专利名称：自动扶梯及自动人行道控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动扶梯和自动人行道系统控制领域，特别是涉及一种用于自动扶梯和自动人行道系统的控制装置。
背景技术：
作为行人输送系统的自动扶梯与自动人行道一般认为是以恒定速度方式运行的， 其电力拖动传统上采用最简单的电网直接供电拖动系统。然而大多数自动扶梯具有定期的间隙使用的特点，比如地铁4分钟一班，出站的人流在自动扶梯上持续的时间大约1分钟， 这段时间内出站人流被拥堵在扶梯入口处，不能被及时疏散，而另外的3分钟时间处于空载或轻载运行状态。对于象办公楼宇等商用型自动扶梯的应用场合，除上下班高峰时间段， 其它时间基本上都处于空载或轻载运行状态。又如普通商场及地铁、机场等场合的入站人流为断续的，这种场合扶梯的负载率均不大，此时扶梯的摩擦损耗大大高于运输行人的有效功耗，扶梯整体效率很低。象这样在交通高峰期需要最大交通运输流量，而在间隙期轻载或空载条件下使用的自动扶梯的能源浪费又是相当可观的，如何处理好这对矛盾，提高高峰时行人输送能力，并减小轻载及空载条件下的损耗，是具有相当的现实意义。中国发明专利申请审定说明书CN1010852B(审定公告日1990年12月19日)及中国发明专利说明书CN1099370C(授权公告日2003年1月22日)提供了一种在扶梯有行人时由三相交流电网直接供电，扶梯以额定速度运行；在无行人时由变频器供电，扶梯以极低速运行或停止以节约能源的方法。然而该种方法只解决了扶梯上无行人(空载)时的节能问题，对于扶梯有行人时，特别是扶梯处于轻载时的整体效率低的状况并没有任何改善。对于扶梯轻载时的节能通常的做法是降低电动机的电压，使电动机的发热减小以提高其效率。为达到此目的，可采用Υ/Δ切换方法和扶梯有行人时也由变频器供电的方法。Y/Δ切换方法即当扶梯处于轻载时电动机采用Y型接法，而在重载时电动机切换到Δ型接法，以此降低电动机在轻载时的电流。然而频繁的切换不仅会缩短产品的寿命， 也会给电网带来较大的冲击。扶梯有行人时也由变频器供电，由于变频器输出电压可调，在扶梯轻载时适当降低电动机电压来达到节能目的。然而这种纯粹降低电动机电压的方法的节能效果仍然是有限的，此方法仅仅降低了电动机的发热，却对扶梯的摩擦损耗没有任何降低。因此以上的所有控制方法并没有很好地解决自动扶梯和自动人行道轻载节能的问题。中国发明专利申请公布说明书CN1994847A(
公开日2007年7月11日)公开了一种通过检测负载对扶梯速度进行切换的自动扶梯系统，可以设定若干负载区间，在不同的负载区间采用相应的驱动速度。这种方法虽然可以较好地解决轻载节能的问题，然而对于人流量大时，其并不能以超过常规扶梯速度运行，目前在用的扶梯中均没有解决好扶梯高峰时段的输送能力如何提高的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自动扶梯和自动人行道系统的控制装置，使自动扶梯和自动人行道在重载时提高行人输送能力，而在轻载条件下能最大限度地节能， 达到节能与输送能力之间的平衡。为解决上述技术问题，本发明的自动扶梯和自动人行道系统的控制装置包括三相整流装置组件，实现AC-DC的变换；逆变装置组件，与所述三相整流组件连接，实现DC-AC变换，为电动机提供驱动电源电压；电动机，与三相整流装置组件和逆变装置组件相连接，用于拖动扶梯；微处理器运算系统，与三相整流装置组件和逆变装置组件连接，用于自动扶梯的控制及驱动；两路电流互感器，分别测量所述电动机的U相和V相相电流，并输入至微处理器运算系统；设置在扶梯上下部入口处的行人检测装置，与微处理器运算系统相连，用于检测有无行人；所述微处理器运算系统根据电流互感器或行人检测装置输入的信息，估算出扶梯的负载率，将扶梯设定为多个负载区间，在不同的负载区间采用不同的驱动速度；其中当扶梯负载率大于设置阈值时，由三相整流装置组件和逆变装置组件控制电动机以高于其额定频率运转的相应扶梯速度Vr的速度Vmax运行，以提高扶梯行人输送能力。由于三相整流装置组件和逆变装置组件输出至电动机上的电压频率都是可变的， 改变电动机的电源频率，可以对自动扶梯及自动人行道进行速度调整，当扶梯处于轻载时， 降低电动机的电压，可以使电动机的功率因数、效率达到最优。由行人检测装置及电流互感器组成的扶梯行人负载检测装置，不仅可检测有无行人，还可检测行人的多少。本发明定义扶梯速度不采用常规扶梯的额定速度，即电动机以额定频率(例如市电频率50Hz)运转时对应的扶梯速度。由于电动机的转速受三相整流装置组件和逆变装置组件控制，本发明中扶梯既可以常规额定速度Vr运行，也可以区别于额定速度Vr的其他速度运行，即本发明中的扶梯速度并不局限于常规扶梯的额定速度。