OTOMASYON SİSTEMLERİ DERS NOTLARI Yrd.Doç.Dr. Birol ARİFOĞLU Yrd.Doç.Dr. Ersoy BEŞER 2015 Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 1
Endüstriyel Otomasyon Bir üretim sisteminin istenilen biçimde gerekli işlemlerin insan müdahalesine gerek olmadan otomatik olarak yapılmasını sağlayan süreç olarak tanımlanır. Başka bir ifadeyle üretim biriminin amaca uygun çalışmasını düzenler. Bu düzenleme esnasında ayrıca üretim biriminin yönetim ve planlanması için verilerin sahadan alınması ve ilgili birimlere aktarılması işlemlerini de gerçekleştirir. Endüstriyel otomasyon genel olarak; i) Endüstriyel kumanda sistemleri, ii) Endüstriyel kontrol sistemleri, iii) Endüstriyel veri iletişim sistemleri, alt bölümlerinden oluşur. Endüstriyel kumanda sistemleri : Üretim birimlerinin çalışma koşullarını mantıksal kurallara göre düzenleyen ve gerçekleyen sistemleridir. Bu tür devrelerde mantıksal ilişki, zamanlama ve sayma işlevleri kullanılarak amaca uygun kumanda işaretleri üretilir. Endüstriyel kontrol sistemleri : Bir üretim sürecini, her türlü bozucu etkiye istenen değerde çalışmasını sağlamak üzere kurulan sistemlerdir. Kontrol sisteminin temel görevi, herhangi bir nedenle oluşan hatayı (kontrol edilen büyüklük ile istenen büyüklük arasındaki fark) belirli değerler arasında tutmaya çalışmaktır. Endüstriyel veri iletişim sistemleri : Bilginin güvenilir ve hızlı şekilde birimler arasında gerçek zamanlı olarak akışını sağlayan sistemlerdir. Ayrıca SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) gibi özel yazılımlar ile gerçek zamanlı süreç izleme, uzaktan kumanda ve kontrol işlemleri gerçekleştirilir. Programlanabilir Lojik Kontrolör (PLC Programmable Logic Controller) günümüzde endüstriyel otomasyon sistemlerinin yukarıda anlatılan her üç alt bölümünü de gerçekleyen aygıt özelliğini taşımaktadır. PROGRAMLANABİLİR LOJİK KONTROLÖR (PLC) Otomasyon sistemlerinin en önemli kısmını, bu sistemlere büyük esneklik veren programlanabilen cihazlar oluşturmaktadır. Bu cihazların temelini de mikroişlemciler ya da mikrodenetleyiciler oluşturmaktadır. Gerçekte PLC ler mikroişlemciler ya da mikrodenetleyiciler kullanılarak gerçekleştirilmiş cihazlardır. PLC lerin ortaya çıkarılma amacı, röleli kumanda sistemlerinin gerçekleştirdiği fonksiyonların mikroişlemcili kontrol sistemleri ile yerine getirilebilmesidir. Lojik temelli röle sistemlerine alternatif olarak tasarlandıklarından PROGRAMLANABILIR LOJIK KONTROLÖR (Programmnable Logic Controller) adı verilmiştir. İlk ticari PLC, 1969 yılında röleli elektriksel kumanda devrelerinin yerine kullanılmak üzere Modicon firması tarafından geliştirilmiş ve üretilmiştir. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 2
Şekil 1. Modicon 084 ilk PLC Röleli kumanda devreleri yerine kullanılmak üzere geliştirilen bu aygıt yalnız temel mantıksal işlem komutları içerdiğinden programlanabilir lojik kontrolör adı ile piyasaya sunulmuştur. PLC ler otomasyon sistemlerinde yardımcı röleler, zaman röleleri, sayıcılar gibi kumanda elemanlarının yerine kullanılan mikroişlemci temelli cihazlardır. Bu cihazlarda zamanlama, sayma, sıralama ve her türlü kombinasyonel ve ardışık lojik işlemler yazılımla gerçekleştirilir. Karmaşık otomasyon problemlerini PLC ile çözmek hızlı ve güvenli ve kolaydır. PLC lerin avantajlarını kısaca sıralayacak olursak; PLC leri kullanmak daha kolay ve güvenilirdir. Daha az yer tutar ve daha az arıza yaparlar. Yeni bir uygulamaya daha çabuk adapte olurlar. Kötü çevre şartlarından kolay etkilenmezler. Daha az kablo bağlantısı isterler. Hazır fonksiyonları kullanma imkanı vardır. Giriş ve çıkışların durumları izlenebilir. PLC ler ; lojiksel ve aritmatiksel işlemler, sıralama, sayma, veri işleme, karşılaştırma gibi fonksiyonları gerçekleştirirken girişleri değerlendirip çıkışları atayan, bellek, giriş/çıkış, CPU ve programlayıcı bölümlerinden oluşan entegre bir cihazdır. Günümüzde üretilen PLC lerin giriş/çıkış sayısı, program belleği, işlem yeteneği gibi özellikleri başlangıçtaki durumu ile kıyaslanamayacak bir düzeye ulaşmıştır. Örneğin, geniş ölçekli bir PLC lerde giriş/çıkış sayısı binleri, program belleği megabyte boyutunu ve işlem yeteneği genel amaçlı kişisel bilgisayar düzeyine ulaşmıştır. Piyasada, Allen Bradley, General Electric, Siemens, Mitsubishi, Omron, Toshiba, ABB, Hitachi, Texas Instruments gibi firmalara ait PLC ler yer almaktadır. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 3
