DCS सिस्टम में I/O पॉइंटों की गणना की विधि

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अध्ययन से प्रेरणा लेना। डीसीएस नियंत्रण प्रणाली में उपलब्ध पॉइंटों की संख्या, आमतौर पर डिज़ाइन संस्थानों द्वारा ही निर्धारित की जाती है। डीसीएस प्रणाली में उपलब्ध पॉइंटों की संख्या, इंस्ट्रूमेंटेशन संबंधी I/O पॉइंटों, विद्युत संबंधी I/O पॉइंटों, एवं डीसीएस प्रणाली एवं अन्य प्रणालियों के बीच होने वाले संचार हेतु आवश्यक पॉइंटों का योग होता है। विद्युत एवं मापन उपकरणों से संबंधित I/O पॉइंट्स की सटीक गणना से, विद्युत एवं मापन संबंधी कार्यों में समन्वय की कमी से बचा जा सकता है। DCS प्रणाली से संबंधित सटीक आंकड़े, उपयोगकर्ता इकाइयों को DCS प्रणाली के ब्रांड एवं उसकी लागत संबंधी निर्णय लेने में मदद करते हैं। डीसीएस प्रणाली में आमतौर पर थर्मल सेंसिंग, एनालॉग नियंत्रण, क्रमिक नियंत्रण एवं तार्किक नियंत्रण जैसी स्वचालन संबंधी प्रक्रियाएँ शामिल होती हैं। डीसीएस प्रणाली में मौजूद पॉइंटों की संख्या, AI एनालॉग इनपुट पॉइंटों, AO एनालॉग आउटपुट पॉइंटों, DI स्विचिंग इनपुट पॉइंटों, DO स्विचिंग आउटपुट पॉइंटों, एवं डीसीएस एवं अन्य प्रणालियों के बीच होने वाले संचार के लिए आवश्यक पॉइंटों के आधार पर निर्धारित की जाती है। नीचे इंस्ट्रूमेंटेशन एवं इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग क्षेत्रों में डीसीएस प्रणाली में मौजूद पॉइंटों की गणना की विधियाँ बताई गई हैं:
1. डीसीएस प्रणाली में AI इनपुट पॉइंटों की गणना कैसे की जाती है?
AI, डीसीएस प्रणाली या PLC में आने वाले एनालॉग इनपुट संकेतों को दर्शाता है। साइट पर सीधे DCS सिस्टम में निम्नलिखित संकेतों को इनपुट किया जा सकता है – थर्मोकपल (J, K, T, N, E, R, S एवं B ग्रेड के थर्मोकपल), थर्मोरेजिस्टर संकेत (Cu50, Cu100, Pt100 एवं Pt50 ग्रेड के), मानक धारा संकेत (4-20mA, 0-20mA), मानक वोल्टेज संकेत (1-5V, 0-5V एवं 0-10V), एवं पल्स संकेत। ； यदि अन्य प्रकार के संकेतों को DCS सिस्टम में भेजना है, तो संकेत आइसोलेटर, करंट ट्रांसमीटर, वोल्टेज ट्रांसमीटर जैसे संकेत रूपांतरण उपकरणों का उपयोग करके उन संकेतों को 4-20mA या 1-5V रूप में रूपांतरित करना आवश्यक है, ताकि उन्हें DCS सिस्टम में भेजा जा सके। (1) थर्मोकपल AI इनपुट पॉइंट्स की गणना: प्रत्येक एकल असेंबल्ड थर्मोकपल या एकल आर्मर्ड थर्मोकपल को 1 AI पॉइंट के रूप में ही माना जाता है। ； डबल-ट्यूब वाले थर्मोकपल, या डबल-आर्मर्ड थर्मोकपलों के मामले में, DCS सिस्टम में उसी मापन बिंदु पर स्थित दोनों सेंसरों के तापमानों की गणना 2 AI पॉइंट्स के रूप में की जाती है; जबकि उसी मापन बिंदु पर स्थित केवल एक सेंसर के तापमान की गणना 1 AI पॉइंट के रूप में की जाती है। ； एकल-बिंदु वाले