PLC ĐLE ĐPLĐK NUMUNE BOYAMA MAKĐNESĐ OTOMASYONU

Transkript

1 MYO-ÖS Ulusal Meslek Yüksekokulları Öğrenci Sempozyumu EKĐM 2010-DÜZCE PLC ĐLE ĐPLĐK NUMUNE BOYAMA MAKĐNESĐ OTOMASYONU Şentürk ÇAVUŞ Fatih GÜNEY Teknik Eğitim Fakültesi Gazi Üniversitesi - ANKARA senturkcavus@hotmail.com fatihgny@gmail.com ÖZET Bu çalışmada tekstil fabrikalarında kullanılan iplik numune boya makinesi otomasyonu SETEX PLC ve Programatör ile gerçekleştirilmiştir. Boya laboratuarında müşterinin renk kartelâsında (ürün boya listesi) beğendiği renge veya kendi getirdiği renk numunesine göre, tasarlanan makinede küçük ölçekli kumaş ve iplik boyamaları yapılır. Bu küçük ölçekli boyamaların amacı materyalin aynı mimik diyagrama sahip aynı özelliklerdeki küçük ölçekli numune boya makinesinde denenmesidir. Bu numune boya makinesi otomasyonu Endüstriyel Programlanabilir Lojik Kontrolör ile (PLC) yapılmıştır. Numune Boya Makinesi ile müşterinin istediği renk tonları elde edilmiştir. Yapılan uygulama ile bir tekstil fabrikasında kumaş ve iplik boyama işlemi kalitesini artırmak bunun yanında yapılan boyama işleminin maliyetini minimize etmek amaçlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Otomasyon; Numune boya makinesi; SETEX PLC; SETEX Programatör. 1. GĐRĐŞ Dikiş amacıyla üretilen ilk ipliğin tarihi Đ.Ö yıllarına dayanmaktadır. Bu tarihlerde taş devri insanlarının önce hayvan kıllarından, daha sonra yünden el iğneleriyle ilkel olarak iplik ürettikleri tarihsel bulgularla tespit edilmiştir. Konfiçyus un eserlerinden anlaşıldığı üzere Đ.Ö 2357 den itibaren Çin de ipek kullanılmaya başlanmıştır [1]. Đ.Ö 2000 yılına gelindiğinde ise Mısır ve Đsrail de Pamuk yetiştirilmeye başlanmıştır. Đsa dan sonra; Arap tüccarlar pamuğu Avrupa da tanıtmaya başlamışlar, Romalılar eğirme ve büküm işlemlerini basitçe yapmışlardır. Fakat pamuk fiyatı yüksek olduğu için başka hammadde arayışlarına başlanmıştır. Bu dönemlerde kral Justinyen in Çin e gönderdiği iki papaz bastonları içinde ipek böceği yumurtalarını Avrupa ya kaçırmışlardır. 14.yüzyıla gelindiğinde ise pamuk artık daha yaygın olarak yetiştirilmeye ve eğirme, büküm işlemleri yapılmaya başlanmıştır [2] yılında J.MERCER isimli bir kimyacı, pamuk iplikçiliğinde önemli bir dönüm noktası olan merserizasyon işlemini gerçekleştirilmiş ve böylece daha parlak ve daha sağlam pamuk ipliği üretilmeye başlanmıştır yılında Alman kimyacı F.KLATTE dikiş iplikçiliğinde günümüzde yaygın olarak kullanılan sentetik elyafı bulmuştur yılında Amerikalı CAROTHER naylon elyaf üretimini gerçekleştirmiştir yılında Đngiliz WHINFIELD ve DICKSON polyester elyafı üretmişlerdir.1970 li yıllarda artık sentetik elyaf üretiminin kalitesi yeterli seviyeye ulaşmıştır. Đpek ya da pamuk ipliğini aratmayacak görünüm ve teknik özelliklere sahip olan sentetik dikiş iplikleri hazır giyim sanayinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır [2]. Ham tekstil malzemeleri görünüş ve kullanışlılık açısından satılabilir durumda değildirler. Bunların albenisini ve kullanışlılığını arttırarak satışa hazır duruma getirme işlemlerinin tümüne terbiye denir [2]. Tekstil malzemelerinin çeşitli boyar maddelerle muamele edilerek oldukça kalıcı bir şekilde renklendirilmesine boyama denir [2]. Tekstil malzemeleri açık elyaf, iplik, kumaş hatta hazır giysi halinde boyanabilirler. Her durum için geliştirilmiş özel boyama makineleri vardır. Konum genişliği açısından burada sadece 1