a) Siemens Simatic S7 200 b) Siemens Simatic S7 300 c) Siemens Simatic S7 1200 d) Siemens Simatic S7 1500 e) Siemens Simatic S7 400 f) Omron PLC g) ABB AC500 eco h) Mitsubitsi PLC Şekil 2. Piyada yer alan PLC lerden bazıları Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 4
PLC NİN KULLANIM AMACI VE ALANLARI PLC ler endüstri alanında kullanılmak üzere tasarlanmış, sayısal prensiplere göre yazılan fonksiyonu gerçekleyen, bir sistemi ya da sistem gruplarını giriş/çıkış birimleri ile denetleyen, içinde barındırdığı zamanlama, sayma, saklama ve aritmetik işlem fonksiyonları ile genel kontrol sağlayan elektronik bir cihazdır. PLC sistemi sahada meydana gelen fiziksel olayları, değişimleri ve hareketleri çeşitli ölçüm cihazları (algılayıcılar) ile belirleyerek, gelen bilgileri, yazılan programa göre bir değerlendirmeye tabi tutar. Mantıksal işlemler sonucu ortaya çıkan sonuçları da kumanda ettiği elemanlar aracılığıyla sahaya yansıtır. Sahadan gelen bilgiler ortamda meydana gelen aksiyonların elektriksel sinyallere dönüşmüş halidir. Bu bilgiler analog ya da sayısal olabilir. Bu sinyaller bir algılayıcıdan veya bir kontaktörün yardımcı kontağından gelebilir. Gelen bilgi analog ise gelen değerin belli bir aralığı için, dijital ise sinyalin lojik 0 veya lojik 1 olmasına göre sorgulama yapılabilir. Bu algılama olayları giriş birimleri ile müdahale olayları ise çıkış birimleri ile yapılır. PLC ile kontrolü yapılacak sistem büyüklük açısından farklılıklar gösterebilir. PLC ile sadece bir makine kontrolü yapılabileceği gibi bir fabrikanın komple kumandası da gerçekleştirilebilir. Aradaki fark sadece, kullanılan kontrolörün (PLC nin) kapasitesi ile ilgilidir. PLC'ler her türlü otomasyon işlerinde kullanılmaktadır. Kimya sektöründen gıda sektörüne, üretim hatlarından depolama sistemlerine, marketlerden rafinerilere kadar çok geniş bir yelpazede PLC ler kullanılmaktadır. Elektronik sektöründeki hızlı gelişmelere paralel olarak gelişen PLC teknolojisi, gün geçtikçe ilerlemekte otomasyon alanında mühendislere yeni ufuklar açmaktadır. İmalat sanayi, tarım, enerji üretimi, kimya sanayi vb. endüstrinin tüm alanlarında kullanılan PLC lerin genel uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır; i) Sıralı Kontrol PLC lerde en çok kullanılan kontrol yöntemidir. Bu kontrol yöntemi sıralı çalışma özelliği ile kumanda sistemlerine en benzer olan endüstriyel uygulamadır. Uygulama açısından, bağımsız makinelerde ya da makine hatlarında, konveyör ve paketleme makinelerinde ve hatta modern asansör denetim sistemlerinde kullanılmaktadır. ii) Hareket Kontrolü Doğrusal veya döner hareket denetim sistemlerinin PLC ler ile ortak kullanılmasıdır. Örnek olarak servo kontrol veya hidrolik sürücülerde kullanılabilen tek ya da çok eksenli bir sistem denetimi verilebilir. PLC hareket kontrolü uygulamaları, sonsuz bir makine çeşitliliği ve çoklu hareket eksenlerini kontrol edebilirler. Bunlara örnek olarak; kartezyen robotlar, film, kauçuk ve dokunmamış kumaş tekstil sistemleri gibi ilgili örnekler verilebilir. iii) Süreç Denetimi Bu uygulama PLC nin birkaç fiziksel parametreyi (sıcaklık, basınç, debi, hız, ağırlık vb gibi) denetleme yeteneğiyle ilgilidir. Bu da bir kapalı çevrim denetim sistemi oluşturmak için, Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 5
