2”吸合后，再使“KMDY1”吸合，然后才起動(dòng)變頻器。停止則相反，先關(guān)閉變頻器，再切斷“KMDY1”，最后斷開(kāi)“KMDY2”。

為了防止“KMDY1”或“KMDY2”在停止?fàn)顟B(tài)下未釋放而允許再起動(dòng)，建議將“KMDY1”和“KMDY2”的輔助觸頭相串聯(lián)后串接入變頻器的運(yùn)行控制的電源回路中。

3 由單個(gè)接觸器切斷

與靜態(tài)元件控制相關(guān)聯(lián)的由單個(gè)獨(dú)立接觸器串接在靜態(tài)元件與自動(dòng)扶梯主機(jī)供電線路中進(jìn)行切斷電源，接觸器的放置位置有2種方式。其一是電源接觸器“KMDY”放在靜態(tài)元件的前面，該線路如圖3(a)所示，其二是電源接觸器“KMDY”放在靜態(tài)元件的后面，該線路如圖3(b)所示，圖中靜態(tài)元件IVT控制端子與電源接觸器“KMDY”之間的虛線表示存在控制關(guān)聯(lián)。

圖3 靜態(tài)元件供電的單個(gè)接觸器線路

從圖中可以看出，圖3(b)中電源接觸器的控制雖然與變頻器相關(guān)聯(lián)，但與圖2(b)線路具有同樣的缺陷，故也不宜采用，應(yīng)優(yōu)先采用圖3(a)所示電路。

通過(guò)分析和討論，可知自動(dòng)扶梯主機(jī)由靜態(tài)元件供電時(shí)，有3種線路可選擇，即圖2(a)、圖2(c)、圖3(a)。

4 PLC控制系統(tǒng)

由于“新標(biāo)準(zhǔn)”中提出了“可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)”，本文僅就圖2(c)所示的PLC控制電路進(jìn)行討論。

4.1 一次電路

由于自動(dòng)扶梯安裝場(chǎng)所、提升高度等不同，常有固定速度普通型、固定速度大高度型、普通節(jié)能型、大高度節(jié)能型等多種。圖4所示電路為大高度節(jié)能型主機(jī)驅(qū)動(dòng)線路，圖中“FU1”為變頻器保護(hù)用的快速熔斷器,“KJXX”為相序繼電器,“KMDY1”和“KMDY2”為曳引機(jī)M電源接觸器,“KMB”為工作制動(dòng)器接觸器,“YBZ”為工作制動(dòng)器,“KMBF”為附加制動(dòng)器接觸器,“YBZF”為附加制動(dòng)器，“SPBF”為附加制動(dòng)器電源。變頻器控制端子的信號(hào)有,“KJS”為上行繼電器,“KJX”為下行接觸器，“KJD1”和“KJD2”為段速控制繼電器。變頻器輸出信號(hào)端子“REDY”為變頻器“準(zhǔn)備好”信號(hào)。

圖4是在圖2(c)所示電路的基礎(chǔ)上增加了工作制動(dòng)器“YBZ”和附加制動(dòng)器“YBZF”的供電線路?？紤]到變頻器內(nèi)部電力電子器件IGBT的特點(diǎn)，把空氣斷路器改用快速熔斷器。另外還需要注意的是，變頻器控制端子用的電源應(yīng)優(yōu)先使用該變頻器自身的供電電源，以免因外部電源的錯(cuò)接，導(dǎo)致供電由原來(lái)的24VDC上升到48VDC，引起不必要的麻煩。

