____________________________________________________
____________________________________________________
T.C.
NAMIK KEMAL ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOORDİNASYON BİRİMİ (NKÜBAP)
____________________________________________________
BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ SONUÇ RAPORU
NKUBAP.00.MB.AR.13.03nolu Proje Kontrol ve otomasyon alanında uygulama
geliĢtirme deney seti tasarımı
Yürütücüsü:
Öğr.Gör.Dr. Figan DALMIġ AraĢtırmacılar:
Yrd.Doç.Dr. Ġbrahim SavaĢ DALMIġ
2014
ii
NKUBAP.00.MB.AR.13.03no’lu “Kontrol ve otomasyon alanında uygulama geliĢtirme deney seti tasarımı” adlı proje Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Proje Birimi tarafından desteklenmiĢtir.
iii
T.C.
Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi
Kontrol Ve Otomasyon Alanında Uygulama Geliştirme Deney Seti Tasarımı
(Proje No: NKUBAP.00.MB.AR.13.03)
Proje Ekibi:
Yürütücü:
Öğr.Gör.Dr. Figan DALMIġ Araştırmacılar:
Yrd.Doç.Dr. Ġbrahim SavaĢ DALMIġ
TEKĠRDAĞ-2014
Her hakkı saklıdır.
iv
ÖNSÖZ
Tüm dünyanın global bir pazar haline geldiği günümüzde rekabetin iyice artması ile birlikte kontrol ve otomasyon uygulamalarının endüstri, sağlık, enerji, tekstil, eğitim, ulaĢım, tarım ve daha birçok sektörde kullanılması kaçınılmaz olmuĢtur. Bu kapsamda küçük ve orta boy iĢletmeler de büyük boy iĢletmeler gibi standart ve seri üretim için kendilerine uygun gördükleri otomasyon çözümleri arayıĢlarına girmiĢlerdir.
Bu projede, otomasyon hizmeti veren mühendislik firmalarının iĢletmelere sunduğu çözümlerin, araĢtırmacılar tarafından üniversite bünyesinde gerçekleĢtirilmesi için altyapı çalıĢması yapılmıĢtır. Projedeki donanım ve yazılım bileĢenleri otomasyon hizmeti sektöründe kullanılan gerçek otomasyon cihazlarıdır.
Projenin gerçekleĢmesinde verdiği maddi destek nedeni ile Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Proje Birimi’ne teĢekkürlerimizi sunarız.
Proje Yürütücüsü(Proje ekibi adına) Öğr.Gör.Dr. Figan DALMIġ
v İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ ... iv
İÇİNDEKİLER ... v
ŞEKİL DİZİNİ ... vi
ÇİZELGE DİZİNİ ... viii
ÖZET ... ix
ABSTRACT ... x
1.GİRİŞ ... 1
2. KAYNAK ÖZETLERİ... 3
3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 12
3.1. Materyal ... 12
3.1.1. Deney Setinin Yazılım bileĢenleri... 13
3.1.2. Deney Setinin Donanım bileĢenleri ... 14
3.2. Yöntem ... 22
3.2.1. PLC Programı... 22
3.2.2. Operatör Paneli Tasarımı ... 23
3.2.3. Devir Kontrolü... 23
3.2.4. Güvenlik Kapakları Denetimi ve Çarpma Önleme Sistemi ... 24
3.2.5. Sıcaklık Denetimi ... 24
4. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 25
5. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 32
6. KAYNAKLAR ... 33
vi
ŞEKİL DİZİNİ
ġekil 2. 1. PLC ve SCADA tabanlı otomasyon eğitim seti ... 3
ġekil 2. 2. Labview tabanlı elektronik deney seti blok diyagramı ... 4
ġekil 2. 3. Sistemin genel yapısı ... 4
ġekil 2. 4. Labview arayüz görüntüsü ... 5
ġekil 2. 5. GerçekleĢtirilen sistemin blok diyagramı ... 5
ġekil 2. 6. GerçekleĢtirilen sanal laboratuarın ön görünüĢlerinden biri ... 6
ġekil 2. 7. Klor varili değiĢtirme sistemi ile ilgili S/3 SCADA programı ile yapılan modeli 7 ġekil 2. 8. Sistemin Labview ile hazırlanmıĢ ön paneli ve blok çizelgesi ... 7
ġekil 2. 9. Akıllı ev maketinin Labview ön paneli ve webcam arayüz blok diyagramı ... 8
ġekil 2. 10. Akıllı ev maketinin sanal simülasyonu için Labview arayüzü ... 8
ġekil 2. 11. 74HC138 kod çözücünün ön paneli ve blok diyagramı ... 9
ġekil 2. 12. BileĢik mantık devresinin ön paneli ... 9
ġekil 2. 13. VI-tabanlı endüstriyel otomasyon sunucusunun ön panelinin bir kısmı ... 10
ġekil 2. 14. Seviye izleme uygulamasının yapıldığı operatör ön paneli ... 10
ġekil 2. 15. Seviye ve sıcaklık izleme uygulamasının ön paneli ... 11
ġekil 3. 1. Laboratuar panoramik görünümü ... 12
ġekil 3. 2. Enda Soft PLC editör/derleyicisi ... 13
ġekil 3. 3. ENDA_V1.6_Enu HMI editör programı ... 13
ġekil 3. 4. Labview ön panel ve blok diyagram görüntüsü ... 14
ġekil 3. 5. Enda ELC-386RT PLC ve ilave giriĢ-çıkıĢ modülleri ... 15
ġekil 3. 6. Operatör paneli Enda EOP 41-70ETE ... 16
ġekil 3. 7. LTV-200 V lineer pozisyon cetveli ... 16
ġekil 3. 8. NI9203 DAQ kartı ve cDAQ 9171 Ģasisi ... 17
ġekil 3. 9. Basınç transmitteri ... 18
ġekil 3. 10. Servo motor ve sürücüsü ... 19
ġekil 3. 11. Ġnverter ve asenkron motor ... 20
ġekil 3. 12. Termokupl ... 20
ġekil 3. 13. Sick IME 08-04NPSZW indüktif yakınlık algılayıcısı ... 20
ġekil 3. 14. Extech 461880 devir ölçer ... 21
vii
ġekil 3. 15. ETC9420 PID kontrolör ... 21
ġekil 3. 16. Güvenlik sistemi PLC programlama arayüzü ve program görünümü ... 22
ġekil 3. 17. PLC program örnekleri ... 23
ġekil 3. 18. Torna makinesi üzerine monte edilen devir kontrol algılayıcıları ... 23
ġekil 3. 19. Çarpma önleme sistemi için algılayıcı konumu ... 24
ġekil 4. 1. GeliĢtirilen deney setinin ana bileĢenleri ile genel görünüĢü ... 26
ġekil 4. 2. NKUBAP.00.17.AR.12.05 nolu projesi kapsamında denetlenen laboratuvar 27 ġekil 4. 3. Operatör paneli sayfaları ... 27
ġekil 4. 4. Sıcaklık ölçümü arayüzü ve veri görüntüleme çevriminin blok diyagramı ... 28
ġekil 4. 5. Gerilim ölçümü örneğinin ön paneli ve blok diyagramının bir kısmı ... 28
ġekil 4. 6. DAQmx kartı ile veri toplama örneğinin ön paneli ... 29
ġekil 4. 7. Veri toplama örneğinin blok diyagramı ... 29
ġekil 4. 8. Labview ile PLC’nin Modbus haberleĢmesi ... 30
ġekil 4. 9. Servo motor kontrol blok diyagramı ... 30
ġekil 4. 10. Servo motor kontrol ekranları ... 31
ġekil 4. 11. Servo motor kontrol blok diyagramı ... 31
viii
ÇİZELGE DİZİNİ
Çizelge 3. 1. Servo motorun teknik özellikleri ... 18 Çizelge 3. 2. Asenkron motor inverterinin teknik özellikleri ... 19
ix
ÖZET
Deneysel ve pratiğe dönük olarak planlanan bu çalıĢmada, endüstrinin vazgeçilmezi olan kontrol ve otomasyon uygulamalarının geliĢtirilebilmesi ve test edilebilmesi amacı ile örnek bir veri toplama ve kontrol otomasyon sistemi tasarlanmıĢtır. GeliĢtirilen sistem, endüstriyel iĢletmelerde kullanılan, PLC ve SCADA (Veri Tabanlı Kontrol ve Gözetleme Sistemi) tabanlı bir endüstriyel otomasyon sistemidir. Sistemde basınç, sıcaklık, devir gibi çeĢitli fiziksel büyüklükler ölçülmüĢ, Labview ile hazırlanan kullanıcı arayüzüile bilgisayarda ve operatör panellerinde gerçek zamanlı izlenerek, PLC ile bu büyüklüklerin kontrol altında tutulmaları sağlanmıĢtır.