बहु-बिंदु थर्मोकपल, या बहु-बिंदु वाले थर्मोकपलों का उपयोग, किसी एक ही मापन बिंदु पर स्थित विभिन्न स्थानों के तापमान को मापने हेतु किया जाता है। थर्मोकपल में जितने मापन बिंदु होते हैं, उतने ही AI इनपुट भी होते हैं। (2) थर्मल रेजिस्टेंस AI इनपुट पॉइंटों की गणना: थर्मल रेजिस्टेंस AI इनपुट पॉइंटों की गणना की विधि, थर्मोकपल AI इनपुट पॉइंटों की गणना की विधि के समान ही है। (3) मानक धारा/वोल्टेज के लिए AI इनपुट बिंदुओं की गणना: DCS सिस्टम में आने वाले 4-20mA, 0-2mA, 0-5V, 1-5V या 0-10V सिग्नलों के लिए प्रत्येक सिग्नल के लिए 1 AI बिंदु माना जाता है; साथ ही, उस इनपुट सिग्नल से संबंधित मापन सीमा की भी गणना की जाती है। ड्यूल-लाइन सिस्टम वाले ट्रांसमीटरों (जिसमें तापमान ट्रांसमीटर, दबाव ट्रांसमीटर, तरल स्तर ट्रांसमीटर, प्रवाह दर ट्रांसमीटर आदि शामिल हैं) में DC24V वोल्टेज का उपयोग होता है; इसलिए AI पॉइंट्स की गणना अलग से करना बेहतर होता है, ताकि DCS सिस्टम में वायरिंग करने में आसानी हो। विशेष नोट: साइट पर उपलब्ध प्रेशर गेज, डुअल-मेटल थर्मामीटर, ग्लास रोटर फ्लो मीटर आदि जैसे उपकरणों के मान, DCS सिस्टम में गणना हेतु शामिल नहीं किए जाते हैं। 2. DCS सिस्टम में AO आउटपुट पॉइंटों की संख्या की गणना कैसे की जाती है? AO, DCS सिस्टम या PLC द्वारा फील्ड में स्थित उपकरणों को नियंत्रित करने हेतु भेजे जाने वाले एनालॉग सिग्नलों को दर्शाता है। AO आउटपुट के सामान्य रूप 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 1-5V एवं 0-10V होते हैं। 4-20mA, DCS प्रणालियों में सबसे अधिक उपयोग में आने वाला AO आउटपुट रूप है। AO आउटपुट को आमतौर पर इलेक्ट्रिक एक्जीक्यूटर, पनडुब्बी एक्जीक्यूटर, फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर, पावर रेगुलेटर एवं औद्योगिक नियंत्रण मॉड्यूल जैसे उपकरणों से जोड़ा जाता है। आमतौर पर, प्रत्येक नियंत्रित उपकरण के लिए एक AO आउटपुट होता है; अर्थात् AO आउटपुटों की संख्या, नियंत्रित उपकरणों की संख्या के बराबर होती है। 3. DCS सिस्टम में DI इनपुट पॉइंटों की संख्या की गणना कैसे की जाती है? DI, DCS सिस्टम या PLC में आने वाले स्विचिंग-टाइप के इनपुट सिग्नल होते हैं। DI इनपुट, निष्क्रिय संपर्कों, TTL या CMOS स्तर के सिग्नल होने चाहिए। DCS सिस्टम या PLC में आने के बाद, DI इनपुटों पर आमतौर पर DC24V या DC48V वोल्टेज लगाया जाता है। इंस्ट्रूमेंटेशन संबंधी DI इनपुट, आमतौर पर फील्ड में मौजूद विद्युत-संपर्क वाले प्रेशर गेज, विद्युत-संपर्क वाले डाइमेटल थर्मामीटर, विद्युत-संपर्क वाले लेवल गेज, लेवल स्विच, फ्लो स्विच, फ्लेम डिटेक्शन उपकरणों आदि के अलार्म संपर्कों से प्राप्त होता है। DCS सिस्टम में प्रत्येक अलार्म संपर्क को एक DI इनपुट के रूप में ही माना जाता है। विद्युत इंजीनियरिंग में DI अंकों की गणना काफी जटिल होती है; इसके बारे में लेख के अंत में विस्तार से बताया गया है। 