Otomasyon Sistemleri Eğitiminde Animasyon Tabanlı Uygulamaların Yeri ve Önemi Murat AYAZ*, Koray ERHAN**, Engin ÖZDEMİR** *Elektrik Eğitimi, Teknik Eğitim Fak., Kocaeli Üniversitesi 41380 Kocaeli **Enerji Sistemleri Mühendisliği, Teknoloji Fak., Kocaeli Üniversitesi 41380 Kocaeli Özet Endüstriyel uygulamaların kaçınılmaz parçası olan otomasyon sistemlerinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu doğrultuda gerek özel eğitim kurumlarının gerekse kamu eğitim kurumlarının otomasyon sistemleri üzerine verdikleri eğitimi, güncel ve teknolojik gelişmelere uygun hale getirmeleri gerekmektedir. Otomasyon sistemlerinde verilen eğitimin istenilen hedeflere ulaşmasına imkân sağlaması için, teorik bilgiler pratik uygulamalar ile desteklenmelidir. Bu bağlamda kullanılacak deney düzenekleri ekonomi, esneklik, geliştirilebilirlik ve güvenlik gibi noktalar göz önünde bulundurularak tasarlanmalıdır. Otomasyon sistemleri eğitiminde fiziksel deney düzeneklerinin kullanımı, sağladığı avantajların yanı sıra maliyet, güvenlik, çalışma ömrü vb. gibi dezavantajları da beraberinde getirmektedir. Bu dezavantajları ortadan kaldırabilmek adına fiziksel uygulamaların bilgisayar ortamında animasyon tabanlı olarak gerçekleştirilmesi bir çözüm yöntemidir. Bu çalışma kapsamında otomasyon sistemleri pratik eğitiminde kullanılabilecek animasyon tabanlı bir deney seti tasarımı ve uygulaması ele alınmaktadır. Anahtar Kelimeler: PLC, Operatör panel, Eğitim Seti, Otomasyon sistemleri. 1. Giriş Teknolojik uygulamaların hızla geliştiği günümüzde otomasyon sistemleri de teknolojik gelişmelerin paralelinde hızla gelişmekte ve değişmektedir. Bu durum otomasyon sistemleri üzerine yapılan gerek endüstriyel gerekse akademik çalışmaların sürekli olmasını sağlamaktadır. Otomasyon sistemleri üzerine yapılan çalışmalar göz önüne alındığında sistem tasarımları, deneysel eğitim setleri, endüstriyel uygulamalar vb. gibi noktalarda akademik araştırmaların olduğu görülmektedir. Literatüre bakıldığında PLC eğitiminin verilmesine yönelik farklı deney setleri tasarlanmıştır. Bu çalışmalarda göze çarpan ortak nokta, gerçekleştirilen uygulamaların fiziksel deney setleri şeklinde tasarlanmış olmasıdır. Örnek olarak, geleneksel elektriksel kumanda sistemi ile PLC programlamalı kumanda sisteminin karşılaştırılması [1], yürüyen bant-konveyör sistemi [2], tank depolama sistemi ve sıcaklık, basınç ve seviye kontrolü [3], asansör prototipi [4] gibi uygulamalar sayılabilir. Bahsedilen fiziksel uygulamaların haricinde esnek ve modüler uygulamalar [5,6] içeren setler ile farklı birçok sistemi modellemek de mümkün hale gelmiştir. Bu deneysel düzenekler üzerine yapılan çalışmalar, otomasyon sistemleri eğitimini yetkin ve etkili kılmak için gerçekleştirilmektedir. Otomasyon sistemleri (PLC, HMI, SCADA) endüstriyel uygulamaların önemli bir parçasıdır. Otomasyon sistemleri üzerine yetkin teknik personele olan ihtiyaç süreklilik arz etmektedir. Bu bağlamda, otomasyon sistemleri üzerine eğitim veren kurum ve kuruluşları verdikleri eğitimi nitelikli hale getirmek zorundadır. Otomasyon sistemleri üzerine verilen eğitimlerin pratik ve görsel uygulamalar içermesi, verilen eğitimin yetkinliğini arttırmaktadır. Bu çalışma kapsamında otomasyon sistemleri eğitimi üzerine teorik eğitimin pratik ve görsel uygulama eğitimi ile desteklenmesini sağlamak için tasarlanan deneysel eğitim seti ele alınmaktadır. 