GeliĢtirilen sistem, gelecekte yürütülecek farklı araĢtırmalara alt yapı oluĢturmaktadır. Bu sistemin, mesleki eğitimdeki atölye uygulamalarında öğrencilerin gerçek kontrol ve otomasyon teknolojilerine adapte edilebilmesi için de önem arz ettiği düĢünülmektedir.
Anahtar Kelimeler:PLC,Labview, SCADA, HMI, süreç kontrol otomasyonu.
x ABSTRACT
In this experimental and practical study, an automated data acquisition and control system is designed with the aim ofdeveloping and testing a control and automation applications which is indispensable for industry. The developed automation system is based PLC and SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), which is used in industrial enterprises. Some physical signals such as pressure, temperature, revolution etc. are measured in the system. These signals are monitored in real time, through a graphics user interface prepared by using Labview within the computers and operator panels, and processes are kept under control with PLC.
The developed system is infrastructure of the different research that will be carryout in future.It is believed that the developed system is important for the vocational students to recognize real control and automation systems.
Key words:PLC, Labview, SCADA, HMI, process control automation.
1 1.GİRİŞ
Otomasyon kavramı oldukça geniĢ bir kavram olup, iĢletme girdilerininiĢletme çıktılarına dönüĢümü iĢlemlerinin standart, hızlı, güvenli ve verimli bir Ģekilde, minimum insan müdahalesi ile makineler tarafından otomatik bir Ģekilde gerçekleĢtirilmesi olarak tanımlanabilir.
Endüstriyel otomasyon sistemlerinde PLC, SCADA, operatör panelleri, sensör ve transdüserler, servo motorlar ve sürücüleri, inverterler, pnömatik sistemler yaygınca kullanılmaktadır.
Sayısal bir bilgisayar olan PLC’ler (Programlanabilir Lojik Denetleyici) 25 yıl önce sanayi uygulamalarında kullanılmaya baĢlanmıĢtır. Son 10 yıldır IDEC, FESTO, MITSUBISHI, SIMATIC, TOSHIBA, SIEMENS, GENERAL ELECTRĠC, ENDA, DELTA gibi firmaların, tabanı ve programlama mantığı birbirine çok yakın, kendi aralarında değiĢik üstünlükler ile ayrılan PLC sistemlerini geliĢtirmeleri ile otomatik kontrol sistemlerinde hız, kontrol, güvenlik, ürün kalitesi yanı sıra, yeni bir ürün imali için kumanda devrelerinin yeniden oluĢturulması montajı ve bağlantıları yerine sadece PLC programlama ile giderilmesi çok büyük bir avantaj sağlamıĢtır. Bu da PLC tabanlı kontrol sistemlerinin endüstriyel otomasyon devrelerinde vazgeçilmez bir sistem olarak kullanılmasını ve her geçen gün yeni özellikler ile güncelleĢtirilmesi gereğini doğurmuĢtur(Karayel,2013).
PLC'li kontrol sistemlerinin baĢlıca Ģu üstünlükleri bulunmaktadır [ TaĢtan ve Alıçoğlu, 2002; Doğanoğlu ve ark., 2007;Nargalkar ve ark., 2012];
PLC’li sistemler endüstri ortamlarındaki yüksek elektriksel gürültü, mekanik titreĢimler, yüksek ve düĢük sıcaklıklar, toz, nem gibi olumsuz koĢullar altında güvenli çalıĢabilir.
TeĢhis yazılımlarıyla, hatalar kolayca bulunabilir ve giderilebilir.
Teknik gereksinimler arttıkça PLC'li sistem az bir değiĢiklikle ya da hiçbir değiĢiklik gereksinimi duyulmadan yeniliğe adapte edilebilir modüler yapıdadır.
Zamanlayıcı,sayıcı, yardımcı röle vb. gibi elemanların neredeyse sınırsız kullanım imkânına sahiptir.
Bilgisayarla ve diğer kontrolörle haberleĢme olanağı vardır.
2
Günümüzde PLC’leri programlamak için daha çok kiĢisel bilgisayarlar kullanılır.
Herhangi bir kiĢisel bilgisayara yüklenen bir editör-derleyici programı yardımıyla PLC’lerkolaycaprogramlanabilir.
PLC’nin program belleğine yüklenmiĢ bir kullanıcı programı, birinci komuttan baĢlanarak son program komutuna kadar bütün komutların sırayla yürütülmesi biçiminde gerçeklenir. Program sonu komutuna eriĢildiğinde tekrar birinci komuta dönülür. Bu çalıĢma biçimi sonsuz çevrime girmiĢ bir program parçası gibi düĢünülebilir.
SCADA “supervisorycontrolanddataacquisition" (yönetsel denetim ve veritoplama) sözcüklerinin kısaltılmasıdır. SCADA sistemleri bir merkez istasyonu, sahaistasyonu, haberleĢme sistemi ve SCADA yazılımına sahiptir. Bu sistem bilgitoplama, toplanan bilgiyi merkezi bir sisteme taĢıma, gerekli analiz ve hesaplamalarıyapma ve bu bilgileri operatörlerin kullandıkları ekranlara taĢıma süreçlerindenoluĢmaktadır. SCADA sistemi saha-ekipmanları veya tesisleri izlemek için kullanılırve kontroller otomatik veya operatörlerden alınan komutlar yardımıyla yapılır. SCADA ile izlenen ve kontrol edilen tesislere veya ekipmanlara bağlı saha araçları SCADA iĢlevlerini gerçekleĢtirmek için uzak istasyonlara bağlanmıĢtır. Uzak istasyonlar iki modelden oluĢmaktadır, bunlar RTU (remote terminal unit) veya PLC (programmablelogiccontroller) ünitelerinden biri olabilir (Çilek, 2005).
Operatörler SCADA sistemleriile merkezi bir odadan, sahadaki proseslerin iĢleyiĢlerini SCADA yazılımı ile oluĢturulan mimik ekranlardan izleyebilir ve gerektiğinde süreç parametrelerini değiĢtirebilir. Operatörler sahaya inmeden sahadaki makinelere komut göndererek onların çalıĢmasına müdahale edebilirler.
SCADA sistemlerinin avantajlarından bazıları Ģunlardır [Gligor&Turc, 2012]:
Süreç kontrol ve gözetiminin merkezileĢtirilmesini sağlar.
