ELEKTROKOAGÜLASYON İLE SU ARITIMINDA OPLC UYGULAMASI

SAU

Fen

Bilimlerı Enstitüsü Dergisı

6.Cilt, 3 Sayı (Eylül 2002)

EJckl rokoagülas} un ilr Su Arıtımanda OPL _ygulama§ı

1'. _{"adak, M.A.yalçın}

ELEKTROKOAGÜLASYON İLE

:

su·

_ARITIMJNDA

OPLC UYGULAMASI

Tuba SADAK, M. ��li

_Yi\LÇIN

Özet

- Son yıllarda, endüstriyel üretinı tesislerinin

kontroi devrelerinde, programlanabilir mikroişlemci tabanlı cihaziarın yoğun olarak kullanılmakta olduğu

ve yurdumuzda da bu eğilimin hızla arttığı �özlenmektedir. Bu cihazlar Programlanabilir

Lojik

Kontrolörler yani PLC'Ierdir. PLC'nin gelişimi

ile

birlikte çok fonksiyonlu yeni nesil PLC'ler üretiJm•r dr. Bunlardan birtanesi de PLC ile Operatör Panel'lerini birleştiren OPLC'Ierdir. OPLC'ler pek

çok endüstriyel UJ'6Ulamada kuiJan•labilir.

Bu çalışmada da Elektrokoagülasyon ile atık su arıtımı ve bu sistemin Operator Panel & Programmable Logic Controller yani OPLC ile

otomatik hale getirilınesi incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler : PLC, Elektrokoagülasyon, OPLC

Abstract - In recent years, it is observed that programn1able microprocessor based devices are frequently used at control devices of industrial manufacturing plant. This tendeney is also getting

increase in o ur country. These devices are Prograınmable Logic Controllers, PLC's. Together \-Vith developing PLC's, multi function ne\v gencration

Programmable Logic Controllers had been manufactured. One of them is OPLC, which

integrates Operator Panel and PLC. OPLC can be used in nıany industrial applications.

In this study, a \Yaste water treatment system with

electrocoagulation is examined. Also this system has been automatizcd with the use of an OPLC.

Key

�Vords : PLC, Electrocoagulation, OPLC

TLba Sadak, Toprak İlaç A.Ş., tubasadak@hotmai1.com

M Alı Yalçın, Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,

Elektrik Elektro:ıik MJ'ıendisliği Bölümü: Esentepe Kampüsü. 54 ı 87

SAKARYA, valcin@sakarya .edu.tr

• •

I. GIRIŞ

Endüstriyel üretim süreçlerinde otomasyon

uygulamalarına ihtiyaç arttıkça, ar-ge çalışmaları bu

ihtiyaçlara cevap verecek ürünleri geliştirmeye yönelmiştir. Yan iletken dev_Te elemanlarnun

geliştirilmesi ile yarı iletken devre elemanlarından meydana gelen röleler kullanıln1aya baş1andı. Bu rölelerin hareketli parçalarının olmaması nedeni ile aşınma ve ark gibi sorunlardan da kurtulunmuş olundu. Yarı iletken devre elen1anlan teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak n₁eydan_a gelen bılgİsayar konusundaki gelişıneler= endüstTiyel otomasyon uygulan1alanna büyük yenilikler getirnıiştir.

Bilgisayar teknolojjsindeki yeniliklere, endüstriyel üretiın

süreçlerinde kullanılması için geliştirilen PLC 'ler

eldenineeye kadar elekiriki kontrol devreleri röleii lojik bağlantılar yardınu ile gerçek1eştiri1mişbr. Özellikle büyük sistemlerde röle sayısırnn çok olması nedeni ile büyük kontrol panalarma ihtiyaç duyulmakta,

montaj

ve

bakım çalışmalarına daha fazla zaman ayrılmakta idj.

Endüstriyel üretim süreçlerinde bilgisayarıann etkin

olarak kullanımı PLC'lerle başlamıştır.

PLC'lerin

kullanılma ya başlamasından sonra çok karmaşık kontr o 1

süreçleri dahi endüstriyel bilgisayar da denebilecek bu

cihazlarla geliştiri.lmeye başlamıştır. Klasik kontr o 1

panosu içinde bulunan elektromekanik elernanların

(röleler, zaman röleleri, sayıcılar) hemen hepsi

PLC

yapısında bulunmaktadır.

