چه مشکلاتی ممکن است زمانی که یک تنظیم‌کننده توان یک‌فازی با یک تنظیم‌کننده سری RS شرکت ABB جایگزین می‌شود، بروز کند

I. مقدمه

هنگام جایگزینی تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز ABB سری RS با تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز در مکان‌های صنعتی، مشکلات اساسی زیادی وجود دارد، مانند ناسازگاری پارامترهای فنی، رابط‌های کنترل ناسازگار، یکپارچه‌سازی سیستم پیچیده و رعایت استانداردهای ایمنی. اگر این مشکلات به درستی حل نشوند، سیستم ممکن است به درستی عملکرد نکند، ناپایدار عمل کند یا حتی خطرات ایمنی ایجاد کند. با ۱۰ سال تجربه در ABB، من بسیار آشنا به این دستگاه‌ها هستم. در ادامه مشکلات موجود در حین جایگزینی از نظر پارامترهای فنی، رابط‌های کنترل، یکپارچه‌سازی سیستم و استانداردهای ایمنی تحلیل شده و برخی راه‌حل‌ها ارائه خواهد شد.

II. مشکلات ناسازگاری پارامترهای فنی

تفاوت‌های قابل توجهی در پارامترهای کلیدی بین تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز و تنظیم‌کننده‌های ABB سری RS وجود دارد که اولین مشکلی است که باید در حین جایگزینی حل شود. به عنوان دستگاه‌های صنعتی، تنظیم‌کننده‌های ABB سری RS ظرفیت توان بزرگ‌تر، دقت تنظیم بالاتر و محدوده ورودی-خروجی گسترده‌تری دارند. به عنوان مثال، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ ABB از کنترل فازی استفاده می‌کنند با دقت تنظیم تا ۰٫۱° زاویه فازی، در حالی که تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز معمولی چنین دقت بالایی ندارند.

(1) تفاوت‌های ولتاژ اسمی و محدوده خروجی

سری ABB RS ممکن است محدوده ولتاژ ورودی گسترده‌تر (مانند ۱۸۰ - ۲۶۰V) و تنظیم خروجی انعطاف‌پذیرتر (مانند تنظیم پیوسته از ۰ - ۲۵۰V) را پشتیبانی کند. تنظیم‌کننده‌های معمولی به دلیل ساختار مکانیکی یا روش‌های کنترلی خود قادر به دستیابی به چنین اثری نیستند. اگر دستگاه جدید نتواند نیازهای تنظیم ولتاژ سیستم اصلی را برآورده کند، در سناریوهایی با نیاز به دقت کنترل بالا بسیار مشکل خواهد بود.

(2) ناسازگاری ظرفیت توان

تنظیم‌کننده‌های صنعتی ABB می‌توانند بارهای توان بالاتر (معمولاً ۳ - ۳۰kVA) را مدیریت کنند، در حالی که ظرفیت توان تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز معمولی ممکن است بسیار کوچک‌تر باشد (۰٫۲ - ۱۰kVA). اگر توان دستگاه جدید کافی نباشد، آن ممکن است به بار زیاد، افزایش بیش از حد دما یا حتی آسیب مستقیم بیفتند. علاوه بر این، طراحی تخلیه حرارتی تنظیم‌کننده‌های ولتاژ ABB پیشرفته‌تر است، با استفاده از رادیاتورهای کارآمد و مراوح با صدای کم و عمر طولانی، و کارایی تخلیه حرارتی آن‌ها می‌تواند تا ۳۰٪ در حجم مشابه افزایش یابد، که تنظیم‌کننده‌های معمولی آن را ندارند.

(3) تفاوت‌های روش‌های تنظیم

سری ABB RS ممکن است از فناوری کنترل دیجیتال استفاده کند، با پشتیبانی از شروع/خاموش شدن نرم و فرآیند تنظیم صاف و دقیق؛ تنظیم‌کننده‌های معمولی ممکن است از کنترل مکانیکی یا ساده آنالوگ استفاده کنند و تنظیم آن‌ها کافی صاف نیست، که سرعت پاسخ سیستم و دقت تنظیم را کاهش می‌دهد.

III. چالش‌های سازگاری رابط کنترل

سازگاری رابط کنترل دومین مشکل اصلی است، عمدتاً از نظر پروتکل‌های ارتباطی، انواع سیگنال‌ها و فرمت‌های سیگنال. دستگاه‌های صنعتی ABB معمولاً از پروتکل‌های ارتباطی استاندارد مانند Modbus RTU یا Profibus DP استفاده می‌کنند، در حالی که تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز معمولی ممکن است فقط از ورودی سیگنال آنالوگ ساده یا کنترل مکانیکی پشتیبانی کنند.