4. DCS सिस्टम में DO आउटपुट पॉइंटों की संख्या की गणना कैसे की जाती है? DO, DCS सिस्टम या PLC द्वारा फील्ड उपकरणों को नियंत्रित करने हेतु भेजे जाने वाले सिग्नलों को दर्शाता है; ऐसे सिग्नल आमतौर पर इंटरमीडिएट रिले के माध्यम से ही अन्य, विभिन्न वोल्टेज स्तर वाले उपकरणों तक पहुँचते हैं। इंस्ट्रूमेंटेशन संबंधी DO आउटपुटों का उपयोग आमतौर पर बाहरी इंडिकेटरों, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वाल्वों, ध्वनि-प्रकाश अलार्मों, विद्युत नियंत्रण प्रणालियों, मल्टी-रोटेशन इलेक्ट्रिक एक्जीक्यूटरों, कॉन्टैक्टरों आदि उपकरणों को नियंत्रित करने हेतु किया जाता है DCS सिस्टम, विभिन्न उपकरणों के लिए आवश्यक DO आउटपुट पॉइंटों की संख्या को नियंत्रित करता है। नीचे कुछ सामान्य उपकरणों के I/O पॉइंटों की संख्या दी गई है:
(1) स्विच-टाइप इलेक्ट्रिक एक्जीक्यूटर: प्रत्येक एक्जीक्यूटर से वाल्व की स्थिति संबंधी 4-20mA सिग्नल प्राप्त होता है; इसे AI इनपुट के रूप में माना जाता है। वाल्व के आगे/पीछे घूमने के नियंत्रण हेतु 2 DO आउटपुट पॉइंट होते हैं। वाल्व के पूरी तरह खुलने/बंद होने संबंधी सिग्नलों हेतु 2 DI इनपुट पॉइंट होते हैं। वाल्व में अत्यधिक टॉर्क लगने संबंधी सिग्नलों हेतु भी 2 DI इनपुट पॉइंट होते हैं। (2) स्विचिंग प्रकार के मल्टी-रोटेशन इलेक्ट्रिक एक्जीक्यूटर (AC380V वोल्टेज): प्रत्येक एक्जीक्यूटर से वाल्व की स्थिति संबंधी 4-20mA सिग्नल प्राप्त होता है; इसके आधार पर 1 AI इनपुट बिंदु बनता है (यदि कोई फीडबैक सिग्नल न हो, तो वह AI इनपुट बिंदु गिना ही नहीं जाता)। वाल्व के आगे/पीछे घूमने के नियंत्रण हेतु 2 DO आउटपुट बिंदु बनते हैं। वाल्व के पूरी तरह खुलने/बंद होने की स्थिति के लिए 2 DI इनपुट बिंदु बनते हैं। एक्जीक्यूटर में अत्यधिक टॉर्क लगने संबंधी त्रुटि संकेतों हेतु भी 2 DI इनपुट बिंदु बनते हैं। (3) नियंत्रणीय इलेक्ट्रिक एक्जीक्यूटर: प्रत्येक एक्जीक्यूटर में वाल्व की स्थिति संबंधी जानकारी के आधार पर AI इनपुट में 1 पॉइंट बनता है; वाल्व नियंत्रण संकेतों के आधार पर AO आउटपुट में 1 पॉइंट बनता है; एक्जीक्यूटर में होने वाली खराबियों संबंधी संकेतों के आधार पर AI इनपुट में 1 पॉइंट बनता है। (खराबी संबंधी संकेत आमतौर पर स्मार्ट इलेक्ट्रिक एक्जीक्यूटरों में ही पाए जाते हैं; यदि ऐसे संकेत न हों, तो AI पॉइंटों की गणना नहीं की जाती।)

