Mekatronik deney sistemlerinin kurulması

GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ

Sonuç Raporu

Proje No: 2012/96

Projenin Başlığı: Mekatronik Deney Sistemlerinin Kurulması

Proje Yöneticisi: Yrd. Doç. Dr. Mehmet Metin ÖZGÜVEN

Birimi: Ziraat Fakültesi / Biyosistem Mühendisliği

Araştırmacılar ve Birimleri Prof.Dr. Ali KASAP

Ziraat Fakültesi / Biyosistem Mühendisliği Öğr.Gör. Murat UĞURLU

Niksar Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu /Elektrik ve Enerji Bölümü

ÖZET

* Mekatronik Deney Sistemlerinin Kurulması

Günümüzün en popüler bilim dallarından birisi olarak kabul edilen Mekatronik anabilim dalının en önemli bileĢenlerinden birisi mekatronik sistemleridir. Mekatronik sistemleri mekanik sistemlerin, endüstriyel otomasyon sistemlerinin, bilgisayarların, robotların, v.b. günlük hayatımızda ve sanayide kullandığımız sistemlerin en önemli ve olmazsa olmaz bölümlerinden birisidir. Bu sistemlerin ve daha birçok sistemin dıĢ dünya ile haberleĢmesi, bilgilerin iĢlenmesi, giriĢ bilgilerine karar vermesi ve karara göre sonuç ve tepki üretilmesi gibi hayati öneme sahip iĢlemler bu bileĢenler sayesinde sağlanabilmektedir. Bu yüzden, mekatronik deney sistemleri; teknolojinin önemli bileĢenlerinin öğrenilmesi ve uygulama becerisi kazandırılabilmesi için gereklidir. Bu proje kapsamında alınan 2 adet Temel Elektropnömatik Eğitim seti, 1 adet Pnömatik-Elektropnömatik Eğitim Seti Aksesuarları, 1 adet Ġleri Seviye Elektropnömatik Eğitim seti ve 3 adet PLC Eğitim Seti baĢta Mekatronik programı olmak üzere diğer programlardaki öğrencilerin eğitimi için gerekli olan mekatronik laboratuvarının alt yapısı oluĢturulmuĢtur.

Anahtar Kelimeler

Mekatronik, Elektropnomatik, PLC

*Bu alt yapı projesi (Proje No: 2012/96) Gaziosmanpaşa Üniversitesi Bilimsel Araştırma Komisyonu Başkanlığınca desteklenmiştir.

ABSTRACT

*

Mechtaronics is regarded as one of the most popular Scientific disciplines. Mechatronic systems are the most important study area of Mechatronics Scientific branch. Mechatronic systems are the most essential parts of the systems we use in our daily life and industry such as household equipment, industrial automation systems, robots, etc.. The communication of these systems and many other systems with the outside world, processing information, deciding input information and producing results and responses according to decision produce, all of which are the processes with vital importance, can be accomplished due to these components. Therefore, mechatronic training setups are necessary for teaching underlying principles of mechatronic technology and letting the students to gain the practical experience on mechatronic systems.

Within this project, two pieces of basic electro-pneumatic training setup, one set of pneumatic-elektropnomatic training accessories, one piece of advanced electro-pneumatic training setup and three pieces of PLC training kit were purchased and installed. . Students, attending to particularly mechatronics program and other programs will benefit from these mechatronic training laboratory sources.

Keywords

Mechatronics, Elektropnomatics, PLC

*This infrastructure project (Project No: 2012/96) supported by Head of the Scientific Research Committee of Gaziosmanpaşa University.

ÖNSÖZ

GaziosmanpaĢa Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Komisyonunca desteklenen bu çalıĢma (Proje no: 2012 /96) bir alt yapı projesi olup, sağlanan destek ile Üniversitemiz Niksar Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu Mekatronik programında ihtiyaç duyulan Mekatronik deney sistemleri laboratuvarı kurulmuĢtur. 1. ve 2. Sınıfları olan hem normal hem de ikinci öğretim öğrencisi bulunan programımız için oluĢturulan bu laboratuvar ile temel eğitim gereksinmelerden biri karĢılanmıĢtır.

