自动扶梯曳引机由静态元件供电的拖动线路及PLC控制

陈 洁 申龙电梯股份有限公司

严俊高 苏州市职业大学电子信息工程系

自动扶梯曳引机由静态元件供电的拖动线路及PLC控制

陈 洁 申龙电梯股份有限公司

严俊高 苏州市职业大学电子信息工程系

文章分析了GB16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》中曳引电机由静态元件供电的要求，讨论了使用两个和一个电源接触器切断曳引机供电的线路。并优先使用一种两个电源接触器切断供电的线路，设计了该线路的一种PLC控制电路，讨论了其起动和停止的控制过程。并给出了PLC控制梯形图程序的结构图。

自动扶梯 静态元件 电源接触器 变频器 多段速 PLC控制 模块化结构

自动扶梯和自动人行道曳引机的交流或直流电动机由静态元件供电，应采用下述两种方法。其一是由两个独立的接触器切断电动机电流：当自动扶梯或自动人行道停止时，如果其中任一接触器的主触点未打开，则自动扶梯或自动人行道应不能重新起动。其二是采用一个由以下元件组成的系统：切断各相（极）电流的接触器，当自动扶梯或自动人行道停止时，如果接触器未释放，则自动扶梯或自动人行道应不能重新起动。用来阻断静态元件中电流流动控制装置，用来检验自动扶梯或自动人行道每次停止时电流阻断情况的监控装置，在正常停止期间，如果静态元件未能有效阻断电流的流动，监控装置应使接触器释放并应防止自动扶梯或自动人行道重新起动。

对于由静态元件供电的就是在主机与电源之间接有电力电子开关器件，这些器件主要有晶闸管（SCR)、可关断晶闸管（GTO)、绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。现在最普遍使用的是由绝缘栅双极晶体管（IGBT）构成的变频器。文章讨论采用变频器驱动主机的线路型式，给出了一种优选的以两个电源接触器切断曳引机电流的线路及其PLC控制电路。

1 变频器简介

微电子技术和电力电子技术的快速发展，使得变频器的应用已相当普遍。自动扶梯或自动人行道主机也越来越多地采用变频器作为驱动。变频器通常由整流单元、逆变单元、制动单元、可配置控制单元等组成。图1是变频器驱动电机的通用线路。可以通过对变频器的配置，实现面板起停控制、端子起停控制、通讯起停控制。固定速度、多段速切换、模拟量调速的运行。在自动扶梯或自动人行道中，通常使用端子起停、多段速切换控制。

图1 通用变频器驱动电机线路

2 由两个独立接触器切断

2.1 一次电路

当曳引主机供电的电源接触器控制与静态元件的控制和检测不存在关联时，必须使用两个独立的接触器进行电源的分断。而在“新标准”中并没有规定该两个接触器放置与静态元件的位置，因此由静态元件供电的使用两个独立接触器串接在电源与自动扶梯主机供电线路中进行分断电源，接触器的放置位置有3种方式。其一是两个接触器都放在静态元件的前面，该线路如图2(a)所示，其二是两个接触器都放在静态元件的后面，该线路如图2(b)所示，其三是两个接触器在静态元件的前后各放置一个，该线路如图2(c)所示。图中省略了电抗器和滤波器。

图2 静态元件供电的两个接触器线路

图2(b)线路是电梯主机驱动的一种典型线路，该线路虽然符合“新标准”中对曳引主机电源控制的规定，但未考虑变频器自身供电电源的控制要求。若变频器出现故障，如输出失控，很可能会使故障扩大损坏变频器。对于电梯来说，由于电梯在投运期间轿厢的运动方向时常在改变，而串接在变频器电源输入侧的接触器应避免进行频繁上下电或进行直接起动操作，权衡两种情况才采用图2(b)所示线路的。但对于自动扶梯或自动人行道来说，不存在运行方向的频繁改变，按照变频器的使用要求故不宜采用。

图2(a)和(c)符合通用变频器的驱动线路要求，也符合“新标准”的要求。这两款线路中，起动时，两电源接触器“KMDY1”和“KMDY2”吸合后才能起动变频器；停止时，关闭了变频器后才可断开“KMDY1”和“KMDY2”；两电源接触器的动作先后并不重要。考虑到在某种突发事件出现时须尽快切断主机的电源，建议优先采用图2(c)所示线路。

2.2 接触器控制要求

图2(a)所示电路中对电源接触器的动作要求如上一节所述。

图2(c)所示电路中对电源接触器“KMDY1”和“KMDY2”的动作时序有一定的要求，不能用“KMDY1”进行直接起动操作；当电机“M”投入运行时，必须先使“KMDY2”吸合后，再使“KMDY1”吸合，然后才起动变频器。停止则相反，先关闭变频器，再切断“KMDY1”，最后断开“KMDY2”。

为了防止“KMDY1”或“KMDY2”在停止状态下未释放而允许再起动，建议将“KMDY1”和“KMDY2”的辅助触头相串联后串接入变频器的运行控制的电源回路中。

3 由单个接触器切断

与静态元件控制相关联的由单个独立接触器串接在静态元件与自动扶梯主机供电线路中进行切断电源，接触器的放置位置有2种方式。其一是电源接触器“KMDY”放在静态元件的前面，该线路如图3(a)所示，其二是电源接触器“KMDY”放在静态元件的后面，该线路如图3(b)所示，图中静态元件IVT控制端子与电源接触器“KMDY”之间的虚线表示存在控制关联。

