Temel Mekatronik Semineri

Temel Mekatronik Semineri

Elginkan Vakfı Ümmühan Elginkan Mesleki ve Teknik Eğitim Merkezi

Dr. Sezai TAŞKIN

1. Mekatroniğe Giriş

2. Mekatroniğin Tarihçesi

3. Mekatroniğin Tanımı ve Öğeleri

4. Mekatronik Sistemlerin Mekanik Yapısı

5. Mekatronik Sistem Elemanları

Program Akışı

6. Kontrol Sistemleri

7. Mekatronik Sistemlerin Kontrol Yapısı

8. Mekatronik Sistemler ve İnsan Etkileşimi

9. Mekatronik Sistemler

10. Mekatronik Kullanım Alanları

Müşteri beklentileri ve istekleri

Sürekli değişen pazar koşulları

Hızlı gelişen teknoloji

Gelişen ve değişen dünya pazarları ve ilerleyen teknoloji düzeyi sonucu endüstriyel ürünlerde nitelik ve işlev olarak önemli değişmeler olmuştur.

REKABET SONUCU ÜRÜN ÖMÜRLERİNDE KISALMA

YENİ KAVRAM VE YÖNTEM

1. Mekatroniğe Giriş

Bilim Dalı

Temel Mühendislik

1. Mekatroniğe Giriş

Makina Elektrik Elektronik Bilgisayar

Teknoloji

BÜTÜNLEŞTİRİCİ MÜHENDİSLİK DALI

+ +

MEKATRONİKCİ

Bir dalın uzmanı değil

Sosyal yaşam ve iş hayatında uygulama becerisine sahip olan kişilerdir.

+ + +

GİRİŞ

Önceleri yaşantımıza sanayileşme fırtınası içinde giren mekanizasyon sistemleri ve ürünleri, bilgi teknolojisinin gelişimi ile boyutunu mekanik- elektrik-elektronik-bilgisayar bütünlüğü içindeki sistem ve ürünlere bırakmıştır.

MEKATRONİK Sistemler;

Mekanik sistemleri hassas bir biçimde kontrol edebilmek üzere MEKANİK-

GİRİŞ

n Mekatronik, elektromekanik bir ürünün optimal tasarımını başarmak için kullanılan bir yöntem bilimidir.

n Disiplinler arası çalışma birlikteliği, geleneksel olarak karmaşık görünen problemlere basit çözümler oluşturmak amacıyla ideal koşullarda sinerjiyi arttırarak, geliştirilen yeni teknikler ve fikirlerin oluşmasını sağlar.

Mekatronik

Simülasyon ve Modelleme

Otomatik Kontrol

Mekanik

Sistemler Aktüatörler Elektrik Sistemleri

Elektromekanik Gerçek Zam. Arabirim

Bilgisayar Sistemleri A/D

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ

* Makina Sistem Tasarımı

* Matematiksel Modelleme

* Isı Transferi / Akışkanlar Mekaniği

ENDÜSTRİ MÜHENDİSLİĞİ

DONANIM

* Algılayıcılar

* İş Elemanları

KONTROLLER

* Geri Besleme

* Sistem Kararlılığı

MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ

* Devre Tasarımı

* Özel Amaçlı IC

* Akıllı Kontroller

BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ

* Yazılım Arayüzü

* Algoritma Tasarımı

* Veri Toplama DİJİTAL

CİHAZLAR

* Mikroişlemciler

* Mikrokontrolörler MALZEME

MÜHENDİSLİĞİ

2. Mekatroniğin Tarihçesi

MEKATRONİĞİN DOĞUŞU VE GELİŞİMİ

Elektrik motorlarının bilgisayarla kontrolünün sağlanması 1960

MEKATRONİK

Servo teknolojilerinin kullanıldığı

otomatik kapı açıcılar otomatik odaklamalı kameralar

1970

Mikroişlemciler

Elektronik Motor Kontrolü ABS Fren Sistemleri 1980

Sayısal Denetimli Makinalar

Uzaktan Kontrol Kumanda Teknolojileri Küçük algılayıcılar

1990 İletişim Teknolojisi

2. Mekatroniğin Tarihçesi

2000 1980

Dünyada artan uygulamalarıyla Mekatronik önlisans, lisans ve lisansüstü programlarıyla üniversitelerde

1969

1990

Sensör

Kinematik Dinamik

Kontrol Programlama

Sensörler

Bir elektrik mühendisi kontrol sistemini elektriki olarak çözmek ister.

