स्काडा एवं रिमोट कंट्रोल उपकरण

प्रत्येक विद्युत कर्षण वाले मंडल पर यातायात नियंत्रण कार्यालय के निकट एक रिमोट कंट्रोल सेंटर (RCC) स्थापित किया जाता है, जो यातायात नियंत्रण के साथ घनिष्ठ संपर्क में कार्य करता है। RCC में मुख्य नियंत्रण कक्ष, उपकरण कक्ष, अबाधित विद्युत आपूर्ति (UPS) कक्ष, रिमोट कंट्रोल प्रयोगशाला, एवं बैटरी कक्ष शामिल हैं — यह ट्रैक्शन पावर कंट्रोल का तंत्रिका केंद्र है।

RCC पर उपकरण की दो पीढ़ियां उपयोग की गई हैं। FMVFT उपकरण (एक मजबूत, मुख्यतः रिले-आधारित प्रणाली) 1980 से पहले सभी विद्युतीकरण योजनाओं हेतु उपयोग किया गया था एवं अब पुराना हो चुका है। SCADA उपकरण, अत्याधुनिक कंप्यूटर प्रौद्योगिकी पर आधारित, 1980 के बाद उपयोग में आया है।

SCADA / पर्यवेक्षी नियंत्रण क्या है?

पर्यवेक्षी नियंत्रण को सामान्यतः रिमोट कंट्रोल के एक रूप के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें एक या अधिक सामान्य अंतर्संबंधी चैनलों पर, विद्युत माध्यमों से, दूरस्थ स्थित इकाइयों के चयनात्मक नियंत्रण हेतु व्यवस्था शामिल है। इसके सबसे जटिल रूप में, जिसे पर्यवेक्षी नियंत्रण एवं डेटा अधिग्रहण (SCADA) कहा जाता है, यह एक केंद्रीकृत स्थान से एक विस्तृत भौगोलिक क्षेत्र में सभी उत्पादन, पारेषण, एवं वितरण को नियंत्रित कर सकता है।

एक संक्षिप्त इतिहास

1900 से 1920 के दशक की शुरुआत तक, रिमोट कंट्रोल एवं पर्यवेक्षी प्रणालियों की कई किस्में विकसित की गईं। आधुनिक पर्यवेक्षी नियंत्रण के सबसे प्रारंभिक अग्रदूतों में से एक जॉन हार्लो द्वारा 1921 में डिज़ाइन की गई प्रणाली थी। 1923 में, जॉन बेलामी एवं रॉडनी रिचर्डसन ने 'नियंत्रण-से-पहले-जांच' तकनीक के समकक्ष का उपयोग करते हुए एक रिमोट कंट्रोल प्रणाली विकसित की। पहली लॉगिंग प्रणाली 1927 में डिज़ाइन की गई थी।

पर्यवेक्षी नियंत्रण क्यों स्थापित करें?

सामान्य कारण सिस्टम ऑपरेटरों को पावर सिस्टम, या उसके किसी हिस्से को, सुरक्षित, संरक्षित, एवं किफायती तरीके से संचालित करने हेतु पर्याप्त जानकारी एवं नियंत्रण प्रदान करना है। SCADA प्रणाली स्थापित करने का निर्णय लेने से पहले, चार कारकों को स्पष्ट रूप से परिभाषित किया जाना चाहिए: डेटा के उपयोगकर्ता कौन हैं; कौन सा डेटा उपलब्ध/आवश्यक है; उपयोगकर्ता आवश्यकताएं क्या हैं; एवं किस प्रकार के डिस्प्ले की आवश्यकता है।

संचार विन्यास, माध्यम एवं तकनीकें

संचार विन्यास RTU की संख्या, RTU पर बिंदुओं की संख्या एवं आवश्यक अद्यतन दरों, RTU के स्थान, उपलब्ध संचार सुविधाओं, एवं उपलब्ध संचार उपकरण/तकनीक द्वारा तय किया जाता है। रेलवे SCADA में उपयोग किया जाने वाला विन्यास पार्टी-लाइन, वन-ऑन-ए-फ्यू है।

