औद्योगिक स्वचालन के क्षेत्र में, सिग्नल मानकों का एकीकरण महत्वपूर्ण है। इसका सीधा संबंध इस बात से है कि संपूर्ण औद्योगिक उत्पादन प्रणाली कुशलतापूर्वक और स्थिरता से काम कर सकती है या नहीं। औद्योगिक स्वचालन के शुरुआती विकास में, उपकरण सिग्नल मानकों का मुद्दा एक कांटेदार समस्या की तरह था, जिसने उद्योग के आगे के विकास को गंभीर रूप से प्रतिबंधित कर दिया था।
शुरुआती दिनों में, औद्योगिक स्वचालन के क्षेत्र में उपकरणों के लिए कोई एकीकृत सिग्नल मानक नहीं था। यह यातायात नियमों के बिना किसी शहर में होने जैसा है, जहां वाहन बेतरतीब और अराजकता में चलते हैं। विभिन्न निर्माताओं द्वारा उत्पादित उपकरणों और मीटरों के सिग्नल मानक व्यापक रूप से भिन्न होते हैं।
इससे सीधे तौर पर कई डाउनस्ट्रीम उपकरणों का डिज़ाइन बेहद जटिल हो जाता है। उदाहरण के तौर पर डिस्प्ले के डिज़ाइन को लें। चूँकि उन्हें विभिन्न सिग्नल मानकों के अनुकूल होना पड़ता है, इंजीनियरों को सर्किट को समायोजित करने और कार्यक्रमों को अनुकूलित करने में बहुत समय और ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता होती है। इतना ही नहीं, उपकरणों की स्थापना और रखरखाव की लागत में भी काफी वृद्धि हुई है। कल्पना करें कि रखरखाव कर्मियों को कई अलग-अलग उपकरणों के सिग्नल मानकों और डिबगिंग विधियों में महारत हासिल करने की आवश्यकता है। यह निस्संदेह एक बड़ी चुनौती है। इसके अलावा, विभिन्न सिग्नल मानकों के बीच संगतता समस्याएं अक्सर उपकरणों के बीच ठीक से संचार करने में असमर्थता पैदा करती हैं, जिससे संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया की सुचारू प्रगति प्रभावित होती है।
इस समस्या का सामना करते हुए, कई निर्माताओं ने अपने स्वयं के समाधान प्रस्तावित किए हैं। कई सुझावों में मुख्य फोकस विद्युत संकेतों पर है। विभिन्न विद्युत सिग्नल मानक प्रस्तावित किए गए हैं, और प्रतिस्पर्धा भयंकर है। कुछ निर्माताओं का मानना है कि एक विशिष्ट विद्युत सिग्नल रेंज औद्योगिक स्वचालन की जरूरतों के लिए अधिक उपयुक्त है, जबकि अन्य निर्माता इस बात पर जोर देते हैं कि उनके स्वयं के समाधानों के अधिक फायदे हैं। हालाँकि सौ फूल खिलने की इस स्थिति ने कुछ हद तक तकनीकी नवाचार को बढ़ावा दिया है, लेकिन इसने उद्योग में और अधिक अराजकता भी ला दी है। हर कोई व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त मानक के उभरने का इंतजार कर रहा है।
वर्षा और बाजार परीक्षण की लंबी अवधि के बाद, दो व्यापक रूप से स्वीकृत सिग्नल मानक अंततः सामने आए। एक वायवीय सिग्नल मानक है, जिसे 20 - 100kPa के रूप में चुना गया है।
वायवीय सिग्नल मानक: अत्यधिक उच्च विस्फोट-रोधी आवश्यकताओं और कठोर वातावरण वाली कुछ स्थितियों में, वायवीय संकेतों का अभी भी उपयोग किया जाता है। सामान्य वायवीय सिग्नल मानक सीमा 20100kPa है। उदाहरण के लिए, पेट्रोकेमिकल और अन्य उद्योगों में कुछ खतरनाक क्षेत्रों में, वायवीय उपकरण हवा के दबाव में परिवर्तन के रूप में मापा मूल्यों या नियंत्रण निर्देशों को प्रसारित करने के लिए सिग्नल ट्रांसमिशन माध्यम के रूप में संपीड़ित हवा का उपयोग करते हैं। इस सिग्नल मानक का लाभ यह है कि यह आंतरिक रूप से सुरक्षित है और बिजली की चिंगारी जैसे खतरनाक कारक उत्पन्न नहीं करता है। हालाँकि, नुकसान यह है कि प्रतिक्रिया की गति अपेक्षाकृत धीमी है और सिग्नल ट्रांसमिशन दूरी सीमित है, आमतौर पर दसियों मीटर के भीतर।
कुछ विशिष्ट औद्योगिक परिदृश्यों में वायवीय संकेतों के अद्वितीय फायदे हैं। उदाहरण के लिए, ज्वलनशील और विस्फोटक वातावरण में, वायवीय सिग्नल अधिक सुरक्षित और विश्वसनीय होते हैं। दूसरा इलेक्ट्रिक सिग्नल मानक है, 4-20mA सुयोग्य स्वर्ण मानक बन गया है।
