BUTUNSiNAVLAR.COM
        Giriş     Üye OL
Kontrol sistemleri, otomatik kontrol sistemleri, ders notları, Kontrol Sistemlerinin Çeşitleri, Açık çevrim (open-loop) kontrol sistemleri, Kapalı çevrim closed-loop, park mesafe kontrol sistemi nedir, sivi dolum makinesi projeleri yardim, kontaktör sembolü, çabuk bağlantı elemanı pnömatik şema sembolü, hırsız alarmında kullanılan proğram ve gereçler, Ekipmanları, vanaları, enstrumanları sembol

Kontrol sistemleri

1.4. Kontrol Sistemlerine Giriş

İkinci dünya savaşından sonra ve özellikle son yıllarda kontrol sistemleri, insanlığın ve uygarlığın gelişme ve ilerlemesinde, çok önemli rol oynayan bir bilim dalı hâline gelmiştir. Bugün modern ev ve bürolardaki ısıtma ve havalandırma sistem ya da düzenleri otomatik kontrol yöntemleri yardımı ile ısıyı ya da ortamın nemini ayarlar. Endüstride, modern araç-gereçlerde, otomatik kontrol sistemlerinin sayısız uygulamaları vardır. Üretilen ürünlerin niteliklerinin kontrolü, ilaç endüstrisinde ilaçların kontrolü, uçakların oto-pilot ile kontrolü, gemilerin kontrolü, modern gerilim regülatörleri, güdümlü araçların kontrolü, bilgisayarla kontrol, trafik kontrolü, robotlar ve kontrolleri vb. Geniş bir açıdan bakıldığında, kontrol sistemleri, elektrik, makine, inşaat vb. birçok alanda uygulanabilmektedir.

Otomatik üretim modern sanayinin de temeli ve teknik ilerlemenin genel eğilimidir. Bu da yeni fabrikasyon süreçleri, otomasyon imkânlarının daha geniş uygulanışı, otomatik işlem görücülerin ve sanayi robotlarının, çeşitli tipte yükleme gereçleri, yükleme gereçleri, transfer tezgâhları ve otomatik kontrol sistemlerinin kullanımı demektir.

Endüstriyel otomasyonda mekanik, hidrolik ve elektronik birleşmekte ve otomasyon araçları olarak kuvvet, basınç, hız iletme sistemleri (transduserler), röleler, amplifikatörler, sinyal çevirgeçleri, elektriksel hidrolik ve pnomatik harekete geçiriciler kullanılmaktadır.

Ölçüm işlemlerinde ve tezgâhların ayarında otomasyondan yararlanılmakta; otomatik torna, freze, matkap ve taşlama otomasyonun bir kısmını oluşturmaktadır. Montajlara da otomasyon girmiştir. Otomasyon, Henry Ford’un 20. yüzyılın başında ilk kez kitle üretim tesisini gerçekleştirdiği zamanki kadar önemli bir teknolojik değişmedir. Tam otomasyona örnekler verirsek, modern bir petrol rafinerisi ya da tek bir denetim sisteminden elektronik darbelerle yönlendirilen petrolün içinden aktığı boru hattı sistemi bugünkü uygulamalardandır.

Yarının düğmelerle çalışacak fabrikasında belki de üretim sahasında hiç işçi olmayacaktır. Pratik olarak bugünkü otomasyonla güç üretim santralinde ve petrol rafinerisinde hiç işçi yoktur. Ama aynı anda makineye bilgi hazırlayan ve onu makineye veren programcılar, makine yapımcıları, makine yerleştiricileri, onarımcılar vb. gibi yüksek beceri isteyen işlerde çalışan inanılmaz çoklukta insan vardır. Ayrıca makinenin tasarımcıları, çizimcileri, sistem mühendisleri, matematikçiler ya da mantıkçılar gibi büyük sayıda eğitilmiş insan gereklidir.

Akış (debi), basınç veya sıcaklık gibi stratejik niceliklerin hassas bir şekilde ölçülmesi, bir işlemin uygulanmasının kontrolü veya izlenmesinin önemli bir bölümünü oluşturur. Şekil 1.13’te endüstriyel enstrümantasyon sistemlerinin birçoğunu gösteren bir blok diyagram gösterilmiştir.

kontrol sistemleri

“Ölçülen değer” veya “işlem değişkeni” adı verilen fiziksel bir nicelik, bir ölçüm sistemi kullanılmak suretiyle, genel olarak elektriksel bir sinyal gibi ölçülebilen bir değere dönüştürülür. Daha sonra bu sinyal kontrol amacıyla kullanılabilir. Şekil 1.14’te ise daha ayrıntılı bir blok gösterilmiştir. Bu şemada bir algılama elemanı (sensör-transduser) eklenmiştir. Bu durumda sensör, kontrol edilmekte olan işlem değişkeni ile ilgili bir değişiklik gösterecektir. Çoğu sistemlerde yalnız tek bir değişkeni ölçmek için bir ölçme elemanları zinciri bulunabilir. Örneğin debiyi ölçmek için orifisli bir plaka kullanılmakta olup bu orifisli plaka, akışa bağlı olarak bir basınç farkı meydana getirir. Bu basınç farkı ise, bir körük ile yer değiştirme hareketine, bu da bir potansiyometre ile elektriksel sinyale dönüştürülür. Bu tür sistemlerde ilk sensöre birincil sensör denir. Sensörden direkt olarak alınan sinyal çoğu kez çok küçük olduğundan, yükseltmeye tabi tutulabilir.

kontrol sistemleri

1.4.1. Kontrol Sistemlerinin Temel Elemanları

1.4.1.1. Sistem

Bir bütünü oluşturan, birbiri ile bağlı olan ya da belli bir işlev için bir araya getirilmiş olan elemanların düzenine ya da kümesine sistem denir.

