विद्युत धारा लूप

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विद्युत संकेत (विद्युत इंजीनियरिंग) मे समधर्मी विद्युत धारा लूप का उपयोग किया जाता है, जहां उपकरण को विद्युत चालक की युग्म पर दूर से निरीक्षण या नियंत्रित किया जाता है। किसी भी समय केवल एक विद्युत स्तर सम्मिलित हो सकता है।

विद्युत धारा लूप का प्रमुख अनुप्रयोग प्रक्रिया नियंत्रण अनुप्रयोगों के लिए उद्योग तथ्यतः (डी फैक्टो) 4–20 मिलीएम्पीयर विद्युत धारा लूप है, जहां वे बड़े पैमाने पर प्रक्रिया मापयंत्रण से पीआईडी नियंत्रकों, एससीएडीए प्रणाली और प्रोग्रैमेबल लाजिक कंट्रोलर (पीएलसी) तक संकेत ले जाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। उनका पीआईडी ​​​​नियंत्रक प्रक्षेपण को मॉड्यूलेटिंग फील्ड उपकरणों जैसे नियंत्रक वाल्व में प्रसारित करने के लिए भी किया जाता है। इन छोरों में सरलता और रव प्रतिरोधक क्षमता के फायदे हैं, और बड़ा अंतरराष्ट्रीय उपयोगकर्ता और उपकरण आपूर्तिकर्ता आधार है। कुछ 4–20 मिलीएम्पीयर क्षेत्र उपकरणों को विद्युत धारा लूप द्वारा ही संचालित किया जा सकता है, जिससे अलग बिजली आपूर्ति की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, और सुव्यवस्थित हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल क्षेत्र उपकरणों और नियंत्रकों के बीच संचार के लिए लूप का उपयोग करता है। स्वचालन प्रोटोकॉल की विभिन्न सूची समधर्मी विद्युत धारा लूप को बदल सकती है, लेकिन 4–20 मिलीएम्पीयर अभी भी प्रमुख औद्योगिक मानक है।

प्रक्रिया नियंत्रण 4–20 मिलीएम्पीयर लूप

वायवीय युग से इलेक्ट्रॉनिक युग तक समधर्मी नियंत्रण लूप सिग्नलिंग का विकास दिखा रहा है।

संवेदन और नियंत्रण संचरण के लिए उपयोग किए जाने वाले विद्युत धारा लूप का उदाहरण। एक सुव्यवस्थित वाल्व स्थापक का विशिष्ट उदाहरण दिखाया गया है।

औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण में, समधर्मी संकेत 4–20 मिलीएम्पीयर विद्युत धारा लूप सामान्यतः विद्युत संकेत के लिए उपयोग किए जाते हैं, जिसमें 4 और 20 मिलीएम्पीयर के दो मान माप या नियंत्रण की सीमा के 0–100% का प्रतिनिधित्व करते हैं। इन लूप का उपयोग क्षेत्र उपकरण से संवेदक की जानकारी ले जाने और वाल्व जैसे मॉड्यूलेटिंग उपकरणों की प्रक्रिया में नियंत्रण संकेतों को ले जाने के लिए किया जाता है।

विद्युत धारा लूप के प्रमुख लाभ हैं:

