ÖNSÖZ. Mayıs 2017 Sakarya. Sezai GÜNGÖR Hüsamettin GÜLER Samet ARAYICI

ı ı ü İ İ İ İ ı» Ğ Ç ı ç ş ç Ğ çüç ı ü Ö Ü ç Ş

ç ş Ü Ö ü Ü ç ıi ö ı ÜÇ Ü Ü ÜÇ İ Ğ» İ İ İ ş ı ı ç ış ı ı ı ı ç ı ş ış ç İ İ ü Ü ç ü Ü ç ö ü ş ı

ÖNSÖZ Bitirme Çalışması süresince bize her türlü desteği veren değerli hocamız Doç. Dr. İhsan PEHLİVAN a, ZM ELEKTROMEKANİK şirketi Genel Müdürü Orhan TÜRKMEN e ve çalışanlarına, bölüm olanaklarının Bitirme Çalışması için kullanılmasına izin veren Bölüm başkanlığına, desteklerinden dolayı Teknoloji Fakültesi Dekanlığına ve Sakarya Üniversitesi Rektörlüğüne teşekkür ederiz. Ayrıca bizlere maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen ailelerimize, Bitirme Çalışması boyunca bize destek veren kıymettar arkadaşımız Ahmet OKATAN a teşekkür ederiz. Mayıs 2017 Sakarya Sezai GÜNGÖR Hüsamettin GÜLER Samet ARAYICI ii

İÇİNDEKİLER Lisans Bitirme Çalışması Önsöz İçindekiler Özet Semboller Ve Kısaltmalar Şekiller Listesi Tablolar Listesi... i ii iii vi vii xiv xvi 1.GİRİŞ... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.1. Genel Bilgiler... 1 1.2. Literatür Araştırması... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.3.Özgünlük.......Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.4. Yaygın Etki... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.5. Standartlar... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.5.1. Üç fazlı tam kapalı asenkron motor... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.5.2. Şebeke analizörü... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.5.3. Akım trafosu... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.5.4. Motor sürücüsü... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1.6. Çalışma Takvimi... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2. TEORİK ALTYAPI... 8 2.1. Genel Bilgiler... 8 2.2. Enerji Analizörü (Şebeke Analizörü)... 9 2.3. SCADA (Supervisory Control and Data AcquisitionSupervisory Control and DataAcquisition)....10 2.4. V/f Kontrol Teorisi... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.1 2.5.Üç Fazlı Asenkron Motor... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.5.1. Asenkron Motor Genel Bilgi... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.5.2. Asenkron Motorun Yapısı... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. iii

2.5.3. Asenkron Motor Çalışma Prensibi... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.5.4. Asenkron Motorda Hız Kontrolü... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.5.4. Rotor Kayması... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.5.5. Rotor Elektriksel Frekansı... 18 2.5.6. Asenkron Motor Eşdeğer Devresi... 18 2.5.7. Asenkron Motorda Güç Kayıpları... 20 2.5.8. Asenkron Motorda Moment - Hız İlişkisi... 21 2.5.9. Asenkron Motorda Hız Kontrolü... 21 2.6. İnverterler (Eviriciler )... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.6.1. Modern İnverter Teknolojisi... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.6.2. Inverter (ASM Sürücü) Çalışma IlkesiHata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.6.3. AC Motor Sürücülerinin Özellikleri Ve Avantajları Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.7.Enkoder....27 2.8. PLC Hakkında Genel Bilgi... 27 2.8.1. PLC Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar... 29 2.8.2. TIA PORTAL..Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.8.3. TİA PORTAL'ın Avantajları... 31 2.9. SCADA SiSTEMLERİ... 32 2.9.1. SCADA Sistemlerinin Yapısı... 33 2.10. USB-RS485 CONVERTER... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.11. Akım Trafosu... 35 2.12. Modbus Poll... 37 2.12.1. Modbus Poll Özellikleri:... 37 2.13. KEPServerEx... 37 3.TASARIM.. 39 3.1. Genel Bilgiler... 39 3.2. Boyutlandırmalar... 39 3.3. Sistem Bileşenleri ve Seçimleri... 40 3.4. Uygulanan Yöntemler... 42 3.4.1. RS485 haberleşmesi... 42 3.4.2. Hız Kontrolü... 42 3.5. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz... 42 iv

4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI... 46 4.1. Genel Bilgiler... 46 4.2. Simülasyon Yazılımları... 46 4.2.1. MATLAB&SIMULINK Yazılımı... 46 4.2.2. Siemens SIMATIC Wincc Flexible Yazılımı... 48 4.3. Sistem Modelleme... 49 4.3.1. Matlab& Simulink İle Modelleme... 49 4.3.2. Wincc Flexible ile modelleme... 59 4.3.3. PLC kodları... 65 4.4. Simülasyon... 66 5.DENEYSEL ÇALIŞMALAR...67 5.1. Genel Bilgiler.67 5.2. Sistemin Birleştirilmesi... 70 5.3. Arayüz Elemanlarının Gerçeklenmesi...67 5.4. Yapılan Testler...69 6.SONUÇLAR... 70 6.1. Genel Açıklamalar... 70 6.2. Simülasyon Sonuçları... 70 6.2. Deney Sonuçları.. 72 6.3. Değerlendirme.....72 7. KAYNAKLAR.....73 EKLER........74 ÖZGEÇMİŞLER...84 v

ÖZET Bu Bitirme Çalışması nda, Siemens Wincc Flexible SCADA arayüzü üzerinde, örnek bir üç fazlı asenkron motorun hız kontrolünü sağlayan; ayrıca asenkron motorun akım, gerilim, cos(φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametre değerlerinin tek bir noktadan izlenmesini gerçekleştiren bir sistemin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bitirme Çalışması iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada Analizör yardımıyla üç fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos(φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametreleri hesaplanmıştır. Daha sonra analizörün sahip olduğu Modbus(RTU) RS485 haberleşme protokolü ile analizörden alınan güç parametrelerine ait veriler, RS485-USB converter ile bilgisayar ortamına aktarılmıştır. MODBUS POLL programı yardımıyla aktarılan verilere ait adresler belirlenip, KEP SERVEREX programı ile Siemens Wincc Flexible SCADA programına gönderilmiştir. Son olarak Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç parametre verilerine ait değerleri izlemek üzere gösterge arayüzleri tasarlanmıştır. İkinci aşamada, asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk olarak PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC nin bir adet analog çıkışı üç fazlı asenkron motor sürücüsünün analog girişine bağlanmıştır. Son olarak üç fazlı asenkron motor üç fazlı asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır. Sonuç olarak; tasarlanan bu sistem, bilgisayar ekranından üç fazlı bir asenkron motorun hızını kontrol edebilmenin yanı sıra güç parametrelerinin izlenilmesini ve verileri kaydederek istenilen bir zamanda doküman olarak alınmasını sağlamaktadır. Gerçek zamanlı olarak uzaktaki bilgisayar ortamında çalışan SCADA tabanlı bir sistem tarafından asenkron motor kontrol edilebildiğinden ve tüm güç parametreleri izlenebildiğinden dolayı, olası bir arızaya da hızlı müdahale edilebilmektedir. vi

SEMBOLLER VE KISALTMALAR LİSTESİ SCADA cos (Φ) PLC TSE IEC DIN UL UPS RMS W VA VAr Hz Wh d/dk HVAC V/F PWM IGBT AC : Supervisory Control and Data Acquisition : Asenkron motorun güç katsayısı : Programmable Logic Controller : Türk Standartları Enstitüsü : International Electrotechnical Commission : Deutsches Institut für Normung : Underwriters Laboratories : Uninterruptible Power Supply : Root Mean Square : Watt : Volt amper : Volt amper reaktif : Hertz : Watt saat : devir/dakika (motor hızı) : Heating, Ventilating and Air Conditioning : Voltage/Frequency : Pulse-Width Modulation : Insulated Gate, Bipolar, Transistor : Alternative Current vii

fe : Stator besleme gerilimi frekansı P S : Çift kutup sayısı : Rotor kayma oranı fr : Rotor elektriksel frekansı ER : Rotorda indüklenen gerilim Xr : Rotor reaktansı PScu : Stator bakır kayıpları Pfe : Demir kayıpları PRcu : Rotor bakır kayıpları Pmk : Mekanik kayıplar Te : Motorda indüklenen moment Pm : Mekanik enerjiye dönüşen güç wm : Rotor hızı (rad/s) Eha : Motor zıt elektromekanik kuvveti Qha : Hava ağırlığı akısı DC SCR ASM PC HMI VPN : Direct Current : Silicon Control Redresor : Asenkron Motor : Personal Computer : Human Machine Interface : Virtual Private Network viii

RTU GND RX TX ACCII TCP UDP ID ERP MES DDE OPC DI DO AI AO HSC GUI WINCC : Remote Terminal Unıt : Ground : Okuma portu : Yazma portu : American Standard Code for Information Interchange : Transmission Control Protocol : User Datagram Protocol : İdentification : Enterprise Resource Planning : Manufacturing Execution System : Dynamic Data Exchange : Open Platform Communications : Digital Input : Digital Output : Analog Input : Analog Output : High Speed Counter : Graphical User Interface : Windows Control Center Rs : Snubber direnci Cs : Snubber kapasitansı ix

Pn : Tek veya üç fazlı dönüştürücünün nominal gücü (VA) Vn : Nominal hat-hat arası AC gerilim (Vrms) F : Temel frekans (Hz) Ts : Örnekleme zamanı (s) SCADA cos (Φ) PLC TSE IEC DIN UL UPS RMS W VA VAr Hz Wh d/dk HVAC V/F : Supervisory Control and Data Acquisition : Asenkron motorun güç katsayısı : Programmable Logic Controller : Türk Standartları Enstitüsü : International Electrotechnical Commission : Deutsches Institut für Normung : Underwriters Laboratories : Uninterruptible Power Supply : Root Mean Square : Watt : Volt amper : Volt amper reaktif : Hertz : Watt saat : devir/dakika (motor hızı) : Heating, Ventilating and Air Conditioning : Voltage/Frequency x

PWM IGBT AC : Pulse-Width Modulation : Insulated Gate, Bipolar, Transistor : Alternative Current fe : Stator besleme gerilimi frekansı P S : Çift kutup sayısı : Rotor kayma oranı fr : Rotor elektriksel frekansı ER : Rotorda indüklenen gerilim Xr : Rotor reaktansı PScu : Stator bakır kayıpları Pfe : Demir kayıpları PRcu : Rotor bakır kayıpları Pmk : Mekanik kayıplar Te : Motorda indüklenen moment Pm : Mekanik enerjiye dönüşen güç wm : Rotor hızı (rad/s) Eha : Motor zıt elektromekanik kuvveti Qha : Hava ağırlığı akısı DC SCR ASM : Direct Current : Silicon Control Redresor : Asenkron Motor xi

