एक सफल PLC नियंत्रण प्रणाली डिज़ाइन उत्पादन लक्ष्यों के अनुरूप स्पष्ट रूप से परिभाषित स्वचालन लक्ष्यों के साथ शुरू होता है। उद्योग विश्लेषण से पता चलता है कि स्वचालन विफलताओं के 62% का कारण खराब ढंग से दस्तावेजीकृत उद्देश्य होते हैं। इसे रोकने के लिए, टीमों को चाहिए:
ये मापनीय लक्ष्य सुनिश्चित करते हैं कि नियंत्रण प्रणाली संचालन दक्षता और दीर्घकालिक स्केलेबिलिटी का समर्थन करती है।
प्रभावी आई/ओ मैपिंग के लिए डिजिटल (चालू/बंद) और एनालॉग (परिवर्तनशील) सिग्नल के बीच अंतर करना आवश्यक है। सामान्य फील्ड उपकरणों में शामिल हैं:
सही आई/ओ प्रकार का चयन गतिशील संचालन स्थितियों में सटीक सिग्नल व्याख्या और विश्वसनीय एक्चुएटर प्रतिक्रिया सुनिश्चित करता है।
PLC प्रणाली सामान्यतः तीन मुख्य भागों पर निर्भर करती है जो एक साथ काम करते हैं। इसके मध्य में केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई, या संक्षेप में CPU स्थित होती है। यह घटक नियंत्रण कार्यक्रमों को चलाता है और प्रणाली के भीतर सभी नेटवर्किंग कार्यों को संभालता है। फिर उसके बाद इनपुट/आउटपुट मॉड्यूल आते हैं। ये छोटे लेकिन महत्वपूर्ण घटक तापमान सेंसर, दबाव गेज और अन्य क्षेत्र उपकरणों से संकेत लेते हैं और उन्हें कंप्यूटर द्वारा समझे जा सकने वाले रूप में बदलते हैं। ये विपरीत कार्य भी करते हैं, CPU द्वारा दिए गए निर्देशों के आधार पर मोटर्स को शुरू करने, वाल्व खोलने या अलार्म सक्रिय करने के लिए विद्युत आवेग भेजते हैं। अंत में, लेकिन निश्चित रूप से कम से कम नहीं, पावर सप्लाई इकाई आती है। अधिकांश औद्योगिक सेटअप को सब कुछ सुचारु रूप से चलाए रखने के लिए स्थिर 24 वोल्ट डीसी की आवश्यकता होती है। उच्च गुणवत्ता वाली इकाइयों में बैकअप सर्किट होते हैं ताकि कारखानों में बड़ी मशीनरी के लगातार चालू और बंद होने से होने वाले अप्रत्याशित वोल्टेज ड्रॉप के समय वे विफल न हों।
| कॉन्फ़िगरेशन | के लिए सबसे अच्छा | मुख्य फायदा |
|---|---|---|
| निश्चित पीएलसी | सरल, स्थिर प्रक्रियाएँ | पूर्व-कॉन्फ़िगर की गई, लागत प्रभावी |
| मॉड्यूलर पीएलसी | मापदंडों में वृद्धि योग्य संचालन | एड-ऑन कार्ड के माध्यम से अनुकूलन योग्य इनपुट/आउटपुट |
| रैक-माउंटेड पीएलसी | बड़े पैमाने की स्वचालन | केंद्रीकृत नियंत्रण वास्तुकला |
सही कॉन्फ़िगरेशन चुनना प्रक्रिया की जटिलता, विस्तार योजनाओं और भौतिक सीमाओं पर निर्भर करता है।
मॉड्यूलर पीएलसी की बात आने पर, ये शीर्ष-ऑफ़-द-लाइन कॉन्फ़िगरेशन में 64 तक I/O एक्सपेंशन को संभाल सकते हैं, जो उन्हें समय के साथ बढ़ने वाली प्रणालियों के लिए लगभग पूर्ण बनाता है। दूसरी ओर, छोटे इंस्टॉलेशन के लिए फिक्स्ड पीएलसी अपनी प्रारंभिक लागत को लगभग 30 से लेकर शायद ही 45 प्रतिशत तक कम कर देते हैं, लेकिन एक बार इंस्टॉल हो जाने के बाद विस्तार की आवश्यकता होने पर आगे बढ़ने का कोई विकल्प नहीं रहता। स्थान का भी महत्व है। अधिकांश इंस्टॉलरों के अनुसार, रैक माउंटेड सिस्टम कंट्रोल पैनल में कॉम्पैक्ट विकल्पों की तुलना में लगभग दोगुनी जगह लेते हैं। लेकिन यहाँ बात यह है: भले ही वे अधिक जगह घेरते हों, रैक माउंटेड यूनिट में रखरखाव बहुत आसान होता है क्योंकि सब कुछ एक साथ होता है, और तकनीशियनों को एक छोटी सी चीज़ ठीक करने के लिए दीवारों या कैबिनेट को तोड़े बिना ही घटकों तक पहुँचने की सुविधा होती है।
