औद्योगिक आवश्यकताओं के लिए स्वचालन नियंत्रण उपकरण क्या उपयुक्त है?

स्वचालन नियंत्रण उपकरण और उद्योग में इसकी भूमिका को समझना

आधुनिक विनिर्माण में स्वचालन नियंत्रण उपकरण की परिभाषा

आधुनिक औद्योगिक सेटअप के केंद्र में स्वचालन नियंत्रण उपकरण हैं, जो सेंसर, नियंत्रक और एक्चुएटर जैसे विभिन्न प्रकार के घटकों को एक साथ जोड़ते हैं ताकि उत्पादन लाइनें चिकनाई से चल सकें। आंकड़े भी इसका समर्थन करते हैं—पिछले साल ARC एडवाइजरी के शोध के अनुसार कई कारखानों ने हाथ से काम करने से स्वचालित प्रणालियों पर जाने पर गलतियों में लगभग 40% की गिरावट की सूचना दी है। बड़े रासायनिक रिएक्टरों में तापमान नियंत्रण लें या रोबोटिक बाजुओं को बिना किसी खटके के एक साथ काम करने के लिए ये प्रणालियाँ मिलीमीटर के केवल एक हजारवें हिस्से तक के विनिर्देशों का पालन कर सकती हैं। और अब चीजें और भी अधिक स्मार्ट हो रही हैं—शीर्ष निर्माता अपने नियंत्रण इकाइयों में सीधे एआई-आधारित भविष्यवाणी उपकरण बनाना शुरू कर रहे हैं, ताकि संयंत्र तुरंत जानकारी को संसाधित कर सकें और बाहरी विश्लेषण के इंतजार के बिना ऑपरेशन में त्वरित बदलाव कर सकें।

औद्योगिक स्वचालन का विकास: रिले से लेकर स्मार्ट नियंत्रक तक

औद्योगिक स्वचालन की यात्रा वास्तव में 1960 के दशक में शुरू हुई, जब उस समय के पुराने इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले केवल चीजों को चालू और बंद करने में सक्षम थे। 90 के दशक तक आते-आते प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर्स, या संक्षेप में PLCs, कारखानों में अलग-अलग उत्पादों के उत्पादन में लगभग हर जगह उपयोग होने लगे। ये छोटे मजबूत कंट्रोलर प्रति सेकंड लगभग 1,000 इनपुट/आउटपुट बिंदुओं को संभाल सकते थे। अब आधुनिक स्मार्ट कंट्रोलर्स बहुत आगे निकल चुके हैं। वे औद्योगिक इंटरनेट ऑफ थिंग्स से संवाद कर सकते हैं और प्रति सेकंड 15 मिलियन निर्देशों को संसाधित कर सकते हैं, जबकि अपने पुराने संस्करणों की तुलना में 30% कम ऊर्जा का उपयोग करते हैं। और पिछले साल के डेलॉइट रिपोर्ट के अनुसार, सेमीकंडक्टर निर्माण जैसे महत्वपूर्ण संचालन में दूरस्थ क्लाउड सर्वरों पर निर्भरता को लगभग आधा कम करने में सक्षम एज कंप्यूटिंग मॉड्यूल्स के बारे में भी मत भूलिए।

उत्पादन वातावरण में स्वचालन नियंत्रण उपकरण के प्रमुख कार्य

आधुनिक प्रणाली तीन महत्वपूर्ण कार्य करती हैं:

• प्रक्रिया निगरानी : दबाव ट्रांसड्यूसर, दृष्टि प्रणाली और टोर्क सेंसर से प्रति सेकंड 200 से अधिक डेटा बिंदुओं को पकड़ता है
• निर्णय निर्माण : प्रवाह दर (±2% सटीकता) और तापीय प्रोफाइल जैसे महत्वपूर्ण मापदंडों को बनाए रखने के लिए नियंत्रण एल्गोरिदम चलाता है
• प्रणाली समायोजन : विचलन का पता लगाने के 50 मिलीसेकंड के भीतर वाल्व, मोटर्स और सर्वो ड्राइव को सक्रिय करता है