PC HMI VPN RTU GND RX TX ACCII TCP UDP ID ERP MES : Personal Computer : Human Machine Interface : Virtual Private Network : Remote Terminal Unıt : Ground : Okuma portu : Yazma portu : American Standard Code for Information Interchange : Transmission Control Protocol : User Datagram Protocol : İdentification : Enterprise Resource Planning : Manufacturing Execution System DDE : Dynamic Data Exchange OPC DI DO AI AO HSC GUI : Open Platform Communications : Digital Input : Digital Output : Analog Input : Analog Output : High Speed Counter : Graphical User Interface xii

WINCC : Windows Control Center Rs : Snubber direnci Cs : Snubber kapasitansı Pn : Tek veya üç fazlı dönüştürücünün nominal gücü (VA) Vn : Nominal hat-hat arası AC gerilim (Vrms) F : Temel frekans (Hz) Ts : Örnekleme zamanı (s) xiii

ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil 2.1. Entes Mpr 63 Şebeke Analizörü ön görünüş... 9 Şekil 2.2. Entes Mpr 63 Şebeke Analizörü arka görünüş... 9 Şekil 2.3. Örnek SCADA ekranları... 10 Şekil 2.4. Frekans-moment-güç-akım-kayma ilişki grafiği....11 Şekil 2.5. Sincap kafesli asenkron motor... 16 Şekil 2.6. Sincap kafesli asenkron motor parçaları... 17 Şekil 2.7. Asenkron motorun faz başına kilitli rotor eşdeğer modeli... 18 Şekil 2.8. Transformatör ve asenkron motor mıknatıslanma eğrisi... 19 Şekil 2.9. Asenkron motorda güç kayıpları... 20 Şekil 2.10. Sincap kafesli asenkron motorun α-β ekseninde matematiksel modeli.22 Şekil 2.11. Asenkron motorun α-β matematik modelinin Simulink Blok diyagramı...22 Şekil 2.12. Üç fazın pwm sinyaline evrilmesi... 24 Şekil 2.13. Farklı frekanslarda AC motor sürücü çıkışındaki dalga şekleri... 25 Şekil 2.14. PLC nin temel yapısı... 28 Şekil 2.15. S7 1215C DC/DC/DC PLC... 29 Şekil 2.16. TIA PORTALşeması... 32 Şekil 2.17. RS485-USB dönüştürücü konnektör uçları... 34 Şekil 2.18. Digitus DA 70157 rs485 to usb dönüştürücü... 35 Şekil 2.19. ENT.30 A.G. 30A ile 300A arasında primer anma akımlarında ölçüm, 150A'e kadar 1, 200A ve 300A aralığında 0,5 sınıfında ölçüm yapabilen A.G. akım transformatörü... 35 Şekil 2.20. Akım trafosu bağlantı şeması... 36 Şekil 3.1.Üç fazlı asenkron motor teknik çizimi ve ölçütleri... 39 Şekil 3.2. Pano....40 Şekil 4.1. MathWorks Matlab&Simulink... 46 Şekil 4.2. SIMATIC WINCC Flexible... 48 Şekil 4.3. Matlab Açılış Ekranı... 49 Şekil 4.4. MATLAB R2015b command window... 50 Şekil 4.5. Simulink Giriş... 51 xiv

Şekil 4.6. Simulink Toolbox Listesi... 52 Şekil 4.7. Modelimize powerlib kütüphanesinden asenkron motor ekleme... 53 Şekil 4.8. Üç fazlı sincap kafes asenkron motor... 53 Şekil 4.9. Asenkron motorun configuration sekmesinden rotor tipinin seçilmesi. 54 Şekil 4.10. Asenkron motora özgü parametre değerlerinin girilmesi... 55 Şekil 4.11. Asenkron motor elektriksel devre modeli... 55 Şekil 4.12. IGBT inverter (motor sürücü )... 57 Şekil 4.13. IGBT Devre Modeli... 57 Şekil 4.14. IGBT pametrelerinin giriş diyaloğu... 57 Şekil 4.15. Simulink modelinin son hali devre elemanları... 58 Şekil 4.16. TIA PORTAL açılış ekranı... 59 Şekil 4.17. Proje oluşturma ve var olan projeyi açma... 59 Şekil 4.18. Projemize Add new device yazısını üstüne çift tıklayıp gelen menüden PLC, PC station, IE_General, eklenmesi.... 60 Şekil 4.19. PLC ve SCADA haberleşmesi ve IP adres numaraları... 61 Şekil 4.20. Boş bir SCADA ekranı... 61 Şekil 4.21. Toolbox menüsünden SCADA ekranınakullanılacak elemanların eklenmesi... 62 Şekil 4.22. Gauge elemanı... 62 Şekil 4.23. f(t) trend view kontrol izleme aracı... 63 Şekil 4.24. I/O Field elemanı... 63 Şekil 4.25. Güç parametrelerinin trend ekranına eklenmesi... 63 Şekil 4.26. Tasarlanan SCADA arayüzü... 64 Şekil 4.27. PLC kodları... 65 Şekil 4.28. AC motor sürücünün vektör kontrolü... 66 Şekil 5.1. Asenkron motor ve enkoder bağlantı aparatı... 67 Şekil 5.2. Panonun montaj aşaması... 68 Şekil 5.3. Bitirme Çalışması bitmiş hali... 68 Şekil 6.1. Üç fazlı asenkron motor parametreleri... 70 Şekil 6.2. Üç fazlı asenkron motor hız, tork ve L1 fazının akım zamana göre grafiği... 71 Şekil 6.3. üç fazlı asenkron motor hız ve akım parametrelerinin zamana göre grafiği... 71 xv

TABLOLAR LİSTESİ Tablo 1.1. Üç fazlı senkron motorun standartları... 4 Tablo 1.2. Şebeke analizöründe uygulanan standartlar... 5 Tablo 1.3.Akım trafosu standartları... 6 Tablo 1.4. Motor sürücü standartdlarıı... 6 Tablo 1.6. BİTİRME ÇALIŞMASI çalışma takvimi... 7 Tablo 3.1. Motor etiket değerleri... 41 Tablo 3.2. Malzeme Listesi... 43 Tablo 4.1. Asenkron motor Blok parametreleri tanımlamaları... 56 Tablo 5.5. Farklı devir/dk hızındaki değerleri... 69 Tablo 6.3. Deney sonuçları... 72 xvi

1. GİRİŞ 1.1 Genel Bilgiler Bu Bitirme Çalışmasında, Siemens Wincc Flexible SCADA arayüzü üzerinde, örnek bir üç fazlı asenkron motorun hız kontrolünü sağlayan; ayrıca asenkron motorun akım, gerilim, cos(φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametre değerlerinin tek bir noktadan izlenmesini gerçekleştiren bir sistemin tasarımı amaçlanmıştır. Örnek bir yapı olarak üç fazlı bir asenkron motorun güç parametrelerini izleyip, hız kontrolü yapılması seçilmiştir. Bu örnek uygulamada ilk aşamada Analizör yardımıyla üç fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos (Φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametrelerini hesaplandıktan sonra analizörün sahip olduğu Modbus (RTU) RS485 haberleşme protokolü ile analizörden alınan güç parametrelerine ait verilerin, RS485-USB converter ile bilgisayar ortamına aktarılarır. MODBUS POLL programı yardımıyla aktarılan verilere ait adresler belirlenip, KEP SERVEREX programı ile Siemens Wincc Flexible SCADA programına gönderilir. Sonrasında Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç parametre verilerine ait değerleri gösterge arayüzünde izlenir. Gerçek zamanlı olarak asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk aşamada PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC nin bir adet analog çıkışı üç fazlı asenkron motor sürücüsünün analog girişine ve üç fazlı asenkron motor üç fazlı asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır. Bu konu endüstrideki hantal yapının profesyonelleştirilmesi amacıyla, ileri aşamalarıda ethernet modülü eklenerek, istenildiği zaman, istenildiği yerden gerçek zamanlı olarak izleyip, istenildiğinde müdahale edebilmek için seçilmiştir. 1

1.2. Literatür Araştırması Görmemiş ve arkadaşları (2006) bu makalede, enerji analizörleri için geliştirilen Deplhi tabanlı bir arayüz yazılımı sunulmaktadır. Amaç güç analizöründen elde edilen elektriksel büyüklüklerin gerçek zamanlı olarak bilgisayara aktarılması ve geliştirilen yazılım ile analizörden alınan akım, gerilim, güç, harmonik distorsiyonu vb. büyüklüklerin gerçek zamanda kaydedilip bu verilerin karşılaştırmalı olarak grafik halinde gösterilmesidir [5]. Perera, PD Chandana (2003), Perera, PD Chandana, P. Thogersen, F. Blaabjerg ve J.K. Pedersen hareket kontrol uygulamalarında, yüksek verimlilik ve yüksek güç yoğunluğu gibi çekici özelliklerinden dolayı kalıcı mıknatıslı senkron motorlar (PMSM' ler) için basit bir V / f kontrol stratejisi kullanmışlardır [6]. Chapman, S. J. (2007) kitabın da, Stephen J. Chapman elektrik makinaları ile ilgili en temel bilgileri anlatmıştır. Kitabın amacı asenkron motorların, senkron motorların, DC motorların ve transformatörlerin yapısını ve matematiksel denklemlerini yazdılar. [7]. Demir, Y. D. & Kaplanoğlu, E. (2001) çalışmaların da, üç fazlı asenkron motorlarda rotor yapısının demeraj akımı ve yolverme şekli üzerindeki etkisini anlatmışlardır [8]. Varan, M., Y. Uyaroğlu, and S. Darga yaptıkları çalışmalarında, endüstride yıllarca kullanıla gelen asenkron makinelerin sabit V/f modunda skaler kontrolünü anlatmışlardır [9]. Bailey, D., E. Wright (2003) kitabların da, enstrümantasyon ve kontrol ortamında SCADA sistemlerini analiz etme, belirtme ve hata ayıklama bilgisi anlatmışlardır [10]. Xinjian, Ling Guoping Zhou (2005) makalesin de RS485 haberleşmesinin pratik uygulamalarda karşılaşılabilen iletişim güvenilirliğinin nasıl olacağını ve önemli noktalarını analiz ediyor [11]. 2