(1) عدم سازگاری پروتکل ارتباطی

سری ABB RS ممکن است از پروتکل Modbus RTU از طریق رابط RS485 برای تبادل داده‌ها با PLC‌ها یا کامپیوترهای بالاتر پشتیبانی کند. به عنوان مثال، تبدیل‌کننده‌های فرکانس ABB (مانند سری ACS355 و ACS580) به طور استاندارد توابع ارتباطی Modbus RTU را دارا هستند و می‌توانند از کدهای تابع خواندن/نوشتن ثبات واحد و چند ثبات استفاده کنند. اما تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز معمولی ممکن است این رابط دیجیتال را نداشته باشند و فقط ورودی آنالوگ مانند ۰ - ۱۰V یا ۴ - ۲۰mA را پشتیبانی کنند.

(2) تعارض نوع سیگنال

اگر دستگاه اصلی ABB از سیگنال جریان ۴ - ۲۰mA برای کنترل ولتاژ خروجی استفاده کند و دستگاه جدید فقط سیگنال ولتاژ ۰ - ۱۰V را تشخیص دهد، باید ماژول تبدیل سیگنال اضافه شود؛ در غیر این صورت، سیگنال کنترل به درستی منتقل نخواهد شد و عملکرد تنظیم سیستم تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

(3) تفاوت‌های فرمت سیگنال

پارامترهای ارتباطی دستگاه‌های ABB تنظیمات خاصی دارند، مانند نرخ بیت ۹۶۰۰، بدون بیت زوجیت، ۸ بیت داده، ۱ بیت توقف و روش چک کردن CRC خاص. اگر پارامترها یا فرمت‌های داده دستگاه جدید متفاوت باشند، ارتباط ممکن است شکست بخورد و تجزیه داده‌ها نیز ممکن است نادرست باشد. به عنوان مثال، وقتی ربات ABB از Modbus RTU برای ارتباط استفاده می‌کند، لازم است تا از طریق 232 سریال متقاطع متصل شود و به طور strikt از کدهای تابع (0x03 برای خواندن چند ثبات نگهداری شده، 0x10 برای نوشتن چند ثبات نگهداری شده) و فرمت فریم داده پیروی کند. علاوه بر این، دستگاه‌های ABB ممکن است از استراتژی‌های خاصی مانند کنترل حلقه بسته و کنترل برداری پشتیبانی کنند، در حالی که تنظیم‌کننده‌های معمولی فقط ممکن است از کنترل حلقه باز پشتیبانی کنند. تغییر در ویژگی‌های پاسخ سیستم همچنین عملکرد کنترلی کلی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

IV. تحلیل تأثیر یکپارچه‌سازی سیستم

یکپارچه‌سازی سیستم باید به طور جامع در نظر گرفته شود، شامل تعامل با PLC/HMI موجود و تنظیم استراتژی‌های کنترل. دستگاه‌های صنعتی ABB به طور عمیق با سیستم کنترل خودکار یکپارچه شده‌اند و جایگزینی مستقیم تنظیم‌کننده ممکن است مشکلات ایجاد کند و عملکرد کنترلی کلی را تحت تأثیر قرار دهد.

(1) مشکل سازگاری ارتباط PLC

اگر دستگاه اصلی ABB از طریق پروتکل Modbus RTU یا Profibus DP با PLC ارتباط برقرار کند و دستگاه جدید فقط از رابط آنالوگ پشتیبانی کند، باید مدول ارتباطی PLC مجدداً پیکربندی شود یا تبدیل‌کننده پروتکل اضافه شود. به عنوان مثال، تبدیل‌کننده فرکانس ABB از طریق FMBA-01 برای ارتباط Modbus RTU و FPBA-01 برای ارتباط Profibus DP عمل می‌کند. اگر دستگاه جدید این پروتکل‌ها را پشتیبانی نکند، نیاز به سازگاری اضافی یا طراحی مجدد معماری ارتباطی خواهد بود.

(2) سازگاری رابط HMI

HMI سیستم اصلی ممکن است بر اساس درایورهای پروتکل خاص ABB توسعه یافته باشد، مانند ControlST V07.00.00C و نسخه‌های بالاتر. اگر پروتکل دستگاه جدید سازگار نباشد، باید منطق تعامل HMI مجدداً توسعه یابد یا از میان‌افزارهای مانند OPC UA برای یکپارچه‌سازی استفاده شود، و رابط کاربری ممکن است نیاز به طراحی مجدد داشته باشد که موجب افزایش هزینه‌های به‌روزرسانی سیستم می‌شود.

