editör Fıkra bu ya; bir gün Pamuk Prenses, Süpermen ve Pinokyo, birlikte bir yolculuğa çıkmışlar. Yollarının üzerindeki bir ülkede güzellik kraliçesi seçimi varmış. Pamuk Prenses Ben bu seçime katılacağım, deyip gitmiş katılmış ve tabii ki birinci olmuş. Yine yol üzerindeki bir başka ülkede dünyanın en güçlü erkeği seçimin yapıldığını öğrenmişler. Bu defa Süpermen Ben bu yarışmaya katılmak istiyorum, siz beni burada bekleyin, deyip gitmiş ve tabii ki birinci olmuş Bir süre sonra, meclis seçimlerinin yapıldığı bir ülke çıkmış karşılarına. Bu sefer de Pinokyo, şansımı bir deneyeyim demiş ve gitmiş, katılmış seçimlere! Döndüğünde, yüzünün şekli alı al, moru mormuş, üstelik iki gözü iki çeşme hüngür hüngür de ağlıyormuş! Ne oldu, yoksa kazanamadın mı? demiş arkadaşları. Pinokyo ise Burası ne biçim bir yer yahu, seçim barajını bile aşamadım, diyebilmiş sadece! Neyse ki biz, Pinokyo nun seçimlere katıldığı ülkede değiliz. Ama pek çok sözlerin söylendiği, pek çok vaatlerde bulunulan ve yoğun bir gündem trafiğinin yaşandığı bu yaz aylarında, milletimiz de vekillerini seçti. Simdi sıra ülke sorunlarını çözebilecek ve ülkeyi ileriye taşıyabilecek hükümetin kurulmasında. Kurulacak hükümette özellikle Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı nın bizim için çok önemli olduğunu düşünüyoruz. Ve istek gelirse eğer, ENOSAD camiası olarak bilimin, sanayinin, teknolojinin geliştirilmesine önemli katkılar sunacağımızdan da eminiz. Bu arada, (iç sayfalarımızda haberini okuyabilirsiniz) geçtiğimiz Mayıs ayında ENOSAD ın 6. Olağan Kongresi ve Yönetim Kurulu seçimleri de yapıldı. ENOSAD da seçim -genel seçimlerin aksine- çok hararetli veya çekişmeli değildi. Örneğin, kavgalar dövüşler, böbürlenmeler, küçümsemeler, saygısızlıklar hiç olmadı. Tam tersine, üyelerimizin birbirine olan saygısı, sevgisi, güveni, birlikte sektörü geliştirme arzusu, birlikte ülkeyi geliştirme arzusu öne çıktı. ENOSAD, bir nevi gönüllülük esasına dayalı görev alma arzusuyla yönetimini seçti. Seçimden sonra da yönetim kurulu yaptığı ilk toplantısıyla, ENOSAD Yönetim kurulu başkanını seçti. Bu seçimde 6. Dönem Yönetim Kurulu Başkanlığı na, iyi bir mühendis ve başarılı bir iş adamı olan, derneğimizi geçmişte yönetim kurulunda çok iyi temsil eden, derneğimizi başarıyla yönetebilecek yetenek ve özveriye sahip olduğunu her zaman gösteren Sayın Dr. Hüseyin Halıcı seçildi. Aynı zamanda Halıcı Elektronik in kurucu başkanı ve genel müdürü de olan Sayın Dr. Hüseyin Halıcı ya şimdiden başarılar diliyoruz. Elbette ilk kurucu başkanımız ve onursal başkanımız çok değerli hocamız Emin Olcay Bey e; ondan görevi devralan çok değerli Hakan Altınay Bey e; ve son iki dönemdir derneğimizin tanınmasında önemli rol alan ve sektörümüz için çok önemli olan Endüstri 4.0 kongre başkanlığını yapan, çok değerli Sedat Sami Ömeroğlu Bey e ve onlarla çalışan tüm kurul üyelerine sevgi ve saygılarımızla Turan Türkmen EKSEN Yay nc l k Fuarc l k Tan t m Hiz. Ltd. fiti. Ad na imtiyaz sahibi ve Sorumlu Yaz flleri Müdürü Turan Türkmen turan@eksenltd.com Genel Yayın Yönetmeni: Prof. Dr. Ya mur Denizhan denizhan@boun.edu.tr Rek lam ve Halk la İlişki ler Md.: Birsen Salman birsen@eksenltd.com Yayın Kurulu: Prof. Dr. Abdülkadir Erden / At l m Üniversitesi Mekatronik Müh.Böl.Bşk. Prof. Dr. Me tin Gö ka flan / TÜ. Kon trol Müh. Böl. Bflk. Prof. Dr. Galip Cansever / Y.T.