1.4.1.2. Kontrol Sistemi

Kontrol ayarlayan, düzenleyen, yöneten, kumanda eden anlamlarındadır. Kontrol sistemi ise kendisini ya da başka bir sistemi, düzenlemek, kumanda etmek ya da yönetmek üzere uygun bir biçimde bağlanmış fiziksel elemanlar kümesidir. Kontrol sistemlerinde kontrol edilen düzenin bazen bir, bazen de birden çok giriş ve bu girişlerle ilgili bir veya birçok çıkışı olabilmektedir.

1.4.1.3. Giriş

Sistemi ya da kontrol edilecek düzeni, kontrol etme amacı ile uygulanan işarettir.

1.4.1.4. Çıkış

Belli giriş ya da girişlere ait sistemin, çıkış işareti ya da işaretleridir.

Bu tanımlamalardan sonra en basit bir kontrol sistemini blok olarak gösterelim:

kontrol sistemleri

Şekil 1.15’te gösterildiği gibi sistemin bir girişi ve bir çıkışı varsa kontrol sistemine bir giriş vebir çıkışlı sistem, eğer bu işaretler çok sayıda ise, çok giriş ve çıkışlı sistem denir.

1.4.2. Kontrol Sistemlerinin Çeşitleri

Kontrol sistemleri birçok değişkene göre sınıflandırılabilir. Bu kısımda kontrol sistemleri sadece çıkış işaretinin kontrol ya da yönetilmesi açısından ele alınacaktır.

Kontrol sistemleri içerisinde kullanılan kontrolörün türüne göre de sınıflandırılabilir, burada kontrolör elektronik bir mikroişlemci, mikrodenetleyici veya bir bilgisayar olabileceği gibi bir programlanabilir lojik kontrolör (PLC) de olabilir. Bunlar sonraki konularda ele alınacaktır.

Çıkışın ya da kontrol edilen büyüklüğün kumanda edilmesi bakımından kontrol sistemleri ikiye ayrılır.

  • Açık çevrim (open-loop) kontrol sistemleri
  • Kapalı çevrim (closed-loop) kontrol sistemleri

1.4.2.1. Açık Çevrim (Open-Loop) Kontrol Sistemleri

Girişindeki kumanda ya da kontrol işareti çıkıştan (kontrol edilen büyüklükten) bağımsız olan bir kontrol sistemidir. Fakat açık çevrim kontrol sistemlerinde çıkış, giriş işaretinin bir fonksiyonudur.

1.4.2.2. Kapalı Çevrim (Closed-Loop) Kontrol Sistemleri

Girişindeki kumanda ya da kontrol işareti çıkış işaretine, çıkış işaretinden üretilen bir işaretle bir referans işaret arasındaki farka ya da bunların toplamına bağlı olan bir kontrol sistemidir. Bu sisteme geri beslemeli kontrol sistemi de denir.

kontrol sistemleri

Yollarda trafik kontrolü yapan ışıkları düşünelim. Bunlar, bir zaman ayarlayıcı ile çalışır. Belirlenen bir süre kırmızı yanar ve trafiği durdurur, diğer belli bir zamanda yeşil yanar ve trafiği açar. Böyle bir kontrol sistemi trafiği iyi düzenleyemez, kontrol edemez. Trafik olmasa veya çok yoğun olsa da ışıklar aynı süre yanıp söner, burada kontrol sistemine giriş kırmızı ve yeşil yanma süreleri, çıkış ise trafik yoğunluğudur.

Kontrol sisteminin girişi ya da kumanda işareti; örneğin lambanın yeşil yanma süresi olarak alınırsa çıkış büyüklüğü olan trafik yoğunluğu, yeşil yanma süresini, yani girişi etkilemez. Buradan anlaşılmalıdır ki kumanda işareti olan yeşil yanma süresi çıkışı oluşturan trafik yoğunluğundan bağımsızdır. O halde bu sistem bir açık çevrim kontrol sistemidir. Eğer bu sistemde çıkış büyüklüğü olan trafik yoğunluğu ölçülür ve bir referansla karşılaştırılarak aradaki farka göre yeşil ışığın yanma süresi ayarlanırsa böyle bir sistem kapalı çevrim kontrol sistemi olur.

Açık çevrim kontrol sistemine diğer bir örnek vermek amacı ile hızı bir tristör köprüsü ile kontrol edilen bir motoru düşünelim. Motoru değişken hızlarda çalıştırabilmek için tristörlerin gate işaretleri ayarlanarak motorun rotoruna uygulanan gerilim değiştirilir. Burada kontrol işareti tristörün gate’ine uygulanan gerilim, çıkış ise motorun hızıdır. Şimdi varsayalım motor yüklenmiş ve hızı azaltılmıştır. Hızın sabit tutulması isteniyorsa motora uygulanan giriş gerilimi arttırılmalıdır. Başka bir deyimle kontrol işaretini büyütmek gerekir. Oysa sistemin giriş gerilimi, çıkış büyüklüğü olan hızın azalmasından bağımsızdır. Bu da bu sistemin açık çevrim kontrol sistemi olduğunu gösterir.

Açık çevrim kontrol sistemlerinde ayar ya da kontrol işaretini, etkiyen işarete çeviren bir kontrol elemanı (kontrolör-sürücü) organı vardır. Aşağıdaki şekilde açık çevrim kontrol sisteminin blok diyagramı gösterilmiştir.

kontrol sistemleri

Kapalı çevrim kontrol sistemlerine bir örnek verme amacı ile tristörle hızı kontrol edilen motoru tekrar ele alalım. Şimdi sistemin hızını bir takojeneratörle ölçelim ve elde edilen gerilim bir referansla karşılaştırdıktan sonra kontrol elemanına verelim. Böyle bir bağlantışekli aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

kontrol sistemleri

Tristör köprüsü üç fazlı alternatif akım ile beslenir. Tristörün ateşleme ya da tetikleme açıları bir tetikleme devresi ile 0-180 derece arasında ayarlanabilmektedir. Böylece tristör köprüsünün motora uyguladığı gerilim 0-max. Değer arasına ayarlanabilmektedir. Motorun hızı miline bağlı takojeneratörün gerilimi ile orantılıdır. Şimdi varsayalım ki motorun hızı sabit bir değerde tutulmak isteniyor.

