1 引言
自动扶梯是公共场所运送乘客的常用设备,已经广泛应用于大型商场、机场、地铁、宾馆等公共场所,在方便顾客和提高服务质量等方面起到了相当重要的作用。
自动扶梯的电气控制已经发展到比较成熟的阶段,其中安全和节能是目前最重要的两个课题。
2 安全系统介绍
2.1 自动扶梯安全课题介绍
作为公共场所的常用设备,自动扶梯的安全性已越来越多地受到社会的广泛关注。非操纵逆转、梯级或踏板缺失等故障一旦发生,都有可能引发惨痛的人员伤亡事故。
于此同时,扶梯行业的安全强制标准“自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范”,为了实现行业升级,走向世界,已经从原先的GB16899-1997版更新至GB16899-2011版。新版的安全标准紧跟国际标准EN115,引入了PESSREA(可编程电子安全相关系统)和SIL(Safety Integrity Level)两个概念。EN115中,基于PESSREA的SIL要求请参考表1:
2.2 安全回路的构成
要达到新版扶梯安全强制标准的要求,并且能有效保障乘客人身安全的电气设计,必须由报警信号输入、安全控制系统、安全输出三个部分组成一个完整的安全回路。如图1所示。
2.2.1 报警信号输入
报警信号输入分为自动检测的报警信号、人为发现安全隐患从而发出安全报警信号两种。自动检测的报警信号可以采用符合安全等级的安全限位开关进行检测和动作。人为发现安全隐患时,可以按下符合安全等级的紧急停止按钮开关来对应。图2所示为自动检测的报警信号中,可能需要安装安全限位开关的位置:
2.2.2 安全控制系统
安全控制系统的作用是在检测到报警信号输入时,立即切断输出部分的供电。目前扶梯设备厂商主要采用的安全控制方式有三种:自主研发安全触点、自主研发安全回路、PESSRAE。
前两种均是设备厂商根据安全标准的描述,采用安全继电器等元器件,自主研发的控制系统。其优点是成本低,缺点是设计难度大,耗费时间长,设计出的控制系统是否符合标准还需要经过一系列很繁复的论证过程。
PESSRAE如2.1中所述,是可编程电子安全相关系统,即采用已经通过安全认证,具有安全等级的可编程控制器作为安全控制系统。其成本虽然较高,但免去了设备厂商设计安全控制系统的人力物力,并且在扶梯进行安全等级评定时,还能提供已有的安全证明。这种方式目前已被多家中大型扶梯生产商采纳。
2.2.3 安全输出
安全输出主要是采用安全继电器,在接收到安全控制系统切断电源的信号时,强行切断主电源,使扶梯停止。
安全继电器并不是没有故障的继电器,而是发生故障时能做出有效动作,它具有强制导向接点结构,发生接点熔结现象时也能确保安全。
3 节能系统介绍
3.1 自动扶梯节能课题介绍
自动扶梯的现状是,每天都有相当一部分时间是空载运行,如果空载时间扶梯保持全速运行,将会造成能源浪费。在能源紧缺的当今世界,减少不必要的浪费势在必行。
3.2 节能控制回路的构成
扶梯节能控制的原理是:在扶梯入口处安装载客感应器,主电机采用变频器控制,在无乘客到达时,电梯以节能的缓慢速度运行(或停止运行),当有乘客到达入口感应区时,电梯在规定时间内加速到全速运行,在一个运客周期后,如果没有新乘客到达,电梯恢复到节能状态。
扶梯节能控制回路如图3所示:
4 整体控制系统硬件架构
4.1 控制系统框架
自动扶梯中,安全和节能两大课题,分别通过两套硬件系统来解决,两套硬件系统之间可以通过串行或网络通信进行信息交流,本文中主要用到欧姆龙公司的安全产品和系统类产品进行配置,如图4所示。
4.2 硬件架构中主要器件描述
4.2.1 安全控制器NE1A/G9SP
安全回路中的安全控制器可以选用欧姆龙公司的NE1A系列或G9SP系列。
NE1A可扩展点数多,具备DeviceNet Safety主站设备功能,最多可连接32台安全从站,兼具DeviceNet从站功能,可通过DeviceNet主站设备进行监视。已经取得IEC61508(SIL3)和EN954-1/ISO13849-1(Cat.4/PLe)认证。
G9SP备有安全输入输出点数不同(10点、20点)的三种产品规格,可利用以太网、串行通信进行安全系统的监视。已获得IEC61508(SIL3)认证。
以上两款产品的差异主要体现在可扩展点数与通讯网络上,共通性是其编程软件为专用的安全功能块编程,编程过程中对安全器件的回路构成非常直观。两款产品在欧姆龙安全控制器家族中的性能比较请参考图5,编程软件界面请参考图6:
4.2.2 主电机转速的变频器控制3G3RX
变频器3G3RX系列是一款可进行多种矢量控制方法的高功能变频器,能够在0.3Hz的低频下获得200%的启动转矩,这一点很适合用在扶梯节能控制中的电机加减速控制。通过3G3RX对电机的控制,运行期间发生瞬时电源中断时,电机将平稳启动,而不是惯性滑行至停止,然后再启动。
4.3 硬件架构配置表
除了以上介绍到的产品,扶梯的电气控制还需要用到相序、欠相继电器、接近开关等控制元器件,详细配置请参考表2:
5 结束语
1. 通过安全认证的控制器件构成安全控制回路,为扶梯的安全运行保驾护航;
2. 专用的安全功能块编程界面,在构筑安全回路时方便直观;
3. 无论是安全回路还是节能回路,都可通过PLC进行串行或网路通信,需要将扶梯的运行状态组网监控时非常方便。
参考文献:
[1] 吕辉英.自动扶梯或倾斜式自动人行道的方逆转保护[J].中国科技信息,2010,(15):287-288.
[2] 沈玉梅.基于PLC和变频器的自动扶梯节能改造[J].变频器世界,2012,(4):106-108.
作者简介:陈文绮(1983-),女,助理工程师,主要从事工业自动化产品的应用推广。