आधुनिक फैक्टरी ऑटोमेशन में फील्ड सेंसर, प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLC) और वितरित नियंत्रण प्रणालियों (DCS) के बीच निरंतर डेटा संचार पर निर्भरता होती है। ईथरनेट तकनीक एंटरप्राइज़ IT और प्लांट फ्लोर ऑपरेशनल टेक्नोलॉजी (OT) नेटवर्क—दोनों पर हावी है। हालांकि, इन औद्योगिक संचारों को नियंत्रित करने वाले भौतिक माध्यम मानकों में महत्वपूर्ण बदलाव हो रहा है। जहां पारंपरिक ईथरनेट चार-पेयर (8-तार) केबलिंग पर निर्भर करता है, वहीं सिंगल पेयर ईथरनेट (SPE) औद्योगिक वातावरण में उच्च गति वाला डेटा और DC पावर पहुंचाने के लिए एकल ट्विस्टेड कॉपर पेयर (2 तार) का उपयोग करता है।

फैक्टरी ऑटोमेशन संचार में भौतिक परत का विकास

IEEE 802.3 मानक ईथरनेट नेटवर्क के लिए भौतिक परत के विनिर्देशों को परिभाषित करता है। पारंपरिक 4-पेयर ईथरनेट केबल (Cat 5e, Cat 6) ऑटोमेशन कंट्रोलर और स्विच को जोड़ने के लिए RJ45 कनेक्टर का उपयोग करते हैं। उच्च-थ्रूपुट डेटा ट्रांसमिशन प्राप्त करने के लिए इन केबलों में आठ आंतरिक कॉपर कंडक्टर आवश्यक होते हैं।

इसके विपरीत, सिंगल पेयर ईथरनेट IEEE 802.3cg (10Base-T1L) और IEEE 802.3bw/bp मानकों का उपयोग करता है। SPE दो कंडक्टरों पर द्विदिश फुल-डुप्लेक्स डेटा ट्रांसफर करता है। परिणामस्वरूप, यह आर्किटेक्चर केबलिंग के भार और आकार—दोनों को काफी कम करता है, जबकि फील्ड इंस्ट्रूमेंटेशन तक नेटिव IP कनेक्टिविटी बनाए रखता है।

मुख्य तकनीकी विनिर्देशों की तुलना

औद्योगिक प्लांट आर्किटेक्चर के लिए नेटवर्क माध्यम चुनते समय इंजीनियरों को मुख्य भौतिक मापदंडों का मूल्यांकन करना चाहिए:

कंट्रोल नेटवर्क में दूरी और बैंडविड्थ के बीच संतुलन

दूरी की क्षमता इन भौतिक माध्यम प्रकारों के बीच एक महत्वपूर्ण परिचालन अंतर दर्शाती है। पारंपरिक ईथरनेट सक्रिय रिपीटर या स्विच के बिना कॉपर केबल रन की अधिकतम लंबाई को 100 मीटर तक सीमित करता है। यह सीमा रासायनिक रिफाइनरियों या खनन सुविधाओं में लंबी दूरी पर सेंसर स्थापित करना जटिल बना देती है।

हालांकि, SPE 10Base-T1L 10 Mbps की गति पर पॉइंट-टू-पॉइंट कॉपर सेगमेंट को 1,000 मीटर तक बढ़ाता है। पारंपरिक Cat6 केबल अधिक कुल बैंडविड्थ (10 Gbps तक) प्रदान करते हैं, फिर भी 10 Mbps का SPE लिंक फील्ड डिवाइस के लिए प्रोसेस वेरिएबल, डायग्नोस्टिक्स और पैरामीटर कॉन्फ़िगरेशन को आसानी से संभाल सकता है।

पावर डिलीवरी: PoDL बनाम पारंपरिक PoE आर्किटेक्चर

पावर का एकीकरण फील्ड वायरिंग की लागत और पैनल इंस्टॉलेशन की जटिलता को सीधे प्रभावित करता है। पारंपरिक ईथरनेट डेटा के साथ अलग-अलग कंडक्टर पेयर पर पावर ट्रांसमिट करने के लिए पावर ओवर ईथरनेट (PoE) मानकों (IEEE 802.3af/at/bt) का उपयोग करता है।

