औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में फाइबर ऑप्टिक्स के मूल सिद्धांत

आधुनिक फैक्टरी ऑटोमेशन में उच्च गति वाले औद्योगिक डेटा संचारण के लिए फाइबर ऑप्टिक केबलों पर काफी निर्भरता होती है। फाइबर ऑप्टिक केबल विद्युत संकेतों के बजाय प्रकाश स्पंदनों का संचार करते हैं, जिससे विद्युतचुंबकीय हस्तक्षेप (EMI) का जोखिम पूरी तरह समाप्त हो जाता है। प्रत्येक ऑप्टिकल स्ट्रैंड में उच्च-शुद्धता वाला कांच का कोर होता है, जिसके चारों ओर सुरक्षात्मक क्लैडिंग परत होती है। कोर और क्लैडिंग के अपवर्तनांक में अंतर पूर्ण आंतरिक परावर्तन को संभव बनाता है। सुरक्षात्मक रेज़िन बफर, केवलर स्ट्रेंथ मेंबर और मजबूत बाहरी जैकेट कठोर वातावरण में नाजुक कांच के कोर की सुरक्षा करते हैं। इसलिए, ऑटोमेशन इंजीनियर औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में विश्वसनीय, शोर-मुक्त संचार के लिए फाइबर बैकबोन को प्राथमिकता देते हैं।

प्रमुख फाइबर ऑप्टिक प्रकार और मानक कनेक्टर विकल्प

औद्योगिक नेटवर्क अलग-अलग संचार दूरियों और बैंडविड्थ आवश्यकताओं के अनुरूप दो प्रमुख ऑप्टिकल फाइबर श्रेणियों का उपयोग करते हैं:

• सिंगल-मोड फाइबर (SMF): इसका कोर व्यास छोटा (8–10 माइक्रोन) होता है और यह लंबी दूरी वाले DCS नेटवर्क तथा पूरे प्लांट के बैकबोन के लिए अनुकूलित है।
• मल्टी-मोड फाइबर (MMF): इसमें बड़ा कोर व्यास (50 या 62.5 माइक्रोन) होता है, जो कम दूरी वाले PLC कैबिनेट-से-कैबिनेट कनेक्शन के लिए बनाया गया है।

उपयुक्त ऑप्टिकल कनेक्टर चुनने से फैक्टरी ऑटोमेशन उपकरणों में विश्वसनीय फील्ड टर्मिनेशन सुनिश्चित होती है:

• ST (Straight Tip): इसमें ट्विस्ट-लॉक बेयोनेट माउंट होता है, जिसका उपयोग पुराने औद्योगिक प्रतिष्ठानों में व्यापक रूप से किया जाता है।
• SC (Subscriber Connector): इसमें पुश-पुल लैचिंग तंत्र होता है, जिससे PLC नेटवर्क मॉड्यूल से त्वरित कनेक्शन किया जा सकता है।
• LC (Lucent Connector): इसका कॉम्पैक्ट फॉर्म-फैक्टर डिज़ाइन उच्च-घनत्व वाले स्विचों और SFP ट्रांसीवर मॉड्यूल के लिए आदर्श है।

फील्ड इंस्टॉलेशन की निगरानी के अपने 15 वर्षों के अनुभव में, पुराने ST कनेक्टरों से कॉम्पैक्ट LC कनेक्शनों पर स्विच करने से नियंत्रण कैबिनेट की वायरिंग घनत्व में उल्लेखनीय सुधार हुआ।

ऑप्टिकल सिग्नल हानि के प्रमुख कारणों की पहचान

संचार की अखंडता बनाए रखने के लिए इंजीनियरों को ऑप्टिकल फाइबर जोड़ते समय सिग्नल क्षीणन को न्यूनतम करना चाहिए। फील्ड कनेक्शनों में ऑप्टिकल इंसर्शन लॉस के लिए चार प्रमुख यांत्रिक कारक जिम्मेदार होते हैं:

• कोर का खराब संरेखण: आमने-सामने स्थित कांच के कोरों का गलत संरेखण प्रकाश को ऑप्टिकल पथ से बाहर निकलने का कारण बनता है।
• अक्षीय विचलन: सटीक क्लिविंग न होने से बने कोणीय कट जंक्शन इंटरफेस पर प्रकाश किरणों को बिखेरते हैं।
• वायु अंतराल: बिना जोड़े गए फाइबर के सिरों के बीच की जगह अनचाहे प्रकाश परावर्तन और सिग्नल क्षीणन का कारण बनती है।
• दूषण: सूक्ष्म धूल या तेल के कण ऑप्टिकल ऊर्जा को अवशोषित करके संचार गुणवत्ता को खराब करते हैं।

