自动扶梯踏板故障的改造

杨义伟，林叶春，杨柳青，翟宁洁（.上海海事大学，上海 0306；.安徽工业大学，安徽 马鞍山 4303）

自动扶梯踏板故障的改造

杨义伟1，林叶春1，杨柳青2，翟宁洁1
（1.上海海事大学，上海 201306；2.安徽工业大学，安徽 马鞍山 243032）

受到前一段时间自动扶梯踏板“吞人”事故频发的启发，文章设计了一套新型的自动扶梯控制系统，主要针对扶梯的非操纵逆转及扶梯出入口处踏板“吞人”故障进行控制系统的优化，同时考虑到节能环保，故在新系统中运用MM440变频器实现扶梯调速运行以实现节能目标。

自动扶梯；系统优化；可编程逻辑控制器；变频调速

0　引言

2010年12月14日，深圳地铁1号线国贸站一台正在上行自动扶梯逆转倒溜，导致23名乘客受伤；2011年5月13日，上海“百盛”商场一台正在上行的电梯出现逆转，导致4名乘客轻伤；2011年7月5日，北京地铁4号线动物园站一台正在上行的扶梯突然出现逆转倒溜，导致1人死亡、3人重伤、27人轻伤[1]；2015年7月26日，湖北荆州市发生自动扶梯“卷人”事件，导致一人死亡；7月27日，广西一名一岁多的小朋友手臂被自动扶梯卡住导致重伤[2]。根据国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监管局的相关数据统计，截止至2015年6月底，全国共发生电梯事故23起，23人死亡，5人受伤[3]。本该方便人们生活的自动扶梯现在却成了危害人们生命安全的杀人机器，这给全社会敲响了警钟。

以上事故中，主要有两种因素导致自动扶梯故障：一是扶梯的非操纵逆转，另一个是自动扶梯的安保方面的控制有漏洞，同时因大多数自动扶梯不管客流量是多是少，都已额定速度运行，造成电能的浪费，远远达不到节能的效果，而且还会加剧自动扶梯机械部分的磨损，降低使用寿命[4]。因此文章根据以上两种电气故障，结合自动扶梯的节能及延长使用寿命方面考虑，对原有的自动扶梯控制系统进行改造，设计了一种新型的自动扶梯控制系统[5，6]。

1　新型自动扶梯的运行原理

1.1非操纵逆转保护

非操纵逆转发生时，驱动主机从运行速度降速到零，然后反向运转。故利用增量式编码器来检测电梯驱动主机的旋转方向及转速。正常运行时，A相比B相提前90°；若发生非操纵逆转，则编码器先检测到驱动主机速度下降随后B相比A相提前90°，据此则可以检测到是否发生非操纵逆转[7，8]。

图1　自动扶梯结构图Fig.1 The structure chart of escalator

1.2自动扶梯控制系统的改造

在此采用人工预先设定运行方向的扶梯[9]，结构如图1所示。扶梯的上下两个入出口处利用光电传感器（S1、S2）检测乘客，为防止上行（下行）的乘客误入下行（上行）电梯，在采集S1、S2的输入信号时，下行电梯启动的条件是S1先采集到信号；相反上行电梯启动条件是S2先采集到信号。同时，在入出口处的踏板（B1、B2）下方分别加装2个电磁铁M1、M2及限位开关X1、X2。当入口S1检测到有乘客时，S1启动入口计数器C1，入口、出口处的M1、M2同时通电t1秒（时间值可根据实际情况在程序中设置）以检测两踏板B1、B2是否紧固，若B1、B2松动，X1/X2动作，电梯发出声光报警，并切断电梯电源，强制电梯停止运行，若B1、B2正常则继续运行；出口S2检测到有乘客离开时启动出口计数器C2；当C2与C1计数值相同时，说明扶梯上已没有乘客，则C1、C2清零，至此为一个循环。

1.3自动扶梯运行流程

1）为防止非操纵逆转，在驱动主机上添加光电编码器，对电梯上行和下行，在电路中采用开关互锁，保证系统的正常运行。在变频器上加制动电阻以消耗多余能量。

2）S1检测到第一个乘客时，电梯开始加速，在t2秒（可在程序中设置）内有少于N位（可在程序中设置）乘客时，电梯加速到V2（变频器中设置）并保持此速度运行；在t2秒内多于N位乘客时，电梯加速到额定速度V0运行。

