आधुनिक औद्योगिक ऑटोमेशन, वितरित नियंत्रण प्रणालियों (DCS) और पावर प्रोटेक्शन नेटवर्क के लिए सटीक समय समकालिकरण अत्यंत महत्वपूर्ण है। इसलिए, कंट्रोल इंजीनियरों को सभी कंट्रोलर, ह्यूमन-मशीन इंटरफ़ेस (HMI) और सुपरवाइज़री स्टेशनों की घड़ियों को एकसमान रखना चाहिए। जटिल औद्योगिक ऑटोमेशन परियोजनाओं को चालू करने के अपने 15 वर्षों के अनुभव में, मैंने अक्सर मूल कारण की उन विफलताओं की जाँच की है जिनमें असमकालिक टाइमस्टैम्प के कारण घटनाओं का वास्तविक क्रम छिप गया था। नीचे, मैं विश्वसनीय फ़ैक्टरी ऑटोमेशन के लिए आवश्यक समय समकालिकरण के प्रमुख प्रोटोकॉल और तरीकों का विवरण देता हूँ।

कंट्रोल सिस्टम में सटीक टाइमस्टैम्पिंग की अहम ज़रूरत

औद्योगिक प्रक्रियाओं में हर मिनट हज़ारों अलार्म, अलग-अलग घटनाएँ और सेंसर रीडिंग उत्पन्न होती हैं। यदि प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLC) या SCADA सर्वर की घड़ियाँ एक-दूसरे के साथ समकालिक न हों, तो इवेंट लॉग परस्पर विरोधी और उलझन भरे हो जाते हैं। किसी घटना के बाद की जाँच में, इंजीनियर यह पता लगाने के लिए समय-क्रम की सटीकता पर बहुत निर्भर करते हैं कि पहले फ़ील्ड इंस्ट्रूमेंट खराब हुआ था या मैकेनिकल ट्रिप हुआ था। इसलिए, तेज़ गति वाली मैन्युफैक्चरिंग लाइनों और इलेक्ट्रिकल सबस्टेशनों के लिए मज़बूत समय समकालिकरण संरचना लागू करना अनिवार्य है।

सामान्य ऑटोमेशन के लिए नेटवर्क टाइम प्रोटोकॉल (NTP) का उपयोग

नेटवर्क टाइम प्रोटोकॉल (NTP), औद्योगिक नेटवर्क में समय समकालिक करने का सबसे व्यापक रूप से अपनाया गया तरीका है। इस क्लाइंट-सर्वर संरचना में, एक मास्टर टाइम सर्वर सटीक संदर्भ घड़ी बनाए रखता है, जबकि PLC और रिमोट टर्मिनल यूनिट (RTU) क्लाइंट स्लेव के रूप में काम करते हैं। क्लाइंट अपने आंतरिक क्लॉक अपडेट करने के लिए, मानक ईथरनेट कनेक्शन पर नियमित अंतराल में NTP सर्वर से अनुरोध करते हैं। इसके अलावा, NTP समय वितरण को क्रमबद्ध स्ट्रैटम स्तरों में व्यवस्थित करता है, जिसमें स्ट्रैटम 0 की परमाणु घड़ियों से लेकर स्थानीय प्लांट सर्वर तक शामिल हैं।

NTP और सिंपल नेटवर्क टाइम प्रोटोकॉल (SNTP) की तुलना

सिंपल नेटवर्क टाइम प्रोटोकॉल (SNTP), छोटे अनुप्रयोगों के लिए पूर्ण NTP का हल्का विकल्प है। हालाँकि, तकनीकी रूप से दोनों प्रोटोकॉल में काफ़ी अंतर हैं। विशेष रूप से, SNTP नेटवर्क में डेटा के प्रसार में लगने वाली जटिल देरी की गणना अपने आप नहीं करता। इसके बजाय, SNTP सर्वर बिना देरी की भरपाई किए, मौजूदा समय सीधे अपने सभी कनेक्टेड क्लाइंट को प्रसारित करता है। परिणामस्वरूप, SNTP की सामान्य सटीकता लगभग 50 मिलीसेकंड होती है, जबकि मानक NTP 10 मिलीसेकंड के भीतर सटीकता देता है।

