Electronic Letters on Science & Engineering 6(1) (2010) Available online at

Transkript

1 Electronic Letters on Science & Engineering 6(1) (2010) Available online at FUZZY Control Strategy Adapting to ISPM-15 Standarts Aydın Mühürcü 1, Gülçin Mühürcü 2 1 Saarya University, Electrical-Electronical Engineering Department,Saarya,Turey, Saarya University, Machanical Engineering Department,Saarya,Turey, Abstract:This study covers a heating wor that aims to avoid harmful organisms that they are possibly inside of wooden pacing materials to be carried out or in between countries. The heat treatment process has been performed experimentally and in order to control the heat process there had been used a FUZZY based controller. The FUZZY rules had been optimized that the error between the reference values and output values of the process does not exceed 2% of the thermal treatment process that can be also defined as a multi-inputs multi-outputs (MIMO) system. During the control process it was observed that percentages of the system s errors were inside the desired limits effected by the FUZZY based controller. Keywords: Ispm-15, fuzzy, control, mimo, fifo, wooden pacing. ISPM-15 Standardına Uyarlanmış FUZZY Kontrol Stratejisi Özet: Bu çalışma, ahşap ambalaj malzemelerinin yurtdışı ve yurtiçi sirülasyonu esnasında zararlı organizmaların taşınmasını ve yayılmasını önleme amacıyla yapılan ısıl işlem sürecini apsamatadır. Deneysel olara gerçeleştirilmiş olan ısıl işlem sürecini ontrol etme amacıyla FUZZY tabanlı bir ontrol algoritması ullanıldı. Ço girişli ço çıışlı (MIMO) bir sistem olan ısıl işlem süreci, çıış değerleri ile referans değerleri arasındai hatanın %2 oranını aşmayaca şeilde FUZZY uralları optimize edildi. Kontrol süresince FUZZY tabanlı ontrolörün sistem çıışları ile referans girişleri arasındai hata yüzdesinin istenen sınırlar içerisinde tuttuğu deneysel ortamda gözlemlendi. Anahtar Kelimeler: Ispm-15, fuzzy, ontrol, mimo, fifo, ahşap ambalaj. Reference to this paper should be made as follows (bu maaleye aşağıdai şeilde atıfta bulunulmalı): A. Mühürcü, G. Mühürcü FUZZY Control Strategy Applying to ISPM-15 Standarts, Elec Lett Sci Eng vol. 6 (1), (2010), * Corresponding author; Tel.: +(90) , amuhurcu@saarya.edu.tr ISSN All rights reserved. 1

2 1. Giriş Ulusal ve uluslar arası ticareti yapılan ürünlerin yol boyunca oruma amacı ile ahşap ambalaj malzemeleri ullanılmatadır. Bu ahşap ambalaj malzemelerin gövde içinde olabilece zararlı organizmaların üleler (veya bölgeler) arası taşınmasını önleme amacıyla, Türiye nin de üyesi olduğu IPPC (Uluslararası Biti Koruma Konvansiyonu) genel urulunun abul ettiği ahşap ambalaj malzemeleri ullanımını düzenleyen ISPM-15 standardı yürürlüğe onulmuştur. Biti sağlığı önlemlerine yöneli ambalaj malzemelerinin işaretlenmesini apsayan ISPM-15, Türiye de 21 Haziran 2006 da yürürlüğe girmiştir. ISPM-15 standardı, ahşap ambalaj malzemelerinin abularının soyuldutan sonra ısıl işleme (HT) veya metil bromür ile fumigasyon işlemini içerir. ISPM-15 standardını abul etmiş ülelerde, dezenfete işleminden geçmemiş bu tür ambalaj malzemelerin üle içindei sirülasyonları ve yurt dışı girişleri izin verilmemetedir. Fumigasyon işleminin zararlı etileri ve maliyetinin yüse oluşu, ahşap malzemeye ısıl işlem uygulaması tercih sebebi olmuştur [1]. Isıl işlem, ahşap ambalaj malzemesinin öz sıcalığının 30 daia süre ile 56 C ve üzerinde tutma yöntemidir. Isıl işlem süresince, oda sıcalığı, tahta öz sıcalığı (13 farlı nota için), ortam nemi ve tahta nemi (4 farlı notadan) periyodi olara gözlemlenir. Ahşap malzemenin hızlı ısıtılabilmesi ve ısıl işlem süresince çatlama ve bozulmaları engelleme için ahşap malzemenin aşırı uruması önlenmesi gereir. Bu amaçla, ısıl işlem odasının bağıl nem oranı %75 ve üzeri tutulması geremetedir. Yüse nem oranı aynı zamanda ısının ambalaj malzemesi özüne yayılmasını hızlandırmatadır. Isıl işlem odasının sahip olduğu nem oranı, yaş ve uru sıcalı algılayıcı çıış değerlerinden hesaplanır. Bu ii çıış değeri arasındai far, 5ºC den az olması gereir. Kuru ve yaş sıcalı farının 5ºC ve üzeri olması durumunda ortam bağıl neminin hızla %75 in altına düştüğünü işaret eder. 2. Kontrol Süreci Kontrol süreci algılama, değerlendirme, ontrol ve aydetme olma üzere 4 birime ayrılmatadır. Algılama işlemi, ısıl işlem odasındai algılayıcıları vasıtası ile gerçeleştirilmetedir. Değerlendirme, ontrol ve aydetme süreci ise ontrol odasında gerçeleştirilmetedir, şeil 1.a. (a) 2

