PROGRAMLANABİLİR LOJİK KONTROLÖRLER (PLC)

Genel olarak bakıldığında PLC sistemleri endüstriyel otomasyon sistemlerinin kontrol ve kumanda devrelerini gerçekleştirmeye uygun yapıda giriş çıkış birimleri ve iletişim ara birimleri ile donatılmış, kontrol yapısına uygun bir sistem programı altında çalışan endüstriyel bilgisayarlardır. Diğer bir tanıma göre PLC, direktifleri saklamak ve lojik, sıralama, zamanlama, sayma ve aritmetik gibi fonksiyonları uygulamak için programlanabilir bir hafıza kullanan mikroişlemci temelli bir kontrolördür.[10]

İlk ticari PLC, 1969 yılında Modicon firması tarafından geliştirilmiştir. O yıllarda röleli kumanda devreleri yerine kullanılmak üzere geliştirilen bu cihaz ile yalnızca temel lojik işlemleri yapılabildiğinden PLC ismi kullanılmıştır. İlk PLC ’nin endüstride başarı ile uygulanmasından sonra Allen – Bradley, General Electric, GEC, Siemens, Westinghouse gibi firmalar orta maliyette yüksek performanslı PLC’ler üretmişlerdir. Mitsubishi, Omron ve Toshiba gibi firmaların düşük maliyetle yüksek performanslı PLC ’ler geliştirmelerinden sonra bu aygıtlar endüstriyel otomasyon devrelerinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.[16] 1980’li yıllara gelindiğinde PLC teknolojisinde sekiz bitlik yapı kullanılmaya başlamıştır. Sekiz bitlik yapının kullanılması sonucunda PLC ‘nin tarama süresi düşürülmüş ve daha hızlı çalışır hale gelmiştir. Günümüzde ise altmış dört bitlik haberleşme yapabilen PLC ‘ler geliştirilmiştir.[14]

Aslında PLC ’ler kendi başlarına tüm prosesi kontrol edebilecek yapıya sahip sistemler değillerdir. PLC ‘ler daha çok endüstriyel otomasyon sistemlerinin kumanda devrelerinde kullanılan sistemlerdir. Kumanda devreleri; yardımcı röle,

kontaktör, zaman rölesi ve sayıcı gibi elemanlarla gerçeklenen devrelerdir fakat küçük bir kontrol sistemi için bile bu elemanlardan çok sayıda kullanılması bu sistemleri karmaşık ve anlaşılması zor sistemler haline getirmiştir. PLC ‘lerin röle kontaktör sistemlerinin yerini almasıyla bu alanda çok önemli bir adım atılmıştır. PLC ’ler sayesinde kontrol sistemleri çok daha kolay anlaşılır ve düzgün bir hal almıştır.

Kontrol edilen sistem genelde kumanda ağırlıklı olduğu için PLC ‘lerin lojik yönleri ağır basmakta, geri beslemeli kontrol gibi analog kontrol ihtiyacı olan sistemlerde geri kalmaktadır. Bu nedenle PLC komple prosesi yönetmek yerine bir prosesin belirli bir bölümünü kontrol etmekte kullanılır. Otomasyon adacıkları diye adlandırılan bu bölümlerde lojik ağırlıklı işlemleri PLC ‘ler gerçekleştirir. PLC ‘lerin maliyet açısından sağladığı kolaylıklar nedeniyle işletmelerde otomasyon adacıkları biçiminde kullanılması proseslerin bölümlere ayrılabileceği ve ayrı ayrı kontrol edilebileceği tesislerde kullanım oranlarını artırmaktadır. Ayrık kontrol uygulamalarında, kontrol çevrimleri, bilgisayar çipleri, otomobiller ve ampuller gibi üretimin bağımsız işlemlerini otomatikleştirir. Kontrol edilecek aktiviteler genellikle her adımın bir önceki adım tamamlandıktan sonra başlaması biçiminde adım adım gerçekleştirilir.[15]Bir PLC ’nin genel yapısı Şekil 4.11’de verilmiştir.