Bu takdirde motorun hızı ile orantılı olan takojeneratörün gerilimi bir filtre üzerinden sabit bir değere ayarlanmış olan referans gerilim kaynağı ile karşılaştırılır. Fark gerilimi elde edilir. Bu gerilim bir amplifikatörle kuvvetlendirilerek tetikleme devresine verilir. Buna göre tetikleme açıları değişir ve motorun hızı sabitlenmiş olur ve bu sabit tutma işlemi otomatik olarak yapılmaktadır. Motorun hızını başka bir değerde sabit tutmak için ise referans kaynağın değerini değiştirmek yeterlidir. Burada önemli olan sonuç şudur, örnek olarak aldığımız kontrol sistemi, hızın değişimini sezmekte ve değişen bu hızı sabit bir değere getirmek için kontrol ve kumanda işareti üretmektedir. Örneğimizde motorun dönme sayısı çıkışı, referans işareti de girişi oluşturmaktadır.

Kapalı çevrim otomatik kontrol sisteminin tanımından ve ele aldığımız örnek üzerine yaptığımız açıklamalardan basit bir kapalı çevrim ya da geri beslemeli otomatik kontrol sisteminin blok diyagramı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir. Burada kontrol işareti bir referans ile karşılaştırmadan sonra elde edilmektedir. Bu sebeple literatürde kontrol işareti için hata ya da sapma (deviation) deyimleri de kullanılmaktadır.

otomatik kontrol sistemleri

1.4.3. Mikroişlemci Parçalarının (Elemanlarının) Fonksiyonu

Kontrol sistemlerinde kontrol elemanı olarak mikroişlemciler yaygın olarak kullanılmaktadır.

İşlemci veya CPU, kullanıcı ya da programcı tarafından yazılan programları meydana getiren komutları veya bilgileri yorumlamak ve yerine getirmek için gerekli olan tüm mantıksal devreleri kapsar. Bu devreler genelde transistörlerden meydana gelmektedir. Mikroişlemci, gerek yaptığı işlemlerin mikro saniyeler mertebesinde olması, aynı zamanda içindeki elektronik devrelerin ve bölümlerin mikron boyutlarında olması sebebiyle bu adı almıştır.

Mikroişlemci, bir bilgisayar sisteminin en önemli 3 donanımından biridir ve bu 3 donanım arasında en çok adı anılandır. Diğerleri bellek (RAM-ROM) ve giriş-çıkış (G/Ç) birimleridir.

İlk mikroişlemci 1971 yılında hesap makinesi amacıyla üretilen Intel firmasının 4004 adlı ürünüdür. Bu kesinlikle hesap makinelerinde kullanılmak üzere üretilmiş ilk genel amaçlı hesaplayıcıdır. Bir defada işleyebileceği verinin 4-bit olmasından dolayı 4-bitlik işlemci olarak anılmaktaydı. Bu gelişme sonrasında yürütülen çalışmalar neticesinde 1974– 1976 yılları arasında 8-bitlik ilk genel amaçlı ve gerçek mikroişlemci denebilecek işlemciler tasarlanmıştır. 1974 yılında Intel 8080 adlı işlemcisinin, hemen ardından bu işlemci ile pek farklı olmayan Motorola 6800 adlı işlemcisini piyasaya sürmüşlerdir. Yapısal ve işlevsel olarak birbirinden pek farkı olmayan, sadece komut kümelerinde ve işlevlerinde küçük farklılıklar olan iki işlemci daha piyasaya sürülmüştür. Bunlar, MOS Technology firması tarafından üretilen 6502 ve Zilog firması tarafından üretilen Z–80 işlemcileridir. Günümüz işlemcileri bu işlemcilerin mimarilerine dayalı olarak, bazı özellikleri (kaydedici sayısı, kaydedici büyüklüğü, veri yolu genişliği, adres yolu genişliği, adresleme kapasitesi gibi.) geliştirilerek performans ve hız bakımından daha verimli olacak şekillerde üretilmektedir.

Şimdi bir mikro işlemcinin temel elemanlarını ve fonksiyonlarını inceleyelim.

Mikroişlemciler kısaca art arda gelen bilgileri işleyen entegrelerdir. Mikroişlemciler aritmetik (toplama, çıkarma, çarpma, bölme gibi), lojik (ve, veya, değil gibi) işlemler yapabilir ve bu işlemler ile bir programı hızlı bir şekilde çalıştırabilir. Aşağıdaki şekilde basit olarak bir mikroişlemcinin yapısı gösterilmiştir.

otomatik kontrol sistemleri

Temel olarak bir mikroişlemciyi oluşturan parçalar ve fonksiyonları kısaca aşağıdaki şekildedir:

  • ALU: Aritmetik ve mantık (Lojik) işlemlerinin gerçekleştirildiği birimdir.
  • Kaydediciler: İşlemci içerisinde verilerin geçici olarak tutulduğu birimlerdir. Bazıları işlemci sonucunda durumu gösterirken, bazıları da adres göstermek için kullanılırlar. Sayıları ve kapasiteleri fazla değildir ama işlevleri çok önemlidir.
  • Kontrol Birimi: Komutların kodunun çözülmesinde, belli bir zaman dâhilinde belli birimlerin devreye sokulması veya devreden çıkarılması için zamanlama sinyallerinin üretilmesi ve kesme sinyallerine cevap verilmesi gibi ana görevleri vardır. Kısaca program akışını denetler.

1.5. Kontrolörler

Otomatik kontrol sistemlerinin çalışması kontrolör birimleri tarafından organize edilir. Bir kontrol sisteminde sinyallerin alınması, işlenmesi (yorumlanması) ve bunların sonucunda cihazların kontrolünü gerçekleştiren elemanlara kontrolör denir. Bunların yanı sıra, ölçüm sonuçlarını değerlendirir, kullanıcı tarafından kolayca yorumlanacak formatta onları gösterir ve bu sonuçlara göre kontrol işlemlerini gerçekleştirir.