1.3. Özgünlük Bitirme Çalışmsında tasarlanan sistemin özgün yönleri : PLC ile bilgisayar arası mesafe 0-5 metredir. Sistemin toplam harcayacağı güç 1.5-2 kw arasıdır. PLC ile güç analizörü arası mesafe maximum 1200 metredir. Maximum mesafede bile yüksek hızlı iletişim (10 Mbitsn) sağlanır. Analizör ile RS485-USB converter arası mesafe maksimum 500 metredir. Sistem her türlü hava koşullarında, -5 C; +50 C Ortam sıcaklığında çalışabilecektir. PLC beslemesi için Güç kaynağı DC 24 Volt olmalıdır. Motor için üç faz 380 V AC gereklidir. Sistemin tümü, bilgisayar ve motor hariç, 144 X 40 X 40 boyutlarında bir pano içerisine sığabilir. 1.4. Yaygın Etki Kısıtlayıcı olmaması, geliştirilebilmeye açık olması, doğru ve hızlı veri okumanın yanısıra sisteme direkt müdahale edebilmesi, doğrudan temas olmadığından insan ve iş sağlığı noktasında güvenli olması, geriye dönük verilere ulaşılabilmesi, istatistikî yöntemlerle ileriye dönük tahmin edebilme yetisi, geliştirilmesi sayesinde yapay zekâ ile öğrenme becerisi oluşturulup arızanın önceden tesbit edebilme yetisi kazandırması tasarımda dikkat çeken noktalardır. İlk bakışda lısans Bitirme Çalışmasın da istihdamda azalmanın olacağı düşünülürse de tam tersi istihdamda bir azalma olmamasına karşın artış beklenmektedir. Sistemler direk temas ile yönetilmeseler bile bakıma ve kontrole ihtiyaç duyarlar ve buda istihdama pozitif etki eder. Bu istihdam artışı verimliliğin artması hasebiyle ve çalışma şartlarının kolaylaşması, iş kazalarını nerdeyse sıfıra indirdiğinden ekonomik olarak bir zarar netice vermez. Çünki genel olarak teknolojik gelişmeler kısa vadede işgüçü yapısını değiştirir ve kısmen işsizliğe sebep olur ancak, uzun vadede işgüçünü nitelik ve nicelik yönünden artıracaktır. 3

Akıl güçüne duyulan gereksinim, eğitim düzeyini ve niteliğini de arttırmaktadır. Böylece uzun vadede yüksek düzeyde ve nitelikli almış bireyler istihdam edilmekte, istihdam yapısı daha kalifiye hale gelmektedir. 1.5. Standartlar 1.5.1. Üç fazlı tam kapalı asenkron motor Tablo 1.1. Üç fazlı senkron motorun standartları [1] TS IEC DIN/EN AÇIKLAMA TS EN 50 347 TS EN 60 034-30-1 TS EN 60 034-2-1 TS EN 60 034-5 TS EN 60 034-6 TS EN 60 034-7 TS EN 60 034-8 TS EN 60 034-9 TS EN 60 034-11 Ayaklı ve flanşlı döner 60 072-1 DIN EN 50 347 elektrik makinelerinin boyutları ve anma güçleri. 60 034-30-1 DIN EN 60 034-1 Sınıflandırma ve performans. 60 034-2-1 DIN EN 60 034-2-1 Döner elektrik makinalarında kayıpların ve verimin deneylerle belirlenmesi için metotlar. 60 034-5 DIN EN 60 034-5 Mahfazanın koruma dereceleri. 60 034-6 DIN EN 60 034-6 Soğutma yöntemleri. 60 034-7 DIN EN 60 034-7 Yapı biçimleri ve kurulma düzenlerinin simgeleri 60 034-8 DIN EN 60 034-8 Bağlantı uçlarının işaretlenmesi ve dönme yönü. 60 034-9 DIN EN 60 034-9 Gürültü sınırları. 60 034-11 DIN EN 60 034-11 Isıl koruma kuralları. 4

TS EN 60 034-12 TS EN 60 034-14 TS EN 60 038 TS EN 60 085 TS EN 50 347 60 034-12 DIN EN 60 034-12 Yolverme özellikleri. 60 034-14 DIN EN 60 034-14 Mekanik titreşim: şiddetin ölçülmesi ve sınırları. 60 038 DIN EN 60 038 Elektrik şebeke gerilimleri. 60 085 DIN EN 60 085 Elektrik makinalarının yalıtımında kullanlan malzemelerin işletmedeki ısıl kararlılık özelliklerine göre sınıflandırması 60 072-1 DIN 748-1 Silindirik mil uçları. 1.5.2. Şebeke analizörü Tablo 1.2. Şebeke analizöründe uygulanan standartlar [2] TS TS EN 61000-6-2 TS EN 55016-2-1 TS EN 55011 TS EN 61000-3-2 Açıklama Elektromanyetik uyumluluk (emu) Radyo rahatsızlığı için özellik standardı ve bağışıklık ölçme aparatı ve metotları Sanayi, bilimsel ve tıbbi cihazı - Radyofrekans bozulma özellikleri Harmonik akım emisyonları için sınır değerler TS EN 61010-1 Ölçme, kontrol ve laboratuvarda kullanılan elektriksel donanım için güvenlik kuralları TS EN 61000-4-2 TS EN 61000-4-3 Yüksek elektromanyetik darbeler ve diğer ışıyan bozulumlar için kullanılan koruyucu devre elemanlarının deney metotları Elektromanyetik uyumluluk güç kalitesi ölçme 5

metotları TS EN 61000-4-4 TS EN 61000-4-5 TS EN 61000-4-6 TS EN 61000-4-8 Elektriksel hızlı geçici rejime / anî darbeye karşı bağışıklık deneyi Darbe bağışıklık deneyi Radyofrekans alanlarının neden olduğu temaslı rahatsızlıklara karşı bağışıklık Şebeke frekanslı manyetik alan bağışıklık deneyi TS EN 61000-4-11 Gerilim çukurları, kısa kesintiler ve gerilim değişmeleri ile ilgili bağışıklık deneyleri 1.5.3. Akım trafosu Tablo 1.3. akım trafosu standartları [3] TS DIN/EN Açıklama TS EN 60044-1 DIN EN 6044/1 Ölçü transformatörleri- Bölüm 1: Akım transformatörleri 1.5.4. Motor sürücüsü Tablo 1.4. motor sürücü standartdları [4] IEC IEC/EN 61800-5-1: 2003 IEC/EN 60204-1: 2006 IEC/EN 61800-3: 2004 Açıklama Ayarlanabilir frekanslı a.c. güç sürücüleri için elektrikli, termal ve işlevsel güvenlik gereksinimleri Makine güvenliği. Makinelerin elektrik teçhizatları. Bölüm 1: Genel gereksinimler. Uygunluk gerektiren koşullar: Makinenin nihai montajcısı aşağıdakilerin kurulumundan sorumludur. - acil stop cihazı - besleme kesme aygıtı. Ayarlanabilir hızlı elektrikli güç sürücü sistemleri. Bölüm 3: EMC gereksinimleri ve özel test yöntemleri 6

1.6.Çalışma Takvimi Tablo 1.6. BİTİRME ÇALIŞMASI çalışma takvimi İş Paketleri Malzeme Temini Şubat Mart Nisan Mayıs X Bileşenlerin haberleştirilmesi Bileşenlerin bir panoya yerleştirilmesi X X X Sistemin Test Edilmesi ve Hataların Tespiti Sonuçların Tasarım Sonuçlarıyla Karşılaştırılması Bitirme Çalışmasının Raporlanması X X X X Malzeme Temini: Bitirme Çalışmasında belirlenen bileşenler için en uygun mataryeller temin edilecektir. Bileşenlerin haberleştirilmesi: Bitirme Çalışmasında kritik rol oynuyan bileşenlerin haberleştirilmesini sağlamıştır. Bileşenlerin bir panoya yerleştirilmesi: bileşenler uygun boyutlardaki bir panoya yerleştirilmiştir. PC ve üç fazlı motor dışındaki tüm Sistemin Test Edilmesi ve Hataların Tespiti: Tamamlanan araç arayüz programında komutlar verilerek test edilmesi ve hataların tespit edilmesi yapılmıştır. Sonuçların Tasarım Sonuçlarıyla Karşılaştırılması: Testi yapılan sistemin tasarım sonuçlarıyla karşılaştırılarak değerlendirmesi yapılmıştır. Bitirme Çalışmasının Raporlanması: Bitirme Çalişmasinin raporlanmasını içerir. Bu iş paketiyle daha önceki aylarda yapılan çalışmaların tasarım kriterlerine ve yazım kurallarına uygun olarak raporlanması yapılmıştır. 7

2. TEORİK ALTYAPI 2.1. Genel Bilgiler Bitirme Çalışması çalışmasının amacı örnek bir üç fazlı asenkron motorun yanısıra, diğer endüstriyel sistemlerin de güç parametrelerini izleme olanağı sunan, SCADA arayüzü sayesinde gerçek zamanlı olarak izleyip kayıt edebilmekte ve istenildiği zaman veri çıktılarının alınabilinmesine olanak sunar. Örnek bir yapı olarak üç fazlı bir asenkron motorun güç parametrelerini izleyip hız kontrolü yapılması seçilmiştir. Bu örnek uygulamada ilk aşamada Analizör yardımıyla 3 fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos(φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametrelerini, Modbus(RTU) RS485 haberleşme protokolü ile bilgisayar ortamına aktarılarır. Sonrasında Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç parametre verilerine ait değerleri gösterge arayüzünde analiz edilir. Gerçek zamanlı olarak asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk aşamada PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC nin bir adet analog çıkışı 3 fazlı asenkron motor sürücüsünün analog girişine bağlanmıştır. Son olarak 3 fazlı asenkron motor 3 fazlı asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır. Bu sayede enkoder aracılığıyla hızı, şebeke analizörü ile de güç değerleri okunur. Okunan bu değerler SCADA proğramında birleştrilip grafik olarak gösterilir. 8

2.2. Enerji Analizörü (Şebeke Analizörü) Şekil 2.1. Entes Mpr 63 Şebeke Analizörü ön görünüş Şekil 2.2. Entes Mpr 63 Şebeke Analizörü arka görünüş Bir Şebeke Analizörü, tesislerdeki sistemlerin tüm elektriksel parametrelerini ölçmek için tasarlanmıştır. Yeni nesil şebeke analizörleri özel kompakt tasarımları sayesinde UPS, makine panoları, data ve sistem odaları, güvenlik kontrolü gibi uygulamalarda kullanılan Rack tipi panolarda daha az yer kapladığından ve multifonksiyonları sebebiyle tercih edilmektedir. Güç ve Enerji Ölçerler ise sistemdeki her bir fazın aktif, reaktif ve görünür güç değeri ile aktif, reaktif enerji değerini ölçmek için tasarlanmışlardır. 9

