CN103896145B - 扶梯自动调速方法 - Google Patents

Abstract

一种扶梯自动调速方法，包括以下步骤：自学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩之间的对应关系；设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系；在扶梯上行时，检测扶梯当前电机转矩并计算出当前负载率；根据当前负载率设置对应的运行速度；在下行时，检测扶梯的母线电压大小及变化趋势；若母线电压大于G1且小于G2，同时未出现上升时，扶梯准备切换到工频模式；若母线电压大于G1且出现上升时，或大于G2时，扶梯切换到工频运行；若母线电压小于G3时，检测电机转矩并计算出当前负载率；根据当前负载率设置对应的运行速度。上述方法无需通过硬件改变来控制扶梯的运行速度改变，且不会频繁进行工变频切换，因而能够节约成本，减少扶梯的元器件损坏。

Description

扶梯自动调速方法

技术领域

本发明涉及变频扶梯控制方法，特别是涉及一种低成本、节能的扶梯自动调速方法。

背景技术

光电开关一般是装在扶梯底部或者顶部的一个感应开关，用来进行判断是否有人进入。是扶梯进行变频调速的一个输入判断条件。扶梯上行时不存在发电运行状态，只有电动状态。扶梯下行时会存在发电运行状态，相当于乘客靠重力拉着扶梯走。四象限变频器值带有PWM整流的变频器，即可以通过本身PWM整流将发电能量回馈给电网。

随着国家对节能减排的要求，扶梯也随之出现了变频调速，目前主要以下方式：PLC（或者扶梯主板）+通用变频器+制动电阻（全变频）、PLC（或者扶梯主板）+通用变频器+工变频接触器（工变频切换）及PLC（或者扶梯主板）+四象限变频器（全变频）。

对于方案PLC（或者扶梯主板）+通用变频器+制动电阻（全变频）来说：当扶梯下行时如果负载重时，会出现发电运行，变频器需要额外配置制动电阻，这一方面增加了系统的成本、同时使扶梯机房的温度大幅升高、对整个系统可靠性运行带来了较为不利的影响。

对于方案PLC（或者扶梯主板）+通用变频器+工变频接触器（工变频切换）来说：扶梯下行时由变频器加速到额定频率后，切换到工频运行。当发电时将能量直接回馈给电网。然而这种方式需要频繁的变频切换到工频运行，从工频运行切换到变频运行。如此频繁的切换对系统各个器件（尤其是变频器、接触器、电机）等都有一定的损伤。而且从工频切换变频器过程，如果有人乘梯会有一定的延迟时间。

对于方案PLC（或者扶梯主板）+四象限变频器（全变频）来说：四象限变频器是未来的一个发展方向，其可以通过本身PWM整流将发电能量回馈给电网，但目前存在的问题是，四象限变频器成本较高，这对于成本敏感的客户来说，无任何吸引力。而且，目前带有PWM整流器的变频器目前回馈电网的电压谐波控制还不是很理想。

另外，扶梯节能运行完全依靠对光电开关判断是否感应到有乘客来进行处理，当光电开关失效，一方面可能会出现一直不动作（即无法感应到乘客的情况）、另外一种可能是一直动作（即一直感应到乘客的情况）。当不动作时可能出现变频低速带不动负载，扶梯出现逆转危险，也可能出现扶梯长时间高速运行，无法进入低速节能状态。

发明内容

基于此，有必要提供一种低成本、节能的扶自动调速方法。

一种扶梯自动调速方法，包括以下步骤：

自学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩之间的对应关系；

设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系；

在扶梯上行时，检测扶梯当前电机转矩，并根据当前电机转矩与当前频率点所对应的空载时的电机转矩之差计算出当前负载率；

根据计算出的当前负载率设置对应的扶梯运行速度；

在扶梯下行时，检测扶梯的母线电压大小及变化趋势；

若母线电压大于第一设定阈值G1且小于第二设定阈值G2，同时母线电压未出现上升时，扶梯准备切换到工频模式；

若母线电压大于第一设定阈值G1且母线电压出现上升时，或母线电压大于第二设定阈值G2时，扶梯切换到工频运行；

若母线电压小于第三设定阈值G3时，检测扶梯当前电机转矩，并根据当前电机转矩与当前频率点所对应的空载时的电机转矩之差计算出当前负载率，G3＜G1＜G2；根据计算出的当前负载率设置对应的扶梯运行速度。

