| त्वरक नियन्त्रण प्रणाली प्रभाग |
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| इंडस-2 एसआरएस नियंत्रण प्रणाली की वास्तुकला |
| अवलोकन |
इंडस-2 जैसी किसी भी बड़ी सुविधा में विभिन्न उप-प्रणालियां शामिल होती हैं, जो अपने आप में काफी व्यापक होती हैं। वांछित लक्ष्यों और प्रदर्शन को प्राप्त करने की दिशा में ये उप प्रणालियां एक साथ मिलकर काम कर रही हैं। नियंत्रण प्रणाली का मुख्य कार्य मशीन और विभिन्न उप-प्रणालियों के सभी महत्वपूर्ण मापदंडों की निगरानी, पर्यवेक्षण और नियंत्रण को सुविधाजनक बनाना है। इसे प्राप्त करने के लिए, इसे हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के विभिन्न स्तरों पर विभिन्न उप-प्रणालियों के साथ इंटरफेस और इंटरैक्ट करना होगा। किसी भी नियंत्रण प्रणाली में हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर में विभिन्न मॉड्यूल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक विशेष कार्य करता है। इंडस -2 नियंत्रण प्रणाली में हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर में विभिन्न मॉड्यूल और परतें और डेटा संचार लिंक भी शामिल हैं। नियंत्रण प्रणाली एक स्तरित वास्तुकला का अनुसरण करती है जो सिस्टम को डिजाइन करने में अपनाए गए दृष्टिकोण पर प्रकाश डालती है। |
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| रचना दर्शन |
नियंत्रण प्रणाली मास्टर स्लेव आर्किटेक्चर पर आधारित है और यह कार्यात्मक और भौतिक पृथक्करण और नियंत्रण प्रणाली घटकों के पूरे सरगम में हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर मॉड्यूल की नियुक्ति को सक्षम बनाता है। विश्वसनीय, तेज नेटवर्क और संचार समर्थन वह रीढ़ है जिस पर विभिन्न हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर घटक एक दूसरे से बात करते हैं। वितरित प्रणाली दृष्टिकोण का पालन किया जाता है जो केबल की लंबाई को कम करने में मदद करता है, किसी एक स्थान पर केबल की एकाग्रता को कम करता है और सिग्नल के हस्तक्षेप की संभावना को भी कम करता है। नियंत्रण कक्ष के अंदर केवल आवश्यक संचार और न्यूनतम उपकरण केबल लाए जाते हैं। ऑपरेशन सॉफ्टवेयर पैनल और न्यूनतम संख्या में भौतिक स्विच और नॉब्स के साथ किया जाता है। जहां तक संभव हो, सिग्नल फील्ड इकाइयों में केंद्रित, बहुसंकेतन और पूर्व-संसाधित होते हैं। उप-प्रणालियों में मानक हार्डवेयर, कनेक्टर, सिग्नल स्तर, नियंत्रण मोड आदि का उपयोग किया जाता है। |
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| वास्तुकला |
उपरोक्त रचना दर्शन के आधार पर, इंडस -2 नियंत्रण प्रणाली विभिन्न स्तरों पर मॉड्यूलर सिस्टम के उपयोग के साथ एक वितरित वास्तुकला का उपयोग करती है। नियंत्रण प्रणाली को कई बुद्धिमान उप-प्रणालियों में विभाजित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक स्वायत्त रूप से एक विशिष्ट उपप्रणाली जैसे चुंबक बिजली की आपूर्ति, आरएफ, वैक्यूम, बीम डायग्नोस्टिक्स आदि को नियंत्रित करता है। ये नियंत्रण कक्ष कंप्यूटर पूरे नेटवर्क में डेटा साझा कर सकते हैं। समान प्रकृति के कार्यों को करने के लिए समान हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर मॉड्यूल का उपयोग किया जाता है।