Bir enerji analizörü tek fazlı-üç fazlı sistemlerin RMS değerlerini, faz-nötr & faz-faz gerilimlerini, nötr akım, toplam akım, faz akımlarını, güç faktörünü, anlık aktif gücü (W), anlık görünür gücü (VA), reaktif gücü (VAr), frekansı (Hz), ortalama ve maksimum güçleri, harmonik bozulmayı, saatte harcanan aktif gücü (Wh), indüktif reaktif enerjiyi (kvarh veya MVArh), kapasitif reaktif enerjiyi (kvarh veya MVArh) ve faz açıları gibi birçok parametreyi ölçüp kullanıcıya sunmaktadır. Tüm bunlara ek olarak seçmiş olduğunuz analizöre göre dijital giriş-çıkış, uzaktan izleme için haberleşme, gerçek zaman saati, toplam çalışma saati, alarm, event ve kesinti kayıtları, kontrast ve backlight ayarı gibi özelliği de kontrol altında bulundurulabilir. [5]. 2.3. SCADA (Supervisory Control and Data AcquisitionSupervisory Control and Data Acquisition) Şekil 2.3. Örnek SCADA ekranları SCADA terimi ingilizce Supervisory Control and Data Acquisition" kelimelerinin ilk harflerinin okunması ile oluşturulan bir kısaltmadır. Kapsamlı ve entegre bir veri tabanlı kontrol ve izleme sistemi olan SCADA ile bir tesise veya işletmeye ait tüm ekipmanların kontrolünden üretim planlamasına, çevre kontrol ünitelerinden yardımcı işletmelere kadar tüm birimlerin otomatik kontrolü, gözetlenmesi ve sonuçların raporlanması sağlanabilir.temel olarak SCADA yazılımından izleme, 10

kontrol, veri toplama, verilerin kaydı ve saklanması işlevlerini gerçekleştirmesi beklenmektedir.scada sistemleri endüstriyel proseslerde, imalat, üretim, enerji üretimi, imalat ve rafinerilerde sürekli, kesintili, tekrarlayan ya da ayrık modlarda çalışabilir. Altyapı işlemleri, kamu veya özel sektörlerde su arıtma ve terfi merkezlerinde, atıksu arıtma, petrol ve gaz boru hatları, elektrik iletim ve dağıtım, rüzgar jenaratörleri, sivil savunma siren sistemleri ve büyük iletişim sistemlerini içerebilir.tesis binaları, havaalanları, gemiler ve uzay istasyonları da dahil olmak üzere kamu ve özel tesisleri kapsayabilir. Isıtma ve havalandırma sistemlerinde (HVAC) erişim ve enerji tüketimini kontrol ve izleme gerekebilir. SCADA sağladığı maksimum fayda, güvenlik ve kolaylık bakımından endüstri tesislerinin en büyük ihtiyaçlarından olmaya devam edecektir. 2.4. V/f Kontrol Teorisi Asenkron motorda senkron hızın değiştirilmesiyle rotor hızında değişiklik yapılabilmektedir. Ancak bu kontrol tekniğinde motorun momentinin sabit kalabilmesi için hava aralığındaki akının sabit tutulması gerekmektedir. Şekil 2.4. Frekans-moment-güç-akım-kayma ilişki grafiği Eha=kωφha (2.21) V=Vmsinwt ( 2.22) V=Ndθdt ( 2.23) t Q = 0 Vmsinwtd N = Vm(1 coswt) w.n (2.24) 11

Sabit hava aralığı akısı için yukarıdaki denklemde de görüldüğü gibi motor zıt e.m.k. sı ile frekansın birbirine olan oranın sabit tutulması gerekmektedir. Fakat motorun düşük frekanslardaki bakır kayıplarını karşılayabilmesi için gerilim-frekans eğrisi orijinden değil belli bir gerilim ve frekans seviyesinden başlamak zorundadır. Sabit moment için sabit tutulan hava aralığı akısı anma hızının üzerine çıkıldığında V/F oranı azalmaya başlar. Rotor akımı sabit kalır ve motor bu bölgede sabit güçte çalışır. V/F kontrol metodu ile motor kontrol etmek son yıllarda yaygın hale gelmiştir. Gelişen PWM sürme teknikleri ve IGBT modüllerinin daha "akıllı" olması, V/F sistemlerini yaygınlaştırarak inverterlerin "ucuzlamasının" en önemli nedeni olmuştur. V/F kontrol yöntemi vektör kontrollü sürüş sisteminden daha zayıf ve tork olarakda güçsüzdür. Bu metodu anlayabilmek için asenkron motorların nasıl çalıştığına bakmak gerekmektedir. Üç fazlı AC motorların hız vs torklarını belirleyen İki temel unsur vardır; 1-Motora uygulanan Voltaj 2-Motora uygulanan frekans (frekansın genliğide frekans kadar önem arzeder). Bu demek oluyorki AC motorların hızını değiştirmek için ya frekansı ile yada voltajı ile yada her ikisini birlikte ayarlanması gerekiyor. Aslında bu kural servo ve diğer tür asenkron sistemlerinde uygulanabilen bir yoldur. Motorun hızı ve gücünü ayarlamak için voltajı yada frekansını değiştirilmesi gerekmektedir. Sadece voltajını değiştirerek ayarlama yapmak şimdilerde, "bir arabanın son gaz çalıştırılıp frenle hızının kontrol edilmesi" gibidir. Yani hem aracın motoruna hem de mekanik aksamına eziyetten başka bir şey değildir. Sadece frekansını ayarlamak ise gereksiz enerji sarfiyatı ve ısı anlamına gelir. Asenkron motorların en verimli çalıştırma yöntemlerinden biri "V-F veya V/hz" kontrol yönetimidir. Motora ilk start verdiğimizde (bu oranlar değişik olabilir) 10 volt gibi bir voltaj ve 1 Hz gibi bir frekans uygulanır. Örneğin 15-20 Hz frekanslara gelindiğinde artık motora uygulanan gerilim 12

değeri 100 voltlara ulaşmış belli bir atalet kazanmıştır. Bu şekilde motorunuzun Base frekans değerini buluncaya kadar maksimum verime ulaşılmış olunmaz. Unutulmaması gereken bir nokta da bu sürüş sırasında motorda belli miktarda (yükede bağlı olarak) devir kayıpları yaşanmasıdır. Evet normal şartlarda 1000 rpm çalışması gereken motor, 950 rpm ye düşebilir ve inverter de korumaya geçmez. Zaten motor fazla akımda çekemez. "V / F yöntemi" Motora uygulanan gerilim ve frekans aynı anda frekans gerilim oranı nispeten sabit bir değeri korumak için ayarlanabilir hangi değişken frekanslı sürücü (VFD) motor kontrol stratejisi anlamlara gelebilir. Bu kontrol stratejisi ayrıca "V / Hz kontrol" veya "skaler kontrol olarakda anılır." V / Hz kontrol, basit ve nispeten kolay uygulamalara önerilir. Fiyatları diğer inverter sistemlerine göre daha ekonomiktir". Çoğu uygulama için yeterli olan motor performansı sağlar. Motora VFD işlemlerine uygun çıkış voltajı, frekans ve akım kapasitesine sahip sürücü seçmeniz yeterlidir. Motorun matematiksel modeline dayalı V/Hz dinamik ayarlaması dahil VFD'ler genellikle sensörsüz vektör kontrol cihazları gibi stabil çalışamayabilirler [6]. 2.5. Üç Fazlı Asenkron Motor 2.5.1. Asenkron Motor Genel Bilgi 1824 de Fransız fizikçi Arago nun pusula ile aynı yönde dönen tepsinin hareketini izlemesiyle asenkron motorun bulunuşunun ilk adımları atılmıştır. Michael Faraday 1831 de mıknatıs etrafında, tersine karşılıklı dönebilen kablo sistemi geliştirmesiyle elektrik enerjisinin mekanik enerjisine dönüşebileceğini göstermiştir. Sonraki deneylerini galvanometreyle yapmış, mıknatıs yardımıyla mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmüştür. Bu çalışmalarıyla M. Faraday elektrik motorlarının ve jeneratörlerin keşfinde büyük rol almıştır. 1885 yılında Galileo Ferraris dönen manyetik alan hakkında çalışmalar yapmıştır. Çeşitli tiplerde asenkron motor deneyleri yapmış ve sonucunda alternatif akım motorlarıyla araştırmalarını tamamlamıştır. Araştırmalarını 11 Ekim 1888 yılında yayınlamıştır. Aynı yıllarda Nikola Tesla manyetik döner alanı ve bu alan içerisindeki iletkende meydana gelebilecek indükleme akımı prensiplerinden yararlanarak ilk motor modelini 13

yapmıştır. 1887 yılında patent için başvurmuş, 1888 yılının sonlarına doğru çeşitli tiplerdeki motorlar için birçok patent almıştır. Asenkron motorlar, endüstride en fazla kullanılan elektrik makineleridir. Çalışma ilkesi bakımından asenkron motorlara endüksiyon motorları da denir. Asenkron motorların çalışmaları sırasında elektrik arkı meydana gelmez. Ayrıca diğer elektrik makinelerine göre daha ucuzlardır ve bakıma daha az ihtiyaç gösterirler. Bu özellikler, asenkron motorların endüstride en çok kullanılan motorlar olmalarına sebep olmuştur. Asenkron makineler endüstride genellikle motor olarak çalıştırılırlar, fakat belirli koşulların sağlanması durumunda generatör olarak da çalıştırılabilirler. Asenkron makineleri senkron makinelerden ayran en büyük özellik, dönme hızının sabit olmayışıdır. Bu hız motor olarak çalışmada senkron hızdan küçüktür. Makinenin asenkron olusu bu özelliğinden ileri gelmektedir. Asenkron motorlar genel olarak stator ve rotor olmak üzere iki kısımdan yapılmışlardır. Stator, asenkron motorun duran kısmıdır. Rotor ise dönen kısmıdır. Asenkron motorun rotoru, kısa devreli rotor (sincap kafesli rotor) ve sargılı rotor (bilezikli rotor) olmak üzere iki çeşittir. Asenkron motor, rotorun yapım biçimine göre bilezikli ve kafesli asenkron motor olarak tanımlanır. Rotoru sincap kafesli asenkron motorun ve bilezikli asenkron motorun statoru aynı şekilde yapılmıştır. Asenkron motorun statoru; gövde, stator-sac paketleri ve stator sargılarından oluşmuştur. Rotoru bilezikli asenkron motorun rotoru stator içinde yataklanmıştır. Rotor mili üzerinde rotor sac paketi ve döner bilezikler bulunur. Rotor sac paketi üzerine açılmış oluklara rotor sargıları döşenmiştir. Hemen hemen bütün rotorlarda uç sargı (üç faz sargısı) bulunmaktadır. Bu sargılar genellikle yıldız; ender olarak üçgen bağlanırlar. Bazı durumlarda rotorlarda, çift sargıya da (çift faz sargısı) rastlanmaktadır. Bu tür sargılar motor içinde V-devresi seklinde bağlanırlar. İster çift, ister uç sargılı olsun, sargı uçları rotor üzerinde bulunan döner bileziklere bağlanır. Döner bileziklerle, akım devresi arasındaki bağlantı kömür fırçalar yardımıyla sağlanır. Sincap kafesli asenkron motorun ise rotor sac paketi oluklarında sargılar yerine alüminyum veya bakırdan yuvarlak ve kanatçık seklinde 14

