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नेटवर्क आधारित मापन और नियंत्रण

नेटवर्क वाले तंत्र में कई सेंसर और एक्चुएटर एक ही केबल या वायरलेस लिंक से कंट्रोलर से जुड़ते हैं। हर उपकरण का एक पता होता है और डेटा पैकेट बनकर चलता है। कंट्रोलर प्रोग्राम (पढ़ो, तय करो, लिखो) चलाता है और ऑपरेटर दूर बैठकर सब देख व चला सकता है, जैसे SCADA और IoT में।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. तीन सेंसर और एक कंट्रोलर, पुराने तरीके से जुड़े: हर सेंसर के लिए अलग केबल। दस सेंसर हों तो तारों का जंगल बन जाता है।
  2. अब एक साझा केबल, जिसे बस कहते हैं। हर सेंसर का अपना पता (ID 1, 2, 3) है, इसलिए सब एक ही तार पर बात करते हैं और कंट्रोलर जान लेता है कि कौन बोल रहा है।
  3. सेंसर 1 एक छोटा पैकेट भेजता है: उसका ID और रीडिंग। पीले पैकेट को केबल पर कंट्रोलर तक जाते देखो।
  4. कंट्रोलर अपना प्रोग्राम चलाता है: मान पढ़ो, सीमा से मिलाओ, तय करो। रीडिंग बहुत ज़्यादा है, इसलिए वह आदेश-पैकेट भेजता है और पंखा चल पड़ता है।
  5. नेटवर्क लिंक जोड़ने पर दूर बैठा ऑपरेटर वही रीडिंग स्क्रीन पर देखता है। अब तुम आज़माओ: तापमान और सीमा बदलो, फिर रीडिंग भेजो।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

हर सेंसर को अलग केबल क्यों न दें?

कुछ सेंसर के लिए चलता है, पर बहुत हों तो महँगा पड़ता है और ठीक करना कठिन। चरण 0 में तारों का जंगल देखो।

कंट्रोलर को कैसे पता चलता है कि मान किस सेंसर ने भेजा?

हर पैकेट सेंसर के पते (ID) से शुरू होता है। पीले पैकेट का लेबल देखो।

कंट्रोलर का प्रोग्राम ठीक-ठीक क्या तय करता है?

वह मान पढ़ता है, सीमा से मिलाता है और कोई काम चुनता है, जैसे पंखा ON या OFF।

ऑपरेटर स्क्रीन क्या जोड़ती है?

इससे दूर बैठा व्यक्ति रीडिंग देख और नेटवर्क पर आदेश भेज सकता है। यही SCADA और IoT का विचार है।

सीमा को तापमान से ऊपर कर दूँ तो क्या होगा?

शर्त गलत हो जाएगी, इसलिए पंखे का आदेश OFF होगा। मुक्त खेल में आज़माओ।

कंट्रोलर और इंटरफ़ेस

कंट्रोलर दिमाग़ है: PLC, माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड या PC। असली दुनिया से जुड़ने के लिए उसे इंटरफ़ेस चाहिए।

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):

  1. तापमान पढ़ो।
  2. अगर वह सीमा से ज़्यादा है तो पंखा ON करो।
  3. नहीं तो पंखा OFF करो।
  4. रीडिंग ऑपरेटर स्क्रीन को भेजो।
  5. 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।

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

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

अभ्यास क्विज़

1. बस पर हर उपकरण का पता क्यों होता है?
2. कंट्रोल प्रोग्राम बार-बार:
3. SCADA मुख्यतः किसलिए है?
4. ADC क्या बदलता है?
5. इनमें फ़ील्डबस कौन-सा है?

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

नेटवर्क आधारित नियंत्रण तंत्र क्या है?

ऐसा तंत्र जिसमें सेंसर, कंट्रोलर और एक्चुएटर साझा नेटवर्क से जुड़े होते हैं और डेटा पैकेटों में आदान-प्रदान करते हैं।

PLC और SCADA में क्या अंतर है?

PLC एक मशीन या प्रक्रिया को सीधे नियंत्रित करता है। SCADA निगरानी करने वाला सॉफ़्टवेयर है जो कई PLC से डेटा जमा करता है और ऑपरेटर को देखने व आदेश देने देता है।

ADC और DAC में क्या अंतर है?

ADC असली दुनिया के वोल्टेज को संख्या बनाता है। DAC संख्या को वोल्टेज बनाता है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

जापान高校(専門学科)1〜3年Electronic Measurement and Control

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