इस एकीकृत दृष्टिकोण से ऑटोमोटिव वेल्डिंग लाइनों में 99.95% तक का अपटाइम और फार्मास्यूटिकल पैकेजिंग में 0.1% से कम दोष दर को समर्थन मिलता है (मैकिन्से 2023 विनिर्माण बेंचमार्क अध्ययन)। क्योंकि प्रक्रिया नियंत्रण उपकरण आगे बढ़ रहे हैं, इन प्रणालियों में अब रखरखाव की आवश्यकताओं का स्वत: निदान करने की क्षमता बढ़ रही है, जो मोटर विफलता की भविष्यवाणी विफलता से 800 संचालन घंटे पहले तक कर सकती है।

नियंत्रक प्रकारों (PLC, DCS, PAC) का औद्योगिक अनुप्रयोगों के साथ मिलान करना

अनुप्रयोग आवश्यकताओं का आकलन: गति, सटीकता और स्केलेबिलिटी

सही नियंत्रक चुनने का अर्थ है पहले कई कारकों पर विचार करना। उच्च गति वाले पिक एंड प्लेस संचालन जैसे अनुप्रयोगों के लिए प्रतिक्रिया समय का बहुत महत्व होता है, जहाँ ±10 मिलीसेकंड का अंतर भी बहुत फर्क कर सकता है। फिर सटीकता की आवश्यकताएँ भी होती हैं। अर्धचालक कार्य के लिए अक्सर एक मिलीमीटर से कम सहनशीलता की आवश्यकता होती है। और स्केलेबिलिटी के बारे में भी भूलें नहीं। अधिकांश विशेषज्ञ इस बात के लिए लगभग 30 से 50 प्रतिशत अतिरिक्त क्षमता छोड़ने की सलाह देते हैं कि जब व्यवसाय बढ़े। पिछले वर्ष के हालिया उद्योग डेटा के अनुसार, मिश्रित निर्माण सेटिंग्स में उत्पादन में रुकावटों के आधे से अधिक मामले वास्तव में ऐसे नियंत्रकों के उपयोग से उत्पन्न होते हैं जो मशीनों की आवश्यकताओं के अनुरूप नहीं होते। यह वास्तव में इस बात को उजागर करता है कि अप्रत्याशित रुकावटों के बिना संचालन को सुचारू रूप से चलाए रखने के लिए तकनीकी विनिर्देशों को फैक्ट्री फ्लोर पर हो रही चीजों के साथ मिलाना कितना महत्वपूर्ण है।

प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLC): अलग, उच्च गति वाले कार्यों के लिए सबसे उपयुक्त

प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLCs) वहीं हर जगह मौजूद हैं जहां पलक झपकते ही निर्णय लेना महत्वपूर्ण होता है, उदाहरण के तौर पर असेंबली लाइन्स जिन्हें मिलीसेकंड के भीतर प्रतिक्रिया करनी होती है। ये कंट्रोलर उन बोतल कैपिंग मशीनों पर चीजों को सुचारू रूप से चलाए रखते हैं जो प्रति मिनट लगभग 400 बोतलों को संभाल सकती हैं, न कि उन अत्यंत सटीक रोबोटिक वेल्डर्स की बात जो हर बार 0.05mm सटीकता प्राप्त करते हैं। इन्हें इतना लोकप्रिय क्या बनाता है? खैर, इनकी लैडर लॉजिक प्रोग्रामिंग के कारण कन्वेयर बेल्ट्स को एक साथ काम करने के लिए सेट करना और फैक्ट्री फ्लोर में उन महत्वपूर्ण सुरक्षा तालों को स्थापित करना बहुत आसान हो जाता है। उद्योग के लोग नवीनतम प्रोसेस कंट्रोल हैंडबुक के आंकड़ों से एक दिलचस्प बात बताते हैं - सामान्य कंप्यूटर सिस्टम की तुलना में, कार निर्माण संयंत्रों में PLCs सेटअप समय को लगभग 40% तक कम कर देते हैं। ऐसी दक्षता इस बात की व्याख्या करती है कि नए-नए तकनीकी आगमन के बावजूद भी ये चुने जाने वाले विकल्प क्यों बने हुए हैं।