Uzaktan kontrolü sağlayarak operasyonel maliyetleri azaltırken cihazların ömrünü uzatır ve cihaz bakımlarının etkili olmasını sağlar.
Var olan bir sistem üzerinde yeni süreç değiĢkenleri kullanılarak modifikasyonların yapılmasına imkan tanır.
Verilerin depolanıp saklanmasıyla süreç geçmiĢi görüntülenebilir.
Güvenirlilik arttırılır.
3 2. KAYNAK ÖZETLERİ
Proje kapsamında yapılan literatür çalıĢmalarında PLC, RTU, PIC ve SCADA ile endüstriyel otomasyon ve de laboratuar geliĢtirme uygulamaları ile ilgili pek çok yayına rastlanmıĢtır.
Bayrak ve Cebeci(2012) çalıĢmalarında, elektrik ve elektronik öğrencilerinin eğitiminde kullanılacak PLC ve SCADA tabanlı otomasyon sistemi gerçekleĢtirmiĢlerdir. Öğrenciler, bu otomasyon sistemi üzerinde derslerde öğrendikleri PLC ve SCADA programlama tekniklerini uygulayarak yeni projeler geliĢtirmiĢlerdir. ġekil 2.1’de bu çalıĢmada geliĢtirilen eğitim seti görülmektedir [Bayrak & Cebeci, 2012].
ġekil 2. 1. PLC ve SCADA tabanlı otomasyon eğitim seti
Aktoğan ve OkumuĢ(2011), internet tabanlı uzaktan eğitim alanında GeZĠLab olarak adlandırdıkları bir deney düzeneği geliĢtirmiĢlerdir. Deney setinin bağlı olduğu sunucu ile istemci arasında, gerçek zamanlı kesintisiz veri akıĢı olmaktadır. Örnek deneyde, sabit mıknatıslı bir DA motorunun uzaktan hız denetimi gerçekleĢtirilmiĢ, akım, gerilim ve hız değerleri gerçek zamanlı olarak izlenmiĢtir.
4
Arıcı ve Tenruh(2014), ortaöğretim kurumları ve üniversitelerin Elektrik-Elektronik Teknolojileri alanında öğrenim gören öğrencilerinin elektronik laboratuvarı uygulamalarında kullanabilecekleri Labview tabanlı bir elektronik deney seti geliĢtirmiĢlerdir. GeliĢtirdikleri ölçüm sisteminde PIC16F877 tabanlı veri toplama kartından alınan veriler (akım ve gerilim)Labview aracılığı ile bilgisayarda anında değerlendirilebilmekte, grafikler oluĢturulabilmekte ve daha sonraki çalıĢmalarla karĢılaĢtırma yapabilmek için kaydedilebilmektedir (ġekil2.2).
ġekil 2. 2. Labview tabanlı elektronik deney seti blok diyagramı
Kutlu ve Turan(2010), elektronik deney modüllerinin, Denetleyici Alan Ağı -DAA (Controller Area Network - CAN) üzerinden kontrolünü ve yönetimini içeren bir çalıĢma yapmıĢlardır. Diyot ve transistör temel karakteristiklerini incelemek üzere elektronik deney modülleritasarlamıĢlardır. Tasarlanan sistemin genel yapısı ġekil 2.3’de görülmektedir.Deneylerin öğrenciler tarafından yapılması ve elde edilen sonuçların incelenmesi için Labview programı kullanılarak bir arayüz hazırlamıĢlardır(ġekil 2.4).
ġekil 2. 3. Sistemin genel yapısı
5
ġekil 2. 4. Labviewarayüz görüntüsü
Bayhan ve DemirbaĢ (2009) tarafından yürütülen “Labview ile internet tabanlı sanal laboratuar uygulaması” isimli çalıĢmada internet üzerinden uzaktan eriĢimli sanal bir laboratuar uygulaması gerçekleĢtirilmiĢtir. Laboratuar uygulaması olarak üç fazlı güç sistemlerinde farklı yöntemlerle güç ölçümünün internet tabanlı benzetimi seçilmiĢtir.
Kullanıcılar internet bağlantısı olan herhangi bir bilgisayardan sunucu bilgisayara bağlanarak deneyleri gerçekleĢtirebilmektedir. Yapılan çalıĢma BaĢkent Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu’nda ölçme dersini alan 73 öğrenci tarafından değerlendirilmiĢtir. Sunucu bilgisayar üzerinde Labview programı yardımıyla hazırlanan etkileĢimli arayüz yazılımı sayesinde, öğrenciler yüke ait parametre değerlerini internet üzerinden değiĢtirebilmekte ve bu değiĢime karĢılık güç sistemine ait parametreleri görsel olarak izleyebilmektedir. GerçekleĢtirilen sistemin blok diyagramı ve arayüz programının bir kısmı ġekil 2.5 ve ġekil 2.6’da görülmektedir.
ġekil 2. 5. GerçekleĢtirilen sistemin blok diyagramı
6
ġekil 2. 6. GerçekleĢtirilen sanal laboratuarın ön görünüĢlerinden biri
Öztürk (2010), “örnek otomasyon laboratuarının geliĢtirilmesi ve PLC uygulamaları”
isimli yüksek lisans tezinde Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektrik Eğitimi Bölümüneörnek bir otomasyon laboratuarıtasarlamıĢtır.Masa ve dolaplarda hazırlanan setlerde PLC, ek modülleri, operatör panelleri, motorlar, lambalar, kontrol elemanları (anahtar, buton, vb.) ve uygulamalı setler kullanılmıĢtır. Gerçeğe uygun Ģekilde tasarlanan otomasyonlaboratuarı içinde S7–200 PLC tabanlı setler oluĢturulmuĢ ve bunlara uygun bireruygulama yapılmıĢtır. EM 231 ve EM 223 modülleri ile giriĢ ve çıkıĢlarına uygun kontrolelemanları (röle, anahtar, vb.) kullanılmıĢtır. Sistemin kontrolünü sağlayacak PLC’ninprogramıMicroWIN ile SCADA yazılımı ise WinCC ile yapılmıĢtır.
Çilek (2005), yüksek lisans tezinin uygulama kısmında, otomasyonunu gerçekleĢtirdiği bir su arıtma tesisindeki klorlama sistemini ele almıĢtır. Sistem sıvı klor tankları ve bu tankların önündeki 6 adet vanadan oluĢmaktadır. Sıvı klor tanklardan otomatik tank değiĢtirme sistemiyle çekilmektedir.Bu proses tankların basınçlarının, hazır olup olmadıklarının ve vanaların arıza durumlarının kontrol edilmesi ile tankların sırayla devreye alınmasından oluĢmaktadır. ÇalıĢmada prosesin PLC ile otomasyonu yapılarak SCADA’sı yazılmıĢtır. Sekil 2.7’deki pencereden sistem izlenmekte ve istenildiğinde kontrol edilmektedir.
7
ġekil 2. 7. Klor varili değiĢtirme sistemi ile ilgili S/3 SCADA programı ile yapılan modeli Stefanovic ve ark. (2011) tarafından yayınlanan çalıĢmada,kontrol mühendisliği eğitiminde kullanılmak üzere öğrencilerin uzaktan gerçek birlaboratuarınekipmanlarına eriĢerek deneylerini yapabilecekleri Labview tabanlı bir sistem geliĢtirilmiĢtir.Öğrencilerin sisteme ulaĢarak ġekil 2.8’deki ana VI ile tanklardaki su seviyelerinin kontrollerini yapması sağlanmıĢtır. Öğrenciler deney sırasında, tanklardaki su seviyelerini bir webcam ile gerçek zamanlı olarak görebilmektedirler.
