जब इंजीनियर फाइबर ऑप्टिक्स के बारे में सोचते हैं, तो उच्च बैंडविड्थ और लंबी ट्रांसमिशन दूरी अक्सर पहले लाभ होते हैं जो दिमाग में आते हैं। हालांकि, औद्योगिक प्रणालियों में, इनमें से कोई भी फाइबर का उपयोग करने का मुख्य कारण नहीं हो सकता है।
एक नियंत्रण संकेत को मशीन के अंदर, दो अलमारियों के बीच, या एक नियंत्रक से बिजली-रूपांतरण चरण तक केवल कुछ मीटर की यात्रा करने की आवश्यकता हो सकती है। आवश्यक डेटा दर भी अपेक्षाकृत मामूली हो सकती है। फिर भी एक ऑप्टिकल लिंक अभी भी एक महत्वपूर्ण सिस्टम-स्तरीय लाभ प्रदान कर सकता है: जानकारी विद्युत डोमेन के बीच पार कर सकती है बिना संचार माध्यम को स्वयं उनके बीच एक प्रवाहकीय विद्युत पथ बनाने की आवश्यकता के।
यह अंतर चर-आवृत्ति ड्राइव, सर्वो सिस्टम, स्विचिंग पावर कन्वर्टर्स, कॉन्टैक्टर्स, बड़े मोटर्स, ऊर्जा-भंडारण उपकरण, और उच्च-वोल्टेज आईजीबीटी या एसआई सी पावर चरणों वाले वातावरण में मायने रखता है। विभिन्न ग्राउंड क्षमताएं, सामान्य-मोड गड़बड़ी, स्विचिंग क्षणिक, और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप सभी विद्युत रूप से जुड़े संचार लिंक को प्रबंधित करना अधिक कठिन बना सकते हैं।
इसलिए औद्योगिक ऑप्टिकल अलगाव को समझना एक मौलिक इंजीनियरिंग समस्या से शुरू होता है: दो उपकरणों को जानकारी का आदान-प्रदान करने की आवश्यकता हो सकती है, भले ही वे एक ही विद्युत वातावरण में काम न करें।
औद्योगिक प्रणाली में ऑप्टिकल अलगाव अलग-अलग विद्युत डोमेन के बीच नियंत्रण या डेटा संकेतों का हस्तांतरण है, बिना उनके बीच प्रवाहकीय संकेत पथ की आवश्यकता के। संकेत को विद्युत रूप से प्रकाश में परिवर्तित किया जाता है, एक ऑप्टिकल माध्यम से प्रेषित किया जाता है, और प्राप्त करने वाली तरफ वापस विद्युत संकेत में परिवर्तित किया जाता है।
महत्वपूर्ण बात केवल यह नहीं है कि संकेत ऑप्टिकल हो जाता है। संचार पथ को स्वयं दो अंतिम बिंदुओं को विद्युत रूप से जोड़ने की आवश्यकता नहीं है।
एक पारंपरिक विद्युत लिंक सामान्यतः उपकरणों के बीच कंडक्टरों का उपयोग करता है। इंटरफ़ेस के आधार पर, इनमें सिग्नल तार, संदर्भ कंडक्टर, शील्ड, या संचार प्रणाली से जुड़े अन्य प्रवाहकीय पथ शामिल हो सकते हैं। यदि दो उपकरण अलग-अलग विद्युत क्षमता पर बैठे हैं, तो संचार वायरिंग अवांछित वर्तमान या वोल्टेज के हस्तांतरण के माध्यम से पथ का हिस्सा बन सकती है।
एक ऑप्टिकल लिंक उस संबंध को बदलता है। एक तरफ इलेक्ट्रॉनिक्स एक ऑप्टिकल ट्रांसमीटर को ड्राइव करते हैं। प्रकाश फाइबर के माध्यम से यात्रा करता है। दूसरी तरफ एक ऑप्टिकल रिसीवर प्रकाश को वापस एक विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है।
जब फाइबर लिंक में अलगाव सीमा के पार कोई प्रवाहकीय पथ नहीं होता है, तो दो इलेक्ट्रॉनिक पक्षों को ट्रांसमिशन माध्यम के माध्यम से सिग्नल कंडक्टर या सामान्य विद्युत संदर्भ साझा करने की आवश्यकता नहीं होती है।
सिग्नल कंडीशनिंग और गैल्वेनिक अलगाव अलग-अलग समस्याओं को हल करते हैं।
फ़िल्टरिंग अवांछित आवृत्ति घटकों को कम कर सकती है। डिफरेंशियल सिग्नलिंग उन गड़बड़ियों की अस्वीकृति में सुधार कर सकती है जो दोनों सिग्नल कंडक्टरों पर समान रूप से दिखाई देती हैं। शील्डिंग विद्युत चुम्बकीय युग्मन को कम कर सकती है। सर्ज-सुरक्षा घटक क्षणिक तनाव को सीमित कर सकते हैं।
इन सभी तकनीकों का मूल्य है, लेकिन वे स्वचालित रूप से दो विद्युत डोमेन को अलग नहीं करते हैं।
गैल्वेनिक अलगावका अर्थ है कि सामान्य विद्युत प्रवाह अलगाव अवरोध के पार सीधे प्रवाहित नहीं हो सकता है, जबकि जानकारी या शक्ति को किसी अन्य तंत्र के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है। ट्रांसफार्मर, ऑप्टोकपलर, कैपेसिटिव आइसोलेटर, चुंबकीय आइसोलेटर, और ऑप्टिकल फाइबर लिंक ऐसे सीमाएं बनाने के विभिन्न तरीके हैं।
अलगाव अक्सर खतरनाक वोल्टेज से सुरक्षा से जुड़ा होता है, लेकिन औद्योगिक संचार में इसका उपयोग करने का एक और कारण है: सिग्नल अखंडता।
दो सर्किट अपेक्षाकृत कम वोल्टेज पर काम कर सकते हैं और फिर भी संचार समस्याओं को पैदा करने के लिए पर्याप्त ग्राउंड-पोटेंशियल अंतर या सामान्य-मोड गड़बड़ी हो सकती है।
इसलिए औद्योगिक अलगाव का उपयोग असंगत संदर्भ क्षमता को अलग करने, अवांछित ग्राउंड-वर्तमान पथों को बाधित करने, संचार वायरिंग के माध्यम से विद्युत गड़बड़ी के प्रसार को कम करने, या उच्च-वोल्टेज क्षणिकों से कम-वोल्टेज नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स की रक्षा के लिए किया जा सकता है।
उस कारण से, अलगाव अक्सर केवल बाद में जोड़े गए सुरक्षा घटक के बजाय संचार वास्तुकला का हिस्सा होता है।
विद्युत योजनाएं अक्सर ग्राउंड को एक एकल शून्य-वोल्ट नोड के रूप में दर्शाती हैं। वास्तविक औद्योगिक स्थापनाएं अधिक जटिल हैं।
ग्राउंड कंडक्टरों में प्रतिरोध और अधिष्ठापन होता है। पावर करंट कंडक्टरों, सुरक्षा-पृथ्वी नेटवर्क, कैबिनेट संरचनाओं, मशीन फ्रेम और वितरण प्रणालियों के माध्यम से प्रवाहित होते हैं। उपकरण विभिन्न आपूर्ति से संचालित हो सकते हैं या दूर स्थापित हो सकते हैं।
परिणामस्वरूप, विभिन्न उपकरणों पर “ग्राउंड” के रूप में लेबल किए गए दो बिंदु ठीक उसी तात्कालिक क्षमता पर रहने की गारंटी नहीं देते हैं।
एक नियंत्रक पर विचार करें जो एक कैबिनेट में स्थापित है और एक ड्राइव जो दूसरे में स्थापित है।
दोनों उपकरण सही ढंग से ग्राउंडेड हो सकते हैं। ग्राउंडिंग कंडक्टरों के साथ वोल्टेज ड्रॉप, साझा अधिष्ठापन के माध्यम से उच्च वर्तमान प्रवाह, बिजली वितरण में अंतर, स्विचिंग क्षणिक, या भौतिक अलगाव के कारण उनके स्थानीय ग्राउंड संदर्भ अभी भी भिन्न हो सकते हैं।
यदि इन प्रणालियों के बीच एक विद्युत संचार केबल जुड़ा हुआ है, तो यह उस पथ का हिस्सा बन सकता है जिसके माध्यम से क्षमता अंतर को बराबर करने का प्रयास करता है।
ग्राउंड पोटेंशियल अंतर ग्राउंड लूप कैसे बनाता है
एक ग्राउंड लूप तब बन सकता है जब एक से अधिक प्रवाहकीय पथ उन बिंदुओं को जोड़ते हैं जो नाममात्र रूप से ग्राउंडेड हैं लेकिन वास्तव में समान क्षमता पर नहीं हैं।
फिर करंट उन पथों के माध्यम से प्रसारित हो सकता है जो मुख्य रूप से सिग्नल संदर्भ, शील्डिंग, या संचार के लिए अभिप्रेत हैं, न कि समकारी करंट ले जाने के लिए।
