Boğaz Endüstri Madencilik Şirketi (BEM) Çimento Öğütme Değirmeni Yağlama Gözlem-Uyarı Elektronik Celal ARINŞAN Erhan BOLKAN Boğaz Endüstri Madencilik (BEM) Gazimağusa - KKTC E-posta : celal.arinsan@holcim.com E-posta : erhan.bolkan@holcim.com Coşkun AKSEL DAU- BTYO EET Gazimağusa - KKTC E-posta : coskun.aksel@emu.edu.tr ÖZETÇE BEM de kurulu olan çimento öğütme-karıştırma değirmeninin yağlama işleminin kontrol edilmesi ve gözlenmesi şu anda kontaktör kontrollu bir pano ile yapılmaktadır. Bu pano üzerinde bulunan ışıklarla işlem durumları gözlenebilmekte ve uyarı durumları PLC kontrollu değirmene bildirilebilmektedir. Yukarıda belirtilen işlemin elektronik kontrollu bir pano ile yapılması istenmiştir. Bu sayede amaçlanan, sistemin gözlemlenebilmesi, hızlı arıza bulabilme ve daha az bakım isteyen yeni bir kontrol sistemine kavuşmaktır. Bu kapsamda, elektronik kontrol sistemin tasarlanması ve tasarlanan modüllerin çalışır durumda teslimi için aşağıdaki çalışma yapılmıştır. 1. GİRİŞ Boğaz Endüstri Madencilik Şirketi, KKTC de faliyet gösteren ve çimento üretimi yapan bir kuruluştur. Burada çimento üretimi değişik aşamalardan geçilerek hazırlanmaktadır. Sistemde bulunan öğütme değirmeni sistemin ana kısmını oluşturur. Bu değirmen çok büyük bir aksam olup, çalışması devamlı olmaktadır. Bu sebeble sağlıklı çalışma belirli noktaların yağlanması ile sağlanabilmektedir. Yağlama işlemi için 8 noktaya yerleştirilmiş yağlama memeleri kullanılmaktadır. Bunlar sürekli olarak doğru yağlama yaptıklarının bilinmesi çok önemlidir. Yağlamanın doğru yapılabilmesi için gerekli motorların kontrolu, hava basıncının varlığı ve devamlılığı sağlanmalıdır. Bu çalışmada, yukarıda bahsedilen sistemin gözlenmesi ve doğru çalışma için gerekli koşulların sağlanması için yeni bir sistem oluşturulmuştur. Bu sistem, mikrokontroller tabanlı olup ve açık mimari felsefesine göre üretilmiştir. Bu sayede, sistemin ilerde gerekebilecek değişikliklere cevap verebilmesi sağlanmıştır. Sistem tamamen yerli üretim olup, en son yeni teknolojik tekniklere göre tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu sebeble servis ve teknik destek hizmeti kesintisiz ve ekonomik olarak sağlanabilir. 2. Sistemin Tarifi Kontrol ve Gözlem Sistemi temel olarak aşağıdaki blok diagram ile ifade edilebilinir. Tablo 1. Sensörler SN Sensör İsimi Sensör Etiketi Sensör Görevi 1 MemeYağlama sensörleri 0,1,2,3,4,5,6,7 S0,S1,S2,S3, S4,S5,S6,S7 Çimento öğütme kazanının dişlilerini yağlamak için kullanılan 8 adet yağlama memesi mevcuttur. Bu yağlama memelerinin sağlıklı yağlama yapıp yapmadığı bir sensorle algılanmaktadır. Bunlar normalde açık kontaktır. Yağlma anında kapanıp sisteme 24V DC gönderir.