Uygulamada doğru ve en iyi sistemin seçilmesi ve açık verilerin elde edilmesi zordur.

Bir makina mühendisi kontrol sistemini pnömatik, hidrolik veya mekanik olarak çözmek ister.

Bir elektronik mühendisi kontrol sistemini elektronik çözmek ister.

En iyi çözüm bütün bu olanakların iyi değerlendirilmesiyle oluşur.

Bu çözümleri en iyi değerlendirenler Mekatronik Mühendisleridir.

3. Mekatroniğin Tanımı ve Öğeleri

Elemanların çalışma güvenliği

Sistem seçimi için kriterler

Çevresel etkilere karşı hassasiyet Bakıma yatkınlık

Elemanların anahtarlama zamanı İşaret hızı

Yer ihtiyacı Çalışma ömrü

3. Mekatroniğin Tanımı ve Öğeleri

MEKATRONİK

Talaşlı İmalat Kaynaklı İmalat Hidrolik-Pnömatik Motor

MAKİNA

D.C Motor A.C Motor Servo Motor Step Motor Pnömatik Motor Hidrolik Motor

Doğrultmaç Devreleri Süzgeç Devreleri Yükselteçler

ELEKTRİK - ELEKTRONİK

Bilgisayar Programlama PLC

PIC Kontrol İletişim Ağı

BİLGİSAYAR VE YAZILIM

MEKATRONİĞİN TANIMI VE ÖĞELERİ

MAKİNA ELEKTRİK

ELEKTRONİK

BİLGİSAYAR VE YAZILIM MEKATRONİK

ElekTRONİK MEKAnik

Tornalama Frezeleme

Vargelleme

Benzinli Motorlar Dizel Motorlar

(İçten Yanmalı Motor) Kaynak Tasarımı Kaynak İmalatı

Pnömatik Devreler Hidrolik Devreler Servo Pnömatik Oransal Hidrolik

3. Mekatroniğin Tanımı ve Öğeleri

TALAŞLI İMALAT KAYNAKLI İMALAT

MOTOR

HİDROLİK – PNÖMATİK

Bilişim

Mekanik Elektronik

Mekatronik

Bilişim

Mekanik Elektronik

4. Mekatronik Sistemlerin Mekanik Yapısı

MEKATRONİK SİSTEMLERDE MEKANİK SİSTEMLERİN KULLANIMI ve İŞLEVİ

Mekatronik bilindiği üzere MEKANİK ve ELEKTRONİK sistemlerinden oluşmaktadır

Frezeleme Tornalama

Kesme Bükme

Talaşlı İmalat Talaşsız imalat

MEKANİK Sistemlerin İmalatı

Çözülebilir Sabit Birleştirmeler

Çözülemeyen Sabit birleştirmeler

BİRLEŞTİRME Yönünden Mekanik Sistemler

Vidalar Pimler

Cıvata ve Somunlar Pernolar

Perçinler Sıcak Geçme

Kaynak

Lehimleme

4. Mekatronik Sistemlerin Mekanik Yapısı

Örneğin bir aracın şase kısmı TALAŞLI İMALAT, KAYNAKLI birleştirmelerden meydana gelir.

Talaşlı imalat günümüzde mekatronik sistemlerin içerisinde önemli bir yer tutmaktadır.

Üniversal tezgâhlar

Tezgâhlar kendi aralarında

CNC VE NC Tezgahlar

Bilgisayarlı nümerik kontrol de(Computer Numenical Control) sayı, harf vb sembollerden meydana gelen belirli bir mantığa göre kodlanmış komutlar yardımıyla işletilmesi ve tezgâh kontrol ünitesinin(mcu) parça programını edebilen sistemdir.

ÜNİVERSAL Tezgahlar

Genel anlamda insan gücü ve kişisel beceriye bağlı çalışan teçhizatlardır.