3）当C1、C2相同时，说明电梯已经没有乘客，计时器T0开始计时，若t3秒之内检测到乘客时，重新检测客流量，即重复第3步，若t3秒（程序中设置）之内没有乘客，电梯速度降到V1；速度降到V1后计时器T1开始计时t4秒，t4秒之内有乘客则重复第三步；若t4秒之后没有检测到乘客，在客流量较大的情况下，例如地铁、火车站等，没有乘客时，电梯保持极低的速度V1（变频器中设置）运行；在客流量相对较小的情况下延时t4秒后电梯停机，以节省电能及减少器件机械摩擦损耗。

2　系统设计

2.1PLC的选择

根据自动扶梯控制系统的实际情况，PLC的输入信号有：1）上行光电传感器Sl；2）下行光电传感器Xl；3）上行限位开关X1；4）下行限位开关X2；5）紧急停止信号；6）变频器故障信号；7）上行工频输入信号；8）下行工频输入信号；9）抱闸输入信号；10）上行输入信号；11）下行输入信号；12）光电编码器A相信号；13）光电编码器B相信号；14）复位信号。PLC输出信号：1）上行电磁铁M1；2）下行电磁铁M2；3）上行输出信号；4）下行输出信号；5）低速输出信号；6）中速输出信号；7）全速输出信号；8）变频器输出信号；9）抱闸输出信号；10）上行工频输出信号；11）下行工频输出信号；12）检修输出信号；13）警铃信号；14）报警灯信号；15）工频输出信号。由上可知，PLC一共需要的I/O点数为29个，在为PLC预留一些I/O口，综合考虑，选用S7-200系列CPU224XP，其输入输出点数为24个，因此在扩展一个EM223模块，一共40个I/O口，完全满足设计需要。

2.2变频器选择

变频器选用西门子MM440系列变频器，它是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。具有很高的运行可靠性和功能的多样性。脉宽调制频率高，因此电动机运行的噪声低。且易于安装、调试，模块化设计具有多个继电器输出和模拟量输出。具有过压/欠压保护，变频器/电动机过热保护，接地故障保护及电动机保护等特性。因此，采用这款变频器用于控制自动扶梯的驱动电机是十分理想的。

2.3自动扶梯主电路设计

结合自动扶梯变频调速的实际情况及特点，设计以下电路结构[10]，如图2所示。为了防止接触器KM0、KM1、KM2同时闭合导致驱动主机M烧坏，故图中QS为双向开关，QS拨到QS0时为“变频模式”，此时若KM0闭合，变频器接入电路，电梯在变频器控制下自动切换速度；QS拨到QS1时为“市电模式”，电梯以额定速度运行。若电梯运行时变频器故障，紧急情况下电梯切换到此模式以维持电梯继续运行，其中KM1闭合时为上行，KM2闭合时为下行[11]。

图2　自动扶梯主电路Fig.2 The main circuit diagram of escalator

2.4自动扶梯控制电路的设计

控制电路如图3所示，其中输入部分：SL为上行光电传感器，XL为下行光电传感器，X1/X2为限位开关，FF为变频器故障信号，SG、XG分别为上下行工频，BK为抱闸输入信号，X、S分别为上行、下行输入信号。输出部分：Q0.0-Q0.5分别为低速、中速、全速输出、检修输出、上行、下行，Q0.6-Q1.4分别为上行工频、下行工频、电磁铁M1/M2、抱闸输出、变频输出、工频输出。Q1.5为报警灯、Q1.6为警铃输出。

3　改造后的效果

在实验室模拟电梯运行的情况下，光电传感器SL/XL有信号输入时，电磁铁M1/M2通电，B1/B2松动导致限位开关X1/X2动作，此时系统自动断电并抱闸锁死，电动机固定在原位；当强制电动机反向时，系统自动断电保持；电动机能够根据传感器检测信号自动调速；系统能够在变频器故障时自动切换到工频模式。

4　结论

图3　控制电路图Fig.3 Diagram of control circuit

本文设计的新型自动扶梯控制系统基本完成了预计目标，实现了在故障发生时自动停机并保持，自动完成调速等功能。但因条件有限，本系统并未真正用于自动扶梯，同时本系统还有不甚完善的地方，在以后的研究学习中有待改进。本系统仅供电梯行业参考以减少电梯事故的发生。

[1] 王晨. 自动扶梯的非操纵逆转保护[J]. 中国特种设备安全，

2012（01）：16-18.