संचार माध्यम

• धातु केबल जोड़े — आज की तारीख में, फाइबर ऑप्टिक केबल के साथ रुचि का। कम नई तकनीक; एक जोड़ी 2400 बिट्स/सेकंड तक की गति पर सिम्प्लेक्स या हाफ-डुप्लेक्स ट्रांसमिशन हेतु उपयोग की जा सकती है।
• फाइबर ऑप्टिक केबल — तीन बुनियादी घटकों से बना: एक लंबा शुद्ध कांच/प्लास्टिक फाइबर, एवं रिसीवर।
• पावर लाइन कैरियर — भारतीय रेलवे में उपयोग नहीं किया जाता।
• उपग्रह — भारतीय रेलवे में उपयोग नहीं किए जाते।
• माइक्रोवेव — भारतीय रेलवे के कुछ खंडों में, संचार उद्देश्यों हेतु 18 GHz की वाहक आवृत्ति पर एक समर्पित माइक्रोवेव चैनल प्रदान किया गया है।
• लीज़्ड सर्किट — उपरोक्त के साथ सूचीबद्ध एक उपलब्ध विकल्प।

प्रकाशीय फाइबर संचार के लाभ

• विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के प्रति पूर्ण प्रतिरक्षा — विद्युत ऊर्जा उपयोगिताओं हेतु एक प्रमुख लाभ।
• धातु केबल जोड़ों की तुलना में दृश्य-प्रकाश क्षेत्र में बहुत व्यापक उपलब्ध बैंडविड्थ।
• केबलों के बीच क्रॉस-टॉक असंभव है।
• बिजली एवं विद्युत तूफान से अप्रभावित।
• अत्यधिक लचीला एवं छोटा भौतिक आकार।
• धातु केबल के विपरीत, फाइबर ऑप्टिक केबल की 'शॉर्टिंग' अमान्य नियंत्रण संकेतों को जन्म नहीं दे सकती या खतरनाक वातावरण में आग शुरू नहीं कर सकती।
• केबल को भौतिक रूप से काटे एवं जोड़े बिना कोई टैपिंग या वेव-ड्रॉपिंग संभव नहीं है।
• लंबी जीवन प्रत्याशा।
• डेटा ट्रांसमिशन की बहुत उच्च गति, मुख्यतः मल्टीप्लेक्सिंग उपकरण की क्षमता द्वारा सीमित।

प्रकाशीय फाइबर संचार के नुकसान

• उच्च लागत।
• धातु केबल जोड़ों की तुलना में अधिक रिपीटर आवश्यक।
• विद्युत संकेतों को प्रकाश में एवं वापस परिवर्तित करने हेतु ट्रांसमीटर एवं रिसीवर आवश्यक हैं।
• फाइबर संरेखित करने हेतु विशेष कनेक्टर आवश्यक हैं एवं स्थापित करने हेतु प्रशिक्षण आवश्यक है।

संचार तकनीकें

जानकारी सिग्नल आयाम (एम्प्लीट्यूड मॉड्यूलेशन) बदलकर, सिग्नल आवृत्ति (फ्रीक्वेंसी शिफ्ट कीइंग), या सिग्नल फेज़ (फेज़ शिफ्ट कीइंग) बदलकर प्रेषित की जा सकती है। रेलवे में, हाफ-डुप्लेक्स ट्रांसमिशन का उपयोग किया जाता है।

डेटा ट्रांसमिशन दर बिट्स प्रति सेकंड या बॉड में मापी जाती है — ये इकाइयां हमेशा समानार्थी नहीं होतीं। बॉड को सेकंड में सबसे छोटे सिग्नलिंग तत्व की लंबाई के 1/लंबाई के रूप में परिभाषित किया जाता है।

संचार संदेश प्रारूप

TDM तकनीकों का उपयोग करते हुए मास्टर एवं रिमोट के बीच ट्रांसमिशन हेतु सीरियल डिजिटल संदेशों की आवश्यकता होती है जो कुशल, सुरक्षित, लचीले, एवं हार्डवेयर/सॉफ्टवेयर में लागू करने में सरल हों।

प्रत्येक संदेश तीन भागों में विभाजित होता है: संदेश स्थापना, जानकारी, एवं संदेश समाप्ति।

एक विशिष्ट अतुल्यकालिक संदेश प्रारूप उदाहरण: 8ms पूर्व-ट्रांसमिशन मार्क, 2-बिट सिंक्रोनाइज़ेशन, 4-बिट RTU पता, 8-बिट फंक्शन कोड + 12-बिट डेटा, एक 5-बिट BCH सुरक्षा कोड, एवं एक 1-बिट संदेश-समाप्ति चिह्न।