परिणामी करंट संचार पथ के साथ अतिरिक्त वोल्टेज ड्रॉप बनाता है। रिसीवर अब केवल इच्छित अंतर सूचना संकेत नहीं देखता है; पूरा संकेत रिसीवर के अपने स्थानीय संदर्भ के सापेक्ष भी स्थानांतरित हो सकता है।
यह वह जगह है जहाँ ग्राउंड-पोटेंशियल अंतर एक सामान्य-मोड समस्या बन जाता है।
विद्युत रिसीवर सीमित सामान्य-मोड वातावरण के भीतर काम करते हैं।
यदि जुड़े हुए सिस्टम के बीच वोल्टेज अंतर बहुत बड़ा हो जाता है, या यदि सामान्य-मोड वोल्टेज बहुत तेज़ी से बदलता है, तो उपलब्ध सिग्नल मार्जिन कम हो सकता है। डेटा दूषित हो सकता है, सुरक्षा संरचनाएं संचालित होना शुरू कर सकती हैं, या इंटरफ़ेस घटकों को अतिरिक्त विद्युत तनाव का अनुभव हो सकता है।
ये समस्याएं अक्सर रुक-रुक कर होती हैं।
एक संचार लिंक कमीशनिंग के दौरान काम कर सकता है लेकिन अधिक उपकरण कनेक्ट होने के बाद अस्थिर हो सकता है। यह तब विफल हो सकता है जब एक बड़ा मोटर शुरू होता है या जब एक इन्वर्टर एक अलग ऑपरेटिंग स्थिति में प्रवेश करता है। प्रोटोकॉल स्वयं सही ढंग से कार्य कर रहा हो सकता है जबकि अंतिम बिंदुओं के बीच विद्युत संबंध नहीं है।
ग्राउंड-पोटेंशियल अंतर औद्योगिक विद्युत वातावरण का केवल एक हिस्सा है।
कारखानों और बिजली-इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) के मजबूत स्रोत भी होते हैं। मोटर केबल तेजी से बदलते करंट ले जाते हैं। इन्वर्टर और स्विचिंग कन्वर्टर्स तेज वोल्टेज संक्रमण बनाते हैं। कॉन्टैक्टर्स और रिले इंडक्टिव लोड को स्विच करते हैं। उच्च-वर्तमान कंडक्टर कम-स्तरीय नियंत्रण वायरिंग के करीब चल सकते हैं।
विद्युत संचार केबल इसी वातावरण के भीतर काम करते हैं।
शोर कई तंत्रों के माध्यम से एक प्रवाहकीय संचार प्रणाली में प्रवेश कर सकता है।
एक बदलता चुंबकीय क्षेत्र एक कंडक्टर लूप में वोल्टेज प्रेरित कर सकता है। एक बदलता विद्युत क्षेत्र आसन्न कंडक्टरों में ऊर्जा को कैपेसिटिव रूप से युग्मित कर सकता है। शोर साझा बिजली या ग्राउंडिंग अधिष्ठापन के माध्यम से भी प्रवेश कर सकता है।
इसलिए औद्योगिक संचार प्रणालियां डिफरेंशियल सिग्नलिंग, नियंत्रित अधिष्ठापन, शील्डिंग, ग्राउंडिंग रणनीति, फ़िल्टरिंग, सर्ज सुरक्षा, केबल रूटिंग और गैल्वेनिक अलगाव जैसी तकनीकों पर निर्भर करती हैं।
प्रत्येक समस्या के एक अलग हिस्से को संबोधित करता है।
डिफरेंशियल संचार का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि रिसीवर प्रत्येक कंडक्टर के बजाय दो कंडक्टरों के बीच वोल्टेज अंतर पर मुख्य रूप से प्रतिक्रिया करता है।
यदि एक ही गड़बड़ी दोनों लाइनों पर समान रूप से दिखाई देती है, तो इसका बहुत कुछ अस्वीकार किया जा सकता है।
व्यवहार में, हालांकि, शोर शायद ही कभी पूरी तरह से संतुलित होता है। केबल ज्यामिति, शील्डिंग, टर्मिनेशन, आवृत्ति, ग्राउंडिंग, स्थापना गुणवत्ता, और रिसीवर सामान्य-मोड क्षमता सभी परिणाम को प्रभावित करते हैं।
अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि डिफरेंशियल सिग्नलिंग स्वयं विद्युत डोमेन के बीच प्रवाहकीय पथ को समाप्त नहीं करती है।
एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया तांबे का लिंक औद्योगिक प्रणालियों में बहुत मज़बूती से प्रदर्शन कर सकता है। वास्तविक डिज़ाइन प्रश्न यह है कि क्या एप्लिकेशन दोनों विद्युत डोमेन को पूरी तरह से भौतिक रूप से जुड़े रखने से लाभान्वित होता है।
फाइबर संचार समस्या को बदलता है क्योंकि जानकारी को अब विद्युत प्रवाह या वोल्टेज के रूप में सीमा पार करने की आवश्यकता नहीं है।
एक विशिष्ट औद्योगिक ऑप्टिकल लिंक एक सरल अनुक्रम का अनुसरण करता है:
विद्युत संकेत → ऑप्टिकल ट्रांसमीटर → फाइबर → ऑप्टिकल रिसीवर → विद्युत संकेत
दोनों सिरों पर इलेक्ट्रॉनिक्स अभी भी मौजूद हैं, लेकिन ट्रांसमिशन माध्यम विद्युत संकेत के बजाय प्रकाश ले जाता है।
तांबा विद्युत गड़बड़ी क्यों ले जाता है जबकि फाइबर प्रवाहकीय पथ को तोड़ता है
मान लीजिए कि एक कम-वोल्टेज नियंत्रक एक अन्य विद्युत डोमेन में काम करने वाले उपकरण को एक कमांड भेजता है।
एक प्रत्यक्ष तांबे के कनेक्शन के साथ, दोनों सिस्टम संचार वायरिंग के माध्यम से विद्युत रूप से संबंधित हो जाते हैं।
पूरी तरह से गैर-प्रवाहकीय ऑप्टिकल पथ के साथ, कोई धातु सिग्नल कंडक्टर नहीं है जिसके माध्यम से ग्राउंड-समकारी करंट एक अंतिम बिंदु से दूसरे तक प्रवाहित हो सके।
जानकारी सीमा पार करती है, लेकिन विद्युत क्षमता को उसका पालन करने की आवश्यकता नहीं है।
यह विद्युत रिसीवर की शोर सहनशीलता को बढ़ाने से मौलिक रूप से अलग दृष्टिकोण है।
एक तांबे का कंडक्टर विद्युत प्रवाह और वोल्टेज का समर्थन करता है, इसलिए बाहरी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र सीधे संचार सर्किट के साथ बातचीत कर सकते हैं।
एक ढांकता हुआ फाइबर के अंदर ऑप्टिकल संकेत अलग है। फाइबर के साथ कोई विद्युत संकेत कंडक्टर नहीं चल रहा है जिसके लिए एक बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उसी तरह से ड्राइव कर सके।
यही कारण है कि ऑप्टिकल फाइबर विद्युत रूप से शोर वाले औद्योगिक वातावरण में अत्यधिक मूल्यवान है।
हालांकि, अंतर को बढ़ा-चढ़ाकर नहीं बताया जाना चाहिए। ट्रांसमीटर पीसीबी, रिसीवर पीसीबी, स्थानीय बिजली की आपूर्ति, कनेक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स, और आसपास के सर्किट अभी भी इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम हैं। खराब ग्राउंडिंग, कमजोर बिजली अखंडता, अपर्याप्त क्षणिक सुरक्षा, या खराब पीसीबी लेआउट अभी भी विफलता का कारण बन सकते हैं।
फाइबर एक महत्वपूर्ण युग्मन और वर्तमान पथ को हटाता है। यह अंतिम बिंदुओं पर उचित ईएमसी डिजाइन की आवश्यकता को समाप्त नहीं करता है।
ऑप्टिकल फाइबर गैल्वेनिक अलगाव बनाने का एकमात्र तरीका नहीं है।
औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स ऑप्टोकपलर, कैपेसिटिव आइसोलेटर, चुंबकीय आइसोलेटर, अलगाव ट्रांसफार्मर और अन्य तकनीकों का भी उपयोग करते हैं। ये अत्यधिक प्रभावी अलगाव प्रदान कर सकते हैं जबकि सिग्नल को पूरी तरह से पीसीबी पर या विद्युत इंटरफ़ेस के भीतर रखते हैं।
इसलिए उपयोगी तुलना यह नहीं है कि फाइबर हर विद्युत आइसोलेटर से 'बेहतर' है या नहीं।
अधिक महत्वपूर्ण प्रश्न यह है कि अलगाव सीमा कहाँ स्थित होनी चाहिए।
बोर्ड-स्तरीय अलगाव बनाम डोमेन-स्तरीय फाइबर अलगाव
