GerçekleĢtirilen otomasyon sistemindeki elektrikli fırın, farklı sıcaklık değerlerinde, hem analog hem de PWM çıkıĢ kullanılarak kontrol edilmiĢtir. DeğiĢik tarih ve saatlerde yapılan deneyler neticesinde elde edilen grafik eğriler ve alınan ekran görüntüleri ile hangi kontrol yönteminin daha verimli olduğu tespit edilmeye çalıĢılmıĢtır.
Deneyler yapılırken baĢlangıçta Resim 7.1’deki ekran görüntüsü elde edilmiĢtir. Resim 7.1’den anlaĢılacağı üzere sistem devre dıĢı olduğu için, fırın içindeki sıcaklık bilgisi okunamadığı gibi, ayarlanan sıcaklık değeri de yoktur.
Resim 7.1. Sistem devre dıĢı iken sayfa 2 ekran görüntüsü.
Bu esnada Screen_1 ekran görüntüsü de Resim 7.2’deki gibidir. Bu ekran görüntüsünde de fırına ait gerçek sıcaklık bilgisi okunamamakta ve ayar edilmiĢ herhangi bir sıcaklık değeri de mevcut değildir.
Resim 7.2. Sistem devre dıĢı iken sayfa 1 ekran görüntüsü.
Bundan sonra operatör panel üzerindeki START butonuna basılarak sistem devreye alınmıĢ ve Resim 7.3’deki ekran görüntüsünden de görüldüğü gibi mevcut durumda fırın içi gerçek sıcaklık bilgisi 17,2 °C olarak okunmuĢtur. Ancak istenilen sıcaklık bilgisi girilmediği için set değeri 0 °C olarak görülmüĢtür.
Daha önce yapılan hassas ayarlama çalıĢmaları neticesinde elde edilen PID parametreleri, PLC yazılımında bulunan 3 farklı PID bloğuna yazılmıĢtır. Fakat sistem baĢlangıç durumunda iken ayar sıcaklık bilgisi girilmediği için; Resim 4’te görüldüğü gibi sistem devrede olsa dahi PID_compact_1 devrede değildir. Aynı durum diğer PID blokları için de geçerlidir.
Resim 7.4. PID_compact_1 bloğunun devre dıĢı olduğunu gösteren ekran görüntüsü.
Hazırlanan otomasyon sistemi ile fırın sıcaklığını hedeflenen 50 °C, 100 °C, 150 °C ve 200 °C ayar sıcaklıklarına ulaĢtırmak için, hem PWM çıkıĢın kullanıldığı hem de analog çıkıĢın kullanıldığı deneysel çalıĢmalar yapılmıĢtır. Yapılan deneylerde alınan ekran görüntüleri eĢliğinde sonuçlar karĢılaĢtırılmıĢtır.
50 °C Ayar sıcaklığı için yapılan çalıĢmalar
Öncelikle fırın sıcaklığını 50 °C ayar sıcaklığına ayarlamak için Resim 7.5’deki gibi sıcaklık bilgisi operatör panel Screen_1 ekranında elle girilmiĢtir. Resim 7.5 ekran görüntüsünde gösterilen penceredeki rakam tuĢları seçilerek giriĢ yapıldıktan sonra fırın sıcaklığı 50 °C’ye ayarlanmıĢtır.
Resim 7.5. Fırın sıcaklığı için istenilen sıcaklık bilgisinin girilmesi.
Fırın sıcaklık değeri ayarlandıktan sonra sistem Resim 7.6’da görüldüğü gibi çalıĢmaya baĢlamıĢ ve ısıtıcı devreye girmiĢtir.
Resim 7.6. 50 °C ayar sıcaklığı için sistemin çalıĢması.
Hedef sıcaklığa ulaĢmak için analog çıkıĢın kullanıldığı durumda, Resim 7.7’de görüldüğü gibi PID_compact_1 bloğu devrede ve analog çıkıĢ QW98 aktiftir.
Resim 7.7. PID_compact_1 de analog çıkıĢ ekran görüntüsü.
PWM çıkıĢ kullanıldığında ise Resim 7.8’de de görüldüğü gibi, analog gerilim kontrol çıkıĢı olan QW98 pasif durumda olmasına rağmen, yalnızca Q0.5 PWM gerilim kontrol çıkıĢı aktiftir.