3 (b) Şeil 1 a-isıl işlem odası ve ontrol odası bölümleri. b- Isıl işlem ontrol sürecine ait yapı Algılama Deneysel ortamda gerçeleştirilen ısıl işlem sürecinde, tahta ısısı, tahta nemi, ortam uru ve ortam yaş sıcalıları uygun algılayıcılar ullanılara ölçüldü, şeil 1. Sıcalı algılayıcısı olara PT100 ısı algılayıcısı ullanıldı [3]. Tahta nemi ise özel olara tasarlanmış ve ağaç eletrisel direncini algılayan bir eletroni devre ullanıldı. Ölçülen tahta direnci, değerlendirme ünitesinde istatistisel olara tahta nem değerlerine dönüştürüldü. Isıl işlem odasına yerleştirilen ahşap malzemenin tümüne ait gerçeçi tahta ısısı ve nemi algılanabilmesi için, ısı ve nem algılayıcıları ahşap ürün üzerinde homojen olara dağıtıldı, şeil 2. (a) 3

4 (b) Şeil 2 a- Grafisel sıcalı ve nem algılayıcıların ahşap malzeme üzerinde homojen dağlımı. b- Uygulamada sıcalı ve nem algılayıcısı ahşap malzeme üzerine homojen onumlandırma. Şeil 3 de ısıl işlem odasındai uru ve yaş sıcalı algılayıcıları görülmetedir. Bu ii sıcalı algılayıcı çıış değerleri aşağıdai denlemlerde yerine yazılara ortam nemi hesaplanışı verilmetedir. A T y (1) y y P y exp 16.78T / T (2) s y y P P AP T T (3) P exp 16.78T / T (4) R h P 100 P s (5) Burada, T : Oratam uru sıcalı değeri (ºC). T y : Oratam yaş sıcalı değeri (ºC). P : Ortam basıncı (Pa). A : Dönüşüm atsayısı. P y : Doymuş buhar basıncı (Pa). P s : Su bahar basıncı (Pa). P : Kuru termometre sıcalığı doymuş buhar basıncı (Pa). R : Bağıl nem oranı. h şelinde tanımlanmıştır. Bu 2 sıcalı algılayıcısı, ısıl odasında bulunan pervanelere ait hava itme veya çeme basıncını hissedebileceleri bir şeilde duvara onumlandırıldı. Isıl işlem odasında bulunan pervanelerin 4