एक नियंत्रक पीसीबी पर विचार करें जिसमें एक माइक्रोकंट्रोलर और एक अलग संचार इंटरफ़ेस हो।
एक डिजिटल आइसोलेटर नियंत्रक डोमेन को इंटरफ़ेस-साइड इलेक्ट्रॉनिक्स से अलग कर सकता है। बाहरी केबल विद्युत बनी हुई है, लेकिन बोर्ड वास्तुकला नियंत्रक डोमेन में स्थानीय अलगाव अवरोध को पार करने से करंट को रोकता है।
कई अनुप्रयोगों के लिए, यह बिल्कुल सही समाधान है।
विद्युत आइसोलेटर कॉम्पैक्ट, तेज, लागत प्रभावी और एकीकृत करने में आसान हो सकते हैं। उन्हें स्वचालित रूप से फाइबर से बदलने का कोई कारण नहीं है।
फाइबर तब अधिक आकर्षक हो जाता है जब आवश्यक अलगाव सीमा एक स्थानीय पीसीबी से परे फैली होती है।
संचार पथ अलमारियों के बीच, विभिन्न मशीनों के बीच, नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स और उच्च-वोल्टेज बिजली अनुभाग के बीच, या अनिश्चित ग्राउंड क्षमता और गंभीर स्विचिंग शोर वाले क्षेत्रों में चल सकता है।
इन स्थितियों में, ट्रांसमिशन माध्यम स्वयं अलगाव वास्तुकला का हिस्सा बन सकता है।
पर्यावरण के माध्यम से एक प्रवाहकीय केबल को रूट करना जारी रखते हुए एक इंटरफ़ेस को विद्युत रूप से अलग करने के बजाय, एक फाइबर लिंक अंतिम बिंदुओं के बीच भौतिक दूरी पर विद्युत अलगाव को बनाए रख सकता है।
| इंजीनियरिंग विचार | प्रत्यक्ष तांबा लिंक | विद्युत रूप से अलग तांबा इंटरफ़ेस | फाइबर-ऑप्टिक लिंक |
|---|---|---|---|
| अंतिम बिंदुओं के बीच प्रवाहकीय संकेत पथ | उपस्थित | स्थानीय अलगाव अवरोध पर बाधित | गैर-धातु फाइबर असेंबली का उपयोग करते समय ऑप्टिकल अनुभाग के पार कोई प्रवाहकीय संकेत पथ नहीं |
| संचार माध्यम के माध्यम से ग्राउंड-लूप पथ | संभव | आइसोलेटर वास्तुकला द्वारा बाधित किया जा सकता है | ऑप्टिकल अनुभाग के पार हटाया गया |
| ट्रांसमिशन माध्यम के साथ ईएमआई इंटरैक्शन | विद्युत ईएमसी नियंत्रण की आवश्यकता है | विद्युत केबल पर्यावरण के संपर्क में रहता है | ऑप्टिकल माध्यम समान प्रवाहकीय तरीके से प्रभावित नहीं होता है |
| विशिष्ट अलगाव पैमाना | समान विद्युत डोमेन | पीसीबी या इंटरफ़ेस सीमा | बोर्ड, कैबिनेट, मशीन, या विद्युत-डोमेन सीमा |
| मुख्य डिजाइन शक्ति | सरलता और व्यापक इंटरफ़ेस उपलब्धता | तांबे के बुनियादी ढांचे को बनाए रखते हुए स्थानीय गैल्वेनिक अलगाव | संचार पथ पर भौतिक विद्युत अलगाव |
ये वास्तुकला संबंधित लेकिन अलग-अलग समस्याओं को हल करते हैं। उपयुक्त विकल्प इस बात पर निर्भर करता है कि अवांछित विद्युत पथ कहाँ मौजूद है और सिस्टम को इसे कहाँ तोड़ना है।
समान विद्युत सिद्धांत कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में दिखाई देता है, भले ही उपकरण बहुत अलग दिखते हों।
औद्योगिक उच्च-वोल्टेज प्रणालियों में ऑप्टिकल अलगाव
मोटर ड्राइव कम-वोल्टेज नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स को उच्च-वर्तमान, तेजी से स्विचिंग पावर चरणों के साथ जोड़ते हैं।
नियंत्रक कमांड, स्थिति जानकारी, निदान, या प्रतिक्रिया को संभाल सकता है, जबकि इन्वर्टर चरण मोटर को पर्याप्त वोल्टेज और करंट स्विच करता है।
मोटर केबल और स्विचिंग नोड एक कठिन विद्युत चुम्बकीय वातावरण बना सकते हैं। नियंत्रण अलमारियाँ, दूरस्थ उपकरण, एनकोडर और ड्राइव सिस्टम भी थोड़े अलग ग्राउंड क्षमता पर बैठ सकते हैं।
ऑप्टिकल संचार तब उपयोगी हो सकता है जब एक नियंत्रण या प्रतिक्रिया पथ को विद्युत कनेक्शन का विस्तार किए बिना इन सीमाओं में से एक को पार करना पड़ता है।
इसका मतलब यह नहीं है कि हर सर्वो या चर-आवृत्ति ड्राइव को फाइबर की आवश्यकता होती है। छोटी आंतरिक सिग्नल को विद्युत अलगाव के साथ पूरी तरह से संभाला जा सकता है। फाइबर तब अधिक मूल्यवान हो जाता है जब भौतिक अलगाव और विद्युत-डोमेन अलगाव दोनों आवश्यकता का हिस्सा होते हैं।
ऊर्जा-भंडारण प्रणालियों में कई विद्युत डोमेन होते हैं।
बैटरी निगरानी सर्किट, संचार इलेक्ट्रॉनिक्स, नियंत्रण प्रणाली, और बिजली-रूपांतरण चरण बहुत अलग क्षमता पर काम कर सकते हैं। इन अनुभागों को अभी भी जानकारी का आदान-प्रदान करने की आवश्यकता है, जबकि अवांछित विद्युत तनाव को उनके बीच स्वतंत्र रूप से फैलने से रोका जा सके।
इसलिए गैल्वेनिक अलगाव सिस्टम वास्तुकला का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।
फाइबर तब उपयोगी हो सकता है जब संचार एक भौतिक रूप से अलग या विशेष रूप से शोर वाले विद्युत सीमा को पार करता है। इसे हर पीसी या बीएमएस कनेक्शन के लिए अनिवार्य नहीं माना जाना चाहिए। उपयुक्त विधि सिस्टम टोपोलॉजी, वोल्टेज, दूरी, बैंडविड्थ, सुरक्षा आवश्यकताओं और लागत पर निर्भर करती है।
गेट-ड्राइवर सिस्टम अलगाव समस्या को विशेष रूप से स्पष्ट रूप से दिखाते हैं।
एक कम-वोल्टेज नियंत्रक को एक पावर ट्रांजिस्टर को बताना चाहिए कि कब स्विच करना है, जबकि ट्रांजिस्टर एक स्विचिंग नोड पर बैठ सकता है जिसकी क्षमता नियंत्रक ग्राउंड के सापेक्ष तेजी से बदलती है।
आईजीबीटी, एसआई सी मोस्फेट्स और अन्य तेज पावर उपकरणों के साथ, अलगाव अवरोध को सही नियंत्रण संकेत स्थानांतरित करना जारी रखना चाहिए, जबकि इसके विद्युत डोमेन के बीच वोल्टेज तेजी से बदलता है।
यह वह जगह है जहाँ सामान्य-मोड क्षणिक प्रतिरक्षा (सीएमटीआई) महत्वपूर्ण हो जाती है। सीएमटीआई एक अलग डिवाइस की क्षमता का वर्णन करता है कि वह तेजी से सामान्य-मोड वोल्टेज संक्रमण के दौरान सही सिग्नल व्यवहार बनाए रख सके।
एक ऑप्टिकल नियंत्रण पथ एक अलग दिशा से उसी समस्या का सामना करता है।संचार पथ का एक हिस्सा दो डोमेन में फैले विद्युत संकेत के बजाय प्रकाश के रूप में ले जाया जा सकता है।
पूरे सिस्टम को अभी भी उपयुक्त अलग बिजली, उचित क्रीपेज और क्लीयरेंस, स्विचिंग सुरक्षा, पीसीबी डिजाइन, और ईएमसी नियंत्रण की आवश्यकता है। फाइबर पावर चरण में हर अलगाव आवश्यकता को नहीं, बल्कि संचार पथ को संबोधित करता है।
हर औद्योगिक ऑप्टिकल लिंक को लंबी दूरी के दूरसंचार फाइबर की आवश्यकता नहीं होती है।
मशीनों, अलमारियों, ड्राइव, स्वचालन प्रणालियों और बिजली-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अंदर, आवश्यक दूरी केवल कुछ मीटर या कुछ दसियों मीटर हो सकती है। इस सीमा के भीतर, प्लास्टिक ऑप्टिकल फाइबर (पीओएफ) विद्युत अलगाव और व्यावहारिक स्थापना विशेषताओं का एक उपयोगी संयोजन प्रदान कर सकता है।
सामान्य औद्योगिक पीओएफ पारंपरिक दूरसंचार फाइबर की तुलना में अपेक्षाकृत बड़े ऑप्टिकल कोर का उपयोग करता है।