Resim 7.8. PID_compact_1 de PWM çıkıĢ ekran görüntüsü.
Analog çıkıĢın kullanıldığı yazılımla yapılan deneyde, sistem 24.03.2015 günü saat 22.12.30’da yaklaĢık 28 °C baĢlangıç sıcaklığı ile hedeflenen 50 °C fırın sıcaklığına ulaĢmak için çalıĢmaya baĢladı ve yaklaĢık 5 dakika sonra hedef sıcaklık değerine ulaĢıldı. Bundan sonra Resim 7.9’dan da anlaĢılacağı üzere sistem yaklaĢık 50 °C sabit sıcaklık değerinde kararlı Ģekilde çalıĢmaya devam etti.
Resim 7.9. 50 °C sıcaklık için analog çıkıĢın kullanılması.
Resim 7.10. 50 °C sıcaklık için PWM çıkıĢın kullanılması.
50 °C ayar sıcaklığı için PWM çıkıĢın kullanıldığı yazılım devrede iken yapılan deneyde ise, Resim 7.10’daki ekran görüntüsü elde edildi. YaklaĢık 18 °C ile 27.03.2015 tarihinde saat 22.40’da çalıĢmaya baĢlayan sistem, 53 °C’lik (%6 hata) tepe sıcaklık değerine ulaĢtıktan sonra yaklaĢık saat 23.13’te, 33 dakika sonra 50 °C sabit fırın sıcaklığına ulaĢtı.
100 °C Ayar sıcaklığı için yapılan çalıĢmalar
Fırın sıcaklığı 100 °C’ye ayarlandığında operatör panel Screen_1 ekranında Resim 7.11’deki görüntü elde edilmiĢtir.
Resim 7.11. Fırın sıcaklığı 100 °C’ye ayarlandığında 1. Sayfa ekran görüntüsü.
Ayar sıcaklık değeri 100 °C olduğu için PLC yazılımında tasarlandığı gibi PID_compact_1 ve PID_compact_3 bloğu devre dıĢı iken, Resim 7.12’de de görüldüğü gibi PID_compact_2 bloğu devreye girmiĢtir.
Resim 7.13’ten görüleceği üzere fırın sıcaklığı, 24.03.2015 saat 23.11’de 21,5 °C baĢlangıç sıcaklığı ile baĢlatılan deneyde analog gerilim kontrol çıkıĢı kullanılmak suretiyle; ayarlanan 100 °C sıcaklık değerine yaklaĢık 13 dakika sonra ulaĢtı.
Resim 7.13. 100 °C sıcaklık için analog çıkıĢın kullanıldığı deneye ait ölçüm ekranı.
100 °C sıcaklığa ulaĢmak için PWM çıkıĢın kullanıldığı deneyde ise Resim 7.14’teki ekran görüntüsü elde edilmiĢtir.
Resim 7.14’ten de anlaĢılacağı üzere 29.03.2015 yaklaĢık 19,3 °C baĢlangıç fırın sıcaklığı ile saat 22.15’te baĢlatılan deney 40 dakika sonra hedeflenen 100 °C sıcaklığa ulaĢmıĢtır. Deney esnasında fırın sıcaklığı 103,5 °C tepe sıcaklık değerine ulaĢmıĢ yani yaklaĢık % 3,5’luk hata değeri kısa süreliğine de olsa görülmüĢtür. Sistem ayarlanan sıcaklık değerine ulaĢtıktan sonra kararlı bir Ģekilde sıcaklık değeri sabit tutulmuĢsa da analog çıkıĢın kullanıldığı deneyle karĢılaĢtırıldığında 3 kat daha fazla zaman harcanmıĢ, dolayısıyla yaklaĢık 3 kat daha fazla elektrik enerjisi tüketilmiĢtir.
Aynı Ģekilde 50 °C için yapılan çalıĢmada; PWM çıkıĢın kullanıldığı deney ile analog çıkıĢın kullanıldığı deney sonuçları karĢılaĢtırıldığında yaklaĢık 7 kat zaman kaybı ve benzer Ģekilde 7 kat fazla enerji tüketimi göze çarpmıĢtır. Her ne kadar 2 farklı durum için kullanılan PID parametreleri farklı ise de fırın geriliminin analog olarak kontrol edilmesi de istenen sonuçlara daha kısa zamanda ulaĢmak için yardımcı olmuĢtur.
