स्थिर 24 VDC पावर आर्किटेक्चर हर विश्वसनीय प्रोसेस ऑटोमेशन अवसंरचना की नींव होते हैं। कंट्रोल सिस्टम इंजीनियरों को औद्योगिक पावर सप्लाई यूनिट (PSU) का आकार अत्यंत सावधानी से निर्धारित करना चाहिए।

गलत रेटिंग वाली पावर यूनिट अनपेक्षित CPU रीस्टार्ट कराती हैं, प्रोसेस मेमोरी को करप्ट करती हैं और अधिकतम संचालन लोड के दौरान सुरक्षा इंटरलॉक को जोखिम में डालती हैं।

यह तकनीकी मार्गदर्शिका मिशन-क्रिटिकल औद्योगिक कंट्रोल सिस्टम के लिए आवश्यक डिज़ाइन पैरामीटर, आकार-निर्धारण की पद्धतियाँ, वेंडर कॉन्फ़िगरेशन सॉफ़्टवेयर और वास्तविक अनुप्रयोग संबंधी प्रथाओं को कवर करती है।

फ़ैक्टरी ऑटोमेशन में पावर सप्लाई की विश्वसनीयता क्यों महत्वपूर्ण है

आधुनिक प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLCs) और डिस्ट्रीब्यूटेड कंट्रोल सिस्टम (DCS) को बिना समझौते वाली DC पावर गुणवत्ता की आवश्यकता होती है। उतार-चढ़ाव या वोल्टेज डिप स्वचालित उत्पादन लाइनों में गंभीर संचालन संबंधी बाधाएँ उत्पन्न करते हैं।

उच्च-गुणवत्ता वाली स्विच्ड-मोड पावर सप्लाई (SMPS) में सटीक लाइन रेग्युलेशन, शॉर्ट-सर्किट सुरक्षा और कम रिपल व नॉइज़ विशेषताएँ होती हैं। ये अंतर्निहित सुरक्षा उपाय नाज़ुक माइक्रोकंट्रोलर हार्डवेयर को ग्रिड के तीव्र सर्ज से सुरक्षित रखते हैं।

कंट्रोल सिस्टम पावर यूनिट के आकार-निर्धारण के मुख्य पैरामीटर

हार्डवेयर मॉड्यूल चुनने से पहले इंजीनियरों को सिस्टम की करंट आवश्यकताओं की सटीक गणना करनी चाहिए। बिजली आपूर्ति की क्षमता कम रखने पर कोल्ड स्टार्ट के दौरान थर्मल शटडाउन का जोखिम रहता है, क्योंकि फ़ील्ड डिवाइस भारी इनरश करंट खींचते हैं।

मुख्य डिज़ाइन मानदंडों में निम्नलिखित पैरामीटर शामिल हैं:

1. इनपुट AC वोल्टेज रेंज: विस्तृत फ़्रीक्वेंसी सहनशीलता के साथ यूनिवर्सल AC इनपुट संगतता (100–240 VAC) सुनिश्चित करें।
2. करंट खपत और अतिरिक्त क्षमता: सभी CPU, नेटवर्क स्विच और I/O लूप की नाममात्र खपत का योग करें। इसके बाद न्यूनतम 20% से 25% अतिरिक्त सुरक्षा क्षमता रखें।
3. पावर कन्वर्ज़न दक्षता: पैनल में गर्मी जमा होने को न्यूनतम करने और घटकों का जीवन बढ़ाने के लिए उच्च-दक्षता वाली यूनिट (94% से अधिक) चुनें।
4. पर्यावरणीय रेटिंग: संचालन तापमान सीमाओं (आमतौर पर -25°C से +70°C) की जाँच करें और संक्षारक वातावरण में कॉन्फ़ॉर्मल कोटिंग (ANSI/ISA S71.04-1985 Class G3) उपलब्ध होने की पुष्टि करें।
5. प्रमाणन: खतरनाक प्रक्रिया स्थानों के लिए UL 508, CE, Class I Div 2 और ATEX मानकों के अनुपालन की पुष्टि करें।

आंतरिक लॉजिक पावर को फ़ील्ड लोड सर्किट से अलग करना

औद्योगिक नियंत्रण कैबिनेट में एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन नियम लॉजिक पावर को फ़ील्ड एक्टुएशन पावर से अलग रखना है। इंजीनियरों को अलग-अलग कार्यात्मक लूप के लिए समर्पित विद्युत आपूर्तियाँ लगानी चाहिए।