यह ऑप्टिकल संरेखण और टर्मिनेशन को कम मांग वाला बना सकता है, जो मशीन-स्तरीय लिंक में उपयोगी है जहां स्थापना व्यावहारिकता, सर्विसिंग और कनेक्टर हैंडलिंग लंबी ट्रांसमिशन दूरी से अधिक मायने रख सकती है।
पीओएफ लचीला और हल्का भी है।
पूरे केबल निर्माण का अभी भी महत्व है। जैकेट सामग्री, यांत्रिक सुदृढीकरण, तापमान क्षमता, लौ व्यवहार, तन्यता ताकत, झुकने का प्रदर्शन, और बार-बार आंदोलन के प्रतिरोध यह निर्धारित करते हैं कि कोई केबल किसी विशेष औद्योगिक वातावरण के लिए वास्तव में उपयुक्त है या नहीं।
उस कारण से, एक औद्योगिक पीओएफ लिंक का मूल्यांकन केवल ऑप्टिकल फाइबर सामग्री द्वारा नहीं, बल्कि एक पूर्ण केबल-और-कनेक्टर प्रणाली के रूप में किया जाना चाहिए।
एक छोटा औद्योगिक ऑप्टिकल लिंक इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
नियंत्रक इलेक्ट्रॉनिक्स
→ ऑप्टिकल ट्रांसमीटर
→ पीओएफ केबल
→ ऑप्टिकल रिसीवर
→ अलग-साइड इलेक्ट्रॉनिक्स
छोटी दूरी पीओएफ अलगाव लिंक वास्तुकला
दोनों सिरों पर इलेक्ट्रॉनिक्स को अभी भी स्थानीय बिजली की आवश्यकता होती है।
अलगाव लाभ दो डोमेन के बीच एक प्रवाहकीय संचार पथ की अनुपस्थिति से आता है।
चयनित ट्रांसीवर और इंटरफ़ेस वास्तुकला के आधार पर, यह प्रकार का लिंक नियंत्रण कमांड, स्थिति जानकारी, सीरियल डेटा, या अन्य छोटी दूरी के औद्योगिक संकेतों को ले जा सकता है।
ऑप्टिकल फाइबर का मूल्यांकन मुख्य रूप से ट्रांसमिशन दूरी से करना आसान है।
उस दृष्टिकोण से, एक छोटी सी कनेक्शन के लिए फाइबर का उपयोग करना अनावश्यक लग सकता है जब तांबा उसी दूरी पर आवश्यक डेटा को आसानी से ले जा सकता है।
लेकिन दूरी वास्तविक इंजीनियरिंग समस्या नहीं हो सकती है।
यदि वे कुछ मीटर विभिन्न ग्राउंड डोमेन को पार करते हैं, एक उच्च-शक्ति इन्वर्टर के बगल से गुजरते हैं, एक नियंत्रण कैबिनेट को एक स्विचिंग चरण से जोड़ते हैं, या उपकरणों के बीच एक अवांछित वर्तमान पथ बनाते हैं, तो ऑप्टिकल लिंक का मूल्य पहुंच के बजाय विद्युत अलगाव से आता है।
इसलिए एक छोटा ऑप्टिकल लिंक एक सिस्टम-स्तरीय समस्या को हल कर सकता है जिसका अधिकतम ट्रांसमिशन दूरी से बहुत कम लेना-देना है।
पीओएफ की भी स्पष्ट सीमाएं हैं।
लंबी दूरी, उच्च डेटा दर, सख्त ऑप्टिकल-हानि आवश्यकताएं, ऊंचा तापमान, पर्यावरणीय जोखिम, कनेक्टर वास्तुकला, और सिस्टम लिंक मार्जिन अन्य ऑप्टिकल मीडिया जैसे हार्ड-क्लाड सिलिका, पॉलीमर-क्लाड सिलिका, या पारंपरिक ग्लास फाइबर का पक्ष ले सकते हैं।
निर्णय एक फाइबर प्रकार की प्राथमिकता के बजाय आवेदन आवश्यकताओं के साथ शुरू होना चाहिए।
एक छोटी मशीन-स्तरीय अलगाव लिंक के लिए, पीओएफ बहुत व्यावहारिक हो सकता है। एक लंबी औद्योगिक रीढ़ या बहुत उच्च गति कनेक्शन के लिए, एक अन्य ऑप्टिकल माध्यम अधिक उपयुक्त हो सकता है।
निर्णय केबल सामग्री के साथ नहीं, बल्कि विद्युत सीमा के साथ शुरू होना चाहिए।
सबसे पहले, यह निर्धारित करें कि क्या दोनों अंतिम बिंदु वास्तव में एक ही स्थिर संदर्भ क्षमता साझा करते हैं। विभिन्न आपूर्ति से संचालित उपकरण, विभिन्न अलमारियों में स्थापित, या विभिन्न ग्राउंडिंग बिंदुओं से जुड़े हुए नहीं हो सकते हैं।
इसके बाद, शोर वातावरण की जांच करें। मोटर ड्राइव, कॉन्टैक्टर्स, इन्वर्टर स्विचिंग नोड्स, उच्च-वर्तमान केबल, डीसी/डीसी कन्वर्टर्स, आईजीबीटी मॉड्यूल, एसआई सी पावर चरण, और इंडक्टिव लोड सभी एक विद्युत संचार लिंक पर तनाव बढ़ा सकते हैं।
अलगाव सीमा का भौतिक स्थान समान रूप से महत्वपूर्ण है। यदि समस्या केवल एक छोटे पीसीबी सीमा पर मौजूद है, तो एक डिजिटल आइसोलेटर या ऑप्टोकपलर सबसे सरल समाधान हो सकता है। यदि संचार पथ अलमारियों, मशीनों, उच्च-वोल्टेज क्षेत्रों, या अनिश्चित ग्राउंड डोमेन को पार करता है, तो अलगाव सीमा को ट्रांसमिशन माध्यम में ले जाने से अतिरिक्त मूल्य मिल सकता है।
संचार आवश्यकताओं पर अलगाव के साथ-साथ विचार किया जाना चाहिए। डेटा दर, विलंबता, लिंक दूरी, तापमान, केबल आंदोलन, झुकने की आवश्यकताएं, कनेक्टर स्थायित्व, रखरखाव विधि, ऑप्टिकल पावर बजट, और विफलता व्यवहार सभी अंतिम वास्तुकला को प्रभावित करते हैं।
इसलिए विकल्प केवल तांबा बनाम फाइबर नहीं है। यह प्रत्यक्ष विद्युत संचार, विद्युत रूप से अलग तांबे के संचार, पीओएफ, एचसीएस/पीसीएस, या ग्लास फाइबर के बीच एक निर्णय है जो वास्तविक विद्युत और संचार सीमा पर आधारित है।
औद्योगिक फाइबर को केवल तांबे के तेज संस्करण के रूप में नहीं समझा जाना चाहिए।
कई नियंत्रण प्रणालियों में, इसका सबसे महत्वपूर्ण गुण अधिक मौलिक है: प्रकाश जानकारी को उन स्थानों के बीच ले जा सकता है जिनके लिए उन स्थानों को संचार माध्यम के माध्यम से विद्युत रूप से जुड़े होने की आवश्यकता नहीं है।
यह तब मायने रखता है जब ग्राउंड क्षमताएं भिन्न होती हैं। यह तब मायने रखता है जब अवांछित करंट अन्यथा संचार वायरिंग के माध्यम से प्रसारित होगा। यह तब मायने रखता है जब उच्च-शक्ति स्विचिंग कठिन सामान्य-मोड और ईएमआई स्थितियां पैदा करती है। यह तब भी मायने रखता है जब एक नियंत्रक को एक भौतिक उच्च-वोल्टेज सीमा पार संवाद करना पड़ता है।
विद्युत आइसोलेटर, डिफरेंशियल इंटरफेस, शील्डिंग, फ़िल्टरिंग, सर्ज सुरक्षा, और सावधानीपूर्वक ग्राउंडिंग आवश्यक इंजीनियरिंग उपकरण बने हुए हैं। फाइबर उन्हें सार्वभौमिक रूप से प्रतिस्थापित नहीं करता है।
यह एक और वास्तुकला विकल्प प्रदान करता है: प्रवाहकीय संकेत पथ को पूरी तरह से हटा दें।
लंबी दूरी या उच्च-बैंडविड्थ प्रणालियों के लिए, यह ऑप्टिकल फाइबर के परिचित ट्रांसमिशन लाभों के साथ मिलकर आ सकता है। हालांकि, छोटी औद्योगिक लिंक के लिए, मुख्य लाभ बहुत सरल हो सकता है:
संकेत सीमा पार करता है, जबकि ग्राउंड नहीं करता है।
ऑप्टिकल अलगाव डेटा या नियंत्रण संकेतों को विद्युत डोमेन के बीच पार करने की अनुमति देता है, बिना उनके बीच प्रवाहकीय संचार पथ की आवश्यकता के। यह ग्राउंड-लूप पथों को बाधित करने, ग्राउंड-पोटेंशियल अंतर के प्रभाव को कम करने और संचार केबल को शोर वाले या उच्च-वोल्टेज अनुभागों के बीच एक और विद्युत कनेक्शन बनने से रोकने में मदद कर सकता है।
ग्राउंड लूप के लिए करंट के प्रसारित होने के लिए एक प्रवाहकीय बंद पथ की आवश्यकता होती है। जब दो अंतिम बिंदु प्रासंगिक सीमा के पार केवल गैर-प्रवाहकीय ऑप्टिकल