在其中一个实施例中，所述自学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩之间的对应关系的步骤包括：

扶梯首次上电启动后以低速节能运行频率f1稳定运行到额定时间后，采样扶梯的B个电机转矩数据，对B个电机转矩数据取平均后存储；

在所述低速节能运行频率f1的基础上依次增加0.5Hz的运行频率至扶梯达到全速运行频率，并按照上述步骤依次获得并记录每次增加运行频率的电机转矩数据。

在其中一个实施例中，所述设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系的步骤包括：

将负载率分为若干个区域，每个区域分别对应一个扶梯运行速度。

在其中一个实施例中，还包括检测到当前负载率对应的电机转矩变化到相邻区域时，且在电机转矩变化量达到设定阈值时，扶梯运行速度对应变化到相邻区域对应的运行速度。

在其中一个实施例中，所述在电机转矩变化量达到设定阈值时扶梯运行速度对应变化到相邻区域对应的运行速度的步骤包括：

设置负载率变化量区间临界值；

扶梯当前负载率已从当前区域变化到相邻区域时：

判断当前负载率是否大于负载率变化量区间临界值与转矩滞环点的和，若是，则使扶梯运行速度调节到对应运行速度较大的相邻区域；若否，则使扶梯维持当前运行速度；

判断当前负载率是否小于负载率变化量区间临界值与转矩滞环点的差，若是，则使扶梯运行速度调节到对应运行速度较小的相邻区域；若否，则使扶梯维持当前运行速度。

在其中一个实施例中，还包括检测负载率的变化，若负载率的变化跨越相邻区域，则将扶梯运行速度调节到当前负载率对应的区域。

在其中一个实施例中，在扶梯处于工频运行状态时，检测扶梯的光电开关状态，若光电开关没有信号，则将扶梯切换到低速节能运行频率。

在其中一个实施例中，检测扶梯在低速节能运行频率的电机转矩，并判断电机转矩在大于设定值H且处于该设定值H达到持续时间T1时，则按设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系调节扶梯的运行速度。

在其中一个实施例中，在调节扶梯运行速度的同时，发出光电开关损坏的报警信号。

在其中一个实施例中，在扶梯处于工频运行状态时，检测扶梯的光电开关状态，若光电开关在持续时间T2内一直发出信号，则发出光电开关损坏的报警信号。

上述扶梯自动调速方法通过预先学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩的关系、同时设置负载率与运行速度的对应关系。因此，在扶梯上行时能够通过检测电机转矩并通过电机转矩与负载率的计算关系得出当前负载率，从而根据负载率控制扶梯的运行速度，因此能够在扶梯上行时达到节能效果。在扶梯下行时，判断扶梯的母线电压大小及趋势，从而能够避免扶梯过多进入工变频切换，以达到节能效果。上述扶梯自动调速方法无需通过硬件改变来控制扶梯的运行速度改变，且不会频繁进行工变频切换，因而能够节约成本，减少扶梯的元器件损坏。

附图说明

图1为扶梯自动调速方法的流程图；

图2为扶梯自动调速的系统框图；

图3为扶梯自动调速上行时负载调速图。

具体实施方式

如图1所示，为扶梯自动调速方法的流程图。

一种扶梯自动调速方法，包括以下步骤：

步骤S110，自学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩之间的对应关系。

步骤S110自学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩之间的对应关系的步骤包括：

①扶梯首次上电启动后以低速节能运行频率f1稳定运行到额定时间后，采样扶梯的B个电机转矩数据，对B个电机转矩数据取平均后存储。

②在所述低速节能运行频率f1的基础上依次增加0.5Hz的运行频率至扶梯达到全速运行频率，并参照上述步骤①依次获得并记录每次增加运行频率的电机转矩数据。

扶梯上电第一次启动，进行扶梯空载运行时不同频率段的转矩学习。主要目的是针对扶梯不同运行频率段时其所克服的摩擦力略有不同，这样可以更准确获取当前实际的负载率。

具体的，针对扶梯上行和扶梯下行分别记录扶梯节能频率与扶梯额定频率之间的数据，每个数据的间隔记录频率为0.5Hz，以上行为例说明具体实现方法：扶梯上电第一次启动后，先以低速节能运行频率f1运行，稳定运行一段时间A后，开始采样此时电机的转矩。采样到B个数据后，取平均后存储在上行记录数据组DataUp[0]中。然后加速到f1+0.5hz，稳定运行一段时间A后，开始采样此时电机的转矩。采样到B个数据后，取平均后存储在上行记录数据组Data[1]中、后面依次类推。直到记录到扶梯额定运行频率。其中A典型值为0.5S，B典型值为500个。学习完成后，扶梯进入正常运行状态。