Ü. Elek trik Elek tro nik Müh. Fak. Dek. Kurumsal İletişim Uzmanı: Giray Karanlık giray@eksenmedyagrup.com Yayın Danışmanları: Prof. Dr. Alinur Büyükaksoy / Geb ze le ri Tek. Ens. Rek. Prof. Dr. Ayşegül Akdoğan Eker / YTÜ Makina Müh. Bölüm Başkanı Prof. Dr. Bülent Eker / Namık Kemal Üniversitesi Biyosistem Müh. Böl. Prof. Dr. Er sin Tu lu nay / ODTÜ Prof. Dr. Gök sel De mi rer / ODTÜ Çevre Mühendisli i Prof. Dr. Gü ven Ön bil gin / 19 May s Üniversitesi Prof. Dr. Mübeccel Demirekler / OD TÜ Elk. Elek tro nik Müh. Böl. Prof. Dr. Mu am mer Er mifl / OD TÜ Elk. Elek tro nik Müh. Böl. Prof. Dr. Muhsin Kılıç / Uludağ Üniversitesi Prof. Dr. Murat Uzam / Melikşah Ü. Müh. Mim. Fak. Elk. Elek tro nik Müh. Böl. Prof. Dr. Sa vafl Ay berk / Ko cae li Ü. Çev re Müh. Böl. Bflk. Prof. Dr. Tun cel Öz den / TÜ B TAK Enst. Ana liz Lab. Böl. Bflk. Prof. Dr. U ur Çel tek li gil / Sakarya Üniversitesi Prof. Dr. Se ta Bo gos yan / TÜ. Kon trol Müh. Böl. Prof. Dr. Yu suf Tan / Bo aziçi Ü. Medical Engineering Prof. Dr. Kemal Leblebicio lu / OD TÜ Elk. Elek tro nik Müh. Böl. Doç. Dr.. Hak k Çav dar / Karadeniz Teknik Ü. Doç. Dr. Yu suf A. Us ka ner / Özçelik A.fi. Prof. Dr. Hakan Yavuz / Ç.Ü. Müh. Mim. Fak. Mak. Müh. Böl. Yrd. Doç. Dr. Si bel Ulu da De mi rer / Çan ka ya Ü. End. Müh. Böl. Dr. Meh met Çe vik / Dal Engineering Dr. Müh. Ah met Din çer / Bosch Rex roth A.fi. Sevtap İnan / Siemens M. Halil Başaran / Rockwell Otomasyon Levent Fadıloğlu / Schneider Cengiz Meriç / Hipafl Emin Ol cay / Akbil A.fi. Çağrı Hekimoğlu / Esit Gök tu Gür / Schneider H. Cen giz Ce lep / Entek Otomasyon Hasan Basri Kayak ran / Emf Motor brahim Erkan Yenel / Norm Enerji smail Obut / Hidroser Mahmut Bertan / Weidmüller Niyazi Sar maden / Medel Oral Av c / Piomak Özkal Güner / Schneider Electric Sedat Sami Ömero lu / E3Tam Gökhan Yücel / Phoenix Contact fiahnur Agaik / GSD Osman Kutan / ABB Talat Avc / P nar Müh. T. Ha kan Özer / SOD Yön. Krl. Bflk. Tuncay Soydafl / Festo Yavuz Çopur / Pilz Sırrı Kardeş / Kardeş Elektrik Tolga Bizel / Mitsubishi Electric Hakan Aydın / Mitsubishi Electric Dr. Hüseyin Halıcı / Halıcı Elektronik Tunç Atıl / HKTM Teknik Editör: Emeç Erçelik editor@eksenmedyagrup.com Editör: Alper Öz editor@eksenmedyagrup.com Taluy Denizhan info@eksenmedyagrup.com Grafik Tasarım: Şükran Pala sukran@eksenmedyagrup.com Ülgen Güneş ulgen@eksenmedyagrup.com Artun Armutcu artun@eksenmedyagrup.com Esra Satır esra@eksenmedyagrup.com Reklam Koordinatörü:Cahide Avflar Demir cahide.avsar@eksenmedyagrup.com Halkla İlişkiler ve Tanıtım: Onur Narinoğlu onur@eksenmedyagrup.com Abo ne ve Ma li İşler: Şerife Yılmaz finans@eksenltd.com Uluslararası İlişkiler: Hazal Yalçın info@eksenmedyagrup.com Temsilciliklerimiz: Ne jat Cofl kun Tel: 00.44.171.377 00 76 N G L TE RE info@nejatdesign.co.uk Me tin Ya vuz Tel: 00.49.221.297 22 70 Köln - AL MAN YA metin.yavuz@gmx.net z mir Tem sil ci li i: Fatma Boyraz Tel: 0555 575 66 30 Merkez: EKSEN Yay nc l k Fuarc l k Tan t m Hiz. Ltd. fiti. Mefl ru ti yet Cad. Kıblelizade Sk. Tepe Han No: 1 Kat: 2 D: 7 34440 Beyo lu- stanbul / TÜRKİYE Tel : +90.212.292 01 89 Faks : +90.212.293 32 24 E-mail: info@eksenmedyagrup.com www.eksenmedyagrup.com Baskı: Doğa Basım Yıllık abonelik: 100.- TL. Yıllık yurtdışı abonelik: 100 Euro Endüstri ve Otomasyon Yayg n süreli bir yay nd r, Ayda bir yay nlan r Dergimizde yer alan ilanlar n sorumlulu u ilan verenlere, makalelerdeki fikirler ve yorumlar yazarlar na aittir. Tüm haklar Eksen Yay nc l k a ait olup, izinsiz kullan lamaz ve yay nlanamaz. Eksen Yay nc l k; bas n ve yay nc l k ilkelerine uymay taahhüt eder. ENDÜSTRİ OTOMASYON DERGİSİ ENDÜSTRİYEL OTOMASYON SANAYİCİLERİ DERNEĞİ ÜYESİDİR.