नियंत्रण प्रणाली को तीन परतों में वितरित किया जाता है, अर्थात् यूजर इंटरफेस परत (यूआई), पर्यवेक्षी नियंत्रण परत (SC) और उपकरण नियंत्रण (EC) परत।
यूजर इंटरफेस लेयर के रूप में जानी जाने वाली ऊपरी परत में ऑपरेटर कंसोल, फाइल सर्वर, डेटा बेस सर्वर, सेंट्रल अलार्म हैंडलिंग, सॉफ्टवेयर डेवलपमेंट, ऑक्जिलरी सिस्टम मॉनिटरिंग आदि जैसे कार्यों के लिए कंप्यूटर होते हैं। ये कंप्यूटर स्विच्ड ईथरनेट लैन से जुड़े होते हैं और उच्च कंप्यूटिंग शक्ति रखते हैं और प्रभावी डेटा प्रस्तुति को संभालने के लिए अच्छी ग्राफिक्स क्षमता। ऑपरेटर कंसोल के रूप में नामित कंप्यूटर ऑपरेटर को विंडोिंग टूल के माध्यम से एक साथ कई नियंत्रण और निगरानी प्रक्रियाओं को चलाने और पर्यवेक्षण करने की अनुमति देते हैं।
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चित्र: इंडस-2 वास्तुकला |
दूसरी परत पर्यवेक्षी नियंत्रण परत है जिसमें पर्यवेक्षी नियंत्रक (SC) होते हैं जो पर्यवेक्षी नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण का कार्य करते हैं। इनमें से प्रत्येक कंप्यूटर उनसे जुड़े उपकरण नियंत्रकों के एक सेट के माध्यम से एक विशेष सबसिस्टम के संचालन की निगरानी करता है। SC नेटवर्क पर ऑपरेटर कंसोल से कमांड प्राप्त करते हैं और मान सेट करते हैं। SC फील्डबस द्वारा EC परत से नीचे की ओर जुड़ा हुआ है।
तीसरी परत जो फील्ड उपकरणों के सबसे करीब होती है, उसमें इक्विपमेंट कंट्रोलर (EC) होते हैं। ये माइक्रोप्रोसेसर-आधारित बुद्धिमान नियंत्रक नियंत्रण प्रणाली के कार्यकर्ता हैं। एक विशेष उप-प्रणाली के EC उस विशेष उप-प्रणाली के लिए समर्पित SC के साथ संवाद करते हैं। क्षेत्र में अधिकांश उपकरण EC के माध्यम से नियंत्रण प्रणाली के लिए परस्पर जुड़े हुए हैं। प्रत्येक EC SC द्वारा सौंपे गए कार्यों के अनुसार, इससे जुड़े उपकरणों की निगरानी और नियंत्रण कर सकता है। यह लगातार उपकरणों की स्थिति की निगरानी करता है और उनके वर्तमान मूल्यों के लिए विभिन्न मापदंडों को पढ़ता है और अनुरोध पर संबंधित SC को यह जानकारी भेजता है।
यह वितरित और मॉड्यूलर आर्किटेक्चर सिस्टम को आवश्यक अपग्रेडेशन को समायोजित करने के लिए लचीला बनाता है जिसकी भविष्य में आवश्यकता हो सकती है। वितरित, बुद्धिमान मॉड्यूल का उपयोग समग्र सिस्टम प्रतिक्रिया को बेहतर बनाने में भी मदद करता है।