5 görevi, oda içerisinde hava sirülasyonu oluşturmatır. Böylece ısıl odasında oluşturulan ısı, oda içerisindei ahşap ürün çevresine homojen olara dağıtılır. Şeil 3 Yaş uru sıcalı algılama Değerlendirme ve Kontrol Değerlendirme ve ontrol süreci ontrol odasında gerçeleştirildi, şeil 4. Değerlendirme sürecinde ısıl işlem odasından algılayıcı bilgileri alınara yorumlandı ve uygun ontrol işaretlerine dönüştürüldü. Bu işaretler ısıl süreci ontrol eden ısıtma, havalandırma ve nemlendirme güç ünitelerine dağıtıldı. Şeil 4 Kontrol odası. Kontrol edilen ısıl sistemin MIMO bir yapıya sahip olmasından dolayı lasi ontrol algoritmalarından olan ve te girişli te çıışlı (FIFO) yapıdai P, PI veya PID ontrolör algoritmaları ter edilere algılayıcı verilerinin değerlendirilmesi ve ontrol işaretlerinin üretilmesinde FUZZY algoritması ullanıldı. FUZZY, MIMO sistemlerin ontrolüne uygun bir yapıya sahiptir [2]. FUZZY tabanlı ontrol algoritması ullanılara armaşı ve yoğun işlemler içeren MIMO yapılı ontrol yeteneğine sahip lasi ontrol algoritmalarına ait matematisel ifadeler ter edildi. FUZZY algoritmasının sadeliği, ontrol sürecine hızlı adaptasyonu sağladı ve algoritma yazım sürecini ısaltara güvenirliğini artırdı. FUZZY ontrol algoritması PIC18F452 miroontrolörü ullanılara oşturuldu [4]. Miroontrolöre bağlanan çevre birimleri yardımı ile de güç üniteleri ontrol edildi. 5

6 2.3. Kontrol Düzeneği Yuarıda da işaret edildiği üzere FUZZY tabanlı onrol algoritması PIC18F452 miroontrolörü tarafından oşturuldu. Isıl sürecin arzu edilen referans değerini sağlayaca biçimde FUZZY ural tabanı düzenlendi, tablo-1. FUZZY giriş işaretleri, ural tabanına uygulanmadan önce bulanılaştırıldı, şeil 6. Kontrol edilen ısıl sisteme, nem ontrol işareti (Rh()), ısı ontrol işareti (T()) ve nem alma ontrol işareti (H()) olma üzere 3 farlı ontrol işareti ilgili güç ünitelerine uygulandı. Giriş ontrol işaretlerine bağlı olara sistem çıışı olan uru sıcalı (To(t)) ve yaş sıcalı (Toy(t)) büyülüleri oluştu. Bu ii sıcalı değeri miroontrolör analog digital dönüştürücüleri (ADC) vasıtasıyla dönüştürme peryodu (T) 5sn seçilere ayrılaştırıldı ve miroontrolör içerisine alındı. Miroontrolör içerisinde alan referans işareti Toref() ya 65 C set değeri verildi. Şeil 5 FUZZY tabanlı ontrol edilen sisteme ait apalı çevrim blo diyagramı. Toref ullanılara sırasıyla uru ve yaş sıcalı arasındai hata işereti (Tf()), bir örneleme gecimesine sahip uru ile yaş sıcalı arasındai hata işareti (Tf(-1)), uru sıcalı hata işareti (Tof()) ve bir örneleme peryodu gecimesine sahip uru sıcalı hata işareti (Tof(-1)) hesaplanara FUZZY algoritmasına giriş işaretleri olara uygulandı. Tablo 1 FUZZY ural tablosu. Ds ds2 orta orta2 buyu buyu2 ds Ds ds orta orta2 buyu buyu2 ds2 Ds orta ds2 orta2 buyu buyu2 orta Ds orta orta2 orta buyu buyu2 orta2 Ds orta buyu buyu orta2 orta2 buyu Ds orta buyu buyu buyu2 buyu buyu2 Ds orta buyu buyu buyu2 buyu2 6