1960 yılı başlarında, ek devrelere gerek duyulmayan, yüksek verimlilik ve güvenilirliği olan bilgisayarların kullanılmaya başlanmasıyla birlikte endüstriyel üretimde otomasyon sistemi ortaya çıkmıştır. Bu sistemlerle yapılan kontrol işlemlerinde yüksek maliyet, kullanılan yazılımların karmaşıklığı ve gerekli teknik eleman noksanlığı bazı mahzurlar doğurmuştur.

1960 yılı ortalarında bilgisayar teknolojisi ile klasik kumanda devreleri (röle, kontaktör) karışımı bir programlanabilen kumanda ve buna bağlı olarak programlanabilir kumanda cihazının (PLC) yapım fikri ortaya çıkmıştır.

Otomobil endüstrisinde seri üretim hatlarındaki kontrol sistemleri, her bir yeni model otomobil için yeni bir kontrol sistemi değişikliği, ilk programlanabilir kumanda tekniği fikrinin ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Bu endüstrideki ihtiyaç ile birlikle aynı zamanda PLC’nin kullanımı, tamir ve bakım kolaylıkları gibi özelliklerinin olmasını getirmiştir.

1.5.1. Proses Kontrol Sisteminde Kontrolörlerin Rolü

Bir sistem içinde bir değişkeni kontrol edebilecek olan birbiri ile ilgili elemanlar topluluğu tarafından yerine getirilen işlemlerin tümüne proses denir. Yani proses bir işlemler bütününü ifade etmektedir. Aşağıdaki şekilde kapalı çevrim bir otomatik kontrol sistemi içerisinde kontrolörün yeri gösterilmiştir.

otomatik kontrol sistemleri

Proses kontrol içinde kontrolörler en önemli yere sahiptir. Çünkü kontrol sistemlerinin çalışması kontrolör birimleri tarafından organize edilir. Kontrolör birimleri işaretlerin, geri besleme sisteminden gelen hata sinyallerinin alınması, değerlendirilmesi ve sonuç olarak cihazların kontrol işlemlerini gerçekleştirir.

1.5.2. Kontrolörlerin Çeşitleri

Günümüzde kontrol sistemi içerisinde kontrolör olarak aşağıdaki sistemler yaygın olarak kullanılanlarıdır:

  • Mikroişlemci
  • Mikrodenetleyici
  • PLC

Mikroişlemcilerden bir önceki bölümde bahsetmiştik. Mikroişlemciler, yanına eklenen osilatör devreleri, bellek ve G/Ç birimleri gibi elemanlarla birlikte bir kontrolör olarak kullanılabilmektedir.

Mikrodenetleyiciler ise günümüzde mikroişlemcilerden çok daha yaygın biçimde kullanılan kontrolör elemanlarıdır. Çünkü mikrodenetleyici entegre bünyesinde genellikle dahili bir flash (elektriki olarak yazılıp silinebilen) bellek, dâhilî G/Ç birimleri gibi birçok üniteyi barındırmaktadır. Bunun sonucunda da çok daha az eleman kullanarak daha esnek kontrol devreleri yapılabilmektedir.

Programlanabilir lojik kontrolörler (PLC), otomasyon devrelerinde yardımcı röleler, zaman röleleri, sayıcılar gibi kumanda elemanlarının yerine kullanılan mikroişlemci temelli cihazlardır. Bu cihazlarda zamanlama, sayma, sıralama ve her türlü kombinasyonel ve ardışık lojik işlemler yazılımla gerçekleştirilir. Bu sebeple karmaşık otomasyon problemlerini hızlı ve güvenli bir şekilde çözmek mümkündür. Biz burada endüstriyel kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılan programlanabilir lojik kontrolörler (PLC) üzerinde inceleme yapacağız.

otomatik kontrol sistemleri

PLC’nin en büyük üstünlüğü, düşük voltajlarda, bakım maliyetlerinin elektromekanik röle kontrol sistemlerine göre oldukça ucuz olması, buna ilave olarak birçok üstünlükler sağlamasıdır. Bunlar sırasıyla; basit olması, kullanım kolaylığı, esnek kullanım özelliklerine sahip olması, değişimlerin kolay olması, ekonomik olmalarıdır. Ayrıca PLC’ler için geliştirilmiş olan programlama dilleri, kontaklı (röleli) kumanda devreleri tasarımcılarının kolayca anlayıp uygulayabileceği biçimindedir. Bir kontaklı kumanda devresinden PLC’ye geçmek oldukça kolaydır.

1.5.3. Kontrolör Devrelerinde Kullanılan Semboller

Kontrolör ve kumanda devrelerinde kullanılan semboller 2 tür olabilir, birincisi kontrolöre (burada PLC üzerinden inceleyeceğiz) giriş ve çıkış bağlantıları yapılırken kullanılan elemanların sembolleri diğeri ise PLC programlanırken kullanılacak programlama ile ilgili sembollerdir. Aşağıda örnek bir sembol tablosu yer almaktadır.

otomatik kontrol sistemleri

Şimdi de bu sembollerdeki elemanlardan en sık kullanılanları inceleyelim.

