Какви проблеми могат да възникнат, когато единофазен регулатор на напрежението е заменен с регулатор от серията ABB RS

I. Въведение

При замяна на регулатори на еднофазно напрежение от серията ABB RS с еднофазни промишлени регулатори на напрежение в индустриални обекти, съществуват много основни трудности, като несъответствие на техническите параметри, несъвместими контролни интерфейси, сложна системна интеграция и спазване на стандартите за безопасност. Ако тези проблеми не са правилно решени, системата може да не функционира правилно, да работи нестабилно или дори да представлява риск за безопасността. С 10 години опит в ABB, аз съм много запознат с тези устройства. По-долу ще анализирам проблемите, срещнати при замяната, от гледна точка на техническите параметри, контролните интерфейси, системната интеграция и стандарти за безопасност, и ще предоставя някои решения.

II. Проблеми с несъответствие на техническите параметри

Има значителни различия в ключовите параметри между еднофазните промишлени регулатори на напрежение и регулаторите от серията ABB RS, което е първият проблем, който трябва да бъде решен при замяната. Като промишлени устройства, регулаторите от серията ABB RS имат по-голяма мощност, по-висока точност на регулиране и по-широки входно-изходни диапазони. Например, регулаторите на мощността на ABB използват фазово съобразно управление, с разрешение до 0,1° фазов ъгъл, докато обикновените еднофазни регулатори на напрежение не разполагат с такава висока точност.

(1) Различия в номиналното напрежение и изходния диапазон

Серията ABB RS може да поддържа по-широк входен диапазон на напрежението (например 180 - 260V) и по-гъвкаво изходно регулиране (например непрекъснато регулиране от 0 - 250V). Обикновените регулатори са ограничени от техническата конструкция или методите за управление и е трудно да постигнат този ефект. Ако новото устройство не може да удовлетвори изискванията за регулиране на напрежението на оригиналната система, това ще бъде много проблематично в сценарии с високи изисквания за точност на управлението.

(2) Несъответствие на мощността

Промишлените регулатори на ABB могат да обработват по-високи мощности (3 - 30kVA са често срещани), докато мощността на обикновените еднофазни регулатори може да е много по-малка (0,2 - 10kVA). Ако мощността на новото устройство е недостатъчна, то е склонно към прекомерно зареждане, повишено затопляне или дори директно повредяване. Освен това дизайнерската конструкция за охлаждане на регулаторите на мощността на ABB е по-прогресивна, използва високо-ефективни радиатори и ниско-шумни, дълголетни вентилатори, и ефективността на охлаждането може да бъде увеличена с 30% при същия обем, което обикновените регулатори не разполагат.

(3) Различия в методите на регулиране

Серията ABB RS може да използва цифрови технологии за управление, поддържа меко стартиране/спиране, и процесът на регулиране е гладък и точен; обикновените регулатори може да използват механични или простички аналогови методи за управление, и регулирането не е достатъчно гладко, което ще намали скоростта на отговор на системата и точността на регулирането.

III. Предизвикателства за съвместимост на контролните интерфейси

Съвместимостта на контролните интерфейси е втората главна трудност, предимно във връзка с протоколи за комуникация, типове сигнали и формати на сигнали. Промишлените устройства на ABB често използват стандартизиране протоколи за комуникация, като Modbus RTU или Profibus DP, докато обикновените еднофазни регулатори на напрежение може да поддържат само прост аналого вход или механичен контрол.

(1) Несъответствие на протоколите за комуникация

Серията ABB RS може да поддържа протокол Modbus RTU през интерфейса RS485, за да разменя данни с PLC или горен компютър. Например, преобразувателите на честотата на ABB (като серията ACS355 и ACS580) са оборудвани с функции за комуникация Modbus RTU като стандарт, и могат да използват общо четене/писане на единични и множествени регистри. Но обикновените еднофазни регулатори на напрежение може да не разполагат с този цифров интерфейс и да поддържат само аналогов вход, като 0 - 10V или 4 - 20mA.

