आधुनिक प्रक्रिया संयंत्र अपने नियंत्रण प्लेटफ़ॉर्म से मजबूत सुरक्षा और उच्च उपलब्धता की अपेक्षा रखते हैं। सिस्टम इंटीग्रेटरों को डिस्ट्रीब्यूटेड कंट्रोल सिस्टम (DCS) और इमरजेंसी शटडाउन (ESD) आर्किटेक्चर का अत्यंत सटीकता से मूल्यांकन करना चाहिए।

यह व्यापक तकनीकी मूल्यांकन मिशन-क्रिटिकल औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए मुख्य इंजीनियरिंग विनिर्देशों, हार्डवेयर रिडंडेंसी मॉडलों, एनक्लोज़र आवश्यकताओं और सॉफ़्टवेयर पैरामीटरों का विवरण देता है।

DCS और ESD के लिए प्रमुख सिस्टम आर्किटेक्चर आवश्यकताएँ

विश्वसनीय प्रक्रिया संयंत्र आर्किटेक्चर के लिए नियामक नियंत्रण और सुरक्षा कार्यों हेतु समर्पित कार्यात्मक हार्डवेयर आवश्यक है। हाइब्रिड नियंत्रण समाधान अक्सर दीर्घकालिक परिचालन अखंडता से समझौता करते हैं। इसलिए, इंजीनियरों को DCS और ESD प्रणालियों के लिए अलग, उद्देश्य-निर्मित हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर वातावरण निर्दिष्ट करने चाहिए।

सिंगल पॉइंट ऑफ फेल्योर से बचने के लिए DCS आर्किटेक्चर में असुरक्षित सर्वर-केंद्रित सेटअप के बजाय नोड-आधारित टोपोलॉजी का उपयोग होना चाहिए। इसके विपरीत, ESD प्रणाली को स्वतंत्र रूप से संचालित होना चाहिए और इसकी न्यूनतम प्रमाणित रेटिंग SIL-3 होनी चाहिए।

इसके अलावा, दोनों प्रणालियों में कंट्रोलरों, पावर सप्लाई और संचार नेटवर्क के स्तर पर हार्डवेयर-स्तरीय रिडंडेंसी आवश्यक है। सामान्य DCS लूपों के लिए I/O रिडंडेंसी वैकल्पिक रहती है, लेकिन ESD प्रणालियों में रिडंडेंट I/O चैनल अनिवार्य हैं।

कंट्रोलर प्रदर्शन, मेमोरी और पर्यावरणीय सुरक्षा

सक्रिय और स्टैंडबाय प्रोसेसरों के बीच हाई-स्पीड बम्पलेस ट्रांसफर मानक रखरखाव या हार्डवेयर खराबियों के दौरान निर्बाध नियंत्रण सुनिश्चित करता है। प्राथमिक नियंत्रक हॉट-स्टैंडबाय यूनिट के साथ डेटा को लगातार सिंक्रोनाइज़ करता है और 100 ms के भीतर फेलओवर ट्रांज़िशन पूरा करता है।

इसके अलावा, जटिल नियंत्रण लॉजिक को प्रबंधित करने के लिए प्रोसेसरों में कम से कम 64 MB मेमोरी क्षमता होनी चाहिए। कठोर प्लांट वातावरण का सामना करने के लिए, वेंडर हार्डवेयर में ANSI/ISA S71.04-1985 मानक के अनुरूप G3 एंटी-करॉसिव कॉनफॉर्मल कोटिंग शामिल होनी चाहिए।

व्यापक डायग्नोस्टिक रूटीन फील्ड चैनलों, सिस्टम मॉड्यूलों और पावर यूनिटों की लगातार निगरानी करते हैं। इसके अलावा, डिज़ाइन को वोल्टेज डिप, पावर ट्रांज़िएंट, मेमोरी करप्शन और लाइन विफलताओं के विरुद्ध सुरक्षा संचालन सुनिश्चित करना चाहिए।