analog giriş/çıkış gerektirir. PID fonksiyonunun kullanımıyla PLC, tek başına kapalı çevrim denetleme görevini yerine getirebilir. Buna tipik örnek olarak plastik enjeksiyon makineleri ve ısıtma fırınları verilebilir. iv) Veri Yönetimi PLC ile verilerin toplanması, incelenmesi ve işlenmesi kolaylıkla yapılabilmektedir. PLC ler denetlediği proses hakkında veri toplayıcı olarak kullanılabilir. Bu veriler, denetleyicinin belleğindeki referans veri ile karşılaştırılır ve rapor alımı için başka cihazlara aktarılabilir. Veri yönetimi, endüstride, malzeme işleme tesislerinde, kağıt, metal ve yiyecek işleme gibi birçok prosesde kullanılır. Kullanım Alanlarına Örnekler Havalandırma ve soğutma tesislerinde, Paketleme ve ambalajlama tesislerinde, Taşıma tesislerinde, Otomobil endüstrisi, Petrol dolum ve yıkama tesislerinde, Çimento sanayinde, Klima ve asansör tesislerinde, Aydınlatma ve vinç tesislerinde, İmalat, tarım, tekstil ve her türlü makinelerde, Elektro pnomatik hidrolik sistemlerde, Robot tekniğinde kullanılmaktadır. PLC NİN GENEL YAPISI Bir PLC, en genel anlamda işlevsel üç temel birimden oluşur. Bu birimler; giriş birimi, merkezi işlem birimi (CPU) ve çıkış birimidir. Şekil 3. PLC genel yapısı Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 6
Merkezi İşlem Birimi (CPU) : Merkezi işlem birimi; mikroişlemci, bellek çipleri, bellekten bilgi isteme ve bilgi saklama devreleri ve programlama aygıtlarıyla işlemcinin ihtiyaç duyduğu haberleşme devrelerinden oluşur. İşlemci zamanlama, sayma, tutma, karşılaştırma ve temel dört işlemi içeren matematik işlemleri gerçekleştirilebilir. Bellekler : PLC de bulunan bellekler 3 kısımdan oluşmaktadır. Sistem Program Belleği : Bu bellek ROM tipi (sadece okunabilir) bellektir ve içinde PLC nin işletim sistemin bulunmaktadır. Program Belleği : Bu bellek EEPROM tipi bellektir. Bu belleğe programcının yazdığı program kaydedilmektedir. Veri Belleği : İşlem esnasında veya sonucunda oluşan ve daha sonra kullanılacak olan verilerin saklandığı yerdir. Örnek : Giriş/Çıkış ların durumları, sayıcı/zamanlayıcı içerikleri analog işaretlere ilişkin sayısal değerler vb. Ayrıca PLC lerde ara değerlerin saklandığı Marker, Flag, Internal Output, Auxilary Relay gibi işimler verilen veri alanları da bulunmaktadır. Bu verilen için F, M, V gibi harflerle başlayan F0.1, M0.2, V0.0 gibi adresler kullanılır. Giriş Birimi : Sahadan, endüstriyel sistemden, algılama elemanlarından gelen elektriksel işaretleri mantıksal (lojik) gerilim seviyelerine dönüştüren birimdir. Giriş biriminde lojik gerilim seviyelerine dönüşmüş bilgiler Giriş Görüntü Belleğine alınmaktadır. Şekil 4. PLC ye bağlanan bazı giriş/çıkış elemanları Kumanda edilen sisteme ilişkin, basınç, seviye, sıcaklık algılayıcıları, kumanda düğmeleri ve yaklaşım anahtarları gibi elemanlardan gelen 2 değerli işaretler (lojik 0 lojik 1 ) giriş birimi üzerinden alınır. Giriş biriminde gerilim seviyesi ; 24V DC, 100 120V AC, 200 240V AC olabilir. Çıkış Birimi : İşlem sonucunda elde edilen sonuçlar Çıkış Görüntü Belleğine aktarılmaktadır. Çıkış birimi, çıkış görüntü belleğindeki mantıksal (lojik) işaretleri, kontaktör, röle gibi kumanda elemanlarını sürmeye uygun elektriksel işaretlere dönüştüren kısımdır. Çıkış birimi; röle, transistör veya triyak çıkışlı olabilir. Röle çıkış : 1A 8A arasında sık devreye girmeyen ve elektriksel yalıtım gerektiren duumlarda kullanılır. Transistör çıkış : Doğru akım (DC) devrelerinde 0.1A 2A arasında ve hızlı açmakapama yapılması gereken durumlarda kullanılır. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 7