çubuklar bulunur. Bu çubuklar her iki ucundan kısa devre bilezikleriyle elektriksel olarak kısa devre edilmiştir. Asenkron motorun birçok özel yapım türü vardır. Rotoru dışarıda, statoru içerde bulunan dış rotorlu asenkron motor, ayrıca rotor sargısı bulunmayan kütlesel rotorlu asenkron motor, iki fazlı asenkron motor, iki fazlı servo motor, eylemsizlik momentinin çok küçük olması istenen hallerde kullanılan ve rotoru alüminyum veya bakırdan bos bir silindir olan ferraris motoru vb. Kafesli ve bilezikli asenkron motor dahil, bütün yapım türleri arasında çalışma ilkesi bakımından fark yoktur. Sanayide ve diğer birçok alanda büyük çoğunlukla kullanılan kafesli tip yapımı en kolay, en dayanıklı, isletme güvenliği en yüksek, bakım gereksinimi en az ve en yaygın, elektrik motorudur. Normal kafesli asenkron motorun sakıncası kalkış momentinin nispeten küçük, kalkış akımının büyük olmasıdır. Bu sakıncayı gideren akim yığılmalı asenkron motorlarda kafes yüksek çubuklu, çift çubuklu gibi özel biçimlerde yapılır. Çok küçük ve küçük güçlerde yapılan tek fazlı asenkron motorlar da genellikle kafes rotorludur. Bilezikli asenkron motorun yararı, ek dirençler yardımı ile kalkış akımının istendiği kadar azaltılabilmesi, kalkış ve frenleme momentinin arttırabilmesidir. Şebekelerin çok güçlenmesi ile kalkış akımını sınırlamanın önemi azalmıştır, fakat yüksek kalkış momenti ve uzun kalkış süresi bazı tahriklerde bilezikli asenkron motorun uygulanmasını gerektirir. 15

2.5.2. Asenkron Motorun Yapısı Asenkron motorlar stator ve rotor olmak üzere iki kısımdan oluşur. Şekil 2.5. Sincap kafesli asenkron motor Motorun duran kısmı olan stator, 0,4-0,8 mm kalınlığındaki silisyumlu saçların özel kalıplarla pireslenmesiyle imal edilir. Stator sacları paketlenip imal edilecek motor tipine göre motorun gövdesine yerleştirilir. Sargı uçları klemens kutusunda sonlandırılır. Rotor, motorun hareket eden kısmıdır. Bilezikli rotor (sargılı rotor) ve sincap kafesli rotor (kısa devreli rotor) olmak üzere iki tip rotor vardır. Sincap kafesli rotorda silisyumlu saclar kalıp press ile kesilir ve kanalların içine alüminyum dökülür. Alüminyum kanallar rotorun başında ve sonunda kısa devre edilir. Rotorun başında küçük kanatçıkları da bulunan bu halka motorun iç kısmının soğutulmasında bir fan gibi kullanılır. Küçük güçte motorlar için rotor çubuklarında alüminyum kullanılırken, bazı büyük güçteki motorlar için ise bakır çubuklar kullanılır. Rotordaki bu çubuklar motor mile tam paralel değildir. Çünkü manyetik alanın meydana getireceği gürültülerin azalmasını, rotorun kilitlememesini ve ilk kalkışta oluşabilecek yüksek akımların düşürülmesini sağlar. Ayrıca, rotor oluklarındaki farklı tasarımlarla da motor karakteristiğinde değişiklikler yapılmaktadır [7]. 16

Bilezikli rotor da ise, rotor üzerindeki oluklara sargılar yerleştirilip, sargı uçları motor milinden yalıtılmış bileziklere bağlanır. Rotor sargıları bilezik üzerinde kayan fırçalar ile kısa devre edilir. Bilezikli motorun bu özelliği sayesinde rotora doğrudan erişmek mümkündür. Böylece motorun hız-moment karakteristiğini de değiştirmek mümkündür. Fakat fırça gibi ek donanımlar motor bakımlarını arttırdığı için dezavantaj olarak kabul edilir ve ek maliyet getirir. Şekil 2.6. Sincap kafesli asenkron motor parçaları 2.5.3. Asenkron Motor Çalışma Prensibi Asenkron motorun çalışmaya başladığı ilk anda statorun oluşturduğu döner manyetik akı çizgileri rotor çubuklarını keser ve çubuklarda bir gerilim indükler. İki uçtan kısa devre oldukları için çubuklarda bir akım dolaşır. Bu akım lenz yasasına göre kendi değerindeki artışı engelleyecek yönde kutuplanmalıdır. Sonuç olarak şekilde görüldüğü gibi kutuplanır ve çubuklarda oluşan kuvvet rotorun döner manyetik akıyı izlemesini sağlar. Böylece rotor çubuklarında indüklenen gerilim ve dolayısıyla çubuklarda dolaşan rotor akımı azalır. Motor çalışırken sürtünmeden ve/veya yükten ötürü rotor hızı döner manyetik akının hızından daha az olur. 17

Aradaki farka kayma denir. Asenkron motorun çalışmasını sağlayan bu kaymadır. Eğer kayma olmazsa rotor çubuklarında bir gerilim indüklenmez, bir akım dolaşmaz ve bir kuvvet oluşmaz. Kuvvet oluşmadığında ise rotor dönmez. 2.5.4. Asenkron Motorda Hız Kontrolü Bir asenkron motorda stator manyetik alan hızı senkron hız olarak adlandırılır. Senkron hız besleme frekansı ile doğru, kutup sayısı ile ters orantılıdır. Senkron Hız (n senkron ) = 60fe p (2.1) 2.5.5. Rotor Elektriksel Frekansı Motor yüksüzken rotor az bir kayma oranıyla statoru takip eder. Eğer motorun rotoru kilitlenirse, stator trafonun birincil sargısı rotoru ise trafonun ikincil sargısı gibi davranır. Rotor üzerinde indüklenen gerilimin frekansı stator frekansına eşit olur. Eğer rotor hızı senkron hızda döndürülmüş olsaydı, rotordaki sargı akımların frekansı sıfır olurdu. Elektromekanik enerji dönüşümü dururdu ve rotor yavaşlardı. Rotor kayması, rotor frekansı ile doğru orantılı; elektriksel frekans ile ters orantılıdır. Döner manyetik akı ile rotor hızı arasındaki fark ne kadar büyük olursa, rotor çubuklarında indüklenen gerilimin genliği ve frekansı da o kadar büyük olur. s = nkayma = nsenkron nmekanik = fr 2senkron nsenkron fe (2.4) fr=sfe (2.5) 2.5.6. Asenkron Motor Eşdeğer Devresi Şekil 2.7. Asenkron motorun faz başına kilitli rotor eşdeğer modeli 18

Asenkron motorların eşdeğer devre modeli, transformatör eşdeğer devresine benzer. Asenkron motorun stator sargılarının direnci R1 ve özindüktansı jx1, rotor çubuklarının direnci Rr ve özindüktansı jxr olarak gösterilmiştir. Rc direnci demir kayıplarını ve jxm ise mıknatıslanma reaktansını temsil etmektedir. Asenkron motorun, manyetik motor kuvvet-akı eğrisi ile transformatörün eğrisi Şekil 2,8 de karşılaştırılmıştır. Şekil 2,8 de transformatör eğrisinin motor eğrisine göre eğiminin fazla olmasının nedeni; asenkron motordaki rotor-stator arasında hava aralığının olmasıdır [7]. Motor eşdeğer devresinde stator E1 gerilimi rotorda belli bir oranda ER gerilimini indükler. Stator ve rotor arasındaki sarım oranının hesaplanması, bilezikli motorlarda rotorun sargılı olması nedeniyle kolaydır. Buna karşın sincap kafesli motorların rotor yapısından dolayı kesin bir çıkarım yapmak zordur. Rotorda indüklenen ER gerilimi kısa devre olan rotor çubuklarından akmaya başlar. Şekil 2.8. Transformatör ve asenkron motor mıknatıslanma eğrisi Rotoru kilitli halde transformatöre benzer. Rotorun dönmesiyle göreceli olarak rotor frekansı değişmektedir. Rotor üzerinde indüklenecek gerilim, kayma oranıyla değişiklik gösterir. ER=sER0 (2.6) Rotor üzerinde indüklenen gerilimin frekansı kaymaya bağlı olduğu için rotor reaktansı üzerinde etkiye sebebiyet verir. Buna karşın rotor direnci kaymadan etkilenmez. Rotor reaktansı frekansa bağlı olmak üzere denklem (2-7)'deki gibi gösterilir. 19

Xr=2πfrLr (2.7) Rotorun kilitli haldeki reaktansı, kayma ile doğru orantılıdır. Denklem(2-7)'deki fr yerine Denklem (2-5) deki eşitliğin sağ tarafı konulursa, Denklem(2-8) elde edilir. Xr=s(2πfeLr ) (2.8) Eşdeğer devrenin rotor kısmından akan akım, rotorda indüklenen gerilimin rotor empedansına (2-9) oranı şeklinde bulunabilir.(2-10) Zr=Rr+JXr (2.9) Ir= Er Zr (2.10) 2.5.7. Asenkron Motorda Güç Kayıpları Şekil 2.9. Asenkron motorda güç kayıpları Asenkron motorlar elektrik enerjisini, önce manyetik enerjiye sonra mekanik enerjiye çevirmektedir. Bu enerji dönüşümü sırasında bazı kayıplar söz konusudur. Asenkron motorda giriş gücü çıkış gücü arasındaki kayıplar şöyle sıralanabilir; Stator Bakır Kayıpları (PSCu) Demir Kayıpları (Histerezis ve Girdap Akımları) (Pfe) Rotor Bakır Kayıpları(PRCu) Mekanik Kayıplar (Sürtünme, Rüzgâr) (PMK) 20