ġekil 2. 8. Sistemin Labview ile hazırlanmıĢ ön paneli ve blok çizelgesi
8
Silva ve ark. (2007), kontrol mühendisliği öğrencileri için yerel ve sanal olarak uzaktan kontrol uygulamaları yapabilecekleri PLC kontrollü akıllı bir ev maketi hazırlamıĢlardır (ġekil 2.9). Evin durumunun gözlemlenmesi için arayüzLabview ile hazırlanmıĢtır (ġekil 2.10). Ayrıca evin önüne konumlandırılan bir webcam ile ev uzaktan görüntülenebilmektedir.
ġekil 2. 9. Akıllı ev maketinin Labview ön paneli ve webcamarayüz blok diyagramı
ġekil 2. 10. Akıllı ev maketinin sanal simülasyonu için Labviewarayüzü
Yuan ve Zhi-yong (2012),çalıĢmalarında MM74HC138 3-to-8 kod çözücü ve 7448 BCD’den 7 parçalı gösterge kullanarak sayısal mantık deneylerinin öğretiminde Labview programını kullanmıĢlardır.Labview programının kontrol ve fonksiyon paletlerini kullanarak oluĢturdukları 74HC138 kod çözücünün ön paneli ve blok diyagramı ġekil 2.11’de görülmektedir.
9
ġekil 2. 11. 74HC138 kod çözücünün ön paneli ve blok diyagramı
ġekil 2.12’de ise gerçekleĢtirilen bileĢik mantık devresinin ön paneli görülmektedir.
ġekil 2. 12. BileĢik mantık devresinin ön paneli
Adamo ve ark. (2007), Bari Politeknik Fakültesindeki elektrik ve elektronik lisans öğrencilerinin eğitiminde kullanılmak üzere örnek bir SCADA/HMI sistemi tasarlamıĢlardır. Oransal valfler ile dolup boĢalan kapların, ısıtma/soğutma elemanının, seviye sensörünün ve iki adet akıĢ hızı sensörünün bulunduğu bir endüstriyel tesisinsimuleedilmesinde SCADA/HMI (operatör arayüzü ve veri kaydı) kısmının oluĢturulması için veri saklama ve denetsel kontrol araç seti (DSC) ile birlikte Labview programı kullanılmıĢtır. Tesisteki bütün kontrol faaliyetleri RSLogix geliĢtirme ortamında merdiven yöntemi ile PLC programı hazırlanarak Allen-Bradley SLC500 ailesinden bir emülatörPLC ile gerçekleĢtirilmiĢtir. ġekil 2.13’de Sanal Tank adı verilen endüstriyel otomasyon sunucusunun Labview programında hazırlanmıĢ olan ön panelinin bir kısmı görülmektedir.
10
ġekil 2. 13. VI-tabanlı endüstriyel otomasyon sunucusunun ön panelinin bir kısmı ġekil 2.14’de tankın doldurulup boĢaltılmasında sıvı seviyesinin izlendiği Labview ile hazırlanmıĢ operatör ön paneli görülmektedir. Bu panelde öğrenciler alarm seviyeleri belirleyebilmektedirler. Seviye sınırlar içinde değilse alarm göstergesi öğrencileri uyarmaktadır. Aynı zamanda sıvı seviyesi gerçek zamanlı olarak trend görüntüleme diyagramında izlenebilmektedir.
ġekil 2. 14. Seviye izleme uygulamasının yapıldığı operatör ön paneli
11
ġekil 2. 15. Seviye ve sıcaklık izleme uygulamasının ön paneli
ġekil 2.15’de tesisin PLC programında belirlenen koĢullarda çalıĢması esnasında sıvı seviyesinin ve sıcaklığın izlendiği Labview ile hazırlanmıĢ operatör ön paneli görülmektedir.
Yapılan literatür taramalarında kontrol ve otomasyon sistemleri ile ilgili uygulama geliĢtirmeye yönelik çalıĢmaların, uzun yıllardır endüstri sektöründe yapıldığı ve son yıllarda da eğitim ve diğer sektörlerde yer almaya baĢladığı görülmektedir.
Projede geliĢtirilen sistem çanta tipi olmayıp, endüstriyel iĢletmelerde kullanılan gerçek kontrol ve otomasyon donanım ve yazılım bileĢenlerinden oluĢmaktadır.
12 3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.1. Materyal
AraĢtırma N.K.Ü. Teknik Bilimler MYO Elektronik Teknolojileri Laboratuvarları ve Çorlu Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Konstrüksiyon ve Ġmalat Anabilim Dalı makine laboratuvarında yürütülmüĢtür. Bu laboratuvarlar içerisindeki makine ve elektronik ekipmanlara göre kurulan deney setinin denemeleri gerçekleĢtirilmiĢtir.
Bu laboratuvarlarda, imalat makinelerinin yanı sıra, hidrolik ve pnömatik deney setleri, selenoid valfler, PLC modülleri, HMI ekranları, basınç sensörü, devir ölçer, servo motor sistemi ve yük hücreleri bulunmaktadır (ġekil 3.1).
ġekil 3. 1. Laboratuar panoramik görünümü
Deney setini oluĢturan yazılımlar;
Labview grafiksel programlama platformu, Endasoft editör programı ve Enda operatör panelleri (HMI) için editör programlama yazılımlarıdır.
Deney setini oluĢturan donanımlar;
Diz üstü bilgisayar, PLC denetleyici, dijital giriĢ-çıkıĢ modülü, analog giriĢ-çıkıĢ modülü, termokupl modülü ve yük hücresi modülü, HMI ekran, DAQ kartı, otomatik hareket kontrolleri için servo kontrol ünitesi ve motorları, inverter, yaklaĢım (proxymity) sensörleri, sıcaklık sensörü, basınç transdüseri, profil kontrol cihazı velineer cetveldir.
13 3.1.1. Deney Setinin Yazılım bileşenleri PLC Programlayıcı
PLC programlayıcısı olarak EndaSoft PLC editör programı kullanılmıĢtır (ġekil 3.2).
ENDA Soft programı, üzerine kurulan simulasyon eklentisi ile PLC olmadan yazılan PLC programı offline olarak simule edebilmeve gerekli kontrolleri gerçekleĢtirilebilme özelliğine sahiptir.
ġekil 3. 2. EndaSoft PLC editör/derleyicisi HMI Programlayıcı
HMI programlayıcısı olarak ENDA.EOP_V1.6_Enu HMI editör programı kullanılmıĢtır (ġekil 3.3).
ġekil 3. 3. ENDA_V1.6_Enu HMI editör programı
14 SCADA yazılımı
Operatör tarafından otomasyon sisteminin izlenmesi ve denetlenmesi için kiĢisel bilgisayardaki arayüz,Labview yazılımı ile oluĢturulmuĢtur. Labview, National Instruments firmasının geliĢtirmiĢ olduğu yazılım platformudur.1986'dan beri mühendisler ve bilim adamlarınca sinyal iĢleme konularında sıklıkla kullanılmaktadır.
Geleneksel metin tabanlı (textbased) programlama dillerinden farklı olarak görsel bir programlama dilidir. Labview programları ön panel ve blok çizelgesi olmak üzere iki kısımdan oluĢur. Front panel, kullanıcılar tarafından görünen arabirimdir. Bu arabirimin arkasında Ģemalardan oluĢan blok çizelgesi bulunur. ġekil 3.4’de yeni açılmıĢ bir ön panel ve blok diyagramı görülmektedir.