12 Matlab-SIMULINK Ortamında Arduino Kartı TEORİ ve UYGULAMALAR Kullanma ve DC Motor Uygulaması 20 ÜRÜN ve UYGULAMALAR Panolarınızı Ufaltan Klemensler Phoenix Contact KNX Bina Otomasyonu Wago Tutucu Bileşenleri Yetkinliği, Akıllı Fabrika Uygulamasında Belirleyici Bir Anahtar Schunk Tektronix Osiloskoplarda Tetikleme Sistemi ve Kontrolü Netes Mühendislik İş Sağlığı ve Güvenliğinde Üç Boyutlu Makine Emniyeti Pilz 52 Dosya ve Makale Demir-Çelik Sektörü Artık Zırhlı Çelik Üretebilir Mi? Demir-Çelik Sektörü nün Güçlü-Zayıf Analizi Döküm Sanayisinde Avrupa İkincisiyiz! Döküm Sektörünün Bugünü ve Geleceği Azdırma Yöntemi İle Dişli Çark Açma İşleminde Kesme Kuvvetlerinin Ölçülmesi İçin Sistem Tasarımı ve İmalatı Oransal Teknoloji Ile Araç Zemin Kaplamaları Üretimi - Kalıptan Sıcak Sıcak Festo
Sms Tork Pnömatik Aktüatörlü ve Elektrikli Aktüatörlü Kelebek Vanalar Pilz PSS 4000: Sistematik, Global Makine Emniyeti Elsim Dağıtık Servo Teknolojisi Panellere Daha İyi Şekil Veriyor 80 ÜRÜNLER Bosch Rexroth Artan Dinamizm: Sytronix SvP 7010 PhoenIx Contact Kablo Işlemede Devrim: CRIMPHANDY Mitsubishi Gelecek Nesil Kompakt Nitelikte Programlanabilir Mantık Kontrolü (PLC) Yeni MELSEC FX5 Serisi Turck Kaya Gibi Sağlam Siemens Yeni Nanobox ve Nanopanel PC ler Yüksek Performansı En Küçük Alanda Yoğunlaştırıyor 102 HABERLER Endüstriyel Otomasyon Sanayicileri Derneği-Enosad, 6. Dönem Yönetim Kurulu Başkanlığı na Dr. Hüseyin Halıcı yı Seçti! ABB, İlk Global Endüstriyel Robot Üreticisi Olarak Amerika Birleşik Devletleri nde Sanayi Robotu Üretecek Beckhoff Otomasyon 15-17 Haziran Tarihleri Arasında AutomatIon Update Konferans Serisini Ankara, İzmir Ve İstanbul da Gerçekleştirdi KTÜ de Bitirme Projeleri Vitrine Çıktı! Sektörle Buluşmayı Bekliyor Lojistik Sistemleri Özelleştirilmiş Elektronik Arabirimler Yüksek Kullanılabilirlik, Düşük Maliyetler Endüstri 4.0 Harcanan Paraya Değdiğini Kanıtlamalıdır Dünyanın En Büyük Abkant Presine Bosch Rexroth dan Hidrolik Sistem
Teori ve Uygulamalar Matlab-SIMULINK Ortam nda Arduino Kart Kullanma ve DC Motor Uygulamas Caner Songül, Yavuz Üser, M. Cando du Çutu Elektrik-Elektronik Mühendisli i Akdeniz Üniversitesi - ANTALYA Günümüzde teknolojinin geliflmesiyle birlikte elektrik makineleri uygulamalar nda yeni yöntemler gelifltirilmeye bafllanm flt r. Kontrol sistemlerinde kullan lan yöntemlerden biri de Arduino kontrol kart d r. Arduino kartlar n n içerisinde ATMEL ve ARM firmalar na ait mikro-denetleyiciler bulunmaktad r. Mikro-denetleyiciler; CPU (Central Processing Unit - Merkezi fllem Birimi), RAM (Random Access Memory - Rastgele Eriflimli Bellek), EP- ROM (Erasable Programmable Read-Only Memory - Silinip Programlanabilir Salt Okunur Bellek), PROM (Programmable Read- Only Memory - Tek Bir Defa Programlanabilir Bellek), ROM (Read-Only Memory - Sadece Okunabilir Bellek), I/O (input/output - girifl-ç k fl) portlar, zamanlay c lar ve kesme (interrupt) gibi birimleri içeren entegre devreleridir. Düflük enerji tüketimi, kolay programlanabilirlik ve di er sistemlere göre çok daha düflük maliyet özelliklerinden dolay, mikro-denetleyiciler kontrol uygulamalar nda yayg n bir flekilde kullan lmaya bafllanm flt r. Atmega mikro-denetleyicisinin, kullan c taraf ndan rahat bir flekilde kullan m amac yla tasarlanm fl bir Ardunio Yaz l m Gelifltirme Kart bulunmaktad r. Bir mikro-denetleyicinin çal flt - r labilmesi için gerekli olan tüm devre elemanlar (kristal osilatör v.b.) tasarlanm fl bu kart içerisinde mevcuttur. Bu kart n Arduino IDE, Matlab-SIMULINK v.b. programlarla kullan l yor olmas bu programlar üzerinden yap - lan ifllemlerin çok daha kolay bir flekilde çal flmas n sa lar. Ayr - ca ekstra bir programlay c cihaza gerek kalmadan USB portu üzerinden bilgisayara ba lan larak programlanabilir. Bu çal flmada Matlab-SIMU- LINK ortam nda oluflturulan bloklar ile DC motorun Ardunio kart üzerinden kontrol edilmesi sa lanm flt r. DC motor istenilen PWM de erinde çal flt r lm fl ve DC motorun dönüfl yönleri kontrol edilmifltir. Ak m sensörü kullan larak DC motorun yüklü durumda ve boflta çal flmas durumlar nda çekti i ak m de eri gözlemlenmifltir. Ayr ca ak m sensöründen gelen veriler sayesinde, h z sensörü kullan lmas - na gerek kalmadan, h z tahmini yöntemi ile DC motorun dönüfl h z hesaplanm flt r. Arduino ve Atmega 2560 Arduino kart, içerisinde ATMEL firmas n n çeflitli mikro-denetleyicilerini içeren bir fiziksel programlama platformudur. Baflta Endüstri otomasyon / 22 12 ENDÜSTRİ OTOMASYON