Bir kontrol süre_cinde makinenin içinde

bulunduğu dunın1

algılayı_cılar tarafından algılanılmakta ve bu bilgiler

PLC

giriş birimi ile alınmaktadır. PLC' de işlenen bilgiler çıkış modülü yardımı ile iş elemanlarını veya onları tetikleyen kumanda elen_lanlarını eneıjilemektedir. Günün1üzde PLC'ler endüstriyel uygulamaların pekçok alanında

kullanım yeri bulmuştur . _. 1-\.ncak otomasyon süreçlerinde

genellikle pnöınatik kontrolün işle_rncı gurubu olarak kullanılmaktadır.

PLC

_{kontrol sistemlerinde, kullamm} sistem tasarımı, ışletime alma ve bakım çalışmalarında büyük kolaylık getirmiştir. [ 1]

SAU Fen Bi Jimleri Enstitüsü Dergisi 6.Cilt� 3.Sayı (Eylül 2002)

II. PROGRAMLANABİLİR LOJİK

KONTROLÖRLER

PLC denebilecek ilk örnekler, 1968 yılında, daha sonra

ismi Modicon olarak değişecek olan Bedford fırn1asının danışman mühendisleri tarafından geliştirildi. İlk PLC

General Motors Hydromatic Division için bilgisayar

kontrol sistemi olarak dizayn edildi.

İlk model olan 084 bir seri halinde 1970'li yılların

başlarına kadar devam etti ve 184, 384 modülleri ile

tanıanıl�ndı. Bu period boyunca Modicon 284, I 084 ve onları takip eden 484 olmak üzere birkaç ınodel daha üretti. 484 n_ıodeli bir işlemci ile 256 giriş ve 256 çıkışı

Lrontrol edebiliyordu.

Modicon 1 977 yılında Gould şirketi tarfından satın alındı.

1978'de diğer Modicon PLCs'leri ile veri tTansfeıi yapabileu Modbus data network dizayn edıldi. 1980'de

Modicon küçük, kc-npak, düşük fiyatlı PLC sistemi olan

84 Micro 'yu piyasaya sürdü. Bu sistem 64 I\ O, sayıcı lar,

zatnanlayıcılar ve n1atematiksel fonksiyonları kapsıyordu.

Daha sonraki gelişmeler 584M (orta boyut), 584L (büyük

boyut), 884 ve 984 sistemleri ile sonuçlandı. Bu modüller

analog giriş, analog çıkış, analog ınultiplex, solid state

röle, Proportional Integral Differantial (PID) kontrol içeriyordu .

•

II.l. lşleınc i

PLC'nin çekirdeği mik:roişleıncidir. 1970 'te ilk olarak

geliştirilen çip, entegre devre (IC) üzerinde bulunan

birkaç diyot, direnç, kapasitör ve transistörden oluşan 4

bitlik biT üniteydi. Birkaç yıl som·a, IC'leri Orta Ölçekli

Entegrasyon' lar (Medium Scale Integra tion, MSI) izledi.

Bu, her çip üzerindeki komponent sayısının 100 civarında

olmasına _izin verdi_. MSI, Geniş Ölçekli Entegrasyon

(Large Scale İntegration, LSI) tara fınd_an jzlendj. LSI

herbir çip üzerinde 5.000 ile 10.000 _transi_störe sahipti.

LSI'dan sonra herbir çip üzerinde 600.000 civarında

devre içeren Çok Geniş Ölçekli Entegrasyon 'lar (Very Large Scale lntegration, VLSI) geldi.

Mikroişlemci saat-sürümlü za_man-ardışıl bir devredir ve

sayısal bir bilgisayann Merkezi

İ

şlem Birimi (CPU)'su

ile uyun1ludur. Bir mikroişlemci, veri depolamak için kullamlan Rastgele Erişimli Bellek (RAM), program kon1utlarının depolanması için kullanılan Salt Okunur

l3el1ek (PROM), dış dünya ile haberleşmeyi sağlayan

arayüz devreleri ve güç kaynağının bir kombinasyonudur.

PLCs 'ler

151

EJektrokoagülasyon ile Su Arıtimmda OPLC Uygulamasa T.Sadak, M.A.yalçan

.

•

.

. Merkezi İşleın Biıirru (CPU) ya da

Mikroişlem Unitesi

(MPU)

• Hafıza : PROM, ROM,

RAM

vb.