2 Numune Boya Makinesi anlatılmıştır. Numune Đplik Boyama Makinesinin boyahane için gerekliliği; sıvı akışı, sıvı sirkülasyonu ve maksimum verimlilik sağlamalıdır. Uygun tasarım ile sentetik ve doğal elyaf, bobin ve çile boyamak mümkündür. Ürün boyama makinelerinin gelişimine bakıldığında 1980 li yıllarda klasik kumanda yöntemleri ile boyama işlemlerinin gerçekleştirildiği bilinmektedir. Gelişen teknoloji ile birlikte sistemde otomasyonlarda yapılmış ve mikroişlemciler özelikle laboratuar boyutlu ön boyama makinelerinin kontrolü gerçekleştirilirken, daha büyük boyutlu olanların kontrolü PLC ile yapılmaktadır. Günümüz otomasyon sistemlerinde ise mikroişlemciler ve PLC ile yapılan çalışmalar bulunmaktadır. Mikroişlemcili çalışmalar modern tekstil fabrikalarında kullanılmaktadır. Burada kullanılan makineler daha çok küçük boyamalar için kullanılır. Laboratuar bölümündeki deneyler ve uygulamalarda renk kartelâsı (ürün boya listesi) oluşturmada kullanılır kendi renk havuzu oluşturulur bu denemeler ile. Mikroişlemcili otomasyon sistemlerine örnek verilecek olursa laboratuar bölümündeki boyama otomasyonlarında kullanılan yerli üretim ELĐAR Elektronik firmasına ait T200E Tekstil boyama cihazı gösterilebilir. Bu cihaz özellikle tekstil boyama makinelerinin otomasyonu için tasarlanmış ve geliştirilmiştir, mikroişlemci temelli bir kontrol cihazıdır. Modüler yapısı sayesinde mini MIO4411 modülü kullanılarak giriş/çıkış sayısı 4/4/1/1 den 12/12/3/3 e çıkarılabilir. Grafik üzerinden programlanabilen ve izlenen T200 nin kullanımı yalnızca tekstil otomasyonu ile sınırlı değildir. Rampalı sıcaklık kontrolü gerektiren endüstrinin tüm uygulamalarında kullanılır [3]. Resim 1. T200E tekstil boyama kontrol cihazı PLC ile yapılan çalışmalara bakıldığında bu çalışmada kullanılan endüstriyel kontrol cihazı Setex PLC ve Programatör ile sıkça karşılaşılır. Setex Programatörlerin genel özelliklerinden bahsedilirse, tekstil boyama ve terbiye sahasında kullanılmak üzere tasarlanmış bir endüstriyel PC dir. Kolay kullanımı, üstün verimi ve yüksek seviyedeki sağlamlığı birkaç avantajı sayılabilir. Direk ve yönlendirmeli menülere, dokunmatik ekran sayesinde yüksek hâkimiyet ve kolay kullanım sağlar. Birkaç modelinde Windows CE.net işletim sistemi vardır. SECOM 757TC nin bakım gerektirmeyen fansız teknolojisi ile uzun süreli endüstriyel işlemlerde idealdir. Modüler PLC çeşitleri ile bugünün karışık ve teknolojik tüm iplik, kumaş, parça ve diğer boya makinelerine uyumda yüksek performans sağlar [4]. 2