根据扶梯负载率的多少对扶梯实现如下控制1、当扶梯负载率为零时，由三相整流装置组件和逆变装置组件控制电动机保持扶梯以极低速Vtl运行或停止待机以节约能源。2、当扶梯负载率较小时(例如负载率< 50% )，由三相整流装置组件和逆变装置组件控制电动机以低于扶梯额定速度Vr的速度V1运行，以降低扶梯轻载时的摩擦损耗。3、当扶梯负载率较大时(例如负载率> 50% )，由三相整流装置组件和逆变装置组件控制电动机以高于扶梯额定速度Vr的速度Vmax运行，以提高扶梯行人输送能力，尽快疏散行人。上述的三相整流装置组件为可控整流模块，可以将DC电压稳定地控制在一事先设定值上。当负载率较大时提高扶梯行人输送能力并不是单纯地将电动机的输出频率提高到市电频率以上，而是同时通过可控整流模块将DC电压提升后使逆变装置的输出电压能够高于市电输入电压，从而保证在电动机的输出频率提高的同时，电压/频率比不降低而保证负载率较大时扶梯的输出力矩，从而实现更大的交通输送能力。上述的速度V1与极低速运行Vtl的区别在于，V0的速度很低，其功能是提示行人当前扶梯处于正常服务中而不以输送行人为目的乂的速度较高，能够在合理的时间内将乘客输送到目的地。V1和Vtl均小于扶梯额定速度Vr，能够实现节能目的。应用本发明的控制装置，不仅可以实现扶梯与自动人行道的空载节能功能，而且可以在扶梯重载时提高行人输送能力，轻载时又能最大限度地节能。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是本发明自动扶梯及自动人行道控制装置的一实施例结构图；图2是自动扶梯及自动人行道的典型速度运行曲线。
具体实施例方式参见图1所示，所述自动扶梯及自动人行道控制装置包括三相整流装置组件3，与市电三相电源相连，实现AC-DC的变换。逆变装置组件2，与所述三相整流组件3连接，实现DC-AC变换，为电动机提供驱动电源电压。电动机1，与逆变装置组件2相连接，用于拖动扶梯9。微处理器运算系统4，与三相整流装置组件3和逆变装置组件2连接，用于自动扶梯9的控制及驱动。两路电流互感器7、8，分别测量所述电动机1的U相和V相相电流，并输入至微处理器运算系统4，用于电动机1的驱动运算并估计自动扶梯9的负载率；设置在扶梯上下部入口处的行人检测装置5、6，与微处理器运算系统4相连，用于检测自动扶梯9有无行人。由于三相整流装置组件3和逆变装置组件2输出至电动机1上的电压、频率都是可变的，改变电动机1的电源频率，可以对自动扶梯及自动人行道9进行速度调节，同时可以通过调节电动机1的电压，当自动扶梯9处于轻载时，降低电动机1的电压，可以使电动机的功率因数、效率达到最优，提高电气系统在空载及轻载时的运行效率。显然，在同样的负载条件下，自动扶梯及自动人行道9的功率消耗是与其运行速度呈正比的。而自动扶梯及自动人行道9作为行人输送系统，在负载率较高时的交通高峰期应有足够的输送能力，不使人群聚集在扶梯入口处；在负载率较低的轻载条件下，其主要目的是输送行人到目的地点，应该适当考虑节能；在负载率为零的无人条件下，此时已无行人需要输送，应尽最大限度节能。因此对于扶梯处于不同负载率条件下，其运行速度可以有不同的处理方式，下面分别进行讨论。空载无人时由扶梯上下部入口处行人检测装置5、6可以检测行人的有无，当在一定时间内行人检测装置5、6未检测到行人，并延时一段时间保证最后一位行人被输送完成后，微处理器运算系统4控制三相整流装置组件3和逆变装置组件2，使扶梯9至极低的待机速度\运行或直接停止扶梯9，实现扶梯9的空载节能。当扶梯负载率较小时(例如负载率< 50 % )，此时扶梯入口处不会聚集行人，扶梯的主要目的是输送行人到目的地点，可适当降低扶梯运行速度，实现扶梯的节能。由三相整流装置组件和逆变装置组件控制自动扶梯以低于扶梯速度Vr的速度V1运行，以降低扶梯轻载时的摩擦损耗。速度V1的设定以能够在合理的时间内将乘客输送到目的地，达到行人输送目的为原则。当扶梯负载率较大时(例如负载率> 50% )，此时在扶梯入口处会聚集较多的人群，自动扶梯及自动人行道的主要目的转变为尽快疏散人群以缓解交通流量的压力，可适当提高扶梯运行速度以达到此目的。由逆变装置组件2控制自动扶梯以高于扶梯额定速度 Vr的速度Vmax运行，以提高扶梯行人输送能力，尽快疏散行人。这种速度切换是不需要人工干预的自动进行的，由微处理器运算系统4自动识别扶梯的负载状况，即扶梯的负载率检测可以通过行人检测装置5、6的累计计数实现，也可以通过电流互感器7、8的电流反馈来估算。当检测到扶梯的负载率小于预先设定的值时， 扶梯以V1速度运行；当扶梯的负载率大于预先设定的值时，扶梯以Vmax速度运行。图2显示了自动扶梯及自动人行道的典型速度运行曲线。