(2) Конфликт на типовете сигнали

Ако оригинальното устройство на ABB използва сигнал на тока 4 - 20mA за контрол на изходното напрежение, а новото устройство разпознава само сигнал на напрежението 0 - 10V, трябва да се добави модул за конвертиране на сигнала; в противен случай, сигналът за управление не може да бъде предаден правилно, и регулиращите характеристики на системата ще бъдат засегнати.

(3) Различия в форматите на сигнали

Комуникационните параметри на устройствата на ABB имат специфични настройки, като скорост на передаване 9600 бод, без проверка на четност, 8-битови данни, 1-битов стоп, и конкретен метод за CRC проверка. Ако параметрите или форматите на данните на новото устройство са различни, комуникацията може да не успее и разбирането на данните може да бъде неправилно. Например, когато робот на ABB комуникира чрез Modbus RTU, е необходимо да се използва кръстосано свързване към последователен порт 232 и стриктно да се следват функционалните кодове (0x03 за четене на множество регистри, 0x10 за запис на множество регистри) и формати на данните. Освен това, устройствата на ABB може да поддържат специфични стратегии, като затворена петлова и векторна контрола, докато обикновените регулатори може да поддържат само отворена петлова контрола. Промяната в характеристиките на отговора на системата ще засегне и цялостната контролна производителност.

IV. Анализ на въздействието на системната интеграция

Системната интеграция трябва да се вземе под внимание комплексно, включително взаимодействие със съществуващите PLC/HMI и коригиране на контролните стратегии. Промишлените устройства на ABB са дълбоко интегрирани с автоматизираната контролна система, и директната замяна на регулатора може да причини проблеми и да засегне цялостната контролна ефективност.

(1) Проблеми с адаптацията на PLC комуникацията

Ако оригинальното устройство на ABB комуникира с PLC чрез протокола Modbus RTU или Profibus DP, а новото устройство поддържа само аналогов интерфейс, е необходимо да се ре-конфигурира модулът за комуникация на PLC или да се добави преобразувател на протокол. Например, преобразувателят на честотата на ABB осъществява комуникация Modbus RTU чрез адаптер FMBA-01 и комуникация Profibus DP чрез адаптер FPBA-01. Ако новото устройство не поддържа тези протоколи, е необходима допълнителна адаптация или ре-дизайн на архитектурата на комуникацията.

(2) Съвместимост на HMI интерфейса

Оригиналният системен HMI може да бъде разработен на базата на специфични за ABB протоколни драйвери, като ControlST V07.00.00C и по-високи версии. Ако протоколът на новото устройство не е съвместим, е необходимо да се ре-разработи логиката за интеракция на HMI или да се използва middleware като OPC UA за интеграция, и потребителският интерфейс може да трябва да бъде ре-дизайнер, което ще увеличи цената на апгрейда на системата.

(3) Необходимост за коригиране на контролната стратегия

Оригиналното устройство на ABB може да използва напреднали алгоритми като затворена петлова контрола, векторна контрола и директна контрола на момента, докато новото устройство може да поддържа само отворена петлова контрола. Промяната в характеристиките на отговора на системата изисква ре-проектиране на параметрите на PID или добавяне на външни модули за обратна връзка. Например, преобразувателят на честотата на ABB поддържа няколко метода за контрол, като координирано управление V/f, контрола на разликата в честотата и векторна контрола, докато обикновените еднофазни регулатори на напрежение може да поддържат само проста фазна контрола. Освен това, различията в контролните стратегии могат да доведат до колебания на системата и забавяне на отговора. След замяна, е необходимо да се проведе тест на затворена петлова и коригиране на параметрите. Например, когато робот на ABB комуникира чрез Modbus RTU, е необходимо да се осигури синхронизация на данните и точност, за да се избегнат проблеми с контрола, причинени от забавяне на комуникацията.

V. Стандартите за безопасност и проблеми със съответствието

Стандартите за безопасност и съответствието трябва да бъдат стриктно спазвани. Промишлените устройства за мощност трябва да отговарят на по-строги стандарти за безопасност и сертификати, за да се осигури надеждна работа на системата.