Bölümümüze kalıcı ve iĢlevsel bir mekatronik laboratuvarının oluĢması için destek veren GOÜ-BAP komisyon baĢkanı ve üyelerine, iĢlemlerin yürütülmesinde desteklerini gördüğüm BAP personeli ile projeye yardımcı araĢtırmacı olarak katkı sağlayan öğretim üyesi arkadaĢlarıma teĢekkür ediyorum.

Yrd. Doç. Dr. Mehmet Metin ÖZGÜVEN

İÇİNDEKİLER ÖZET ... i ABSTRACT ... ii ÖNSÖZ ... iii ĠÇĠNDEKĠLER ... iv ġEKĠLLER LĠSTESĠ ... v GĠRĠġ ... 1 MATERYAL VE YÖNTEM ... 3

Mekatronik Programı için Tavsiye Edilen Bazı Atölye ve Laboratuvarlar ... 4

Proje Kapsamında OluĢturulan Mekatronik Deney Sistemleri Eğitim Laboratuvarı ... 7

SONUÇ ... 8

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekiller Sayfa

ġekil 1 GaziosmanpaĢa Üniversitesi, Niksar Teknik Bilimler

GİRİŞ

Mekatronik, teknolojik ürün ve tasarımda makine, elektrik-elektronik ve bilgisayar mühendisliklerinin kaynaĢmasını ifade eden disiplinlerarası bir mühendislik felsefesidir. 1969 yılında Japonya’dan yola çıkmıĢ, kısa zamanda bütün dünyada çok önemli bir yer edinmiĢ olan mekatronik, mühendislik tasarımı ve eğitimini derinden etkilemiĢtir. Üretimde mekatronik tasarım ilkelerine yer veren ülkeler, teknolojide son otuz yılda önemli yenilik ve baĢarılara imza atmıĢlardır. Mekatroniğin tasarım ve üretimdeki bu kritik rolünün görülmesi üzerine, bugün geliĢmiĢ ülkelerde mekatronik eğitimine devlet-üniversite-endüstri iĢbirliği içerisinde, giderek daha fazla ağırlık verilmektedir. Türkiye’de, gecikmeli de olsa giderek yaygınlık kazanan mekatroniğin, Türk meslekî ve teknik eğitim sistemine yeni bir anlayıĢ getirmesi beklenmektedir. Mekatronik ürün yelpazesinin giderek geniĢlemesi, mekatroniğin gelecekte de öncelikli bir mühendislik alanı olacağını göstermektedir.

Çağımızın yeni ve popüler bilimi olarak kabul edilen mekatronik, makine, elektrik– elektronik ve bilgisayar mühendisliğinin evliliğinden doğan; yazılım ve kontrol mühendisliği konularını da aynı çatı altında toplayan disiplinler arası bir kavramdır. Akıllı makineler tasarlamak üzere, tasarım ile süreç ve ürün imalatında, makina mühendisliğinin, elektronik ve bilgisayar ile sıkı kaynaĢması olarak da ifade edilebilen mekatroniğin kapsamı, mekanik tasarım ve analiz, robotik sistemler, görüntü iĢleme, kontrol mühendisliği, yapay sinir ağları ve yapay zekâ ile sanal gerçeklik olarak sıralanabilir.

Mekatronik; baĢta makine olmak üzere, elektrik-elektronik ve bilgisayar bilim dallarını, teknolojik talep ve sorunlara çözüm getirmek üzere, müĢteri istekleri doğrultusunda, bir bütünlük içinde algılayan ve aynı potada eriten yeni bir interdisipliner mühendislik felsefesi olarak tanımlanabilir. Bu yeni mühendislik felsefesinde, çeĢitli bilimlerin koalisyonu ve sinerjik kaynaĢtırılması söz konusudur. Mekatronik ile ilgili tanımlarda, mekatroniğin aslında bir kesiĢim mühendisliği olduğu ve büyük oranda robotikten oluĢtuğuna sıkça vurgu yapılmaktadır.