ġekil 3. 4. Labview ön panel ve blok diyagram görüntüsü
3.1.2. Deney Setinin Donanım bileşenleri PLC Modülü,
Deney setindedenetleyici olarak Enda ELC-386RT PLC kullanılmıĢtır. Bu denetleyici, CPU ünitesi, 8 adet dijital giriĢ, 2 adet röle çıkıĢı, 2 adet transistör çıkıĢı, 2 adet hızlı pulse çıkıĢı (Servo ve Step kontrolü için), 1 adet analog giriĢ (0…10V, 10 Bit) ve 1 adet
15
analog çıkıĢtan (0…10V, 13,5 Bit) oluĢmaktadır. Ġki kanal HSC giriĢi olan CPU çift kanaldan 50kHz’e kadar tek kanalda ise 100kHz’e kadar olan sinyalleri okuyabilir. GiriĢ- çıkıĢ sayısı geniĢleme modülleri kullanılarak 272 adete kadar arttırılabilmektedir.
Bağımsız portlar üzerinden RS232 ve RS485 haberleĢebilen CPU ünitesinde RTC (Gerçek Zaman Saati) mevcuttur. Ethernet portu üzerinden standart ethernet kablosu ile programlanmaktadır. Ayrıca bu port WMI (internet olan her ortamdan ürüne eriĢebilme) desteği sunar. ModBus TCP protokolü destekleyen buPLC’ler tüm SCADA uygulamalarında kullanılabilmektedir.
Ayrıca deney setinde EXM-88T dijital giriĢ-çıkıĢ modülü, EXM-42A analog giriĢ- çıkıĢmodülü, EXM-40T termokupl modülü ve EXM-20L yük hücresi modülleri ile analog ve sayısal ölçümler yapılmıĢtır. (ġekil 3.5).
ġekil 3. 5. Enda ELC-386RT PLC ve ilave giriĢ-çıkıĢ modülleri Operatör Paneli,
Operatörlerin,PLC ile anlaĢmalarını sağlamak için operator panelleri(HMI-Human Machine Interface) kullanılmıĢtır (ġekil 3.6). Böylece operatörler bu ekranlar aracılığı ile proses değiĢkenlerini gözlemleyerek ve gerektiğinde değiĢtirerek denetimler yapmıĢtır.
Kullanılan operatör paneli Enda EOP 41-70ETE modelindedir. 7" operatör paneli, 65536 renk, TFT ekran, 32 bit 800MHz CPU, 16MB flash, 32MB SDRAM hafıza, RTC (Gerçek Zaman Saati), USB portu, RS232/RS485/RS422 haberleĢme portuna sahip olup, ENDA PLC’ler ve diğer marka PLC’lerile kullanılabilmektedir.
16
ġekil 3. 6. Operatör paneli Enda EOP 41-70ETE
Lineer Pozisyon Cetveli,
Deney setinde konum ölçmek için kullanılan LTM-200V cetvel, potansiyometrik prensip ile çalıĢır (ġekil 3.7). Ġçerisinde bulunan elektronik devre yardımıyla LTM-V serisi 0-10 VDC voltaj çıkıĢlıdır. Analog çıkıĢlı oldukları için mutlak olarak çalıĢırlar yani elektrik kesilmelerinde pozisyonlarını kaybetmezler ve elektrik geldiğinde kaldıkları yerden ölçüm yapmaya devam ederler. 0,01 mm gibi yüksek çözünürlüğü sayesinde hassas ölçümler yapılabilir. Lineer edilmiĢ kondüktif plastik ( Karbon + Plastik alaĢımı ) direnç alaĢımı ve özel kontakları sayesinde aĢınmalardan etkilenmezler ve 100 milyona varan hareket ömürleri ile uzun süre çalıĢırlar. Lineer edilmiĢ olmalarından dolayı kararlı ve eĢit ölçüm yaparlar.Gövde üzerinden ayarlanabilir bağlantı ayakları sayesinde montajları kolaydır.Kullanılan model 200 mm ölçüm mesafesine sahiptir. ÇalıĢma hızı 5 m/s olup oldukça yüksektir. 24VDC ile beslenirler. ÇalıĢma sıcaklığı -30ºC ile +100ºC arasında olup, koruma sınıfı IP64’tür.
ġekil 3. 7. LTV-200 V lineer pozisyon cetveli
17 NI DAQ 9203 Veri Toplama Kartı,
C serisi veri toplama kartıdır (ġekil 3.8). Yüksek performanslı kontrol ve gözlemleme uygulamalarında kullanılmak üzere 8 kanal akım giriĢine sahiptir. ±20 mA ve 0 to 20 mA programlanabilir giriĢ sahasına sahiptir. 16 bit çözünürlüğü vardır. Toplam örnekleme hızı 200 kS/s’dir. Labviewyazılımı ile programlanabilen açık-döngü algılanmasını sağlar.
Güvenlik ve gürültü bağıĢıklığına karĢı korumaya sahiptir. ÇalıĢma sıcaklığı -40 ºC ile +70 ºC arasındadır. Deney setinde bu kart, NI CompactDAQ 1-Slot USB Ģasi ile kullanılmıĢtır. ġasi içine yerleĢik dört adet genel amaçlı 32-bit sayıcı / zamanlayıcı (dijital modül üzerinden eriĢim) bulunmaktadır.
ġekil 3. 8. NI9203 DAQ kartı ve cDAQ 9171 Ģasisi Basınç Transmitteri,
Deney setinde kullanılan Trafag marka basınç transmitteri 0-4bar ölçüm aralığına sahiptir ve 9 ile 30 VDC arasındaki bir gerilim ile beslenmektedir (ġekil 3.9). ÇıkıĢ sinyali 4-20mA’dir. ÇalıĢma ortamı sıcaklığı -25ºC ile 85ºC arasındadır. Doğruluk sınıfı
±%0.5FS’dir. Ölçüm tipi relatif basınç prensibidir. Sensör teknolojisi, seramik üstü kalın filmdir.
18
ġekil 3. 9. Basınç transmitteri Servo Motor ve Sürücü,
Enda CN serisi servo motor kullanılmıĢtır. Kullanılan servo motorun teknik özellikleri Çizelge3.1’de verilmiĢtir.
Çizelge 3. 1. Servo motorun teknik özellikleri
FlanĢebatı 60
Motor gücü 200W
Motor torku 0.64Nm
Maksimum anlık tork 1.92Nm
Motor akımı 2.1A
Maksimum anlık motor akımı 6.3A
Motor devri 3000rpm
Maksimum motor devri 5000rpm
Rotor ataleti 0.093kg.m2
Sensör tipi 3000ppr artımsalenkoder
Mil tipi Düz ve kamalı
Servo sürücü; motor, aktarma organı ve yükten oluĢan mekanik servo sistemin hız, moment veya pozisyon değiĢkenlerinden herhangi birinin bu değiĢkenle ilgili verilen referans değerine uygun olarak hareket ettirilmesini sağlayan elektronik güç elemanıdır.
Bu çalıĢmada Enda FDA 7000 AC servo sürücü kullanılmıĢtır(ġekil 3.10). PLC sürücüye, sürücünün CN1 terminali üzerinden bağlanmıĢtır. Sürücünün CN2 terminaline ise servo motorun enkoderi bağlanmıĢtır. FDA 7000 serisi, IPM kullanan sinüs dalgası PWM kontrollüdür. Hız kontrol giriĢi DC 0 ve ±10V’tur. Frekans cevabı karakteristiği 400Hz’dir.Bu sürücünün enkoder tipi 11/13 bit mutlak ve artımsal 2000-6000ppr olabilir.Enkoder hassasiyeti bir turda maksimum 131072 pals adedindedir.