4-20mA वर्तमान सिग्नल: यह औद्योगिक क्षेत्रों में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एनालॉग सिग्नल मानकों में से एक है। 4mA सिग्नल की निचली सीमा का प्रतिनिधित्व करता है, जो आमतौर पर मापा चर के शून्य बिंदु से मेल खाता है; 20mA सिग्नल की ऊपरी सीमा का प्रतिनिधित्व करता है, जो मापा चर की पूरी श्रृंखला से मेल खाता है। उदाहरण के लिए, तापमान माप में, यदि माप सीमा 0°C100°C है, तो 4mA 0°C के अनुरूप हो सकता है, और 20mA 100°C के अनुरूप हो सकता है। इस सिग्नल मानक में मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता और लंबी संचरण दूरी के फायदे हैं। सामान्य ट्रांसमिशन दूरी सैकड़ों मीटर या यहां तक कि हजारों मीटर तक पहुंच सकती है, और अधिकांश औद्योगिक साइटों में विभिन्न उपकरणों के बीच सिग्नल ट्रांसमिशन आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है।
4-20mA मानक मुख्य रूप से इसलिए अलग है क्योंकि इसके कई फायदे हैं। सबसे पहले, इसमें अच्छी हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता है। औद्योगिक उत्पादन स्थलों में, विभिन्न विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप होते हैं। यदि सिग्नल में आसानी से हस्तक्षेप किया जाता है, तो इससे माप और नियंत्रण त्रुटियों में वृद्धि होगी और उत्पादन की गुणवत्ता प्रभावित होगी। 4-20mA सिग्नल एक जटिल विद्युत चुम्बकीय वातावरण में अपेक्षाकृत स्थिर रह सकता है, जिससे सटीक डेटा ट्रांसमिशन सुनिश्चित होता है।
दूसरे, इसकी संचरण दूरी अपेक्षाकृत लंबी है। बड़े औद्योगिक उद्यमों में, उपकरणों के बीच की दूरी अपेक्षाकृत लंबी हो सकती है, और ट्रांसमिशन के दौरान सिग्नल आसानी से क्षीण हो जाते हैं। 4 - 20mA सिग्नल की ताकत और विशेषताएं इसे लंबी दूरी पर अच्छा प्रदर्शन बनाए रखने में सक्षम बनाती हैं। इसके अलावा, यह मानक सिग्नलों के दोष निदान को भी सक्षम बनाता है। जब सिग्नल करंट 0mA होता है, तो यह संभवतः इंगित करता है कि लाइन में कोई खराबी है, जिससे रखरखाव कर्मियों के लिए समय पर समस्या को ढूंढना और हल करना आसान हो जाता है।
यद्यपि विज्ञान और प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के साथ, औद्योगिक स्वचालन धीरे-धीरे डिजिटलीकरण में परिवर्तित हो रहा है, और डिजिटल सिग्नल ने कई पहलुओं में बड़े फायदे दिखाए हैं, एनालॉग सिग्नल ट्रांसमीटर अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। यह 4-20mA मानक की मजबूत जीवन शक्ति को भी पूरी तरह से दर्शाता है। एनालॉग सिग्नल ट्रांसमीटरों में कम लागत, उच्च विश्वसनीयता और परिपक्व तकनीक के फायदे हैं। कुछ औद्योगिक परिदृश्यों में जो लागत-संवेदनशील हैं और विशेष रूप से उच्च सिग्नल सटीकता की आवश्यकता नहीं है, एनालॉग सिग्नल ट्रांसमीटर अभी भी पहली पसंद हैं। इसके अलावा, कई मौजूदा औद्योगिक उपकरण 4-20mA मानक के आधार पर डिज़ाइन किए गए हैं। यदि सभी को डिजिटल उपकरणों से बदल दिया जाए, तो न केवल लागत बहुत अधिक होगी, बल्कि तकनीकी परिवर्तन और कार्मिक प्रशिक्षण जैसी कई समस्याएं भी होंगी।
औद्योगिक स्वचालन में उपकरण सिग्नल सिस्टम का एकीकरण उद्योग विकास के लिए एक अपरिहार्य आवश्यकता है। एक इलेक्ट्रिक सिग्नल मानक के रूप में, 4-20mA भयंकर प्रतिस्पर्धा में खड़ा है और अभी भी वर्तमान औद्योगिक उत्पादन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ रही है, यह डिजिटल सिग्नल को पूरक कर सकती है और संयुक्त रूप से उच्च स्तर पर औद्योगिक स्वचालन के विकास को बढ़ावा दे सकती है।
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