हार्डवेयर I/O मॉड्यूल कॉन्फ़िगरेशन और अर्थिंग मानक

उचित इनपुट/आउटपुट मॉड्यूल वितरण चैनल ओवरलोड को रोकता है और फील्ड ट्रबलशूटिंग को सरल बनाता है। एनालॉग इनपुट और आउटपुट (AI/AO) मॉड्यूल में प्रति कार्ड 16 से अधिक चैनल नहीं होने चाहिए।

इसी तरह, डिजिटल इनपुट और आउटपुट (DI/DO) मॉड्यूल की क्षमता अधिकतम 64 चैनल तक सीमित होनी चाहिए और उन्हें 32-चैनल टर्मिनेशन बोर्डों के साथ जोड़ा जाना चाहिए।

डायनेमिक प्रक्रिया प्रतिक्रिया बनाए रखने के लिए, पूर्ण डायग्नोस्टिक ओवरहेड सहित DCS प्रोसेसर का स्कैन समय 100 ms के भीतर रहना चाहिए। ESD लॉजिक के लिए, स्कैन समय Triple Modular Redundant (TMR) यूनिटों में 100 ms या Quadruple Modular Redundant (QMR) सिस्टमों में 250 ms से अधिक नहीं होना चाहिए।

इंजीनियरों को तीन अलग-अलग पृथक अर्थिंग नेटवर्क भी स्थापित करने चाहिए: पृथक सिस्टम अर्थ, पृथक केबल स्क्रीन अर्थ और पैनल कैबिनेट बॉडी अर्थ।

प्रोसेसर लोड सीमाएँ, डायग्नोस्टिक्स और औद्योगिक नेटवर्किंग

सिस्टम डिज़ाइनरों को प्लांट के सबसे खराब स्थिति वाले पीक संचालन के दौरान अधिकतम CPU लोड 60% से कम रखना चाहिए। सिस्टम इंटीग्रेटरों को अंतिम विस्तृत इंजीनियरिंग के दौरान CPU लोडिंग की विस्तृत गणनाएँ प्रस्तुत करनी चाहिए।

हार्डवेयर वॉचडॉग टाइमर प्रोसेसर की स्थिति पर लगातार नज़र रखता है और CPU, मेमोरी या पावर संबंधी खराबी का पता चलने पर तुरंत अलार्म सिग्नल सक्रिय करता है।

नॉन-वोलेटाइल मेमोरी महत्वपूर्ण एप्लिकेशन कोड की सुरक्षा करती है। यदि वोलेटाइल RAM का उपयोग किया जाता है, तो एक समर्पित बैटरी बैकअप कम से कम 30 दिनों तक डेटा संरक्षण सुनिश्चित करे। सिस्टम को पूरी तरह डिस्चार्ज होने से कम से कम एक सप्ताह पहले लो-बैटरी अलर्ट जारी करना चाहिए।

प्लांट संचार के लिए, सिस्टम कैबिनेट में औद्योगिक प्रबंधित Ethernet स्विच शामिल होने चाहिए, जिनमें कम से कम दो फाइबर ऑप्टिक (FO) पोर्ट हों।

पैनल डिज़ाइन, एनक्लोज़र और कैबिनेट विनिर्देश

इंजीनियरों को नियंत्रण हार्डवेयर को Rittal, Eldon या Hoffman जैसे प्रतिष्ठित निर्माताओं के स्वतंत्र औद्योगिक कैबिनेट में स्थापित करना चाहिए। पैनलों में आगे और पीछे दोनों ओर डबल दरवाज़े होने चाहिए तथा नीचे की ओर केबल एंट्री की सुविधा होनी चाहिए।

सिस्टम कैबिनेट के सामने की ओर Node Interface Units (NIUs) को प्रमुखता से प्रदर्शित किया जाना चाहिए, साथ ही पावर लाइनों और लो-वोल्टेज सिग्नल वायरिंग के बीच कड़ा भौतिक पृथक्करण बनाए रखना चाहिए। सभी डिजिटल आउटपुट के लिए आइसोलेशन हेतु इंटरपोज़िंग रिले आवश्यक हैं।