4. Mekatronik Sistemlerin Mekanik Yapısı

Bilgisayarlı Nümerik Kontrol (CNC)’de;

Tezgâh kontrol ünitesinde programların muhafaza edilebilmeleri, parça üretiminin her aşamasında;

Programı durdurma

Programda gerekli olabilecek değişiklikleri yapabilme Programda kalınan yerden tekrar devam edebilme

Bu nedenle programın kontrol ünitesine bir kez yüklenmesi yeterlidir.

CNC’nin Endüstrideki Kullanım Alanları

Yüksek imalat hızları Daha kısa ayar süreleri.

Talaşlı imalat

Fabrikasyon ve kaynakçılık Pres işleri

Muayene ve kontrol Montaj

Malzemelerin taşınması

Üretim süresinin konvansiyonel bağlantı elemanlarına ve imalat takımlarına izin vermediği yerlerde

Parçanın çok karmaşık olup seri üretimde insan hatasının olabileceği

CNC Tezgâhların Kullanım Sebepleri

CNC Tezgâhların Kullanım Amaçları

4. Mekatronik Sistemlerin Mekanik Yapısı KAYNAKLI İMALAT

Kaynak Tasarımı Kaynak Tasarımı

Kuvvetler

Kaynak Malzemesi Kaynak Yöntemi

Otomatik Yarı otomatik

Manuel

Bir işin birim başına daha az masrafla,daha kısa zamanda ve daha kolay yapılabilmesini sağlamak amacı ile tam

otomatik kaynak yöntemleri uygulanır.

Kaynaklı birleştirmelerin mekatronik sistemlere

dönüşümünde kaynak bağlama aparatları,iş ve işlem

Bu kaynak yöntemlerini uygulamak için değişik formlarda sistemler geliştirilmeli ve mekatronik sistemler ile

bütünlüğü sağlanmalıdır.

Kaynaklı İmalatta Mekatronik Sistemlerin Kullanımı

4. Mekatronik Sistemlerin Mekanik Yapısı

Kaynaklı İmalatta Mekatronik Sistemlerin Kullanımı

5. Mekatronik Sistem Elemanları

MEKATRONİK SİSTEM ELEMANLARI

Sensörler Mikro işlemciler Hareket

Elemanları

Sensör kelimesi köken olarak Latince olup, Almanca kelime karşılığı “hissetmek” tir. İngilizce'de Sensör olarak adlandırılır.

Sensörler

SENSÖRLER

Sinyal Özelliklerine Göre

Analog Dijital

Akustik Biyolojik Kimyasal

Ölçüm Kurallarına Göre

Radyoaktif Optik Mekanik

5. Mekatronik Sistem Elemanları

SENSÖR SİNYALLERİ

Sensörler genellikle fiziksel bir büyüklüğü elektriki bir sinyale dönüştürürler.

Çıkış Sinyalleri

Analog Sensörler

Fiziksel büyüklükle elektrik sinyalinin değişimi

İkili Sensörler

Açık

Kapalı

SENSÖR SİNYALLERİ

Analog Sensörler Limit Valfi

Basınç Anahtarı Sıcaklık Anahtarı

Sınır Seviye Anahtarı

Kuvvet Algılayıcılar Basınç Algılayıcılar Debi Algılayıcılar

Sıcaklık Algılayıcıları İkili sensörler

5. Mekatronik Sistem Elemanları

YOL\ MESAFE

Lineer pot.

Analog sensör sinyali

Temassız algılayıcı

Anahtarlama sistemi

verici fiber alıcı fiber

Ø Karşılıklı tip

Ø Yansıtıcılı tip(reflektörlü) Ø Cisimden yansımalı tip

Ferromanyetik

kontaklar Kapalı

tüp

Kontaklar açık konumda

Kontaklar kapalı konumda

N S

MANYETİK YAKLAŞIM ANAHTARLARI

reed kontak

mıknatıslı silindir algılayıcı aktif konumda

Mikro işlemci birçok yönden insan beynine benzer. Birçok kaynaktan aldığı bilgiyi kimi zaman hareketlendiriciye aktararak, kimi zaman da belleğinde saklayarak ileride kullanılmasını sağlarlar.