(4) नियंत्रणीय मल्टी-रोटेशन इलेक्ट्रिक एक्जीक्यूटर: प्रत्येक एक्जीक्यूटर में वाल्व की स्थिति संबंधी जानकारी के आधार पर AI इनपुट में 1 पॉइंट बनता है; एक्जीक्यूटर के 4-20mA नियंत्रण संकेतों के आधार पर AO आउटपुट में 1 पॉइंट बनता है; ESD आपातकालीन नियंत्रण संकेतों के आधार पर DO आउटपुट में 1 पॉइंट बनता है। (ESD आपातकालीन नियंत्रण संकेत आमतौर पर स्मार्ट मल्टी-रोटेशन इलेक्ट्रिक एक्जीक्यूटरों में ही पाए जाते हैं; यदि ऐसी सुविधा न हो, तो DO पॉइंटों की गणना नहीं की जाती।) ओवरटॉर्क/अंडरटॉर्क संबंधी संकेतों के आधार पर DI इनपुट में 2 पॉइंट बनते हैं। (5) फ्रीक्वेंसी कनवर्टर: प्रत्येक फ्रीक्वेंसी कनवर्टर में, आवृत्ति संबंधी जानकारी के आधार पर AI इनपुट के लिए 1 पॉइंट होता है; आवृत्ति संबंधी निर्देशों के आधार पर AO आउटपुट के लिए 1 पॉइंट होता है; “चालू/बंद” संबंधी निर्देशों के आधार पर DO आउटपुट के लिए 1 पॉइंट होता है; फ्रीक्वेंसी कनवर्टर में होने वाली खराबियों की जानकारी हेतु DI इनपुट के लिए 1 पॉइंट होता है; खराबी को दूर करने हेतु 1 DO आउटपुट पॉइंट होता है; फ्रीक्वेंसी कनवर्टर की कार्यात्मक स्थिति की जानकारी हेतु भी 1 DI इनपुट पॉइंट होता है। यदि फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर, DCS सिस्टम के साथ संचार माध्यमों के जरिए जुड़ा होता है, तो केवल 1 ही संचार बिंदु की गणना करने की आवश्यकता होती है; अन्य बिंदुओं की गणना करने की कोई आवश्यकता नहीं है। (6) यदि DCS सिस्टम में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वाल्व, इंडिकेटर लाइटें, कॉन्टैक्टर आदि जैसे उपकरण जुड़े होते हैं, तो प्रत्येक उपकरण के लिए 1 DO आउटपुट मान माना जाता है। (यदि कई उपकरण एक ही नियंत्रण संकेत का उपयोग करते हैं, तो आमतौर पर इंटरमीडिएट रिले कॉन्टैक्टों का उपयोग किया जाता है; ऐसी स्थिति में केवल 1 ही DO आउटपुट मान माना जाता है।) 5. विद्युत इंजीनियरिंग में DCS सिस्टम के पॉइंटों की गणना कैसे की जाती है?
(1) सामान्य विद्युत नियंत्रण वाले DCS सिस्टम में, सबसे सरल मोटर नियंत्रण प्रणाली में 2 DI इनपुट पॉइंट एवं 1 DO आउटपुट पॉइंट आवश्यक होता है। प्रत्येक सर्किट की संचालन अवस्था (कॉन्टैक्टर के सहायक संपर्कों से प्राप्त) के आधार पर DI इनपुट में 1 पॉइंट बनता है; स्टार्ट/स्टॉप नियंत्रण संकेतों (कॉन्टैक्टर के कोइल से प्राप्त) के आधार पर DO आउटपुट में 1 पॉइंट बनता है; जबकि खराबी संकेत (थर्मल रिले या मोटर प्रोटेक्टर से प्राप्त ओवरलोड संकेतों के आधार पर) के आधार पर भी DI इनपुट में 1 पॉइंट बनता है। यदि मोटर सर्किट में धारा का प्रदर्शन एवं स्थानीय/रिमोट नियंत्रण की आवश्यकता हो, तो 2 DI एवं 1 DO की गणना के अलावा, करंट ट्रांसमीटर से प्राप्त करंट सिग्नलों के लिए 0-3 AI इनपुट पॉइंट्स की आवश्यकता होती है। (कम शक्ति वाले मोटरों में आमतौर पर धारा की निगरानी की आवश्यकता नहीं होती; ऐसी स्थिति में ऐसे AI इनपुट पॉइंट्स की गणना नहीं की जाती।) ； उच्च शक्ति वाले त्रिफेज मोटरों