Triyak çıkış : Alternatif akım (AC) devrelerinde 0.1A 2A arasında ve hızlı açma kapama yapılması gereken durumlarda kullanılır. Diğer Birimler : Besleme güç kaynağı : PLC içerisindeki elektronik devrelerin çalışması için gerekli olan gerilimi istenilen seviyede temin eder. PLC lerin 220 VAC veya 24 VDC de çalışan tipleri mevcuttur. Bazı PLC lerde dahili bir güç kaynağı bulunmakta olup bu kaynak PLC nin kendisinin, genişleme modüllerinin gereksinimini karşılamaktadır. İletişim ara birimi : PLC nin dokunmatik panel, bilgisayar, motor sürücüleri ve diğer PLC ve cihazlar ile haberleşmesini sağlayan birimdir. Haberleşme esnasında, PLC ler için geliştirilmiş, RS232, RS485, Profibus, Profinet gibi haberleşme protokolleri kullanılmaktadır. Genişleme birimi: Giriş ve çıkış sayısı kumanda problemini çözecek miktarda değilse PLC sistemine ek bir takım modüller bağlanarak cihazın kapasitesi genişletilir. Bu durumda PLC ye giriş ve çıkış üniteleri eklenmiş olur. Genişletilecek giriş ve çıkış sayıları PLC lerin marka ve modellerine göre değişir. Hangi firmanın PLC sine genişletme ünitesi eklenecekse o firmanı ürettiği genişletme modülleri kullanılır. Yüksek hızlı sayıcı birimi, Analog giriş/çıkış birimi : Analog giriş modülleri analog girişlerden alınan analog akım ve gerilim sinyallerini okumak için kullanılır. Bu sinyaller bir analog dijital konverter (ADC) sayesinde dijital sinyale çevrilir. Bu birimde analog sinyal ile orantılı olarak 12 16 bit ikili sayı (binary) şekline dönüştürülür. Analog girişe genellikle sıcaklık, hız, basınç, nem algılayıcıları gibi algılayıcılar bağlanır. Analog çıkış modülü ise dijital bilgiyi analog sinyale dönüştürerek, küçük motorlar, valfler ve analog ölçü aletleri gibi elemanlara kumanda eder. Gerçek zamanlı saat birimi, Programlayıcı birimi : Yazılan bir programı işletilmek üzere PLC program belleğine yüklenmesi bir programlayıcı birimi sağlanır. Bu birim günümüzde kişisel bilgisayara yüklenmiş bir yazılımdır. Bu birim programın yazılması, PLC ye aktarılması ve çalışma anında giriş/çıkış, sayıcı, zamanlayıcı ve veri belleğindeki çeşitli bilgilerin durumlarının gözlenmesi veya değiştirilmesi gibi olanakları da sağlamaktadır. PLC lere gerektiği durumlarda ek olarak ; Dijital Giriş/Çıkış (I/O DI/DO) modülleri, Analog Giriş/Çıkış (AI/AO) modülleri, Hızlı Giriş/Çıkış (I/O DI/DO) modülleri, Termokupl modülleri, Sürücü modülleri, bağlanabilmektedir. PLC Giriş/Çıkış Elemanları Butonlar : Start Butonu : Start (NO kontak) (başlatma) butonudur. Bu butonlarda kontak normalde açıktır. Butona basılınca, açık olan kontak kapanır. Buton üzerinden etki kaldırıldığında, kapanan kontak hemen açılır. Bunlara ani temaslı buton da denir. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 8
Şekil 5. Start butonunun elektriksel gösterimi ve resmi. Stop Butonu : Stop (NC kontak) (durdurma) butonudur. Bu butonlarda kontak normalde kapalıdır. Butona temas edilince, kapalı olan kontak açılır; temas olduğu sürece açık kalır. Butondan temas kalkınca kontaklar normal konumunu alır. Şekil 6. Stop butonunun elektriksel gösterimi ve resmi. İki Yollu Kumanda Butonu : Start (NO kontak) ve stop (NC kontak) butonunun birleşmesinden oluşmuştur. Kapalı kontak stop butonu olarak açık kontak ise start butonu olarak kullanılır. Mekanik Sınır Anahtarları : Şekil 7. Jog butonunun elektriksel gösterimi ve resmi. Mekanik bir etkiyle kontakları konum değiştiren giriş elemanlarıdır. Şekil 8. Sınır anahtarının elektriksel gösterimi ve resmi. Endüktif Yaklaşım Sensörler : Kendisine yaklaşan cismi temas etmeden algılamak için kullanılır. Sensör kendi algılama sahası içerisinde bir manyetik alan oluşturur. Algılama sahasına giren bir metal cisim bu manyetik alanı etkiler. Bu değişim sensör içerisindeki elektronik devrelerde işlenir ve sensörün çıkış değerini değiştirir. Endüktif yaklaşım sensörleri Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 9