पिछले साल एक प्रमुख कार भाग निर्माता ने अपनी इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी उत्पादन लाइनों पर मॉड्यूलर पीएलसी सिस्टम का उपयोग शुरू किया। इस सेटअप ने उन्हें लगभग तीन वर्षों में धीरे-धीरे लेजर वेल्डिंग रोबोट और स्मार्ट गुणवत्ता जांच सेंसर शामिल करने की अनुमति दी, जबकि कारखाना सामान्य रूप से चलता रहा। पूरे पुराने सिस्टम को हटाने के बजाय, आंतरिक रिपोर्ट्स के अनुसार इस दृष्टिकोण ने फिर से उपकरण लगाने के खर्च को लगभग आधा कर दिया। अकेली बचत यह साबित करती है कि आज के उच्च-तकनीक निर्माण वातावरण में लचीले हार्डवेयर समाधान क्यों इतने महत्वपूर्ण हो रहे हैं।
प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLC) प्रोग्रामिंग मूल रूप से यह निर्देश बनाता है कि मशीनों को क्या करना चाहिए, जिसे वे अनुसरण कर सकते हैं। यह प्रणाली वास्तविक समय में सेंसरों से जानकारी लेती है, जैसे कि कोई चीज़ कितनी गर्म हो रही है या कोई स्विच चालू हुआ है या नहीं, और फिर अगले कदम के रूप में क्या कार्रवाई करनी है, इसके बारे में निर्णय लेती है। आवश्यकता पड़ने पर मोटर्स को चालू करना या सही समय पर वाल्व को बंद करना जैसी क्रियाएँ इसमें शामिल हैं। इंजीनियर फैक्ट्री की आवश्यकताओं के अनुसार इन नियंत्रण प्रणालियों का निर्माण करने के लिए विशेष सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग करते हैं। कुछ सेटअप उत्पादों को पैकेजिंग लाइनों के माध्यम से जितना संभव हो उतनी तेज़ी से ले जाने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जबकि अन्य कार भागों के असेंबली जैसे कार्यों के लिए अत्यधिक सटीकता की आवश्यकता होती है, जहाँ छोटी से छोटी त्रुटि का भी बहुत महत्व होता है।
प्रोग्रामिंग भाषा के चयन से विकास गति, लचीलापन और रखरखाव की सुविधा प्रभावित होती है:
भाषा का चयन टीम की विशेषज्ञता और अनुप्रयोग की जटिलता के अनुरूप होना चाहिए।
सभी पीएलसी एक निरंतर स्कैन चक्र के माध्यम से काम करते हैं:
उच्च-गति वाली प्रणालियों में अक्सर मिलीसेकंड तक कम किए गए स्कैन समय को अनुकूलित करने से प्रतिक्रियाशील और निर्धारक नियंत्रण सुनिश्चित होता है, तेज गति वाले उत्पादन वातावरण में देरी को कम करते हुए।
अच्छा आई/ओ एकीकरण प्राप्त करना वास्तव में इस बात पर निर्भर करता है कि शुरुआत में वायरिंग कैसे व्यवस्थित की गई है। एनालॉग मॉड्यूल थर्मोकपल जैसी चीजों से आने वाले उन परिवर्तनशील सिग्नल्स की देखभाल करते हैं, जबकि डिजिटल मॉड्यूल हमारे आसपास हर जगह देखे जाने वाले लिमिट स्विच सहित विभिन्न प्रकार के ऑन/ऑफ सेंसर से जुड़ते हैं। विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से लड़ने के मामले में, गैल्वेनिक अलगाव के साथ जोड़े गए शील्डेड ट्विस्टेड पेयर केबल सबसे अच्छे काम करते हैं। पिछले साल की इस उद्योग विश्लेषण रिपोर्ट के अनुसार, फैक्ट्रियों में सभी सिग्नल समस्याओं का लगभग 17 प्रतिशत वास्तव में ईएमआई मुद्दों तक सीमित रहता है। सर्ज प्रोटेक्टर के बारे में भी मत भूलें, ये उन महत्वपूर्ण पीएलसी घटकों को अप्रत्याशित बिजली के झटकों और बुरी तरह के शॉर्ट सर्किट से सुरक्षित रखने के लिए आवश्यक हैं, जो ऑपरेशन को ठप कर सकते हैं।
फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर, सोलनॉइड वाल्व और VFD जैसे विभिन्न क्षेत्र उपकरण PLC में I/O मॉड्यूल के माध्यम से जुड़ते हैं। हाल के शोध में बताया गया है कि ऑटोमेशन सिस्टम में लगभग 74 प्रतिशत समस्याएं सेंसर और एक्चुएटर के बीच खराब मिलान की वजह से होती हैं, जिसका अर्थ है कि घटकों की संगतता की जांच करना काफी महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए दबाव ट्रांसड्यूसर, आमतौर पर 4 से 20 mA सिग्नल के साथ करंट लूप के लिए सेट एनालॉग इनपुट मॉड्यूल में जाने की आवश्यकता होती है। वहीं अधिकांश इंडक्टिव प्रॉक्सिमिटी सेंसर सामान्य 24V DC डिजिटल इनपुट में जुड़ जाते हैं। इन कनेक्शन को सही ढंग से जोड़ने से सिस्टम की विश्वसनीयता में बहुत अंतर आता है।
जब सिग्नल गड़बड़ाने लगते हैं, तो अक्सर समस्या की सूची में सबसे ऊपर खराब भू-संपर्क (ग्राउंडिंग) होता है। यहाँ तार-बिंदु (स्टार-पॉइंट) विधि बहुत अच्छा काम करती है क्योंकि इसमें सभी शील्डेड केबल्स को चेसिस पर केवल एक ही स्थान पर जोड़ा जाता है, जबकि डेज़ी चेनिंग सेटअप में वे कई बिंदुओं से जुड़े होते हैं। पिछले वर्ष के इंडस्ट्रियल ऑटोमेशन जर्नल के अनुसार, इस दृष्टिकोण से ग्राउंड लूप की समस्याओं में लगभग दो तिहाई की कमी आती है! ऐसे स्थानों के लिए जहाँ बहुत सारा विद्युत शोर मौजूद होता है, दूरस्थ इनपुट/आउटपुट इकाइयों और मुख्य प्रसंस्करण इकाई के बीच फाइबर ऑप्टिक कनेक्शन में परिवर्तन करने से चीजों को साफ रखने में बहुत मदद मिलती है। और ईथरनेट केबल्स पर फेराइट कोर कहलाए जाने वाले छोटे चुंबकीय रिंग्स लगाना भी न भूलें। इसके अलावा बिजली की लाइनों और नियंत्रण वायरिंग को अलग-अलग कंड्यूइट में अलग करने से जटिल प्रणालियों में विश्वसनीय संचार बनाए रखने के प्रयास में बहुत अंतर आता है।
पिछले साल ऑटोमेशन वर्ल्ड के अनुसार, औद्योगिक सेटिंग्स में तैनाती संबंधी समस्याओं को लगभग दो तिहाई तक कम करने के लिए गहन परीक्षण महत्वपूर्ण है। वास्तविक कार्यान्वयन के मामले में, हार्डवेयर लूप अनुकरण वास्तविक दुनिया की परिस्थितियों के सामने नियंत्रण प्रणालियों के प्रदर्शन की जांच करने में बहुत अच्छा है। इस बीच, इनपुट/आउटपुट स्थितियों को बलपूर्वक बदलना या ब्रेकपॉइंट सेट करना जैसी विभिन्न नैदानिक विधियां उन झंझट भरी समयबद्ध समस्याओं को चिह्नित कर सकती हैं जिन्हें अक्सर नजरअंदाज कर दिया जाता है। उदाहरण के लिए, ऑटोमोटिव उत्पादन लाइनों को लें—कई कार कंपनियां वास्तव में अपने रोबोटिक वेल्डिंग स्टेशनों को पूर्ण उत्पादन मोड में लगाने से पहले सैकड़ों विभिन्न दोष परिदृश्यों का परीक्षण करती हैं। यह दृष्टिकोण समय से पहले लगभग हर संभावित खराबी को पकड़ने में मदद करता है।