Kontaktörler

Kontaktörler; elektrik devrelerinin bağlantı işlemlerinde, bütün motor kumandalarında, ışık, kuvvet, sinyalizasyon ve bunlar gibi doğru ve alternatif akımda çalışan bütün tesislerde devrenin açılıp kapanmasını temin eden elektromanyetik şalterlerdir. Kontaktörlerin en önemli kullanılış alanı doğru ve alternatif akım devrelerinin kumanda edilmesidir. Kontaktörler vasıtasıyla her güçteki motorlara yol verme devir sayısı kontrolü gibi işler kolaylıkla sağlanabilmektedir.

otomatik kontrol sistemleri otomatik kontrol sistemleri

• Şalterler-Anahtarlar

Kontak konumunu fiziksel hareket ile değiştiren kumanda elemanlarıdır. Bunların değişik tipleri vardır. Örneğin basmalı anahtarlar, mafsallı anahtarlar, dokunmatik anahtarlar, ışıklı anahtarlar vb. Şalterler genelde iki tipte yapılırlar: Kalıcı tip anahtarlar-şalterler ve butonlar (geri dönüşlü şalterler).

otomatik kontrol sistemleri

• Kalıcı Tip Şalterler

Kalıcı tip şalterler yeni bir komut gelinceye kadar en son hâlini korur. Genellikle kumanda sistemlerinin ana girişlerinde kullanılır. Örnek olarak lamba anahtarları ve pako şalterler verilebilir.

otomatik kontrol sistemleri otomatik kontrol sistemleri

• Butonlar

• Start Butonu

Start başlatma butonudur. Bu butonlarda kontak normalde açıktır. Butona basılınca, açık olan kontak kapanır. Buton üzerinden etki kaldırıldığında, kapanan kontak hemen açılır. Bunlara ani temaslı buton da denir. Şekil 1.24’te start butonuna ait sembol ve resim görülmektedir.

S

otomatik kontrol sistemleri

• Stop Butonu

Durdurma butonudur. Bu butonlarda kontak normalde kapalıdır. Butona temas edilince, kapalı olan kontak açılır, temas olduğu sürece açık kalır. Butondan temas kalkınca kontaklar normal konumunu alır. Şekil 1.25’te stop butonuna ait sembol ve resim

görülmektedir.

otomatik kontrol sistemleri

Şekil 1. 25: Stop sembolü ve butonu

Aşağıdaki şekilde buton, anahtar, çift yollu kumanda butonu ve kontaktörlerin PLC’ye bağlantısı görülmektedir.

otomatik kontrol sistemleri

L1 N

• Mekanik Sınır Anahtarları

Mekanik bir etkiyle kontakları konum değiştiren elemanlardır.

otomatik kontrol sistemleri otomatik kontrol sistemleri

Şekil 1.28: Mekanik sınır anahtarlarının PLC’ye bağlantısı

1.6. Kontrol Sistem Yöntemleri

Endüstriyel otomasyon sistemleri ve enstrümantasyon cihazlarının önemli bir üstünlüğü, sahip oldukları karşılıklı haberleşme özelliğidir. En başta yapılan yerel otomasyonlar artık yeterli kalmayıp iletişim sistemleri üzerinden haberleşilerek, karmaşık otomasyon çözümleri üretebilmektedir. Burada en önemli nokta, sistem entegrasyonudur.

Sistem entegrasyonu, endüstriyel otomasyonda kullanılan tüm donanımın haberleşme
özelliği ile bunun yazılım üzerinden gerçekleştirilmesi ve sistemin uyum içinde
çalışabilmesidir.                  

Endüstriyel otomasyonun ana elemanı programlanabilir lojik kontrolörlerdir (PLC). PLC’ler ile yapılacak işin kapsamına göre; kumanda, kontrol, kullanım ve izleme, uyarı ve raporlama işlemlerini içeren endüstriyel otomasyon sistemleri gerçekleştirilebilir.

Her kumanda, bir otomasyon ve bir de proses kısmından oluşur. Otomasyon kısmı, kumandanın “aklı” dır. Kumandanın proses kısmı ise, bir malzemenin, enerjinin ya da bilginin, nitelik ve nicelik olarak değişimini ya da taşınmasını hedef olarak alır ve bunun teknik akışını kapsar.

1.6.1. Endüstriyel Kontrol Uygulamalarında Kullanılan Lojik Sistemler

Endüstriyel kontrol uygulamalarında yaygın olarak PLC’ler kullanılmaktadır. Piyasada farklı firmaların üretmiş oldukları farklı özelliklere sahip birçok PLC bulunmaktadır. PLC’ler seçilirken aşağıdaki temel özellikler göz önünde bulundurularak ihtiyaca göre seçilmelidir.

• Giriş/Çıkış Sayısı

Kontrol sisteminde çalışmayı yönlendiren giriş cihazları ile kontrol edilen eleman sayısı bellidir. Bu cihazların PLC ile bağlanabilmesi için kontrolör yeteri kadar giriş ve çıkış bağlantı hattı olmalıdır. Ayrıca çalışmanın dışarıdan takip edilmesine yarayan aygıtların (örnek, sinyal lambaları, alarm cihazları) bağlantısı ile sisteme özgü, özel gereksinimlere cevap verebilecek durumda olmalıdır.

• Giriş/Çıkış Tipleri

Giriş/çıkış (G/Ç) cihazları ile kontrolör arasındaki elektriksel uyum olmalıdır. Eğer büyük güçlü anahtarlar bulunuyorsa değme noktalarında oluşacak temas dirençlerinin ve titreşimlerinin çalışmayı olumsuz etkilemesi önlenmelidir. Giriş cihazı elektriksel bir sinyal gönderiyorsa, ister AC ister DC çalışma olsun gerekli dönüştürücüler ile birlikte uyum içinde olmalıdır.

Özel giriş tipleri de istendiği takdirde hesaba katılmalıdır. Çıkış tipleri, çıkış cihazlarına ve onların çalıştığı enerji kaynaklarına göre değişmektedir. Bazı cihazlar röleli çıkışlar ile kontrol edilirken bazılarının da triyak veya transistör çıkışları ile kontrol edilmesi gerekir.

