खतरनाक औद्योगिक वातावरण में मजबूत सुरक्षा लागू करना फैक्ट्री ऑटोमेशन में एक मौलिक सुरक्षा आवश्यकता है। प्रक्रिया सुविधाएं अक्सर ज्वलनशील गैसों, धूल और रासायनिक एजेंटों को संभालती हैं जो महत्वपूर्ण दहन जोखिम पैदा करते हैं। इसलिए, नियंत्रण प्रणाली इंजीनियरों को ऊर्जा-सीमित इंटरफेस तैनात करने चाहिए ताकि सुरक्षित क्षेत्र के नियंत्रण कैबिनेट को खतरनाक क्षेत्र के फील्ड इंस्ट्रूमेंटेशन से अलग किया जा सके। यह लेख आधुनिक PLC और DCS नेटवर्क में अंतर्निहित सुरक्षा बाधाओं के कार्य, चयन और विद्युत सिद्धांतों की समीक्षा करता है।

विस्फोटक वातावरण में ज्वलन जोखिम को समझना

औद्योगिक स्थान ज्वलनशील पदार्थों की उपस्थिति के आधार पर विभिन्न परिचालन खतरों को प्रस्तुत करते हैं। अंतरराष्ट्रीय इलेक्ट्रोटेक्निकल कमीशन (IEC) सहित मानक नियामक निकाय विस्फोटक वातावरण (Ex ज़ोन) को विशिष्ट श्रेणियों में वर्गीकृत करते हैं। यह वर्गीकरण गैस, वाष्प या धूल की ज्वलनशील सांद्रता की संभावना, आवृत्ति और अवधि पर निर्भर करता है।

एक विस्फोट के लिए तीन तत्व एक साथ आवश्यक होते हैं: ईंधन, एक ऑक्सीकरण एजेंट (आमतौर पर ऑक्सीजन), और एक ज्वलन स्रोत। चूंकि ईंधन और ऑक्सीजन खतरनाक प्रक्रिया क्षेत्रों में स्वाभाविक रूप से मौजूद होते हैं, नियंत्रण इंजीनियरों को संभावित ज्वलन स्रोतों को समाप्त करना चाहिए।

मानक विद्युत उपकरण हार्डवेयर दोषों के दौरान थर्मल ऊर्जा या विद्युत चिंगारी उत्पन्न कर सकते हैं। यदि एक असंरक्षित शॉर्ट सर्किट या संपर्क आर्क बिना सुरक्षा वाले फील्ड डिवाइस में होता है, तो उत्पन्न चिंगारी आसपास के वातावरण को जला सकती है। इसलिए, विद्युत ज्वलन को रोकना खतरनाक क्षेत्र के डिजाइन में प्राथमिक चिंता है।

अंतर्निहित सुरक्षा का मूल सिद्धांत

अंतर्निहित सुरक्षा (Ex i) डिजाइन पद्धति खतरनाक स्थान में प्रवेश करने वाली विद्युत और थर्मल ऊर्जा को सीमित करती है ताकि ज्वलन को रोका जा सके। यह विस्फोट को रोकने के बजाय यह सुनिश्चित करती है कि विद्युत चिंगारी या गर्म सतह आसपास के गैस मिश्रण की न्यूनतम ज्वलन ऊर्जा तक नहीं पहुंच सके।

एक पूर्ण अंतर्निहित सुरक्षा स्थापना के लिए तीन निकटता से मेल खाने वाले घटकों की आवश्यकता होती है:

• एक अंतर्निहित सुरक्षा फील्ड डिवाइस: एक उपकरण जो कम पावर स्तरों पर सुरक्षित रूप से संचालित होने के लिए प्रमाणित होता है।
• एक अंतर्निहित सुरक्षा फील्ड वायरिंग सेटअप: शील्डेड, कम धारिता केबलिंग जो बाहरी विद्युतचुंबकीय प्रेरण को रोकने के लिए डिज़ाइन की गई है।
• एक अंतर्निहित सुरक्षा बाधा: एक इंटरफेस डिवाइस जो सुरक्षित क्षेत्र में स्थापित होता है और वोल्टेज, करंट, और कुल पावर को सीमित करता है।

निर्दिष्ट सुरक्षा सीमाओं के नीचे विद्युत मानकों को बनाए रखकर, सिस्टम फील्ड वायरिंग में घटक विफलताओं या शॉर्ट सर्किट के दौरान भी सुरक्षित रहता है।

ज़ेनर और गैल्वैनिक बाधाओं के संचालन सिद्धांत

एक अंतर्निहित सुरक्षा बाधा सुरक्षित क्षेत्र के नियंत्रण कैबिनेट और खतरनाक क्षेत्र के फील्ड डिवाइस के बीच एक निष्क्रिय या सक्रिय सुरक्षा इंटरफेस के रूप में कार्य करती है। सामान्य संचालन के दौरान, बाधा नियंत्रण संकेतों (जैसे 4-20 mA लूप या डिजिटल स्थिति संपर्क) को बिना संशोधन के पास करती है।

हालांकि, यदि सुरक्षित क्षेत्र की ओर विद्युत दोष होता है, तो बाधा अतिरिक्त ऊर्जा को खतरनाक क्षेत्र में प्रवेश करने से रोकती है। उदाहरण के लिए, यदि पावर सर्ज सुरक्षित क्षेत्र के वोल्टेज को 220 VAC तक बढ़ा देता है, तो सुरक्षा बाधा आउटपुट वोल्टेज को इसके डिज़ाइन किए गए सुरक्षित सीमा, जैसे 24 VDC, तक सीमित कर देती है।