इंजीनियरिंग सॉफ़्टवेयर, डायग्नोस्टिक्स और विस्तार मार्जिन

नियंत्रण प्लेटफ़ॉर्म सॉफ़्टवेयर सुइट को भौतिक इंस्टॉलेशन मीडिया के साथ समर्पित इंजीनियरिंग वर्कस्टेशन पर पहले से लोड किया जाता है। प्रोग्रामिंग वातावरण को DCS और ESD दोनों के कॉन्फ़िगरेशन के लिए मानक लैडर लॉजिक और फ़ंक्शन ब्लॉक डायग्राम (FBD) भाषाओं का समर्थन करना चाहिए।

इंजीनियरों को सक्रिय प्रक्रिया संचालन में बाधा डाले बिना ऑनलाइन एप्लिकेशन लॉजिक संशोधित करने की क्षमता आवश्यक है। सिस्टम सॉफ़्टवेयर को प्रत्येक कॉन्फ़िगरेशन परिवर्तन, उपयोगकर्ता ID और टाइमस्टैम्प का अ-परिवर्तनीय ऑडिट लॉग बनाए रखना चाहिए।

अंततः, परियोजनाओं के लिए एकीकृत OPC सर्वर, HART पास-थ्रू टूल, एसेट मैनेजमेंट सॉफ़्टवेयर (AMS), वेब सर्वर इंटरफ़ेस और GPS क्लॉक सिंक्रोनाइज़ेशन आवश्यक हैं। भौतिक हार्डवेयर आपूर्ति में 20% पूरी तरह वायर किए गए और स्थापित अतिरिक्त I/O मॉड्यूल शामिल होने चाहिए।

अनुप्रयोग परिदृश्य: अपतटीय गैस संपीड़न सुरक्षा आधुनिकीकरण

एक अपतटीय गैस उत्पादन सुविधा को पुराने रिले-आधारित आपातकालीन शटडाउन सेटअप और विरासत DCS लूप को बदलने के लिए आधुनिक सुरक्षा प्रणाली अपग्रेड की आवश्यकता थी।

चुनौती: एनालॉग फ़ील्ड लूप में विद्युत शोर के कारण इस सुविधा में बार-बार अनपेक्षित ट्रिप होते थे। इसके अतिरिक्त, मौजूदा प्लेटफ़ॉर्म में नियंत्रण लूप और सुरक्षा इंटरलॉक के बीच उचित हार्डवेयर पृथक्करण नहीं था, जिससे संयंत्र परिचालन जोखिमों के सामने था।

समाधान: इंजीनियरों ने एक नोड-आधारित रिडंडेंट DCS को पूरी तरह स्वतंत्र SIL-3 रेटेड TMR ESD सिस्टम के साथ स्थापित किया। उन्होंने IP52-रेटेड Rittal एनक्लोज़र के भीतर G3-कोटेड कार्ड लगाए और मॉड्यूल रैक में पृथक सिग्नल अर्थिंग नेटवर्क लागू किए।

परिणाम: नए दोहरे-आर्किटेक्चर प्लेटफ़ॉर्म ने झूठे ट्रिप समाप्त कर दिए, 80 ms से कम समय में नियंत्रण फ़ेलओवर प्राप्त किया और CPU लोडिंग 42% से कम बनाए रखी। अब संयंत्र तकनीशियन पूर्ण ऑडिट-ट्रेल लॉगिंग टूल का उपयोग करके ऑनलाइन लॉजिक अपडेट सुरक्षित रूप से कर सकते हैं।

लेखक के बारे में

लियू कांग एक वरिष्ठ औद्योगिक स्वचालन विशेषज्ञ हैं, जिनके पास DCS, ESD, PLC और टर्बाइन सुपरवाइजरी इंस्ट्रूमेंटेशन (TSI) प्लेटफ़ॉर्म के डिज़ाइन, कमीशनिंग और मूल्यांकन में 15 वर्षों का तकनीकी अनुभव है। वे उच्च-उपलब्धता वाले नियंत्रण आर्किटेक्चर, SIL-रेटेड कार्यात्मक सुरक्षा डिज़ाइन और एशिया तथा मध्य पूर्व के भारी प्रक्रिया उद्योगों के लिए फ़ील्डबस संचार में विशेषज्ञ हैं।