कंट्रोलर और इंटरफ़ेस
कंट्रोलर दिमाग़ है: PLC, माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड या PC। असली दुनिया से जुड़ने के लिए उसे इंटरफ़ेस चाहिए।
- एनालॉग इनपुट (ADC): सेंसर के सरल वोल्टेज या करंट (जैसे 4 से 20 mA) को संख्या में बदलता है।
- एनालॉग आउटपुट (DAC): संख्या को वोल्टेज में बदलता है ताकि वाल्व या मोटर की गति तय हो।
- डिजिटल इनपुट/आउटपुट: स्विच से आने वाले और रिले व लैंप को जाने वाले ON/OFF संकेत।
- सिग्नल कंडीशनिंग: कमज़ोर या शोर वाले संकेत को कंट्रोलर पढ़े इससे पहले बढ़ाना, छानना और अलग (आइसोलेट) करना।
- संचार पोर्ट: सीरियल (RS-485), ईथरनेट, USB या वायरलेस, नेटवर्क से जुड़ने के लिए।
सेंसर मापते हैं, एक्चुएटर काम करते हैं। कोई राशि संकेत कैसे बनती है, यह सेंसर में देखो।
कंट्रोल प्रोग्राम
कंट्रोल प्रोग्राम हमेशा एक ही लूप दोहराता है: इनपुट पढ़ो, तय करो, आउटपुट लिखो। कोड लिखने से पहले योजना फ़्लोचार्ट में दिखाई जा सकती है।
छोटा उदाहरण (सरल शब्दों में):
- तापमान पढ़ो।
- अगर वह सीमा से ज़्यादा है तो पंखा ON करो।
- नहीं तो पंखा OFF करो।
- रीडिंग ऑपरेटर स्क्रीन को भेजो।
- 1 सेकंड रुको। चरण 1 पर लौटो।
अच्छे प्रोग्राम में सीमाओं के लिए चर (variables) होते हैं (ताकि दोबारा लिखे बिना बदलें), लूप की गति के लिए टाइमर, सीमा से बाहर मान के लिए अलार्म, और सेंसर या केबल खराब हो तो सुरक्षित अवस्था (जैसे पंखा ON, वाल्व बंद)।
भाषाएँ: PLC के लिए लैडर लॉजिक, और माइक्रोकंट्रोलर व PC के लिए C, C++ या Python।
नेटवर्क आधारित मापन और नियंत्रण तंत्र
हर उपकरण के लिए अलग केबल की जगह सब उपकरण एक नेटवर्क साझा करते हैं।
- पता (address): हर नोड का अलग ID, ताकि कंट्रोलर जान सके किसने क्या भेजा।
- पैकेट: डेटा का छोटा खंड, जिसमें हेडर (किसके लिए और किससे), डेटा (जैसे 31°C) और गलती पकड़ने का जाँच-कोड होता है।
- फ़ैक्टरी में फ़ील्डबस: Modbus, PROFIBUS, CAN या इंडस्ट्रियल ईथरनेट, जो एक ही मुड़े तार पर कई उपकरण जोड़ते हैं।
- वायरलेस: Wi-Fi, LoRa या मोबाइल डेटा, जहाँ केबल बिछाना कठिन हो।
- SCADA (supervisory control and data acquisition): केंद्रीय स्क्रीन जो कई PLC से रीडिंग जमा करती है, ट्रेंड बनाती है, अलार्म देती है और ऑपरेटर को आदेश भेजने देती है।
- IoT: सेंसर वाले रोज़मर्रा के उपकरण जो इंटरनेट पर डेटा भेजते हैं।
नेटवर्क क्यों? कम तार, उपकरण जोड़ना आसान, दूर से निगरानी, अध्ययन के लिए डेटा जमा। सावधानी: देरी (latency), खोए पैकेट, केबल खराबी और सुरक्षा (पासवर्ड, अलग नेटवर्क और अपडेट रखो)।
करके देखो: अपना नेटवर्क बनाओ
कोई जानी-पहचानी जगह चुनो: स्कूल, खेत या अपना घर। तीन सेंसर, एक कंट्रोलर और दो एक्चुएटर लिखो। उन्हें एक साझा केबल से जोड़कर बनाओ। हर सेंसर को ID दो। 4 पंक्ति का कंट्रोल प्रोग्राम लिखो। 3D में सीमा को तापमान से ठीक नीचे रखो, रीडिंग भेजो और देखने से पहले अनुमान लगाओ कि पंखा चलेगा या नहीं।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- कंट्रोल लूप: पढ़ो → तय करो → लिखो → दोहराओ
- केबल: अलग वायरिंग = n, साझा बस = 1 (+ छोटे जोड़)
- पैकेट = हेडर (पता) + डेटा + जाँच-कोड
- ADC: संख्या = वोल्टेज / पूर्ण पैमाना × (2^बिट − 1)
- अपडेट दर (Hz) = 1 / लूप समय (s)
हल किए गए उदाहरण
1. एक प्लांट में 12 सेंसर हैं। अलग वायरिंग में और एक बस में कंट्रोलर तक कितनी लंबी केबल लगेंगी?
अलग वायरिंग: 12 केबल। एक बस: 1 लंबी केबल (साथ में छोटे जोड़ के तार)।
2. 10-बिट ADC का पूर्ण पैमाना 5 V है। इनपुट 2.5 V है। वह कौन-सी संख्या देगा?
संख्या = 2.5/5 × 1023 ≈ 512।
3. कंट्रोल लूप हर चक्र में 0.5 s रुकता है। प्रति सेकंड कितनी रीडिंग?
1 / 0.5 = 2 रीडिंग प्रति सेकंड।
4. तापमान > 38°C हो तो पंखा ON। रीडिंग 44°C है। प्रोग्राम क्या करेगा?
44 > 38 सही है, इसलिए वह पंखा-ON आदेश भेजेगा।
5. 4–20 mA का सेंसर 0–100°C के दायरे में 12 mA दिखाता है। तापमान?
(12 − 4)/(20 − 4) × 100 = 8/16 × 100 = 50°C।
6. 120 बिट का पैकेट 9600 बिट/s लिंक पर भेजा गया। कितना समय लगेगा?
120 / 9600 = 0.0125 s = 12.5 ms।
आम गलतियाँ
- नेटवर्क का मतलब इंटरनेट समझना। फ़ैक्टरी की बस छोटा स्थानीय नेटवर्क भी हो सकती है।
- पते भूल जाना। ID के बिना कंट्रोलर सेंसरों को अलग नहीं पहचान सकता।
- देरी और खोए पैकेटों को अनदेखा करना। सुरक्षा के काम धीमे लिंक पर निर्भर नहीं होने चाहिए।
- सुरक्षित अवस्था न रखना। केबल कटे तो मशीन सुरक्षित स्थिति में चली जानी चाहिए।