वितरित नियंत्रण प्रणाली (DCS): बड़े पैमाने पर निरंतर प्रक्रियाओं के लिए आदर्श

वितरित नियंत्रण प्रणाली (DCS) उन औद्योगिक सेटिंग्स में वास्तविक रूप से उत्कृष्ट प्रदर्शन करती हैं, जहां पूरी सुविधा में सभी चीजों को एक साथ काम करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए पेट्रोलियम रिफाइनरियों में, ये प्रणाली संयंत्र भर में 5,000 से अधिक इनपुट/आउटपुट बिंदुओं का प्रबंधन करते हुए भी तापमान को आधे डिग्री सेल्सियस के भीतर स्थिर रख सकती हैं। ये प्रणाली उत्प्रेरक अपघटन जैसी जटिल प्रक्रियाओं को संभालने के लिए परिष्कृत नियंत्रण विधियों का उपयोग करती हैं, जबकि लगातार संचालन की अवधि के दौरान लगभग पूर्ण अपटाइम, लगभग 99.8% बनाए रखती हैं। DCS के नवीनतम संस्करण स्मार्ट रखरखाव सुविधाओं से लैस होते हैं, जो वास्तव में उपकरण विफलताओं की भविष्यवाणी पहले से करते हैं। इन आधुनिक प्रणालियों का उपयोग करने वाले संयंत्र पुराने सेटअप की तुलना में लगभग 57% कम अप्रत्याशित बंद होने की सूचना देते हैं, जो सुरक्षा और उत्पादन दक्षता दोनों में बहुत बड़ा अंतर लाता है।

प्रोग्रामेबल स्वचालन नियंत्रक (PAC): PLC और PC क्षमताओं के बीच सेतु

प्रोग्रामेबल ऑटोमेशन कंट्रोलर पारंपरिक पीएलसी की विश्वसनीय नियंत्रण विशेषताओं को सामान्य पीसी की शक्तिशाली कंप्यूटिंग क्षमता के साथ जोड़ते हैं, जिससे वे जटिल कार्यों को संभालने के लिए बहुत उपयुक्त बन जाते हैं। उन अनुकूलनीय पैकेजिंग लाइनों के बारे में सोचें जिन्हें एक साथ 15 से अधिक उत्पाद प्रकारों का प्रबंधन करने की आवश्यकता होती है। ये प्रणाली लैडर लॉजिक प्रोग्रामिंग के साथ-साथ सी++ जैसी उन्नत कोडिंग भाषाओं को भी चला सकती हैं। यह दोहरी क्षमता निर्माताओं को 120 छवियों प्रति सेकंड की शानदार दर पर दोषों का पता लगाने वाली जटिल मशीन विज़न व्यवस्थाओं से जोड़ने की अनुमति देती है। पिछले वर्ष के कुछ अनुसंधान से पता चला है कि जब कंपनियाँ अपने खाद्य प्रसंस्करण संचालन में पीएसी प्रौद्योगिकी को लागू करती हैं, तो वास्तविक समय में बेहतर गुणवत्ता निगरानी के कारण आमतौर पर समग्र उपकरण प्रभावशीलता में लगभग 22 प्रतिशत की वृद्धि देखी जाती है।

