কিভাবে পাওয়ার মিটার সিস্টেমের নির্ভরযোগ্যতা বাড়ানো যায়
ইলেকট্রনিক্স শিল্পের দ্রুত বিকাশের সাথে সাথে বিভিন্ন যন্ত্র ও মিটার শিল্প নিয়ন্ত্রণ এবং সামাজিক জীবনের সমস্ত দিকে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। একই সাথে যন্ত্রের বিশ্বস্ততা উপর আরও উচ্চ প্রয়োজনীয়তা বেড়েছে, এবং পাওয়ার মিটার এখানে ব্যতিক্রম নয়। পাওয়ার মিটারের বিশ্বস্ততা প্রয়োজনীয়তা স্মার্ট মিটার প্রযুক্তিগত মানদণ্ডের অধীনে নির্ধারিত হয়।
এই মানদণ্ডগুলি নির্দিষ্ট করে যে, পাওয়ার মিটারের গড় ব্যবহারের সময় দশ বছরের কম হওয়া উচিত নয়, যা উন্নয়ন প্রক্রিয়ার সময় বিশ্বস্ততা ডিজাইনের বিশেষ গুরুত্বপূর্ণ করে তোলে। নির্দিষ্ট শর্তাধীনে এবং নির্দিষ্ট সময়ের মধ্যে প্রয়োজনীয় ফাংশন সম্পন্ন করার সম্ভাবনাকে গড় ফেলচুরির মধ্যে সময় (MTBF) বা গড় ফেলচুরির ব্যবধান সময় বলা হয়। MTBF হল বিশ্বস্ততা পরিমাপের একটি সাধারণ মেট্রিক। পাওয়ার মিটারের জন্য বিশ্বস্ততা ডিজাইনের উদ্দেশ্য হল পণ্যের MTBF বৃদ্ধি করা এবং স্বাভাবিক পরিচালনা নিশ্চিত করা।
1. হার্ডওয়্যার বিশ্বস্ততা ডিজাইন
পাওয়ার মিটারের জন্য পাওয়ার সাপ্লাই ইন্টারফেরেন্স দমন ডিজাইন
ইঞ্জিনিয়ারিং স্ট্যাটিস্টিক্যাল ডাটা বিশ্লেষণ অনুযায়ী, পাওয়ার মিটার সিস্টেমে 70% ইন্টারফেরেন্স পাওয়ার সাপ্লাই দিয়ে প্রবেশ করে। সুতরাং, পাওয়ার সাপ্লাই গুণমান উন্নয়ন পুরো সিস্টেমের বিশ্বস্ত পরিচালনার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। যেহেতু সিস্টেম পাওয়ার সাধারণত মেইন বৈদ্যুতিক সরবরাহ থেকে উৎপন্ন হয়, পাওয়ার সাপ্লাই জন্য অ্যান্টি-ইন্টারফেরেন্স ডিজাইন প্রধানত ইনপুট পোর্টে ফিল্টারিং এবং ট্রানসিয়েন্ট ইন্টারফেরেন্সের দমনে ফোকাস করে।
2. পাওয়ার মিটারের জন্য গ্রাউন্ডিং ডিজাইন
গ্রাউন্ডিং সিস্টেমের ডিজাইন পুরো পণ্যের অ্যান্টি-ইন্টারফেরেন্স ক্ষমতাকে প্রত্যক্ষভাবে প্রভাবিত করে। একটি ভাল ডিজাইন বাহ্যিক পরিবেশগত ইন্টারফেরেন্সকে বাধা দিতে পারে এবং আভ্যন্তরীণভাবে কাপল শব্দকে কার্যকরভাবে দমন করতে পারে। নিম্নলিখিত দুইটি দিকের বিবেচনা করা সিস্টেমের বিশ্বস্ততা উন্নয়নে সাহায্য করতে পারে:
ডিজিটাল গ্রাউন্ড এবং এনালগ গ্রাউন্ড ডিজিটাল সিগনালের ধারালো প্রান্তের কারণে, ডিজিটাল সার্কিটে বিদ্যুৎ প্রবাহ পালস পরিবর্তন প্রদর্শন করে। সুতরাং, পাওয়ার মিটার সিস্টেমে এনালগ গ্রাউন্ড এবং ডিজিটাল গ্রাউন্ড আলাদা করে ডিজাইন করা উচিত, শুধুমাত্র একটি বিন্দুতে সংযুক্ত হওয়া উচিত। সার্কিট বোর্ডের এনালগ এবং ডিজিটাল সার্কিট তাদের নিজস্ব "গ্রাউন্ড" এর সাথে সংযুক্ত হওয়া উচিত। এটি ডিজিটাল সার্কিটের পালস গ্রাউন্ড প্রবাহ এনালগ সার্কিটে কমন গ্রাউন্ড ইমপিডেন্স দিয়ে কাপল হওয়ার থেকে কার্যকরভাবে প্রতিরোধ করে, ট্রানসিয়েন্ট ইন্টারফেরেন্স গঠন করে। যখন সিস্টেমে উচ্চ-আवর্তন বড় সিগনাল থাকে, তখন এই ইন্টারফেরেন্স আরও গুরুত্বপূর্ণ হয়।
