چه مشکلاتی ممکن است زمانی که یک تنظیم‌کننده توان تک‌فاز با یک تنظیم‌کننده سری RS شرکت ABB جایگزین می‌شود، پیش آید

I. مقدمه

در زمان جایگزینی تنظیم‌کنندگان ولتاژ تک‌فاز سری RS شرکت ABB با تنظیم‌کنندگان ولتاژ تک‌فاز در مکان‌های صنعتی، مشکلات اساسی بسیاری وجود دارد، از جمله عدم همخوانی پارامترهای فنی، ناسازگاری رابط‌های کنترلی، 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 با این دستگاه‌ها بسیار آشنا هستم. در ادامه مشکلات موجود در حین جایگزینی از جنبه‌های پارامترهای فنی، رابط‌های کنترلی، یکپارچه‌سازی سیستم و استانداردهای ایمنی تحلیل شده و برخی راه‌حل‌ها ارائه می‌شود.

II. مشکلات عدم همخوانی پارامترهای فنی

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

(1) تفاوت‌های ولتاژ اسمی و محدوده خروجی

سری RS شرکت ABB ممکن است محدوده ولتاژ ورودی گسترده‌تر (مانند ۱۸۰-۲۶۰ وولت) و تنظیم خروجی انعطاف‌پذیرتر (مانند تنظیم مداوم از ۰-۲۵۰ وولت) را پشتیبانی کند. تنظیم‌کنندگان معمولی به دلیل ساختار مکانیکی یا روش‌های کنترلی خود قادر به دستیابی به این اثر 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) عدم همخوانی ظرفیت توان

تنظیم‌کنندگان صنعتی ABB می‌توانند بارهای توان بالاتر (معمولاً ۳-۳۰kVA) را مدیریت کنند، در حالی که ظرفیت توان تنظیم‌کنندگان تک‌فاز معمولی ممکن است بسیار کوچک‌تر باشد (۰٫۲-۱۰kVA). اگر توان دستگاه جدید کافی نباشد، آن به راحتی می‌تواند بار اضافه شود، دما افزایش یابد یا حتی آسیب ببیند. علاوه بر این، طراحی تبدیل حرارتی تنظیم‌کنندگان توان ABB پیشرفته‌تر است و از رادیاتورهای کارآمد و مراوحی با صدای کم و عمر طولانی استفاده می‌کند و کارایی تبدیل حرارتی آن‌ها تحت حجم یکسان ۳۰٪ افزایش می‌یابد که تنظیم‌کنندگان معمولی ندارند.

(3) تفاوت‌های روش‌های تنظیم

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

III. چالش‌های سازگاری رابط کنترلی

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

(1) عدم همخوانی پروتکل ارتباطی

سری RS شرکت ABB ممکن است از پروتکل Modbus RTU از طریق رابط RS485 برای تعویض داده با PLC‌ها یا کامپیوترهای بالاتر پشتیبانی کند. به عنوان مثال، مبدل‌های فرکانس ABB (مانند سری ACS355 و ACS580) به طور استاندارد توابع ارتباطی Modbus RTU را دارند و می‌توانند از کدهای تابعی خواندن/نوشتن ثبات تکی و چندگانه استفاده کنند. اما تنظیم‌کنندگان ولتاژ تک‌فاز معمولی ممکن است این رابط دیجیتال را نداشته باشند و فقط از ورودی آنالوگ مانند ۰-۱۰V یا ۴-۲۰mA 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 کنترلی به درستی منتقل نخواهد شد و عملکرد تنظیم سیستم تحت تأثیر قرار خواهد گرفت.

(3) تفاوت‌های فرمت سیگنال

پارامترهای ارتباطی دستگاه‌های ABB تنظیمات خاصی دارند، مانند نرخ بیت ۹۶۰۰، بدون توازن، 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 اشتباه باشد. به عنوان مثال، وقتی ربات ABB از طریق Modbus RTU ارتباط برقرار می‌کند، باید کابل‌های متقاطع را به پورت سریال ۲۳۲ متصل کرد و به طور دقیق کدهای تابعی (۰x۰۳ برای خواندن ثبات‌های چندگانه، ۰x۱۰ برای نوشتن ثبات‌های چندگانه) و فرمت‌های فریم داده را دنبال کرد. علاوه بر این، دستگاه‌های ABB ممکن است از استراتژی‌های خاصی مانند کنترل حلقه بسته و کنترل برداری پشتیبانی کنند، در حالی که تنظیم‌کنندگان معمولی فقط ممکن است از کنترل حلقه باز پشتیبانی کنند. تغییر در ویژگی‌های پاسخ سیستم نیز عملکرد کنترل کلی را تحت تأثیر قرار خواهد داد.