daha çok, makinelerin hareketli metal parçalarının konumlarını algılamak amacıyla kullanılır. Endüstriyel alanda ise makine otomasyonunda pozisyon algılama ve hareket kontrol amacıyla kullanılırlar. CNC kontrollü takım tezgahları, robotik uygulamalar, enjeksiyon ve ekstrüksiyon makinaları, ambalaj makinaları, hidrolik presler, otomat tezgahları, sac kesme makinaları endüktif sensörlerin uygulama alanlarıdır. Endüktif sensörler genellikle 50mm mesafeye kadar algılama yaparlar. Fiziksel özellikleri birçok uygulama için farklılık gösterir. Standart uygulamalarda kullanılan modeller silindirik ve kübik olmalarına rağmen özel uygulamalarda birçok farklı şekilde imal edilebilirler. Metrik vida dişli standart silindirik sensörler M5, M8, M12, M18 ve M30 dur. Sensör çapı büyüdükçe algılama mesafesi artar. Standart M5 endüktif sensör 1 2mm mesafeye kadar algılama yaparken, standart M30 endüktif sensör 15 20 mm mesafeden algılama yapabilirler. Şekil 9. Endüktif Yaklaşım sensörünün iç yapısı ve fotoğrafı. Kapasitif Yaklaşım Sensörler : Alandaki kapasitif değişikliği saptayarak algılama yaparlar. Kapasitif yaklaşım algılayıcıları hem iletken olmayan (plastik, tahta, cam, porselen vb.) hem de iletken olan (metaller) nesneleri algılamak için sanayide kullanılırlar. Metrik vida dişli standart silindirik sensörler M5, M8, M12, M18 ve M30 dur. Sensör çapı büyüdükçe algılama mesafesi artar. 2 15mm mesafeden algılama yapabilirler. Şekil 10. Kapasitif Yaklaşım sensörünün fotoğrafı. Optik Sensörler : Optik sensörlerin, cisimden yansımalı, karşılıklı tip ve reflektörlü olanları mevcuttur. Tehlikeli makinelerin çevresinde güvenlik bariyeri olarak, otopark girişlerinde araç saydırma işlemlerinde, üretim bantlarında üretilen malın sayımında, alarm sistemlerinde, yaklaşım anahtarı olarak otomatik kapılarda vb. gibi yerlerde kullanılırlar. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 10
Şekil 11. Çeşitli optik sensörlerin fotoğrafları. Röleler : Küçük güçteki elektromanyetik anahtarlara, röle denir. Röleler elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur. Şekilde bir rölenin yapısı, görünüşü ve sembolü verilmiştir. Elektromıknatıs, demir nüve ve üzerine sarılmış bir bobinden ibarettir. Bobin uçlarına gerilim uygulandığında, nüve mıknatıslık özelliği kazanarak paleti kendine doğru çeker. Bu hareket sonucu, palet üzerindeki kontaklar konum değiştirir, açık olan kontak kapanır, kapalı olan kontak açılır. Rölelerde bir veya daha fazla sayıda kontak bulunabilir. Rölenin paletine bağlanmış bir yay kontakların normal konumda kalmalarını sağlar. Rölenin kontakları normalde açık ("Normally Open NO"), normalde kapalı ("Normally Closed NC") şeklinde olabilir. Şekil 12. Bir rölenin yapısı, fotoğrafı ve sembolü. Kontaktörler : Kontaktörler, bobinine enerji verilmesiyle açık kontakları kapatan, kapalı kontakları açan, uzaktan kontrol edilmeye imkân veren elektromanyetik anahtarlardır. Rölelerin aksine, yüksek akım çeken devrelerde kullanılır. Kontaktör elektrik motorlarında, kompanzasyonda kondansatörlerin devreye alınıp çıkarılmasında, ısıtma sistemlerinin ayarlanmasında sıklıkla kullanılır. Termik röleler ile kullanıldığında ise cihazları ve tesisleri aşırı yük akımlarına karşı korurlar. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 11
Şekil 13. Kontaktörün çalışma prensibi. Şekil 14. Çeşitli kontaktörlerin fotoğrafları. Bir kontaktörün yapısında bulunan temel elamanlar demir nüve, bobin, palet ve kontaklardır. Demir Nüve: Alternatif akım kontaktörlerinde ince saçlardan yapılır, doğru akım kontaktörlerinde tek parçalı yumuşak demirden imal edilir. AC kontaktörlerinde nüvenin ön yüzüne oyuklar açılır ve bu oyuklara bakır halkalar yerleştirilir. Bu halkalar hem gürültü ve titreşimi önler hem de akımın sıfır olduğu durumda nüvenin bırakılmasına engeller. DC kontaktörlerinde ise bobinin enerjiden kesildiği anda paleti hemen bırakması için plastik pullar yerleştirilir. Şekil 15. Kontaktör nüvesi, bakır halka ve bobin resimleri. Bobin: Üzerinden akım geçmesiyle nüveye manyetik özellik katar. Sarım sayısı çalışma gerilimine göre değişir. Bobinlerin gerilimleri DC ya da AC olarak 24 48 220 380 volt olabilmektedir. Kontaklar: Normalde açık (NO) ve normalde kapalı (NC) olmak üzere iki çeşittirler. Bunlar ana ve yardımcı kontaklar olarak da adlandırılırlar. Palet üzerine yerleştirilen Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 12