इसके अलावा, आवश्यकता पड़ने पर स्थिति और अन्य जानकारी प्रदर्शित करने के लिए एक ही नेटवर्क पर कई कंप्यूटर जुड़े हुए हैं। दूसरी परत पर्यवेक्षी नियंत्रण परत है जिसमें पर्यवेक्षी नियंत्रक (SC) होते हैं जो पर्यवेक्षी नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण का कार्य करते हैं। ये कंप्यूटर एकल सबसिस्टम के समुचित संचालन के लिए जिम्मेदार होते हैं। एक SC एक सबसिस्टम को सौंपा गया है। SC नेटवर्क पर ऑपरेटर कंसोल से कमांड प्राप्त करते हैं और मान सेट करते हैं। SC फील्डबस द्वारा EC परत से नीचे की ओर जुड़ा हुआ है।
तीसरी परत में उपकरण नियंत्रक (EC) होते हैं। ये माइक्रोप्रोसेसर-आधारित बुद्धिमान इकाइयाँ नियंत्रण प्रणाली की रीढ़ बनाती हैं। ये EC मशीन के एक विशेष सबसिस्टम को समर्पित SC से जुड़े होंगे। क्षेत्र के सभी उपकरण EC द्वारा नियंत्रण प्रणाली के लिए इंटरफेस किए गए हैं। प्रत्येक EC SC द्वारा सौंपे गए कार्यों के अनुसार उस उपकरण को नियंत्रित और मॉनिटर करता है जिससे वह ऊपर की ओर जुड़ा हुआ है। यह लगातार उपकरणों की स्थिति की निगरानी करता है और उनके वर्तमान मूल्यों के लिए विभिन्न मापदंडों को पढ़ता है और अनुरोध पर संबंधित SC को यह जानकारी भेजता है।
यह वितरित और मॉड्यूलर आर्किटेक्चर सिस्टम को आवश्यक अपग्रेडेशन को समायोजित करने के लिए लचीला बनाता है जिसकी भविष्य में आवश्यकता हो सकती है। वितरित, बुद्धिमान मॉड्यूल का उपयोग समग्र सिस्टम प्रतिक्रिया को बेहतर बनाने में भी मदद करता है।
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| हार्डवेयर |
| वास्तुकला के अनुसार, हार्डवेयर तीन अलग-अलग परतों में वितरित किया जाता है: |
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| यूजर इंटरफेस परत |
इस परत के हार्डवेयर में सॉफ्टवेयर विकास के लिए ऑपरेटर कंसोल, इंटेलिजेंट टर्मिनल, एप्लिकेशन सर्वर, फ़ाइल सर्वर, डेटाबेस सर्वर और कंप्यूटर होते हैं। पीसी का उपयोग यूजर इंटरफेस लेयर पर ऑपरेटर कंसोल के रूप में किया जाता है। सर्वर एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस, एप्लिकेशन सेवाएं, डेटा लॉगिंग, डेटा साझाकरण, डेटा बैकअप, त्रुटि लॉगिंग, प्रिंटिंग, वेब इंटरफ़ेस सेवाएं और प्रबंधन, उपयोगकर्ता प्रमाणीकरण आदि जैसी सेवाएं प्रदान करते हैं। |
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| पर्यवेक्षी नियंत्रण परत |
दूसरी परत पर्यवेक्षी नियंत्रण (SC) परत या परत -2 है जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है। SC परत में उद्योग सिद्ध वीएमई बस वास्तुकला के आसपास डिजाइन किए गए पर्यवेक्षी नियंत्रक होते हैं। ये नियंत्रक एकल सबसिस्टम के उचित संचालन की निगरानी करते हैं जैसे, चुंबक बिजली की आपूर्ति, वैक्यूम, आरएफ और समय आदि। इन नियंत्रकों में ऑन-बोर्ड ईथरनेट नियंत्रक के साथ सीपीयू बोर्ड होता है और वीएमई बस मास्टर्स के रूप में काम करता है। SC परत पर प्रत्येक वीएमई क्रेट में एक या अधिक फील्ड बस नियंत्रक भी शामिल हैं। कुछ उप-प्रणालियों के लिए, इन क्रेटों में समर्पित I/O या विशेष फ़ंक्शन बोर्ड जैसे रैंप क्लॉक जेनरेटर आदि हैं। CPU को लेयर ओवर ईथरनेट नेटवर्क पर एप्लिकेशन सर्वर से कमांड और विशेषताएँ प्राप्त होती हैं। यह फील्ड बस (Profi Bus) द्वारा इक्विपमेंट कंट्रोल लेयर (लेयर -3) से नीचे की ओर जुड़ा हुआ है। प्रत्येक SC इससे जुड़े कई EC की निगरानी कर सकता है। पर्यवेक्षी नियंत्रकों के मुख्य कार्य हैं- |