140 ade t LED li göste rge pan eli Giri ş sensor bağ lantı modülü - 1 Giri ş sensor bağ lantı modülü - 2 Mikrokontrol ler mod ülü Çıkış Röle Mod ülü, Kontaktör, Motor ve PLC Bağlantısı 240V,50HZ Güç Kaynağ ı 5v, 24v D C Şekil 1. Sistem Blok Diagramı 2.1. Giriş Sensor Bağlantı Modülü 1 / 2 Tüm sensör girişleri opto-couplerle yalıtarak mikrokontrollere bağlantı yapılmıştır. Tablo 2. Sensörler SN Sensör ismi Sensör Etiketi Sensör Görevi 1 2 Yağ kabı kapağı açık-kapalı sensörü Yağ kabı kapağı açık-kapalı sensörü 2 S8 S9 Yağlama memeleri S1,S2,S3,S4 ün yağlama kabı durum sensörü Yağlama memeleri S5,S6,S7,S8 ün yağlama kabı durum sensörü 3 Hava basıç sensörü S10 Yağlama işlemine gerekli havanın varlığına işaret eder. 4 Yağ kabı yağ az sensörü S11 5 Yağ kabı yağ orta sensörü S12 6 Yağ kabı yağ dolu sensörü S14 Yağlama motorunun yağ kabından aldığı yağın durumunu az seviyede olduğunu belirtir. Yağlama motorunun yağ kabından aldığı yağın durumunu orta seviyede olduğunu belirtir. Yağlama motorunun yağ kabından aldığı yağın durumunu dolu seviyede olduğunu belirtir. 7 Yağlama motoru termik sensörü S15 Yağlama motorunun ternik koruma sensorüdür. Termik sensörü, yağlama moturunun termiğinin atıp-atmadığını belirtir. 8 Boş S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Common 0v S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 Common 0v Kontroller Bağlantı Noktası 24 VDC in 0VDC in 0VCD in 5VCD in
2.2. Çıkış Röle Modülü Tablo 3. Röle Çıkış Tanımları SN Röle Çıkış ismi Röle Etiketi Röle görevi 1 Boş K1 2 BELL_RL K2 Zil uyarı rölesi (belli durumlarda ön uyarı sistemi) 3 OIL_FILLING_RL K3 Yağ doldurma motoru. Yağlama motoru için gerekli olan yağı doldurur. 4 OILING_MOTOR_RL K4 Yağ memeleri için gerekli olan yağı sisteme pompalar. 5 PLC-AVAILABLE_RL K5 PLC ye sistemde enerji olduğu ve değirmenin NOR- MAL çalıştırılabileceği beliritir. 6 PLC_GENERAL_FAULT_RL K6 PLC ye yağlama sisteminde hata olduğu belirtir. Değirmenin durdurulması gerektiğini haber verir. 7 PLC_AIR_PRESURE_RL K7 PLC ye yağlama motoru için gerekli olan hava basıncının tamam olup-olmadığı belirtilir. 8 PLC_RETURN K8 PLC ye yağlama motorunun çalışıp-çalışmadığını belirtmek amaçı ile kullanılır. OILING_MOTOR_RL ON olunca bu da ON olur. K1 K2 5VDC 0VDC K3 Mikrokontroller Bağlantısı K4 K5 K6 K6 K7 NC COMMON NO
2.3. Kontroller Birimi Sistem Microchip mikrokontrollerle (IC4) kontrol edilmektedir. Bu kontroller donanım olarak UART, SPI, programlanabilir portlara, 2Kbyte EPROM, 192 byte RAM ve 4MHz hızında çalışan bir işlemciye sahiptir. Kontroller içierisinde bulunan WDT(watch dog timer) kullanımı ile olası bir aksamada sistemin kendini RESET leyerek tekrardan başlayıp kontol işlemine devam edebilmesi sağlanmıştır. Bu modül istenmesi halinde PC bağlanarak, çalışma koşulları ve durumları PC de çalıştırılacak ilave bir programla gözlemlenebilir. Sistem yazılımı C programlama dilinde yazılmıştır. Sistemin işleyişi yazılım kısmında açıklanmıştır. Burada kısıtlı kontroller içyapısından dolayı, programlamada bazı kısaltmalara ve ilave düzenlemelere gidilmiştir. Temel olarak kısıtlı mikrokontroller içyapısı ile en iyi verimin alınabilmesine olanak sağlayacak şekilde programlama yapılmıştır. Burada bulunan DIP SW le sistem çalışma parametreleri ayarlanabilmektedir. Bunlar yağlama motoru on-off süreleri ve değirmen kontrol PLC sine alarm verme zamanlarıdır. 12 V-24VAC/DC giriş 12V-24VDC çıkış SPI Led gösterge bağlantı noktası Alive LED Enerji LED Sistem zamanlaması için DIP SW Çıkış röle modül bağlantı noktası Giriş sensör modül 1-bağlantı noktası Giriş sensör modül 2- bağlantı noktası NOT: Sisteme soğutma amaçlı olarak fan takılması tavsiye edilir. Özellikle LED panelde çok sayıda LED ve giriş voltajı 24V olduğunda sistem fanla soğutulmalıdır.