में, DCS पर दर्शाने हेतु जितने फेजों से करंट आता है, उतने ही AI इनपुट पॉइंट आवश्यक होते हैं। प्रत्येक 0-5A करंट सिग्नल को करंट ट्रांसमीटर के माध्यम से 4-20mA सिग्नल में बदलकर DCS में भेजना आवश्यक है; अधिकतम 3 पॉइंट ही संभव हैं। ； यदि मोटर को कई स्थानों से नियंत्रित करना है, तो नियंत्रण स्थलों के लिए 1 DI इनपुट की आवश्यकता होती है। सभी को समझने में आसानी हो, इसलिए नीचे दिया गया चित्र GGD विद्युत कैबिनेट, फील्ड ऑपरेशन बॉक्स एवं DCS सिस्टम के माध्यम से होने वाले विद्युत नियंत्रण प्रक्रिया का उदाहरण है:
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मोटर नियंत्रण प्रणाली के कार्यों का विवरण: विद्युत कैबिनेट एवं फील्ड ऑपरेशन बॉक्स पर उपलब्ध “स्टॉप” बटनों के द्वारा किसी भी स्थिति में मोटर को रोका जा सकता है। ； नियंत्रण स्थल चुनने हेतु स्विच का उपयोग किया जा सकता है; इसमें “इस कंट्रोल पैनल से नियंत्रण”, “साइट पर ही नियंत्रण” एवं “DCS द्वारा नियंत्रण” विकल्प उपलब्ध हैं। स्विच के संबंधित स्थान पर मौजूद स्टार्ट बटन का उपयोग करके मोटर को स्टार्ट किया जा सकता है। ； जब स्विच “DCS नियंत्रण” मोड में होता है, तभी DCS सिस्टम के माध्यम से ही मोटर को शुरू/बंद किया जा सकता है। विद्युत घटकों संबंधी जानकारी: सेकंडरी सर्किट डायग्राम में, 1SS वह बटन है जो विद्युत केबिन पर स्थित है; जबकि 1SS1 वह बटन है जो फील्ड ऑपरेशन बॉक्स पर स्थित है। ； 1SB, इलेक्ट्रिकल कैबिनेट पर स्थित स्टार्ट बटन है; 1SB1, फील्ड ऑपरेशन बॉक्स पर स्थित स्टार्ट बटन है। ； DO, DCS सिस्टम को शुरू/बंद करने हेतु उपयोग में आने वाले कंट्रोल आउटपुट सॉकेट हैं। ； 1HR5, पावर संकेत देने वाली लाइट है। ； 1HR, विद्युत कंसोल पर स्थित संचालन सूचक लाइट है; 1HR1, ऑन-साइट ऑपरेशन बॉक्स पर स्थित संचालन सूचक लाइट है। ； 1HG, विद्युत केबिन पर स्थित “स्टॉप” संकेत लाइट है; जबकि 1HR1, ऑन-साइट ऑपरेशन बॉक्स पर स्थित “स्टॉप” संकेत लाइट है। ； 1KK, ऑपरेशनल स्विच है। ； 1KH, एक थर्मल रिले है। ； 1 किमी = कॉन्टैक्टर ； 1KA, एक मध्यवर्ती रिले है। ； 1FU, सेकंडरी सर्किट का फ्यूज है। (2) वोल्टेज-कम करके मोटरों को स्टार्ट करने हेतु उपयोग में आने वाली DCS प्रणाली में, प्रत्येक मोटर की पूर्ण वोल्टेज पर कार्य करने संबंधी संकेतों (मुख्य कॉन्टैक्टर 1KM1 के सहायक कॉन्टैक्टों से प्राप्त) के लिए DI इनपुट के रूप में 1 पॉइंट होता है। DCS द्वारा मोटरों को स्टार्ट/स्टॉप करने संबंधी संकेतों के लिए DO आउटपुट के रूप में 1 पॉइंट होता है। विद्युत संबंधी त्रुटियों संबंधी संकेतों (थर्मल रिले या मोटर प्रोटेक्टर से प्राप्त) के लिए भी DI इनपुट के रूप में 1 पॉइंट होता है। मोटरों की धारा संबंधी संकेतों (थ्री-फेज करंट ट्रांसमीटरों से प्राप्त) के लिए