3 Resim 2. Setex 737 serisi tekstil boyama kontrol cihazları Setex PLC ler modüler tasarlanmışlardır. Artırılabilir veya isteğe göre azaltılabilir. Bulunduğu ortam durumuna göre tasarlanmış cihazlardır. 16I/16O dan başlayarak 80I/80O a kadar arttırılabilir artı analog kartlar kullanılır. Resim 3. Setex compact serisi CR8 ve CR16 PLC kasaları Literatür incelendiğinde yapılan ürünlerin çoğu ithaldir. Thiesi Loris Bellini, vb. bu firmalara örnek verilebilir. Bununla birlikte yerli üretim olanlarda ise tasarım ve yazılım açısından bazı eksiklikler görülmüştür. Bu çalışma ile görülen eksiklikler gidermeye çalışılmıştır. Kullanılan cihazın basit operasyon kavramı, olağanüstü verimliliği yüksek güvenlik derecesi, rezistif dokunmatik ekran özelliği üstünlükleri arasında yer alır. Bunların dışında Windows Ce.net işletim sistemi tabanlı cihaz ile network ağı sayesinde uzaktan erişim yapılabilir ve herhangi bir arıza durumunda uzaktan erişim sağlanabilir. Numune Boya Makinesi tam otomatik bir sistem olduğu için karmaşık bir yapısı vardır. Bulunduğu ortam ve makine performansı için PLC ile gerçekleştirilmesi en doğru seçimdir. Boya kazanları çok yüksek sıcaklık ve basınçlarda çalıştığından güvenlik açısından da PLC tercihi öne çıkmaktadır. Karmaşık üretim sistemleri esneklik ve yeniden kullanım gibi hızla değişen değişimleri karşılayabilecek özelliklere sahip olmalıdır. Müşteri talepleri ile başa çıkmak için, görev kontrol sistemi montaj dizilerine göre veri haritalama kodu (merkezi sistem) verir [5]. Model birim fonksiyonlar ile tanımlanır herhangi bir fonksiyonun elemanları ile karmaşık bir montaj işlemi tanımlayabiliriz. Yapmış olduğumuz sistemin boya mutfağı otomasyonu ile birleştirebiliriz herhangi bir marka olabilir fark etmez. Modern süreç kontrol sistemleri, esneklik, modülerlik ve güvenilirlik için endüstriyel otomasyon içerisinde kullanılır [6]. 3

4 Bu çalışmada da kullanılan Setex Programatör bir Merkezi Sistem tarafından yönlendirilebilmektedir. Orgatex Kontrol Sistemi kullanılarak tam bir fabrika otomasyonu planlanabilir. Bazı programatör modellerinde Sistem ayrıca OPC aracılığıyla web tabanlı kontrol sağlar ve mevcut iletişim alt yapısını kullanarak web üzerinden kullanılan cihaza erişim sağlanmaktadır. Bunun sonucunda tekstil fabrikalarındaki otomatik makine kontrolünün önemi ortaya çıkmaktadır [7]. Boyama makineleri için denetleyicilerde, esas olarak 8-16 bit MCU veya PLC uygulamalarında ağ iletişiminde bazı dezavantajları vardır. Giriş çıkış bağlantı noktaları, insan-makine etkileşimi, boyama-baskı programı, kontrol fonksiyonları dezavantajlarındandır [8]. Bu makalede gömülü tip denetleyici olan 8 bit lik denetleyici ile tekstil fabrikalarında kullanılan iplik numune boya makinesi otomasyonu tasarımı yapılmıştır. 2. ĐPLĐK BOYAMA TEKNĐKLERĐ 2.1. Đplik Boyama Đşlemi Estetik açıdan kritik bir nitelik olan renk üç farklı yol ile elde edilebilir: Solüsyon boyama, iplik boyama ve parça boyama. Tekstilde boyama işlemi elyaf, iplik, kumaş veya mamul halinde yapılabilir [9]. Boyama; elyafın iplik olarak eğrilmesinden sonra dokuma veya örme kumaş haline getirilmeden önce yapılıyorsa bu işleme iplik boyama işlemi denir. Boyanmış ipliklerle yapılan dokunmuş kumaşlar, ipliği boyalı kumaşlar olarak isimlendirilirler. Đpliği boyalı kumaşlar, genelde renk olarak canlı ve daha zengin görünümdedirler. Daha sonraki işlemlerde terbiye işlemi görecek ipliklere, boyalı kumaşların boyanmasında haslıkları yüksek boyarmaddeler kullanılmalıdır. Aksi durumda ileriki işlemlerde boyada akma görülebilir. Đplik boyama işlemi boyama sıvısında yapılır. Tekstil terbiye işlemlerinin (ön terbiye, apre, yıkama, boyama v.b.) gerçekleştirildiği kimyasal maddeler boyarmadde yardımcı maddeleri ile tekstil materyalinin işlem gördüğü sıvı çözeltisine flotte denir. Boyama işleminde de Flotten ve flotte oranı çok önemlidir. Boyamanın şekline göre flotte oranı değişir. Flotte oranı, tekstil materyalinin birim ağırlık miktarının flottenin kg miktarına oranıdır. Uygulamadaki kolaylığı sebebiyle de kg yerine litre olarak flottenin oranları belirlenmektedir. Ancak flottedeki kimyasallar ve boyarmaddelerin özgül ağırlığı 1 gr/cm 3 büyük olduğundan yanlış bir uygulamadır [9]. 400 kg mamul alabilen boyama aparatında flotte miktarı 4000 lt ise flotte oranı; 400/4000 =1:10 olur. Flotte oranları 1:30 gibi değerlerde ise uzun flotte oranı,1:05 gibi değerlerde ise kısa flotte oranı olarak belirlenir. Đplik boyamanın temel amacı; dokuma işlemi sırasında ilginç kareler, çizgiler, ekoseler oluşturulmak üzere değişik renklerden ipliklerin kullanılmasıdır. Özel durumlarda düz renk kumaşlar için de boyalı ipliklerin kullanımı söz konusudur [9] Đplik Boyama Çeşitleri Đplik boyama işlemi çeşitli şekillerde yapılabilir. Buradaki amaç boyarmaddenin sarılı haldeki ipliklerin liflerin içerisine kadar nüfuz etmesini sağlamaktır. Đplikler; Çile boyama Bobin boyama Çözgü boyama Bölgesel boyama şeklinde boyanabilirler. 4