SPE IEEE 802.3bu द्वारा नियंत्रित पावर ओवर डेटा लाइन (PoDL) तकनीक का उपयोग करता है। PoDL एकल डिफरेंशियल संचार पेयर पर DC सप्लाई वोल्टेज को ओवरले करता है। परिणामस्वरूप, फील्ड सेंसर उन्हीं दो तारों पर 52 W तक की परिचालन पावर प्राप्त करते हैं, जिनसे रियल-टाइम कंट्रोल सिग्नल प्रसारित होते हैं।

फील्डबस प्रतिस्थापन की प्रवृत्तियों पर तकनीकी जानकारी

औद्योगिक DCS नेटवर्क डिजाइन करने के अपने 15 वर्षों के दौरान, मैंने देखा है कि फील्ड डिवाइस कनेक्टिविटी सिस्टम की एक प्रमुख बाधा बनी रही है। PROFIBUS PA और HART जैसे पुराने फील्डबस प्रोटोकॉल को केंद्रीय कंट्रोलर से संचार करने के लिए प्रोटोकॉल गेटवे की आवश्यकता होती है। ये कन्वर्ज़न इंटरफेस नेटवर्क लेटेंसी बढ़ाते हैं और कॉन्फ़िगरेशन इंजीनियरिंग के अतिरिक्त कार्यभार में वृद्धि करते हैं।

सिंगल पेयर ईथरनेट इस पुरानी बाधा का मूल रूप से समाधान करता है। SPE बिना प्रोटोकॉल ट्रांसलेशन के स्मार्ट इंस्ट्रूमेंट तक सीधे नेटिव ईथरनेट IP संचार पहुंचाता है। जटिल गेटवे हटाने से कंट्रोल सिस्टम टोपोलॉजी सरल होती है, डिवाइस कमीशनिंग सुव्यवस्थित होती है और प्रेडिक्टिव मेंटेनेंस प्रोग्राम के लिए रियल-टाइम डायग्नोस्टिक डेटा निकालना संभव होता है।

औद्योगिक अनुप्रयोग परिदृश्य: रासायनिक प्रसंस्करण संयंत्र का फील्ड सेंसर नेटवर्क

एक आधुनिक रासायनिक प्रसंस्करण सुविधा पर विचार करें, जो एक विस्तृत आउटडोर टैंक फार्म में अपने फ्लोमीटर और प्रेशर ट्रांसमीटर को अपग्रेड कर रही है। अलग-अलग फील्ड इंस्ट्रूमेंट केंद्रीय कंट्रोल रूम से 400 से 800 मीटर की दूरी पर स्थित हैं।

पारंपरिक 8-तार ईथरनेट लगाने के लिए प्रत्येक 100 मीटर पर मध्यवर्ती फील्ड स्विच की आवश्यकता होगी, जिससे एनक्लोज़र और पावर की लागत बढ़ जाएगी। आर्मर्ड दो-तार केबल का उपयोग करके SPE 10Base-T1L फील्ड नेटवर्क लागू करने पर इंजीनियर फील्ड इंस्ट्रूमेंट को 800 मीटर की दूरी पर केंद्रीय DCS गेटवे से सीधे जोड़ सकते हैं। सिंगल-पेयर वायरिंग PoDL के माध्यम से परिचालन पावर प्रदान करती है और बाहरी गेटवे के बिना HART-IP टेलीमेट्री को प्लांट प्रबंधन सॉफ्टवेयर तक स्ट्रीम करती है।

लेखक के बारे में

Huang Jun फैक्टरी ऑटोमेशन, DCS नेटवर्क टोपोलॉजी और पावर प्लांट कंट्रोल सिस्टम में 15 वर्षों के फील्ड अनुभव वाले वरिष्ठ औद्योगिक संचार आर्किटेक्ट हैं। वे इंडस्ट्रियल ईथरनेट माइग्रेशन रणनीतियों, फील्डबस प्रतिस्थापन आर्किटेक्चर और प्रोसेस तथा मैन्युफैक्चरिंग उद्योगों के लिए उच्च-उपलब्धता वाले नियतात्मक नेटवर्किंग में विशेषज्ञता रखते हैं।