Mekatronik kavramı, ilk kez 1969 yılında Japonya’nın Yaskawa Elektrik fiirketi’nde görevli bir mühendis tarafından elektrik motorlarının bilgisayarla kontrolünün sağlanması için kullanılmıĢtır. Mekatronik sözcüğü, “mekanik” ve “elektronik” kelimelerinin uygun bir Ģekilde parçalanması ve bu parçaların birleĢtirilmesi ile elde edilmiĢtir. Mekatronik

sözcüğü, mekanizmanın “meka”sı ile elektronik sözcüğünün “tronik” kısımlarının birleĢtirilmesinden oluĢmuĢtur Böylece bir Japon icadı olarak buradan yola çıkan mekatronik kavramı, yıllar içerisinde ilerleyerek tüm dünyaya yayılmıĢ ve günümüzün mühendislik literatürüne, üzerinde en çok konuĢulan bir kavram olarak yerleĢmiĢtir (MED,2004).

Mekatronik eğitimi dünyada olduğu gibi ülkemizde de her geçen gün geliĢmektedir. Fakültelerde, Meslek Yüksekokullarında, Meslek Liselerinde mekatronik bölümleri, programları açılmakta, mekatronik dersleri verilmektedir. Uygulama ve araĢtırma merkezlerinde mekatronikle ilgili araĢtırmalar yapılmakta, ulusal ve uluslararası kongre, seminer ve toplantılar düzenlenmektedir (Gürbüz,R.2012).

Teknolojinin hızla geliĢtiği günümüzde, endüstrideki üretim için oldukça karmaĢık otomasyon sistemlerine ve birçok iĢlemin çok kısa sürede güvenilir bir Ģekilde yapılabilmesini gerektiren sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. PLC kontrollü sistemler, karmaĢık otomasyon problemlerinin hızlı ve güvenli bir Ģekilde çözebilmektedir. Bu sayede, süreç denetimi de çok daha güvenli ve hızlı bir Ģekilde yapılabilmekte ve karĢılaĢılacak arızalar oldukça kısa sürede tespit edilip, giderilebilmektedir. PLC günlük hayatımızda da hemen her alanda kullanılmaktadır. Otomotiv, gıda, tekstil, makine üretim, tarım vb. birçok endüstriyel alanda PLC kontrollü sistemler kullanılmaktadır. Bu noktada, özellikle PLC sistemlerinin çok iyi anlaĢılması, PLC programlamanın öğrenilmesi ve uygulamalarının yapılabilmesi önem kazanmaktadır. Yükseköğrenim kurumlarında bu konu ile ilgili öğrencilerin ve endüstriyel alanda da çalıĢanların PLC konusunda eğitimlerini alması ve yetiĢmiĢ insan gücünün endüstriye kazandırılması da önemli bir konudur(Bayrak,G.Kaya,T.2011).

Bu altyapı destek projesinin amacı, Niksar Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu bünyesinde bulunan Mekatronik, Elektrik, Elektrikli Cihaz Teknolojisi ve Kontrol ve Otomasyon Teknolojisi programları için Mekatronik Deney Sistemlerinin Kurulması ve öğretimin sağlıklı yürütülebilmesi için gerekli olan malzemelerin alımının sağlanmasıdır.

Proje kapsamında kurulmuĢ olan mekatronik deney sistemleri, öğretim faaliyetlerinin yürütülmesine katkı sağlamaya baĢlamıĢtır. Nitekim bölüm müfredatı içerisinde de doğrudan doğruya temel mekatronik bilgisinin verilmesi içeren pek çok ders bulunmaktadır:

Proje kapsamında alınan 3 adet PLC eğitim seti de hem mekatronik programının hem de diğer programların PLC derslerinde (Mekatronik ĠÖ 4.Yarıyıl Programlanabilir Denetleyiciler(PLC), Mekatronik NÖ 4.Yarıyıl Programlanabilir Denetleyiciler(PLC), Elektrik 4.Yarıyıl Programlanabilir Denetleyiciler(PLC), Elektrikli Cihaz Teknolojisi 4.Yarıyıl Programlanabilir Denetleyiciler(PLC)) kullanılmaya baĢlanmıĢtır.