19
ġekil 3. 10. Servo motor ve sürücüsü Asenkron Motor ve İnverter,
Enda Zeybek inverter, 0.75 ile 55kW güç aralığında, dahili PLC fonksiyonlu hız kontrol cihazıdır(ġekil 3.11). Sensörsüz vektör kontrol ile 1Hz’de %150 tork sağlar. RS485 opsiyonelmodülü ile veri aktarabilir ve kontrol edilebilir. Üzerindeki potansiyometre ile hız ayarı yapabilen cihazda 7 adet programlanabilir dijital giriĢ ve 2 adet programlanabilir çıkıĢ bulunmaktadır. PID fonksiyonuna sahip olan bu cihazın, kullanımı basit ve montajı kolaydır. Teknik özellikleri Çizelge3.2’de verilmiĢtir.
Çizelge 3. 2. Asenkron motor inverterinin teknik özellikleri Hız kontrol aralığı 1:50 (vektör kontrol)
Ayar çözünürlüğü Dijital: 0.01Hz, Analog: 0.06Hz/60Hz (10bit) Frekans sınırlama
fonksiyonu
Alt ve üst frekans limitleri 2 farklı aĢamada ayarlanabilir
Hız ayarı Butonlar, tuĢ takımı üzerindeki potansiyometre veya harici giriĢ ile yapılabilir
Başlangıç torku %150/1Hz (vektör kontrol) Hız kontrol
duyarlılığı
%0.5 (vektör kontrol)
Kontrol modu V/F veya vektör kontrol
Harici sinyal girişi 0-5V, 0-10V, 4-20mA, 5-0V, 10-0V, 20-4mA Frekans aralığı 0.1-650Hz
Dijital sinyal girişleri NPN, PNP
Haberleşme kontrol RS232 veya RS485 (opsiyonel kart ile), birebir veya bire-çoklu (sadece RS485) kontrol
Hızlanma/yavaşlama zamanı
2 adımlı hızlanma/yavaĢlama zamanı (0.1-3600sn) ve 2 adımlı S eğrisi
Çok fonksiyonlu dijital giriş
30 fonksiyon Çok fonksiyonlu
dijital çıkış 16 fonksiyon Çok fonksiyonlu
analog çıkış
6 fonksiyon Titreşim direnci 1G (9.8m/s2)
20
ġekil 3. 11. Ġnverter ve asenkron motor
Termokupl Sıcaklık Sensörü,
NiCr-Ni malzemeli K tipi genel amaçlı termokupl kullanılmıĢtır(ġekil 3.12). Ölçüm sıcaklığı aralığı −200°C ile +1250°C arasındadır. Ölçüm ucu paslanmazdır. Prosese yay sıkıĢtırmalı olarak monte edilmiĢtir. Standart olarak izoleli üretilir.
ġekil 3. 12. Termokupl Yakınlık Algılayıcısı (proximitysensor),
Makine devirlerinin ölçümünde ve güvenlik kapaklarının açık olup olmadığının kontrolünde metale duyarlı olanindüktifalgılayıcı kullanılmıĢtır (ġekil 3.13).
ġekil 3. 13. Sick IME 08-04NPSZW indüktif yakınlık algılayıcısı Devir ölçer,
Extech 461880 devir ölçer ile yakınlık sensörleri ile ölçülen devirlerin kontrolü yapılmıĢtır(ġekil 3.14). Temaslı ve temassız (lazer) takometre fonksiyonlu, LCD ekranlı, Windows ® 95/98/NT/2000/XP uyumlu yazılımı olan bir devir ölçerdir.
21
ġekil 3. 14. Extech 461880 devir ölçer
PID Sıcaklık Kontrolör,
ETC9420, PID kontrol formlu, dijital profil kontrol cihazıdır (ġekil 3.15). Ayarlanabilir piĢirme sıcaklığı ve zamanı ile fırın kontrolüne veya tek reçetede set edilebilir 8 adet farklı sıcaklık ve zaman girilerek adım kontrolüne imkan sağlar. Cihaz üzerindeki start- stop ile döngü baĢlatılıp durdurulabilir. TuĢ takımından seçilebilir Pt-100 ve üniversal termokupl giriĢleri, 0-20mA, SSR ya da röle çıkıĢı bulunan cihazlarda RS485 opsiyonelmodülü sayesinde ModBus RTU protokolü ile veri aktarılabilir ve kontrol edilebilir. ENDA ModBusStudio programı ile sıcaklıklar bilgisayar ortamında izlenip kayıt tutulabilir. Self tüne özelliği ile en iyi PID parametreleri otomatik olarak ayarlanır.
Güvenlik parametreleri ile programlanan cihaza dıĢarıdan müdahale edilmesi engellenir.
Çift displayda sıcaklık ve zaman aynı anda izlenir. Kontrol formları On-Off, P, PI, PD ve PID’ tir. Örnekleme zamanı 500ms’ dir. Oransal band %0 ile %100 arasında ayarlanabilir.
ġekil 3. 15. ETC9420 PID kontrolör
22 3.2. Yöntem
AraĢtırmada tasarımı gerçekleĢtirilmiĢ olan deney seti, yukarıda bahsedilen algılayıcıların ve iĢ yapan elemanların PLC’nin giriĢ ve çıkıĢlarına bağlanması vebu otomasyon elemanları ile oluĢturulan farklı endüstriyel kontrol deneylerindeki süreç değiĢkenlerinin SCADA arayüzü ile izlenmesi ve denetlenmesi yöntemine dayanmaktadır.
GeliĢtirilenPLC ve SCADA tabanlı deney setinde,operatör panellerinde farklı SCADA ekranları oluĢturularak farklı proseslerin iĢleyiĢleri takip edilmiĢ ve proseslereotomatik veya manuel müdahale edilerek makineler denetlenmiĢtir.
3.2.1. PLC Programı
Yapılan bu çalıĢmada, Namık Kemal Üniversitesi NKUBAP.00.MB.AR.13.03 nolu projesi kapsamındaki torna makineleri üzerine monte edilen yaklaĢım algılayıcıları sayesinde devir kontrolü, güvenlik kapaklarının kontrolü ve çarpma kontrolü PLC ile yapılmıĢtır.
Yazılan PLC programı ile algılayıcılardan alınan analog ve dijital sinyaller iĢlenerek makinelerin çalıĢma halindeki denetimleri otomatik olarak yapılmıĢtır.PLC ile operatör paneli ModbusRS485 standartında haberleĢmektedir. Bu uygulamada yapılan PLC programın bir kısmı ve Modbus fonksiyon bloğu ġekil 3.16’da sunulmuĢtur.
ġekil 3. 16. Güvenlik sistemi PLC programlama arayüzü ve program görünümü Ayrıca çeĢitli kontrol ve otomasyon senaryoları tasarlanarak süreçlere ait basınç, devir, hız, sıcaklık ve konum gibi büyüklüklerin sensör ve transdüserler ile ölçülerek kapalı çevrim süreç denetim sistemleri oluĢturulmuĢtur.
23
Endasoft PLC editör programı kullanılarak merdiven yöntemi ile oluĢturulan PLC programları PLC’ye yüklenerek denemeler yapılmıĢtır. ġekil 3.17’de farklı denemelerde yazılan PLC program kodlarının bir kısmı görülmektedir.