同样方法可以求出下行空载运行时不同频率段的扶梯空载运行负载转矩。

上述空载转矩自学习，默认为扶梯启动第一次运行后进行自动检测。当然也可以设置为通过人工手动启动。

步骤S120，设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系。

设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系的步骤包括：

将负载率分为若干个区域，每个区域分别对应一个扶梯运行速度。

扶梯自动调速方法还包括检测到当前负载率对应的电机转矩变化到相邻区域时，在电机转矩变化量达到设定阈值时，扶梯运行速度对应变化到相邻区域对应的运行速度。

在扶梯当前电机转矩变化达到设定阈值时扶梯运行速度对应变化到相邻区域对应的运行速度的步骤包括：

①设置负载率变化量区间临界值。

②扶梯当前负载率已从当前区域变化到相邻区域：

③判断当前负载率是否大于负载率变化量区间临界值与转矩滞环点的和，若是，则使扶梯运行速度调节到对应运行速度较大的相邻区域；若否，则使扶梯维持当前运行速度。

④判断当前负载率是否小于负载率变化量区间临界值与转矩滞环点的差，若是，则使扶梯运行速度调节到对应运行速度较小的相邻区域；若否，则使扶梯维持当前运行速度。

扶梯自动调速方法还包括检测扶梯运行负载率的变化，若扶梯运行负载率的变化跨越相邻区域，则将扶梯运行速度调节到当前负载率对应的区域。

如果做成不同负载率对应的不同运行速度进行CVT无极调速，理论上没有什么问题。但是针对扶梯乘客特点，扶梯负载变化是连续变化的。当负载变化时，必然表现在速度不断变化。那么表现在扶梯乘坐上为一会加速一会减速，这显然会影响乘坐舒适感。

为此采用如下调速方式：设置几个不同负载率范围，在一个负载率范围内速度不变，只有当前负载率从一个区间穿越另外一个空间并且负载变化大于一定值时才进行变速处理。

下面结合具体实例来说明：以上行为例将负载率设置为四个区间

A1up区间范围：0-a；对应速度V1；

A2up区间范围：a-b；对应速度V2；

A3up区间范围：b-c；对应速度V3；

A4up区间范围：c-d；对应速度V4；

其它：对应速度扶梯额定频率。

这样通过当前检测转矩位于具体区间进行选择调速。另外针对扶梯上下行不同特点（即同样负载在上行和下行时对应的输出转矩有差别），上下行负载率设置需要分开，即上行负载率区间为A1up～A4up，而下行负载率区间为A1dn～A4dn。

步骤S130，在扶梯上行时，检测扶梯当前电机转矩，并根据当前电机转矩与当前频率点所对应的空载时的电机转矩之差计算出当前负载率。

正常运行过程中,当检测到光电开关动作时，扶梯首先检测当前负载转矩，根据当前转矩与该频率点所对应的空载转矩之差计算出当前负载率。

步骤S140，根据计算出的当前负载率设置对应的扶梯运行速度。

根据负载率所在的区间进行调速处理。针对各个区间临界点时，可能会出现当前负载率在两个区间之间频繁穿越，这会导致频繁调速，为了避免这种情况，当检测到负载转矩变化穿越区间时，会同时检测负载变化率的变化，当负载变化率达到一定值时才进行调速的切换。

以上行调速为例给出方法：

请结合图2。当扶梯从节能状态到加速状态时，首先根据检测到的负载率进行区间判断，根据所在区间进行调速处理，假定当前负载在A2up区间（a-b），对应的速度为V2；当负载增大时，位于A3up区间(b-c)。此时并不进行区间换速，而是要判断当前值是否大于区间临界值b加上转矩滞环点e。如果大于临界值b加上转矩滞环点e，则进入区间A3u，速度为V3。当在此区间运行时，负载减小，并且负载率位于A2up区间（a-b），此时并不进行区间换速，而是要判断当前值是否小于区间临界值b减掉转矩滞环点e。如果小于区间临界值b减掉转矩滞环点e，则进入区间A2up，速度为V2。反之，维持在A3up区间，速度为V3。如果为垮区间变化则立即进行换速。例如，原来负载在A2up区间（a-b），当检测到当前负载突变到A4up(c-d),则立刻进行换速。同样原理可以判断各个区间如何进行换速。通过这样处理可以有效避免在区间临界时的频繁切换。