- EC (लेयर-3) से डेटा प्राप्त करने के लिए, इसे प्रोसेस करें और संबंधित डेटा को लेयर -1 पर एप्लिकेशन सर्वरों को संप्रेषित करें।
- एप्लिकेशन सर्वर से नियंत्रण संदेश प्राप्त करने के लिए, उन्हें पार्स करें और लेयर -3 पर संबंधित उपकरण नियंत्रकों को वितरित करें।
- स्वायत्त कार्यों को करने के लिए जैसे उप-प्रणालियों के संचालन की जांच करना, जो वे नियंत्रित करते हैं, और जहां भी लागू हो, क्लोज लूप नियंत्रण निष्पादित करते हैं।
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| चित्र: इंडस-2 पर्यवेक्षी नियंत्रण परत ECS |
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| उपकरण नियंत्रण परत |
EC को मैग्नेट पावर सप्लाई, वैक्यूम पंप, गेज और कंट्रोलर, आरएफ सिस्टम इक्विपमेंट, सेफ्टी और इंटरलॉक सिस्टम आदि जैसे विभिन्न एक्सेलेरेटर सबसिस्टम से जोड़ा जाता है। EC को वीएमई बस मॉड्यूलर आर्किटेक्चर के आसपास डिजाइन किया गया है और इसमें सीपीयू बोर्ड, प्रोफिबस कंट्रोलर बोर्ड, वीएमई पावर सप्लाई शामिल हैं। , आवश्यक I/O बोर्ड (DAC, ADC और DIO) और व्यक्तिगत उपकरण नियंत्रण मॉड्यूल।
EC परत SC परत से औद्योगिक ताकत के माध्यम से SC में मास्टर नियंत्रक और EC में दास नियंत्रकों का उपयोग करके SC परत से जुड़ा हुआ है। प्रोफी बस एक फील्ड बस है, जो इस विशेष मामले में भौतिक मीडिया और प्रोफी प्रोटोकॉल के रूप में 485 रुपये का उपयोग करती है। RS 485 लिंक पृथक शक्ति द्वारा संचालित है। EC लगातार उपकरणों की स्थिति की निगरानी करते हैं, उनके वर्तमान मूल्यों के लिए विभिन्न मापदंडों को पढ़ते हैं, और अनुरोध पर संबंधित SC को यह जानकारी भेजते हैं। इंडस-2 में लगभग 100 EC का उपयोग किया जाता है। EC में आमतौर पर निम्नलिखित प्रकार के वीएमई बोर्ड होते हैं:
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- प्रोसेसर बोर्ड
- संचार नियंत्रक बोर्ड (प्रोफी नियंत्रक)
- दायर इंटरफ़ेस मॉड्यूल (एडीसी, डीएसी और डिजिटल I/O)
- एडीसी बोर्ड
- डीएसी बोर्ड
- डिजिटल इनपुट बोर्ड
- रिले बोर्ड
- रैंप क्लॉक कंट्रोल बोर्ड
- समय विलंब और तुल्यकालन बोर्ड
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| सॉफ्टवेयर |
हार्डवेयर की तरह, सॉफ्टवेयर को भी तीन परतों में वितरित किया जाता है, जैसे यूजर इंटरफेस लेयर, सुपरवाइजरी लेयर और इक्विपमेंट कंट्रोल लेयर। |
| यूजर इंटरफेस लेयर सॉफ्टवेयर |