2. Otomasyon Sistemleri Eğitiminde Pratik-Görsel Uygulamaların Yeri ve Önemi Eğitim iki temel esas üzerine kurulmaktadır. Bu temel esaslardan biri teorik eğitim diğeri ise teorik eğitimin hayata geçirildiği pratik eğitimdir. Özellikle fen bilimleri alanında eğitim alan kişilerin hem teorik bilgisinin hem de uygulama becerisinin olması bir gerekliliktir. Eğitim hayatlarında uygulama becerisini geliştirememiş kişiler öğrenim hayatlarını tamamladıklarında iş bulma konusunda büyük problemlerle karşılamaktadırlar. Endüstride işverenler, işe başlattıkları kişilerden en kısa zamanda fayda sağlamak isterler. Bu doğrultuda öğrenim hayatında
sektörün ihtiyaç duyduğu pratik eğitimi alarak bir takım tecrübeleri edinen kişiler diğerlerine nazaran bir adım önde olmaktadırlar. Otomasyon eğitimi veren kurum ve kuruluşlar, sektörün ihtiyaçları doğrultusunda bir eğitim içeriği ve yöntemi belirlemelidirler. Otomasyon sistemleri eğitiminde verilen teorik bilgiler pratik uygulamalarla desteklenmediği takdirde endüstride yer alacak öğrenci için fayda sağlamamaktadır. Ancak pratik eğitim vermek üzere sistem ve laboratuvar kurmak büyük yatırım gerektirmektedir. Sadece bazı üniversiteler ve özel eğitim kurumları gerekli olan bu yatırım bütçesini karşılayabilmektedir. Diğer eğitim kurumları ise pratik uygulama laboratuvarlarından mahrum kalmaktadırlar. Yüksek yatırım bütçesi gerektiren otomasyon sistemleri laboratuvarları ele alındığında, endüstriyel uygulamalara benzer (konveyör, asansör, tank dolumu vb.) fiziksel deney düzeneklerinin yer aldığı görülmektedir. Otomasyon sistemleri eğitiminde kullanılan fiziksel deney setleri uygulama becerisinin geliştirilmesi açısından büyük öneme sahiptir. Ancak maliyet, güvenlik, çalışma ömrü, esneklik vb, gibi noktalar ele alındığında ortaya çıkan dezavantajlar, eğitim kurumlarını uygulamalı eğitimde farklı yöntemlerin kullanılmasına yöneltmektedir. Gelişen bilgisayar teknolojileri dikkate alındığında klasik fiziksel deney düzeneklerinin yerine bilgisayar ortamında geliştirilen benzer animasyon tabanlı uygulamalar kullanılabilmektedir. Fiziksel deney setlerinde yer alan her bir parça (sensör, valf, anahtar, lamba, motor, vb. gibi) bilgisayar ortamında oluşturularak, aynı setlerin animasyon tabanlı olması sağlanabilmektedir. Böylece bir laboratuvara fiziksel olarak kurulması maliyetli veya imkânsız olan birçok uygulama sanal olarak gerçekleştirilebilir. Bunun yanı sıra laboratuvar ortamında fiziksel deney setlerinin gerek yer gerekse maliyet açısından karşımıza çıkan kısıtlılık problemi ortadan kaldırılabilmektedir. Çünkü bilgisayar ortamında sayısız animasyon tabanlı endüstriyel uygulama örnekleri oluşturabilir ve bir laboratuvara çok sayıda bilgisayar içeren PLC seti panelleri yerleştirilebilir. Kısıtlı laboratuvar bütçelerine sahip eğitim kurumlarının bu tip bilgisayar ortamında gerçekleştirilen animasyon tabanlı eğitim setlerine yönelmeleri, hem verdikleri eğitimin yetkin hale gelmesini hem de bütçelerinin verimli kullanılmasını sağlayacaktır. 