Şekil 2.10 da giriş gerilimin asenkron motor devre modelinin stator empedansına oranıyla motorun tek fazından geçen akımı ve bazı kayıpları hesaplamak mümkündür. 2.5.8. Asenkron Motorda Moment - Hız İlişkisi Asenkron motorda indüklenen moment, motor eşdeğer devresinde Xm den akan mıknatıslanma akımı ile üretilmektedir. Mıknatıslanma akımı E1 gerilimi ile doğru orantılıdır. Motor yükündeki değişikliklere rağmen E1 gerilimde çok değişlik olmaz. Motor yüksüz iken rotor hızı senkron hıza yakındır. Rotorun stator döner alan hızına yakın dönmesi sonucunda rotorda indüklenen gerilim düşüktür yani kayma küçüktür. Rotor devresindeki endüktans düşük frekanslarda küçük reaktansa sahiptir. Gerilim ve akım arasındaki faz farkı da düşüktür. Rotor da akan akım küçük olduğundan rotor manyetik alanı da küçüktür. Dolayısıyla indüklenen momentte küçüktür [7]. Motor yükü artarken rotor hızı düşmeye başlar, kayma artar. Artan kayma ile birlikte rotorda indüklenen gerilim artar. Gerilim artışıyla akım artmaya başlar. Artan akım manyetik alanın artmasına neden olur. Üretilen moment artan yük momentini karşılayana kadar bu süreç devam eder. Motordaki moment şöyle ifade edilebilir. Te = Pm Wm (2.11) 2.5.9. Asenkron Motorda Hız Kontrolü Asenkron motorda motor milindeki hız denklemini (2-13) deki gibi tanımlarsak, motor hızındaki değişimin kayma, elektriksel frekans ve kutup sayısıyla ilişkili olduğunu görebiliriz. nm=(1 s)x 120fe p (2.13) Hız kontrolünü yapmak için kaymada değişiklik yapmak bakır kayıplarında artışa neden olur. Bu da asenkron motorun verimini düşürür. Hız kontrolünde iki değişken vardır: Birincisi kutup sayısı, ikincisi elektriksel frekanstır. Kutup sayısında değişiklik yapmak için motor sargılarının üretim esnasında uygulamaya özel tasarım gerektirir. Kutup sayısıyla yapılan hız değişimleri hassas değildir. Örneğin, bir motor 1500 d/dk, 1000 d/dk, 750 d/dk hızlarda çalışabilecek şekilde tasarlanabilir. Ayrıca 21

fan uygulamalarında gerilim ile de hız kontrolü yapılabilmektedir. Gelişen teknolojiyle yarı iletkenler ile etkin şekilde hız kontrolü yapılmaya başlamıştır. Asenkron Motor Matematiksel Denklemleri şekil 2.10 da gösterilmişir. Şekil 2.10. Sincap kafesli asenkron motorun α-β ekseninde matematiksel modeli [9] Şekil 2.11. Asenkron motorun α-β matematik modelinin Simulink blok diyagramı [9] 22

2.6. İnverterler (Eviriciler ) İnverter teknolojisinin temel prensibini anlamak için öncelikle inverter nin üç temel ünitesini tanımak gerekir. Bunlar redresör (doğrultucu), doğru akım (DC) dağıtım çubuğu (bara) ve inverter- evireç dir. Dalgalı akım (AC) güç kaynağının gerilimi sinüs eğrisi şeklinde artar ve azalır. Gerilim pozitifken akım bir yönde, gerilim negatifken ters yönde akar. Bu tür güç sistemleri, büyük miktarlardaki enerjinin uzak mesafelere verimli olarak aktarılmasını sağlar. Bir inverter de bulunan doğrultucu, girişteki dalgalı akım (AC) gücünü doğru akım (DC) gücüne dönüştürmek için kullanılır. Gücün her fazı için iki doğrultucuya ihtiyaç vardır. Bir doğrultucu yalnızca gerilim pozitifken, ikinci doğrultucu ise yalnızca gerilim negatifken üzerinden güç geçmesine izin verir. Büyük güç kaynaklarının çoğu üç fazlı olduğu için minimum altı doğrultucu kullanılır. Altı doğrultucu olan bir sürücüyü tanımlamak için 6 darbeli (pulse) tanımı kullanılır. Bir inverter her biri 6 doğrultucudan oluşan birden fazla doğrultucu bölümlerine sahip olabilir. Böylelikle inverter 12 darbeli, 18 darbeli, ya da 24 darbeli olabilir. Doğrultucular, gücü doğrultmak için diyot, silikon kontrollü doğrultucu (SCR) ya da transistör kullanırlar. Diyotlar, voltajın uygun polaritede olduğu herhangi bir zamanda gücün akmasına olanak veren en basit cihazlardır. Silikon kontrollü doğrultucularda güç akmaya başladığında bir mikroişlemcinin kontrolünü mümkün kılan bir kapı devresi bulunur ve bu da bu doğrultucuların elektronik yol vericilerde de kullanılabilmesini sağlar. Bir mikroişlemcinin herhangi bir zamanda açıp kapamasını olanaklı kılan bir kapı devresi içeren transistörler bu özellikleri ile üç cihaz arasında en kullanışlı olanıdır. 23

2.6.1. Inverter (ASM Sürücü) Çalışma Ilkesi Endüstride sıklıkla kullanılan AC motor sürücüleri, hız kontrol sürücüsü, frekans sürücü, AC sürücü gibi farklı isimlerle adlandırılmıştır. AC motorların çalışma ilkeleri incelendiğinde besleme frekansının motorun hızını doğrudan etkileyen bir parametre olduğu görülebilir. Yani frekans düştükçe motor hızı düşer, frekans yükseldikçe motor hızı yükselir. Endüstride bir motorun anma hızında çalışması istenmiyor daha düşük hızda çalışması isteniyorsa veya motora belirli değişkenlere göre hız kontrolü yapılması isteniyorsa AC motor sürücüleri kullanılır. 2.6.2. AC Motor Sürücüleri Çalışma Prensibi AC Motor sürücülerinin içyapısı incelendiğinde sürücünün girişindeki gerilimin öncelikle bir doğrultucu yardımıyla doğrultulduğu görülür. Diyotlar yardımıyla elde edilen DC gerilim bir barayı besler. Şekil 2.12. Üç fazın pwm sinyaline evrilmesi 24

Şekil 2.12 de anlaşılacağı üzere diyotlar tarafından doğrultulan gerilimin dalga şekli tam olarak düz değildir. DC gerilimin dalga şeklini düzeltmek için kondansatör kullanılır ve kondansatör ile düz bir DC gerilim elde edilir. Elde edilen düz DC gerilim DC/AC evirici ile kontrollü bir şekilde AC gerilime dönüştürülerek motorun hız kontrolü sağlanmış olur. AC Sürücü çıkışındaki gerilim tam bir sinüs dalgası değildir. PWM yöntemiyle elde edilen AC bir gerilimdir. Aşağıdaki resimde farklı frekanslarda AC motor sürücü çıkışındaki dalga şeklinin nasıl olduğunu görülebilir. Şekil 2.13. Farklı frekanslarda AC motor sürücü çıkışındaki dalga şekileri Darbe genişlik modülasyonu (PWM) yöntemiyle oluşturulan AC gerilim frekans ve gerilim kontrolü ile motorun hızını kontrol ederek istenilen hızda motorun çalışmasını sağlar. AC motor sürücülerinin çıkış beslemeleri üç faz olmasına rağmen giriş beslemeleri tek faz veya üç faz olabilir. Kullanacağınız uygulamaya göre birçok farklı özellikte AC motor sürücüsü bulunmaktadır. 25

2.6.3. AC Motor Sürücülerinin Özellikleri Ve Avantajları Ayarlanabilir Hızlanma ve Yavaşlama rampası; İnverter motor ve yük için birden fazla bağımsız hızlanma ve yavaşlama oranını kontrol edebilir. Bu özellikler sayesinde inverterin hız kontrol yaparken çıkışı ne sürede artıracağı ve azaltacağının kontrolünü kullanıcıya verir. Bu fonksiyon özellikle yumşak kalkış ve duruş gerektiren yerlerde vazgeçilmezdir.bu fonksiyonla makinanızın mekanik aksamınıda korumuş olursunuz. İnverterler motorun ve yükünü hızlanma veya yavaşlama sürelerince kontrol edebilir. Bu özelliği, inverterin hız control modunda iken çıkışın artması veya azalması için geçecek süreyi kontrol eder. Analog ve Dijital Giriş çıkış verileri ile kontrol imkanı Endüstriyel makinalarda her uygulamanın kendine özel değişik giriş çıkış bilgilerine ihtiyacı vardır.analog giriş ve çıkışlar genellikle ortam sinyallerini okumak ve inverterin durumuna orantılı sinyaller üretmek için kullanılır. Analog giriş çıkışlar genellikle Gerilim (0-10V) veya Akım (4-20 ma) seviyesindedir. Bu tür sinyal için gerekli güç kaynağıda çoğu zaman inverterin kendi bünyesinde mevcuttur.harici analog sinyal ile invertere yol vermek için mutlaka uygulama tarafından ihtiyaç duyulan tip ve adet inverter ile uyumlu olmalıdır. İnvertere start verebilmek için çoğu zaman sadece analog veriler yetmez. Özellikle start, jog, sabit hızlar, arıza veya parameter kilitleme ve birçok uygulama çeşitliliği için dışardan dijital veriler ile sinyal vermek gerekmekdedir. Bu özelliklerin yanısıra söz gelimi arıza bildirimi, frekans noktaları, inverter çalışma bilgisi gibi onlarca dijital bilgileride yine inverter üzerinden okuyabiliriz. Son dönem bu türden özellikler oldukca zenginleştirilmiştir. Kritik frekansları engelleme ve hız düşürme + Multidroop uygulamaları bazı uygulamaların, mekanizmaların (şaft, kayış vb) salınımına neden olan mekanik rezonans noktaları vardır. Bu salınımlar hızlı bir şekilde mekanik hatalara neden olabilir.tam yük torkunda hız referansının düşürüleceği temel hız miktarını belirler. Yükte bir artış olduğunda motor hızının düşürülmesi için kullanılır. Bu fonksiyon normalde Master Follower uygulaması ile ilgilidir. 26