केस अध्ययन: बैच बनाम निरंतर प्रक्रिया नियंत्रक चयन

एक विशेष रसायन कंपनी ने अपने बैच उत्पादन चक्र को लगभग एक तिहाई कम कर दिया, जब उन्होंने पुरानी रिले प्रणालियों को आधुनिक PACs से बदल दिया, जो कारखाने में ही निर्मित SQL डेटाबेस के साथ आते थे। इस बदलाव ने 18 झंझट भरे मैनुअल डेटा प्रविष्टि कार्यों को खत्म कर दिया और सुनिश्चित किया कि सभी कठोर FDA विनियमों (विशेष रूप से भाग 11) का पालन सुरक्षित डिजिटल रिकॉर्ड्स के माध्यम से हो, जिन्हें बाद में बदला नहीं जा सकता। इस बीच, लगातार चल रहे गैल्वेनाइजिंग संचालन वाले एक स्टील संयंत्र में, इंजीनियरों ने भारी मात्रा में उत्पादन करते हुए भी 99.95% समय तक चीजों को सुचारू रूप से चलाए रखा। उन्होंने ऐसा बैकअप नियंत्रण प्रणालियों को लगाकर किया, जिनमें विशेष इनपुट/आउटपुट मॉड्यूल थे, जिन्हें उत्पादन बंद किए बिना तत्काल बदला जा सकता था, जो उल्लेखनीय है क्योंकि वे प्रतिदिन लगभग 1,200 टन का प्रसंस्करण करते हैं।

स्वचालन प्रणालियों का डिजाइन: इनपुट/आउटपुट आवश्यकताएँ और संचार प्रोटोकॉल

प्रभावी स्वचालन के लिए इनपुट/आउटपुट (I/O) प्रणालियों का उचित ढंग से कॉन्फ़िगर होना आवश्यक है तथा मजबूत संचार प्रोटोकॉल की आवश्यकता होती है जो गतिशील वातावरण में सेंसर, एक्चुएटर और नियंत्रकों के बीच निर्बाध अंतःक्रिया सुनिश्चित करते हैं।

I/O बिंदुओं की गणना: असतत बनाम एनालॉग उपकरण और सिग्नल अखंडता

औद्योगिक प्रणालियों के साथ काम करते समय, डिज़ाइनरों को उन द्विआधारी उपकरणों और परिवर्तनशील सीमा वाले उपकरणों के बीच का अंतर जानना चाहिए, जो केवल चीजों को चालू और बंद करते हैं या निरंतर डेटा स्ट्रीम को संभालते हैं। उदाहरण के लिए अलग I/O लें, यह मूल रूप से सीमा स्विच या धक्का बटन जैसी चीजों से आने वाले सरल हाँ/ना संकेतों से संबंधित होता है। दूसरी ओर, एनालॉग I/O समय के साथ तापमान के पठन या दबाव के स्तर जैसे निरंतर माप के साथ काम करता है। इन्हें महत्वपूर्ण विवरण खोए बिना वास्तविक संकेत को बनाए रखने के लिए बहुत अधिक सटीक नमूनाकरण दर की आवश्यकता होती है। अधिकांश अनुभवी इंजीनियर सिस्टम डिज़ाइन में लगभग 25 अतिरिक्त I/O बिंदु छोड़ने का सुझाव देते हैं। क्यों? क्योंकि कोई भी यह ठीक से नहीं बता सकता कि बाद में प्रक्रियाओं के अद्यतन या विस्तारित होने पर क्या परिवर्तन आ सकते हैं।