5 Bobin Boyama Đpliklerin boyama için özel patronlara çapraz sarımla bobinlenmiş halde sarılmalıdır. Çapraz bobinlerin boyanması, üniversal boyama aparatlarında gerçekleştirilir. Bu boyama yönteminde bobin hareketsiz, boyama sıvısı yani flotte hareketlidir. Çapraz bobinlerin sarılması için özel boyama aparatları hazırlanır. Bu patronların bir kısmı esnek bir kısmı esnek değildir. Esnek olanlar çok çeken ipliklerin sarılmasında kullanılır. Silindirik veya konik şekilde olabilirler. Konik çapraz bobinlere daha fazla iplik sarılabildiği için tercih edilmektedir. Silindirik çapraz bobinler 400gr konik çapraz bobinler 1,5 kg iplik alabilmektedir. Roket bobinlerin sarılış şekli kopslardaki gibi olup daha fazla iplik alırlar. Bunların diğer avantajı, mekiksiz dokuma makinelerinde doğrudan kullanılabilmelidir [9]. Sargının her tarafının aynı sıklıkta olması ve bir partide boyanacak sargı büyüklüklerinin eşitliği çok önemlidir. Ayrıca malzemedeki çekme etkisi göz önüne alınmalıdır. Materyalin şişme ve çekme özelliği de bilinmelidir. Örneğin; pamuk iplikleri gevşek bir gerilimle sarılır. Viskoz yaş halde daha fazla şişme gösterdiğinden çok gevşek sarılır, dağılma olmaması için de sargı kalınlığı az tutulur. Rayon kaygan yapılı olduğundan ideal bir sargı yapılmaz. Yün su ve ısı ile esneme özelliği gösterdiğinden sıkı sarılabilir. Sentetiklerin önce çektirilmesi daha uygundur. Farklı sargı sıklıkları durumunda flotte sargının gevşek kısmından geçmek isteyecek ve bu kısım daha koyu boyanacaktır. Çok sıkı sargılardan da flottenin geçişi zor olacaktır. Sargılar yapıldıktan sonra aparata yerleştirmeden önce çapraz bobinlerin alt ve üstlerinden bastırılarak kavislendirilmesi sağlanır [9]. 3. TASARIM VE UYGULAMA Şekil 1 de gösterilen blok diyagramı modern bir tekstil fabrikasındaki tekstil üretimini göstermektedir. 1.Bölümde Boyahane Ofisi, Proje Planlama ve laboratuardan oluşmaktadır. Bu bölümde boyahane ofisi görevi boyahane içerisindeki makinelerin kontrolünü sağlar. Fabrikanın tam verimlilikle işlemesini yerine getirir. Merkezi işletim sistemi Windows NT Server kuruludur. Bunlara bağlı olarak birçok kullanıcı tayin edilir. Burada kullanıcılar Merkezi Kontrol Ünitesi olan ORGATEX programı yardımıyla makinelerin kontrolünü sağlar. Operatör sadece boyanacak ürünü makineye yerleştirir ve diğer işlemler boyahane ofisi tarafından takip edilir. Buradan alınacak veriler Proje Planlamada analiz edilir ve laboratuar a gönderilir. Laboratuar ortamında yapılan ön denemeler (boyama işlemleri) yardımıyla işlem sonuçlandırılır. Fabrikanın kendi renk kartelası oluşturulmuş olunur. 2.Bölümde tasarlanan makine herhangi marka boya mutfağı otomasyon sistemiyle de haberleşme sistemine sahiptir. Boya mutfağı verilerini(reçete Sistemi) Orgatex yardımıyla kontrol edilebilir. Merkezi Sistem Orgatex yardımıyla sürekli bir koordinasyon içerisinde işlemektedir. Tasarlanan iplik numune boya makinesinde ise üretim kısmındaki büyük ebatlardaki makineler ile aynı özelliklerine sahiptir. Bu özelliği ile büyük ebattaki makinelerde boyamadan önce ön boyama gerçekleştirmiş olur. Bunun işletme için birçok avantajı vardır. Buradan alınan numune ile büyük ebatlardaki makinelerde üretim gerçekleştirilir. Burada boyanan ürünler kurutma, yıkama ve birtakım işlemlerden geçirilerek sevkiyat kısmına gönderilir. 5