2.7. Enkoder Enkoder yani sinyal üreticiler bir milin dönüşü ile belli bir miktarda kare dalga üreten veya milin dönüş frekansını ölçen elektromekanik bir cihazdır. Örneğin milin/motorun bir turunda (8, 16 100, 200 veya 360) kare dalga üretebilirler; böylece kare dalga sayısına bakarak motorun dönüşü ve yönü kontrol edilir. Enkoder lardan gelen yüksek frekanslı kare dalgayı saymak için PLC lerin normal sayıcıları değil de ilgili girişlere bağlanan «hızlı sayıcılar» kullanılır. Manyetik veya optik olarak çalışır. Doğrusal ve döner olmak üzere ikiye ayrılır. 2.8. PLC Hakkında Genel Bilgi Günümüzde otomasyon teknolojisinin çok hızlı bir gelişme içinde olduğu görülmektedir. İlk önce analog kontrolle başlayan elektronik kontrol sistemleri zamanla yetersiz kalınca, çözüm için analog sistemlerden sayısal kökenli sistemlere geçilmiştir. 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 programlanabılır lojık kontrolör (Programmnable Logic Controller) adı verilmiştir. PLC bir bilgisayara benzetilirse; girişlerinde Mouse ve klavye yerine basit giriş bağlantıları vardır. Çıkışlarında ekran yerine basit çıkış bağlantıları vardır. Girişlere bağlanan elemanlara algılayıcı, çıkışlara bağlanan elemanlara da iş elemanı denir. PLC algılayıcılardan aldığı bilgiyi kendine göre işleyen ve iş elemanlarına göre aktaran bir mikroişlemci sistemidir. Algılayıcılara örnek olarak herhangi bir metali algılayan endüktif algılayıcı, PLC girişine uygun gerilim vermede kullanılan buton ve anahtarlar verilebilir. İş elemanları için PLC çıkışından alınan gerilimi kullanan kontaktörler, bir cismi itme veya çekmede kullanılan pnomatik silindirleri süren elektrovalfler, lambalar uygun örnektirler. 27

PLC, günümüzde endüstride hemen hemen her alanda özellikle el değmeden gerçekleştirilen üretimlerde kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları enerji dağıtım sistemleri, karmaşık fabrika otomasyonları, asansör sistemleri, konveyörler, motor hız kontrolü vb. endüstrinin hemen hemen her alanında rahatlıkla kullanılabilen PLC ler ile yapılan otomasyon sistemleri röleli ve bilgisayarlı (PC) sistemlere göre birçok avantaja sahiptir. Bu sebeplerden dolayı PLC lerin oldukça geniş kullanım alanları vardır. Şekil 2.14. PLC nin temel yapısı 28

2.8.1. PLC Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar Şekil 2.15. S7 1215C DC/DC/DC PLC Giriş/Çıkış Sayısı: Kontrol sisteminde çalışmayı yönlendiren giriş cihazları ile kontrol edilen komponent sayısı bellidir. Bu cihazların PLC ile bağlanabilmesi için kontrolörde yeteri kadar giriş ve çıkış bağlantı hattı olmalıdır. Ayrıca çalışmanın dışarıdan takip edilmesine yarayan aygıtların (örnek: sinyal lambaları, alarm cihazları) bağlantısı ise sisteme özgü, özel gereksinimlere yanıt verebilecek durumda olmalıdır. Giriş/Çıkış Tipleri: Giriş/çıkış cihazları ile kontrolör arasında elektriksel uyum olmalıdır. Eğer büyük güçlü anahtarlar bulunuyorsa değme noktalarında oluşacak temas dirençlerinin ve titreşimlerinin çalışmayı olumsuz etkilemesi önlenmelidir. Giriş cihazı elektriksel bir sinyal gönderiyorsa, gerekli dönüştürücüler ile birlikte uyum içinde olmalıdır. Çıkış tipleri, çıkış cihazlarına ve onların çalıştığı enerji kaynaklarına göre değişmektedir. Bazı cihazlar röleli çıkışlar ile kontrol edilirken bazılarının da triyak veya transistör çıkışları ile kontrol edilmesi gerekir. 29

Programlama İmkanları: Kontrolörün programlama dili ne kadar sade ve anlaşılır olursa, kullanımı teknik elemanlar tarafından o kadar kolay olur. Yazılabilecek maksimum komut sayısı programlama esnekliğini arttınr. Komut sayısı miktarı ram bellek kapasitelerine tekabül etmektedir. Bununla birlikte programlanabilir kontrolör programları, genellikle 1000 komuttan daha az, ortalama 500 adım veya daha kısadır. Çoğu sisteme ilişkin problemlerin çözümünde bazı fonksiyonel özel rölelere ihtiyaç duyulur. Timer (zamanlayıcı) ve counter (sayıcı) gibi rölelerin çokluğu her zaman tercih sebebidir. PLC'nin yapısında bulunan ana mikroişlemcinin gelişmişliği programlama imkanları ile paraleldir. Bunda işlemcinin bit sayısı, adres ve data hattı sayısı, hızı, vs. gibi özellikleri etkili olmaktadır. Çalışma Hızı, bir kontrol sisteminden beklenen en önemli özelliklerden biridir. PLC için çalışma hızı, algılanan değişimlerin yorumlanarak tepki verilmesi arasında geçen süre ile ifade edilir, fakat burada asıl ayırt edici nitelik tarama zamanıdır; çünkü diğer süreler aşağı yukarı birbiriyle aynıdır. Tarama hızının azalması çalışma hızının artmasına sebep olur. Sistem Genişlemesi Ve Iletişim: Eklenebilir modüllerle giriş/çıkış sayısının artırılması ve sistemin genişletilmesi sürekli bir avantajdır. Öte yandan PLC'ler arasındaki iletişim imkanı tercih edilen yönlerden biridir. PLC 'ler arasında haberleşmeyi ve bilgi işlem cihazları ile beraber çalışarak tek bir merkezden yönetimi mümkün kılar. Bu amaçla kullanılan RS232 konnektörleri PLC üzerinde tüm kontrollerin yapılabilmesini sağlar. Kullanılan modelin ve bu modeldeki program özelliklerinin yeni modellerle entegrasyon imkanları da göz önünde bulundurulmalıdır. Çevre Birimleri: Ayrılabilir programlama konsolu, grafik programlayıcı, printer ara birimleri, eprom (prom) programlayıcı okuyucu, manyetik teyp bandı, disket üniteleri, printer ara birimleri birim kontrolörün işlevselliğini art tırmaktadır. 30

2.8.2. TIA PORTAL Totally Integrated Automation kelimelerin kısaltılmışıdır.simatic MANAGER in yeni versiyonudur. SIEMENS in S7-1200, S7-300 ve S7-400 ailesi, PLC leri programlamak ve yönetmek için kullanılan yeni nesil edidörüdür. Sadece program yazmakla kalmaz, ayni zamanda operatör panel programlama ve SCADA oluşturmada da kullanılır. Basic sürümleri sadece S7-1200 ailesi için kullanilalabilir. Professional ve daha üstü sürümler S7-1200 ailesi ile birlikte s7-300 ve s7-400 ailesini de programlayabilir. TIA Portal, temel programlama tekniklerinin yanında gelişmiş komutları da içinde barındıran bir arayüzdür. Endüstri 4.0 ile birlikte bu yenilenen arayüz mühendislikte verimlilik, kontrol ve erişebilirlik gibi bir çok açıdan kolaylıklar sağlamaktadır. TIA Portal, tamamen entegre otomasyon sisteminin tüm potansiyelini ortaya çıkarmak için bir anahtar konumundadır. Sürecin önde gelen mühendisleri tüm makine ve süreç prosedürlerini optimize edip entegre bir işletme sistemi sunmaktadır. I/0, HMI, sürücüler, hareket kontrolü ve motor yönetimi sistemleri bir bütün halinde sunar. Ortak veri yönetimi ve akıllı kütüphane sistemi sayesinde kapsamlı yazılım ve donanım fonksiyonları verimli bir şekilde tüm otomasyon görevlerini yerine getirebilir. TIA portal, Siemens'in mevcut otomasyon donanımı ile birlikte kullanıldığı zaman, ani piyasa değişimlerine karşı çok esnek bir yapıya sahip olabilirsiniz. Bu süreçte firmanın, üretim süresini kısaltılıp daha rekabetçi piyasalara girmesi kolaylaşır. Endüstriyel üretim süreçlerinde artan kompleks işlemler otomasyon teknolojisinde; Performans Güvenlik Verimlilik gibi kavramların gerekliliğini arttırmıştır. Bu yapıdaki en iyi çözüm ise Siemens tarafından geliştirilen TIA PORTALolarak görülmektedir. Oluşumun mühendislik çerçevesi kullanım kolaylığı açısından en üst düzeyde optimize edilmiştir. Bu yapı tüm planları, makine ve işlem süreçlerini optimize eder. Aynı zamanda Siemens'in şu anda sahip olduğu teknoloji ile birlikte kullanıldığında sistemden alınabilecek en iyi verim alınır. 31

2.8.3. TIA Portal'ın Avantajları TIA PORTALmühendislik çerçevesi tutarlı otomasyon çözümlerinin temelini oluşturur. Standart işlem konsebti sayesinde işlevselliği garanti eder. Bu anlamda aşağıdaki maddelerden TIA Portal'ın genel avantajları sıralanabilir. Mühendislik vaktini kısa süreye indirir, Yapılan yatırımlar için kapsamlı koruma sağlar, Bakım periyodunu azaltır, Hızlı bir sistem geliştirmesi imkanı verir. Sonuç olarak rekabetçiliği arttıracak yüksek seviye bir fabrika ortamı oluşturulmasına yardımcı olur. Şekil 2.16. TIA PORTAL şeması 2.9. SCADA SiSTEMLERİ SCADA terimi Türkçe ye Tanımalı Kontrol ve Veri Toplama Sistemi veya Uzaktan Kontrol ve Gözleme Sistemi olarak çevirilebilir. Bilgisayarlardan, haberleşme aletlerinden, algılayıcılardan veya diğer aygıtlardan oluşturulmuştur ve aynı zamanda denetlenip ve kontrol edilebilir [10]. Kesin ve gerçek zamanlı bilgi, sistemin iletim ve sürecinin optimizasyonu için gerekli elemanlardır. Bununla birlikte daha verimli, güvenilir ve en önemlisi güvenli iletim sağlanır. SCADA sistemleri ise kesin ve gerçek zamanlı bilgileri 32

uzaktan ve uzak mesafeden RTU lar aracılııyla toplayarak, ana istasyonda bu bilgileri gösterir; gelen veriler değerlendirilerek, iletmelerin stratejileri geliştirilir, politikalar saptanır ve iletme ile ilgili önemli kararlar alınarak iletmecilerin uzaktan kumanda görevlerini, yerine getirmesini sağlar. SCADA sistemi sayesinde izlenen sistem tek bir merkezden yönetilirek personel sayısının ve iletme giderlerinin azalmasını sağlar. İzlenen ve kaydedilen değerler sayesinde iletmenin kalitesini yükseltecek, verimliliin artıracak stratejiler geliştirilir. Gerçek zamanlı izleme ve alarm fonksiyonu sayesinde ise arızalara zamanında müdahale edilerek güvenli iletmenin devamlılığını sağlar. SCADA sistemleri, enerji üretim, doğalgaz üretim ve iletme tesislerinde, gaz, yağ, kimyasal madde ve su boru hatlarında pompaların, valflerin ve akı ölçüm ekipmanlarının iletilmesinde, kilometrelerce uzunluktaki elektrik iletim ve dağıtım hatlarının kontrolü ve ani yük değişimlerinin dengelenmesi gibi çok farklı alanlarda kullanılmaktadır [10]. 2.9.1. SCADA Sistemlerinin Yapısı SCADA sistemini kısaca uzak mesafeli iletme olarak da tanımlanabilir. Burada kasdedilen uzak mesafe kontrolün olduğu yer ile kontrol edilen yerin arasına doğrudan çekilen bir donanım ile haberleştirilemeyecek kadar uzak olmasıdır. Uzak sahadaki bilgileri gerekli ölçüm cihazları ile bir panoda toplanır. Yine sahada yer alan RTU, uzaktan izlenecek merkez ile analog ve dijital sinyaller arasında bir arayüz oluşturur. İletişim sistemleri ana istasyon ile uzak mesafedeki sahalar arasında patika oluşturur. Bu iletişim sistemleri bakır kablo, fiber optik, radyo sinyalleri, telefon hattı, mikrodalga sinyalleri ve uydu ile gerçekleştirilebilir. Bu iletişim sistemlerinde en verimli ve en uygun bilgi akışını sağlamak için çeşitli protokoller kullanılır. Son olarak, ana veya alt istasyonlarda, çeşitli RTU lar aracılığıyla toplanan bilgilerin iletmeci arayüzüyle görüntülenmesi ve uzak sahanın kumanda edilmesi sağlanır. 33