(3) نیاز به تنظیم استراتژی کنترل

دستگاه اصلی ABB ممکن است از الگوریتم‌های پیشرفته مانند کنترل حلقه بسته، کنترل برداری و کنترل گشتاور مستقیم استفاده کند، در حالی که دستگاه جدید ممکن است فقط از کنترل حلقه باز پشتیبانی کند. تغییر در ویژگی‌های پاسخ سیستم نیاز به طراحی مجدد پارامترهای PID یا افزودن ماژول‌های بازخورد خارجی دارد. به عنوان مثال، تبدیل‌کننده فرکانس ABB از چندین روش کنترلی مانند کنترل هماهنگ V/f، کنترل فرکانس لغزش و کنترل برداری پشتیبانی می‌کند، در حالی که تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز معمولی ممکن است فقط از کنترل فازی ساده پشتیبانی کنند. علاوه بر این، تفاوت‌های استراتژی کنترل ممکن است منجر به نوسانات سیستم و تأخیر در پاسخ شود. پس از جایگزینی، تست حلقه بسته و تنظیم پارامترهای انجام شود. به عنوان مثال، وقتی ربات ABB از طریق Modbus RTU ارتباط برقرار می‌کند، لازم است تا همزمانی و دقت داده‌ها تضمین شود تا مشکلات کنترلی ناشی از تأخیر ارتباطی را اجتناب کرد.

V. استانداردهای ایمنی و مسائل رعایت

استانداردهای ایمنی و رعایت آن‌ها باید به طور صریح رعایت شود. دستگاه‌های توان صنعتی باید استانداردهای ایمنی و مجوزهای بیشتری را برآورده کنند تا عملکرد قابل اعتماد سیستم تضمین شود.

(1) سازگاری با مجوز CE

دستگاه‌های صنعتی ABB معمولاً با استانداردهای مانند CE-LVD (دستورالعمل ولتاژ پایین، EN 60950-1)، CE-EMC (سازگاری الکترومغناطیسی، EN 55014-1/2) و RoHS III (محدودیت مواد خطرناک) سازگار هستند. به عنوان مثال، دستگاه ABB TruONE سوئیچ انتقال خودکار مطابق با استاندارد CE است و یک نمونه ایمنی صنعتی را تنظیم می‌کند. اگر دستگاه جدید فقط با استانداردهای خانگی (مانند EN 60335-1) سازگار باشد، نمی‌تواند نیازهای CE در سناریوهای صنعتی را برآورده کند.

(2) مشکلات سازگاری الکترومغناطیسی

محیط صنعتی دارای تداخل الکترومغناطیسی قوی است. دستگاه‌های ABB از آزمون‌های EMC (مانند آزمون مقاومت در برابر تداخل EN 55014-2) عبور کرده و می‌توانند در محیط‌های سخت به طور پایدار عمل کنند. اگر عملکرد EMC دستگاه جدید به استاندارد نرسد، ممکن است سیستم را نویز و ارتباطات را مختل کند و عملکرد کلی را تحت تأثیر قرار دهد.

(3) الزامات مواد و محیط زیست

RoHS III چهار ماده محدودیتی را اضافه کرده است: DEHP، BBP، DBP و DIBP. اگر دستگاه جدید این مواد را مؤثرانه کنترل نکند، ممکن است از قوانین محیط زیست اتحادیه اروپا تخلف کند و محصول نمی‌تواند در بازار اروپایی به فروش برسد.

(4) خطر فقدان عملکردهای ایمنی

دستگاه اصلی ABB ممکن است دارای عملکردهای ایمنی مانند محافظت از ولتاژ/جریان بیش از حد و تشخیص خطا در زمین باشد، در حالی که تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تک‌فاز معمولی ممکن است این عملکردهای پیشرفته را نداشته باشند. به عنوان مثال، تنظیم‌کننده ولتاژ ABB دارای عملکردهای مانند شروع نرم، خاموش شدن نرم و تشخیص و محافظت از گرم شدن رادیاتور است تا عملکرد ایمن سیستم تضمین شود. اگر دستگاه جدید طراحی مشابهی نداشته باشد، باید ماژول‌های محافظتی اضافی نصب شود که موجب افزایش پیچیدگی و هزینه سیستم می‌شود.

VI. راه‌حل‌ها و پیشنهادات اجرایی

در پاسخ به این مشکلات، راه‌حل‌ها و پیشنهادات اجرایی زیر ارائه شده‌اند تا به کاربران در جایگزینی موفق دستگاه‌ها و تضمین عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم کمک کنند.