• Çevre ile haberleşmeyi sağlayan

Giriş\Çıkış (I\0) bölümlerinden oluşur. [2]

'

ı

Saat

j

---

-·---l

_ı Salt Okunur Bellek (ROM) )

1

K omut Depolama

Rastgele Erişinıli Bellek

(RAM) Veri Depolama MPU -··----.-- L ı - -

t

.

-· �---4--....---+--·---···"·'" ----"-- . _ _!,By-s ! -··---Çıkış Oevreler1 -·

-

M�:�--r-

·-··

-

�

r-

_..

.

.

_

....

··--

�

·

-·

·

·

-·

ı

Giriş Kapıları

ı

ı

ı ··--·-

-ı

-

.

.

... ı

i

·-

_{_,._}

_]

_,

Anahtarlar _

..

_ _. ___ ----

-1

R61elel'

ı·�---ı

!

Lambalar-

-·ı.

___

j

ı i--l _,__..

[s�

nsörler

ı

L '

ı

Çıkış Ha.ttan

Şek i 1 1 . İşlemci Sistemi B !ok Diyagramı [3]

Girlf Hatlar

III. _{ELEKTROKOAGÜLASYON}

Dünya nüfusunun büyük bir kısmına temiz su temini

bugün insanlığın karşılaştığı en önemli konulardan

biridir. Üçüncü dünya ülkelerinde temiz su ihtiyacı

kritik konuındadır. Nehirler, kanallar ve diğer su hazneleri_, endüstriyel atıksuların gelişigüzel deşarjı ve

antropolojik aktiviteler ve doğal olaylar nedeniyle

kirlemniştir. Antropolojik aktiviteler ve doğal olaylar bir çok ülkede yer altı sulannın arsenik ile kirlenmesine

ne d en olmuş tur. '

Atıksuların tekrar kullanımı mutlak gereklidir ve

gelişnuş, çok etkili ve pahalı olmayan atıksu arıtma

teknikleri gel iştirilmesi gereklidir.

Atıksu arıtma teknikleri nitrifikasyon iç.in biyolojik ışleınler, denitrifikasyon ve fosfor giderme gibi biyolojik

işlemler ve kiınyasal ilavesi gerekli olan fiziko-kimyasal

�

şlemleri kapsar. Yaygın kullanılan fiziko-kimyasal

ış.lemler filtreleme, iyon-değiştirıne, kimyasat çöktürme,

kımyasal oksidasyon, karbon adsorbsiyonu,

ultrafıltrasyon, ters osmoz, elektrodiyaliz, buharlaştırma

SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.C1:t, 3.Sayı (Eylül 2002)

Elektrokimyasal teknoloji geliştirilebilir oln1ası ve kimyasal ilavesi gerektirmemesi dolay ısıyla _{üınit verici} bir teknolojidir. Bu teknoloji elektrokoagiilasyon, elektroflotasyon, elektrodekantasyon ve elektToflokülasyonu kapsar.Her ne kadar bunlardan biri ticari balamdan uygun ise de, küçük bir biJimse) uyarı

alrmştır. Bu işlem, klasik arıtma tekniklerinin

dezavantajlannı azaltan bir uygulamadır. Fakat

elektrokoagülasyon mekanizn1ası henüz açıkça

aniaşılamamıştır ve bu teknikle atıksudan metal

iyonlar_ın_ın uzaklaşfırma etkisine tesir eden faktörler

vard1r.

III.l. Teknoloji

Elektrokoagülasyonla atıksu antımı. sııurlı başarı ve _Jopülarite ile 20. yüzyılda uygulandı. Son on yılda, bu

teknoloji güney Amerika ve A vn1pa' da metalleri içeren endüstriyel atıksula_nn arıtıln1asında kullanılmaktadır.

Kuzey }_-1erika 'da elektrokoagülasyon kağıt endüstris(

maden ve metal işleme endüstrilerinde birincil atıksu

antmak için kullanuıoaktadır.

I II.2. Koagülasyon ve Elcktrokoagülasyon

Koagülasyon, kolloidal süspansiyondaki yilldü partikülleri benzer iyonlar ile karşılıklı çarpışma ile

nötralize etmek ve bir araya toplanma (aglomere) sonrada çökelme ile sonuçlanan bir fenomendir. Koagülant uygun kimyasal madde formunda eklenmiştir. Alüminyum [Al2(S04)3l8H20] atıksu antımında yıllard1r çokça kullanılan b_{ir kimyasal} maddedir. Koagülasyon

mekanizm_ası daima tartışma konusu olmuştur.

