Kontrol Sistemlerine Giriş

Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ELKE 304 Kontrol Sistemlerine Giriş Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ Son Teslim Tarihi: Derslerin son günü İsmail H. ALTAŞ www.altas.org i

ÖNSÖZ ELK 304 Otomatik Kontrol Sistemleri dersini alan öğrencilerin kontrol sistemleri ile ilgili hayal güçlerini kuvvetlendirmek, farklı fabrika ve sistemlerde otomatik kontrol uygulamalarının nasıl gerçekleştirilebileceği konusunda beyin jimnastiği yapmalarını sağlamak ve onları grup çalışmasına alıştırmak amacıyla böyle bir dönem ödevi verilmiştir. Bu dönem ödevini gerçekten emek harcayarak yapanlar aslında küçükte olsa bir mühendislik çalışması yapmış olacaklardır. Çalışmanın sonunda hazırlanıp verilecek olan ortak çalışma raporu, yapılan bir çalışmadan sonra yetkili kişiye nasıl bir rapor sunulacağı konusunda da bir deneyim olacaktır. Bu nedenle raporların dikkatlice ve istenilen formata uygun olarak hazırlanması önem arz etmektedir. İyi hazırlanmış ödevler/raporlar dersin web sayfasında yayınlanacaktır. Ayrıca hazırlanış ve içerik bakımından uygun olan ödevlerin Otomasyon ve Electrotech gibi dergilerde yayınlanmasına çalışılacaktır. Gerekli gayret ve çalışma arzusunu gösterecek öğrencilerim başta olmak üzere, onlara araştırmaları sırasında yardımı dokunan/dokunacak olan herkese şimdiden teşekkür ederim. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org ii

ÖZET Bu açıklamalar, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü nde 6. yarıyılda okutulmakta olan ELK 304 Otomatik Kontrol Sistemleri dersini alan öğrenciler için hazırlanmıştır. Bu dönem ödevini yaptırmakla öğrencilerin sanayi ve diğer üretim tesislerinde kullanılan üretim süreçleri ve bu süreçlerde kullanılan kontrol eleman ve türleri konusunda bilgi sahibi olmaları hedeflenmektedir. Bu dönem ödevi grup çalışması şeklinde yürütülerek öğrencilerin yaptıkları araştırma sonuçlarını birlikte tartışıp, topladıkları verileri değerlendirerek bir sonuca varacaklar ve bunları yazılı bir rapor haline getireceklerdir. Ayrıca öğrencilerin hayal güçlerini kullanarak üzerinde çalıştıkları üretim sürecini daha ekonomik, verimli ve kullanışlı duruma getirmek için neler yapılması gerektiği gibi sonuçlara varmaları, kendilerine mühendislik açısından farklı ve alternatif çözüm üretebilme becerisi kazandıracak ve bu konudaki cesaretlerini artıracaktır. iki kısma sahiptir. Birinci kısım araştırmaya dayalı olup, herhangi bir üretim sürecindeki aşamaların incelenmesi, yorumlanması ve daha iyi nasıl olacağı konusunda görüşler üretmeye dayalıdır. Projenin İkinci kısmı bir tasarım ve pratik çalışma şeklindedir. Bu kısımda gruplar kendilerine verilen pratik çalışmayı tasarlayıp, projelendirecek ve pratik olarak da gerçekleştireceklerdir. Gerçekleştirilen pratik çalışmalara Proje İçeriği başlığı altında açıklanan deneyler uygulanacakapılacak ve sonuçlar kaydedilip değerlendirilecektir. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org iii

İÇİNDEKİLER Önsöz Özet İçindekiler ii iii iv 1. Proje İçeriği 1 2. Proje Çalışma Raporunun Hazırlanması 2 3. Proje Çalışma Raporunun Teslim Edilmesi 4 4. Proje Olarak Çalışılacak Üretim Süreçleri 5 5. Gerçekleştirilecek pratik devre ve mekanik sistemlere Örnekler 6 6. Proje Grupları ve Çalışacakları Proje Konularının Numaraları 13 7. Sonuçlar 13 8. Değerlendirmeler 13 Kaynaklar 13 Ekler 14 Ek 1. Açıklamalar 14 İsmail H. ALTAŞ www.altas.org iv