kontakların bir kısmı başlangıçta açık veya kapalıdırlar. Bobinin enerjilenmesiyle kontaklar durum değiştirirler. Güç Kontakları Şekil 16. Kontaktör bobin ve kontak sembolleri. Yardımcı Kontaklar Güç kontakları (ana kontaklar), ana akım yolu üzerinde bulunur ve yük akımını taşırlar. Yardımcı kontaklara göre yüksek akıma dayanıklı olup, motor vb. alıcıları çalıştırmak için kullanılırlar. Bu nedenle yapıları büyüktür. Kumanda kontakları (yardımcı kontaklar), isminden de belli olduğu üzere kumanda sisteminde kullanılır ve kumanda devresinin akımını taşırlar. Termik aşırı akım rölesi, zaman rölesi, ısı kontrol rölesi, mühürleme vb. gibi düzeneklerin çalıştırılmasında görev yaparlar. Bu kontakların ana akım kontaklarına göre mukavemetleri düşüktür. Bu nedenle yapıları küçüktür ve ana akım devresine bağlanmamalıdır.ana kontaklar yük akımını, yardımcı kontaklar kumanda akımını taşırlar. Şekil 17. Kontaktör kontaklarını elektriksel sembol ve numaraları. Zaman Röleleri : Zaman röleleri, zamanı tutmak için kullanılan kumanda elemanıdır. Özelliğine göre, zaman rölelerinin kontakları, ani ya da zaman gecikmeli olarak konum değiştirir. Zaman röleleri en çok düz zaman rölesi (ON delay timer) ve ters zaman rölesi (OFF delay timer) olarak bulunur. Şekil 18. Çeşitli zaman röle fotoğrafları. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 13
Düz zaman röleleri : Bobinine enerji verildikten belli bir süre sonra, normalde açık olan kontağını kapatır, normalde kapalı olan kontağını da açar. Başka deyişle ; Röle bobinine enerji uygulandığında, ayarlanan süre sonunda kontaklar konum değiştirir. Röle bobininin enerjisi kesildiğinde kontaklar ilk konumuna geri döner. Şekil 19. Düz zaman rölesi bobin ve kontak sembolleri. Şekil 20. Düz ve ters zaman rölesi zaman diyagramları. Ters zaman röleleri : Röle bobinine enerji uygulanır uygulanmaz, kontaklar hemen konum değiştirir. Röle bobininin enerjisi kesildiğinde, ayarlanan süre sonunda kontaklar ilk konumuna geri döner. Zamanlayıcının gecikme zamanı, kullanılan zamanlayıcının tipine bağlıdır. Örneğin 0.1sn., 1sn., 1dk. vb. Şekil 21. Ters zaman rölesi bobin ve kontak sembolleri. Sayıcılar : Sayıcı, girişine uygulanan verileri saymaya yarayan kumanda elemandır. Sayıcılar, ardışık diyagram içerisinde numaraları kontrol etmek ve göstermek amaçları ile kullanılır. Sayıcılar, toplam sayıcı ve on değer sayıcısı olmak üzere ikiye ayrılabilir. Toplam sayıcı, saymaya ve sayılan değeri ekranında göstermeye yarar. Herhangi bir çıkış kontağı yoktur. On değer sayıcısı ise, önceden belirtilmiş olan değere kadar giriş verilerini sayar ve bu değere ulaşıldığı anda çıkış kontağını aktif eder. On değer sayıcıları hemen hemen toplam sayıcıların sahip olduğu tüm özelliklere sahiptir. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 14
Şekil 22. Çeşitli sayıcı fotoğrafları. Yukarı sayıcı (UP counter) : Bu sayıcı, her giriş sinyalinde saymış olduğu sayıyı bir yukarıya arttırır. Asağı sayıcı (DOWN counter) : Bu sayıcı, her giriş sinyalinde saymış olduğu sayıyı bir aşağıya doğru azaltır. Yukarı / asağı (UP/Down) sayıcı : Bu sayıcı, her bir sinyalin gelişine göre toplam sayıyı artıran ya da azaltan fonksiyona sahiptir. Şekil 23. Sayıcı zaman diyagramları. Kaynaklar 1) PLC ile Endüstriyel Otomasyon, Salman Kurtulan,2010. 2) MEB Temel PLC Eğitimleri, 2011. 3) Elektromekanik kumanda sistemleri, Yrd.Doç.Dr. Nuray At, Yrd.Doç.Dr. Hanife Apaydın Özkan, Anadolu üniversitesi, 2013. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 15
KUMANDA DEVRELERİ Örnek : Stop öncelikli Start Stop Devresi (Klasik Mühürleme Devresi): START butonuna basıldığında M kontaktörü enerjilenir, M kontaktörünün normalde açık (NO) kontakları kapanır ve motor dönmeye başlar. Aynı anda M kontaktörünün START butonuna paralel bağlı olan kontağı da kapanır ve akım üzerinden geçmeye başlar. Dolayısıyla START butonu bırakılsa bile akım start butonuna paralel bağlı M kontağından geçerek M kontaktörünü enerjili tutmaya devam eder. Bu olaya mühürleme (elektriksel mühürleme) adı verilir. STOP butonuna basıldığı zaman M kontaktörünün enerjisini kesilir, kontaktör enerjilendiğinde kapanan kontaklar eski durumuna geri döner ve motor durur. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 16