步骤S150，在扶梯下行时，检测扶梯的母线电压大小及变化趋势。

步骤S151，若母线电压大于第一设定阈值G1且小于第二设定阈值G2，同时母线电压未出现上升时，扶梯准备切换到工频模式。

步骤S152，若母线电压大于第一设定阈值G1且母线电压出现上升时，或母线电压大于第二设定阈值G2时，扶梯切换到工频运行。

步骤S153，若母线电压小于第三设定阈值G3时，检测扶梯当前电机转矩，并根据当前电机转矩与当前频率点所对应的空载时的电机转矩之差计算出当前负载率，G3＜G1＜G2；根据计算出的当前负载率设置对应的扶梯运行速度。

当扶梯下行时，考虑到扶梯负载增大时，会进入发电运行。通过实施检测当前母线电压和进行综合判断是否切换到工频运行。针对扶梯负载客流特点，扶梯发电时反馈能量随着负载增加而逐步增加，反应到母线电压为逐步增加，发电电流逐渐增大。而且当发电时如果能量不到一定程度，母线电压不会逐步增加而是稳定到一定值得这个特点，因此将母线电压变化率和母线电压一并考虑到是否切换工频运行。

具体地，当母线电压大于设定值G1并且检测当前母线持续上升时，扶梯首先快速加速到扶梯额定运行频率后，切换到工频运行。

当母线电压大于设定值时G1，母线电压并未出现上升时，并且当母线电压小于设定值时G2扶梯只是加速到扶梯额定运行频率后，此时并不进行工频运行，而是准备进行切换。当母线电压大于设定值G1并且检测当前母线持续上升时，或者当母线电压大于设定值G2时，才切换到工频运行。

当母线电压小余设定值G3时，扶梯按照正常按照负载率继续调速。

切换到工频运行后，如果持续时间光电开关没有动作，则自动切换变频低速节能运行。G1为700V，G2为750V，G3为600V。

通过上面的处理，可以有效避免了绝大多数轻负载时的工变频切换。

在扶梯处于工频运行状态时，检测扶梯的光电开关状态，若光电开关没有信号，则将扶梯切换到低速节能运行频率。

检测扶梯在低速节能运行频率的电机转矩，并判断电机转矩在大于设定值H且处于该设定值H达到持续时间T1时，则按设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系调节扶梯的运行速度。

在调节扶梯运行速度的同时，发出光电开关损坏的报警信号。

在扶梯处于工频运行状态时，检测扶梯的光电开关状态，若光电开关在持续时间T2内一直发出信号，则发出光电开关损坏的报警信号。

当扶梯处于低速节能运行状态时，通过检测当前负载转矩，如果转矩大于设定值H时，并且持续一定时间T1，说明此时已经有乘客进入。如果此时光电开关还未动作，则光电开关动作可能存在问题。则扶梯首先按照负载率进行调速。同时通过蜂鸣、警告输出等方式进行提醒光电开关需要进行维修。正常运行时，扶梯乘客的客流量是间歇的。表现在光电开关的动作是间歇式的，如果检测到光电开关在持续时间T2内，一直动作，则可能是光电开关存在人为遮挡或者存在失效可能。当检测到这种条件下，通过蜂鸣、灯光等其它方式进行提醒光电开关需要进行维修。其中H为20%额定转矩，T1为3秒，T2为一个小时。

基于上述所有实施例，在扶梯自动调速方法的控制下，扶梯的运行过程如下：

请结合图3。扶梯包括电机、主输出接触器、扶梯一体化控制器及下行接触器。扶梯一体化控制器用于控制扶梯上行及下行的速度调节。主输出接触器用于控制电机的转动速度。即能够通过扶梯一体化控制器控制主输出接触器对电机转速的控制。同时，在下行时，根据扶梯反馈到输入电网的电压来判断对扶梯的速度控制情况。

上述扶梯自动调速方法在变频时根据当前负载率，自动调整扶梯运行速度，即人越少时，扶梯速度越低，人越多时，扶梯速度越高。这样带来好处是，既可以更好的节能同时不影响运送人力的效率。