6 Şekil 1. Blok diyagramı 3.1. Donanım Şekil 2. Bobin sepeti Şekil 2 de boyanacak olan maksimum 2 kg. ağırlığındaki bobinlerin boya kazanına yerleştirilmesi gösterilmiştir. 6

7 Şekil 3. Boya makinesi tesisat şeması Şekil 3 te gösterilen tesisat şeması yani makinenin mimik (Akış) diyagramı gösterilmektedir. Burada bir takım endüstriyel parçalar bulunmaktadır. Asenkron motorlar, Pnömatik Vanalar, Santrifüj Pompa, Isı Eşanjörü, Fark basıç Transmiteri, Seviye çubuğu gibi malzemeler bulunmaktadır Yazılım Yapılan bu çalışma endüstriyel programlanabilir lojik kontrolör (PLC) ile gerçekleştirilmiştir. Yazılım dili olarak FBD kullanılmıştır. Kullanılan PLC Programı Dos tabanlı programdır. Şekil 4. Dos tabanlı PLC programı 7

8 Şekil 5. Sistemin akış diyagramı 4. UYGULAMA VE DENEYSEL SONUÇLAR Bu çalışmada iplik numune boya makinesi otomasyon sistemi yapılmıştır. Sistemin üzerinde uygulanması yapılacak olan basit bir sistem tasarlanmıştır. Yapılan bu çalışmada ana pompa invertör ile kontrol edilmiştir. Endüstriyel programatör üzerinden bütün çalışma takip edilmiştir. Ana pompa çalışma durumları Şekil 7 ve Şekil 8 de gösterilmektedir. 8

9 Çavuş, Ş., Güney, F. a) b) c) Şekil 6. a) Program başla simgesi, b) Seviye doldur, c) Numune yükle Şekil 7. Ana kazan boşta çalışırken sistemin görünüşü Kırmızı beyaz gözüken kısım kelebek vananın boşta çalıştığını göstermektedir. Daha sonra ana pompa start aldığı anda kelebek vana pozisyon değiştirecektir. Şekil 8. Makine dış-iç çalışmaya başladığının görüntüsü 9