图3 静态元件供电的单个接触器线路

从图中可以看出，图3(b)中电源接触器的控制虽然与变频器相关联，但与图2(b)线路具有同样的缺陷，故也不宜采用，应优先采用图3(a)所示电路。

通过分析和讨论，可知自动扶梯主机由静态元件供电时，有3种线路可选择，即图2(a)、图2(c)、图3(a)。

4 PLC控制系统

由于“新标准”中提出了“可编程电子安全相关系统”，本文仅就图2(c)所示的PLC控制电路进行讨论。

4.1 一次电路

由于自动扶梯安装场所、提升高度等不同，常有固定速度普通型、固定速度大高度型、普通节能型、大高度节能型等多种。图4所示电路为大高度节能型主机驱动线路，图中“FU1”为变频器保护用的快速熔断器,“KJXX”为相序继电器,“KMDY1”和“KMDY2”为曳引机M电源接触器,“KMB”为工作制动器接触器,“YBZ”为工作制动器,“KMBF”为附加制动器接触器,“YBZF”为附加制动器，“SPBF”为附加制动器电源。变频器控制端子的信号有,“KJS”为上行继电器,“KJX”为下行接触器，“KJD1”和“KJD2”为段速控制继电器。变频器输出信号端子“REDY”为变频器“准备好”信号。

图4是在图2(c)所示电路的基础上增加了工作制动器“YBZ”和附加制动器“YBZF”的供电线路。考虑到变频器内部电力电子器件IGBT的特点，把空气断路器改用快速熔断器。另外还需要注意的是，变频器控制端子用的电源应优先使用该变频器自身的供电电源，以免因外部电源的错接，导致供电由原来的24VDC上升到48VDC，引起不必要的麻烦。

4.2 PLC控制电路

图4对应的PLC控制电路如图5所示。图5中使用三菱FX2N-32MR-001PLC,“KJC”为安全回路接触式继电器，图中仅画出两个安全开关，省略了其它安全开关。图4和图5电路若作为固定速度普通型，则没有附加制动器和乘客检测传感器；若作为固定速度大高度型则没有乘客检测传感器；若作为普通节能型则没有附加制动器；若作为大高度节能型，则图中输入输出信号都需拥有。自动扶梯的起动分投入使用和自动两种。投入使用起动：安全回路正常状态下“KJC”吸合，转动钥匙开关给定上行或下行信号，警铃“HA”鸣响。所有接触器没有粘连则附加制动器供电接触器“KMBF”吸合，接着电源接触器“KMDY2”和“KMDY1”相继吸合，若存在接触器粘连（未释放）则显示故障号，停止起动。电源接触器吸合后，上行或下行继电器吸合，接着工作制动器供电接触器“KMB”也吸合，最后给出运行段速。若工作制动器未释放则扶梯停止运行。延时几秒扶梯速度稳定后，电气安全监测投入使用。自动起动则是扶梯在待机运行状态，由使用者进入，通过安装在上下部入口的传感器触发起动，其起动过程与投入使用起动类似。

图4 大高度节能型主机驱动线路

图5 大高度节能型PLC控制电路

停车过程分四种情况，其一是手动操作停止运行，在运行状态下按上下端部停止按钮“STP-U”或“STP-D”，PLC控制输出段速继电器“KJD1”或“KJD2”释放，接着释放工作制动器“KMB”，然后释放方向接触器“KMS”或“KMX”，再释放电源接触器“KMDY1”和“KMDY2”，最后附加制动器“KMBF”制动，扶梯停止运行。在停车过程中还必须对制停距离进行检测。其二是自动操作停止运行，在通过“SQ7”和“SQ8”监测到没有使用者使用自动扶梯后一段时间，通过控制系统内部定时器触发停止运行，停止运行过程与手动操作停止运行类似，但允许附加制动器不释放。其三是手动操作紧急停止，安全开关出现动作断开或急停按钮被按下，安全继电器“KJC”和电源接触器“KMDY2”失电释放，PLC其它输出点接触器同时全部释放，扶梯停止运行。其四是监测装置或电气安全装置触发的停止运行。

4.3 控制程序编制

根据上面的分析和讨论，把控制梯形图划分为若干个程序块，由一个主程序和若干个子程序组成，并使用一个寄存器作为扶梯类型参数，不同的参数值对应不同的种型扶梯。梯形图的模块结构如图6所示。

图6 梯形图模块结构图

5 结束语

通过分析和讨论，自动扶梯主机由静态元件供电时，有3种线路可选择。使用两个电源接触器切断供电电源可以不必考虑变频器内部对静态元器件的监测控制，控制程序设计比较简单。由于自动扶梯的功能、种类较多，其PLC控制程序应该采用模块化结构进行编写。这样做不仅会给生产厂家、维保单位、使用单位带来好处，而且可以规范程序结构、有利于行业内的技术交流、有利于提高程序质量、有利于保障程序的安全可靠。本文讨论的方法也适用于自动人行道。

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）