प्रिसिजन टाइम प्रोटोकॉल (PTP) के साथ एक मिलीसेकंड से कम की सटीकता हासिल करना

IEC 61850 के तहत आने वाले विद्युत सबस्टेशन स्वचालन जैसे हाई-स्पीड अनुप्रयोगों में एक मिलीसेकंड से कम की क्लॉक सटीकता आवश्यक होती है। IEEE 1588 के रूप में मानकीकृत प्रिसिजन टाइम प्रोटोकॉल (PTP) इस कठोर आवश्यकता को पूरा करता है। NTP के आवधिक पोलिंग मॉडल से अलग, PTP मास्टर नेटवर्क पर हार्डवेयर-स्टैम्प किए गए समकालिकीकरण पैकेट लगातार प्रसारित करते हैं। इसके परिणामस्वरूप, स्लेव डिवाइस नेटवर्क जिटर के अत्यंत छोटे उतार-चढ़ाव का हिसाब रखते हुए अपनी आंतरिक रीयल-टाइम क्लॉक को वास्तविक समय में समायोजित करते हैं। हालाँकि, एक मिलीसेकंड से कम की यह सटीकता पाने के लिए विशेष PTP-सक्षम प्रबंधित ईथरनेट स्विच और नेटवर्क इंटरफ़ेस कार्ड (NIC) आवश्यक हैं।

औद्योगिक संयंत्रों में GPS-आधारित मास्टर क्लॉक प्रणालियाँ लागू करना

विश्वसनीय औद्योगिक संयंत्र आम तौर पर पूर्ण समय का संदर्भ स्थापित करने के लिए समर्पित GPS उपग्रह रिसीवर लगाते हैं। एक सामान्य संयंत्र संरचना में GPS मास्टर क्लॉक, समन्वित सार्वभौमिक समय (UTC) सीधे प्राथमिक SCADA सर्वर को भेजती है। इसके बाद, SCADA सर्वर स्थानीय टाइम मास्टर के रूप में काम करता है और प्रबंधित ईथरनेट स्विचों के माध्यम से सभी जुड़े PLC, HMI और बुद्धिमान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों (IED) को समकालिक पल्स वितरित करता है। अपने क्षेत्रीय अनुभव में, मैंने पाया है कि हार्डवेयर GPS मास्टर क्लॉक का उपयोग समय के विचलन को समाप्त करता है और कानूनी तथा परिचालन संबंधी ट्रेसबिलिटी की गारंटी देता है।

व्यावहारिक समाधान परिदृश्य: विनिर्माण लाइन में खराबियों का कालक्रमानुसार पुनर्निर्माण

कल्पना करें कि एक हाई-स्पीड ऑटोमोटिव स्टैम्पिंग संयंत्र में रहस्यमय आपातकालीन स्टॉप की समस्या है, जो बीच-बीच में उत्पादन रोक देती है। चूँकि कई प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर और सेफ्टी PLC स्टैम्पिंग लाइन को नियंत्रित करते हैं, असंगत टाइमस्टैम्प के कारण खराबी का पता लगाना लगभग असंभव हो जाता है। नियंत्रण इंजीनियरिंग टीम एक औद्योगिक GPS मास्टर क्लॉक लगाकर और सभी प्रबंधित ईथरनेट स्विचों में PTP समय समकालिकीकरण कॉन्फ़िगर करके समस्या हल करती है। इस अपग्रेड के बाद, सभी PLC, सेफ्टी कंट्रोलर और SCADA अलार्म लॉग एक मिलीसेकंड से भी कम के अंतर से समय-संरेखित हो जाते हैं। अगली बार उत्पादन रुकने पर, रखरखाव टीम SCADA इवेंट लॉग की समीक्षा करती है और तुरंत खराब हो रहे प्रॉक्सिमिटी सेंसर को समस्या के सटीक मूल कारण के रूप में पहचान लेती है, जिससे घंटों की महँगी समस्या-निवारण प्रक्रिया बच जाती है।

लेखक के बारे में

Li Qiang 15 वर्षों से अधिक के अंतरराष्ट्रीय क्षेत्रीय अनुभव वाले वरिष्ठ औद्योगिक स्वचालन विशेषज्ञ हैं। वे PLC प्रोग्रामिंग, वितरित नियंत्रण प्रणालियों (DCS), औद्योगिक नेटवर्किंग और समय-महत्वपूर्ण स्वचालन संरचनाओं में विशेषज्ञता रखते हैं। अपने पेशेवर करियर के दौरान, Li ने एशिया और यूरोप के कई बड़े विनिर्माण संयंत्रों और स्वचालित सुविधाओं के लिए नियंत्रण प्रणालियों और बिजली समकालिकता नेटवर्कों का सफलतापूर्वक डिज़ाइन और कमीशनिंग किया है। वे प्रमाणित स्वचालन पेशेवर हैं और वैश्विक औद्योगिक इंजीनियरिंग प्रकाशनों में अक्सर तकनीकी मार्गदर्शिकाएँ लिखते हैं।