IV. تحلیل تأثیر یکپارچه‌سازی سیستم

یکپارچه‌سازی سیستم باید به طور جامع در نظر گرفته شود، از جمله تعامل با PLC/HMI موجود و تعدیل استراتژی‌های کنترل. دستگاه‌های صنعتی ABB به طور عمیق با سیستم کنترل خودکار یکپارچه شده‌اند و جایگزینی مستقیم تنظیم‌کننده ممکن است مشکلاتی ایجاد کند و عملکرد کنترل 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 ارتباط PLC را مجدداً تنظیم کرد یا یک مبدل پروتکل اضافه کرد. به عنوان مثال، مبدل فرکانس ABB از طریق مبدل FMBA-01 ارتباط Modbus RTU و از طریق مبدل FPBA-01 ارتباط Profibus DP را انجام می‌دهد. اگر دستگاه جدید از این پروتکل‌ها پشتیبانی نکند، سازگاری اضافی یا طراحی مجدد معماری ارتباطی لازم خواهد بود.

(2) سازگاری رابط HMI

رابط HMI سیستم اصلی ممکن است بر اساس رانرهای پروتکل خاص ABB توسعه یافته باشد، مانند ControlST V07.00.00C و نسخه‌های بالاتر. اگر پروتکل دستگاه جدید سازگار نباشد، باید منطق تعامل HMI را مجدداً توسعه داد یا از میان‌نرم‌افزارهای مانند OPC UA برای یکپارچه‌سازی استفاده کرد و رابط کاربری ممکن است نیاز به طراحی مجدد داشته باشد که هزینه به‌روزرسانی سیستم را افزایش می‌دهد.

(3) نیاز به تعدیل 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، مبدل فرکانس ABB از روش‌های کنترل مختلفی مانند کنترل هماهنگ V/f، کنترل فرکانس اسلیپ و کنترل برداری پشتیبانی می‌کند، در حالی که تنظیم‌کنندگان ولتاژ تک‌فاز معمولی ممکن است فقط از کنترل فاز 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 تعدیل پارامترهای باید انجام شود. به عنوان مثال، وقتی ربات ABB از طریق Modbus RTU ارتباط برقرار می‌کند، باید دقت و همزمانی داده‌ها را تضمین کرد تا مشکلات کنترل ناشی از تأخیرهای ارتباطی را جلوگیری کرد.

V. استانداردهای ایمنی و مسائل مطابقت

استانداردهای ایمنی و مطابقت باید به طور دقیق رعایت شوند. دستگاه‌های توان صنعتی باید به استانداردهای ایمنی و گواهینامه‌های بیشتری مطابقت داشته باشند تا عملکرد قابل اعتماد سیستم تضمین شود.

(1) سازگاری با گواهینامه CE

دستگاه‌های صنعتی ABB معمولاً با استانداردهایی مانند CE-LVD (دستور العمل ولتاژ پایین، EN 60950-1)، CE-EMC (سازگاری الکترومغناطیسی، EN 55014-1/2) و RoHS III (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارند. به عنوان مثال، سوئیچ انتقال خودکار TruONE شرکت ABB با استاندارد CE مطابقت دارد و یک معیار ایمنی صنعتی را تعیین می‌کند. اگر دستگاه جدید فقط با استانداردهای خانگی (مانند EN 60335-1) مطابقت داشته باشد، نمی‌تواند نیازهای CE در سناریوهای صنعتی را برآورده کند.