Teori ve Uygulamalar Arduino Mega olmak üzere piyasada birçok çeflidi bulunmaktad r. Arduino kartlar, Atmel AVR mikro-denetleyici ve bu mikro-denetleyicinin çal flmas için gerekli olan yan elemanlardan oluflur. Her kartta en az ndan bir 5 Volt luk regülasyon entegredevresi ve bir 16 MHz lik kristal osilatör (baz lar nda seramik rezonatör) bulunur. Mikrodenetleyiciye önceden bir ön yükleyici (bootloader) program yaz l oldu undan, programlama için haricî bir programlay c - ya ihtiyaç duyulmaz. Arduino kart n n programlanabilmesi için çeflitli yöntemler kullan lmaktad r. Bu yöntemlerden biri, Arduino IDE kod editörü ve derleyicisi kullan larak Processing/Wiring dili ile Arduino platformuna uygulamalar gelifltirmektir. Di eri ise, Matlab-SIMULINK ortam nda Simulink bloklar kullan larak, uygulamalar gelifltirmektir. Bunun için Matlab-SIMULINK Arduino kütüphanesinin eklenmesi gerekmektedir. Burada Arduino'nun tercih edilmesinin en önemli sebebi, piyasada çok yayg n olarak kullan lmas, Matlab-SIMULINK ortam ile uyumlu olmas sayesinde de üzerinde yap lan uygulamalar n gerçek zamanl izlenebilmesi ve kolay bir flekilde programlanabilmesidir. Bu çal flmada kullan lan Arduino Mega, Atmega 2560 mikrodenetleyicisine sahip bir kartt r (fiekil 1). Bu kart, DC motora DC Motordaki Ak m Ve Gerilim De erlerinin Arduino Kart na Gönderilmesi Simulink ortam nda Arduino kart yla DC motor üzerinde çok çeflitli uygulamalar yap labilir. Simulink yard m yla yap lan bu uygulamalar n gerçek zamanl olarak kontrol edilebilmesi, yap lan kontrol sisteminin daha az zaman harcanarak daha sa l kl sonuç al nabilen sistemler oluflturulmas n sa lar. DC motor Matlab-SIMULINK ortam ndaki eflde er devresi fiefiekil 1. Arduino Mega Kontrol Kart PWM sinyali gönderilmesi ve motorun ba l oldu u devreden çekti i ak m ve gerilimin sensörler yard m yla hesaplanabilmesi için kullan lm flt r. Ardiuno kart içindeki Atmega 2560 mikro-denetleyicisinin önemli özellikleri afla da maddeler halinde s ralanm flt r: Çal flma gerilimi 5 V tur, 256 KB Flash ROM program belle i vard r. Girifl/Ç k fl portlar maksimum 40 ma ak m tafl yabilir, 4 KB EEPROM veri belle ine sahiptir. 54 adet dijital girifl/ç k fl portu (15 tanesi PWM sinyali üretebilir) vard r. 16 adet analog girifl portu vard r ve 4 KB SRAM belle e sahiptir. 10 bit çözünürlü e sahip analog/dijital dönüfltürücüye sahiptir. 16 MHz çal flma frekans na sahiptir, 4 adet haricî kesme (interrupt) girifli vard r. UART protokolünü destekleyen 4 adet RX/TX portu vard r. SPI protokolü deste i vard r ve 8 bitlik PWM sinyali üretebilir. Matlab-SIMULINK e Arduino Kütüphanesinin Eklenmesi Arduino kart n Matlab-SIMU- LINK ortam nda programlayabilmek için öncellikle Arduino kütüphanesinin eklenmesi gerekmektedir. Bu kütüphane yard m yla Arduino üzerindeki girifl/ç k fl pinleri Matlab-SIMU- LINK ortam nda birer blok olarak temsil edilecektir ve bu bloklar yard m yla istenilen sistem Matlab-SIMULINK ile oluflturulacakt r. Kütüphane ekleme ifllemi için, Matlab program aç ld ktan sonra Matlab HOME sekmesi seçilir, fiekil 2. Matlab-SIMULINK, Arduino bloklar n n eklenmesi buradan Add-On butonuna, sonra da Get Hardware Support Packages k sm na t klan r. E er paket dosyas haz r olarak bilgisayar n diskinde kay tl de ilse, Bu menüden internet ten indirme seçene i seçilir. Bir sonraki sayfada yüklü olan Matlab yaz - l m n n sürümü ile uyumlu olan uygulama kartlar n n listesi ortaya ç kar. Buradan kullanaca - m z uygulama kart olan Arduino seçilir. ndirme ifllemi bittikten sonra Simulink kütüphanesi aç larak indirilmifl olan Arduino kütüphanesindeki bloklar kullan lmaya bafllan r. Bütün ifllemler tamamland nda fiekil 2 deki menü ç kar. fiekil 3. DC motorun Matlab-SIMU- LINK ortam ndaki matematiksel modeli ENDÜSTRİ OTOMASYON 13