当然前述负载率较大时，并不能单纯地将电动机的输出频率提高以提高扶梯行人输送能力。如按额定电压/频率条件(380V/50HZ)设计的电动机，如果运行在380V/55HZ 条件下，虽然电动机转速提高了，由于电压频率比降低了，其输出力矩也相应降低，当此时扶梯处于重载状态下，超频率使用就意味着有不能拖动如此大负载的风险。要解决此问题， 其一是配置更大功率等级的电动机和变频器，但这显然是得不偿失的；其二是同时提高输出至电动机的电压，保持电压频率比不变，例如由逆变装置组件2输出418V/55HZ至电动机，可保持电动机的力矩输出能力不变，同时扶梯速度提高10%。然而普通的变频装置经 AC-DC-AC变换后其输出电压并不能高于市电输入电压；本发明通过三相整流装置组件3采用的可控整流模块，将DC电压提升后使逆变装置组件2的输出电压能够高于市电输入电压，最终实现不提高电机功率配置的条件下，增加扶梯的行人输送能力。例如普通变频器通过二极管整流模块外界三相380VAC整流为537VDC，而通过可控整流模块将直流电压稳定地控制在700VDC，则相应的逆变装置组件2的电压输出能力也比普通变频器提高了 20 % 30%。采用可控整流的另外一个好处就是AC-DC的变换是双向的，当自动扶梯上行时，能量不仅可以从市电的AC三相电源转换为DC电压使电动机处于电动状态消耗能量；也可在自动扶梯下行时，电动机处于发电状态将DC电压转换为AC电压反馈回电网，而不是简单地采用制动电阻消耗掉，更加实现节能目的。对于很多场合的自动扶梯和自动人行道，在交通流量大时，迫切需要提高扶梯速度以疏散人群，以免造成交通拥堵导致意外事故，而大多数的运行时间都处于轻载运行条件下，重载运行时间所占的比重很小，因此扶梯的轻载节能和重载时行人输送能力的提高这对矛盾的调和尤为重要，应用本发明的节能控制装置，不仅可以实现扶梯与自动人行道的空载节能功能，也能在轻载时最大限度地节能，同时可以在扶梯重载时提高行人输送能力，是自动扶梯和自动人行道的最优运行方案。以上通过实施例对本发明进行了详细的说明，但是这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下本领域的技术人员还可做出若干变形和改进(如将扶梯负载率细分为更多等级，用更多档次的运行速度)，这些也应视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种自动扶梯及自动人行道控制装置，包括 三相整流装置组件，实现AC-DC的变换；逆变装置组件，与所述三相整流组件连接，实现DC-AC变换，为电动机提供驱动电源电压；电动机，与逆变装置组件相连接，用于拖动扶梯；微处理器运算系统，与三相整流装置组件和逆变装置组件连接，用于自动扶梯的控制及驱动；两路电流互感器，分别测量所述电动机的U相和V相相电流，并输入至微处理器运算系统；设置在扶梯上下部入口处的行人检测装置，与微处理器运算系统相连，用于检测有无行人；所述微处理器运算系统根据电流互感器或行人检测装置输入的信息，估算出扶梯的负载率，将扶梯设定为多个负载区间，在不同的负载区间采用不同的驱动速度；其特征在于 当扶梯负载率大于设定的阈值时，由三相整流装置组件和逆变装置组件控制电动机以高于其额定频率运转的相应扶梯速度Vr的速度Vmax运行，以提高扶梯行人输送能力。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于所述三相整流装置组件为可控整流模块，将DC电压稳定地控制在所需值上。
3.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于当负载率较大时，控制电动机以高于其额定频率运转的相应扶梯速度Vr的速度Vmax运行的同时，通过可控整流模块将DC电压提升后使逆变装置组件的输出电压能够高于市电输入电压，以保持变频器输出至电动机的电压/频率比不降低，即电动机输出力矩不降低。
全文摘要
本发明公开了一种自动扶梯及自动人行道控制装置，包括整流装置组件，逆变装置组件，电动机，微处理器运算系统，电流互感器及扶梯上下部入口处行人检测装置。电流互感器及行人检测装置用于扶梯负载率的估算，根据扶梯负载率的不同，改变自动扶梯及自动人行道的运行速度，并可在重载时将扶梯速度提高到超过额定速度，不仅可以实现扶梯与自动人行道的空载节能功能，而且可以在扶梯重载时提高行人输送能力，轻载时也能最大限度地节能。
文档编号B66B25/00GK102234057SQ20101016924
公开日2011年11月9日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者孙海勇, 顾海强, 黄维纲 申请人:上海三菱电梯有限公司