সিঙ্গেল-পয়েন্ট এবং মাল্টি-পয়েন্ট গ্রাউন্ডিং নিম্ন-আবর্তন সিস্টেমে, গ্রাউন্ডিং সাধারণত সমান্তরাল সিঙ্গেল-পয়েন্ট গ্রাউন্ডিং এবং সিরিজ সিঙ্গেল-পয়েন্ট গ্রাউন্ডিং এর সমন্বয় করে পারফরম্যান্স উন্নয়ন করে। সমান্তরাল সিঙ্গেল-পয়েন্ট গ্রাউন্ডিং বলতে বোঝায় একই স্থানে বেশ কয়েকটি মডিউল গ্রাউন্ড তার একসাথে সংযুক্ত, যেখানে প্রতিটি মডিউলের গ্রাউন্ড পটেনশিয়াল তার নিজস্ব প্রবাহ এবং রোধের উপর নির্ভর করে। এর সুবিধা হল কমন গ্রাউন্ড তার রোধ থেকে কোন কাপল ইন্টারফেরেন্স নেই; দোষ হল অতিরিক্ত গ্রাউন্ড তারের ব্যবহার।
সিরিজ সিঙ্গেল-পয়েন্ট গ্রাউন্ডিং বলতে বোঝায় বেশ কয়েকটি মডিউল একই গ্রাউন্ড তার সেগমেন্ট শেয়ার করে। কারণ গ্রাউন্ড তারের সমতুল্য রোধ ভোল্টেজ ড্রপ তৈরি করে, ভিন্ন মডিউলের সংযোগ বিন্দুগুলি পৃথিবীর সাপেক্ষে ভিন্ন পটেনশিয়াল প্রদর্শন করে। যেকোন মডিউলে প্রবাহের পরিবর্তন গ্রাউন্ড পটেনশিয়ালকে প্রভাবিত করে, সার্কিটের আউটপুট পরিবর্তন করে এবং কমন গ্রাউন্ড তার রোধ থেকে কাপল ইন্টারফেরেন্স তৈরি করে। এই পদ্ধতির সুবিধা হল সরল তারকোট। উচ্চ-আবর্তন সিস্টেমে মাল্টি-পয়েন্ট গ্রাউন্ডিং ব্যবহৃত হয়, যেখানে প্রতিটি মডিউলের গ্রাউন্ড তার গ্রাউন্ড বাসবারের সাথে যথাসম্ভব ঘনিষ্ঠভাবে সংযুক্ত হয়। এর সুবিধা হল ছোট গ্রাউন্ড তার, কম ইমপিডেন্স, এবং কমন গ্রাউন্ড তার রোধ থেকে ইন্টারফেরেন্স শব্দ দূর করা।
3. পাওয়ার মিটারের জন্য আইসোলেশন ডিজাইন
আইসোলেশন ডিজাইনের প্রধান লক্ষ্য হল শব্দ উৎসকে সংবেদনশীল সার্কিট থেকে আলাদা করা। আইসোলেশন ডিজাইনের বৈশিষ্ট্য হল পাওয়ার মিটার সিগনাল যোগাযোগ রক্ষা করে তার পরিচালনা পরিবেশের সাথে সরাসরি বৈদ্যুতিক ইন্টারঅ্যাকশন ছাড়াই। প্রধান বাস্তবায়ন পদ্ধতিগুলি হল ট্রান্সফরমার আইসোলেশন, অপটো-আইসোলেশন, রিলে আইসোলেশন, আইসোলেশন অ্যাম্পলিফায়ার এবং লেআউট আইসোলেশন।
ট্রান্সফরমার আইসোলেশন পালস ট্রান্সফরমার, কম প্রতিটি বার্তা, ছোট বিতরণ ক্ষমতা (শুধুমাত্র কয়েক পিকোফারাড), এবং প্রাথমিক/দ্বিতীয় বাইন্ডিং কোরের বিপরীত দিকে ঘোরা, পালস সিগনালের জন্য আইসোলেশন উপাদান হিসাবে কাজ করতে পারে, ডিজিটাল সিগনাল আইসোলেশন অর্জন করে।
অপটো-আইসোলেশন অপটোকোপলার যোগ করলে স্পাইক পালস এবং বিভিন্ন শব্দ ইন্টারফেরেন্স দমন করা যায়। অপটো-আইসোলেশন ব্যবহার করলে হোস্ট কম্পিউটার সিস্টেম এবং পাওয়ার মিটারের যোগাযোগ পোর্টের মধ্যে কোন বৈদ্যুতিক ইন্টারঅ্যাকশন থাকে না, যা সিস্টেমের অ্যান্টি-ইন্টারফেরেন্স পারফরম্যান্স উন্নয়ন করে। অপটোকোপলার ডিজিটাল সিগনাল আইসোলেশন করতে পারে কিন্তু এনালগ সিগনালের জন্য উপযুক্ত নয়। এনালগ সিগনাল আইসোলেশনের জন্য সাধারণ পদ্ধতিগুলি হল: A. ভোল্টেজ-টু-ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তর অপটো-আইসোলেশন, যা জটিল সার্কিট তৈরি করে; B. ডিফারেনশিয়াল অ্যাম্পলিফায়ার, যা কম আইসোলেশন ভোল্টেজ প্রদান করে; C. আইসোলেশন অ্যাম্পলিফায়ার, যা ভাল কাজ করে কিন্তু ব্যয়বহুল।