Teori ve Uygulamalar fiekil 4. ACS712 ak m sensörü kil 3 teki gibidir. Bu uygulamada DC motor, Arduino kart na ba l olan L298N Motor Sürücü kart ile çal flt r lm flt r ve DC motorun çekti i ak m fiekil 4 te gösterilen ACS712 ak m sensörü ile okunmufltur. Burada V a (Volt) endüvi gerilimi, R a (Ω) endüvi direnci, L a (Henry) endüvi endüktans, K b (V/rad/s) z t emk sabiti, J (Nm s 2 /rad) atalet momenti, B m (Nm s 2 /rad) sürtünme, TL (Nm) yük momentidir. DC motorun çekti i ak m ölçmek; +pin ucu ak m sensörüne, ard ndan L298N motor sürücü kart n n M1+ ucuna ba lan r. DC motorun pin ucu ise, do rudan motor sürücü kart n n M1- ucuna ba lan r. Ak m sensörünü kullanabilmek için ak m sensörü üzerindeki V cc pin girifline 5 V gerilim uygulan r. GND pini topra a ba lan r. Ç k fl pini ise, Arduino kart n n analog girifl pini olan A8 pinine ba lan r. Motoru Arduino kart d fl nda d fl bir kaynaktan beslemek için, motor sürücü kart n n V ss ve GND girifline de +12 V DC gerilim verilir ve motor sürücü kart Arduino kart n n üzerine yerlefltirilir. Kullan lan ak m sensörü, Allegro firmas n n ±5 A ACS712T ELC-5B manyetik etkiye ba l olarak çal flan lineer bir ak m sensörüdür. Bu versiyon 5 Amper e kadar iki yönlü ak m girifline izin verir. Hata pay %5 in alt nda olmak üzere, analog voltaj (185 mv/a) ç kt s verir. (-)5 A den (+)5 A e kadar çift yönlü girifl ak m için tasarlanm flt r. letken yolda iç rezistans tipik olarak 1,2 mω dur. DC motor sürücü devresi haz rland ktan sonra Arduino kart bilgisayara ba lan r ve programlama aflamas na geçilir. Simulink kütüphanesi üzerinden Arduino kart üzerinde kullan lacak bloklar seçilir. Bunlar analog girifl, PWM ç k fl ve 2 adet dijital ç k fl bloklar d r. Bu çal flmada analog girifl 8. pin olarak ayarlanm flt r. Analog 8. pin girifli ak m sensöründen gelen analog sinyali al r ve Arduino içerisinde bulunan 10 bitlik Analog-Dijital çevirici yard m yla 0-1023 aras nda dijital de ere dönüfltürür. Ayn blok üzerinden analog giriflin örnekleme frekans ayarlan r. Örnekleme frekans artt kça, gelen analog de erler daha az bozulmaya u rad için daha düzgün dijital verilere dönüfltürülür. Öncelikle 5/1024 bölme ifllemi uygulanarak gelen analog de erin gerilimi belirlenir. Sonra ak m sensörünün offset de eri olan 2,5 V de eri ç kart l r ve 1/0,185 bölme ifllemi uygulanarak gelen veri ak m cinsine dönüfltürülür. Dijital ç k fl bloklar motorun dönüfl yönünü belirler. DC motorun dönüfl yönünü kontrol edebilmek için Dijital ç k fl bloklar - n n 8. ve 11. pinleri seçilir. Bu pinlere simulink üzerinden de- erler gönderilir. 11. Dijital ç k fl pinine 1 de eri ve 8. Dijital ç k fl pinine 0 de eri gönderilirse, motor hareket eder. Tam tersi durumda 11. dijital ç k fl pinine Lojik 0 de eri, 8. Dijital Ç k fl pinine 1 de eri gönderilirse motor ters yönde dönmeye bafllar. PWM ç k fl pini ise, motora d flar dan verilen gerilimin ayarlanmas n sa lar ve bu de er karta yüklendikten sonra gerçek zamanl çal fl rken de ifltirilebilir. DC motora gönderilen gerilim de eri de ifltirilerek motorun farkl h zlarda dönmesi sa lan r. PWM ç k fl blo una uygulanan say de erine göre PWM sinyalindeki görev döngüsü (duty cycle) de eri belirlenir. Bu de erler 0 ile 255 aras ndad r. PWM blo una 255 de eri uygulanarak %100 görev döngüsünde çal flmas sa lan r. Uygulanan de er 0 ise görev döngüsü %0 olur. Bu özelli i kullanabilmek için PWM ç k fl blo unun 9. pin olarak ayarlanmas yeterlidir. Aç k Döngü Sensörsüz H z Hesaplamas Kapal veya aç k döngü kontrol sistemlerinde DC motorun h z - n n ölçülmesi oldukça önemlidir. Bu ölçümler enkoder, takojeneratör ve benzeri haricî cihazlarla sa lanmaktad r. Fakat kontrol sistemlerinde bu cihazlar n kullan lmas beraberinde ekstra maliyet getirmektedir. Bu durumda maliyeti düflürmek için bir tak m yöntemler gelifltirilmifltir. Bunlardan biri de, DC motorun parametreleri, endüvi ak m ve gerilim de erleri yoluyla matematiksel olarak h z n n hesaplanmas d r. H z hesab nda kullan lan formül, DC motorun devresel gösterimi üzerinde Kirchhoff Yasas uygulanarak elde edilmektedir. Bu yasadan elde edilen denklem (1) de gösterilmifltir. V a = I a R a + k b ω (1) Denklem (1) de V a (V) endüvi gerilimini, R a (Ω) endüvi direncini, I a (A) endüvi ak m n, k b (V s/rad) z t emk sabitini, ω (rad/s) ise aç sal h z göstermektedir. Rotor h z n radyan cinsinden 14 ENDÜSTRİ OTOMASYON
