CNIM自动扶梯电气控制系统改进

田 峰

（北京地铁机电公司 北京）

1998年，北京地铁为复八线开通从法国原装进口一批CNIM自动扶梯（以下简称扶梯），目前扶梯电力消耗和机械磨损问题日益凸显。为此北京地铁对扶梯进行了节能改造，增加变频调速功能，使其在有乘客时可正常工频运行，无乘客时转为慢速变频运行。但是改造也存在一些问题，有可能导致扶梯失控遛梯且速度监测不会及时发现，从而延迟制动器动作时间，引发乘客伤害。

一、节能改造

扶梯原采用Y—△启动和正反转控制电路，根据电机功率，节能改造增加ATV58HD33N4型和ATV58HD46N4型变频器，在原控制电路中增加一条变频器控制回路。这样既可选择变频调速功能进行变频运行，也可选择原工频运行（甩开变频回路）。电路新增的PLC主要控制变频器，使其可实现高速、低速、检修和正反转运行等功能。变频接触器的一对常闭点21、22串入Y形接触器回路，一对常开点13、14串入△型接触器回路；左、右扶手带检测PLC接点RJ4与原电路左、右扶手带检测常开点并联，电机测速PLC接点RJ5与原电机测速常开点并联（图1）；超速、欠速PLC接点RJ6与原电路超速、欠速常开点并联（图2）。

图1 扶梯扶手带测速

二、存在的问题

1.失控

扶梯在变频运行状态下，当变频器自身发生故障时，制动器不是迅速制动，而是延迟20 s动作，在此期间，扶梯处于无驱动亦无制动的失控状态，很可能造成载有乘客的扶梯出现遛梯。分析原因如下。

（1）不能切断主回路。节能改造只考虑扶梯变频运行后对速度的影响。在主回路只针对扶手带速度监测、电机速度监测和超、欠速等速度保护电路进行了改动，未在安全回路中串入开关，因此变频器故障无法直接切断主回路。

（2）控制回路延时。变频器自身一旦出现故障，扶梯将会失去动力，电机停止转动，导致向上运行的自动扶梯减速向上，向下运行的自动扶梯加速向下，此时电机速度监测和超、欠速保护会断开主回路，制动扶梯。但是PLC的延时设计造成制动系统可能会延时20 s动作。相关PLC程序见图3，TOP中，电机测速%Q2.5和超、欠速保护%Q2.6由%M1控制；TOP+6中，当%C3.V=%C3.P时，相关位%C3.D=1；TOP+7 中，%C3.D=0、%M1=0，则%Q2.5和%Q2.6为 1，致使 RJ5吸合，将电机速度监测保护功能隔离，RJ6吸合将自动扶梯超速、欠速保护功能隔离。直至TOP+7中工频运行%Q2.2和%C3.D同时为1后再延时20 s才能恢复原有速度监测功能。在此期间变频器一旦出现问题，均会造成速度监测系统延时。

图2 扶梯超、欠速监测

图3 PLC程序

2.速度保护功能缺失

节能改造后，原有超速、欠速和电机测速保护功能有时被隔离，不起作用。因此当扶梯在变频运行状态下，无论何种原因导致设备速度异常，很可能会避开保护装置监测，产生严重后果。改造中PLC程序关于速度监测类项目的设置，本质上不具备安全保护功能，只是单纯为了使扶梯在变频慢速运行状态下，原有速度保护功能不动作。这种做法均会造成设备在大部分变频时间内和20 s延迟过程中处于速度保护功能缺失的状态，存在严重安全隐患。

三、改进措施

1.失控

（1）主回路中增加控制点。最初考虑将变频器故障点R1A和R1C（常开点）串联进原安全回路，当变频器发生故障时，安全回路断开，制动器立即动作。但R1A和R1C两点间电压为DC 24 V，而安全回路电压为AC 48 V，变频器故障点不能直接串联进安全回路。为此可增加一个中间继电器RJ7，R1A和R1C常开点控制RJ7线圈，取RJ7一对常开点5、9串入安全回路（图4）。这样变频器在故障情况下RJ7线圈失电，RJ7常开点5、9断开，切断安全回路，制动器释放，制停扶梯。但是这种改动带来了一个新问题，电梯在工频状态下变频器没有电源，R1A和R1C两点常开，RJ7线圈无法得电，常开点5、9保持打开，安全回路始终断开，设备无法运行。因此将工频运行接触器CL5的常开点13、14和RJ7常开点5、9并联，串入安全回路。这样当扶梯变频运行时RJ7常开点5、9闭合，保证安全回路导通，当扶梯工频运行时CL5常开点13、14闭合，保证安全回路导通。变频器故障时也可直接切断安全回路，制停扶梯，避免扶梯失控。

图4 安全回路改进

图5 延时调整程序

（2）控制回路延时。在变频器调整变频器从变频运行状态至工频运行状态所用时间，考虑到加速度的舒适程度，一般调整至3 s，原设计的20s延时就显得格外长，用PLC程序将延时改为5 s比较适宜（图 5）。

2.速度保护功能改进

变频运行造成速度减慢，不会引起超速保护装置动作，因此应去除图2中与超速保护开关并联的RJ6常开点，继续使用原设计中的超速保护功能（必须保留图2中和欠速保护开关并联的RJ6常开点，否则将无法开梯）。

四、结语

CNIM自动扶梯电气控制系统改进后，进行了现场测试，达到了预期效果，消除了失控和速度保护缺失等安全隐患，确保了设备功能完好，安全可靠。电梯属于特种设备，危险程度高，这类设备改造应尤为慎重。改造应在满足需求的前提下，尽量减少对原设计和成熟产品的改动。