3. Animasyon Tabanlı PLC ve Operatör Panel Eğitim Seti Otomasyon sistemleri üzerine verilecek eğitimin kapsamı ve niteliği, deney setlerinde yer alacak parçaların belirlenmesinde başlıca rol oynamaktadır. Temel seviyedeki uygulama eğitimini gerçekleştirmek için oluşturulacak deney setinde başlıca parça programlanabilir mantık denetleyicisidir (PLC). Diğer yer alacak parçalar kullanıcının hedefleri ve imkânları doğrultusunda değişiklik göstermektedir. Bu çalışma kapsamında, maliyet ve laboratuvar koşulları göz önünde bulundurularak oluşturulan animasyon tabanlı eğitim setine ait blok diyagram Şekil 1 de verilmektedir. Operatör Panel Programı PC PLC Programı Animasyon Programı Haberleşme / Bağlantı Noktaları (USB Ethernet RS232) HMI PLC EMÜLATÖR Sanal I/O Paylaşımı Fiziksel I/O Kablosu Şekil 1. Eğitim setinin blok diyagramı.
Şekil 1 de gösterildiği gibi deney seti, bilgisayar (PC), programlanabilir mantık denetleyici (PLC), operatör panel (HMI) ve emülatör olmak üzere dört temel bileşenden oluşmaktadır. Sistemde kullanılan bilgisayar, PLC programının yazılması, kontrol edilmesi, program animasyonlarının izlenmesi ve diğer bileşenlerin haberleşmesinin sağlanması görevlerini yerine getirmektedir. Bu temel işlevlerin yerine getirilmesini sağlayacak donanımsal özellikler, günümüzdeki en basit PC de dahi mevcuttur. Deney düzeneğinde yer alan PLC [7,8], bilgisayarda bulunan animasyon modüllerini programlamak için kullanılmaktadır. Bu animasyonları programlamak için en temel işlevleri yerine getirebilecek özellikte bir PLC kullanılması yeterlidir. Sistemde yer alan bir diğer bileşen olan operatör panelin ise verilecek eğitim kapsamına bağlı olarak, deney düzeneğinde yer alması isteğe bağlıdır. Animasyon modülleri operatör panel üzerinden de kontrol edilebilmektedir. Böylece kullanıcıya operatör panel kullanımı uygulamalı olarak verilmektedir. Kullanılacak PLC ve operatörün markası kullanıcı isteğine göre değişebilir. Bu durum, kullanıcının eğitim vermek istediği bütün marka ve modelde eğitim deney seti hazırlayabileceğini göstermektedir. Çalışma kapsamında oluşturulan animasyon tabanlı otomasyon eğitim seti Şekil 2 de gösterilmektedir. Şekil 2. Animasyon tabanlı otomasyon eğitim seti. Animasyon tabanlı uygulama eğitimi için oluşturulan deney seti ekipmanlarına ait ortalama fiyatlar Tablo 1 de verilmektedir. Tablo 1 de yer alan fiyatlar kullanıcının talep ve ihtiyaçları doğrultusunda değişiklik gösterebilir. Tablo 1 den de anlaşılacağı üzere oluşturulan deneysel düzenek düşük maliyetli olması ile dikkat çekmektedir. Bu değerler çok büyük bütçe gerektirmeksizin bir otomasyon eğitiminin yapılabilmesine olanak tanımaktadır. Tablo 1. Temel düzey bir deney setinin maliyet tablosu. No BİLEŞEN ÖZELLİK