Teori ve Uygulamalar Teori ve Uygulamalar elde edebilmek için formül (2) deki gibi düzenlenir. ω = (V a - I a R a ) / k b (2) Böylelikle herhangi haricî ve maliyetli h z ölçüm cihaz kullan lmadan, sadece ak m ve gerilim sensörü ile DC motorun rotor h z elde edilmifl olur. Elde edilen h z de eri aç k döngü h z de eridir. Bu uygulamada kullan lan DC motorun parametreleri R a = 4, K b = 0,0089 ve V a = 10 olarak al nm flt r. Arduino-SIMULINK Haricî Mod Arduino kütüphanesi eklendikten sonra yeni Simulink model sayfas aç larak Arduino kart ile istenilen uygulamalar gerçeklefltirilebilir. Uygulamada kullan - lan Arduino kart n n modeli, sistemin tasar m nda ve oluflturan modelin gerçek zamanl çal flmas nda büyük rol oynar. Arduino Uno kart ile Simulink üzerinden herhangi bir gözlem yap lamaz ve Simulink ortam ndaki de ifliklikler gerçek zamanl olarak sisteme yans maz. Burada DC motor uygulamas için Arduino Mega kart kullan lm flt r. Arduino Mega kart daha fazla Dijital I/O portuna sahiptir ve Simulink ortam nda gerçek zamanl sistemin durumu gözlemlenebilir. fiekil 5. Simulink bloklar n n Arduino Mega kart na yüklenmesi fiekil 6. Simülasyon ortam nda DC motor ak m-zaman grafi i fiekil 7. Gerçek zamanl uygulamada DC motor ak m-zaman grafi i fiekil 8. Simülasyon ortam nda DC motor h z (rpm)-zaman grafi i fiekil 9. Gerçek zamanl uygulamada DC motor h z (rpm)-zaman grafi i Arduino Mega kart n n Simulink üzerinde gerçek zamanl çal flabilmesi için Simulink te bir tak m ayarlar yap lmas gerekmektedir. lk baflta Simulink penceresinde Tools seçene i, buradan ç kan seçeneklerden Run on Target Hardware seçilir, sonra Prepare To Run seçene ine t klan r. Aç lan pencereden Run on Target Hardware seçilir. Burada Target Hardware k sm ndan kullan lan kart tipi seçilir. Örnek modelde kullan lan kart modeli Arduino Mega 2560 oldu u için seçeneklerden bu uygulama kart seçilmifltir. Uygulama kart n gerçek zamanl olarak çal flt rmak için Enable External Mode seçilir. Yap lan de ifliklikler, OK butonu ile onaylan r. Simulink modelin oldu u ana sayfaya dönüldükten sonra External mod seçilir. Daha sonra Build seçene- i ile oluflturulan model kurulur ve Arduino Mega 2560 kart na yüklenir. fiekil 5 te bloklar n Arduino kart na yüklenmesi gösterilmifltir. Oluflturulan model Arduino ya yüklendikten sonra Connect to Target butonuna bas l r ve cihaza ba lan l r. Run butonu ile oluflturulan model gerçek zamanl olarak çal flt r l r. Oluflturulan modelde DC motor 0. saniyeden itibaren yüksüz çal flmaya bafllam flt r. 2. ve 4. saniyeler aras DC motor yük alt nda çal flt r lm flt r. Bundan dolay hem simülasyonda hem de gerçek zamanl uygulamada yaklafl k olarak 1,5 A ak m çekti i gözlemlenmifltir. fiekil 6 da simülasyondaki ak m-zaman grafi i, fiekil 7 de gerçek zamanl uygulamadaki ak m-zaman grafi i gösterilmifltir. Bu zaman aral nda DC motorun rotor dönüfl h z ise ortalama 5000 rpm civar ndad r. DC motor 5. ile 6. saniyeler aras nda tam yük alt nda çal flt r lm flt r. DC motorun h zzaman grafikleri fiekil 8 ve fiekil 9 da gösterilmifltir. Bu durumda DC motorun çekti i ak m n 2,7 ENDÜSTRİ OTOMASYON 15 59 / Endüstri otomasyon
fiekil 10. Gerçek zamanl uygulamada DC motora uygulanan PWM sinyali (%59 görev döngüsü) fiekil 12. Simülasyon ortam nda motora uygulanan PWM sinyali (%59 görev döngüsü) fiekil 11. Gerçek zamanl uygulamada DC motora uygulanan PWM sinyali (%100 görev döngüsü) fiekil 13. Simülasyon ortam nda motora uygulanan PWM sinyali (%100 görev döngüsü) A e yükseldi i, hem simülasyon ortam nda hem de motorun gerçek zamanl çal flt durumda gözlemlenmifltir. Gene hem simülasyonda hem de gerçek zamanl çal flt durumda, DC motorun boflta çal flt nda yaklafl k olarak 0,4 A ak m çekti i, rotorun dönüfl h z n n ise ortalama 9500 rpm oldu u gözlemlenmifltir. Motor giriflindeki PWM sinyallerin gerçek zamanl uygulamadaki grafikleri fiekil 10 ve fiekil 11 de verilmifltir. Simülasyon ortam ndaki PWM sinyal giriflleri ise fiekil 12 ve fiekil 13 te görülmektedir. Sonuç Bu çal flmayla Simulink ortam nda oluflturulan DC motor kontrol modeli, Matlab-SIMU- LINK External Mod ile Arduino Mega kart üzerinden gerçek zamanl kontrol edilmifltir. Motorun yüksüz ve yük alt nda çekti- i ak m Simulink ortam nda gerçek zamanl olarak ölçülmüfltür. Ayr ca oluflturulan sistem ile PWM görev döngüsü de eri, Simulink üzerinden gerçek zamanl olarak farkl de erlere ayarlanabilmektedir. Buna göre kontrolü yap lmak istenen bir sistem, sadece bloklar oluflturularak herhangi bir kod yaz lmadan kolayl kla tasarlanabilir. Arduino kontrol kartlar n n hem ucuz hem de basit uygulamalar için yayg n olarak kullan lmas, bu çal flman n de erini daha da artt rmaktad r. Bu yöntem izlenerek hem akademik hem de endüstriyel uygulamalar için yap lacak tasar m kurulup simülasyonu yap ld ktan sonra, h zl bir flekilde pratikteki sonuçlar elde E&O edilebilir. Motor Parametreleri Endüvi gerilimi (V a ) 10 Volt Endüvi direnci (R a ) 4 Ω Endüvi Endüktans (L a ) 0,15 Henry Z t emk sabiti (K b ) 0,0089 Vs/rad Atalet momenti (J) 0,1 Nms 2 /rad Sürtünme (B m ) 0,01 Nms 2 /rad ENDÜSTRİ OTOMASYON