Elektronik sistemde sensörler bilgi toplayıcı rolü üslenir. Her bir sensör mekanik aksiyondan veya termal etkiden gelen bilgiyi mikroişlemci modülüne aktarır.

A B C

X Y Z Mikro

İşlemci

MİKRO İŞLEMCİ ( BİLGİ İŞLEME)

5. Mekatronik Sistem Elemanları

MİKROİŞLEMCİ

Mikro işlemci tabanlı sistem Mikro denetleyici tabanlı sistem

RAM Geçici olarak tutulan değişken bilgiler İşlemcinin Programı

ROM

Giriş ve çıkış bilgileri

İnput-Output

Mikroişlemci tabanlı sistem

RAM ROM

G\Ç Mikro

İşlemci

Dahili veri

yolu

5. Mekatronik Sistem Elemanları

Sensörlerin mikro işlemciye gönderdiği sinyallerin mikro işlemci tarafından işlenmesinden sonra kontrol sistemi içerisinde kontrol altına alınacak veya müdahale edilecek mekanizmaların harekete geçmesini sağlayan elemanlardır.

ØPnömatik Elemanlar

ØHidrolik Elemanlar

ØElektrik Elemanları

Bunlar:

Açık ve Kapalı ÇEVRİM SİSTEMLERİ

Her kontrol sistemi kapalı devre veya açık devre kontrol sistemi olarak adlandırılabilir.

Açık Çevrim Sistemleri

-Açık devre sisteminde, istenilen hareketin çıkışta ne derece gerçekleştiğini izlemek imkansızdır.

- Sistem giriş sinyalini işleme koyarak değerlendirir ve çıkışa iletir.

GİRİŞ SENSÖR SİNYAL ÇIKIŞ

İŞLEMCİSİ

HAREKET ELEMANI

6. Kontrol Sistemleri

-Kapalı devre sisteminde, geri besleme sensörü ile sistemin çıkış değeri sürekli olarak izlenir.

- Sistemin çıkış değerinin artması veya azalması durumunda giriş uyarılır.

- Çıkış sinyalinin istenilen seviyede verilmesi sağlanır.

- Bu yönüyle kapalı devre sisteminde çıkışın sürekli kontrol edilebilmesi imkanı vardır.

Kapalı Çevrim Sistemleri

Giriş Sensör Sinyal

İşlemcisi

Hareket

Elemanı Çıkış

Geri Besleme

Geri Besleme Sensörü

KAPALI ÇEVRİM SİSTEMLERİNDE TEMEL ELEMANLAR 1- Karşılaştırma elemanı;

Hata sinyali = Referans değeri – ölçülen değer sinyali 2- Kontrol elemanı;

Bir hata sinyali oluştuğunda nasıl hareket edileceğine karar verir.

3- Düzeltme elemanı;

Kontrol edilen durumu değiştirmek veya düzeltmek için proseste bir değişiklik meydana getirir.

4- Proses elemanı;

Kontrol edilen cihaza Proses elemanı denir (Örneğin fren basıncı)

Gaz Pedalı

Vana Açıklığı

Yakıt

Debisi Güç

Hız

Hata (Sapma)

Kapalı Çevrim

Ölçme Kontrol ve

Kumanda Elemanı Bağlantı

elemanı Karbüratör Motor Aktarma,

Tekerlek

7. Mekatronik Sistemlerin Kontrol Yapısı

MEKATRONİK SİSTEMLERİN KONTROL YAPISI

-Mekatronik sistem, fiziksel objelerin belli bir düzene göre yerleştirilip kararlı hale getirilmesinden oluşan bir bütündür.

- En basitinden komplike alanına kadar bütün mikro işlemci tabanlı olan mekanik ve elektrikli düzenekler “MEKATRONİK SİSTEM” olarak anılır.

Basit bir mikro işlemci sistemi akış şeması

- Bir mekatronik sistemde olayın başlangıcından sonuçlanmasına kadar süren fonksiyonlar “İŞLEM” olarak adlandırılmıştır.