(1) Съвместимост с CE сертификацията

Промишлените устройства на ABB обикновено съответстват на стандарти като CE-LVD (Директива за нисковолтово напрежение, EN 60950-1), CE-EMC (Електромагнитна съвместимост, EN 55014-1/2) и RoHS III (Ограничения на опасни вещества). Например, автоматичният преходен ключ ABB TruONE съответства на стандарта CE и установява индустриален стандарт за безопасност. Ако новото устройство съответства само на домашни стандарти (като EN 60335-1), то няма да отговаря на изискванията на CE за индустриални сценарии.

(2) Проблеми с електромагнитната съвместимост

Промишлената среда има силна електромагнитна интерференция. Устройствата на ABB са преминали строги тестове за EMC (като антиинтерференционни тестове EN 55014-2) и могат да работят стабилно в сурови условия. Ако EMC производителността на новото устройство не е на стандарт, тя може да причини системен шум и провали на комуникацията, засягащи цялостната надеждност.

(3) Изисквания за материали и околната среда

RoHS III е добавил четири ограничени вещества: DEHP, BBP, DBP и DIBP. Ако новото устройство не контролира ефективно тези вещества, то ще наруши европейските околножно-защитни регулации и продуктът няма да може да се продава на европейския пазар.

(4) Риск от липса на функции за безопасност

Оригиналното устройство на ABB може да разполага с механизми за безопасност, като защита срещу прекомерно напрежение и ток, и детекция на земно замърсяване, докато обикновените еднофазни регулатори на напрежение може да липсват тези напреднали функции. Например, регулаторът на мощността на ABB разполага с функции като меко стартиране, меко спиране и детекция на прекомерно затопляне на радиатора, за да осигури безопасна работа на системата. Ако новото устройство не разполага с подобен дизайн, е необходимо да се инсталират допълнителни модули за защита, което увеличава сложността и цената на системата.

VI. Решения и препоръки за реализация

В отговор на тези проблеми, се предлагат следните решения и препоръки за реализация, за да помогнат на потребителите успешно да заменят устройствата и да осигурят безопасна и надеждна работа на системата.

(1) Стратегия за съвпадение на техническите параметри

При избора на ново устройство, се уверете, че техническите параметри (номинално напрежение, изходен диапазон, мощностна капацитет и т.н.) в основни линии съответстват на оригиналното устройство на ABB. Ако има различия в параметрите, оценете влиянието върху работата на системата и разгледайте възможността за компенсиране с външни устройства или софтуерни корекции. Например, ако изходният диапазон на новото устройство е малък, може да се добави усилвател на напрежението към системата или да се коригира контролната логика, за да покрие изискванията за регулиране на напрежението на оригиналната система.

(2) Схема за адаптация на контролния интерфейс

Дизайнерска схема за адаптация в съответствие с типа на контролния интерфейс на оригиналното устройство на ABB. Ако оригиналното устройство използва протокола Modbus RTU или Profibus DP, а новото устройство поддържа само аналогов интерфейс, могат да се предприемат следните действия: първо, изберете ново устройство, което поддържа същия протокол; второ, добавете преобразувател на протокол (например адаптер Modbus към аналог); трето, модифицирайте програмата на PLC, за да се адаптира към типа на сигнала на новото устройство. Например, когато PLC на Siemens комуникира с преобразувател на честотата на ABB чрез Modbus, трябва да се конфигурират специфични комуникационни параметри и блокове на програмата, за да се гарантира правилна размяна на данни.

(3) Оптимизационни мерки за системна интеграция

За да се осигури безшовната интеграция на новото устройство със съществуващата система, се предприемат следните оптимизационни мерки: първо, ре-оценете програмата на PLC, за да се адаптира към контролните характеристики на новото устройство; второ, актуализирайте интерфейса на HMI, за да се покаже и контролира правилно новото устройство; трето, тествайте цялостната производителност на системата (скорост на отговор, точност на регулиране, стабилност и т.н.); четвърто, разработете подробен план за системно тестване, за да се потвърди дали заменената система отговаря на очакваната производителност. Например, когато робот на ABB комуникира с устройство Modbus RTU, трябва да се напише специфична контролна програма, за да се гарантира синхронизацията и точността на данните.