Şekil 4.11 PLC’nin Genel Yapısı

Güç Kaynağı Kalıcı Hafıza Uçucu Hafıza Analog Giriş Çıkış Birimi Sayısal Giriş Çıkış Birimi CPU

Merkezi Veri yolu

Modem

Seri Port RS232/422/485 AA/DA

Yukarıdaki şekilde de gösterilen PLC şu bölümlerden oluşmaktadır:

 Güç Kaynağı: Sistemin elektriksel gücünü sağlayan bölümdür. Bazı PLC ‘lerde entegre, büyük sistemlerde kullanılan güçlü PLC ‘lerde ise modüler yapıdadır.

 Merkezi İşlem Birimi (CPU): PLC ‘nin beyni konumunda bulunan CPU, kontrolü sağlamak amacıyla yazılan programın saklandığı hafızanın bulunduğu ve sistemin yönetildiği bölümdür. Merkezi işlem birimi, tüm bilgisayar sisteminin işlemlerini kontrol eder ve belirli bir program içinde yer alan matematiksel ve lojik fonksiyonları uygular.[9] Genelde PLC ‘lerde elektrik kesintilerinde programın hafızadan silinmesini önlemek amacıyla kullanılan pil de bu bölümde yer alır.

 Giriş – Çıkış Modülleri: PLC ‘nin sahadan gelen sinyalleri alan ve bu sinyallerin CPU ‘da işlenmesinden sonra tekrar saha elemanlarına çıkış olarak gönderen modüllerin bulunduğu bölümdür. Girişler; şalterler, sensörler veya diğer açma – kapama düğmelerinden kontrolöre gelen sinyallerdir. Çıkışlar ise motorları veya valfleri çalıştırmak için kontrolörden sahaya gönderilen sinyallerdir.

 Hafıza: İki kısımdan meydana gelmektedir. Kalıcı hafıza, PLC’nin işletim sistemi ile ilgili program bu kısımda saklanır. Uçucu hafıza süreçle ilgili çeşitli verilerin ve PLC programındaki çeşitli hesaplamalarda elde edilen ara değerlerin saklanmasında kullanılır. Bu hafıza tipinde bilgi kaybını önlemek için genellikle hafıza pilleri veya büyük kondansatörler kullanılmaktadır.

CPU, uygun çıkış sinyallerine karar verebilmek için kontrolöre gelen giriş sinyallerini hafızasındaki programa göre işleyerek çeşitli lojik işlemlerini yerine getirir ve sahaya çıkış olarak gönderir. PLC ‘nin hafızasındaki program bir programlayıcı yazılım aracılığıyla yazılır. Bu yazılım genelde her firmanın kendi ürününe göre geliştirdiği programlardır. Fakat, mantık olarak hepsi birbirine benzer yapıdadırlar.

Bir PLC programı üç farklı şekilde yazılabilir. Birincisi, programlama dili mantığıyla komut satırları şeklinde yazılan STL biçimidir. İkincisi en yaygın PLC

programlama dili olarak bilinen kumanda devrelerine benzeyen merdiven diyagramı biçimidir. Merdiven diyagramı, kontrol devresinin fonksiyonlarını şematik olarak göstermeye yarayan sembol sistemidir.[9] Sonuncusu da her devrenin ve fonksiyonun bloklar halinde yerleştirilerek programın yazıldığı fonksiyon bloğu diyagramı biçimidir.

PLC ‘ler kesikli üretim sistemlerinde oldukça hızlıdırlar. Ayrıca, PLC ‘lerin tercih edilme nedenlerinden birisi de programlama dilinin fabrika personeline daha anlaşılır gelmesi ve kullanıma karşı dirençlerin az olmasından kaynaklanmaktadır.[17] Fakat bu programlama dilleri analog yani sürekli kontrol için pek uygun değildir. PLC ‘lerle analog kontrol yapmak oldukça zor ve mecbur kalınmadıkça çok tercih edilmeyen bir işlemdir.