2.4. LED li Gösterge Modülü Sistem çalışması LED lerle gözlemlenebilir. Aşağıda LED pano tanımlamaları verilmiştir. Tablo 4. LED gösterge panosu tanımları Sütun 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 satır T T-60 T-75 T-135 T-150 T-210 T-225 T T-1 T-2 T-3 T-4 T-5 T-6 1 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S15 S15 S15 S15 S15 S15 S15 2 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S14 S14 S14 S14 S14 S14 S14 3 S5 S5 S5 S5 S5 S5 S5 S13 S13 S13 S13 S13 S13 S13 4 S4 S4 S4 S4 S4 S4 S4 S12 S12 S12 S12 S12 S12 S12 5 S3 S3 S3 S3 S3 S3 S3 S11 S11 S11 S11 S11 S11 S11 6 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S10 S10 S10 S10 S10 S10 S10 7 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S9 S9 S9 S9 S9 S9 S9 8 S0 S0 S0 S0 S0 S0 S0 S8 S8 S8 S8 S8 S8 S8 9 - - - - - - - - - - - - - - - 10 - - - - - - - - - - - - - - - Sütün: LED panel üzerinde sütün LED leri gösterir. Satır: LED panel üzerinde satır LED leri gösterir. T: Şimdiki zamanda yağlama motoru ON veya OFF durumundaki yağlama sensor durumlarını ifade eder. T-60: bir önceki yağlama motorunun ON veya OFF durumundaki yağlama sensor durumunu ifade eder. T-120: bir daha önceki yağlama motorunun ON veya OFF durumundaki yağlama sensor durumunu ifade eder. LED lerin ON(yanması) olması ifade ettiği sensorün kontaklarının açık devre olduğunu ifade eder. Yada giriş modüllerine 24VDC gelmediğini ifade eder. Kısaca HATA anlamındadır. S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 S15 S14 S13 S12 S11 S10 S9 S8 BOŞ BOŞ Yağlama motoru çalışma zamanı 1 sn. zaman aralığı
3. Sistemin Çalışması / Yazılımı 3.1. Çalışma Zaman Ayarları Kontrol birimi üzerinde 8 li DIP SW bulunmaktadır. Burada, SW8,SW7,SW6,SW5 i yağlama motorunun, aşağıda belirtildiği gibi, ne kadar süre ON veya OFF olabilmesi ayarlanır. 3.1. Tablo 5. SW ID değerleri, motor yağlama süresi Sw ID Değeri SW8 SW7 SW6 YAĞLAMA MOTORU ON Süresi SW5 Yağlama Motoru OFF süresi 0 OFF OFF OFF 30sec. OFF 10sec. 1 ON OFF OFF 35sec. ON 15sec. 2 OFF ON OFF 40sec. 3 ON ON OFF 45sec. 4 OFF OFF ON 50sec. 5 ON OFF ON 55sec. 6 OFF ON ON 60sec. 7 ON ON ON 65sec. Aşağıda belirtildiği gibi, SW4,SW3,SW2,SW1 ise sistem hatalarında ne kadar süre sonra zil ve alarm verileceğini ayarlar. (Sistem hatası: yağ kapları açık, yağ az veya yağlama yapılmıyorsa). Sistemde değirmen yağlamasının arka arkaya ayarlanan defa kadar olmaması durumunda zil sesi duyulur. Burada zil süresi sonunda sistem bakım elemanı zil sesi ile uyarılır. Bu sürenin 2 katı bir zamanda ilk müdahelenin sisteme yapılması ve arızanın giderilmesi gerekir. Aksi halde PLC ye alarm verilir ve PLC deki yazılıma göre sistemin durdurulması ve başka uyarıların yapılması sağlanır. 