FİYAT($)* 1 PLC Minimum 8 Dijital Giriş / Çıkış 390,00 2 Operatör Panel Kullanıcının isteğine bağlı 390,00 3 Emülatör 16 Dijital Giriş / Çıkış, 2 Analog G/Ç 470,00 4 Bilgisayar XP, Win7 32/64 bit 260,00 5 Panel 600*400*200 mm, Sac Panel 130,00 6 Montaj Aksesuar. Sigorta, anahtar, klemens, vs. 130,00 *Yaklaşık fiyatlar verilmiştir. Ortalama Toplam Tutar 1.770,00 Sözü edilen bu bütçe çerçevesinde 2011 yılında Kocaeli Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü otomasyon laboratuvarında 20 adet animasyon tabanlı PLC ve operatör panel eğitim seti kurulmuştur. Bu setler farklı marka ve modelde PLC ünitelerinden oluşmaktadır. Öğrencilerin derse ilgisi, devam durumu ve nihai başarısı göz önüne alındığında, animasyon tabanlı setler kullanılarak verilen eğitimin klasik PLC
eğitimine göre daha başarılı olduğu gözlemlenmiştir. Şekil 3 de laboratuvara kurulan deney setlerinin bir kısmı verilmektedir. 4. Animasyon Tabanlı Örnek Uygulamalar Şekil 3. Deney setlerinin kısmi görüntüsü. Bilgisayar ortamında gerçekleştirilen animasyon uygulamaların gerçek ortam ile ilişkilendirilmesini sağlamak için birçok yöntem ve cihaz kullanılabilir. Bu çalışma kapsamında oluşturulan animasyon tabanlı deney setinde, animasyon uygulamaların PLC ile programlanabilmesini ve çalıştırılmasını sağlamak için FESTO firmasının ürettiği easy port modülü kullanılmaktadır. Bu modül içerisinde yer alan animasyon uygulamaların bilgisayar üzerinde çalıştırılması ve izlenmesi, yine aynı firma tarafından geliştirilen Easyveep programı ile gerçekleştirilmektedir. Emülatör modülü içerisinde yaklaşık 30 adet animasyon uygulaması mevcut durumdadır ve istenilen ilave animasyon tasarımları ise üretici firma tarafından ücretsiz oluşturularak sisteme yüklenmektedir. Böylece yalnızca bir deney setinde 30 ve daha fazla sayıda gerçeğe uygun sistemler için programlama eğitimi sağlanmaktadır. Program içerisinde yer alan bazı animasyon uygulamaları Şekil 4 de verilmektedir.
Tank Seviye Kontrolü Uygulaması Şişe Dolum Uygulaması Paketleme Uygulaması Yük Kaldırma Uygulaması Top Depolama Uygulaması Hareket Sensörü Uygulaması Şekil 4. Animasyon uygulamaları görüntüsü [9]. Şekil 5 de örnek bir uygulama olarak sıcak su tank seviye kontrolü animasyonu ve PLC programının çalışır durumdaki ekran görüntüsü yer almaktadır. Çalışma kapsamında oluşturulan bazı deney setlerinde operatör panel bulunmaktadır. Operatör panel eğitimi üzerine verilecek eğitim çalışmasında, hem bilgisayar üzerinde yer alan animasyon modüllerine bağlı kalınarak hem de bağımsız olarak çeşitli yazılım uygulamaları gerçekleştirilebilir. Örnek olarak animasyon modülleri içerisinde yer alan cep telefonu ve garaj kapısı uygulamaları operatör panele yüklenmiştir. Böylece yazılan programın kontrolü ve izlenmesi bilgisayar üzerinden yapılabileceği gibi operatör panel üzerinden de gerçekleştirilebilir. Operatör panel üzerindeki cep telefonu modülü Şekil 6 da ve garaj kapısı modülü Şekil 7 de gösterilmektedir. Şekil 5. Sıcak su tank seviye kontrolü animasyonu ve PLC programı ekran görüntüsü.