MATERYAL VE YÖNTEM

Proje kapsamında alınmıĢ olan 2 adet Temel Elektropnomatik Eğitim seti, 1 adet Pnomatik-Elektropnomatik Eğitim Seti Aksesuarları, 1 adet Ġleri Seviye Elektropnomatik Eğitim seti ve 3 adet PLC Eğitim Seti ile mekatronik laboratuvarı oluĢturulmuĢtur. Bu laboratuar, “Projenin Amacı ve Önemi” kısmında açıklandığı gibi doğrudan temel mekatronik bilgisinin öğretimini içeren derslerin verilmesinde, içerisinde kısmen mekatronikle ilgili ödev ve proje hazırlanması gereken derslerde kullanılacaktır.

Mekatronik laboratuvarı tasarlanmadan önce mevcut Mekatronik laboratuvar modelleri hem literatür hem de halihazır örnekler irdelenerek, araĢtırılmıĢtır. Bu araĢtırmalar sonucunda laboratuvar kurulmuĢtur. AĢağıda Mekatronik Programı için tavsiye edilen bazı laboratuvarlar hakkında bilgi verilmiĢtir.

Mekatronik Programı için Tavsiye Edilen Bazı Atölye ve laboratuarlar (Gürbüz,R.2012).

1. Temel Fen Bilimi Laboratuvarı

Masa üstü malzeme çekme gerilme cihazı, hız, ivme, sıcaklık, ısı, basınç, debi ölçme setleri, Newton kanunları için eğitim setleri, diĢli ve kayıĢ kasnaklı iletim mekanizmaları, kramayerpinyon iletim mekanizması, temel gaz kanun eğitim setleri, yataklama elemanları rulmanlar kayıt ve kızaklar, motor ve mil kaplinleri, küçük motorlu vidalı tabla hareket mekanizması, alternatif akım, doğru akım güç kaynakları, transformatörler, seri-paralel bağlı devreler, küçük çapta AC, DC ve adım motorlar ve motor kontrol üniteleri, motorlu vida mili bağlantılı mekanizmalar, Elektromagnetizma uygulama setleri, Lenz Kanunu, enerji dönüĢüm setleri, Eddy akımı, uygulamaları için tasarlanmıĢ eğitim setleri vb.

2. Pnömatik-Hidrolik Elektrohidrolik ve Elektropnömatik Laboratuvarı

Hidrolik ve Pnömatik piston ve motor hızının, kuvvetinin, torkunun ve konumunun mekanik kontrolü, MikroiĢlemci ve PLC vb. yardımcı elemanlarla (sayıcılar) piston, motor ardaĢık hareketlerinin denetimi, geliĢtirilmiĢ bilgisayar yazılımları ile hidrolik pnömatik devrelerin bilgisayarda çizileceği yazılımlar, hidrolik-pnömatik derslerinin uygulamaları için yeterlidir. Elektrohidrolik-Elektropnömatik uygulamalar için elektrohidrolik-elektropnömatik valfler, düzenleyici elemanlar, algılayıcılar, sınırlama elemanları ve PLC kullanılmalıdır. Ayrıca PLC ve Bilgisayarla, Analog/Digital, Digital/Analog kartlar basınç sensörleri, debi ölçerler, konum ölçerler ile özel uygulamalar geliĢtirilebilir.

Basınç, debi ölçümleri için analog elemanların yanında sayısal çıktı alınabilecek basınç transmitleri, debi ölçerler, piston konum ölçeri ve PLC veya bilgisayara bağlantı yapabilmek için uygun özelliklerde analog-digital ve data acquisition kartları da olmalıdır.

3. Elektronik Laboratuvarı

Analog ve sayısal devrelerle iĢlemlerin yapılacağı doğrultucular, AC ve DC yükselteçler, sinyal jeneratörleri, mantık devreleri, temel mantık fonksiyonları, grafik sembolleri, akım, volt, direnç ölçüm cihazları, elektronik röleler, zamanlayıcılar, frekans dönüĢtürücüler, elektrik motorlarının hız, konum kontrol cihazları, motor

sürücüleri, diod, transistör, tiristör, kapasitör, dirençler, transformatör, mikroiĢlemci, PIC elemanlarından oluĢmalıdır.