जब इंजीनियर फाइबर ऑप्टिक्स के बारे में सोचते हैं, तो उच्च बैंडविड्थ और लंबी ट्रांसमिशन दूरी अक्सर पहले लाभ होते हैं जो दिमाग में आते हैं। हालांकि, औद्योगिक प्रणालियों में, इनमें से कोई भी फाइबर का उपयोग करने का मुख्य कारण नहीं हो सकता है।
एक नियंत्रण संकेत को मशीन के अंदर, दो अलमारियों के बीच, या एक नियंत्रक से बिजली-रूपांतरण चरण तक केवल कुछ मीटर की यात्रा करने की आवश्यकता हो सकती है। आवश्यक डेटा दर भी अपेक्षाकृत मामूली हो सकती है। फिर भी एक ऑप्टिकल लिंक अभी भी एक महत्वपूर्ण सिस्टम-स्तरीय लाभ प्रदान कर सकता है: जानकारी विद्युत डोमेन के बीच पार कर सकती है बिना संचार माध्यम को स्वयं उनके बीच एक प्रवाहकीय विद्युत पथ बनाने की आवश्यकता के।
यह अंतर चर-आवृत्ति ड्राइव, सर्वो सिस्टम, स्विचिंग पावर कन्वर्टर्स, कॉन्टैक्टर्स, बड़े मोटर्स, ऊर्जा-भंडारण उपकरण, और उच्च-वोल्टेज आईजीबीटी या एसआई सी पावर चरणों वाले वातावरण में मायने रखता है। विभिन्न ग्राउंड क्षमताएं, सामान्य-मोड गड़बड़ी, स्विचिंग क्षणिक, और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप सभी विद्युत रूप से जुड़े संचार लिंक को प्रबंधित करना अधिक कठिन बना सकते हैं।
इसलिए औद्योगिक ऑप्टिकल अलगाव को समझना एक मौलिक इंजीनियरिंग समस्या से शुरू होता है: दो उपकरणों को जानकारी का आदान-प्रदान करने की आवश्यकता हो सकती है, भले ही वे एक ही विद्युत वातावरण में काम न करें।
औद्योगिक प्रणाली में ऑप्टिकल अलगाव अलग-अलग विद्युत डोमेन के बीच नियंत्रण या डेटा संकेतों का हस्तांतरण है, बिना उनके बीच प्रवाहकीय संकेत पथ की आवश्यकता के। संकेत को विद्युत रूप से प्रकाश में परिवर्तित किया जाता है, एक ऑप्टिकल माध्यम से प्रेषित किया जाता है, और प्राप्त करने वाली तरफ वापस विद्युत संकेत में परिवर्तित किया जाता है।
महत्वपूर्ण बात केवल यह नहीं है कि संकेत ऑप्टिकल हो जाता है। संचार पथ को स्वयं दो अंतिम बिंदुओं को विद्युत रूप से जोड़ने की आवश्यकता नहीं है।
एक पारंपरिक विद्युत लिंक सामान्यतः उपकरणों के बीच कंडक्टरों का उपयोग करता है। इंटरफ़ेस के आधार पर, इनमें सिग्नल तार, संदर्भ कंडक्टर, शील्ड, या संचार प्रणाली से जुड़े अन्य प्रवाहकीय पथ शामिल हो सकते हैं। यदि दो उपकरण अलग-अलग विद्युत क्षमता पर बैठे हैं, तो संचार वायरिंग अवांछित वर्तमान या वोल्टेज के हस्तांतरण के माध्यम से पथ का हिस्सा बन सकती है।
एक ऑप्टिकल लिंक उस संबंध को बदलता है। एक तरफ इलेक्ट्रॉनिक्स एक ऑप्टिकल ट्रांसमीटर को ड्राइव करते हैं। प्रकाश फाइबर के माध्यम से यात्रा करता है। दूसरी तरफ एक ऑप्टिकल रिसीवर प्रकाश को वापस एक विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है।
जब फाइबर लिंक में अलगाव सीमा के पार कोई प्रवाहकीय पथ नहीं होता है, तो दो इलेक्ट्रॉनिक पक्षों को ट्रांसमिशन माध्यम के माध्यम से सिग्नल कंडक्टर या सामान्य विद्युत संदर्भ साझा करने की आवश्यकता नहीं होती है।
सिग्नल कंडीशनिंग और गैल्वेनिक अलगाव अलग-अलग समस्याओं को हल करते हैं।
फ़िल्टरिंग अवांछित आवृत्ति घटकों को कम कर सकती है। डिफरेंशियल सिग्नलिंग उन गड़बड़ियों की अस्वीकृति में सुधार कर सकती है जो दोनों सिग्नल कंडक्टरों पर समान रूप से दिखाई देती हैं। शील्डिंग विद्युत चुम्बकीय युग्मन को कम कर सकती है। सर्ज-सुरक्षा घटक क्षणिक तनाव को सीमित कर सकते हैं।
इन सभी तकनीकों का मूल्य है, लेकिन वे स्वचालित रूप से दो विद्युत डोमेन को अलग नहीं करते हैं।
गैल्वेनिक अलगावका अर्थ है कि सामान्य विद्युत प्रवाह अलगाव अवरोध के पार सीधे प्रवाहित नहीं हो सकता है, जबकि जानकारी या शक्ति को किसी अन्य तंत्र के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है। ट्रांसफार्मर, ऑप्टोकपलर, कैपेसिटिव आइसोलेटर, चुंबकीय आइसोलेटर, और ऑप्टिकल फाइबर लिंक ऐसे सीमाएं बनाने के विभिन्न तरीके हैं।
अलगाव अक्सर खतरनाक वोल्टेज से सुरक्षा से जुड़ा होता है, लेकिन औद्योगिक संचार में इसका उपयोग करने का एक और कारण है: सिग्नल अखंडता।
दो सर्किट अपेक्षाकृत कम वोल्टेज पर काम कर सकते हैं और फिर भी संचार समस्याओं को पैदा करने के लिए पर्याप्त ग्राउंड-पोटेंशियल अंतर या सामान्य-मोड गड़बड़ी हो सकती है।
इसलिए औद्योगिक अलगाव का उपयोग असंगत संदर्भ क्षमता को अलग करने, अवांछित ग्राउंड-वर्तमान पथों को बाधित करने, संचार वायरिंग के माध्यम से विद्युत गड़बड़ी के प्रसार को कम करने, या उच्च-वोल्टेज क्षणिकों से कम-वोल्टेज नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स की रक्षा के लिए किया जा सकता है।
उस कारण से, अलगाव अक्सर केवल बाद में जोड़े गए सुरक्षा घटक के बजाय संचार वास्तुकला का हिस्सा होता है।
विद्युत योजनाएं अक्सर ग्राउंड को एक एकल शून्य-वोल्ट नोड के रूप में दर्शाती हैं। वास्तविक औद्योगिक स्थापनाएं अधिक जटिल हैं।
ग्राउंड कंडक्टरों में प्रतिरोध और अधिष्ठापन होता है। पावर करंट कंडक्टरों, सुरक्षा-पृथ्वी नेटवर्क, कैबिनेट संरचनाओं, मशीन फ्रेम और वितरण प्रणालियों के माध्यम से प्रवाहित होते हैं। उपकरण विभिन्न आपूर्ति से संचालित हो सकते हैं या दूर स्थापित हो सकते हैं।
परिणामस्वरूप, विभिन्न उपकरणों पर “ग्राउंड” के रूप में लेबल किए गए दो बिंदु ठीक उसी तात्कालिक क्षमता पर रहने की गारंटी नहीं देते हैं।
एक नियंत्रक पर विचार करें जो एक कैबिनेट में स्थापित है और एक ड्राइव जो दूसरे में स्थापित है।
दोनों उपकरण सही ढंग से ग्राउंडेड हो सकते हैं। ग्राउंडिंग कंडक्टरों के साथ वोल्टेज ड्रॉप, साझा अधिष्ठापन के माध्यम से उच्च वर्तमान प्रवाह, बिजली वितरण में अंतर, स्विचिंग क्षणिक, या भौतिक अलगाव के कारण उनके स्थानीय ग्राउंड संदर्भ अभी भी भिन्न हो सकते हैं।
यदि इन प्रणालियों के बीच एक विद्युत संचार केबल जुड़ा हुआ है, तो यह उस पथ का हिस्सा बन सकता है जिसके माध्यम से क्षमता अंतर को बराबर करने का प्रयास करता है।
ग्राउंड पोटेंशियल अंतर ग्राउंड लूप कैसे बनाता है
एक ग्राउंड लूप तब बन सकता है जब एक से अधिक प्रवाहकीय पथ उन बिंदुओं को जोड़ते हैं जो नाममात्र रूप से ग्राउंडेड हैं लेकिन वास्तव में समान क्षमता पर नहीं हैं।
फिर करंट उन पथों के माध्यम से प्रसारित हो सकता है जो मुख्य रूप से सिग्नल संदर्भ, शील्डिंग, या संचार के लिए अभिप्रेत हैं, न कि समकारी करंट ले जाने के लिए।