Şekil 6. Garaj kapısı animasyonu bilgisayar ekranı ve operatör paneli görüntüsü. Şekil 7. Cep telefonu animasyonu bilgisayar ekranı ve operatör paneli görüntüsü. 5. Sonuç Otomasyon sistemleri eğitimi, endüstride bu alanda çalışan yetkin personel gereksinimi göz önüne alındığında büyük bir öneme sahiptir. Bu doğrultuda gerek özel gerekse kamu eğitim kurumları otomasyon sistemleri üzerine verdikleri eğitimin kalite ve yetkinliğini teknolojik gelişmelere uygun hale getirmelidir. Otomasyon sistemleri gibi pratik uygulama becerisi gerektiren alanlara ilişkin yetkin bir eğitimin sağlanması için, teorik bilgilerin pratik uygulamalar ile desteklenmesi gerekmektedir. Pratik uygulamalı eğitimde kullanılan deneysel düzenekler yüksek maliyet getirmektedir. Bu maliyetler her eğitim kurumu tarafından karşılanamayacağından eğitim sürecine aynı katkıyı sağlayacak ve daha az maliyetli deneysel düzenekler tercih edilebilir. Fiziksel deney düzeneklerinde yer alan bileşenlerin bilgisayar ortamına aktarılması düşük maliyet bakımından alternatif bir yöntemdir. Gelişen bilgisayar teknolojileri endüstriyel uygulamaların görsel ortamda animasyon tabanlı olarak modellenmesinin önünü açmaktadır. Otomasyon sistemleri eğitiminde kullanılan fiziksel deney düzeneklerinin bilgisayar ortamında gerçekleştirilmesi maliyet, esneklik, güvenlik vb. gibi noktalarda büyük bir avantaj sağlamaktadır. Bu çalışma kapsamında otomasyon sistemleri eğitimi vermek üzere Kocaeli Üniversitesi Teknoloji Fakültesi nde 20 adet animasyon tabanlı eğitim seti tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Son yıllarda bu deney setlerini kullanarak eğitim alan öğrencilerin, otomasyon sistemleri üzerine teorik bilgilerinin ve uygulama becerilerinin geliştiği gözlemlenmiştir. Kaynakça [1] Bayrak G., Kaya T., PLC ve Elektrik Kumanda Devreleri Eğitimi İçin Bir Deney Seti Tasarımı ve Uygulaması, Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu (EMO), 2011. [2] Özerdem Ö. C., Samurkaş T., KKTC Üniversitelerinde Programlanabilir Lojik Kontrolörlerin (PLC) Eğitimi ve PLC Kontrollü Taşıma Amaçlı Bir Laboratuvar Düzeneği Tasarımı, EMO, 2003. [3] Bayındır R., Kaplan O., Bayyiğit C., Sarıkaya Y., Hallaçlıoğlu M., PLC ve SCADA Kullanılarak Bir Endüstriyel Sistemin Otomasyonu, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 27(1), sayfa 107-115, 2011. [4] Çolak İ., Bayındır R., Kuruşçu S., PLC Kontrollü Asansör Eğitim Seti Tasarım ve Uygulaması, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 23(1-2), sayfa 86-94, 2007. [5] Çimen H., Taşkın S., Yabanova İ., Eğitim Amaçlı Esnek ve Modüler Üretim Sistemlerinin Teknik Eğitimde Kullanılması, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, ISSN:1304-4141, Sayfa 43-53, 2007(3).
[6] Akyazı Ö., Kanca A., Usta M. A., Akpınar A. S., PLC Kontrollü Elektropnömatik Sistem Uygulamaları, Otomasyon Dergisi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006. [7] http://www.automation.siemens.com/mcms/industrial-automation-systems-simatic/en/manual-overview/tech-dochmi/pages/default.aspx, http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logiccontroller/en/pages/default.aspx, Siemens Operation Panel and PLC user manuals, (Ziyaret Tarihi: 16.09.2013). [8] http://www.meau.com/eprise/main/sites/public/products/programmable_logic_controllers/fx3g/default, (Ziyaret Tarihi: 04.03.2014). [9] http://www.festo-didactic.com/int-en/services/printed-media/manuals/manual-easyveep.htm, Festo Easyveep user manual, (Ziyaret Tarihi: 16.09.2013).