भौतिक रूप से, एक क्लासिक निष्क्रिय ज़ेनर बाधा ऊर्जा को सीमित करने के लिए तीन भागों वाली सर्किट का उपयोग करती है:

• एक तेज़-क्रियाशील फ्यूज: यह घटक सर्किट को डिस्कनेक्ट कर देता है यदि करंट स्तर निर्धारित सीमाओं से अधिक हो।
• ज़ेनर डायोड: ये अतिरिक्त वोल्टेज को सीधे समर्पित अंतर्निहित सुरक्षा ग्राउंड में शंट करते हैं।
• करंट-सीमित करने वाले रेसिस्टर: ये घटक शॉर्ट-सर्किट स्थितियों में लूप करंट को सुरक्षित स्तरों तक सीमित करते हैं।

ओवरवोल्टेज दोष के दौरान, ज़ेनर डायोड संचालित होते हैं, दोष करंट को ग्राउंड में मोड़ते हैं और यदि सर्ज जारी रहता है तो इनलाइन फ्यूज उड़ जाता है। यह क्रिया खतरनाक क्षेत्र की वायरिंग को खतरनाक विद्युत ऊर्जा से अलग कर देती है।

विद्युत संगतता और मिलान पैरामीटर

सिस्टम डिजाइनरों को सुरक्षा बाधा और फील्ड इंस्ट्रूमेंट के बीच विद्युत संगतता की पुष्टि करनी चाहिए। इस पुष्टि के लिए सुरक्षा बाधा के अधिकतम आउटपुट पैरामीटर की तुलना फील्ड इंस्ट्रूमेंट के अधिकतम इनपुट रेटिंग से करनी होती है।

तकनीकी रुझान: ज़ेनर बाधाओं बनाम गैल्वैनिक आइसोलेटर

आधुनिक प्रक्रिया सुविधाएं पारंपरिक निष्क्रिय ज़ेनर बाधाओं की तुलना में सक्रिय गैल्वैनिक आइसोलेटर को अधिक अपना रही हैं। निष्क्रिय ज़ेनर बाधाओं को दोष करंट को सुरक्षित रूप से मोड़ने के लिए समर्पित, कम-इम्पीडेंस ग्राउंडिंग कनेक्शन की आवश्यकता होती है। इस ग्राउंड ग्रिड को बनाए रखने के लिए नियमित परीक्षण और निरीक्षण की आवश्यकता होती है, जो परिचालन रखरखाव लागत बढ़ाता है।

इसके विपरीत, गैल्वैनिक आइसोलेटर ऑप्टिकल या ट्रांसफॉर्मर-आधारित आइसोलेशन का उपयोग करके सुरक्षित और खतरनाक सर्किट को अलग करते हैं। क्योंकि वे नियंत्रण लूप को भौतिक रूप से अलग करते हैं, गैल्वैनिक आइसोलेटर को समर्पित सुरक्षा ग्राउंड कनेक्शन की आवश्यकता नहीं होती। इसके अतिरिक्त, गैल्वैनिक आइसोलेशन बेहतर सिग्नल शोर प्रतिरोध प्रदान करता है, जिससे ग्राउंड लूप संवेदनशील एनालॉग माप को विकृत होने से रोकते हैं।

प्रयोग मामला: ऑफशोर तेल प्लेटफॉर्म

ऑफशोर तेल और गैस उत्पादन प्लेटफॉर्म पर, स्थान की सीमाएं नियंत्रण कैबिनेट को ज्वलनशील प्रक्रिया क्षेत्रों के करीब रखती हैं। इन इंस्टॉलेशनों में, सुरक्षा-आवश्यक उपकरण, जैसे दहनशील गैस डिटेक्टर और आपातकालीन शटडाउन वाल्व, ज़ोन 1 और ज़ोन 0 वातावरण में संचालित होते हैं।

इन प्रणालियों की सुरक्षा के लिए, इंजीनियर सुरक्षित क्षेत्र के DCS एनक्लोजर में मल्टीचैनल गैल्वैनिक आइसोलेटर स्थापित करते हैं। ये आइसोलेटर खतरनाक ज़ोन से DCS इनपुट कार्ड तक 4-20 mA HART फीडबैक सिग्नल भेजते हैं। यदि कोई भौतिक केबल कट जाती है या भारी समुद्री छींटे से क्षतिग्रस्त हो जाती है, तो आइसोलेटर चिंगारी उत्पन्न होने से रोकते हैं, जिससे प्लेटफॉर्म पर निरंतर संचालन और सुरक्षा बनी रहती है।

लेखक के बारे में: लिन वेइडोंग

लिन वेइडोंग एक वरिष्ठ ऑटोमेशन इंजीनियर और प्रक्रिया सुरक्षा विशेषज्ञ हैं जिनके पास सिस्टम डिजाइन और फील्ड कमीशनिंग में 15 से अधिक वर्षों का अनुभव है। उन्होंने प्रमुख पेट्रोकेमिकल और रासायनिक संयंत्रों के लिए सुरक्षा बाधा एकीकरण और खतरनाक क्षेत्र प्रमाणपत्रों का प्रबंधन किया है। लिन IEC 61508 / IEC 61511-अनुपालन सुरक्षा उपकरण प्रणाली (SIS) और खतरनाक क्षेत्र लूप इंस्टॉलेशनों के डिजाइन में विशेषज्ञ हैं। वे नियमित रूप से वैश्विक औद्योगिक ऑटोमेशन प्लेटफॉर्म के लिए तकनीकी लेख और सिस्टम एकीकरण मार्गदर्शिकाएँ प्रकाशित करते हैं।