4. AkıĢkan Kontrol Laboratuarı

Açık ve kapalı çevrimli otomatik kontrol uygulamalarının yapılacağı otomasyon

laboratuvarlarında temel elemanlar algılayıcılar (sensör), düzenleyiciler ve tahrik elemanlarıdır. Sıcaklık, optik, akım, güç, bimetal, magnetik sensörleri yanında hız, konum, ivme, kuvvet, fark, basınç ve debi sensörleri de otomasyon laboratuvarı içinde olmalıdır. Düzenleyici olarak P, I, PI, PD ve PID düzenleyicileri ile PLC ve endüstriyel bilgisayarlar kullanılmalıdır. Servo motorlar ve sürücüleri, elektromanyetik valfler ve oransal valfler de Mekatronikte en fazla kullanılan tahrik elemanlarıdır.

5. Programlanabilir Mantık Denetleyiciler (PLC)

Programlanabilir Mantık Denetleyiciler uygun arayüz elemanları ile küçük sistemlerden çok büyük sistemlere kadar birçok sistemi kontrol edebilen, düzenleme ve kontrol elemanlarıdır. Yazılımlarının basit olması nedeni ile çok kısa zamanda programları yazılabilmekte ve endüstride yoğun bir Ģekilde kullanılmaktadır.

6. Ġmalat Atölyesi

Mekatronik programı öğrencileri üretim tekniklerini bilmeli ve teknik resme bakarak basit parçaları takım tezgâhlarında iĢleyebilmelidir. Bu nedenle imalat atölyesinde matkap, torna, freze, taĢlama, eğme, bükme, vargel, tesviye ve montaj elemanları, elektrik, oksijen ve gaz altı kaynak makineleri ile ölçüm (kumpas, mikrometre) ve kontrol elemanları (mastırlar) imalat atölyesinde olmalıdır. Masa üstü bilgisayar denetimli torna ve freze tezgâhları (CNC) ve basit düzeyde robotlarda imalat atölyesi içinde bulunmalıdır.

7. Malzeme ve Malzeme Kontrol Laboratuvarı

Çentik darbe, Yorulma deneyi, Sertlik ölçme, Eddy akımı ve Ultrasonik cihazla tahribatsız muayene, malzeme dayanımını test için çeki-baĢı test cihazı, malzeme iç muayenesini kontrol için ise bilgisayardan gözlem yapılacak bir mikroskop ve yazıcısı bulunmalıdır. Ayrıca ısı iĢlem yapabilmek için küçük kapasiteli ısı fırını olmalıdır.

Laboratuvarda öğrencilere göstermek için çeĢitli özelliklerde metal ve plastik malzeme örnekleri bulunmalıdır.

8. Bilgisayar ve Bilgisayar Tasarım Laboratuvarı

Bilgisayarın temel elemanlarının tanıtımı, temel seviyede kullanım becerisinin kazandırılması, çeĢitli formlarda yazı yazılması, yazıların saklanması, sonra tekrar kullanılması, e-posta alınması, gönderilmesi, internette tarama yapılması, bilgilerin hard diske, CD’ye veya harici belleklere aktarılması, printerdan çıktı alınması, Excell’le tablolar oluĢturulması ve diyagramlar çizilmesi iĢlemleri bilgisayar laboratuarlarında öğretilmelidir. Makine iĢ parçalarının teknik resimleri ve tasarımları da uygun özelliklerdeki tasarım programları ise bilgisayarlı tasarım laboratuarında oluĢturulmalıdır. Bilgisayarla makine parçası tasarımı yapılması, CNC programlarının hazırlanması ve hazırlanan programın CNC tezgâhına aktarılması için paket programlar kullanılmalıdır. Soildworks ve Catia gibi üretim programları da mekatronik eğitiminin destek alanları içindedir. Labview ve Matlab gibi programlarla da destek sağlanmalıdır.