İsmail H. ALTAŞ www.altas.org v

1. Proje İçeriği Dönem projesi olarak belirli sayıda öğrenciden oluşan her gruba bir üretim süreci ve pratik bir çalışma verilmiştir. Dolayısıyla 2 kısımdan oluşmaktadır. KISIM I Bu kısımda, üretim sürecinde ham madde girişinden pazarlamaya, hazır ürün çıkışına kadar hangi işlem aşamalarının bulunabileceğini araştırarak, otomatik kontrol mühendisliği açısından aşağıda sıralanan soruların cevaplarını içeren ayrıntılı bir rapor hazırlayınız. a. Üretim sürecinin girişten çıkışa işlem akış diyagramı nasıldır, diyagramdaki her aşamada, her blokta neler yapılmaktadır? b. Üretim sürecinin neresinde hangi amaçla ne tür kontrol işlemi uygulanabilir? c. Uygulanabilecek her bir kontrol işlemi için gerekli olan giriş-çıkış işaretleri neler olabilir? d. Kontrol amaçlı işaretler neden, neyle nasıl ölçülüyor olabilir? e. Kontrol amaçlı işaretlerin ölçülüp kullanılmasında ne tür algılayıcı, işaret dengeleyici, yükselteç kullanılıyor olabilir? f. Denetleyici (Kontrolör) çıkışındaki işaret denetlenen sisteme (üretim sürecinde denetlenen birimlerin her birine) nasıl uygulanıyor? Doğrudan mı, yoksa bir ara birim (actuator) üzerinden mi? g. Kontrol işlemleri üretim sürecini nasıl etkiliyor? Kontrol işlemleri olmasa bu süreç gerçekleştirilebilir miydi? h. Kontrol işlemini gerçekleştirmek için ne tür cihazlar (Bilgisayar, PLC, CNC, Mikrobilgisayar, PIC, El ile doğrudan ayarlama, vb. gibi) kullanılıyor? i. Bir önceki şıkta kullanılan cihazlar nasıl çalışır, ne işe yararlar? KISIM II Bu kısımda her gruba bir elektrik devresi veya mekanik bir sistem verilecektir. Verilen bu sistemlerin kurulup, gerçekleştirilmesi ve üzerlerinde deneyler yapılması istenecektir. Pratik olarak gerçekleştirilecek olan devreler karışık R-LC devreleri, OP-AMP devreleri, mekanik yaylı veya döner hareketli sistemler, düzlemsel hareket eden sistemler, elektrik motoru vb bulunduran devre veya sistemler olacaktır. Bu devre veya sistemler gerçekleştirildikten sonra girişlerine uygulanan gerilim, kuvvet veya moment değerlerine göre çıkışlarındaki işaretin değişimi, giriş çıkış arasındaki ilişkiler, zaman sabitleri, atalet momentleri, sürtünme katsayıları gibi sistem parametrelerinin belirlenmesi istenecektir. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 1

2. Proje Çalışma Raporunun Hazırlanması Proje yazım formatı aşağıdaki gibi olmalıdır. Bölüm web sayfasında yer alan Bitirme Projesi yazım kuralları bu projenin hazırlanmasında da kullanılabilir. Dış kapak Üniversitenin adı, fakültenin adı, bölümün adı, projenin adı (Kısım I ve Kısım II de çalışılan konu başlıkları ayrı ayrı alt alta yazılmalı), projenin yapıldığı dersin adı, proje grubundaki öğrencilerin adları, projeyi yaptıran öğretim üyesinin adı. İç Kapak Dış kapağın aynı. Önsöz Proje size kazandırdıklarını kısaca özetleyip, proje ile ilgili çalışmalar sırasında yardım aldığınız kişi ve kurumlara teşekkür ediniz. Özet Projenin kısa bir özetini ( yarım sayfa- bir sayfa) yapınız. İçindekiler Proje raporundaki konu başlıklarını yer aldıkları sayfaların numaraları ile sıralayınız. Bölüm 1 Üretim Süreci 1.1 Giriş Size verilen üretim sürecini genel anlamda tanıtınız. 1.2 Çalışılan Üretim Sürecinin Adı Üretim sürecinin aşamalarını, içerdiği temel elemanları tanıtınız, bunları bir akış diyagramı veya şeması biçiminde sıralayıp, her bir aşama hakkında kısa fakat yeterli bilgiler veriniz. 1.3 Kontrol İşlemleri Üretim sürecinin neresinde hangi tür kontrol işleminin uygulanması gerektiğinden başlayarak yukarıda Proje İçeriği başlığı aylında sıralanan soruların cevaplarını içerecek şekilde gerekli açıklama, şekil, fotoğraf, blok diyagramı, vb. her türlü bilgi ve açıklamaları bu kısımda anlatınız. 1.4 Sonuçlar Bu raporunuza konu olan üretim süreci ve uygulanması gereken kontrol işlemlerinin önemi, kullanılacak kontrol eleman, tür ve yöntemlerinin söz konusu sürece ne gibi olumlu veya olumsuz katkılar sağlayacağını burada tartışınız. 1.5 Değerlendirmeler Yaptığınız çalışmanın size neler kazandırdığı, bu kazanımın sonuçlarının neler olduğu konularını bu bölümde tartışıp yazınız. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 2