Koagülasyon kolloidal paıtiküllerdeki bir noktadan net yüzey yükünün indirgenmesi ile sebep olduğu kabul edilmiştir. Elektrostatik itme ile stabilize edilir, van der walls kuvvetleri ile birbirine yaklaşarak bir arada tutulur

ve bir araya toplanmasına izin verilir.

[ 4]

IV.

OPLC

IV.l. OPLC nedir?

OPLC, Operatör Paneli (OP) ile PLC'yi entegre eden yeni nesil bir üründür. OPLC 'nin, ön panelinde operatör arayüzü bulunur fakat arka yüzünde PLC n1odülü ile

bağlantısı mevcuttur.

OPLC yer ihtiyacını azaltır, programlam_ayı kolaylaşt1ru

ve _{toplam sistem ma}liyetini düşürür.

OPLC'nin en önemli avantajlarından biri eşsiz

programlama özelliğidir. OP ve PLC'nin tek bir modülde

birleşmesi i_{ki farklı} devrenin programlanması

zorunluluğunu ortadan kaldınr. [ 5]

ElekCrolwa�ülasyon ile Su Antımında OPLC U)·gulamas1 T.Sadak. �1.A.yalçan

IV.2. Unitronics M90 Mikro OPLC

Elektrokoagülasyon ile su antımı yapan sisternın otomasyonunda Unitronics M90 kullanılnuştır. M90

mikro bir OPLC'dir. Koınpakt bır kontrolördür ve operatör pane li ile entegre edilmiştir. Basit kontrol işlevi hem evsel hem de endüstriyel uygulanıalar için uygundur.

:N190 analog kontrol, CANbus ve genişleme portu gibi çeşitli yeteneklere sahip değişik n1odeller olarak piyasaya

sürülmüş tür. M90 'ın bu öze11ikleri hem zaınan hem de

çevre koşullan açısından esneklik kazandırır.

Şekil 2. lJn·tronics M90 \1icro OPLC

Şek_il 2' de gösterilen operasyon paneli operatör ara yüzünü sağlar. M90 operasyon pan eli, LCD yazı ekranı ve tuş takımı içerir. LCD ekran, operasyon

komutlarının gösterilmesinde kullanılabilir. Bu özellik M90 'ın çok kolay kullanılmasını sağlar. Operatör tuş

takımı, M90 bilgileri ile haberleşrnek ya da varolan veri leri değiş tirrnek için kullan1r. M90 ile operatör arasındaki bu haberleşn₁e ara yüzü, İnsan Makine

Arabirimi (Human Machine

İ

nterface ,

HMI)

olarak

tanımlanır.

M90 operasyon paneli Bilgi Modu (Information Mode) olarak adlandırılan e k bir özellik içerir. Bilgi modu,

operatöre giriş durumları ve zamanlayıcı değerleri gibi

sistem verileri ile ilg1li bilgi verir.

IV.3. Teknik

Ö

ze1likler

SALi Fen Bılirnleri Enstitüsü Derg1si

6.Cilt, 3.Sayı (Eylül 2002)

Sistemde Unitronics OPLC'nin :rvf90 Tl modeli kullamlmıştır. Bu modelin teknik özellikleri aşağıda

gösterilmiş tir.

Güç Kaynağı Sayısal Girişler Sayısal Çıkışlar

I/0

Genişleme Portu

CANbus

Ağırlık

24VDC 12 pnp

(

source) jnput 12 pnp (source), 24 V OC Var Yok 260grf6] +V M90 için 24 V ·�-r-.,.----.---r--r-r-r���·--r--· O '1 DC Güç Kaynağı Girişler Çıkışlar ::-: ı...: c � c- c . ::.J CJ :::J -::ı Q :::; o ı::J CJ tO Iı I2 13 t4 IS 16 t? 18 I9 tlD D1 Şekil 3. M90 Tl 1/0 Bağlantısı Devre Koruma Bemanı Devre Koruma t"t_.,....,..._ ... _ Elemanı 153

Elektrokoagülasyon ilc Su Arıt•mında OPLC Uygulaması

T.Sadak, M.A.yalçın

V.