सूचना स्थानांतरण — मास्टर-से-रिमोट नियंत्रण (चयन-से-पहले-संचालन)

चूंकि गलत युक्ति को संचालित करना या खराब नियंत्रण संदेश प्राप्त करना गंभीर परिणाम दे सकता है, नियंत्रण हेतु अतिरिक्त सुरक्षा आवश्यक है — 'चयन-से-पहले-संचालन' अनुक्रम नामक संदेशों के अनुक्रम के माध्यम से प्रदान की गई।

मास्टर से रिमोट में बैच डेटा स्थानांतरण (जैसे अपवाद-द्वारा-रिपोर्ट हेतु पैरामीटर) उपयोग करते हैं: मास्टर-से-रिमोट नियंत्रण संदेश, रिमोट-से-मास्टर एकनॉलेज संदेश, मास्टर-से-रिमोट नियंत्रण बैच डेटा स्थानांतरण संदेश, एवं रिमोट-से-मास्टर एकनॉलेज संदेश।

रिमोट-से-मास्टर डेटा स्थानांतरण एक बुनियादी संदेश अनुक्रम के साथ पूरा किया जाता है, विभिन्न डेटा प्रकारों हेतु फील्ड परिभाषाओं में भिन्नताओं का उपयोग करते हुए।

RCC पर SCADA उपकरण

RCC पर SCADA उपकरण को मास्टर स्टेशन कहा जाता है, जबकि नियंत्रित स्टेशन पर उपकरण रिमोट टर्मिनल यूनिट (RTU) है। भूमिगत दूरसंचार ट्रंक केबल RCC एवं नियंत्रित RTU के बीच संकेत प्रेषित करता है।

• आइसोलेटिंग ट्रांसफार्मर: 25kV ट्रैक्शन इंडक्शन प्रभावों से अनुदैर्ध्य प्रेरित वोल्टेज के निर्माण को सीमित करने हेतु, केबल सर्किट पर 10 से 15 किमी के अंतराल पर आइसोलेटिंग ट्रांसफार्मर प्रदान किए जाते हैं।
• रिपीटर स्टेशन: सिग्नल को बढ़ावा देने एवं क्षीणन की भरपाई करने हेतु 40-50 किमी के अंतराल पर वॉइस-फ्रीक्वेंसी रिपीटर प्रदान किए जाते हैं।

मास्टर स्टेशन उपकरण

हार्डवेयर विन्यास: मास्टर स्टेशन पर एक दोहरी मुख्य माइक्रो-कंप्यूटर/मिनी-कंप्यूटर प्रणाली — एक मुख्य, एक हॉट स्टैंडबाय — प्रदान की जाती है।

मानव-मशीन इंटरफेस (वर्क स्टेशन): RCC पर दो वर्क-स्टेशन, प्रत्येक ऑपरेटर हेतु एक, प्रत्येक में दो सेमी-ग्राफिक रंगीन VDU एवं एक कीबोर्ड प्रदान किए जाते हैं।

मिमिक डायग्राम बोर्ड (MDB)

RCC पर प्रदान किया गया एक मिमिक डायग्राम बोर्ड एवं इसका संबद्ध मिमिक ड्राइवर, कैटेनरी के उप-क्षेत्रों की ऊर्जीकरण/डी-ऊर्जीकरण स्थिति को दर्शाता है।

उद्घोषणाएं

एक नियंत्रित स्टेशन की 'रिमोट स्टेशन दोषपूर्ण' स्थिति मास्टर स्टेशन पर एक LED द्वारा उद्घोषित की जाती है। MDB पर LED द्वारा निम्नलिखित उद्घोषणाएं भी प्रदान की जाती हैं: मुख्य प्रणाली 'ON', स्टैंडबाय प्रणाली 'ON', मुख्य प्रणाली दोषपूर्ण, स्टैंडबाय प्रणाली दोषपूर्ण, मुख्य UPS विफल, स्टैंडबाय UPS विफल, UPS बैटरी कम (नाममात्र वोल्टेज के 90% से नीचे), एवं UPS को 415V AC 3-फेज़ आपूर्ति विफल।