Örnek : Start öncelikli Start Stop Devresi : Örnek : Elektriksel Kilitlemeli Dönüş Yönünü Değiştirme Devresi Motoru istenilen yönde döndürmek için ILERI ve GERI butonları kullanılır. Motor bir yönde dönmekteyken tersi yönde dönmesi kumanda devresinden elektriksel olarak engellenmiştir. Örneğin ILERI butonuna basıldığında I kontaktörü enerjilenecek ve motor ileri yönde dönmeye başlayacaktır. I kontaktörü enerjilendiğinde, G kontaktörünün önünde bulunan I kontaktörünün normalde kapalı kontağı (NC) açılır ve Geri butonuna basılsa bile G Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 17
kontaktörünün enerjilenmesini engeller. Bu duruma elektriksel kilitleme denir. Dolayısıyla motoru geri döndürmek için önce STOP butonuna basılarak I kontaktörünün enerjisinin kesilmesi gerekir. Örnek : Sınır Anahtarı ile Dönüş Yönü Değiştirme Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 18
Örnek : 2 start ve 2 stop butonu ile 2 ayrı motorun kontrolü yapılacaktır. 1. motorun start butonuna basıldığında 1 nolu motor çalışacaktır. 1 nolu motor çalışırken 2. motorun start butonuna basılsa bile 2 nolu motor çalışmayacaktır. Aynı durum 2 nolu motor içinde geçerli olacak yani 2 nolu motor çalışırken 1. motorun start butonuna basılsa bile 1 nolu motor çalışmayacaktır. Gerekli kumanda ve güç devresini çiziniz. Örnek : Bir giyotin pres çalıştırılacaktır. Güvenlik amacıyla pres üzerinde 2 adet start butonu yerleştirilmiştir. 2 start butonuna 1 dk süre ile basıldığında pres devreye girecek ve 3 dk. çalışıp devreden çıkacaktır. 2 start butona basıldığında ve basılı kaldığı süre boyunca bir korna çalacak ve pres çalışmaya başlayınca 2 start butonuna basılsa bile korna devreden çıkacaktır. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 19
Örnek : Bir tezgah üzerindeki 3 motor aşağıdaki sıra ve şartlara uygun çalışacaktır. Start butonuna basılır basılmaz sistem kontaktörü devreye girecektir. Sistem kontaktörünün devreye girmesi ile birlikte 1 nolu motor devreye girecektir. 1 nolu motor 10dk çalışıp devreden çıkacak ve 2 nolu motor devreye girecektir. 2 nolu motor 15dk çalışıp devreden çıkacak ve 3 nolu motor devreye girecektir. 3 nolu motor 5dk çalışıp devreden çıkacak ve sistem başa, start butonuna basılmadan önceki durumuna dönecektir. Örnek : Bir start ve stop butonu ile bir motor periyodik olarak çalıştırılacaktır. Start butonuna basıldığında bir sistem kontaktörü devreye girecektir. Sistem kontaktörü ile beraber motor devreye girecektir. Motor 3dk çalışıp, 2dk durarak periyodik olarak çalışacaktır. Bu periyodik çalışma stop butonuna basılmasıyla duracaktır. Gerekli kumanda ve güç devresini çiziniz. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 20
Örnek : Bir hidrolik pompa sistemi çalıştırılacaktır. (NOT: Sistem kontaktörü kullanılmayacaktır.) Start butonuna basıldığı zaman uyarı korması çalmaya başlayacak ve start butonuna 1 dk boyunca sürekli basılırsa hidrolik pompa devreye girecektir. Hidrolik pompa 10dk çalışıp devreden çıkacaktır. Eğer start butonuna 1dk dan az süre ile basılırsa hidrolik pompa devreye girmeyecektir. Hidrolik pompa devreye girdikten sonra start butonu bırakılsa bile hidrolik pompa 10dk boyunca devrede kalacaktır. Hidrolik pompa devreye girince korna devreden çıkacaktır. Hidrolik pompa devreden çıktıktan sonra start butonuna basılsa bile 5dk boyunca devreye girmesi engellenecektir. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 21
Örnek : Zaman diyagramı verilen sistemin kumanda devresini gerçekleştiriniz. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 22