Wang Chen. Direction reverse protection of escalator[J]. China Special Equipment Safety，2012（01）: 16-18.

[2] 顾硕. 电梯“吃人”警钟长鸣[J]. 自动化博览，2015（08）：3. GuShuo. Alarm the bells for escalator’s fault[J]. Automation Panorama，2015（08）: 3.

[3] 毕文婷. “吃人”的不仅仅是电梯[J]. 劳动保护，2015（09）：

95-97.

BiWenting. Eating is not only escalator[J]. Labour Protection，2015（09）: 95-97.

[4] 郭燕君，王大一. 自动扶梯电气控制系统设计[J]. 新型工业

化，2015，5（4）：61-66.

GuoYanjun，Wang Dayi. Escalator Electrical Control System Design[J]. The Journal of New Industrialization，2015，5（4）: 61-66.

[5] 孟宪强，廖明军，王凯英. 轨道交通站内自动扶梯通行能力分析[J]. 上海海事大学学报，2012，33（3）：42-51.

MengXianqiang，Liao Mingjun，Wang Kaiying. Analysis of passenger capacity of escalator at metro station[J]. Journal of Shanghai Maritime University，2012，33（3）: 42-51.

[6] 赵彦杰，刘爱国，袁江，等. 自动扶梯和自动人行道逆转保护装置试验方法[J]. 起重运输机械，2015（8）：6-8. Zhao Yanjie，Liu Aiguo，Yuan Jiang ，et al. The test method of reverse protection device about escalators and moving sidewalks[J]. Hoisting and Conveying Machinery，2015（8）: 6-8.

[7] 赵振虎. 自动扶梯放逆转保护的研究[J]. 内江科技，2012（6）：53.

Zhao Zhenhu. Research escalator reversal protection[J]. NeijiangTechnology，2012（6）: 53.

[8] 欧阳俊. 自动扶梯防逆转保护装置的模拟试验方法[J]. 中国电梯，2012，17（23）：62，63.

Ouyang Jun. Escalator plugging protection device simulation test method[J]. China Elevator，2012，17（23）: 62，63.

[9] 周振龙. 自动扶梯及围裙板夹人原因分析及预防[J]. 设备管理与维修，2015（S2）：202，203.

Zhou Zhenlong. Gripingcauses’ analysis and prevention about escalator and its skirtpanel[J]. Equipment Management andMaintenance，2015 （S2）: 202，203.

[10] 王宇鹏. 自动扶梯全变频分时段运行技术在昆明轨道交通中的应用[J].中国高新技术企业，2015（11）：53-55. Wang Yupeng. The application of escalator fully frequency conversion running period of escalator[J]. China High Technology Enterprises，2015（11）: 53-55.

[11] 陈洁. 自动扶梯的PLC单片机化控制[J]. 电世界，2015（9）:44-48.

Chen Jie. Escalator’s PLC control based on single-chip[J]. Electrical World，2015（9）: 44-48.

Improvement of Escalator Pedal Fault

YANG Yi-wei1, LIN Ye-chun1, YANG Liu-qing2, ZHAI Ning-jie1
(1.Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China; 2.Anhui University of Technology, Anhui 243032, China)

Recently, the traditional escalator failures frequent. In response to this, a new escalator control system has been designed based on the S7-200, which used for retrofitting the antiquated system that may result in the unintentional reversal of direction and devouring people on the escalatorpedal. In addition to this, the MM440 has been applied to saving energy and steplessspeed control.

Escalator; System Optimize; PLC(Programmable Logical Controller); Stepless Speed Control

10.3969/j.issn.2095-6649.2015.10.007

YANG Yi-wei, LIN Ye-chun, YANG Liu-qing, et al. Improvement of Escalator Pedal Fault[J]. The Journal of New Industrialization，2015，5（10）: 38-41.

杨义伟（1991-），男，汉，上海海事大学在读硕士研究生，主要研究方向：电气及自动化、机器人及其应用；林叶春（1967-），男，汉，上海海事大学，副教授，主要研究方向：电力电子及其电力传动；杨柳青（1996-），男，汉，安徽工业大学，主要研究方向：材料工程；翟宁洁（1990-），女，汉，上海海事大学，硕士研究生，主要研究方向：英语笔译。

本文引用格式：杨义伟，林叶春，杨柳青，等.自动扶梯踏板故障的改造[J]. 新型工业化，2015，5（10）：38-41.