• SCADA सॉफ्टवेयर: उपयोग किया गया ऑपरेटिंग सिस्टम मल्टी-यूजर, मल्टी-टास्किंग, नेटवर्किंग, एवं वास्तविक-समय अनुप्रयोगों हेतु उपयुक्त है।
• VDU प्रदर्शन: एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर टेलीकमांड जारी करने, नियंत्रित बिंदुओं को ब्लॉक/डीब्लॉक करने हेतु बड़ी संख्या में बहुमुखी सेमी-ग्राफिक रंगीन डिस्प्ले का समर्थन करता है।
• ट्रांसमिशन एवं कोडिंग प्रणाली: मास्टर स्टेशन उपकरण सामान्यतः उपकरण स्थिति, अलार्म, घटनाओं, एवं मापों को अद्यतन करने हेतु एक पूर्व-निर्धारित चक्रीय क्रम में सभी RTU को लगातार स्कैन करता है।
• ऐतिहासिक डेटा भंडारण: SCADA प्रणाली एक वर्ष हेतु ऐतिहासिक ट्रैक्शन पावर सप्लाई डेटा संग्रहीत करने हेतु डिज़ाइन की गई है, जिसमें इस उद्देश्य हेतु हार्ड डिस्क में 40 MB की स्मृति क्षमता प्रदान की गई है, आगे विस्तार के प्रावधान सहित।
• RCC पर UPS एवं बैटरी: पर्याप्त क्षमता की एक दोहरी स्टैंड-अलोन UPS प्रणाली मास्टर स्टेशन पर SCADA प्रणाली को 240V, 50Hz एकल-फेज़ आपूर्ति करती है। दोनों UPS 415V AC आपूर्ति विफलता की स्थिति में विभिन्न उपकरणों को 2 घंटे की आपूर्ति प्रदान करने हेतु पर्याप्त Ah क्षमता वाली एकल बैटरी के साथ प्रदान की जाती हैं।
• रिमोट टर्मिनल यूनिट (RTU): माइक्रोप्रोसेसर-आधारित, एवं इसमें इसके संबद्ध डिजिटल इनपुट/आउटपुट मॉड्यूल, अलार्म इनपुट मॉड्यूल, एनालॉग इनपुट मॉड्यूल, वॉचडॉग, ट्रांसड्यूसर, मेमोरी मॉड्यूल, इंटरपोज़िंग रिले, समेशन, CT, पावर सप्लाई यूनिट, सर्ज अरेस्टर शामिल हैं।
• घटनाओं एवं अलार्म का भंडारण: लगातार पोलिंग के बीच होने वाले CB/इंटरप्टर/मोटर-संचालित आइसोलेटर की स्थिति में सभी परिवर्तन (एक या अधिक) एवं अलार्म RTU द्वारा स्टेशन को रिपोर्ट किए जाने तक संग्रहीत किए जाते हैं।

SCADA उपकरण क्षमता (विशिष्ट, दोहरी-लाइन खंड के प्रति TSS/SP/SSP)

RCC से नियंत्रित नियंत्रित स्टेशनों (TSS, SP, SSP) की संख्या खंड की आवश्यकताओं के अनुसार होगी। ट्रांसमिशन की गति एवं अद्यतन समय: मास्टर स्टेशन एवं RTU के बीच संचार 600 बॉड से अधिक न होने वाली उपयुक्त ट्रांसमिशन गति पर संचालित होता है।

• मॉडेम: मास्टर-RTU संचार हेतु मॉड्युलेटर/डिमॉड्युलेटर फ्रीक्वेंसी शिफ्ट कीइंग (FSK) मॉड्युलेशन का उपयोग करते हैं।
• SCADA उपकरण में विशेष विशेषताएं: (i) विस्तारित फीड स्थिति में SP पर अंडर-वोल्टेज पर ब्रिजिंग इंटरप्टर की ट्रिपिंग; (ii) सीमा पोस्ट पर सर्किट ब्रेकर/इंटरप्टर नियंत्रण हेतु इंटर-लॉक रिलीज़ अनुरोध सुविधा; (iii) शंट कैपेसिटर बैंक का नियंत्रण एवं पावर फैक्टर की निगरानी; (iv) OHE पर फॉल्ट का स्वचालित स्थानीयकरण एवं दोषपूर्ण उप-सेक्टर का पृथक्करण।