परिणामी करंट संचार पथ के साथ अतिरिक्त वोल्टेज ड्रॉप बनाता है। रिसीवर अब केवल इच्छित अंतर सूचना संकेत नहीं देखता है; पूरा संकेत रिसीवर के अपने स्थानीय संदर्भ के सापेक्ष भी स्थानांतरित हो सकता है।
यह वह जगह है जहाँ ग्राउंड-पोटेंशियल अंतर एक सामान्य-मोड समस्या बन जाता है।
विद्युत रिसीवर सीमित सामान्य-मोड वातावरण के भीतर काम करते हैं।
यदि जुड़े हुए सिस्टम के बीच वोल्टेज अंतर बहुत बड़ा हो जाता है, या यदि सामान्य-मोड वोल्टेज बहुत तेज़ी से बदलता है, तो उपलब्ध सिग्नल मार्जिन कम हो सकता है। डेटा दूषित हो सकता है, सुरक्षा संरचनाएं संचालित होना शुरू कर सकती हैं, या इंटरफ़ेस घटकों को अतिरिक्त विद्युत तनाव का अनुभव हो सकता है।
ये समस्याएं अक्सर रुक-रुक कर होती हैं।
एक संचार लिंक कमीशनिंग के दौरान काम कर सकता है लेकिन अधिक उपकरण कनेक्ट होने के बाद अस्थिर हो सकता है। यह तब विफल हो सकता है जब एक बड़ा मोटर शुरू होता है या जब एक इन्वर्टर एक अलग ऑपरेटिंग स्थिति में प्रवेश करता है। प्रोटोकॉल स्वयं सही ढंग से कार्य कर रहा हो सकता है जबकि अंतिम बिंदुओं के बीच विद्युत संबंध नहीं है।
ग्राउंड-पोटेंशियल अंतर औद्योगिक विद्युत वातावरण का केवल एक हिस्सा है।
कारखानों और बिजली-इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) के मजबूत स्रोत भी होते हैं। मोटर केबल तेजी से बदलते करंट ले जाते हैं। इन्वर्टर और स्विचिंग कन्वर्टर्स तेज वोल्टेज संक्रमण बनाते हैं। कॉन्टैक्टर्स और रिले इंडक्टिव लोड को स्विच करते हैं। उच्च-वर्तमान कंडक्टर कम-स्तरीय नियंत्रण वायरिंग के करीब चल सकते हैं।
विद्युत संचार केबल इसी वातावरण के भीतर काम करते हैं।
शोर कई तंत्रों के माध्यम से एक प्रवाहकीय संचार प्रणाली में प्रवेश कर सकता है।
एक बदलता चुंबकीय क्षेत्र एक कंडक्टर लूप में वोल्टेज प्रेरित कर सकता है। एक बदलता विद्युत क्षेत्र आसन्न कंडक्टरों में ऊर्जा को कैपेसिटिव रूप से युग्मित कर सकता है। शोर साझा बिजली या ग्राउंडिंग अधिष्ठापन के माध्यम से भी प्रवेश कर सकता है।
इसलिए औद्योगिक संचार प्रणालियां डिफरेंशियल सिग्नलिंग, नियंत्रित अधिष्ठापन, शील्डिंग, ग्राउंडिंग रणनीति, फ़िल्टरिंग, सर्ज सुरक्षा, केबल रूटिंग और गैल्वेनिक अलगाव जैसी तकनीकों पर निर्भर करती हैं।
प्रत्येक समस्या के एक अलग हिस्से को संबोधित करता है।
डिफरेंशियल संचार का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि रिसीवर प्रत्येक कंडक्टर के बजाय दो कंडक्टरों के बीच वोल्टेज अंतर पर मुख्य रूप से प्रतिक्रिया करता है।
यदि एक ही गड़बड़ी दोनों लाइनों पर समान रूप से दिखाई देती है, तो इसका बहुत कुछ अस्वीकार किया जा सकता है।
व्यवहार में, हालांकि, शोर शायद ही कभी पूरी तरह से संतुलित होता है। केबल ज्यामिति, शील्डिंग, टर्मिनेशन, आवृत्ति, ग्राउंडिंग, स्थापना गुणवत्ता, और रिसीवर सामान्य-मोड क्षमता सभी परिणाम को प्रभावित करते हैं।
अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि डिफरेंशियल सिग्नलिंग स्वयं विद्युत डोमेन के बीच प्रवाहकीय पथ को समाप्त नहीं करती है।
एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया तांबे का लिंक औद्योगिक प्रणालियों में बहुत मज़बूती से प्रदर्शन कर सकता है। वास्तविक डिज़ाइन प्रश्न यह है कि क्या एप्लिकेशन दोनों विद्युत डोमेन को पूरी तरह से भौतिक रूप से जुड़े रखने से लाभान्वित होता है।
फाइबर संचार समस्या को बदलता है क्योंकि जानकारी को अब विद्युत प्रवाह या वोल्टेज के रूप में सीमा पार करने की आवश्यकता नहीं है।
एक विशिष्ट औद्योगिक ऑप्टिकल लिंक एक सरल अनुक्रम का अनुसरण करता है:
विद्युत संकेत → ऑप्टिकल ट्रांसमीटर → फाइबर → ऑप्टिकल रिसीवर → विद्युत संकेत
दोनों सिरों पर इलेक्ट्रॉनिक्स अभी भी मौजूद हैं, लेकिन ट्रांसमिशन माध्यम विद्युत संकेत के बजाय प्रकाश ले जाता है।
तांबा विद्युत गड़बड़ी क्यों ले जाता है जबकि फाइबर प्रवाहकीय पथ को तोड़ता है
मान लीजिए कि एक कम-वोल्टेज नियंत्रक एक अन्य विद्युत डोमेन में काम करने वाले उपकरण को एक कमांड भेजता है।
एक प्रत्यक्ष तांबे के कनेक्शन के साथ, दोनों सिस्टम संचार वायरिंग के माध्यम से विद्युत रूप से संबंधित हो जाते हैं।
पूरी तरह से गैर-प्रवाहकीय ऑप्टिकल पथ के साथ, कोई धातु सिग्नल कंडक्टर नहीं है जिसके माध्यम से ग्राउंड-समकारी करंट एक अंतिम बिंदु से दूसरे तक प्रवाहित हो सके।
जानकारी सीमा पार करती है, लेकिन विद्युत क्षमता को उसका पालन करने की आवश्यकता नहीं है।
यह विद्युत रिसीवर की शोर सहनशीलता को बढ़ाने से मौलिक रूप से अलग दृष्टिकोण है।
एक तांबे का कंडक्टर विद्युत प्रवाह और वोल्टेज का समर्थन करता है, इसलिए बाहरी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र सीधे संचार सर्किट के साथ बातचीत कर सकते हैं।
एक ढांकता हुआ फाइबर के अंदर ऑप्टिकल संकेत अलग है। फाइबर के साथ कोई विद्युत संकेत कंडक्टर नहीं चल रहा है जिसके लिए एक बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उसी तरह से ड्राइव कर सके।
यही कारण है कि ऑप्टिकल फाइबर विद्युत रूप से शोर वाले औद्योगिक वातावरण में अत्यधिक मूल्यवान है।
हालांकि, अंतर को बढ़ा-चढ़ाकर नहीं बताया जाना चाहिए। ट्रांसमीटर पीसीबी, रिसीवर पीसीबी, स्थानीय बिजली की आपूर्ति, कनेक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स, और आसपास के सर्किट अभी भी इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम हैं। खराब ग्राउंडिंग, कमजोर बिजली अखंडता, अपर्याप्त क्षणिक सुरक्षा, या खराब पीसीबी लेआउट अभी भी विफलता का कारण बन सकते हैं।
फाइबर एक महत्वपूर्ण युग्मन और वर्तमान पथ को हटाता है। यह अंतिम बिंदुओं पर उचित ईएमसी डिजाइन की आवश्यकता को समाप्त नहीं करता है।
ऑप्टिकल फाइबर गैल्वेनिक अलगाव बनाने का एकमात्र तरीका नहीं है।
औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स ऑप्टोकपलर, कैपेसिटिव आइसोलेटर, चुंबकीय आइसोलेटर, अलगाव ट्रांसफार्मर और अन्य तकनीकों का भी उपयोग करते हैं। ये अत्यधिक प्रभावी अलगाव प्रदान कर सकते हैं जबकि सिग्नल को पूरी तरह से पीसीबी पर या विद्युत इंटरफ़ेस के भीतर रखते हैं।
इसलिए उपयोगी तुलना यह नहीं है कि फाइबर हर विद्युत आइसोलेटर से 'बेहतर' है या नहीं।
अधिक महत्वपूर्ण प्रश्न यह है कि अलगाव सीमा कहाँ स्थित होनी चाहिए।
बोर्ड-स्तरीय अलगाव बनाम डोमेन-स्तरीय फाइबर अलगाव