• आंतरिक सिस्टम बस रेल: CPU मॉड्यूल, स्थानीय बैकप्लेन रैक, Ethernet स्विच और संचार गेटवे को विद्युत आपूर्ति करती है। इस बस के लिए अत्यंत स्वच्छ, सर्ज-संरक्षित 24 VDC आउटपुट आवश्यक है।
• फ़ील्ड डिवाइस I/O रेल: बाहरी 24 VDC लूप, प्रेरणिक सोलनॉइड वाल्व, रिले, दृश्य बीकन और फ़ील्ड ट्रांसमीटरों को विद्युत आपूर्ति करती है। स्विचिंग संचालन के दौरान प्रेरणिक लोड उच्च बैक-EMF स्पाइक्स उत्पन्न करते हैं।

इन विद्युत रेलों को अलग रखने से फ़ील्ड शोर और प्रेरणिक वोल्टेज स्पाइक्स संवेदनशील नियंत्रक माइक्रोप्रोसेसरों को क्षतिग्रस्त करने से बचते हैं।

विद्युत प्रणाली का उचित आकार निर्धारित करने के लिए विक्रेता कॉन्फ़िगरेशन टूल का उपयोग

प्रमुख ऑटोमेशन विक्रेता विद्युत गणना कार्यप्रवाह को सुव्यवस्थित करने के लिए डिजिटल कॉन्फ़िगरेटर उपलब्ध कराते हैं। इसका प्रमुख उदाहरण Siemens TIA Selection Tool है, जो इंजीनियरों को SIMATIC नियंत्रकों के साथ SITOP विद्युत कॉन्फ़िगरेशन का उचित आकार निर्धारित करने में सहायता करता है।

कॉन्फ़िगरेशन सॉफ़्टवेयर का उपयोग एक संरचित क्रम के माध्यम से जटिल विद्युत बजट गणनाओं को सरल बनाता है:

• चरण 1: हार्डवेयर ट्री बनाएँ: प्रोजेक्ट कार्यक्षेत्र में सभी PLC रैक, रिमोट I/O ड्रॉप, ऑपरेटर HMI पैनल और औद्योगिक नेटवर्क स्विच जोड़ें।
• चरण 2: 24 VDC उपभोक्ताओं का मानचित्रण करें: 24 VDC उपभोक्ता व्यू इंटरफ़ेस का विश्लेषण करें। सॉफ़्टवेयर आंतरिक लॉजिक खपत को बाहरी फ़ील्ड लोड की विद्युत आवश्यकताओं से अलग पहचानता है।
• चरण 3: रिडंडेंसी नियम निर्धारित करें: प्रक्रिया की महत्वपूर्णता के आधार पर N+1 समानांतर रिडंडेंसी, सेलेक्टिविटी मॉड्यूल या निर्बाध विद्युत आपूर्ति (UPS) बैटरी बैकअप मॉड्यूल निर्दिष्ट करें।
• चरण 4: सामग्री सूची (BOM) तैयार करें: सटीक ऑर्डर कोड तय करने के लिए पैनल की गहराई, माउंटिंग प्रकार और परिवेशीय संचालन तापमान के आधार पर PSU कैटलॉग मॉडल फ़िल्टर करें।

ये स्वचालित चयन उपकरण सबसे खराब स्थिति में होने वाली तापीय हानि और अधिकतम धारा खपत की गणना करते हैं, जिससे फ्रंट-एंड इंजीनियरिंग डिज़ाइन (FEED) के दौरान होने वाली मैन्युअल गणना की त्रुटियाँ समाप्त हो जाती हैं।

तकनीकी विशेषज्ञ विश्लेषण: उच्च-उपलब्धता वाली विद्युत प्रणालियों के लिए डिज़ाइन नियम

पंद्रह वर्षों के संयंत्र कमीशनिंग अनुभव से स्पष्ट है कि विद्युत आपूर्ति का आकार निर्धारित करना केवल वोल्टेज और एम्पीयर रेटिंग का मिलान करने तक सीमित नहीं है। विद्युत डिज़ाइनरों को गतिशील लोड व्यवहार और पर्यावरणीय तनाव कारकों का ध्यान रखना आवश्यक है।