RC उपकरण का संचालन एवं रखरखाव

SSE (RC) के कर्तव्य

SSE (RC) DEE/AEE (TrD) के नियंत्रण में कार्य करने वाला वरिष्ठ पर्यवेक्षक है एवं RC उपकरण के उचित संचालन एवं रखरखाव हेतु सीधे जिम्मेदार है।

1. RCC एवं नियंत्रित स्टेशनों पर RC उपकरण को निर्धारित अनुसूचियों के अनुसार बनाए रखें।
2. RC संचालन हेतु आवंटित केबल जोड़ों की अच्छी स्थिति के संबंध में S&T विभाग के साथ घनिष्ठ संपर्क रखें।
3. नियंत्रित स्टेशनों पर वॉइस-फ्रीक्वेंसी सिग्नल के स्तर की समय-समय पर माप करें एवं आवश्यकता पड़ने पर उनके रिपीटर स्टेशनों पर सुधार हेतु S&T विभाग के साथ व्यवस्था करें।
4. शिफ्ट ड्यूटी पर TPC के साथ निरंतर संपर्क में रहें एवं RC प्रणाली में रिपोर्ट किए गए दोषों के त्वरित सुधार को सुनिश्चित करें।
5. RC उपकरण के अबाधित संचालन एवं RCC में स्टैंडबाय जनरेटिंग सेट हेतु UPS/बैटरी सेट के उचित रखरखाव को सुनिश्चित करें।
6. हर दो महीने में एक बार प्रत्येक नियंत्रित पोस्ट पर RC उपकरण का निरीक्षण करें।
7. अपने अधीनस्थ स्टाफ को RC उपकरण के रखरखाव एवं समस्या-निवारण की विशेष तकनीकों में आवश्यक प्रशिक्षण प्रदान करें।
8. सुनिश्चित करें कि RC उपकरण के रखरखाव हेतु प्रदान किए गए विशेष उपकरण एवं औज़ारों की उचित देखभाल की जाती है।
9. RC उपकरण हेतु आवश्यक स्पेयर पार्ट्स एवं अन्य स्टोर के स्टॉकिंग पर नज़र रखें, एवं स्टॉक को फिर से भरने हेतु समय पर कार्रवाई शुरू करें।
10. RC उपकरण में लगातार दोषों की स्थिति में नियंत्रित पोस्टों को संचालित करने हेतु SSE(PSI) एवं SSE(OHE), या क्षेत्रीय SSE के साथ समन्वय करें।
11. RC उपकरण पर निर्धारित आवधिक रिटर्न AEE(TrD) एवं वरिष्ठ DEE(TrD) को प्रस्तुत करें।
12. वरिष्ठ अधिकारियों को सभी महत्वपूर्ण घटनाक्रमों से पूरी तरह अवगत रखें एवं आवश्यकता पड़ने पर उनका मार्गदर्शन लें।
13. अपने वरिष्ठ अधिकारियों द्वारा सौंपे गए ऐसे अन्य कर्तव्य निभाएं।
14. निर्माता की सिफारिशों के अनुसार न्यूनतम मासिक निरीक्षण करें।

RC उपकरण का संचालन

RCC ट्रैक्शन प्रणाली का तंत्रिका केंद्र है जहां से पूरे विद्युतीकृत मार्ग पर हर स्विचिंग परिचालन पर पूर्ण नियंत्रण किया जाता है। इसे इसलिए हर समय उत्तम परिचालन स्थिति में रखा जाना चाहिए — अधिकृत अधिकारी के अलावा कोई भी किसी भी समय उपकरण संचालित नहीं करेगा।

SSE द्वारा विफलताओं की जांच

किसी भी अन्य उपकरण की तरह, RC उपकरण की प्रत्येक विफलता को अलग से पंजीकृत, जांचा, एवं सुधारा जाना चाहिए — की गई कार्रवाई के विफलता रिपोर्ट में संक्षिप्त नोट के साथ।

RC उपकरण हेतु रखरखाव अनुसूची

SRC/SCADA प्रणालियों के संबंधित आपूर्तिकर्ता द्वारा जारी विशिष्ट रखरखाव निर्देशों का पालन किया जाना चाहिए, एवं इसमें कोई भी परिवर्तन निर्माता के परामर्श से तय किया जा सकता है।