(4) Верификация на съответствието на стандарти за безопасност

Преди замяна на устройството, се проведе комплексна верификация на съответствието на новото устройство на стандарти за безопасност: първо, потвърдете дали е преминало сертификации като CE-LVD, CE-EMC и RoHS III; второ, проверете дали материалите отговарят на околните изисквания; трето, оценете дали функциите за безопасност отговарят на изискванията на системата; четвърто, ако е необходимо, добавете допълнителни устройства за защита, за да се компенсират недостатъците на новото устройство. Например, ако новото устройство не е преминало сертификацията EN 60950-1, може да се избере продукт, сертифициран от IEC 62368-1 (новият стандарт, заменящ EN 60950-1), за да се гарантира съответствието с най-новите стандарти за безопасност.

VII. Фазирана стратегия за замяна

За да се намалят рисковете при замяна, се препоръчва да се предприемат фази, за да се провери постепенно производителността на системата и да се коригират контролните параметри.

(1) Евалюация на системата и анализ на изискванията

Комплексно оценете изискванията за регулиране на напрежението, характеристиките на товара и изискванията за безопасност на оригиналната система, и определете конкретните функционални изисквания за регулатора на напрежението. Обърнете специално внимание на номиналното напрежение, изходния диапазон, мощностната капацитет и типа на контролния интерфейс на оригиналното устройство на ABB, за да се положи основа за избор на ново устройство.

(2) Избор на подходящ альтернативен продукт

Според резултатите от евалюацията на системата, изберете ново устройство, чиито технически параметри в основни линии съответстват на оригиналното устройство на ABB. Ако има различия в параметрите, оценете влиянието върху работата на системата и разгледайте схеми за адаптация. Например, ако новото устройство не поддържа протокола Modbus RTU, може да се добави преобразувател на протокол или да се модифицира програмата на PLC.

(3) Профессионална инсталация и комисиониране

Намерете професионалисти с квалификация за инсталация и поддръжка на електрооборудване за инсталация и комисиониране. Обърнете внимание на следното: проверете дали контактите на новото устройство са правилни, за да се гарантира съвместимостта с електрическите връзки на оригиналната система; комисионирайте параметрите за регулиране на напрежението, за да отговарят на изискванията на оригиналната система; тествайте функциите за безопасност, за да се гарантира, че могат да се предоставят необходимите защити; проведете системно комисиониране, за да се провери дали производителността на новото устройство отговаря на очакванията. Например, при инсталацията на регулатор на мощността на ABB, е необходимо да се гарантира нормалната работа на системата за охлаждане и да се зададе правилно времето за меко стартиране/спиране.

(4) Интеграция на системата и оптимизация

Интегрирайте новото устройство в съществуващата система и оптимизирайте контролната стратегия и интеракцията на интерфейсите: ре-конфигурирайте програмата на PLC, за да се адаптира към контролните характеристики на новото устройство; актуализирайте интерфейса на HMI, за да се покаже и контролира правилно новото устройство; тествайте цялостната производителност на системата (скорост на отговор, точност на регулиране, стабилност и т.н.); коригирайте контролните параметри според резултатите от тестовете, за да се оптимизира производителността на системата. Например, когато преобразувател на честотата на ABB комуникира с PLC на Siemens чрез Modbus, трябва да се конфигурират специфични комуникационни параметри и блокове на програмата, за да се гарантира правилна размяна на данни.

VIII. Разглеждане на поддръжката и доставката на запасни части

След замяна, поддръжката и доставката на запасни части трябва също да бъдат акцентирани. Като световен лидер в електро- и автоматизираните предприятия, ABB разполага с пълна система за доставка на запасни части и на място техническа подкрепа. Доставката на запасни части и техническата подкрепа на обикновените еднофазни регулатори на напрежение може да не са толкова добри.

(1) Несъответствие