150 °C Ayar sıcaklığı için yapılan çalıĢmalar
150 °C fırın sıcaklığına ulaĢmak içinde hem analog çıkıĢın kullanıldığı PLC yazılımı ile hem de PWM çıkıĢın kullanıldığı PLC yazılımı deneysel olarak karĢılaĢtırıldı. Resim 7.15’te PWM çıkıĢın kullanıldığı deneye ait ölçüm sonuçlarını gösteren ekran görüntüsü görülmektedir.
Resim 7.16’da ise yine PWM çıkıĢın kullanıldığı deneye ait ölçüm sonucunu gösteren farklı bir ekran görüntüsü görülmektedir. Bu ekran görüntüsü bize ayarlanan sıcaklık değerine ulaĢıldıktan sonra sistemin sabit ve kararlı bir Ģekilde fırın sıcaklığını koruduğunu göstermektedir.
Resim 7.16. 150 °C sıcaklık için PWM çıkıĢın kullanıldığı deneye ait diğer ölçüm ekranı.
150 °C fırın sıcaklığına ulaĢmak içinde hem analog çıkıĢın kullanıldığı PLC yazılımı ile yapılan deneyde ise Resim 7.17’deki ekran görüntüsü alınmıĢtır.
Resim 7.15 ve Resim 7.17 dikkatle incelendiğinde, farklı tarihlerde yapılan deney sonuçlarına göre, analog çıkıĢın kullanıldığı sistem yaklaĢık 15 dakika sonra hedef sıcaklık değerine ulaĢırken, PWM çıkıĢın kullanıldığı sistem aynı sıcaklık değerine yaklaĢık 45 dakikada ulaĢmıĢtır. 100 °C ayar sıcaklığı için yapılan deneyde de iki sonuç arasında 3 kat fark görülmüĢtü. AnlaĢılıyor ki, analog çıkıĢın kullanıldığı sistem PWM çıkıĢın kullanıldığı sisteme göre daha verimli konumdadır.
200 °C Ayar sıcaklığı için yapılan çalıĢmalar
Son olarak 200 °C fırın ayar sıcaklığı için hem analog çıkıĢın kullanıldığı sistem hem de PWM çıkıĢın kullanıldığı sistem karĢılaĢtırılmıĢtır. 200 °C fırın sıcaklığı ayarlandığında PID_compact_3 bloğunun devrede olduğu Resim 7.18’de görülmektedir. Bu esnada diğer PID blokları devre dıĢı kalmıĢtır.
Resim 7.18. PID_compact_3 bloğunun devrede olduğunu gösteren ekran görüntüsü.
200 °C fırın sıcaklığına ulaĢmak için analog çıkıĢın kullanıldığı sistem ile yapılan deney, 31.03.2015 tarihinde saat 00.18 itibariyle baĢlatılmıĢ ve fırın sıcaklık değeri 202,5 °C tepe değerine ulaĢtıktan sonra 00.55’te 200 °C ayar sıcaklık değerine sabitlenmiĢtir. YaklaĢık % 1,25 hata yapan sistem 37 dakikada hedef sıcaklığa ulaĢmıĢtır. 150 °C için yapılan deneyde 15 dakikada hedef sıcaklığa ulaĢılmıĢ olmasına rağmen, son yapılan deneyde fırın
sıcaklığının 200 °C’ye ulaĢması için yaklaĢık 1,5 kat zaman daha fazla zaman ve enerji harcanmıĢtır.
Analog gerilim kontrol çıkıĢı kullanılarak yapılan 200 °C ayar sıcaklığına ulaĢma deneyinde Resim 7.19’daki ekran görüntüsü elde edilirken, PWM çıkıĢın kullanıldığı deneyde ise Resim 7.20’deki ekran görüntüsü alınmıĢtır.
Resim 7.20. 200 °C sıcaklık için PWM çıkıĢın kullanıldığı deneye ait ölçüm ekranı.
Resim 7.20’den de görüldüğü gibi 30.03.2015 saat 22.03 te baĢlatılan deney yaklaĢık 37 dakika sonra hedef sıcaklık değerine ulaĢmıĢtır. Diğer deneylerden farklı olarak 200 °C’ye ulaĢmak için yapılan çalıĢmalar aynı sürede sonuçlanmıĢtır.