पहला, कई कैपेसिटिव HMI स्क्रीन या इंडक्टिव सोलनॉइड वाल्वों को बिजली देते समय हमेशा इनरश करंट प्रोफ़ाइल का मूल्यांकन करें। ऐसी विद्युत आपूर्तियाँ चुनें जिनमें डायनेमिक बूस्ट तकनीक हो (जो 5 सेकंड तक 150% अतिरिक्त करंट प्रदान करती है), ताकि वोल्टेज में गिरावट के बिना भारी शुरुआती लोड संभाले जा सकें।

दूसरा, मुख्य 24 VDC बस के डाउनस्ट्रीम में चयनात्मकता मॉड्यूल शामिल करें। मानक मिनिएचर सर्किट ब्रेकर (MCB) अक्सर फील्ड शॉर्ट सर्किट के दौरान इलेक्ट्रॉनिक विद्युत आपूर्तियों पर पर्याप्त तेज़ी से ट्रिप नहीं कर पाते, जिससे पूरी 24 VDC रेल ध्वस्त हो जाती है। इलेक्ट्रॉनिक चयनात्मकता मॉड्यूल कुछ मिलीसेकंड के भीतर दोषपूर्ण व्यक्तिगत शाखाओं को अलग कर देते हैं और मुख्य PLC CPU को पूरी तरह चालू रखते हैं।

अनुप्रयोग परिदृश्य: परिष्कृत रासायनिक लाइन के लिए उच्च-उपलब्धता वाला DCS विद्युत डिज़ाइन

एक सतत रासायनिक प्रसंस्करण संयंत्र को बाहरी फील्ड शॉर्ट सर्किट के कारण होने वाले अप्रत्याशित नियंत्रक रीसेट से निपटने के लिए विद्युत संरचना में व्यापक बदलाव की आवश्यकता थी।

चुनौती: पैनल का उच्च परिवेशी तापमान (55°C तक) मानक विद्युत आपूर्तियों की आउटपुट क्षमता को कम कर देता था। इसके अतिरिक्त, शॉर्ट-सर्किट वाले फील्ड सोलनॉइड वाल्व साझा 24 VDC रेल पर बार-बार अत्यधिक भार डालते थे, जिससे DCS प्रोसेसर पूरी तरह बंद हो जाते थे।

समाधान: इंजीनियरों ने नियंत्रण कैबिनेट की विद्युत संरचना को दो अलग, उच्च-दक्षता (95%) वाले विद्युत आपूर्ति समूहों में विभाजित किया। उन्होंने DCS CPU रैक को बिजली देने के लिए डायोड डीकपलिंग मॉड्यूल के साथ 20 A इकाइयों की एक रिडंडेंट जोड़ी स्थापित की।

उन्होंने सभी फील्ड वाल्वों को मल्टी-चैनल इलेक्ट्रॉनिक चयनात्मकता मॉड्यूलों से सुरक्षित एक अलग 40 A विद्युत आपूर्ति से संचालित किया।

परिणाम: संयंत्र ने अनियोजित CPU रीस्टार्ट को पूरी तरह समाप्त कर दिया। जब किसी फील्ड सोलनॉइड में ग्राउंड से शॉर्ट सर्किट हुआ, तो चयनात्मकता मॉड्यूल ने 5 मिलीसेकंड से भी कम समय में संबंधित दोषपूर्ण चैनल को अलग कर दिया, जिससे प्राथमिक प्रक्रिया नियंत्रक और उससे जुड़े फील्ड लूप पूरी तरह सक्रिय रहे।

लेखक के बारे में

हुआंग जून 15 वर्षों से अधिक के फील्ड अनुभव वाले वरिष्ठ औद्योगिक स्वचालन विशेषज्ञ हैं। उन्हें पूर्वी एशिया और यूरोप में PLC, DCS और औद्योगिक विद्युत वितरण प्रणालियों के डिज़ाइन, कमीशनिंग और मूल्यांकन का अनुभव है। वे उच्च-विश्वसनीयता वाली विद्युत संरचनाओं, कार्यात्मक सुरक्षा एकीकरण और भारी विनिर्माण तथा सतत प्रक्रिया संयंत्रों के लिए औद्योगिक नियंत्रण कैबिनेट डिज़ाइन में विशेषज्ञता रखते हैं।