7 Yuarıda verilen Mamdani ural tablosu en sol sütun işareti () anını, en yuarıdai satır da aynı işaretin (-1) anını temsil etmetedir. Tf() ve Tf(-1) giriş işaretleri mamdani ural tablosu uygulanara Rh() çıış işareti üretildi. Tof() ve Tof(-1) giriş işaretleri mamdani ural tablosu uygulanara T() çıış işareti üretildi. Yine Tf() ve Tf(-1) giriş işaretleri mamdani ural tablosu üzerinden elde edilen çıış işaretinin omplimenti alınara (100-işaret) H() çıış işareti üretildi. Şeil 6 FUZZ giriş işaretlerinin bulanılaştırma işlemi. Sistem çıış işaretleri ortam gürültüsünü de içinde barındırır [5]. Güvenli bir şeilde işaretlerin alınması ve filtrelenmesi amacıyla şeil 6 da gösterilen bulanılaştırma biçimi gerçeleştirildi. Aynı şeilde mamdani ural tablosu da filtrelemeye atıda bulunaca şeilde urallar tanımlandı. 3. Sonuç ve Öneriler Bu çalışma, ISPM-15 standardını uygulama zorunda olan ahşap ambalaj üretici şiretleri için gerçeleştirilmiş gerçe zamanlı bir uygulamadır. Kontrol edilen sistemin istenilen çıış cevabının yaalanabilmesi için FUZZY tabanlı bir ontrolör ullanıldı. Gerçeleştirilen deneysel çalışmada FUZZY tabanlı ontrolörün, referans değerine dayalı başarılı bir şeilde sistemi ontrol ettiği gözlemlendi. Şeil 7 de deneysel ortamda elde edilen yaş ve uru sıcalı eğrileri yansıtılmatadır. Burada, ontrol süresince FUZZY tabanlı ontrolörün ortam sıcalı farının 5 C ve altında başarılı bir şeilde tuttuğu görülmetedir. Gerçeleştirilen ısıl işlem sürecinde ullanılan miroontrolör ve çevre güç birimlerini sayesinde, ontrol sisteminin urulum aşaması minimum maliyete çeildi. Isı buharı, atı yaıt azanı ullanılara üretildi. Kazan için gereli olan atı yaıt, firma içerisindei ahşap ambalaj malzemelerinin atı parçalarından temin edildi. Üretilen ısı buharının maliyeti bu şeilde 0L olması sağlandı. Proje apsamında data ve ontrol verilerini ilgili birimlere iletme için yalaşı 100m ablo ullanıldı. Yeni ısıl projelere esneli azandırılabilmesi amacıyla hava yolu (rf) data iletişimi tercih edilebilir. 7

8 Şeil 7 Isıl işlem odasına ait yaş ve uru sıcalı değerleri. 4. Teşeür Yazarlar, bu çalışmayı üniversite sanayi işbirliği projesi apsamında desteleyen ve çalışmaların endi tesislerinde gerçeleştirilmesine iman veren YÜKSEL AMBALAJ Lim. te [6] ve ontrol sürecinin gerçeleştirmesi gereen fonsiyonların türetilmesinde yardımcı olan İstanbul Zirai Karantina Müdürlüğü ne [7], teşeür eder. References (Referanslar) 1. Tarım ve öy işleri baanlığı, biti saglıgı önlemlerine yöneli ahşap ambalaj malzemelerinin işaretlenmesi haında yönetmeli, T.C. resmi gazete, 86.Yıl, Ian S. ShawFuzzy, Control of Industrial Systems: Theory and Applications, ISBN-10: Springer, (1998). 3. Gürdal, O., Algılayıcılar ve Dönüstürücüler, Nobel Yayın Dagıtım, Anara, 2000, pp R. Gunturun, N. Yumusa, F. Temurtas, Detection of Harmonics by using Artificial Neural Networ, TAINN 03 Conference, Canaale, July (2003) 4. İnternet: 5. Dunn, W., Fundamentals of Industrial Instrumentation and Process Control, Blaclic,OH, USA: Mc-Graw-Hill Companies, 2005, pp "Yüsel ambalaj, (2010). < >" 7. "İstanbul Zirai Karantina Müdürlüğü, (2010). < >" 8