PLC DE PROGRAMIN YÜRÜTÜLMESİ Başlangıç PLC de programın yürütülmesi, yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi belirli işlemlerin sürekli periyodik bir çevrim halinde yapılması ile gerçeklenir. Kesmeli çalışma, analog giriş/çıkış biriminden veri okuma veya yazma, giriş biriminden anında okuma, çıkış birimine anında yazma gibi işlemlerin yapılmadığı sadece dijital giriş/çıkış biriminden okuma veya yazma yapıldığı durumlarda yukarıda görülen periyodik çevrim sürekli tekrarlanır. Yukarıda belirtilen periyodik çevrime 1 tarama süresi (1 scan time) adı verilir. Tarama süresi (scan time) genel olarak 1024 Byte başına işlem hızı olarak adlandırılır ve 0.1ms 20ms arasında değişebilir. PLC nin çalışması kısaca anlatacak olursak; 1) PLC nin Giriş Birimine bağlı olan giriş elemanlarından gelen giriş bilgileri okunur ve PLC nin Giriş Görüntü Belleğine yazılır. Bu bilgiler bir sonraki tarama çevrimine kadar değişmez. 2) Program belleğinde yer alan komutlar sırayla işlenir ve elde edilen çıkış değerleri Çıkış görüntü Belleğine yazılır. 3) İşlemci ve işletim süreci denetlenir herhangi bir sorun yoksa Çıkış Görüntü Belleğindeki bilgiler Çıkış Birimine aktarılır. Çıkış Birimine aktarılan dijital bilgiler bir sonraki tarama çevrimine kadar değişmez. Böylece 1 tarama çevrimi tamamlanır ve bir sonraki çevrime geçilir. Bu çevrim PLC, STOP durumuna alınıncaya kadar devam eder. PLC lerde WATCHDOG Timer (Bekçi Köpeği) olarak isimlendirilen bir zamanlayıcı bulunmaktadır. Eğer PLC WATCHDOG Timer da ayarlanan süre içerisinde tarama çevrimini tamamlayamaz ise PLC de Hata (Fault) olduğu varsayılarak PLC durdurulur ve tüm çıkışlar sıfırlanır. Watchdog Timer ın zaman süresini programcı PLC kataloğunda yer alan sürelere göre ayarlar. Normal çalışma durumunda PLC nin girişleri tarama çevriminin başında okunur, PLC nin çıkışları da tarama çevriminin sonunda güncellenir. Özel durumlarda, bazı girişlerin komutların işlendiği anda okunması, bazı çıkışların da komutların işlendiği anda yazılması (çıkışa yansıtılması) istenebilir. Başka bir deyişle girişlerin, giriş görüntü belleğinden değilde doğrudan giriş biriminden okunması ve/veya çıkışların çıkış görüntü belleğinden değilde doğrudan çıkış birimine yazılması istenir. Bu durumda İvedi Giriş/Çıkış komutları (Immediate I/O Instructions) kullanılarak PLC ile anında okuma yazma Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 23
yapılabilir. Ancak bu komutlar ile sadece komutların işlendiği anda girişlerden okuma, çıkışlardan yazma yapılabilir. Gerçek anlamda girişlerden gelen bilgileri kaçırmamak için (Hızlı değişen bilgileri algılayabilmek için) Kesme (Interrupt) kullanılır. Kesme kullanıldığı durumda programın bulunduğu yere bakılmaksızın Kesme Girişi geldiği anda PLC nin o an yürüttüğü program durdurulur, Kesme alt programına geçilir ve kesme programı yürütülür. Kesme programı bitince PLC Kesmeye dallanmadan önce yürüttüğü programa kaldığı yerden devam eder. Üç farklı kesme durumu vardır. Bunlar; Zaman Kesmeli Çalışma, Olay Kesmeli Çalışma (Girişlerden gelir) ve Hızlı Sayıcı Kesmeli Çalışmadır. Olay Kesmeli Çalışma; kesme kaynağı olay olan kesmeli çalışmadır. Olaylar PLC nin belirli girişlerinden gelen yükselen veya düşen kenar sinyalleri ile algılanır. Zaman Kesmeli Çalışma; tarama süresinden bağımsız olarak tanımlanmış belirli sürelerde gerçekleşen kesmeli çalışmadır. Kesme süresi programcı tarafından belirlenmektedir. Hızlı sayıcılar, PLC nin tarama süresine (scan time) göre çok kısa sürelerde gelen hızlı sinyalleri algılayıp, değerlendirip duruma göre kumanda sinyalleri üretmek için kullanılır. PROGRAMLAMA YAPILARI Doğrusal (Lineer) Programlama Doğrusal programlama, bütün komutların aynı program alanına yazıldığı bir programlama biçimidir. Komut yazım sırasına göre yürütülür ve bir çevrim boyunca bütün komutlar işleme girer. Bu programlama biçiminde program ana program ve alt program biçiminde düzenlenir. Alt programlar ya ana programın program sonu komutundan (END, MEND gibi ) sonra ya da özel bir alana yazılır. Otomasyon Sistemleri Ders Notları B.ARİFOĞLU & E.BEŞER 24