রিলে আইসোলেশন যেহেতু রিলের কয়েল এবং কনট্যাক্টের মধ্যে কোন বৈদ্যুতিক সংযোগ নেই, কয়েল সিগনাল গ্রহণ করতে পারে এবং কনট্যাক্ট সিগনাল প্রেরণ করতে পারে, যা শক্তিশালী এবং দুর্বল বৈদ্যুতিক সিগনালের মধ্যে ইন্টারঅ্যাকশন এবং ইন্টারফেরেন্স আইসোলেশনের সমস্যা সমাধান করে।
লেআউট আইসোলেশন PCB লেআউট দিয়ে আইসোলেশন অর্জন, প্রধানত শক্তিশালী এবং দুর্বল বৈদ্যুতিক সার্কিট পৃথক করা।
4. পাওয়ার মিটারের জন্য প্রিন্টেড সার্কিট বোর্ড (PCB) অ্যান্টি-ইন্টারফেরেন্স ডিজাইন
প্রিন্টেড সার্কিট বোর্ড সার্কিট উপাদানগুলির বহনকারী এবং তাদের মধ্যে বৈদ্যুতিক সংযোগ প্রদান করে। PCB ডিজাইনের গুণমান সিস্টেমের অ্যান্টি-ইন্টারফেরেন্স ক্ষমতাকে প্রত্যক্ষভাবে প্রভাবিত করে। PCB ডিজাইনে অনুসৃত সাধারণ নীতিগুলি হল:
কেন্দ্রীয় প্রক্রিয়াকরণ ইউনিট (CPU) পিনের সাথে কুইন্টাল অসিলেটর যথাসম্ভব নিকটবর্তী রাখুন। তাদের ধাতব কেস গ্রাউন্ড করুন এবং সুরক্ষিত করুন, তারপর ক্লক এলাকাকে গ্রাউন্ড তার দিয়ে আইসোলেট করুন—এই পদ্ধতি অনেক কঠিন সমস্যাকে প্রতিরোধ করে;
CPU এর জন্য কম আবর্তনের কুইন্টাল ব্যবহার করুন এবং সিস্টেম পারফরম্যান্স প্রয়োজনীয়তা মেনে ডিজিটাল সার্কিট যথাসম্ভব ধীর রাখুন;
অব্যবহৃত CPU ইনপুট/আউটপুট পোর্টগুলি ভেসে থাকা উচিত নয়; তাদের সিস্টেম পাওয়ার বা গ্রাউন্ডের সাথে সংযুক্ত করা উচিত, এবং অন্যান্য চিপের জন্যও একই প্রযোজ্য;
উচ্চ-আবর্তন উপাদানগুলির মধ্যে ট্রেসের দৈর্ঘ্য কমিয়ে দিন। ইনপুট এবং আউটপুট ফাংশনাল উপাদানগুলিকে দূরে রাখুন, এবং ইন্টারফেরেন্স সুস্থ উপাদানগুলিকে একসাথে রাখা উচিত নয়;
নিম্ন-আবর্তন এবং দুর্বল-সিগনাল সার্কিটে বর্তনী লুপ এড়ান। যদি অনিবার্য হয়, তাহলে লুপ এলাকা কমিয়ে দিন যাতে প্ররোচিত শব্দ কমে;
সিস্টেম তারকোটে 90-ডিগ্রি বেন্ড এড়ান যাতে উচ্চ-আবর্তন শব্দ নির্গম হয় না;
সিস্টেমের ইনপুট এবং আউটপুট লাইনগুলি সমান্তরাল চলা এড়ান। দুই পরিবাহীর মধ্যে একটি গ্রাউন্ড লাইন যোগ করুন যাতে রিএক্টিভ কাপলিং কার্যকরভাবে প্রতিরোধ করা যায়।
5. সফটওয়্যার বিশ্বস্ততা ডিজাইন
5.1 পাওয়ার মিটারের জন্য ডিজিটাল ফিল্টারিং ডিজাইন
বর্তমানে, পাওয়ার মিটারে বিভিন্ন পরিমাপ আইসি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। কেন্দ্রীয় প্রসেসর Serial Peripheral Interface (SPI) বা Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) দিয়ে এই পরিমাপ চিপগুলির সাথে যোগাযোগ করে পাওয়ার সিস্টেমের প্যারামিটার প্রাপ্ত করে। যদি বাসে ইন্টারফেরেন্স হয় বা পরিমাপ চিপ