• लूप अधिकांशतः नियंत्रक द्वारा आपूर्ति की गई विद्युत् के साथ, रिमोट उपकरण को पावर कर सकता है, इस प्रकार पावर केबलिंग की आवश्यकता को दूर करता है। कई उपकरण निर्माता 4–20 मिलीएम्पीयर संवेदक का उत्पादन करते हैं जो लूप संचालित होते हैं।
• 4 मिलीएम्पीयर का लाइव या उत्थित शून्य क्षेत्र प्रेषक से बिना किसी प्रक्रिया संकेत प्रक्षेपण के भी उपकरण को पावर देने की अनुमति देता है।
• अंतरायोजी वायरिंग में वोल्टेज घटाव से ​​​​संकेत की सटीकता प्रभावित नहीं होती है।
• इसमें उच्च रव प्रतिरक्षा है क्योंकि यह कम प्रतिबाधा लूप है जो सामान्यतः व्यवर्तित युग्म विद्युत चालक के माध्यम से होता है।
• यह स्व-निरीक्षण है; 3.8 मिलीएम्पीयर से कम या 20.5 मिलीएम्पीयर से अधिक की धाराएं खराबी का संकेत देने के लिए ली जाती हैं।
• इसे उपयोग किए गए वोल्टेज के प्रतिरोध की सीमा तक लंबे केबलों पर ले जाया जा सकता है।
• इनलाइन डिस्प्ले को लूप द्वारा डाला और संचालित किया जा सकता है, जब तक कि कुल स्वीकार्य लूप प्रतिरोध पार नहीं हो जाता है ।
• प्रतिरोधक का उपयोग करके वोल्टेज में आसान रूपांतरण किया जाता है।
• लूप पावर्ड "I से P" (दबाव के लिए विद्युत) परिवर्तक नियंत्रण वाल्व के लिए 4–20 मिलीएम्पीयर संकेत को 3–15 psi न्यूमैटिक प्रक्षेपण में बदल सकते हैं, जिससे उपस्थितन्यूमैटिक प्लांट में 4–20 मिलीएम्पीयर संकेत आसानी से समाहित हो सकते हैं।

क्षेत्र उपकरण मापन में दबाव, तापमान, स्तर, आयतनमितीय प्रवाह दर, पीएच या अन्य प्रक्रिया चर सम्मिलित हैं। वाल्व स्थापक या अन्य प्रक्षेपण संचालक को नियंत्रित करने के लिए विद्युत धारा लूप का भी उपयोग किया जा सकता है। चूंकि उपकरणों के निविष्ट टर्मिनलों में चेसिस ग्राउंड (पृथ्वी) से बंधे विद्युत धारा लूप निविष्ट एकपक्षीय हो सकता है, श्रृंखला में कई उपकरणों को जोड़ने पर समधर्मी आइसोलेटर्स की आवश्यकता हो सकती है।

विद्युत मान और प्रक्रिया चर माप के बीच संबंध अंशांकन द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो 4 और 20 मिलीएम्पीयर के बीच की अवधि के लिए इंजीनियरिंग इकाइयों की विभिन्न श्रेणियों को निर्दिष्ट करता है। इंजीनियरिंग इकाइयों और विद्युत के बीच मैपिंग को उल्टा किया जा सकता है, जिससे कि 4 मिलीएम्पीयर अधिकतम और 20 मिलीएम्पीयर न्यूनतम का प्रतिनिधित्व करे।

सक्रिय और निष्क्रिय उपकरण

लूप के लिए विद्युत के स्रोत के आधार पर, उपकरणों को सक्रिय (आपूर्ति या सोर्सिंग पावर) या निष्क्रिय (लूप पावर पर निर्भर या सिंकिंग) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सूची अभिलेखी दबाव प्रेषक को लूप पावर प्रदान कर सकता है। दबाव प्रेषक स्ट्रिप सूची अभिलेखी को संकेत भेजने के लिए लूप पर विद्युत को नियंत्रित करता है, लेकिन अपने आप में लूप को बिजली की आपूर्ति नहीं करता है और इसलिए यह निष्क्रिय है। दूसरे लूप में दो निष्क्रीय सूची अभिलेखी, निष्क्रीय दबाव प्रेषक और 24 V बैटरी हो सकती है। (बैटरी सक्रिय उपकरण है)। ध्यान दें कि 4-तार वाले उपकरण में विद्युत धारा लूप से अलग बिजली आपूर्ति निविष्ट होता है।

पैनल माउंट डिस्प्ले और सूची अभिलेखी को सामान्यतः 'इंडिकेटर उपकरण' या 'प्रक्रिया निरीक्षण' कहा जाता है। कई निष्क्रिय सूचक उपकरण श्रृंखला में जुड़े हो सकते हैं, लेकिन लूप में केवल एक प्रेषक उपकरण और केवल एक विद्युत् स्रोत (सक्रिय उपकरण) होना चाहिए।

समधर्मी नियंत्रण संकेतों का विकास

न्यूमैटिक डायफ्राम प्रवर्तक और सुव्यवस्थित 4–20 एमए स्थापक के साथ नियंत्रण वाल्व जो विद्युत धारा लूप पर वास्तविक वाल्व की स्थिति और स्थिति को भी फीड करेगा।