4.2 PLC控制電路

圖4對(duì)應(yīng)的PLC控制電路如圖5所示。圖5中使用三菱FX2N-32MR-001PLC,“KJC”為安全回路接觸式繼電器，圖中僅畫(huà)出兩個(gè)安全開(kāi)關(guān)，省略了其它安全開(kāi)關(guān)。圖4和圖5電路若作為固定速度普通型，則沒(méi)有附加制動(dòng)器和乘客檢測(cè)傳感器；若作為固定速度大高度型則沒(méi)有乘客檢測(cè)傳感器；若作為普通節(jié)能型則沒(méi)有附加制動(dòng)器；若作為大高度節(jié)能型，則圖中輸入輸出信號(hào)都需擁有。自動(dòng)扶梯的起動(dòng)分投入使用和自動(dòng)兩種。投入使用起動(dòng)：安全回路正常狀態(tài)下“KJC”吸合，轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)給定上行或下行信號(hào)，警鈴“HA”鳴響。所有接觸器沒(méi)有粘連則附加制動(dòng)器供電接觸器“KMBF”吸合，接著電源接觸器“KMDY2”和“KMDY1”相繼吸合，若存在接觸器粘連（未釋放）則顯示故障號(hào)，停止起動(dòng)。電源接觸器吸合后，上行或下行繼電器吸合，接著工作制動(dòng)器供電接觸器“KMB”也吸合，最后給出運(yùn)行段速。若工作制動(dòng)器未釋放則扶梯停止運(yùn)行。延時(shí)幾秒扶梯速度穩(wěn)定后，電氣安全監(jiān)測(cè)投入使用。自動(dòng)起動(dòng)則是扶梯在待機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，由使用者進(jìn)入，通過(guò)安裝在上下部入口的傳感器觸發(fā)起動(dòng)，其起動(dòng)過(guò)程與投入使用起動(dòng)類似。

圖4 大高度節(jié)能型主機(jī)驅(qū)動(dòng)線路

圖5 大高度節(jié)能型PLC控制電路

停車過(guò)程分四種情況，其一是手動(dòng)操作停止運(yùn)行，在運(yùn)行狀態(tài)下按上下端部停止按鈕“STP-U”或“STP-D”，PLC控制輸出段速繼電器“KJD1”或“KJD2”釋放，接著釋放工作制動(dòng)器“KMB”，然后釋放方向接觸器“KMS”或“KMX”，再釋放電源接觸器“KMDY1”和“KMDY2”，最后附加制動(dòng)器“KMBF”制動(dòng)，扶梯停止運(yùn)行。在停車過(guò)程中還必須對(duì)制停距離進(jìn)行檢測(cè)。其二是自動(dòng)操作停止運(yùn)行，在通過(guò)“SQ7”和“SQ8”監(jiān)測(cè)到?jīng)]有使用者使用自動(dòng)扶梯后一段時(shí)間，通過(guò)控制系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器觸發(fā)停止運(yùn)行，停止運(yùn)行過(guò)程與手動(dòng)操作停止運(yùn)行類似，但允許附加制動(dòng)器不釋放。其三是手動(dòng)操作緊急停止，安全開(kāi)關(guān)出現(xiàn)動(dòng)作斷開(kāi)或急停按鈕被按下，安全繼電器“KJC”和電源接觸器“KMDY2”失電釋放，PLC其它輸出點(diǎn)接觸器同時(shí)全部釋放，扶梯停止運(yùn)行。其四是監(jiān)測(cè)裝置或電氣安全裝置觸發(fā)的停止運(yùn)行。

4.3 控制程序編制

根據(jù)上面的分析和討論，把控制梯形圖劃分為若干個(gè)程序塊，由一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序組成，并使用一個(gè)寄存器作為扶梯類型參數(shù)，不同的參數(shù)值對(duì)應(yīng)不同的種型扶梯。梯形圖的模塊結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 梯形圖模塊結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析和討論，自動(dòng)扶梯主機(jī)由靜態(tài)元件供電時(shí)，有3種線路可選擇。使用兩個(gè)電源接觸器切斷供電電源可以不必考慮變頻器內(nèi)部對(duì)靜態(tài)元器件的監(jiān)測(cè)控制，控制程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。由于自動(dòng)扶梯的功能、種類較多，其PLC控制程序應(yīng)該采用模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行編寫(xiě)。這樣做不僅會(huì)給生產(chǎn)廠家、維保單位、使用單位帶來(lái)好處，而且可以規(guī)范程序結(jié)構(gòu)、有利于行業(yè)內(nèi)的技術(shù)交流、有利于提高程序質(zhì)量、有利于保障程序的安全可靠。本文討論的方法也適用于自動(dòng)人行道。

This paper elaborates several forms of traction machine power supplied via static device base on the GB16899-2011 < Safety rules for the construction and installation of escalators and moving walks >, discusses the power supply circuits of using two and one power contactor to cut off the traction machine, prioritize the circuit shut down by two power contactor, its PLC control circuitwas designed. The control process of its start and stop are discussed. And ladder diagram procedure of PLC control structure is presented.

Escalator Static device Power supply contactor Multi speed PLC control Blocking framework

2013－09－26）