3.2. Tablo 6. SW ID değerleri, zil ve alarm süresi SW id Değeri SW4 SW3 SW2 SW1 Bell(Zil Süresi) PLC Alarm Süresi 0 OFF OFF OFF OFF 2 yağlama hatası 4 yağlama hatası 1 ON OFF OFF OFF 3 yağlama hatası 6 yağlama hatası 2 OFF ON OFF OFF 4 yağlama hatası 8 yağlama hatası 3 ON ON OFF OFF 5 yağlama hatası 10 yağlama hatası 4 OFF OFF ON OFF 6 yağlama hatası 12 yağlama hatası 5 ON OFF ON OFF 7 yağlama hatası 14 yağlama hatası 6 OFF ON ON OFF 8 yağlama hatası 16 yağlama hatası 7 ON ON ON OFF 9 yağlama hatası 18 yağlama hatası 8 OFF OFF OFF ON 10 yağlama hatası 20 yağlama hatası 9 ON OFF OFF ON 11 yağlama hatası 22 yağlama hatası 10 OFF ON OFF ON 12 yağlama hatası 24 yağlama hatası 11 ON ON OFF ON 13 yağlama hatası 26 yağlama hatası 12 OFF OFF ON ON 14 yağlama hatası 28 yağlama hatası 13 ON OFF ON ON 15 yağlama hatası 30 yağlama hatası 14 OFF ON ON ON 16 yağlama hatası 32 yağlama hatası 15 ON ON ON ON 17 yağlama hatası 34 yağlama hatası
3.2. Sistem Ana Program Akışı 1) Ilk durum ayarları: init_ports(); // portları, LED leri ve değişkenleri ayarla get_sw_id(); // motor yağlama, zil ve alarm sürelerini al init_ports(); // portları, LED leri ve değişkenleri ayarla get_sw_id(); // motor yağlama, zil ve alarm sürelerini al oiling_sensor_status = OK; //ilk değer olarak yağlama sensrörlerinin tamam olduğunu kabul et. oiling_sensor_data = 0xff; //yağlama senorlerinden gelen ilk değer. oiling_sensor_error_count=0; //kac defa yaglama sensorlerinin tümü birden yağlama işlemini tamamlamadı 2) Zaman ayarlarını al. get_sw_id(); // motor yağlama, zil ve alarm sürelerini al 3) Yağlama motoru ON durumunda yapılan işlemler 4) Yağlama motoru OFF durumunda yapılan işlemler //Yağla ma motoru ON duru mu - yağla ma motoru ON sür esi ka dar aşağ ıdak ini test et -------------- --------------------------------------------------------------------------------------------- oiling_process_tra ckin g(); / / 0.9 sec 4ms aral ılarla yağla ma senso rlerini kontrol et, (oılıng_sensror_data) oiling_motor_on(); //motor termiği atmamışsa, hava basıncı tamamsa, yağ az değil se- yağla ma motorunu çalıştır (K4) ve PLC ye PLC_r etur n sinyali ni (K8) gönde r. oil_ filling_control(); //yağ orta veya azsa, yağ doldurma motorunu (K3) çalıştır. yağ dolu ise yağ doldur ma motorunu (K3) dur dur. alar m_bell(); //yağ ka plar ı acık (S8/S9 off), yağ az ise (S11 -ON) ve ayarla nan zaman içinde yağla ma meme lerinde en az bir defa yağla ma tamam işareti gelmed i ise duru m dü zelinceye kadar ZIL çal. send _pressur e_status_plc(); // Ha va basıncını duru munu S10) PLC ye (K7) gonde r. display_other_ sensor_ statu s(); // S8 den S14 e ka dar olan sensorlerin son durumu nu LED l ere gönde r. -------------- --------------------------------------------------------------------------------------------- //Yağla ma motoru OFF duru mu - yağla ma motoru OFF sür esi ka dar aşağ ıdakini test et -------------- --------------------------------------------------------------------------------------------- oiling_process_tra ckin g(); // 0.9 sec 4ms aral ılarla yağla ma senso rlerini kontrol et, (oılıng_sensror_data) oiling_motor_off(); //yağla ma motorunu durdur (K4) ve PLC ye PLC_r eturn sinyali ni (K8) gönde rme. oil_ filling_control(); //yağ orta veya azsa, yağ doldur ma motorunu (K3) çalıştır. yağ dolu ise yağ doldur ma motorunu (K3) dur dur. alar m_bell(); //yağ ka plar ı acık (S8/S9 off), yağ az ise (S11 -ON) ve ayarla nan zaman içinde yağla ma meme lerinde en az bir defa yağla ma tamam işareti gelmed i ise duru m dü zelinceye kadar ZIL çal. send _pressur e_status_plc(); // Ha va basıncını duru munu S10) PLC ye (K7) gonde r. display_other_ sensor_ statu s(); // S8 den S14 e ka dar olan sensorlerin son durumu nu LED l ere gönde r. -------------- --------------------------------------------------------------------------------------------- display_oiling_ sensor_ statu s(); // S0 den S7 e ka dar olan senso rlerin son durumunu LED l ere gönde r. if(oiling_senso r_data!