1950 के दशक में पहले के अत्यधिक सफल 3–15 psi (प्रति वर्ग इंच पाउंड) वायवीय नियंत्रण संकेत मानक से 4–20 मिलीएम्पीयर अधिवेशन उत्पन्न हुआ था, जब इलेक्ट्रॉनिक्स पुराने मानक का विद्युत रूप से अनुकरण करने के लिए सस्ते और विश्वसनीय हो गए थे। 3–15 psi मानक में कुछ रिमोट उपकरणों को पावर देने में सक्षम होने की समान विशेषताएं थीं, और "लाइव" शून्य था। चूंकि 4–20 मिलीएम्पीयर मानक उस समय विकसित किए जा रहे इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रकों के लिए बेहतर अनुकूल था।

परिवर्तन धीरे-धीरे हुआ और 3–15 psi उपकरणों के विशाल स्थापित आधार के कारण 21वीं सदी में विस्तारित हो गया था। मोटर चालित वाल्वों पर वायवीय वाल्वों के संचालन में कई लागत और विश्वसनीयता के फायदे हैं, वायवीय सक्रियण अभी भी उद्योग मानक है। संकर प्रणाली के निर्माण की अनुमति देने के लिए, जहां नियंत्रक द्वारा 4–20 मिलीएम्पीयर उत्पन्न किया जाता है, लेकिन वायवीय वाल्वों के उपयोग की अनुमति देता है, विद्युत से दबाव (I से P) परिवर्तक की सीमा उत्पादक से उपलब्ध है। ये सामान्यतः नियंत्रण वाल्व के लिए स्थानीय होते हैं और 4–20 मिलीएम्पीयर को 3–15 psi (या 0.2–1.0 बार) में बदलते हैं। यह संकेत तब वाल्व प्रवर्तक या अधिक सामान्यतः वायवीय स्थापक को सिंचित जाता है। स्थापक एक समर्पित नियंत्रक है जिसका प्रवर्तक गतिविधि के लिए यांत्रिक संबंध है। यह सुनिश्चित करता है कि घर्षण की समस्या दूर हो जाती है और वाल्व नियंत्रण तत्व वांछित स्थिति में चला जाता है। यह वाल्व प्रवर्तक के लिए उच्च वायु दबावों के उपयोग की भी अनुमति देता है।

सस्ते औद्योगिक माइक्रो-प्रोसेसर के विकास के साथ, सुव्यवस्थित वाल्व स्थापक 1980 के दशक के मध्य से उपलब्ध हो गए हैं और नए प्रतिष्ठानों के लिए बहुत लोकप्रिय हैं। इनमें I से P परिवर्तक, साथ ही वाल्व की स्थिति और स्थिति की निरीक्षण सम्मिलित है। इन बाद वाले को हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल जैसे प्रोटोकॉल का उपयोग करके नियंत्रक को विद्युत धारा लूप पर वापस सिंचित जाता है।

लंबे परिपथ

स्थानीय टेलीफोन कंपनी से पट्टायित पर टेलीफोन केबलों में शुष्क पाश द्वारा ऐतिहासिक रूप से कभी-कभी समधर्मी विद्युत धारा लूप को इमारतों के बीच ले जाया जाता था। समधर्मी टेलीफोनी के दिनों में 4–20 मिलीएम्पीयर लूप अधिक सामान्य थे। इन परिपथ को एंड-टू-एंड एकदिश धारा (डीसी) निरंतरता की आवश्यकता होती है, और जब तक कि समर्पित तार युग्म को हार्डवायर नहीं किया जाता है, अर्धचालक स्विचिंग की प्रारम्भिक के साथ उनका उपयोग बंद हो जाता है। डीसी निरंतरता माइक्रोवेव रेडियो, ऑप्टिकल फाइबर, या बहुविकल्पी टेलीफोन परिपथ सम्बन्ध पर उपलब्ध नहीं है। बेसिक डीसी परिपथ सिद्धांत से पता चलता है कि लाइन के साथ विद्युत समान है। 4–20 मिलीएम्पीयर परिपथ देखना आम बात थी जिसमें मीलों में परिपथ की लंबाई थी या टेलीफ़ोन केबल जोड़े पर काम करने वाले परिपथ जो दस हज़ार फीट से लेकर अंत तक लंबे थे। इस तकनीक का उपयोग करने वाले अभी भी पुराने प्रणाली सम्मिलित हैं। बेल प्रणाली परिपथ में, 125 वोल्टेज डायरेक्ट करंट तक के वोल्टेज लगाए गए थे।