Bölüm 2 Sistem Gerçekleme ve Model Çıkarma 2.1. Giriş Üzerinde çalışacağınız devre veya sistemi tanıtınız. Ne işe yarayacağı, nerede kullanılabileceği, giriş çıkış özellikleri, çıkış tepkesi hakkında ön bilgiler veriniz. 2.2. Tasarım Üzerinde çalışacağınız devre veya sistemi tasarlama çalışmalarınızı bu kısımda açıklayınız. Devreyi nasıl oluşturacağınızı, simülasyonunu nasıl gerçekleştireceğinizi, parametre değerlerini nasıl belirleyeceğinizi ve bu sistem girişine farklı test işaretleri uyguladığınızda çıkışından ne tür tepkeler alacağınızı grup halinde görüşüp tartışarak belirleyiniz ve bu ayrıtta devre şemaları da çizerek açıklayınız. Gerekli simülasyonları yaparak beklediğiniz sonuçları elde edip edemediğinizi gözleyiniz ve bu konu ile ilgili işlem, sonuç ve değerlendirmelerinizi burada yapınız. 2.3. Gerçekleme Tasarımını yaptığınız devre veya sistemi gerçekleştiriniz. Üzerinde gerekli testleri yapınız. Simülasyondakine benzer şekilde grişine farklı test işaretleri (basamak, rampa, darbe, sinüsoid vb.) uygulayarak çıkış davranışlarını gözlemleyiniz. 2.4. Sonuçlar Üzerinde çalıştığınız sistem ya da elektrik devresi üzerinde yaptığınız test sonuçlarını bu ayrıtta detaylı şekilde inceleyiniz. Her sonucu şekille destekleyip şekilleri açıklayınız. 2.5. Değerlendirmeler Elde ettiğiniz sonuçları bu ayrıtta yorumlayıp değerlendiriniz. Bu çalışmanın size ne tür katkı ve faydası olduğunu belirtiniz. Kaynaklar Varsa kullandığınız kaynakları sıralayınız. Metin içinde alıntı yaptığınız kısımları köşeli parantez içinde ilk defa kullanıldıkları sıraya göre rakamla [1], [2] şeklinde belirtiniz. Daha sonra raporun sonunda Kaynaklar kısmında kullanılma numaralarına göre sıralayıp, kaynak bilgilerini sıralayınız. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 3