एक नियंत्रक पीसीबी पर विचार करें जिसमें एक माइक्रोकंट्रोलर और एक अलग संचार इंटरफ़ेस हो।
एक डिजिटल आइसोलेटर नियंत्रक डोमेन को इंटरफ़ेस-साइड इलेक्ट्रॉनिक्स से अलग कर सकता है। बाहरी केबल विद्युत बनी हुई है, लेकिन बोर्ड वास्तुकला नियंत्रक डोमेन में स्थानीय अलगाव अवरोध को पार करने से करंट को रोकता है।
कई अनुप्रयोगों के लिए, यह बिल्कुल सही समाधान है।
विद्युत आइसोलेटर कॉम्पैक्ट, तेज, लागत प्रभावी और एकीकृत करने में आसान हो सकते हैं। उन्हें स्वचालित रूप से फाइबर से बदलने का कोई कारण नहीं है।
फाइबर तब अधिक आकर्षक हो जाता है जब आवश्यक अलगाव सीमा एक स्थानीय पीसीबी से परे फैली होती है।
संचार पथ अलमारियों के बीच, विभिन्न मशीनों के बीच, नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स और उच्च-वोल्टेज बिजली अनुभाग के बीच, या अनिश्चित ग्राउंड क्षमता और गंभीर स्विचिंग शोर वाले क्षेत्रों में चल सकता है।
इन स्थितियों में, ट्रांसमिशन माध्यम स्वयं अलगाव वास्तुकला का हिस्सा बन सकता है।
पर्यावरण के माध्यम से एक प्रवाहकीय केबल को रूट करना जारी रखते हुए एक इंटरफ़ेस को विद्युत रूप से अलग करने के बजाय, एक फाइबर लिंक अंतिम बिंदुओं के बीच भौतिक दूरी पर विद्युत अलगाव को बनाए रख सकता है।
| इंजीनियरिंग विचार | प्रत्यक्ष तांबा लिंक | विद्युत रूप से अलग तांबा इंटरफ़ेस | फाइबर-ऑप्टिक लिंक |
|---|---|---|---|
| अंतिम बिंदुओं के बीच प्रवाहकीय संकेत पथ | उपस्थित | स्थानीय अलगाव अवरोध पर बाधित | गैर-धातु फाइबर असेंबली का उपयोग करते समय ऑप्टिकल अनुभाग के पार कोई प्रवाहकीय संकेत पथ नहीं |
| संचार माध्यम के माध्यम से ग्राउंड-लूप पथ | संभव | आइसोलेटर वास्तुकला द्वारा बाधित किया जा सकता है | ऑप्टिकल अनुभाग के पार हटाया गया |
| ट्रांसमिशन माध्यम के साथ ईएमआई इंटरैक्शन | विद्युत ईएमसी नियंत्रण की आवश्यकता है | विद्युत केबल पर्यावरण के संपर्क में रहता है | ऑप्टिकल माध्यम समान प्रवाहकीय तरीके से प्रभावित नहीं होता है |
| विशिष्ट अलगाव पैमाना | समान विद्युत डोमेन | पीसीबी या इंटरफ़ेस सीमा | बोर्ड, कैबिनेट, मशीन, या विद्युत-डोमेन सीमा |
| मुख्य डिजाइन शक्ति | सरलता और व्यापक इंटरफ़ेस उपलब्धता | तांबे के बुनियादी ढांचे को बनाए रखते हुए स्थानीय गैल्वेनिक अलगाव | संचार पथ पर भौतिक विद्युत अलगाव |
ये वास्तुकला संबंधित लेकिन अलग-अलग समस्याओं को हल करते हैं। उपयुक्त विकल्प इस बात पर निर्भर करता है कि अवांछित विद्युत पथ कहाँ मौजूद है और सिस्टम को इसे कहाँ तोड़ना है।
समान विद्युत सिद्धांत कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में दिखाई देता है, भले ही उपकरण बहुत अलग दिखते हों।
औद्योगिक उच्च-वोल्टेज प्रणालियों में ऑप्टिकल अलगाव
मोटर ड्राइव कम-वोल्टेज नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स को उच्च-वर्तमान, तेजी से स्विचिंग पावर चरणों के साथ जोड़ते हैं।
नियंत्रक कमांड, स्थिति जानकारी, निदान, या प्रतिक्रिया को संभाल सकता है, जबकि इन्वर्टर चरण मोटर को पर्याप्त वोल्टेज और करंट स्विच करता है।
मोटर केबल और स्विचिंग नोड एक कठिन विद्युत चुम्बकीय वातावरण बना सकते हैं। नियंत्रण अलमारियाँ, दूरस्थ उपकरण, एनकोडर और ड्राइव सिस्टम भी थोड़े अलग ग्राउंड क्षमता पर बैठ सकते हैं।
ऑप्टिकल संचार तब उपयोगी हो सकता है जब एक नियंत्रण या प्रतिक्रिया पथ को विद्युत कनेक्शन का विस्तार किए बिना इन सीमाओं में से एक को पार करना पड़ता है।
इसका मतलब यह नहीं है कि हर सर्वो या चर-आवृत्ति ड्राइव को फाइबर की आवश्यकता होती है। छोटी आंतरिक सिग्नल को विद्युत अलगाव के साथ पूरी तरह से संभाला जा सकता है। फाइबर तब अधिक मूल्यवान हो जाता है जब भौतिक अलगाव और विद्युत-डोमेन अलगाव दोनों आवश्यकता का हिस्सा होते हैं।
ऊर्जा-भंडारण प्रणालियों में कई विद्युत डोमेन होते हैं।
बैटरी निगरानी सर्किट, संचार इलेक्ट्रॉनिक्स, नियंत्रण प्रणाली, और बिजली-रूपांतरण चरण बहुत अलग क्षमता पर काम कर सकते हैं। इन अनुभागों को अभी भी जानकारी का आदान-प्रदान करने की आवश्यकता है, जबकि अवांछित विद्युत तनाव को उनके बीच स्वतंत्र रूप से फैलने से रोका जा सके।
इसलिए गैल्वेनिक अलगाव सिस्टम वास्तुकला का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।
फाइबर तब उपयोगी हो सकता है जब संचार एक भौतिक रूप से अलग या विशेष रूप से शोर वाले विद्युत सीमा को पार करता है। इसे हर पीसी या बीएमएस कनेक्शन के लिए अनिवार्य नहीं माना जाना चाहिए। उपयुक्त विधि सिस्टम टोपोलॉजी, वोल्टेज, दूरी, बैंडविड्थ, सुरक्षा आवश्यकताओं और लागत पर निर्भर करती है।
गेट-ड्राइवर सिस्टम अलगाव समस्या को विशेष रूप से स्पष्ट रूप से दिखाते हैं।
एक कम-वोल्टेज नियंत्रक को एक पावर ट्रांजिस्टर को बताना चाहिए कि कब स्विच करना है, जबकि ट्रांजिस्टर एक स्विचिंग नोड पर बैठ सकता है जिसकी क्षमता नियंत्रक ग्राउंड के सापेक्ष तेजी से बदलती है।
आईजीबीटी, एसआई सी मोस्फेट्स और अन्य तेज पावर उपकरणों के साथ, अलगाव अवरोध को सही नियंत्रण संकेत स्थानांतरित करना जारी रखना चाहिए, जबकि इसके विद्युत डोमेन के बीच वोल्टेज तेजी से बदलता है।
यह वह जगह है जहाँ सामान्य-मोड क्षणिक प्रतिरक्षा (सीएमटीआई) महत्वपूर्ण हो जाती है। सीएमटीआई एक अलग डिवाइस की क्षमता का वर्णन करता है कि वह तेजी से सामान्य-मोड वोल्टेज संक्रमण के दौरान सही सिग्नल व्यवहार बनाए रख सके।
एक ऑप्टिकल नियंत्रण पथ एक अलग दिशा से उसी समस्या का सामना करता है।संचार पथ का एक हिस्सा दो डोमेन में फैले विद्युत संकेत के बजाय प्रकाश के रूप में ले जाया जा सकता है।
पूरे सिस्टम को अभी भी उपयुक्त अलग बिजली, उचित क्रीपेज और क्लीयरेंस, स्विचिंग सुरक्षा, पीसीबी डिजाइन, और ईएमसी नियंत्रण की आवश्यकता है। फाइबर पावर चरण में हर अलगाव आवश्यकता को नहीं, बल्कि संचार पथ को संबोधित करता है।
हर औद्योगिक ऑप्टिकल लिंक को लंबी दूरी के दूरसंचार फाइबर की आवश्यकता नहीं होती है।
मशीनों, अलमारियों, ड्राइव, स्वचालन प्रणालियों और बिजली-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अंदर, आवश्यक दूरी केवल कुछ मीटर या कुछ दसियों मीटर हो सकती है। इस सीमा के भीतर, प्लास्टिक ऑप्टिकल फाइबर (पीओएफ) विद्युत अलगाव और व्यावहारिक स्थापना विशेषताओं का एक उपयोगी संयोजन प्रदान कर सकता है।
सामान्य औद्योगिक पीओएफ पारंपरिक दूरसंचार फाइबर की तुलना में अपेक्षाकृत बड़े ऑप्टिकल कोर का उपयोग करता है।