असतत नियंत्रण

असतत नियंत्रण कार्यों को लूप पर भेजे गए विद्युत के असतत स्तरों द्वारा दर्शाया जा सकता है। यह कई नियंत्रण कार्यों को युग्म तारों पर संचालित करने की अनुमति देता है। किसी विशिष्ट कार्य के लिए आवश्यक धाराएँ अनुप्रयोग या निर्माता से दूसरे में भिन्न होती हैं। कोई विशिष्ट धारा एक उद्देश्य से बंधी नहीं हो सकती है। यह लगभग सार्वभौमिक है कि 0 मिलीएम्पीयर इंगित करता है कि परिपथ विफल हो गया है। आग के अलार्म के मामले में, 6 मिलीएम्पीयर सामान्य हो सकता है, 15 मिलीएम्पीयर का मतलब हो सकता है कि आग का पता चल गया है, और 0 मिलीएम्पीयर एक मुसीबत का संकेत देगा, जो निरीक्षण साइट को बताएगा कि अलार्म परिपथ विफल हो गया है। कुछ उपकरण, जैसे कि दो-तरफ़ा रेडियो रिमोट नियंत्रण कंसोल, धाराओं की ध्रुवीयता को उलट सकते हैं और डीसी विद्युत पर ऑडियो को बहुविकल्पी कर सकते हैं।

इन उपकरणों को किसी भी रिमोट नियंत्रण के लिए नियोजित किया जा सकता है जिसकी एक डिजाइनर कल्पना कर सकता है। उदाहरण के लिए, विद्युत धारा लूप निकासी सायरन (नोइज़मेकर) को सक्रिय कर सकता है या यातायात संकेत को आदेश दे सकता है।

दो तरफा रेडियो का प्रयोग

Motorola T-1300 सीरीज़ का रिमोट नियंत्रण टेलीफ़ोन हाउसिंग में बनाया गया है। डायल को ध्वनि-विस्तारक यंत्र और वॉल्यूम नियंत्रण से बदल दिया गया है। यह रिमोट नियंत्रण आधार केंद्र को नियंत्रित करने के लिए दो-तार परिपथ का उपयोग करता है।

विद्युत धारा लूप परिपथ दूर के स्थलों पर रेडियो आधार केंद्र को नियंत्रित करने का संभावित तरीका है। दो तरफा रेडियो उद्योग इस प्रकार के रिमोट नियंत्रण को डीसी रिमोट कहता है। यह नाम नियंत्रण बिंदु और रेडियो आधार केंद्र के बीच डीसी परिपथ निरंतरता की आवश्यकता से आता है। एक उपस्थित परिपथ रिमोट नियंत्रण प्रचालन बिंदु और रेडियो ट्रांसीवर के बीच तारों के अतिरिक्त जोड़े की लागत बचाता है। कुछ उपकरण, जैसे मोटोरोला एमएसएफ-5000 आधार केंद्र, कुछ कार्यों के लिए 4 मिलीएम्पीयर से नीचे की धाराओं का उपयोग करते हैं। वैकल्पिक प्रकार, टोन रिमोट, अधिक जटिल है लेकिन नियंत्रण बिंदु और आधार केंद्र के बीच केवल ऑडियो पथ की आवश्यकता होती है।

उदाहरण के लिए,टैक्सी केब प्रेषक आधार केंद्र आठ मंजिला इमारत की छत पर भौतिक रूप से स्थित हो सकता है। टैक्सी कंपनी का कार्यालय पास की किसी दूसरी इमारत के बेसमेंट में हो सकता है। कार्यालय में रिमोट नियंत्रण ईकाई होगी जो विद्युत धारा लूप परिपथ पर टैक्सी कंपनी आधार केंद्र संचालित करती हैं। परिपथ सामान्यतः टेलीफोन लाइन या इसी तरह की वायरिंग पर होता है। नियंत्रण फंक्शन धाराएं परिपथ के प्रेषण कार्यालय के अंत में रिमोट नियंत्रण कंसोल से आती हैं। दो-तरफ़ा रेडियो उपयोग में, निष्क्रिय परिपथ में सामान्य रूप से कोई विद्युत सम्मिलित नहीं होता है।