Ürün ve Uygulamalar Kablolarda İletken Kesit Hesabı Prysmian Group www.prysmiangroup.com.tr Resim 1: Asya-Avrupa bağlantısını sağlayan Türkiye nin ilk 380 kv 1600 mm 2 kesitli Denizaltı Yüksek Gerilim Enerji Kablosu Elektrik enerjisine ihtiyaç duyulan her alanda, kullandığımız kabloları doğru mu seçiyoruz? Tiplerini doğru mu belirliyoruz? Çevresel şartlara göre performans ve reaksiyonları değişen, enerjiyi ya da sinyali taşımaya ve dağıtmaya yarayan, bu vazgeçilmez sistem elemanlarının karakteristik özelliklerini doğru belirlemenin hayati önem arz ettiğinin farkında mıyız? Bu yazımızda, dört bir yanımızı bir ağ gibi saran kabloların iletken kesitlerinin tayini konusunda bilgi vermeye çalışacağız. Elektrik enerjisi, üretildiği santrallerden, ulaştırıldığı son noktalara kadar çeşitli kesitlere ve gerilim seviyelerine haiz kablolar ile dağıtılır ve iletilir. Bu kabloların tipleri belirlenirken, hangi ortamlarda kullanılacağı, ne gibi harici etkilere maruz kalacağı, muhtemel ortam şartlarına nasıl tepki vereceği gibi konular analiz edilerek, bir karar verilmektedir. Kablo tipini olası alternatiflerle belirledikten sonra, bu kablolarda kullanılacak olan iletkenin elektriksel kesiti (büyüklüğü) belirlenmelidir. Kesit tayini ise, en az kablo tipini belirlerken yapılacak analizler kadar, detaylı ve dikkatli yapılmalıdır. Kablo iletken kesitinin doğru belirlenmesindeki en önemli unsur güvenlik olmalıdır. Kablonun herhangi bir güvenlik problemi teşkil etmeden görevini devam ettirebilmesi için, mevcut güç ve ileride sisteme eklenmesi muhtemel güç analizi, doğru yapılmalıdır. İletkenin boyutları, iletkeni saran polimer malzemenin sınır değerlerini zorlamayacak ve üzerinden akacak olan akıma, uluslararası standartların belirlediği azami direnç değerlerinin üzerinde bir direnç göstermeyecek şekilde belirlenmelidir. Daha sonra, maliyet unsurları devreye girecektir. Sistemin güvenliğini sağlamak adına, fazla harcamalardan kaçınılmalıdır. Bunun yolu da maliyet-güvenlik optimizasyonu yaparak, en uygun iletken kesitini belirlemektir. Güvenlik ve maliyet unsurları göz önünde bulundurulduğunda, kablo kesit tayini yapılırken ortaya üç önemli parametre çıkıyor; akım taşıma kapasitesi, gerilim düşümü ve kısa devre akımı. Akım Taşıma Kapasitesi: Tesis edilen veya edilecek kablonun, temelde sıcaklık esasına dayanarak, hiçbir bileşeninin bozulmadan, güvenle kullanımına devam edilebileceği azami akım değeridir. Akım taşıma kapasitesinin, kablo kesitinin seçiminde doğrudan bir etkisi vardır. Gerilim Düşümü: İletkenin kendi iç direncinden kaynaklanan kayıplardan dolayı, gerilimin, kaynaktan yüke ulaşıncaya kadar geçen mesafede azalması durumudur. Taşıma mesafesi uzadıkça, bu kayıp artar ve iletken kesitin büyütülmesi gerekir. Kısa Devre Akımı: Alternatif akım sistemlerinde zamana 20 ENDÜSTRİ OTOMASYON
Ürün ve Uygulamalar göre değişen bir parametre olup, kısa devrenin oluştuğu bölgede, kısa devre süresi boyunca akan akım miktarıdır. Resim 2: 0,6/1 kv N2XH FE 180 3x35/16 mm 2 Alçak Gerilim Enerji Kablosu Kesit (mm²) Akım Taşıma Kapasitesi (A) NYY N2XY 3x25 133 145 3x35 159 174 3x50 188 206 3x70 232 254 3x95 280 305 Tablo 1: 0,6/1 kv NYY ve N2XY Alçak Gerilim Enerji Kablosu Akım Taşım Kapasitesi Cetveli Resim 3: 12/20 kv 1x95ş/16 mm 2 Orta Gerilim Enerji Kablosu Bu üç parametreyi kullanarak, üç farklı kablo kesiti elde etmek mümkün. Burada yapılacak olan işlem, bu üç kesit arasından en büyüğüne eş değer ya da en yakın bir büyük kesit belirlenerek güvenli ve ekonomik bir kablo iletken boyutu belirlenebilir. Bir örnek üzerinden, kablo iletken kesit tayini yaptığımızı farzedelim: 200 m uzaklıkta, etiketinde 235 kw güç ve 1 kv gerilim seviyesi yazan ve maksimum %3 gerilim düşümüne müsaade eden bir pompayı beslemek için, 3 damarlı bir kablo tipi ve kesiti belirleyelim. Son olarak yapmamız gereken işlem, belirlediğimiz bu tiplerin, istenen maksimum yüzde gerilim düşümü hesabı yapıldıktan sonra, değişip değişmeyeceğine karar vermek olacaktır. Gerilim düşümünü iki farklı izolasyon malzemesine sahip kablo için de hesaplayacak olursak; Güç: P=235 kw Gerilim: U=1 kv Uzaklık: L=200 m Gerilim Düşümü: %e=%3 İletkenlik