İlave olarak aşağıda belirtilen durumlar da göz önüne alınmalıdır:

  • Giriş cihazlarının empedansı PLC giriş devresinin açma/kapama akımına uygunluğunu sağlıyor mu?
  • Güç kaynağı çalışma gerilimi altında çıkış devreleri yeterli akım taşıma kapasitesine sahip mi?
  • Yarı iletken çıkışların dielektrik dayanımı ne düzeyde?
  • Çıkış devrelerinin yüke göre sahip olması gereken harici koruma bağlantıları nelerdir?
  • Giriş/çıkış devreleri, elektriksel hatalara karşı PLC’yi iyi bir şekilde koruyor mu?
  • Çalışma sıcaklığı ortam sıcaklığına uygun mu?
  • Montaj ihtiyaçları nelerdir?
  • Kontrolörün besleme gerilimi ve güç tüketimi nedir?
  • Analog/dijital çeviriciler ve PID modülleri kontrolör ile birlikte kullanılabiliyor mu?

• Programlama İmkânları

Kontrolörün programlama dili ne kadar sade ve anlaşılır olursa, kullanımı teknik elemanlar tarafından o kadar kolay olur. Yazılabilecek maksimum komut sayısı programlama esnekliğini arttırır. Komut sayısı miktarı RAM bellek kapasitelerine tekabül etmektedir. Bununla birlikte programlanabilir kontrolör programları, genellikle 1000 komuttan daha az, ortalama 500 adım veya daha kısadır. Çoğu sisteme ilişkin problemlerin çözümünde bazı fonksiyonel özel rölelere ihtiyaç duyulur. Timer (zamanlayıcı) ve counter (sayıcı) gibi rölelerin çokluğu her zaman tercih sebebidir. PLC’nin yapısında bulunan ana mikroişlemcinin gelişmişliği programlama imkânları ile paraleldir. Bunda işlemcinin bit sayısı, adres ve data hattı sayısı, hızı, vs. gibi özellikleri etkili olmaktadır.

• Çalışma Hızı

Hız, bir kontrol sisteminden beklenen en önemli özelliklerden biridir. PLC için çalışma hızı, algılanan değişimlerin yorumlanarak tepki verilmesi arasında geçen süre ile ifade edilir, fakat burada asıl ayırt edici nitelik tarama zamanıdır; çünkü diğer süreler aşağı yukarı birbiriyle aynıdır. Tarama hızının azalması çalışma hızının artmasına sebep olur.

• Sistem Genişlemesi ve İletişim

Eklenebilir modüllerle giriş/çıkış sayısının artırılması ve sistemin genişletilmesi sürekli bir avantajdır. Öte yandan PLC’ler arasındaki iletişim imkânı tercih edilen yönlerden biridir. PLC’ler arasında haberleşmeyi ve bilgi işlem cihazları ile beraber çalışarak tek bir merkezden yönetimi mümkün kılar. Bu amaçla kullanılan RS 232 konnektörleri PLC üzerinde tüm kontrollerin yapılabilmesini sağlar. Kullanılan modelin ve bu modeldeki program özelliklerinin yeni modellerle entegrasyon imkânları da göz önünde bulundurulmalıdır.

• Çevre Birimleri

Aşağıda görülen her bir ilave birim kontrolörün işlevselliğini arttırmaktadır:

  • Ayrılabilir programlama konsolu
  • Grafik programlayıcı
  • Printer ara birimleri
  • EPROM (PROM) programlayıcı okuyucu
  • Manyetik teyp bandı
  • Disket üniteleri
  • Printer ara birimleri

• Hangi İmalatçı

Otomasyoncular, bir veya iki imalatçının PLC’si ile çalışma eğilimindedir. Buna ürün benzerlik ve bütünlüğü sebep gösterilir. Müşteriye en iyi bir veya iki PLC’yi teklif ederler.

PLC seçiminde aşağıdakilere de dikkat etmek gerekir:

  • Kullanıcı tasarım işinde bir yardımcı bulabilir mi?
  • İmalatçının pazar payı nedir?
  • İmalatçı kullanıcı ihtiyaçlarını karşılayabilmek için PLC üzerinde eğitim verebilir mi?
  • Bütün yardımcı el kitapları mevcut mu?
  • Aynı ya da farklı imalatçıda diğer PLC modellerinin sistemle uyumluIuğu nedir?
  • Kullanılan programlama yöntemi, uygulama için kontrol planı taslağına uygun mu?
  • İhtiyaç anında kısa sürede teknik destek verebiliyor mu?
  • Garanti kapsamı dışında standart en az 10 yıl yedek parça ve servis garantisi var mı?

• Maliyet

PLC’ler arasında oldukça değişik fiyat farkları bulunmaktadır. İşletme ekonomisinde PLC’ ler için ayrılan bütçe maliyeti karşılayabilmelidir.

1.6.2. Kontrol Sistemlerindeki Bellek Birimlerinin Rolü

Program kodları ve verilerin saklandığı birimlere bellek adı verilir. Verinin saklanma şekli bakımından bellekler genel olarak iki grup altında incelenir.

otomatik kontrol sistemleri

1.6.2.1. RAM Bellekler

RAM (Rastgele Erişimli Bellekler), çalışma şekli açısından oku/yaz belleği olarak da adlandırılır. Yani bu tür bellekler hem içeriğine bilgi yazmak hem de içeriğindeki bilgiyi okumak için tasarlanmıştır. Rastgele erişimli denmesinin sebebi, belleğin herhangi bir yerinde bulunan verilere bir sıra takip edilmeksizin yani rastgele ve aynı sürede erişilmesidir. RAM’daki bilgilere erişim, disk ya da disket sürücülerindeki erişimle kıyaslanamayacak kadar hızlıdır. RAM bellekteki veriler sistem sürekli elektrik enerjisiyle beslendiği sürece saklanabilirler. Enerji kesildiği anda RAM’da saklanan bütün bilgiler kaybedilir. Yazılım programlarının yürütülmesi RAM bellekte gerçekleşir.