(2) مسائل سازگاری الکترومغناطیسی

محیط صنعتی دارای تداخل الکترومغناطیسی قوی است. دستگاه‌های ABB آزمون‌های EMC (مانند آزمون مقاومت در برابر تداخل EN 55014-2) را با موفقیت عبور کرده‌اند و می‌توانند در محیط‌های سخت عملکرد پایدار داشته باشند. اگر عملکرد EMC دستگاه جدید به استاندارد نرسد، ممکن است سیستم نویز و اشکالات ارتباطی داشته باشد که می‌تواند قابلیت اطمینان کلی را تحت تأثیر قرار دهد.

(3) نیازهای ماده و محیطی

RoHS III چهار ماده محدود کننده DEHP، BBP، DBP و DIBP را اضافه کرده است. اگر دستگاه جدید این مواد را مؤثر کنترل نکند، قوانین محیطی اتحادیه اروپا را نقض خواهد کرد و محصول نمی‌تواند در بازار اروپا به فروش برسد.

(4) خطر فقدان عملکردهای ایمنی

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

VI. راه‌حل‌ها و پیشنهادات اجرایی

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

(1) استراتژی همخوانی پارامترهای فنی

در زمان انتخاب دستگاه جدید، اطمینان حاصل کنید که پارامترهای فنی (ولتاژ اسمی، محدوده خروجی، ظرفیت توان و غیره) به طور کلی با دستگاه ABB اصلی همخوانی دارند. اگر اختلافی در پارامترها وجود داشته باشد، تأثیر آن را بر عملکرد سیستم ارزیابی کنید و در نظر بگیرید که با دستگاه‌های خارجی یا تعدیل‌های نرم‌افزاری آن را جبران کنید. به عنوان مثال، اگر محدوده خروجی دستگاه جدید کوچک است، می‌توانید یک تقویت‌کننده ولتاژ به سیستم اضافه کنید یا منطق کنترلی را تعدیل کنید تا نیازهای تنظیم ولتاژ سیستم اصلی را پوشش دهد.

(2) طرح سازگاری رابط کنترلی

طرح سازگاری را بر اساس نوع رابط کنترلی دستگاه ABB اصلی طراحی کنید. اگر دستگاه اصلی از پروتکل Modbus RTU یا Profibus DP استفاده کند و دستگاه جدید فقط از رابط آنالوگ پشتیبانی کند، موارد زیر را انجام دهید: ابتدا، دستگاه جدیدی را انتخاب کنید که از همان پروتکل پشتیبانی کند؛ دوم، یک مبدل پروتکل (مانند مبدل Modbus به آنالوگ) اضافه کنید؛ سوم، برنامه PLC را تعدیل کنید تا با نوع سیگنال دستگاه جدید سازگار شود. به عنوان مثال، وقتی PLC سیمنس از طریق Modbus با مبدل فرکانس ABB ارتباط برقرار می‌کند، باید پارامترهای ارتباطی و بلاک‌های برنامه خاصی تنظیم شوند تا تبادل داده‌های صحیح انجام شود.

(3) اقدامات بهینه‌سازی یکپارچه‌سازی سیستم

برای تضمین یکپارچه‌سازی بی‌نقص دستگاه جدید با سیستم موجود، اقدامات بهینه‌سازی زیر را اتخاذ کنید: ابتدا، برنامه PLC را مجدداً ارزیابی کنید تا با ویژگی‌های کنترلی دستگاه جدید سازگار شود؛ 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 آزمون سیستم جامعی را توسعه دهید 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 دقت و همزمانی داده‌ها تضمین شود.

(4) تأیید مطابقت با استانداردهای ایمنی

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

VII. استراتژی جایگزینی مرحله‌ای

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

(1) ارزیابی سیستم و تحلیل نیاز

نیازهای تنظیم ولتاژ، ویژگی‌های بار و نیازهای ایمنی سیستم اصلی را به طور جامع ارزیابی کنید و نیازهای عملکردی خاص تنظیم‌کننده ولتاژ را مشخص کنید. به ویژه به ولتاژ اسمی، محدوده خروجی، ظرفیت توان و نوع رابط کنترلی دستگاه ABB اصلی توجه کنید تا پایه‌ای برای انتخاب دستگاه جدید ایجاد شود.

(2) انتخاب محصول جایگزین مناسب