Katsayısı: k(cu)=56m/ω mm² İletken Kesiti: SPVC=50, SXLPE= 35 mm² Resim 4: 0,6/1 kv NYY 3x70ş mm 2 Alçak Gerilim Enerji Kablosu Bilinen değerler; Güç: P=235 kw Gerilim: U=1 kv Güç Faktörü: cosφ=0,8 Uzaklık: L=200 m Gerilim Düşümü: %e=%3 Bu bilinen parametreler doğrultusunda, aşağıdaki güç formülü ile bir akım değeri bulmamız mümkün; Bulunan bu akım değerine göre kabloların iletken kesitlerini; Elde edilen değerler, istenen %e (%3) değerinden küçük olduğu için bu işlemi tekrarlamaya gerek yoktur; ancak, maksimum gerilim düşümü baz alınarak mümkün olan asgari iletken kesitini belirleyecek olursak; PVC izolasyonlu kablo için 50 mm², XLPE izolasyonlu kablo için 35 mm² olarak belirleyebiliriz. (Bkz. Tablo:1) Bu hesaba göre elde ettiğimiz iletken kesitine en yakın kesiti 35 mm² dir. ENDÜSTRİ OTOMASYON 21
Ürün ve Uygulamalar 35 mm² kesit, XLPE izolasyon ile (N2XY), hesaplanan 169,80 A değerindeki akım için yeterli akım taşıma kapasitesine sahipken (174 A); PVC izolasyon ile (NYY) ise, daha düşük bir akım taşıma kapasitesine (159 A) sahiptir. Bu şekilde yapılan hesapta da bir üst kesite çıkma ihtiyacı oluşmuştur. Yaptığımız örneğe ek koşullar ekleyerek, daha profesyonel bir hesap yapmayı deneyelim. Örneğin; sistemimizi besleyecek 3 damarlı kabloyu, toprak altından geçireceğimizi varsayalım. Bu şartlar doğrultusunda toprağın tipine, sıcaklığına ve termik direncine de ihtiyaç duyulacaktır. 25 ⁰C sıcaklığa sahip, kuru kum ve termik direnci de 1.5 K.m/W olan bir ortamımız olsun. Bu şartlar doğrultusunda, standartlarda (DIN VDE 0298-4) yer alan düzeltme faktörleri; Prysmian Group Türkiye olarak, sahadaki uygulamalara kolaylık sağlamak, zamandan tasarruf etmek ve sektörün bilincini artırmak amacıyla, lansmanını 2013 yılında yaptığımız ve sürekli olarak artan ihtiyaçlar ve talepler doğrultusunda geliştirdiğimiz KABLOMATİK uygulamamız ile bu hesapları kolaylaştırıyoruz. www.prysmianperformanstesti.com web sitemizde ya da tüm mobil işletim sistemleri ile uyumlu çalışan mobil uygulamamız sayesinde, bu hesapları çok kısa sürede yapabilmenize olanak sağlıyoruz. f PVC = 0,84, f XLPE = 0,87 dir. Bu durumda ilk belirlediğimiz akım değerini, bu düzeltme faktörlerine göre tekrar düzenlersek, yeni akım değerlerimizi bulmamız gerekiyor. Bu da, ilk öngörülen kablo ve ilgili iletken kesitinin bir üst kesitinden başlayarak, akım taşıma kapasitesi değerlerini, yukarıdaki düzeltme farktörleri ile çarparak elde edilmelidir. Düzeltme faktörleri ile çarpılması sonucu ortaya çıkan akım değeri, yukarıda ilk tespit edilen akım değerine eşit ya da daha büyük bir değer ise; bu, seçilen kesitin uygun olduğu anlamına gelmektedir. Aksi takdirde, bir üst kesite daha çıkıp düzeltme faktörü ile çarpılarak, kontrol edilmeye devam edilmelidir. Verdiğimiz örneğe göre bu işlemi gerçekleştirdiğimizde, bir üst kesitteki kabloların akım taşıma değerleri, düzeltme faktörleri ile çarpıldığında istenilen akım değerinden daha büyük bir değere sahip olduğu için, kesitler uygun olarak değerlendirilmiştir. Yeni akım değerleri; Resim 5: Kablomatik giriş sayfası KABLOMATİK ile aranan kabloyu gerek kabloların rumuzu (kodu) ile, gerekse de yukarıda yapılan örneğe benzer hesaplama yöntemleri ile belirlemek mümkün. Resim 6: Kablomatik te örnek bir uygulama I PVC = 202,48 A, I XLPE = 195,49 A dir Bu yeni akım değerlerine göre yeni belirlenecek kablo ve kesitleri; NYY 3x70 mm², In = 232 A N2XY 3x50 mm², In = 206 A Bu ek koşullar için, tekrar bir gerilim düşümü hesabına gerek yoktur. Sebebi ise, 50 mm² iletkenli ve PVC izolasyonlu, 35 mm² iletkenli ve XLPE izolasyonlu iki tip kablo için belirlenen şartlarda, istenen gerilim düşümünün gerekli seviyenin altında; 70 mm² iletkenli ve PVC izolasyonlu, 50 mm² iletkenli ve XLPE izolasyonlu kabloların gerilim düşümünün ise, bu çıkan seviyeden daha aşağıda çıkacağını biliyoruz. Resim 7: Kablomatik üzerinden kablo tipi ve kesiti belirlemede son adım Sadece istenen parametreleri uygulamaya girip, adım adım ilerleyerek istenen sonuca ulaşabilirsiniz. Doğru kablo ve iletken seçimi ile, daha bilinçli ve güvenilir sistemlere sahip olabilir; kısa devre, yangın gibi risklerin önüne geçerek, kablo kaynaklı arıza ve enerji kesilmelerinin önüne geçebilir; büyük kesit için fazladan sermaye aktarımını veya küçük kesitten kaynaklı arızalarda tekrar tesis masrafını ortadan rahatlıkla kaldırabiliriz. 22 ENDÜSTRİ OTOMASYON