在扶梯下行时，检测到发电运行到一定条件时，才自动切换到工频运行，一方面减少了工变频之间频繁切换，同时省去了制动电阻的配置，降低了系统成本。

同时设置了自动检测光电开关状态是否处于异常状态，避免因光电开关异常而导致扶梯不必要的工变频切换以至于浪费能源。

上述扶梯自动调速方法通过预先学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩的关系、同时设置负载率与运行速度的对应关系。因此，在扶梯上行时能够通过检测电机转矩并通过电机转矩与负载率的计算关系得出当前负载率，从而根据负载率控制扶梯的运行速度，因此能够在扶梯上行时达到节能效果。在扶梯下行时，判断扶梯的母线电压大小及趋势，从而能够避免扶梯过多进入工变频切换，以达到节能效果。上述扶梯自动调速方法无需通过硬件改变来控制扶梯的运行速度改变，且不会频繁进行工变频切换，因而能够节约成本，减少扶梯的元器件损坏。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种扶梯自动调速方法，包括以下步骤：

自学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩之间的对应关系；

设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系；

在扶梯上行时，检测扶梯当前电机转矩，并根据当前电机转矩与当前频率点所对应的空载时的电机转矩之差计算出当前负载率；

根据计算出的当前负载率设置对应的扶梯运行速度；

在扶梯下行时，检测扶梯的母线电压大小及变化趋势；

若母线电压大于第一设定阈值G1且小于第二设定阈值G2，同时母线电压未出现上升时，扶梯准备切换到工频模式；

若母线电压大于第一设定阈值G1且母线电压出现上升时，或母线电压大于第二设定阈值G2时，扶梯切换到工频运行；

若母线电压小于第三设定阈值G3时，检测扶梯当前电机转矩，并根据当前电机转矩与当前频率点所对应的空载时的电机转矩之差计算出当前负载率，G3＜G1＜G2；根据计算出的当前负载率设置对应的扶梯运行速度。

2.根据权利要求1所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，所述自学习扶梯空载运行时运行频率与电机转矩之间的对应关系的步骤包括：

步骤(1)，扶梯首次上电启动后以低速节能运行频率f1稳定运行到额定时间后，采样扶梯的B个电机转矩数据，对B个电机转矩数据取平均后存储；

步骤(2)，在所述低速节能运行频率f1的基础上依次增加0.5Hz的运行频率至扶梯达到全速运行频率，并按照步骤(1)和(2)依次获得并记录每次增加运行频率的电机转矩数据。

3.根据权利要求1所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，所述设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系的步骤包括：

将负载率分为若干个区域，每个区域分别对应一个扶梯运行速度。

4.根据权利要求3所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，还包括检测到当前负载率对应的电机转矩变化到相邻区域时，且在电机转矩变化量达到设定阈值时，扶梯运行速度对应变化到相邻区域对应的运行速度。

5.根据权利要求4所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，所述检测到当前负载率对应的电机转矩变化到相邻区域时，且在电机转矩变化量达到设定阈值时，扶梯运行速度对应变化到相邻区域对应的运行速度的步骤包括：

设置负载率变化量区间临界值；

扶梯当前负载率已从当前区域变化到相邻区域时：

判断当前负载率是否大于负载率变化量区间临界值与转矩滞环点的和，若是，则使扶梯运行速度调节到对应运行速度较大的相邻区域；若否，则使扶梯维持当前运行速度；

判断当前负载率是否小于负载率变化量区间临界值与转矩滞环点的差，若是，则使扶梯运行速度调节到对应运行速度较小的相邻区域；若否，则使扶梯维持当前运行速度。

6.根据权利要求5所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，还包括检测负载率的变化，若负载率的变化跨越相邻区域，则将扶梯运行速度调节到当前负载率对应的区域。

7.根据权利要求1所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，在扶梯处于工频运行状态时，检测扶梯的光电开关状态，若光电开关没有信号，则将扶梯切换到低速节能运行频率。

8.根据权利要求1所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，检测扶梯在低速节能运行频率的电机转矩，并判断电机转矩在大于设定值H且处于该设定值H达到持续时间T1时，则按设置扶梯负载率与扶梯运行速度的对应关系调节扶梯的运行速度。

9.根据权利要求8所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，在调节扶梯运行速度的同时，发出光电开关损坏的报警信号。

10.根据权利要求1所述的扶梯自动调速方法，其特征在于，在扶梯处于工频运行状态时，检测扶梯的光电开关状态，若光电开关在持续时间T2内一直发出信号，则发出光电开关损坏的报警信号。