3. Proje Çalışma Raporunun Teslim Edilmesi Proje Teslimi Projeler belirtilen formatta hazırlanarak en geç derslerin son günü (22 Mayıs 2010) teslim edilmelidir. Daha geç gelen raporlar kabul edilmeyecektir. Proje raporu hem basılı hem de elektronik olarak teslim edilecektir. Proje notu verilebilmesi için raporların mutlaka basılı (yazıcıdan çıktısı alınarak) teslim edilmesi gerekir. Projelerin yapılması, yazılması ve teslim edilme biçimleri bir bütündür. Bu bütünün bozulacağı her aşamanın puan kaybı olacağını unutmayınız. Elektronik ortamda teslim edilecek olan raporlar, çalışmalarınızla ilgili bütütn Word ve Yazılım dosyaslarını içerecek şekilde bir RAR veya ZIP dosyasında toplanmalı ve ihaltas@altas.org ve/veya ihaltas@ktu.edu.tr e-posta adreslerine gönderilmelidir. İçerisinde dosyalarınızı topladığınız RAR veya ZIP dosyasına isim verirken ve e-posta göndrirken aşağıdaki formata mutlaka uyunuz. Bu formata uymayanların gönderdiği e-postalar dikkate alınmayacağı gibi, basılı verilen raporlardan da bu nedenle puan kırılacaktır. Basılı Raporların Teslimi: Bölüm Başkanlığı girişine üzerinde Kontrol Sistemlerine Girirş yazılı bir kutu konulacak ve raporunu hazırlayan gruplar çıktılarını alarak bu kutuya bırakacaklardır. Proje kapağının yukarıda açıklanan içeriğe sahip olması gerektiği unutulmamalıdır. Grup üyelerinin numara ve isimleri yazılırken sadece çalışmaya katkısı olanlar yazılmalı, çalışmayla hiç ilgilenmeyen grup üyeleri kesinlikle yazılmamalıdır. Proje notu verilebilmesi için raporların mutlaka basılı (yazıcıdan çıktısı alınarak) teslim edilmesi gerekir. E-Mail Raporlarınızı E-mail ile gönderirken aşağıdaki formata mutlaka uyunuz. 1. E-Posta adresinizi resmi bir işte kullanacağınızı ve e-posta adresinde kullanacağınız isim ve takma isimlerin (nickname) sizin kimliğinizi ve karakterinizi yansıtacağını unutmayınız. Bu nedenle e-mail adreslerinizde mutlaka soyadınızı kullanınız. İsim ve soyisim de olabilir. Ancak soyisim mutlaka olmalı. 2. Konu (Subject) Kısmına mutlaka konuyu yazın, boş göndermeyin. Bu dersin raporunu gönderirken konu kısmına ELK 304 Kontrol Sistemlerine Giriş Dönem Ödevi Teslimi yazabilirsiniz. 3. Ekli dosyaların isimleri mutlaka sizin numara ve isminizi içersin. Örneğin; 125230 İsmail H. Altaş (KSG 1).rar 125230 İsmail H. Altaş (KSG 2).zip 4. İçerik kısmına mutlaka e-postayı neden gönderdiğinizi yazın. İçerik kısmı resmi bir yazışma formatında olmak zorundadır. Örneğin; ELK 304 Kontrol Sistemleri Dersi kapsamında hazırlamış olduğumuz Dönem Projesi sonuç raporu ve ekleri ekteki.rar dosyasındadırlar. Saygılarımla, Grup 11 Adına 125230 İsmail H. Altaş Diğer Grup 11 Üyeleri: 125240 Ali Birinci 125250 Bahar İkinci 125260 Recep Üçüncü 125270 Güldeste Dördüncü 5. Bir çalışmanın sonuç raporunun hazırlanıp dosyalanması ve sunulması o çalışmanın yapılması kadar önemlidir. Bunu unutmayınız. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 4

4. Proje Olarak çalışılacak Olan Üretim Süreçleri 1. Bisküvi üretim süreci 2. Parke-lam üretim süreci 3. Kağıt üretim süreci 4. Çimento üretim süreci 5. Kumaş üretim süreci 6. Mobilya üretim süreci 7. Hidroelektrik santral de elektrik gücü üretim süreci 8. Termik santralde elektrik gücü üretim süreci 9. Nükleer santralde elektrik gücü üretim süreci 10. Yemek fabrikasında otomatik yemek üretim süreci 11. Bulaşık makinasında otomatik bulaşık yıkama süreci 12. Çay üretim süreci 13. Çamaşır makinasında otomatik çamaşır yıkama süreci 14. Çay paketleme süreci 15. Rüzgar enerjisinden elektrik gücü üretme süreci 16. Güneş enerjisinden (Fotovoltaik panellerle) elektrik gücü üretme süreci 17. Güneş enerjisinden (termik yöntemlerle) elektrik gücü üretme süreci 18. Yakıt hücreleri ile elektrik gücü üretme süreci 19. Otomobil üretim süreci 20. Elbise dikim süreci 21. Un üretim süreci 22. Tuğla üretim süreci 23. Kiremit üretim süreci 24. Hazır beton üretim süreci 25. Kontrollü şehir trafiği süreci 26. İçme suyu dolum süreci 27. Meyve suyu üretim süreci 28. Demir çelik işleme süreci 29. Peynir üretim süreci (süt aşamasından sonra) 30. İlaç üretim süreci 31. Merkezi ısıtma sistemi işletim süreci 32. Çikolata üretim süreci 33. Porselen üretim süreci 34. Diyaliz makinası işlem süreci 35. Uçak uçuş işlemi süreci 36. Konserve üretim süreci 37. Bilgisayar üretim süreci 38. Televizyon üretim süreci 39. Uydu aracılığı ile haberleşme süreci 40. uydudan yönlendirmeli füze atış süreci 41. İnsansız uçak uçuş süreci 42. Denizaltı seyir işlemi süreci 43. Büyük bir işyerinde personel izleme işlemi süreci 44. Bir hastanın sağlık kayıtlarına kendi ülkesinde gittiği herhangi bir doktor veya hastaneden rahatlıkla ulaşılabilecek bir sistemin işleyiş süreci 45. Deniz suyundan içme suyu elde etme süreci 46. Çöp gibi atıkların elektrik enerjisine dönüştürülmesi süreci 47. Kağıt, cam ve plastik atıklarının geri dönüşümle yeniden kullanılabilir hale getirilmeleri süreci 48. İplik üretim süreci NOT: Burada süreç kelimesi aşama, process, fabrika anlamlarında kullanılmaktadır. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 5