10 Bu adımda ana pompa kılıçların içinden emdiği suyu ve kimyasalı dışarıdan bobin kenarlarına basmaktadır. Şekil 9. Makine iç-dış çalışmaya başladığının görüntüsü Bundan sonraki adımda ise bobinin dışından emdiği suyu kılıçlar içinden basmaktadır. Akışkanın rahat geçebilmesi için kılıçların içerisinde çok fazla delik bulunmaktadır. Bobinin yapısına göre dış-iç veya iç-dış boyamada dakikada 25 ile 60 lt. su geçtiğinde bobin üzerinden ideal boyama olacaktır. Şekil 10. Ana pompa iç-dış ve dış-iç çalışma pozisyonu 10

11 Şekil 10 da ana pompanın dakika ve devir bilgileri gözükmektedir. Görünen ara yüzde dakika ve tur bilgilerine ulaşabilmektedir. Üzerinde kolayca değişiklik yapılabilir. Şu anki durumda iç-dış 4 dakika, %80 devirde yani 40 Hertz ile motor dönmektedir. Đç-dış durumunda ise 6 dakika, %80 devirde ve 40 Hertz ile dönmektedir. 5.SONUÇ Şekil 11. Tasarım çalışmasının genel görüntüsü Yapılan uygulama ile tekstil boyahanelerindeki proje planlama maliyet, kar zarar durumunu gözetim altına almak amaçlanmıştır. Örneğin; 1000 kg bir kumaş boyada hatalı çıkarsa ürün çöpe gidecektir. Boyamayı 25 kg. bir makinede yapar isek hem durum kontrol altında olacaktır. Böylece üretim gözetim altında gerçekleştirilecektir. 6.TEŞEKKÜR Bu bildiri ELK-410 Mesleki Tasarım Dersi kapsamında hazırlanmıştır. Yazarlar sağladığı katkılardan dolayı ders öğretim üyesi Doç. Dr. Ramazan BAYINDIR a teşekkür eder. 11

12 7.KAYNAKLAR [1] Đplik ve Dikiş Teknolojisi-Coats ( ) [2] ( ) [3] Eliar Elektronik Katalogları [4] Setex Tekstil Makineleri Katalogları [5] Hong Seok Park, Dinh Ba Hung, Gyu Bong Lee, Laboratory for Production Engineering, School of Mechanical Automative Engineering, Universtiy of Ulsan- Development for Automatic Control System. [6] Mihai Iacob*, Gheorghe-Daniel Andreescu* and Nicolae Muntean** * Politehnica University of Timisoara, Department of Automation and Applied Informatics, Timisoara, Romania- SCADA System for a Central Heating and Power Plant. [7] Angela J. Palmer, BASF Corporation Fibers Division Sandhill Rd. Enka. NC Benefıts Of Computer Monıtorıng And Control Of Textıle Machınery. [8] Zhen Zhang College of Mechanical Engineering and Automation Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou, China-A Batch Dyeing Machine s Controller Based on Embedded System [9] Kumaş Analizi ve Tasarımı Kasım UZUNÖZ [10] C. Brecher, W. Lohse, W. Herfs, International Conference on Control and Automation, IEEE- Mechatronic Development Of PLC Software With Virtual Machine Tools. [11] M. M. Ahmed, Member, IEEE and ** W. L. Soo * Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Melaka, Malaysia- Power Line Carrier (PLC) Based Communication System for Distribution Automation System. [12] Hui Song College Mechanical and Electrical Engineering Hebei University of Engineering, Handan, China- Mine Water level Fuzzy Control System Design Based on PLC. [13] E.I.Gergely, University of Oreda, Department Of Electrical Drives and Automation University Str.Oreda- Dependability Analysis of PLC I/O Modules. [14] Mihai Iacob*, Gheorghe-Daniel Andreescu* and Nicolae Muntean** * Politehnica University of Timisoara, Department of Automation and Applied Informatics, Timisoara, Romania- SCADA System for a Central Heating and Power Plant. 12