सटीक फाइबर क्लिविंग और सिरों की कठोर सफाई महत्वपूर्ण नेटवर्क लिंक में सिग्नल की गुणवत्ता को खराब होने से रोकती है। इसलिए, अंतिम कनेक्शन से पहले फील्ड तकनीशियनों को फाइबर निरीक्षण माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्रत्येक ऑप्टिकल फेस की जांच करनी चाहिए।

फ्यूज़न स्प्लाइसिंग बनाम मैकेनिकल स्प्लाइसिंग

इंजीनियर प्रदर्शन विनिर्देशों और परियोजना बजट के आधार पर फ्यूज़न स्प्लाइसिंग और मैकेनिकल स्प्लाइसिंग में से किसी एक का चयन करते हैं:

• फ्यूज़न स्प्लाइसिंग: इसमें विद्युत आर्क का उपयोग करके कांच के फाइबर सिरों को पिघलाकर एक सतत स्ट्रैंड में जोड़ा जाता है।
• मैकेनिकल स्प्लाइसिंग: इसमें तैयार फाइबर सिरों को यांत्रिक रूप से जोड़ने के लिए संरेखण स्लीव और इंडेक्स-मैचिंग जेल का उपयोग किया जाता है।

फ्यूज़न स्प्लाइसिंग से अत्यंत कम क्षीणन (आमतौर पर 0.05 dB से कम) और बेहतर यांत्रिक मजबूती प्राप्त होती है। इसके विपरीत, मैकेनिकल स्प्लाइसिंग में प्रारंभिक उपकरण लागत कम होती है, लेकिन इससे अधिक हानि (~0.3 dB) और प्रति-स्प्लाइस अधिक खर्च होता है। महत्वपूर्ण प्लांट अवसंरचना में दीर्घकालिक विश्वसनीयता के लिए फ्यूज़न स्प्लाइसिंग अब भी उद्योग का स्वर्ण मानक है।

वास्तविक अनुप्रयोग परिदृश्य: लंबी दूरी का सबस्टेशन DCS लिंक

एक उच्च-वोल्टेज विद्युत सबस्टेशन को बाहरी स्विचगियर इकाइयों और केंद्रीय DCS कक्ष के बीच 5 किलोमीटर लंबे, शोर-प्रतिरोधी संचार लिंक की आवश्यकता थी। विद्युत ट्रांसफॉर्मरों से उत्पन्न भारी विद्युतचुंबकीय शोर के कारण कॉपर ईथरनेट केबलों में पैकेट लॉस गंभीर रूप से बढ़ गया था।

इंजीनियरों ने बाहरी आर्मर्ड जैकेट वाले सिंगल-मोड फाइबर ऑप्टिक केबल लगाए। फील्ड तकनीशियनों ने जंक्शन बॉक्सों पर सटीक फ्यूज़न स्प्लाइसिंग की, जिससे प्रत्येक जोड़ पर औसत स्प्लाइस लॉस केवल 0.02 dB रहा। इस ऑप्टिकल लिंक ने सिग्नल की गुणवत्ता में कमी के बिना फॉल्ट-टॉलरेंट, रियल-टाइम डेटा विनिमय प्रदान किया और विश्वसनीय ट्रिप संकेतों तथा विद्युत निगरानी को सुनिश्चित किया।

लेखक के बारे में

Zhao Lei औद्योगिक संचार प्रणालियों, DCS नेटवर्क डिज़ाइन और विद्युत सबस्टेशन ऑटोमेशन में 15 वर्षों से अधिक फील्ड अनुभव वाले वरिष्ठ ऑटोमेशन अवसंरचना इंजीनियर हैं। उन्होंने ऊर्जा, धातुकर्म और पेट्रोकेमिकल क्षेत्रों में बड़े पैमाने पर ऑप्टिकल नेटवर्क इंस्टॉलेशन की निगरानी की है। Zhao Lei उच्च-उपलब्धता वाली औद्योगिक नेटवर्क आर्किटेक्चर, OT साइबर सुरक्षा और फील्डबस एकीकरण में विशेषज्ञता रखते हैं।