5. Gerçekleştirilecek pratik devre ve mekanik sistemlere Örnekler Kaynak [2] : R.C.Dorf and R.H. Bishop, Modern Control Systems, Prentice Hall Inc., 2001 İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 6

Devre 5. Devre 6. Devre 7. Devre 8. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 7

Sistem 9. Sistem 10. Sistem 11. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 8

Devre 12. Devre 13. Devre 14. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 9

Devre 15. Devre 16. Sistem 17 İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 10

Sistem 18 Devre 19. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 11

Devre 20. Devre 21. Bu devre ve sistemlere yenileri eklenerek sayıları artırılacaktır. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 12

6. Proje grupları ve Çalışacakları Proje Konularının Numaraları Proje gruplarında yer alan öğrenciler ve konuları Yarıyılın 2. haftasında ilan edilecektir. 7. Sonuçlar Bu dönem ödevinin öğrenci üzerindeki olumlu veya olumsuz etkileri, öğrenci başarısına yapacağı katkılar ancak çalışma raporları tamamlandıktan sonra belli olabilecektir. 8. Değerlendirmeler Bu dönem ödevi ile ELK 304 Kontrol Sistemlerine Giriş dersini alan öğrencilerin kontrol uygulamaları konusundaki vizyonlarının çok boyutlu olarak açılması hedeflenmiştir. Bu hedefe ulaşılıp ulaşılamadığı sonuç raporları teslim edildikten sonra ancak anlaşılabilecektir. Eminim ki bu dönem ödevi üzerinde dikkatli ve önem vererek çalışan öğrenciler çalışmalarını bitirdiklerinde kontrol mühendisliği açısından yeni bir vizyona ve problemlere farklı çözümler üretebilme düşüncesine kavuşacaklardır. Kaynaklar [1]. http://eee.ktu.edu.tr/ (30 Mart 2008 tarihinde etkin olan adres) [2]. R.C.Dorf and R.H. Bishop, Modern Control Systems, Prentice Hall Inc., 2001 İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 13

Ekler Ek 1. Açıklamalar 1. Kaynak gösterimi, şekil altı yazılar, tablolar ve formüllerin nasıl yazılacakları konusunda bölümün web sayfasında bulunan Bitirme Ödevi Yazım Kurallarından [1] da faydalanabilirsiniz. 2. Dönem ödevi çalışma raporlarının teslimi derslerin son günüdür. Özür haftasına girmeden bütün raporlar teslim edilmek zorundadır. 3. Gruplar sırayla 5 er kişilik olarak hazırlanmıştır ve grup üyeleri arasında değişiklik yapılmayacaktır. Sadece gruplar kendi aralarında konularını değiştirmek isterlerse ilgili öğretim üyesinin bilgisi dâhilinde bu konu değişikliklerine izin verilecektir. 4. Grup üyeleri iş bölümü yapacak veya hep birlikte çalışacaklardır. Çalışmaya hiçbir katkıda bulunmayan grup üyelerinin isimlerine sonuç raporunda kesinlikle yer verilmeyecektir. Bunun sorumluluğu ve takibi tümüyle grup üyelerine aittir. Grup çalışmasına katkıda bulunmayan üyeler olması halinde diğer grup üyeleri bu durumu en kısa zamanda (dönem sonunu beklemeden) ilgili öğretim üyesine bildirmekle yükümlüdürler. 5. Proje çalışma Raporunun 3., 4. ve 5. Bölümleri altında yer alacak olana çalışmalar yapılırken grup üyelerinin bir araya gelerek konuları enine boyuna tartışmaları faydalı olacaktır. 6. Bu açıklamalar ve bu dokuman hazırlanacak rapor için bir örnektir. İsmail H. ALTAŞ www.altas.org 14