ġekil 3. 17. PLC program örnekleri 3.2.2. Operatör Paneli Tasarımı
Otomasyon sisteminin süreç değiĢkenlerinin (devir, sıcaklık, konum gibi) izlenmesi ve set değerlerinin giriĢi için operatör paneli kullanılmıĢtır. Operatör paneli dizüstü bilgisayara yüklenen Enda.EOP_V1.6_ENU programı ile yapılmıĢ ve USB kablo ile panele yüklenmiĢtir.
3.2.3. Devir Kontrolü
Tornanın dönüĢ hızına bağlı olarak değiĢen indüktifalgılayıcıların puls çıkıĢının frekansı PLC ile bulunarak devir hesabı yapılmıĢtır(ġekil 3.18).
ġekil 3. 18. Torna makinesi üzerine monte edilen devir kontrol algılayıcıları
24 Devir kalibrasyonu,
Extech 461880 devir ölçer ile PLC ile okunan değerler karĢılaĢtırılarak görülen fark değerine göre belirlenen katsayılar PLC programına girilerek sistemin devir kalibrasyonu yapılmıĢtır.
3.2.4. Güvenlik Kapakları Denetimi ve Çarpma Önleme Sistemi
PLC ile,indüktifsensör kullanılarak makine kapaklarının kapalı olup olmadığı kontrol edilerek makinelerin çalıĢması denetlenmiĢtir. Kapağın açık olması durumunda makine çalıĢmamakta, kapak çalıĢma anında açılırsa PLC kontaktörler üzerinden makineyi durdurmaktadır. ġekil 3.19’da bu sistem görülmektedir.
ġekil 3. 19. Çarpma önleme sistemi için algılayıcı konumu 3.2.5. Sıcaklık Denetimi
PLC’ninEXM-40T termokuplmodülüne bağlanan K tipi termokuplile ortamın sıcaklığıölçülerek denetlenmekte ve belirlenen değerin üzerine çıkıldığında fan çalıĢtırılarak ortamın serinlemesi sağlanmaktadır.
Diğer bir deneysel çalıĢma ise, endüstriyel uygulamalarda sıkça kullanılan sıcaklık denetim cihazı olan Enda PID kontrolör ve PT100 kullanılarak yapılmıĢtır.
25 4. BULGULAR VE TARTIŞMA
Bu araĢtırmada iĢletmelerde yeni çıkan donanımların ilk denemelerini ve kullanım özelliklerini kavramak için öncelikli testlerinin yapıldığı iĢ istasyonu görevi görecek gerçek otomasyon yazılım ve donanımlarının kullanıldığı modüler bir kontrol ve otomasyon deney setinin tasarlanması hedeflenmiĢtir.
Tasarlanan sistem, araĢtırmacılara saha uygulamalarında kullanılan kontrol ve otomasyon teknolojilerinin deney setinde kurgulanmasını sağlamaktadır. Böylece yeni araĢtırmacılar otomasyon sistemlerinde yaĢadıkları pratiksel tecrübe eksikliklerini gidermiĢ olacaktır.
Ayrıca deney seti ile Namık Kemal Üniversitesi, elektrik-elektronik ve kontrol-otomasyon öğrencilerinin endüstride karĢılaĢacağı yazılım ve donanımları tanımasını ve bu elemanlar ile yapacağı denemelerle iĢ hayatına daha donanımlı olarak atılması hedeflenmiĢtir.
ÇalıĢmada, farklı disiplinlerin(elektrik, elektronik, bilgisayar, mekatronik) bir bütünlük içerisinde kullanılması ile bu disiplinlerin birbirlerini tanımasının ve birlikte yapabilecekleri ileriki ortak çalıĢmalarını planlayabilmelerinin yolu açılmıĢtır.
GeliĢtirilen sistem geniĢletilebilir yapıdadır. Ġlave edilebilecek farklıgiriĢ-çıkıĢ modüllerive farklı algılayıcılar aracılığı ile farklı ortam ve makinedenetimlerinin yapılabileceği esnek bir yapıya sahiptir.
GeliĢtirilen otomasyon sistemi PLC ve SCADA tabanlıdır.PLC’ye bağlanan sensör ve transdüserlerle çeĢitli fiziksel iĢaretler ölçülmüĢ ve makine kontrolleri yapılmıĢtır. ġekil 4.1’de sistemi oluĢturan ana bileĢenler ile genel görünüĢü sunulmuĢtur.
26
ġekil 4. 1. GeliĢtirilen deney setinin ana bileĢenleri ile genel görünüĢü
Yapılan bu çalıĢmada, PLC ile Namık Kemal Üniversitesi NKUBAP.00.17.AR.12.05 noluBAP projesi kapsamındaki torna makineleri üzerine monte edilen yaklaĢım algılayıcıları kullanılarak devir kontrolü, güvenlik kapaklarının kontrolü ve çarpma kontrolü yapılmıĢtır.
Sistem aynı zamanda laboratuarortam sıcaklığını da denetlemektedir. Sistemde kullanılan operatör paneli üzerinden makineler için set değerleri girilerek makinelerin istenilen devirin üzerine çıkması engellenmiĢtir.
ġekil 4.2’deNKUBAP.00.17.AR.12.05nolu BAP projesi kapsamında devir, sıcaklık ve makine koruyucu güvenlik kapaklarının denetlendiği laboratuar görülmektedir.
27
ġekil 4. 2. NKUBAP.00.17.AR.12.05 nolu projesi kapsamında denetlenen laboratuvar
Operatör paneli,
ġekil 4.3’de ise NKUBAP.00.17.AR.12.05nolu BAP projesi kapsamında geliĢtirilen sistemin operatör paneli ekranları sunulmuĢtur. Bu panel ile operatör makinelerin çalıĢmasını izlemekte ve gerektiğinde müdahale yapabilmektedir. Ġstenilen devir ve sıcaklık set değerleri PLC’ye bu ekranlardan girilmektedir.
ġekil 4. 3. Operatör paneli sayfaları Devir ölçümü,
PLC'nin IP0 ve IP1 giriĢlerine bağlanan indüktifsensörlerden gelen pulsların, yüksek frekanslı sayma fonksiyonu ile frekansı bulunmuĢtur. Orantılama yapılarak anlık devir tespit edilmiĢtir ve devir ölçer ile kalibrasyonları yapılmıĢtır.
Sıcaklık denetimi,
Enda ETC9420 dijital profil kontrol cihazına bağlanan Pt100 ile ortam sıcaklığı ölçülmüĢ ve PID kontrol ile sıcaklık denetlenmiĢtir. PID kontrolörün, self tune özelliği ile en iyi PID
28
parametreleri otomatik olarak ayarlanmıĢtır.Ayrıca PLC ve EXM-40T termokuplmodülüne bağlanan K tipi termokupl ile ikinci bir sıcaklık uygulaması yapılmıĢtır.
Labview ile arayüz oluşturma,
ġekil4.4’de sıcaklık ölçümü için Labview programında hazırlanan arayüz veön panelin blok diyagramının bir kısmı görüntülenmiĢtir.
ġekil 4. 4. Sıcaklık ölçümü arayüzü ve veri görüntüleme çevriminin blok diyagramı
ġekil4.5’deDAQmx kartı ile gerilim ölçümü örneğinin ön paneli ve blok diyagramının bir kısmı görülmektedir.
ġekil 4. 5. Gerilim ölçümü örneğinin ön paneli ve blok diyagramının bir kısmı ġekil 4.6’daDAQmx kartı ile veri toplama örneğinin ön paneli ve ġekil 4.7’de blok
29 diyagramı görülmektedir.
ġekil 4. 6. DAQmx kartı ile veri toplama örneğinin ön paneli
ġekil 4. 7. Veri toplama örneğinin blok diyagramı
ġekil 4.8’deLabview ile PLC’ninModbus protokolü ile haberleĢtirilmesi için hazırlanan ön
30 panel verilmiĢtir.