डिजिटल कारखानों में I/O स्थान रणनीतियाँ और रिमोट I/O रुझान

नियंत्रण कक्षों के ठीक बगल में I/O कैबिनेट लगाने से विद्युत हस्तक्षेप कम होता है, हालाँकि इस व्यवस्था के कारण अक्सर हर जगह लंबे तारों की भरमार हो जाती है। जब निर्माता वास्तविक उपकरणों के निकट वितरित I/O मॉड्यूल स्थापित करते हैं, तो वे केबलिंग की बहुत बड़ी जगह बचा सकते हैं। कुछ रिपोर्टों में बताया गया है कि बड़े औद्योगिक सुविधाओं में यह बचत साठ से अस्सी प्रतिशत तक हो सकती है। अब कई कंपनियां IP67 रेटेड रिमोट I/O स्टेशनों की ओर रुख कर रही हैं जिन्हें सीधे उत्पादन मशीनरी पर लगाया जा सकता है। ये व्यवस्थाएं फैक्ट्री फ्लोर पर स्थितियां चाहे जितनी कठिन क्यों न हों, सेंसरों से वास्तविक समय के आंकड़े प्राप्त करने के लिए बहुत अच्छी काम करती हैं।

सामान्य संचार प्रोटोकॉल: Ethernet/IP, Modbus TCP, और श्रृंखला

ईथरनेट/आईपी आधुनिक स्थापनाओं में 100 मेगाबिट प्रति सेकंड बैंडविड्थ और आईआईओटी प्लेटफॉर्म के साथ मूल अनुकूलता के साथ अग्रणी है। मॉडबस टीसीपी को नए नेटवर्क में पुराने उपकरणों को एकीकृत करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उद्योग दिशानिर्देश इन प्रोटोकॉल को एससीएडीए और एमईएस जैसी पर्यवेक्षी प्रणालियों के साथ बिना रुकावट कनेक्टिविटी के लिए जोर देते हैं।

मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ अनुकूलता और एकीकरण सुनिश्चित करना

कई संयंत्र दशकों तक फैले मिश्रित-निर्माता उपकरणों पर संचालित होते हैं। प्रोटोकॉल कन्वर्टर पुराने आरएस-485/मॉडबस आरटीयू उपकरणों को ईथरनेट-आधारित नेटवर्क के साथ जोड़ते हैं। योजना बनाते समय मौजूदा फील्डबस टोपोलॉजी को मैप करने से महंगी पुन: विन्यास से बचा जा सकता है, जिसमें ओपीसी यूए मल्टी-प्रोटोकॉल वातावरण को एकीकृत करने के लिए पसंदीदा समाधान के रूप में उभर रहा है।

स्केलेबिलिटी और सॉफ्टवेयर एकीकरण के साथ आईआईओटी और भविष्य-रोधी स्वचालन सक्षम करना

औद्योगिक इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IIoT) और एज कंप्यूटिंग एकीकरण

जब IIoT प्रणालियों को एज कंप्यूटिंग क्षमताओं के साथ जोड़ा जाता है, तो वे डेटा में देरी को काफी कम कर देते हैं—पोनेमन इंस्टीट्यूट के अनुसंधान में लगभग 70% कमी दिखाई गई है। इसका अर्थ है कि मशीनें वास्तव में वहीं स्थान पर जानकारी को संसाधित कर सकती हैं, बजाय बादल प्रतिक्रियाओं की प्रतीक्षा करने के। जैसे-जैसे ये नेटवर्क उत्पादन क्षेत्र में फैलते हैं, स्केलेबल IIoT ढांचे विस्तार को आसानी से संभालते हैं, जबकि ISO जैसे मानक संगठनों द्वारा 55000 ढांचे के माध्यम से निर्धारित विनियामक सीमाओं के भीतर रहते हैं। उदाहरण के लिए WoT इंटरऑपरेबिलिटी लेयर लें। स्मार्ट फैक्ट्रियों में वास्तविक दुनिया के परीक्षणों में यह दिखाया गया है कि यह विभिन्न प्रोटोकॉल को लगभग 98% समय सफलतापूर्वक जोड़ता है, हालांकि अंतिम कुछ प्रतिशत प्राप्त करने के लिए अक्सर विशिष्ट संयंत्र की स्थितियों और पुराने उपकरणों की संगतता समस्याओं के आधार पर कुछ समायोजन की आवश्यकता होती है।