- İşlem üç temel eleman üzerine gerçekleştirilir.(GİRİŞ–İŞLEMCİ-ÇIKIŞ)

INPUT Giriş

PROCESSOR İşlemci

OUTPUT

Çıkış

MEKATRONİK BİR SİSTEMDE VEYA ÜRÜNDE BULUNAN GEREKLİ ELEMANLAR ARASINDA AŞAĞIDAKİLERİ SAYABİLİRİZ

Elektrik devreleri ve elemanları

(Direnç – kapasitans – endüktans gibi) Yarı iletkenler elektronik malzemeleri

(Diyot – transistör, köprü devreleri – güç elemanları gibi) Veri işleme

(Analog – Dijital, Dijital – Analog gibi) Sensörler, Algılayıcılar

İnsan

Teknoloji Organizasyon

İ .T .O

8. Mekatronik Sistemler ve İnsan Etkileşimi

Mekanik Dizayn

Mikroişlemcinin Programlanması Elektronik Altyapı

Yüksek sinerji

Detaylandırma ve

incelemenin yapılması

Grup Çalışması

Mekatronik

Dizayn

iç aydınlatma sistemi

yağmur sensörü;

otomatik ödeme sabit hız

kontrolü gösterge kontrolör ışık hata kontrolü

bilgi/navigasyon/eğlence Motor:

enjeksiyon kontrol, enjeksiyon izleme,

yağ sensörü, hava akımı, kelebek kontrol,

valf kontrol

Far:

pozisyon kontrol, güç kontrol,

hata belirleme gaz sensörü ABS Vites kutusu:

pozisyon kontrol hava yastığı kontrol

koltuk kontrol : pozsiyon /ısınma kapı modülü

süspansiyon kontrol

anahtarsız giriş merkezi kilit fren ışık led'i anten

İnsandan Talep Edilenler

Üretim

Atama

Bakım

Hata bulma / düzeltme

Birinci bölümde tasarım ve imalat

Mekatronik bir teknoloji olmaktan çok bir düşünce metodu olarak tanımlanabilir.

Mekatronik; “ Üretim süreci ve ürün dizaynı sırasında Makine Mühendisliği, Elektronik ve Kontrol Sistem Tasarımının sinerjik birleşimidir.

9. Mekatronik Sistemler

Mühendislerin ve teknik personelin çalışma ortamı, aynı üretim tesisleri gibi hızlı bir şekilde değişti. İnsan-Makine arayüzleri, yerini yazılım kontrolüne bıraktı.

• CAD

• Simülasyon

• Görselleştirme

• PLC programları

• Simülasyon

Ürün tasarımında: Üretim sırasında:

Yeni medyaların kullanılmasının öğrenilmesi, mühendislerin günlük çalışmalarında önemli rol oynamaktadır.

Uygulamaları

FONKSİYON ŞEMASI

MEKATRONİK SİSTEM

9. Mekatronik Sistemler

Teknik Veriler

Mekanik Sistemler

Elektrik-Elektronik

Mekatronik Sistem / Ürün

:

:

Örnek : Valf Terminali

•Önleyici destekle zaman kazanımı sağlar

•Pnömatik ve Elektrik sistemleri enerji kaynaklarının kurulumu

•Elemanların düzenli bir şekilde bağlanması – Network kurulumu.

•Bağlanan sensörlerin izlenimi

•Merkezileştirilmemiş kontrol güvenli çalışma sağlar

Elektronik ve mekanik ihtiva eden sistemler ile bilgisayar arayüzlü mühendislik uygulamaları.