लेयर 1 या यूजर इंटरफेस लेयर पर सॉफ्टवेयर मुख्य रूप से मानव मशीन इंटरैक्शन, एप्लिकेशन सेवाओं और डेटा लॉगिंग को सक्षम बनाता है। इंडस-2 यूआई परत मुख्य रूप से स्काडा सॉफ्टवेयर के आसपास बनाई गई है। यह परत कुछ स्वचालित मशीन नियंत्रण कार्यों को भी संभालती है जैसे फीडबैक लूप जैसे ट्यून फीडबैक, स्लो-ऑर्बिट फीडबैक इत्यादि। समग्र सिस्टम जानकारी हर सेकेंड के बारे में ताज़ा होती है। SCएडीए सॉफ्टवेयर को टीसीपी/आईपी प्रोटोकॉल का उपयोग करके ईथरनेट पर संचार करने वाले एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफेस प्रबंधकों का उपयोग करके SC परत में इंटरफेस किया गया है। |
| पर्यवेक्षी नियंत्रण परत सॉफ्टवेयर |
इस स्तर पर सॉफ्टवेयर डेटा अधिग्रहण और एक विशेष सबसिस्टम के नियंत्रण के लिए कई EC के एकीकरण को संभालता है। SC परत सॉफ्टवेयर को दो नेटवर्क इंटरफेस का प्रबंधन करना होता है, इसके ऊपर यूआई परत के लिए ईथरनेट और इसके नीचे EC परत के लिए प्रोफिबस। इस स्तर की आवश्यकताएं तेज, बहु-कार्य प्रदर्शन, अच्छी नेटवर्क संचार सुविधाएं और सॉफ्टवेयर विकास और डिबगिंग के लिए एक सुविधाजनक वातावरण हैं।
इस स्तर पर मुख्य कार्य नियमित समय अंतराल पर या मांग पर EC से / से डेटा प्राप्त करना / सेट करना और यूआई परत पर प्रतिक्रिया प्रदान करना है। लेयर-2 के सॉफ्टवेयर मॉड्यूल औद्योगिक मजबूती वाले आरटीओएस प्लेटफॉर्म पर चलते हैं। शक्तिशाली विकास उपकरण जैसे कि संपादक, स्रोत स्तर डिबगर और कंपाइलर की उपलब्धता आवश्यक अनुप्रयोगों के विकास को सुविधाजनक रूप से विकसित करती है।
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| उपकरण नियंत्रण परत सॉफ्टवेयर |
EC सॉफ्टवेयर लगभग एक विशेष कार्य के लिए समर्पित है और उपकरणों के समूह तक ही सीमित है। इस स्तर के सभी सॉफ्टवेयर औद्योगिक मजबूती वाले आरटीओएस प्लेटफॉर्म पर चलते हैं। इसका मूल कार्य उपकरण मापदंडों तक पहुंच बनाना और मांग किए जाने पर पर्यवेक्षी नियंत्रक को इसकी स्थिति की रिपोर्ट करना है। यह उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं और आदेशों के अनुसार उपकरणों को भी नियंत्रित करता है। इसके अतिरिक्त, इसे बोर्ड पर उपलब्ध कराए गए संदर्भ स्रोत के संबंध में एडीसी, डीएसी अंशांकन जैसे हार्डवेयर इंटरफेस से संबंधित नैदानिक कार्यों को निष्पादित करना होता है और तदनुसार रिपोर्ट करना होता है।
EC लेयर के लिए सॉफ्टवेयर सी कोड में लिखा जाता है और संकलन के बाद EC में डाउनलोड किया जाता है। इसमें विभिन्न मॉड्यूल जैसे I/O मॉड्यूल (ड्राइवर और डिस्क्रिप्टर), कमांड/रिस्पांस (C/R) मॉड्यूल, अलार्म मॉड्यूल, विशेष मॉड्यूल जैसे चुंबक साइकिलिंग मॉड्यूल और रैंप जनरेशन मॉड्यूल आदि शामिल हैं। I/O मॉड्यूल में प्रत्येक I के लिए डिस्क्रिप्टर होता है। /O बिंदु रूपांतरण पैरामीटर और ऑफ़सेट जैसी विशेषताओं को निर्दिष्ट करता है। सी/आर मॉड्यूल EC और SC के बीच डेटा एक्सचेंज को संभालते हैं। अलार्म मॉड्यूल उपकरणों की स्थिति का परीक्षण करते हैं और उचित कार्रवाई करने के लिए असामान्य स्थितियों की रिपोर्ट करते हैं।
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