रासायनिक प्रसंस्करण संयंत्र जैसे उच्च जोखिम वाले क्षेत्रों में संचालित सुविधाओं को सुरक्षा अखंडता के लिए SIL 3 मानकों को पूरा करना होता है। इसमें आमतौर पर बैकअप प्रोसेसर के साथ-साथ दोहरे चैनल इनपुट/आउटपुट विन्यास के साथ सिस्टम स्थापित करना शामिल होता है। एक स्टील निर्माण सुविहाग के बारे में सोचिए, जहाँ कन्वेयर सिस्टम में अटकने की गंभीर समस्या थी। आपातकालीन रोक सिस्टम लगभग तुरंत सक्रिय हो गया, जिससे सभी चल रहे भाग 12 मिलीसेकंड के भीतर रुक गए। इस त्वरित प्रतिक्रिया ने उन्हें लगभग 2.1 मिलियन डॉलर के उपकरण क्षति से बचा लिया। सुरक्षा प्रोटोकॉल के मामले में, ISO 13849 और IEC 62061 दिशानिर्देशों का पालन करना आवश्यक है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि उन महत्वपूर्ण शटडाउन प्रक्रियाओं को पर्याप्त तेज़ी से काम करना होगा ताकि वे अधिकतम 100 मिलीसेकंड के भीतर खतरनाक स्थितियों पर प्रतिक्रिया कर सकें।
| शिष्टाचार | गति | टॉपोलॉजी | औद्योगिक उपयोग |
|---|---|---|---|
| मॉडबस RTU | 19.2 kbps | मास्टर-स्लेव | HVAC, पुराने सेंसर नेटवर्क |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | रैखिक | मोटर नियंत्रण, प्रक्रिया वाल्व |
| EtherNet/IP | 100 Mbps | तारा | दृष्टि प्रणालियाँ, MES एकीकरण |
प्रत्येक प्रोटोकॉल गति, टोपोलॉजी और संगतता में व्यापार-ऑफ प्रदान करता है, जो विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्तता को प्रभावित करता है।
जब ऑपरेशनल तकनीक को आईटी सिस्टम से जोड़ा जाता है, तो पीएलसी डेटा के लगातार क्लाउड एनालिटिक्स प्लेटफॉर्म में प्रवाह के माध्यम से भविष्यकथन रखरखाव के लिए नई संभावनाएं खुलती हैं। पिछले साल के अनुसंधान के अनुसार, कारखानों के संचालन पर एक हालिया दृष्टिकोण ने कुछ बहुत ही प्रभावशाली दिखाया - संयुक्त नेटवर्क वाले संयंत्रों ने अपनी वास्तविक समय नैदानिक प्रक्रियाओं में कृत्रिम बुद्धिमत्ता लागू करने पर 89 प्रतिशत तेजी से दोषों का पता लगाया। हालाँकि, इस सेटअप को सही ढंग से करना सरल नहीं है। सुरक्षा अभी भी एक बड़ी चिंता बनी हुई है, इसलिए अधिकांश कार्यान्वयन में एन्क्रिप्टेड वर्चुअल प्राइवेट नेटवर्क टनल, उपयोगकर्ता भूमिकाओं के आधार पर पहुंच नियंत्रण, और वे OPC UA गेटवे की आवश्यकता होती है जो इंजीनियरों को पूरे नेटवर्क की स्थिरता को कमजोर किए बिना दूर से चीजों की निगरानी करने की अनुमति देते हैं। ये सुरक्षा उपाय अतिरिक्त काम जैसे लग सकते हैं, लेकिन संवेदनशील औद्योगिक डेटा को सुरक्षित रखने के लिए वे आवश्यक हैं।
PLC नियंत्रण प्रणाली के मुख्य घटक केंद्रीय संसाधन इकाई (CPU), इनपुट/आउटपुट (I/O) मॉड्यूल और बिजली आपूर्ति इकाई हैं।
PLC के तीन मुख्य प्रकार हैं: फिक्स्ड PLC, मॉड्यूलर PLC और रैक-माउंटेड PLC, जिनमें से प्रत्येक अलग-अलग पैमाने और संचालन की जटिलता के लिए उपयुक्त है।
लैडर लॉजिक का उपयोग आमतौर पर इसलिए किया जाता है क्योंकि यह पारंपरिक रिले सर्किट जैसा दिखता है, जिससे यह बिजली मिस्त्रियों और रखरखाव तकनीशियनों के लिए सहज बन जाता है।
PLC स्कैन चक्र में तीन चरण शामिल होते हैं: इनपुट स्कैन, लॉजिक निष्पादन और आउटपुट अद्यतन, जो सभी सुगम प्रसंस्करण और नियंत्रण सुनिश्चित करते हैं।
I/O एकीकरण में EMI सुरक्षा अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को रोकती है जो स्वचालन प्रणालियों में महत्वपूर्ण संकेत समस्याएँ उत्पन्न कर सकता है।
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