दो-तरफ़ा रेडियो उपयोग में, रेडियो निर्माता विशिष्ट कार्यों के लिए विभिन्न धाराओं का उपयोग करते हैं। एकल परिपथ पर अधिक संभावित कार्य प्राप्त करने के लिए ध्रुवीयताएं बदली जाती हैं। उदाहरण के लिए, संभावित योजना की कल्पना करें जहां इन धाराओं की उपस्थिति से आधार केंद्र की स्थिति बदल जाती है:

• कोई विद्युत साधन चैनल 1 पर प्राप्त नहीं होता है, (डिफ़ॉल्ट)।
• +6 मिलीएम्पीयर का मतलब चैनल 1 पर प्रसारण हो सकता है
• -6 मिलीएम्पीयर का मतलब हो सकता है कि रिसीव मोड में रहें लेकिन चैनल 2 पर परिवर्तन करें। जब तक -6 मिलीएम्पीयर विद्युत सम्मिलित रहेगा, रिमोट आधार केंद्र चैनल 2 पर रिसीव करना जारी रखेगा।
• -12 मिलीएम्पीयर आधार केंद्र को चैनल 2 पर प्रसारित करने का आदेश दे सकता है।

यह परिपथ ध्रुवता-संवेदनशील है। यदि टेलीफोन कंपनी केबल संबद्धकर्ता गलती से कंडक्टरों को उलट देता है, तो चैनल 2 का चयन करने से प्रेषक लॉक हो जाता है।

परिपथ के दूसरे छोर पर प्रत्येक उपस्थित स्तर संपर्कों का सेट बंद कर सकता है, या ठोस-अवस्था तर्क संचालित कर सकता है। उस संपर्क के बंद होने से नियंत्रित उपकरण पर स्थिति बदल गई है। कुछ रिमोट नियंत्रण उपकरण में उत्पादक के बीच संगतता की अनुमति देने के लिए विकल्प प्रारम्भ हो सकते हैं। अर्थात, आधार केंद्र जिसे +18 मिलीएम्पीयर विद्युत के साथ प्रसारित करने के लिए समनुरूप किया गया था, उसके विकल्प (अतिरिक्त) इसे +6 मिलीएम्पीयर सम्मिलित होने पर प्रसारित करने के लिए बदल सकते थे।

दो-तरफ़ा रेडियो उपयोग में, परिपथ युग्म पर एसी संकेत भी सम्मिलित थे। यदि आधार केंद्र निष्क्रिय था, तो प्राप्त ऑडियो को आधार केंद्र से प्रेषण कार्यालय तक लाइन पर भेजा जाता है। प्रसारित कमांड विद्युत की उपस्थिति में, रिमोट नियंत्रण कंसोल ऑडियो को प्रसारित करने के लिए भेजा जाता है। प्रेषण कार्यालय में उपयोगकर्ता की आवाज को संशोधित किया जाएगा और डीसी विद्युत पर आरोपित किया जाएगा जिससे प्रेषक संचालित हो जाता है।

यह भी देखें

• विद्युत स्रोत - एक विद्युत पाश प्रेषक
• विद्युत-टू-वोल्टेज परिवर्तक
• हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल
• नामुर – जर्मन उद्योग मानक निकाय 4–20 मिलीएम्पीयर के लिए दोष स्तरों को परिभाषित करता है
• गरमा और इंस्ट्रूमेंटेशन आरेख – नियंत्रण योजना और संबद्ध पाइपिंग और पोत देता है।

अग्रिम पठन

• Lipták, Béla G. Instrumentation Engineers' Handbook. Process Measurement and Analysis. CRC Press. 2003. HB. ISBN 0-8493-1083-0

बाहरी संबंध

• Fundamentals, System Design, and Setup for the 4 to 20 मिलीएम्पीयर Current Loop
• "4–20 mA Current Loop Primer" (PDF). Retrieved 10 September 2017.
• What Voltage do I need to operate my 4...20 मिलीएम्पीयर transducer?
• Current signal systems
• How to read current loop using arduino