9. Mekatronik Laboratuvarı

Mekatronik laboratuvarında mekatronik sistemlere ait cihazlar ve üniteler olmalıdır. Mesela bir robotla ve taĢıma mekanizmasıyla bir parçanın bir yerden alınıp bir yere taĢındığı bir ünite, akıĢkanın basıncının, seviyesinin veya sıcaklığının kontrol edildiği bir süreç kontrol cihazı, döner bir tabla üzerine yerleĢtirilmiĢ bardakların içerisine taĢmayacak Ģekilde su doldurulması ve tüm bardaklar dolduktan sonra iĢlemin tamamlanması, bir hareketli bant üzerinde taĢınan malzemelerin boyut ve renklerine göre kontrol edildikten sonra ayıklanması ve depolanması, bir minyatür asansör uygulama seti, bir malzemenin hidrolik-pnömatik veya elektrik tahrikli elemanlarla bir konumdan alınıp diğer bir konuma taĢınması da mekatronik laboratuvarı için önerilebilecek bazı eğitim setleridir. Bir bant üzerinde hareket eden farklı renk ve boyuttaki malzemeleri ayıklanması, uygun malzemelerin depolanması, bir pistonun ileri geri hareketinde hızının ve konumunun PLC veya bilgisayarla denetimi, bir bulaĢık veya çamaĢır makinesinin çalıĢma sisteminin analizi, bir çamurun Ģekillendirilip el değmeden fırına sokulması, belirli süre ısıtıldıktan sonra dıĢarı alınması ve fırın kapağının kapatılması gibi birçok uygulama örnekleri bu laboratuvarda olmalıdırlar.

Mekatronik laboratuvarı diğer tüm laboratuvarlardan sağlanacak destekle öğrencilerin mekatronik alanında bilgi ve becerisini uygulamalarla geliĢtireceği bir laboratuardır (Gürbüz,R.2012).

Proje Kapsamında Oluşturulan Mekatronik Deney Sistemleri Eğitim Laboratuvarı

Önceki bölümde anlatılan laboratuvarların bir kısmı daha önceki yıllarda mekatronik programına çok yakın olan elektrik, elektrikli cihaz teknolojisi, elektronik teknolojisi ve bilgisayar programları için kurulmuĢ laboratuvarlardır. 3 yıldır eğitim veren mekatronik programı bu proje ile eksik olan laboratuvarlarının bir kısmına kavuĢmuĢ oldu.

ġekil 1. GaziosmanpaĢa Üniversitesi, Niksar Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Mekatronik eğitim laboratuvarından fotoğraflar

ġekil 1'de fotoğrafları görülen laboratuvarı için alınan malzemeler hem Mekatronik programı için hem de mevcut diğer programlar için kullanılacaktır.

SONUÇ

GerçekleĢtirilen bu altyapı çalıĢması ile Niksar Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu bünyesindeki Mekatronik, Elektrik, Elektrikli Cihaz Teknolojisi ve Kontrol ve Otomasyon programları tarafından ortak kullanılacak iyi donanımlı olan bir mekatronik eğitim laboratuvarı kurulmuĢtur.

Bu laboratuvar, Hem mekatronik programının Pnomatik ve Robot derslerinde hem de mekatronik, elektrik, elektrikli cihaz teknolojisi ve kontrol ve otomasyon teknolojisi programlarının Programlanabilir Denetleyiciler derslerinin verilmesinde ve bu konularda ödev ve proje hazırlanması gereken derslerde kullanılacaktır.

KAYNAKLAR

MED,.Milli Eğitim Dergisi, “Mesleki ve Teknik Eğitimin Yeni

Halkası:Mekatronik”,Sayı:163,Yaz2004

Gürbüz,R.. “Mekatronik Nedir ve Türkiye’de Meketroniğin Eğitimi”,2012

Bayrak,G.,Kaya,T. “PLC ve Elektrik Kumanda Devreleri Eğitimi Ġçin Bir Deney Seti

Tasarımı ve Uygulaması”,TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, Elektrik-