यह ऑप्टिकल संरेखण और टर्मिनेशन को कम मांग वाला बना सकता है, जो मशीन-स्तरीय लिंक में उपयोगी है जहां स्थापना व्यावहारिकता, सर्विसिंग और कनेक्टर हैंडलिंग लंबी ट्रांसमिशन दूरी से अधिक मायने रख सकती है।
पीओएफ लचीला और हल्का भी है।
पूरे केबल निर्माण का अभी भी महत्व है। जैकेट सामग्री, यांत्रिक सुदृढीकरण, तापमान क्षमता, लौ व्यवहार, तन्यता ताकत, झुकने का प्रदर्शन, और बार-बार आंदोलन के प्रतिरोध यह निर्धारित करते हैं कि कोई केबल किसी विशेष औद्योगिक वातावरण के लिए वास्तव में उपयुक्त है या नहीं।
उस कारण से, एक औद्योगिक पीओएफ लिंक का मूल्यांकन केवल ऑप्टिकल फाइबर सामग्री द्वारा नहीं, बल्कि एक पूर्ण केबल-और-कनेक्टर प्रणाली के रूप में किया जाना चाहिए।
एक छोटा औद्योगिक ऑप्टिकल लिंक इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
नियंत्रक इलेक्ट्रॉनिक्स
→ ऑप्टिकल ट्रांसमीटर
→ पीओएफ केबल
→ ऑप्टिकल रिसीवर
→ अलग-साइड इलेक्ट्रॉनिक्स
छोटी दूरी पीओएफ अलगाव लिंक वास्तुकला
दोनों सिरों पर इलेक्ट्रॉनिक्स को अभी भी स्थानीय बिजली की आवश्यकता होती है।
अलगाव लाभ दो डोमेन के बीच एक प्रवाहकीय संचार पथ की अनुपस्थिति से आता है।
चयनित ट्रांसीवर और इंटरफ़ेस वास्तुकला के आधार पर, यह प्रकार का लिंक नियंत्रण कमांड, स्थिति जानकारी, सीरियल डेटा, या अन्य छोटी दूरी के औद्योगिक संकेतों को ले जा सकता है।
ऑप्टिकल फाइबर का मूल्यांकन मुख्य रूप से ट्रांसमिशन दूरी से करना आसान है।
उस दृष्टिकोण से, एक छोटी सी कनेक्शन के लिए फाइबर का उपयोग करना अनावश्यक लग सकता है जब तांबा उसी दूरी पर आवश्यक डेटा को आसानी से ले जा सकता है।
लेकिन दूरी वास्तविक इंजीनियरिंग समस्या नहीं हो सकती है।
यदि वे कुछ मीटर विभिन्न ग्राउंड डोमेन को पार करते हैं, एक उच्च-शक्ति इन्वर्टर के बगल से गुजरते हैं, एक नियंत्रण कैबिनेट को एक स्विचिंग चरण से जोड़ते हैं, या उपकरणों के बीच एक अवांछित वर्तमान पथ बनाते हैं, तो ऑप्टिकल लिंक का मूल्य पहुंच के बजाय विद्युत अलगाव से आता है।
इसलिए एक छोटा ऑप्टिकल लिंक एक सिस्टम-स्तरीय समस्या को हल कर सकता है जिसका अधिकतम ट्रांसमिशन दूरी से बहुत कम लेना-देना है।
पीओएफ की भी स्पष्ट सीमाएं हैं।
लंबी दूरी, उच्च डेटा दर, सख्त ऑप्टिकल-हानि आवश्यकताएं, ऊंचा तापमान, पर्यावरणीय जोखिम, कनेक्टर वास्तुकला, और सिस्टम लिंक मार्जिन अन्य ऑप्टिकल मीडिया जैसे हार्ड-क्लाड सिलिका, पॉलीमर-क्लाड सिलिका, या पारंपरिक ग्लास फाइबर का पक्ष ले सकते हैं।
निर्णय एक फाइबर प्रकार की प्राथमिकता के बजाय आवेदन आवश्यकताओं के साथ शुरू होना चाहिए।
एक छोटी मशीन-स्तरीय अलगाव लिंक के लिए, पीओएफ बहुत व्यावहारिक हो सकता है। एक लंबी औद्योगिक रीढ़ या बहुत उच्च गति कनेक्शन के लिए, एक अन्य ऑप्टिकल माध्यम अधिक उपयुक्त हो सकता है।
निर्णय केबल सामग्री के साथ नहीं, बल्कि विद्युत सीमा के साथ शुरू होना चाहिए।
सबसे पहले, यह निर्धारित करें कि क्या दोनों अंतिम बिंदु वास्तव में एक ही स्थिर संदर्भ क्षमता साझा करते हैं। विभिन्न आपूर्ति से संचालित उपकरण, विभिन्न अलमारियों में स्थापित, या विभिन्न ग्राउंडिंग बिंदुओं से जुड़े हुए नहीं हो सकते हैं।
इसके बाद, शोर वातावरण की जांच करें। मोटर ड्राइव, कॉन्टैक्टर्स, इन्वर्टर स्विचिंग नोड्स, उच्च-वर्तमान केबल, डीसी/डीसी कन्वर्टर्स, आईजीबीटी मॉड्यूल, एसआई सी पावर चरण, और इंडक्टिव लोड सभी एक विद्युत संचार लिंक पर तनाव बढ़ा सकते हैं।
अलगाव सीमा का भौतिक स्थान समान रूप से महत्वपूर्ण है। यदि समस्या केवल एक छोटे पीसीबी सीमा पर मौजूद है, तो एक डिजिटल आइसोलेटर या ऑप्टोकपलर सबसे सरल समाधान हो सकता है। यदि संचार पथ अलमारियों, मशीनों, उच्च-वोल्टेज क्षेत्रों, या अनिश्चित ग्राउंड डोमेन को पार करता है, तो अलगाव सीमा को ट्रांसमिशन माध्यम में ले जाने से अतिरिक्त मूल्य मिल सकता है।
संचार आवश्यकताओं पर अलगाव के साथ-साथ विचार किया जाना चाहिए। डेटा दर, विलंबता, लिंक दूरी, तापमान, केबल आंदोलन, झुकने की आवश्यकताएं, कनेक्टर स्थायित्व, रखरखाव विधि, ऑप्टिकल पावर बजट, और विफलता व्यवहार सभी अंतिम वास्तुकला को प्रभावित करते हैं।
इसलिए विकल्प केवल तांबा बनाम फाइबर नहीं है। यह प्रत्यक्ष विद्युत संचार, विद्युत रूप से अलग तांबे के संचार, पीओएफ, एचसीएस/पीसीएस, या ग्लास फाइबर के बीच एक निर्णय है जो वास्तविक विद्युत और संचार सीमा पर आधारित है।
औद्योगिक फाइबर को केवल तांबे के तेज संस्करण के रूप में नहीं समझा जाना चाहिए।
कई नियंत्रण प्रणालियों में, इसका सबसे महत्वपूर्ण गुण अधिक मौलिक है: प्रकाश जानकारी को उन स्थानों के बीच ले जा सकता है जिनके लिए उन स्थानों को संचार माध्यम के माध्यम से विद्युत रूप से जुड़े होने की आवश्यकता नहीं है।
यह तब मायने रखता है जब ग्राउंड क्षमताएं भिन्न होती हैं। यह तब मायने रखता है जब अवांछित करंट अन्यथा संचार वायरिंग के माध्यम से प्रसारित होगा। यह तब मायने रखता है जब उच्च-शक्ति स्विचिंग कठिन सामान्य-मोड और ईएमआई स्थितियां पैदा करती है। यह तब भी मायने रखता है जब एक नियंत्रक को एक भौतिक उच्च-वोल्टेज सीमा पार संवाद करना पड़ता है।
विद्युत आइसोलेटर, डिफरेंशियल इंटरफेस, शील्डिंग, फ़िल्टरिंग, सर्ज सुरक्षा, और सावधानीपूर्वक ग्राउंडिंग आवश्यक इंजीनियरिंग उपकरण बने हुए हैं। फाइबर उन्हें सार्वभौमिक रूप से प्रतिस्थापित नहीं करता है।
यह एक और वास्तुकला विकल्प प्रदान करता है: प्रवाहकीय संकेत पथ को पूरी तरह से हटा दें।
लंबी दूरी या उच्च-बैंडविड्थ प्रणालियों के लिए, यह ऑप्टिकल फाइबर के परिचित ट्रांसमिशन लाभों के साथ मिलकर आ सकता है। हालांकि, छोटी औद्योगिक लिंक के लिए, मुख्य लाभ बहुत सरल हो सकता है:
संकेत सीमा पार करता है, जबकि ग्राउंड नहीं करता है।
ऑप्टिकल अलगाव डेटा या नियंत्रण संकेतों को विद्युत डोमेन के बीच पार करने की अनुमति देता है, बिना उनके बीच प्रवाहकीय संचार पथ की आवश्यकता के। यह ग्राउंड-लूप पथों को बाधित करने, ग्राउंड-पोटेंशियल अंतर के प्रभाव को कम करने और संचार केबल को शोर वाले या उच्च-वोल्टेज अनुभागों के बीच एक और विद्युत कनेक्शन बनने से रोकने में मदद कर सकता है।
ग्राउंड लूप के लिए करंट के प्रसारित होने के लिए एक प्रवाहकीय बंद पथ की आवश्यकता होती है। जब दो अंतिम बिंदु प्रासंगिक सीमा के पार केवल गैर-प्रवाहकीय ऑप्टिकल