ġekil 4. 8. Labview ile PLC’ninModbus haberleĢmesi
PLC ile servo motor kontrolü,
Bilgisayar ile PLC arasında bağlantı ethernet kablosu ile yapılmıĢtır. PLC ile servomotor sürücü arasındaki bağlantıRS-485 standartındayapılmıĢtır.PLC’nin analog çıkıĢı servo motor sürücüsüne bağlanmıĢtır. Daha sonra servo sürücünün çalıĢmasıyla ilgili pozisyon, hız, tork, devir sayısı, vb. parametreleri, sürücü cihazın üzerinden ayarlanmıĢtır.Parametreler ayarlandıktan sonra, bilgisayarda yazılan program PLC’ye yüklenerek servo motor kontrolü yapılmıĢtır.ġekil4.9’da sistemin blok diyagramı görülmektedir.
ġekil 4. 9. Servo motor kontrol blok diyagramı
31
ġekil 4.10’da servo motorun kontrolü için hazırlanmıĢ operatör panel örnekleri verilmiĢtir.
ġekil 4. 10. Servo motor kontrol ekranları
PLC ile asenkron motor kontrolü,
PLC’nin analog çıkıĢı invertere bağlanmıĢ ve operatör panelinden girilen değer ile hız kontrolü gerçekleĢtirilmiĢtir. ġekil 4.11’de sistemin blok diyagramı görülmektedir.
ġekil 4. 11. Servo motor kontrol blok diyagramı
32 5. SONUÇ VE ÖNERİLER
Bu araĢtırmada otomasyon ve kontrol araçlarını oluĢturan servo sistemler, hidrolik ve pnömatik sistemler, çeĢitli tiplerde sensörler, transdüserler ve SCADA uygulamaları tasarlanmıĢ, sistem uygulamalarının yapıldığı örnek bir otomasyon sistemi gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu sistem geniĢletilebilir yapıda olup, güncel donanımlara uyum sağlayabilmektedir.GeliĢtirilen sistem ile iĢletmelerin ihtiyaç duyduğu uygulamaların ilk denemeleri yapılmıĢtır. Kullanılan donanım elemanları deney setinde kurgulanmıĢ olan deneylerle test edilmiĢ ve sonrasında saha uygulamalarına yönlendirilmiĢtir. Böylece yeni sistemlerin güvenirliliği önceden saptanmıĢ ve yanlıĢ seçimler sonucu oluĢabilecek kayıpların önüne geçilmiĢtir.
Otomasyon sistemlerinde yaĢanan tecrübe eksiklikleri ile ilgili sorunlar, deney setinde yapılmıĢ olan deneylerle tecrübe edilerek aĢılabilmiĢtir. Böylece farklı projeler için gerekli teknik ve tecrübeye dayalı altyapı birikimi oluĢturulmuĢtur.
GeliĢtirilen set, farklı disiplinlerin bir bütünlük içerisinde kullanılmasıyla bu disiplinlerin birbirlerini tanımasını sağlayarak birlikte yapabilecekleri ortak çalıĢmaların yolunu açmıĢtır.
Kontrol ve otomasyon uygulamaları, iĢletmelerin kaynaklarını daha verimli kullanarak üretim standardı yakalamasını ve de ürün-hizmet kalitesini yükseltmesini sağlayacaktır.
GeliĢtirilen sistem Namık Kemal Üniversitesi elektronik öğrencilerine ileride çalıĢacakları fabrikalarda yapacakları uygulamalara bir örnek oluĢturacaktır.
33 6. KAYNAKLAR
A. Aktoğan, H.Ġ. OkumuĢ, 2011. Uzaktan Eğitim Amaçlı Gerçek Zamanlı Ġnternet Tabanlı Bir Deney Düzeneğinin Tasarımı (GeZĠLab), Elektrik-Elektronik Bilgisayar Sempozyumu, (FEEB 2011), Fırat Üniversitesi, Elazığ.
A. ÇĠLEK, 2005. PLC (Programlanabilir Lojik Kontrol Cihazı) ve SCADA (Yönetsel Denetim ve Veri Toplama) ile Endüstriyel Otomasyon Uygulaması, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gazi Üniversitesi, Ankara.
A.Gligor, T. Turc, 2012. Development of a Service Oriented SCADA System, ProcediaEconomicsand Finance, Volume 3, 2012, Pages 256–261.
A. KUTLU, C. TURAN, 2010. Elektronik Deney Modüllerinin LABVIEW ile Kontrolü, SDU International Journal of TechnologicSciences, Vol. 2, No 3, pp. 1-8.
C. Doğanoğlu, S. Ayaz, R. Yenitepe, 2007. PLC Kontrollü Sise Dolum Otomasyon Sistemi Tasarım ve GerçekleĢtirme-1, Ġstanbul.
http://www.enda.com.tr/TR/Default.aspx
F. Adamo, F. Attivissimo, G. Cavone, N. Giaquinto, 2007. SCADA/HMI Systems in Advanced Educational Courses, IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement, Digital Object Identifier: 10.1109/TIM.2006.887216, Volume: 56, Issue: 1, page(s): 4 – 10.
G. Bayrak, M. Cebeci, 2012. An automation platform
designsforelectricalandelectronicsstudents: an applicationstudy, Procedia - SocialandBehavioralSciences, 47 Pages 950 – 955.
Ġ. Arıcı, M. Tenruh, 2014. Labview Tabanlı Bir Elektronik Deney Seti GeliĢtirilmesi, Akademik BiliĢim Konferansları, 5-7 ġubat 2014 Mersin Üniversitesi, Mersin.
34
M. Karayel, 2013. Mikrotip Hidroelektrik Santraller için PLC Tabanlı SCADA Sistem Otomasyonu ve RTU/PLC ile Frekans ve Gerilim Regülasyonunun GerçekleĢtirilmesi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Ankara.
M. Stefanovic, V. Cvijetkovic, M. Matijevic, V. Simic, 2011. A LabVIEW- basedremotelaboratoryexperimentsforcontrolengineeringeducation, Computer Applications in EngineeringEducation, Volume 19, Issue 3, pages 538–549.
M. Tastan, 2002. SIEMENS S7-200 CPU 214 Programlanabilir Lojik Denetleyicisi ile Deneysel Bir Endüstriyel Sistemin Kontrolü, Yüksek LisansTezi, Niğde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Niğde.
N.Akshay, K. U.Sravanth , R.Varanasiand J. A.Reddy, 2012. Real Time Automated Control of IndustrialProcesseswith PLC –LABVIEW Communication International JournalforResearch in Science& Advanced Technologies.
P. M. Silva, et al. 2007. Virtual and Remote Control: an experiencebystudentsforstudents, International Conference REV07. Porto, Portugal.
S. Bayhan, ġ. DemirbaĢ, 2009. LabVIEW ile Ġnternet Tabanlı Sanal Labaratuvar Uygulaması. e-Journal of New World Sciences Academy -EngineeringSciences, 4-2(176 - 1854).
W. Yuan, L. Zhi-yong, 2012. The Application of LabVIEW in theDigitalLogic Experiment, 2012 IEEE Symposium on Roboticsand Applications(ISRA), Digital Object Identifier:
10.1109/ISRA.2012.6219137, page(s) 125 – 128.
Z. ÖZTÜRK, 2010. Örnek Otomasyon Laboratuvarının GeliĢtirilmesi ve PLC Uygulamaları, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Ġstanbul.