SONUÇ

Bu u ygulama da elektrokoagülasyon ile arıtma yapan bir sistem. Unitronics M90 , OPLC ile otomatik hale

getirilmiştir. Şekil 4 'te blok diyagramı verilen sistemin

progranilaruna kademeleri aşağ1da verilmiştir.

1. Reaktör tankındaki su üst seviyeye gelene kadar dalgıç pompa çalışır.

2. Reaktör tankındaki su üst seviyeye geldiğinde, tanktaki plakalara 24 V OC enerji istenilen süre

boyunca uygulanır.

3. Reaksiyon bütikten sonra tank.taki su alt

seviyeye gelene kadar

(

1. kademe) 1 nolu

selenoid vana açık olarak suyu filtrasyon kademesinden geçirir.

4. 2. kademe seviyeye gelindiğinde 2 nolu selenoid vana açılıp ( 1 nolu vana kapalı) oluşan çamur deşarj edilir.

5. Çamur deşarj edilirken dalgıç pompa da tank

do]ana kadar çahşır.

6. Transfer pompası çamuru istenilen dakik a

boyunca deşarj edip durur ve 2 nolu vana

kapanır. ( 1 nolu vana da kapalı)

7. Dalgıç pompa tankı doldurduğunda reaksiyon tekrar başlar.

SAU Fen Billmleri Enstiti.!sü Dergisi 6.Cilt, 3.Sayı (Eylül 2002)

Elektrokoagülasyon ile Su Antımında OPLC Uygulaması

T.Sadak, M.A.yalçJn GIRIŞ-- ı ---- -· ---- ---··-- � DALGlÇ

l

POMPA - _________ ____ı

Şekil 4. Sistcnı Blok Diyagramı

- -24VDC .--- ·--REA.KTÖR ,.---� i .

.ı

1 NOLU '/ANA

h

TRANSFER L- l .. _. --- __ t � PO M PASI

--ELuvANA

ı

Unitronics OPLC'nin programına örnek olınası amac1yla, sistemin progranundan ufak bir kesit aşağıda verilmiştir. 154

[

-

;

IDE

�

-

l

_____

:_ı

ÇlKlŞ

-SAU Fen Bilimleri _{Enstitüsü Dergısi}

6 C:it, 3.Sayı _{(Eylül 2002)}

2 -·-.... -··----... ---MB li re::;c>t bıti ı Sf ••••• ! lt 1 D _{Ml o} [·jarkon 1 Out o Dalgıç Pornoa ( p : Out 1 re<:ık!",:yo•ı çııc:ş, { r� ) MB O i<ca�ryfll'ı Rıtt ( R J Tr;;ınstP; Out 2 Pornprisı

Proıı:ıct d��ıeme2 U<lO

MB 1 stttrt bllı ( � } MB 2 da'gıç poıııp;.ı t�ıı ( 11 ) MB 3 _. 7 ,ı mc) ·1 t;f:!)·:jnı b�ı 1 r. J rAB 4 Jısp19y !>ılı < r� } ı n J Out 3 Ç-ık.ış Sel•.ınoiı.lı ( R l MB 5 2 arr..:ı ı ı V311ıı::ı gı'!Ç;Ş _' ( ıı J P;:ıge 2

ı

--- --- ·--- ·-·-·---1---

---Şekil 5. Progranı

Ömeğı

KAYNAKLAR

[1]

Teknik Otomasyon, "Progranılanabilir Lojik Kontrol

Organları" , ss 4

[2 ]http:/ 1 '::""·vv\V.

csj1ısb. edu_./

i ntenlş__hi.p/p�ıpers/pr�berts/Qlc.

htn1l "IndustTial Control Automation - Programmable

Logic Controllers"

[3] Job Den Otter, "Programmable Logic Controllers,

Operation, Interfacing, and Programming" 1988 ss 51

[4] M. Yousuf A. Molla� Robert Schennach, Jose R. Parga, David L. Cocke, ''Electrocoagulation (EC)

-Scienc e and Applications, Journal ofHazardous Meterials 1384 (200 1) 29-41, 23 December 2000

[S]

)Jttp.:/ 1vv'\Vw_

.astratecb.co. tl1findustrial/n1inıcon. h tn ı

[6] :v190 tvficro OPLC User Guide ss ll, ss57

155

Elektrokoagülasyon ile Su Arıhnunda OI•LC Uygulaması T.Sadak, M.A.yalçe n

TM

UNtTRONICS M90 OPLC

---·---ı