1.6.2.2. ROM Bellekler

ROM (Sadece Okunur Bellek), değişik türleri olmakla birlikte genel özellikleri bağlı bulunduğu sistemdeki elektrik enerjisi kesilmesi durumunda ROM türü belleklere yazılan veriler silinmez yani kalıcıdır. Bu tür belleklere monitör programı adı verilen ve sistemin ilk açılışta tanıtılmasını sağlayan sistem programları ve aritmetiksel bilgiler yüklenir. Sadece okunan bellek, seçilerek oluşturulan açık ve kapalı tek yönlü kontaklar dizisidir. 16 bit’lik dizide adres hattının yarısı kodlanarak dört satır hattından birinin enerjilenmesinde diğer yarısı da sütun seçiminde ve sütun sezici yükselticilerden birinin yetkilendirilmesinde kullanılır. Satır ve sütun hatlarının aktifleştirilmesiyle kapalı olan kontakla birleşen sıra hattı mantıksal 1, açık kontaklar mantıksal olarak 0 kabul edilir. Eğer seçilen bu adres hatlarıyla birlikte çip seçim ucu aktifse veri çıkış ayaklarına kapılanır. Sadece okunan bellek tiplerindeki birinci farklılık, hücrenin tasarımında kapalı veya açık kontakların biçimlenmesidir. Maskeli ROM kontakları, yarı iletkenin son üretim aşamasında küçük iletken jumper’ların eklenmesi veya eklenmemesi şeklinde yapılır. Bipolar programlanabilir ROM’lardaki kontaklar, kullanıcı tarafından üretildikten sonra kendi yorumuna göre açık devre hâline getirilebilen sigorta maddesinden yapılır. Programlanan bir EPROM tekrar kullanıcı tarafından programlanmış kontaklar başlangıç durumuna getirilerek yeniden programlanır. Entegre devreler (IC), silikon katmanların bir dizi foto maskeleme, yarı iletkenin istenmeyen yerlerin kimyasal yöntemlerle giderilmesi, örnek bileşimlerini oluşturmak ve katman yüzeyleri arasındaki bileşimleri gerçekleştirmek için yayılma gibi işlemler uygulanarak fabrikasyon üretimiyle yapılır. Üretim işlemlerinin son aşamalarından birisi, silikon katmanları yüzeyinin alüminyum tabakalarla kaplanmasıve sonra bu alüminyum tabakanın bazıkısımlarının oyulmasıve istenen kısımların aynen bırakılarak bağlantısağlanmasıdır. Maskeli ROM’ların üretilmesinde sıra ve sütun kontakları seçilerek son alüminyum oyma işleminde alüminyumun eklenmesi veya çıkarılmasıyla yapılır.

Kontrol sistemlerinde ise kontrol sisteminin türüne göre değişik işlemlerde kullanılabilirler. PLC’li bir sistemin içerisinde bellek birimleri PLC programının saklanmasında, programın akışı sırasında gerektiğinde sistem tarafından PLC’ye giriş yapılan işaretlerin saklanmasında ve programın gereken yerlerinde bu işaretleri alarak buna göre hareket etmesinin sağlanmasına yardımcı olmuş olur. Kapalı çevrim bir kontrol sisteminde ise geri besleme birimi tarafından sağlanan işaretleri saklayarak gerektiğinde kontrolöre bildirim yapılmasını sağlar.

1.6.3. Programlanabilir Kontrolörlerin Kullanım Alanları

PLC’ler endüstri alanında kullanılmak üzere tasarlanmış, dijital esaslara göre yazılan fonksiyonu gerçekleştiren, bir sistemi ya da sistem gruplarını, giriş çıkış kartları ile denetleyen, içinde barındırdığı zamanlama, sayma, saklama ve aritmetik işlem fonksiyonları ile genel kontrol sağlayan elektronik bir cihazdır. Aritmetik işlem yetenekleri PLC’lere daha sonradan eklenmiş bu cihazların geri beslemeli kontrol sistemlerinde de kullanılabilmeleri sağlanmıştır.

otomatik kontrol sistemleri otomatik kontrol sistemleri

PLC sistemi sahada meydana gelen fiziksel olayları, değişimleri ve hareketleri çeşitli ölçüm cihazları ile belirleyerek, gelen bilgileri yazılan kullanıcı programına göre bir değerlendirmeye tabi tutar. Mantıksal işlemler sonucu ortaya çıkan sonuçları da kumanda ettiği elemanlar aracılığıyla sahaya yansıtır.

Sahadan gelen bilgiler ortamda meydana gelen aksiyonların elektriksel sinyallere dönüşmüş hâlidir. Bu bilgiler analog ya da dijital olabilir. Bu sinyaller bir transduserden (sensörden), bir kontaktörün yardımcı kontağından gelebilir.

Gelen bilgi analog ise, gelen değerin belli bir aralığı için, dijital ise sinyalin olması ya da olmamasına göre sorgulama yapılabilir. Bu hissetme olayları giriş kartları ile, müdahale olayları da çıkış kartları ile yapılır. PLC ile kontrolü yapılacak sistem büyüklük açısından farklılıklar gösterebilir.

Sadece bir makine kontrolü yapılabileceği gibi, bir fabrikanın komple kumandası da gerçekleştirilebilir. Aradaki fark sadece kullanılan kontrolörün kapasitesidir. PLC’ler her türlü otomasyon işlerinde kullanılmaktadır.

Kimya sektöründen gıda sektörüne, üretim hatlarından depolama sistemlerine, marketlerden rafinerilere kadar çok geniş bir yelpazede kullanılan PLC’ler, bugün kontrol mühendisliğinde kendilerine haklı bir yer edinmişlerdir. Elektronik sektöründeki hızlı gelişmelere paralel olarak gelişen PLC teknolojisi, gün geçtikçe ilerlemekte otomasyon alanında mühendislere yeni ufuklar açmaktadır. Bu yüzden de her teknikerin yüzeysel bile olsa biraz bilgi sahibi olması gereken bir dal konumuna gelmektedir.

otomatik kontrol sistemleri

İmalat sanayi, tarım, enerji üretimi, kimya sanayi vb. endüstrinin tüm alanlarında kullanılan PLC’lerin genel uygulama alanlarışunlardır:

• Sıra Kontrolü

PLC’lerin en büyük ve en çok kullanılan ve “sıralı çalışma“ özelliğiyle röleli sistemlere en yakın olan uygulamasıdır. Uygulama açısından, bağımsız makinelerde ya da makine hatlarında, konveyör ve paketleme makinelerinde ve hatta modern asansör denetim sistemlerinde kullanılmaktadır.