Video kameralar Mikropompalar

(medikal) ABS Fren Sistemleri

Elektronik yakıt enjektörü

10. Mekatronik Kullanım Alanları

Uzay sistemleri

Otomotiv İletişim

Bilgisayarlar Elektronik Sağlık

Kimyasal uygulamalar Makine elemanları

ABS fren sistemi

Bulaşık makinaları

Çamaşır makinaları

Malzeme taşıma robotları

Mayın tarama robotları

………

ATM (Bankamatik) Video göstericiler

Uçaklar (otomatik pilot sistemleri) Tıbbi cihazlar

Silahlar

CD kayıt ve okuma cihazları

Magazin

Besleme Modülü Transfer Modülü Test Noktası

İş Parçası Kaldırma

Modülü İş Parçası

Geçiş Kanalı

Band

Depolama Kanalları Taşıma Ünitesi

Transfer Modülü Son Kontrol

Modülü

İşleme Modülü

Döner

Tabla 1

2 3

4

Döner Tabla

FieldPoint I/O Modülleri MPS Üniteleri I/O Bağlantıları RS 232

Seri Bağlantı

Uzaktan Erişimde Kontrol Yazılımı

Bulunan Ana Bilgisayar

Sonuç:

Mekatronik:

Bu yüzden antrenmanlar,

3 teknik alanın birleşiminden çok daha fazladır

Takım çalışması şarttır Bir düşünce sistemidir

Teknik yeterlilik Kişisel yeterlilik

mekanik

enformatik

elektronik

mekatronik

Kişisel ve takım

Proses

11. Genel Değerlendirme ve Sonuç

Genel Sistem Bilgisine

Proses

Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülmesi ve Kontrolü Genel Sistem Bilgisine

FREN DEĞER VERİCİSİ

ELEKTRONİK

Proses

11. Genel Değerlendirme ve Sonuç

Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülmesi ve Kontrolü Genel Sistem Bilgisine

Basınçlı hava

FREN DEĞER VERİCİSİ

ELEKTRONİK

Elektrik-Elektronik, Pnömatik ve Hidrolik Kontrol Sistemlerinin Montaj Kontrolü

ELEKTRONİK VALF

Proses

Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülmesi ve Kontrolü Genel Sistem Bilgisine

Basınçlı hava FREN DEĞER

VERİCİSİ

ELEKTRONİK

Elektrik-Elektronik, Pnömatik ve Hidrolik Kontrol Sistemlerinin Montaj Kontrolü

ELEKTRONİK

Sistemin Donanım ve Yazılım VALF

Bileşenlerinin Test Edilmesi

Mekatronik sistemlerin programlanması

11. Genel Değerlendirme ve Sonuç Mekatronikçi Neler Yapar ?

Neden Mekatronik ?

Mekatronik sistemin dökümanlarının okunması Mekatronik sistemin bakımının yapılması

Mekatronik sistemin teslimatının yapılması ve kullanıcıların eğitilmesi Mekatronik sistemin devreye alınması ve kullanılması

Mekatronik sistemlerin fonksiyonlarının kontrolü ve ayarlanması

Makina ve sistemin sökülüp takılması, taşınması ve güvenliğinin sağlanması

Mekatronik; sistemlerin, cihazların ve ürünlerin tasarımında mekanik yapı ile denetimi arasında en iyi şekilde denge kurmayı hedefler

Neden Mekatronik ?

• Bilgisayar Programcılığı

• Enstrümantasyon ve Ölçüm Teknikleri

• Analog-Dijital Elektronik.

• Basit Elektrik Teknolojisi

2- Mekatronik konusunda çalışmak isteyen kişilerin mekanik tasarım ve imalat bilgisinin yanı sıra

1- Karışık bir sistemde faklı elemanların en iyi birlikteliğini sağlar

.

Örnek:

Müşteri için daha yararlı özellikler Daha kısa sürede ürün geliştirme

11. Genel Değerlendirme ve Sonuç

İyileştirilmiş performans ve yüksek esneklik Daha yüksek güvenirlik

Daha yüksek ve iyileştirilmiş kalite

Daha düşük toplam maliyet

Küçük bir sınav olmak ister misiniz?

n Modern Mekatronik sistemlerin sahip olduğu “algılama-yorumlama- değiştirme” yetenekleri ne anlama gelir? Bir Mekatronik ürün seçerek bunun üzerinde açıklamalarınızı kısaca yazınız.

n İşiniz gereği kullandığınız veya gördüğünüz endüstriyel bir sistem eğer “Mekatronik sistem” tanımlamasına uyuyorsa bunun elemanlarını yazarak görevlerini kısaca açıklayınız.