(1) استراتژی تطبیق پارامترهای فنی

در زمان انتخاب دستگاه جدید، مطمئن شوید که پارامترهای فنی (ولتاژ اسمی، محدوده خروجی، ظرفیت توان و غیره) به طور اساسی با دستگاه ABB اصلی مطابقت دارد. اگر اختلاف در پارامترها وجود دارد، تأثیر آن بر عملکرد سیستم را ارزیابی کنید و با استفاده از دستگاه‌های خارجی یا تنظیمات نرم‌افزاری برای جبران آن در نظر بگیرید. به عنوان مثال، اگر محدوده خروجی دستگاه جدید کوچک است، می‌توان یک تقویت‌کننده ولتاژ به سیستم اضافه کرد یا منطق کنترلی را تنظیم کرد تا نیازهای تنظیم ولتاژ سیستم اصلی را پوشش دهد.

(2) طرح تطبیق رابط کنترل

به طور متناسب با نوع رابط کنترل دستگاه ABB اصلی طرح تطبیقی طراحی کنید. اگر دستگاه اصلی از پروتکل Modbus RTU یا Profibus DP استفاده کند و دستگاه جدید فقط از رابط آنالوگ پشتیبانی کند، می‌توانید اقدامات زیر را انجام دهید: ابتدا، دستگاه جدیدی را انتخاب کنید که همان پروتکل را پشتیبانی کند؛ دوم، تبدیل‌کننده پروتکل (مانند تبدیل‌کننده Modbus به آنالوگ) اضافه کنید؛ سوم، برنامه PLC را برای تطبیق با نوع سیگنال دستگاه جدید اصلاح کنید. به عنوان مثال، وقتی PLC Siemens از طریق Modbus با تبدیل‌کننده فرکانس ABB ارتباط برقرار می‌کند، باید پارامترهای ارتباطی و بلوک‌های برنامه خاصی را پیکربندی کنید تا تبادل داده‌های صحیح تضمین شود.

(3) اقدامات بهینه‌سازی یکپارچه‌سازی سیستم

برای تضمین یکپارچه‌سازی بی‌درنگ دستگاه جدید با سیستم موجود، اقدامات بهینه‌سازی زیر اتخاذ می‌شود: ابتدا، برنامه PLC را مجدداً ارزیابی کنید تا با ویژگی‌های کنترل دستگاه جدید تطبیق یابد؛ دوم، رابط HMI را به‌روزرسانی کنید تا به درستی نمایش و کنترل دستگاه جدید را انجام دهد؛ سوم، عملکرد کلی سیستم (سرعت پاسخ، دقت تنظیم، پایداری و غیره) را تست کنید؛ چهارم، طرح تست سیستم دقیقی را تهیه کنید تا بررسی کنید که آیا سیستم جایگزین شده به عملکرد مورد انتظار دست یافته است. به عنوان مثال، وقتی ربات ABB با دستگاه Modbus RTU ارتباط برقرار می‌کند، باید برنامه کنترلی خاصی نوشته شود تا همزمانی و دقت داده‌ها تضمین شود.

(4) تأیید رعایت استانداردهای ایمنی

قبل از جایگزینی دستگاه، رعایت استانداردهای ایمنی دستگاه جدید را به طور جامع بررسی کنید: ابتدا، تأیید کنید که آیا آن مجوزهایی مانند CE-LVD، CE-EMC و RoHS III را گذرانده است؛ دوم، بررسی کنید که آیا مواد مطابق الزامات محیط زیست هستند؛ سوم، ارزیابی کنید که آیا عملکردهای ایمنی مطابق نیازهای سیستم هستند؛ چهارم، اگر لازم باشد، دستگاه‌های محافظ اضافی اضافه کنید تا کمبودهای دستگاه جدید را جبران کنید. به عنوان مثال، اگر دستگاه جدید مجوز EN 60950-1 را گذرانده نباشد، می‌توانید محصولی را که مجوز IEC 62368-1 (استاندارد جدید جایگزین EN 60950-1) را دارد انتخاب کنید تا رعایت آخرین استانداردهای ایمنی تضمین شود.

VII. استراتژی جایگزینی مرحله‌ای

برای کاهش خطرات جایگزینی، پیشنهاد می‌شود به صورت مرحله‌ای عمل کنید تا به تدریج عملکرد سیستم را تأیید کنید و پارامترهای کنترلی را تنظیم کنید.

(1) ارزیابی سیستم و تحلیل نیازها

نیازهای تنظیم ولتاژ، ویژگی‌های بار و الزامات ایمنی سیستم اصلی را به طور جامع ارزیابی کنید و الزامات عملکردی خاص تنظیم‌کننده ولتاژ را مشخص کنید. به ویژه به ولتاژ اسمی، محدوده خروجی، ظرفیت توان و نوع رابط کنترل دستگاه ABB اصلی توجه کنید تا بنیان انتخاب دستگاه جدید را بسازید.

(2) انتخاب محصول جایگزین مناسب