• Hareket Kontrolü

Doğrusal ve döner hareket denetim sistemlerinin PLC’de tümleştirilmesidir, servo adım ve hidrolik sürücülerde kullanılabilen tek ya da çok eksenli bir sistem denetimi olabilir.

PLC hareket denetimi uygulamaları, sonsuz bir makine çeşitliliği ve çoklu hareket eksenlerini kontrol edebilirler. Bunlara örnek olarak; kartezyen robotlar, film, kauçuk ve dokunmamış kumaş tekstil sistemleri gibi ilgili örnekler verilebilir.

otomatik kontrol sistemleri

• Süreç Denetimi

Bu uygulama PLC’nin birkaç fiziksel parametreyi (sıcaklık, basınç, debi, hız, ağırlık vb. gibi) denetleme yeteneğiyle ilgilidir. Bu da bir kapalı çevrim denetim sistemi oluşturmak için, analog G/Ç gerektirir. PID yazılımının kullanımıyla PLC, tek başına çalışan çevrim denetleyicilerinin işlevini üstlenmiştir. Diğer bir seçenek de her ikisinin en iyi özelliklerini kullanarak PLC ile kontrolörlerin tümleştirilmesidir. Buna tipik örnek olarak plastik enjeksiyon makineleri ve ısıtma fırınları verilebilir.

PLC’ler endüstriyel uygulamaların birçok alanında yer alan elemanlardır. Endüstride sıcaklık, nem, hız vb. gibi kontrollerin dışında asansör kontrolü, şişe dolum sistemi, trafik lambası, araba parkı, içecek makinesi, paketleme sistemi vb. gibi karmaşık endüstriyel sistemlerin kontrolünde de kullanılmaktadır. PLC kontrollü sistemlerin eğitimi alınırken en büyük sıkıntı gerçek alanda uygulama yapamama sıkıntısıdır.

Bir sistemin istenen şartlarda çalışmasına ait doğru bir program yazmak, programı sistem üzerinde denemeden çok zor bir iştir. Yazılan program sistem üzerinde denenerek belki de defalarca düzeltilmesi gerekebilir. Ama bu işle profesyonel olarak uğraşanlar sistem hakkındaki verileri doğru olarak almaları durumunda değişik algoritmalar kullanarak hemen hemen hatasız bir çalışmaya ait program yazabilmektedirler. Tabii ki amatörler için bu algoritmaları öğrenmek ve böyle gerçek bir sistem üzerinde uygulama yapmak neredeyse mümkün değildir.

Günümüzde birçok firma değişik marka ve model PLC’ler için simülasyon programları üretmekte ve bunları kullanıcılara pazarlamaktadırlar. Fakat bu simülasyon programları genelde girişlere 0-1 butonlama yapılarak çıkışların gözlemlenmesi şeklindedir. Bu da tam olarak meraklıların ihtiyacını gidermemektedir. Bazı firmalar PLC ya da mikroişlemci kontrollü deney setleri üretmektedir.

Bu deney setleri gerçek bir uygulamanın küçültülerek maketleştirilmiş hâlleridir. Bunlar üzerinde yapılan uygulamalarda gerçekten profesyonelliğe geçişte çok faydalıdır.

Bunların arasında asansör, şişe dolum sistemi, trafik lambası, araba parkı, içecek makinesi, paketleme sistemi ve bir endüstriyel sistem bulunmaktadır.

otomatik kontrol sistemleri

Şişe dolum sisteminin çalışmasını kısaca açıklayalım:

Sisteme gelen boş süt şişeleri PLC’nin ilgili adresine bağlı sensör tarafından algılanınca ilgili çıkışa bağlı piston çalışarak şişenin durmasını sağlar. Daha sonra diğer çıkış çalışarak şişeyi doldurmaya başlar ve sensör hizasına kadar süt dolduktan sonra bu sensör tarafından süt doldurma işlemi biter ve piston kapağı takar. Kapak takılırken sınır anahtarı kapağın takılma işleminde pistonun sınırlanmasını sağlar. Bu işlemler bittikten sonra dolan şişe durdurma pistonu açılarak konveyörde yoluna devam eder. Programım içeriğine göre çalışma devam eder.

Günümüzde endüstriyel otomasyon devrelerinde PLC’ler röleli kontrol devrelerine göre çok daha fazla tercih edilmektedir, programlanabilir kontrolörlerin tercih edilmelerinin sebepleri şu şekilde sıralanabilir:

  • Kumanda yazılımla sağlandığından, kumanda devresini tasarlamak kontaklı (röleli) bir devrenin tasarımından daha kolaydır.
  • Bütün kumanda fonksiyonları yazılımla gerçekleştirildiğinden, farklı bir uygulama için adaptasyon kolaydır.
  • Kumanda devrelerine göre çok az yer kaplar.
  • Güvenilirliği yüksek, bakımı kolaydır.
  • Bilgisayarlarla ve diğer kontrolörlerle haberleşme imkânı vardır.
  • Arıza ihtimali düşüktür.
  • Kötü çevre şartlarında, özellikle tozlu ortamlarda, röleli kumanda devrelerine göre daha güvenilirdir.
TÜM DERS NOTLARI İÇİN TIKLAYIN
YORUMLAR

YORUM YAZ
Yorum yazabilmek için sağ üstten giriş yapmanız gerekir.
  Üye değilseniz,üye olmak için
 TIKLAYIN.
Lütfen sorularınızı yukarıdaki SORUSOR sekmesinden sorunuz
Buradan sorularınıza admin tarafından CEVAP VERİLMEYECEKTİR.
Max. 1000 karakter.
Sinavlara hazirlik