=0x00) // S0 den S7 e yağla ma senso r hata sı varmı? oiling_senso r_ error_cou nt++; //yağl ama meme h ata sı varsa, yağla ma hata sını bir art ır. else oiling_senso r_ error_cou nt = 0; //yağla ma meme h ata sı yoksa, yağlam a hata sını sıfırla. oiling_sensor_ data = 0xff; //bir sonraki çalışma için yağla ma duru m bilgisini belirl e. display_oiling_ sensor_ statu s(); // S0 den S7 e ka dar olan senso rlerin son durumunu LED l ere gönde r. if(oiling_senso r_data!=0x00) // S0 den S7 e yağla ma senso r hata sı varmı? oiling_senso r_ error_cou nt++; //yağla ma meme h ata sı varsa, yağla ma hata sını bir art ır. else oiling_senso r_ error_cou nt = 0; //yağla ma meme h ata sı yoksa, yağlam a hata sını sıfırla. if(oiling_senso r_ error_ cou nt > bell_ti me) //yağla ma meme h ata sı varmı? oiling_senso r_ statu s = ERROR; // var, o zaman duru mu ERROR bayrağ ını kal dır. Alar m_bell() ZIL çala cak. else (yok eğer yağlama hatta sı yoksa) oiling_sensor_ statu s = OK; //yok, o zaman duru mu OK bayrağ ını indir. Alar m_bell() ZIL çalmayacak. oiling_sensor_ data = 0xff; //bir sonraki çalışma için yağla ma duru m bilgisini belirl e. if(oiling_senso r_ error_ cou nt > alar m_ti me) //yağla ma meme h ata sı var, fakat ZIL çalmasına rağ men hala düzeltilmed i ve alar m sür esi geldi mi? send _system_status_plc(err O R); // evet o zaman PL C duru mu belir (K5 off, K6 on) else send _system_statu s_plc(o K); ); // hayır, o zaman PLC duru mu belir (K5 on, K6 off) if(oiling_senso r_ error_ cou nt > bell_ti me) //yağla ma meme h ata sı varmı? oiling_senso r_ statu s = ERROR; // var, o zaman duru mu ERROR bayrağ ını kal dır. Alar m_bell() ZIL çala cak. else (yok eğer yağlama hatta sı yoksa) oiling_sensor_ statu s = OK; //yok, o zaman duru mu OK bayrağ ını indir. Alar m_bell() ZIL çalmayacak. if(oiling_senso r_ error_ cou nt > alar m_ti me) //yağla ma meme h atası var, fakat ZIL çalmasına rağ men hala düzeltilmed i ve alar m sür esi geldi mi? send _system_status_plc(err O R); // evet o zaman PL C duru mu belir (K5 off, K6 on) else send _system_statu s_plc(o K); ); // hayır, o zaman PLC duru mu belir (K5 on, K6 off)
4. Sistem Resimleri ve Tanıtımı Şekil 3. Çimento Öğütme Değirmeni Şekil 4. Değirmen Yağlama Memeleri ve Sistemi Şekil 5. Yağ kapı kapağı ve sensorleri Şekil 6. Yağ kabı ve motoru Şekil 8. Elektronik Kontrol ve Gözlem Karı Şekil 9. Elektronik Kontrol ve Gözlem Panosu 5. Sonuç Şekil 7. Yağlama Dolu kabı ve motoru Takım çalışması ülkemiz açısından çok gereklidir ve yokluğu büyük bir eksiklik göstermektedir.. KKTC de teknolojik tasarım ve ürün geliştirmesine önem verilmelidir. Geleceğimiz açısından bu çok önemlidir. Kısa vadede başarı göstermek için dışarıdan sistem alımı, geleceğimizi kaybetmekdir. Özel sektörün üretim ve uygulama alanındaki istemleri için ürün geliştirme faliyetleri artmalıdır.