AI इनपुट के रूप में 3 पॉइंट होते हैं (मोटर A, B, C के लिए)। ； यदि मोटर को कई स्थानों से नियंत्रित करने की आवश्यकता है, तो नियंत्रण स्थलों का चयन स्विच की स्थिति के आधार पर किया जाता है (जब DCS सिस्टम का उपयोग किया जाता है), एवं DI इनपुट के लिए 1 बिंदु ही निर्धारित किया जाता है। सभी को समझने में आसानी हो, इसलिए नीचे दिया गया चित्र GGD विद्युत कैबिनेट, फील्ड ऑपरेशन बॉक्स एवं DCS सिस्टम के नियंत्रण संबंधी सिद्धांतों को दर्शाता है:
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(3) फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर द्वारा नियंत्रित DCS सिस्टम में, प्रत्येक फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर की कार्यावस्था संबंधी संकेतों (मध्यवर्ती रिले के कॉन्टैक्टों से प्राप्त) के आधार पर 1 DI इनपुट बिंदु बनता है; DCS सिस्टम के शुरू/बंद होने संबंधी संकेतों (मध्यवर्ती रिले की कोइल से प्राप्त) के आधार पर 1 DO आउटपुट बिंदु बनता है। फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर से प्राप्त त्रुटि संकेतों के आधार पर 1 DI इनपुट बिंदु बनता है; त्रुटि को दूर करने संबंधी संकेतों के आधार पर 1 DO आउटपुट बिंदु बनता है। फ्रीक्वेंसी संबंधी फीडबैक संकेतों के आधार पर 1 AI इनपुट बिंदु बनता है। ； फ्रीक्वेंसी चेंज सिग्नल के आधार पर AO आउटपुट में 1 बिंदु निर्धारित होता है। (4) मोटर के धुरी-विपरीत चलने हेतु DCS सिस्टम में आवश्यक पॉइंट्स:
मोटर का धुरी-विपरीत चलने की स्थिति (कॉन्टैक्टर के सहायक संपर्कों से प्राप्त), इसके लिए D1 इनपुट में 2 पॉइंट्स हैं। धुरी-विपरीत चलने संबंधी त्रुटि संकेत (थर्मल रिले से प्राप्त), इसके लिए DI इनपुट में 2 पॉइंट्स हैं। धुरी-विपरीत चलने हेतु नियंत्रण (कॉन्टैक्टर के कॉइल से प्राप्त), इसके लिए DO आउटपुट में 2 पॉइंट्स हैं। मोटर की धारा संबंधी फीडबैक संकेतों हेतु AI इनपुट में अधिकतम 3 पॉइंट्स हैं (यदि कोई धारा-फीडबैक न हो, तो ऐसे पॉइंट्स गिने नहीं जाते)। (5) DCS प्रणाली, PLC के कार्यों के साथ संगत है। जटिल लॉजिक नियंत्रण हेतु, वास्तविक इंजीनियरिंग आवश्यकताओं के अनुसार ही DCS प्रणाली में I/O पॉइंटों की संख्या निर्धारित की जाती है (इसकी गणना विधि, PLC में पॉइंटों की गणना विधि के समान ही है); इसका विस्तार से वर्णन यहाँ नहीं किया गया है। उपरोक्त DCS सिस्टम के पॉइंटों की गणना की विधि के माध्यम से, वास्तव में आवश्यक DCS सिस्टम हार्डवेयर पॉइंटों की संख्या का तुरंत अनुमान लगाया जा सकता है। DCS सिस्टम की वास्तविक कॉन्फ़िगरेशन में DCS सिस्टम की रिडंडेंसी को भी ध्यान में रखना आवश्यक है; आमतौर पर, उपयोगकर्ता की वास्तविक आवश्यकताओं के अनुसार DCS सिस्टम के I/O पॉइंटों में 20% की रिडंडेंसी जोड़ी जाती है।