स्केलेबिलिटी और मॉड्यूलारिटी: लचीली, विस्तार योग्य नियंत्रण प्रणालियों का निर्माण

मॉड्यूलर डिज़ाइन स्थिर वास्तुकला की तुलना में 2024 के निर्माण मानकों के आधार पर 30% तेज़ सिस्टम अपग्रेड की अनुमति देते हैं। डिजिटल ट्विन तकनीक इंजीनियरों को भौतिक परिवर्तनों से पहले उत्पादन विस्तार का अनुकरण करने की अनुमति देती है। घटक-आधारित सिस्टम का उपयोग करने पर टियर-वन आपूर्तिकर्ता आईआईओटी अपग्रेड के लिए क्रमिक समर्थन के साथ 40% कम रीट्रोफिट लागत की रिपोर्ट करते हैं।

कंट्रोलर प्रोग्रामिंग सॉफ्टवेयर और एचएमआई, स्केडा, एमईएस के साथ सुसंगतता

आधुनिक प्रोग्रामिंग प्लेटफॉर्म सार्वभौमिक संचार ड्राइवर के माध्यम से पुराने सिस्टम के साथ 99% सुसंगतता प्राप्त करते हैं—मिश्रित विक्रेता संयंत्रों में यह महत्वपूर्ण है। नवीनतम सॉफ्टवेयर सूट एचएमआई और एमईएस के साथ स्वाभाविक रूप से एकीकृत होते हैं, जो ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में एकीकरण समय को 50% तक कम कर देते हैं (पोनेमन 2023)।

रणनीति: प्रोटोकॉल लचीलापन के साथ भविष्य-सुरक्षित स्वचालन प्रणालियों की योजना बनाना

आगे बढ़ते निर्माता अपने स्वचालन बजट का 25% प्रोटोकॉल-अनेकी बुनियादी ढांचे में आवंटित करते हैं, जिससे यह स्वीकार किया जाता है कि संचार मानक हर 3–5 वर्षों में विकसित होते रहते हैं (पोनेमन 2024)। WoT इंटरऑपरेबिलिटी लेयर ने अर्थपूर्ण मानकीकरण के माध्यम से डिवाइस ऑनबोर्डिंग में 85% तेज़ी लाई है, जो नए IIoT सेंसर और एक्चुएटर अपनाते समय पिछड़ी संगतता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण साबित हुई है।

सामान्य प्रश्न

स्वचालन नियंत्रण उपकरण के मुख्य कार्य क्या हैं?

स्वचालन नियंत्रण उपकरण प्रक्रिया निगरानी, निर्णय लेने और प्रणाली समायोजन करता है, जो उत्पादन की गुणवत्ता और दक्षता को इष्टतम बनाए रखना सुनिश्चित करता है।

प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLC) वितरित नियंत्रण प्रणालियों (DCS) से कैसे भिन्न होते हैं?

PLC अलग, उच्च गति वाले कार्यों के लिए आदर्श होते हैं, जबकि DCS बड़े पैमाने पर, निरंतर प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त होते हैं जिनमें सुविधा व्यापी समन्वय की आवश्यकता होती है।

स्वचालन प्रणालियों के लिए संगतता और एकीकरण क्यों महत्वपूर्ण है?

संगतता और एकीकरण सुनिश्चित करने से महंगी पुन: विन्यास से बचा जा सकता है और मिश्रित-विक्रेता उपकरणों के बीच सुचारु अंतःक्रिया की अनुमति मिलती है।

औद्योगिक स्वचालन में IIoT एकीकरण के क्या लाभ हैं?

IIoT एकीकरण स्थल पर डेटा प्रसंस्करण की गति में वृद्धि करता है, जिससे देरी कम होती है और नेटवर्क विकास के प्रबंधन के लिए स्केलेबल ढांचे का विस्तार होता है।