2.10. USB RS-485 CONVERTER RS485, günümüzde pek çok alanda kullanılmakta olan popüler bir haberleşme sistemidir. Bu sistem ilk defa 1983 yılında RS422 standardının gelişmiş düzeyi olarak kullanıma geçti.rs485 ile RS232 arasındaki temel fark, RS485 in iki tel arasındaki değişken voltaj metodu ile bilgi transferi yapmasıdır. İki tel rasındaki sinyalin polaritesi sayısal durumu belirler. Toprak sinyali sadece akımın geri dönüş yolu olarak kullanılır Şekil 2.17. RS485-USB dönüştürücü konnektör uçları RS-232 kısa mesafeli iletişim için tasarlanmış bir seri iletişim standardıdır. RX ve TX üzerinden iletilen bilgiler referans seviyesi olan GND ye göre belirlenmektedir. RS-232 ile kısa mesafeli ve 115,2 Kbit/sn gibi hızlara ulaşılabilmektedir. Bu standart gürültülü ortamlar için uygun değildir. RS-232 sürücüleri birçok alıcıyı aynı anda sürebilecek şekilde tasarlanmamıştır. RS-485 daha uzun mesafelerde, gürültülü ortamlarda, daha yüksek hız gerektiren yerlerde, daha çok alıcı vericinin gerektiği yerlerde kullanılmak üzere geliştirilmiş bir seri iletim ortamıdır. RS-232 standardında yazılım katmanında kullanılan protokolün ne olacağı, iletim katmanında konnektörlerin ne olacağı gibi özellikler kesindir. RS-485 standardı ise sadece iletim katmanı için standart belirlemiştir. Yazılım katmanında kullan protokol ve kullan konektör tiplerini kullanıcının isteğine bırakmıştır. RS-485 de data hattındaki veri hızı birçok parametreye bağlı olsa da çok iyi ayarlanmış uzun olmayan bir hatta saniyede 25 Mbit kadar hızlara ulaşılabilir. RS485 protokolü ile 1220 metreye kadar burgulu kablo kullanarak haberleşme yapmak mümkündür [11]. 34

Bu Bitirme Çalışmasında DIGITUS DA 70157 RS485 TO USB marka dönüştürücüsü ile analizörün okuduğu üç fazlı asenkron motor verilerini (gerilim, akım, aktif güç, reaktif güç, frekans) bilgisayar ortamına aktarmak için kullanıldı. Şekil 2.18. Digitus DA 70157 RS485 to USB dönüştürücü 2.11. Akım Trafosu Akım transformatörü, bağlı oldukları devredeki akımı, belirli değerlere indirgeyerek, sekonderine bağlı olan ölçü aletlerine ölçüm için gerekli olan (Genel olarak 1A ve 5A) akımıve izolasyonu sağlayan bir ölçü transformatörüdür. Devreye seri olarak bağlanan akım transformatörleri, normal çalışma koşullarında primer akımı ile sekonder akımı arasında faz farkı yaklaşık sıfır olması en önemli özelliklerinden biridir. Akım transformatörleri, özellikle orta ve yüksek gerilim devrelerinde primerindeki akımın manyetik bir kublaj ile küçültülmesiyle sekonder tarafında daha küçük bir akım elde edilir ve bu akım, makinenin sekonder tarafına bağlı olan cihazların, ölçü aletlerin yüksek gerilimden etkilenmesini önler. Şekil 2.19. Alçak Gerilim akım transformatörü 35

Akım Transformatörünün Yapısı ve Çalışma Prensibi: Bir akım transformatörünün yapısında; primer ve sekonder sargıları, manyetik bir nüve, izolatörler ve soğutma tipi yağlı tip olan akım trafolarında içi trafo yağı dolu bir kazan bulunur. Normal bir transformatör çalışma prensibinde olduğu gibi; primer sargısına gelen alternatif akım, bu sargıda bir gerilim endükler ve manyetik akı oluşturur. Manyetik nüve yardımıyla primer sargısının oluşturduğu akı sekonder sargısına iletilir. Değişken alternatif akı, sekonder sargısında bir gerilim endüklenmesine neden olur ve bu gerilim trafonun sekonder devresinde bir akım akmasına sebep olur. Kimi transformatörlerinde primerden akan akım, transformatör dönüştürme oranına göre sekondere manyetik yol ile iletilir. Primer sargılarında yüksek gerilim olduğu için sargılar kalın ve az sarımlı, sekonder sargılarında daha küçük gerilimler bulunduğundan sargıları daha ince ve çok sarımlıdır. Akım transformatörlerinin en önemli özelliklerinden birisi de sekonder devresinin kısa devre durumunda çalışmasıdır. Eğer sekonder sargı uçları açık bırakılırsa, sekonder sargılarının oluşturduğu, primer sargılarının manyetik akısının azaltıcı yöndeki manyetik akının ortadan kalkmasına sebep olur. Bu durumda açık bırakılan sekonder sargı uçlarında aşırı bir gerilim oluşur ve bu durum sargıların ve nüvenin ısınmasına sebep olur. Yine bu durumda sekonder uçlarında daha çok gerilim endüklenir ve cihazlar ve ölçü aletleri zarar görebilir. Bu yüzden sekonder uçları kısa devre edilmelidir. Şekil 2.20. Akım trafosu bağlantı şeması 36

2.12. Modbus Poll Modbus Poll birden çok pencereli kullanıcı arabirimini kullanır. Bu, farklı veri alanlarını veya farklı işlev kimliklerinin verilerini gösteren aynı anda birkaç pencere açabileceğiniz anlamına gelir. Alias hücrelerine herhangi bir metin yazabilirsiniz. Herhangi bir iletişim kutusunda, o konuyla ilgili daha fazla yardım almak için F1 tuşuna basabilirsiniz [12]. 2.12.1. Modbus Poll Özellikleri: Modbus Poll cihazları kullanarak verileri okuma / yazma: Modbus RTU or ASCII on RS232 or RS485 networks.( RS232 veya RS485 ağlarında Modbus RTU veya ASCII.) Modbus TCP/IP Modbus Over TCP/IP. (TCP paketinde saklanan Modbus RTU / ASCII) Modbus UDP/IP Modbus over UDP/IP. (Modbus RTU / ASCII, bir UDP paketinde kapsüllenir) 2.13. KEPServerEx KEPServerEx, geniş bir endüstriyel aygıt ve sistem yelpazesinden Windows PC'deki istemci uygulamalarına veri ve bilgi getirme imkânı sağlayan 64 bitlik bir windows uygulamasıdır. KEPServerEx bir "Sunucu" uygulaması kategorisine girer. Birçok yazılım disiplini ve iş segmentinde "istemci / sunucu uygulaması" terimini duymak çok yaygındır. Endüstriyel piyasada, genellikle, insan makine arayüz yazılımı ve veri tarihçileri arasında değişen çeşitli uygulamalar arasında imalat veya üretim verilerini büyük MES ve ERP uygulamalarına paylaşmak anlamına geliyordu. Hizmet verilen iş segmentinden bağımsız olarak, istemci / sunucu uygulamalarının ortak bir özelliği vardır. Bu ortak özellik ise standartlaştırılmış bir veri paylaşma yöntemidir. Endüstriyel alanda, son on yılda birçok istemci / sunucu teknolojisi geliştirildi. Başlangıçta bu teknolojilerin bazıları tescilli idi. Birçok durumda, bu mülkiyetli istemci / sunucu mimarileri geniş kullanımdaydı, ancak üçüncü taraf uygulamaları için mevcut değildi. Windows'un başlangıcında Microsoft, DDE veya Dinamik Veri Alışverişi adlı genel bir istemci sunucu teknolojisini sağladı. DDE, çok sayıda satıcıdan gelen birçok Windows uygulamasının verileri paylaşmasına izin 37

verecek bir temel mimari sunmuştu ancak bir sorun vardı. DDE endüstriyel pazar için tasarlanmamış; Endüstriyel bir ortamda istenen hız ve dayanıklılığın çoğundan yoksundu. Bununla birlikte, bu durum, DDE'nin çoğu istemci / sunucu mimarisi haline gelmesini engellemedi, büyük oranda çoğu Windows uygulamasında bulunması nedeniyle. Zaman içinde, Microsoft'un DDE varyasyonları piyasadaki önde gelen bazı satıcılar tarafından geliştirildi. Bu varyasyonlar DDE'nin hız ve güvenilirlik konularının bazılarını ele aldı ancak endüstriyel bölümdeki birçok kişi daha iyi bir sistem geliştirilmesi gerektiğini kabul etti. 38

3.TASARIM 3.1. Genel Bilgiler Bu Bitirme Çalışmasında üç fazlı asenkron motorun matematiksel denklemleri çıkarılıp ve Asenkron motorun α-β matematik modelinin Simulink blok diyagramı oluşturulmuştur. Maliyeti de göz önünde bulundurularak, belirlenen standartlar üzerinden sistem bileşen elemanları belirlenir. Elemanlar belirlendikten sonra ön maliyet raporu oluşturulur. Bu elemanlar darbelerden, uygunsuz hava koşullarından ve oluşabilecek iş kazalarından önlemek için pano içine yerleştirilir. Elemanların boyutları göz önünde bulundurularak yerleştirilecek pano ölçüleri belirlenir. 3.2. Boyutlandırmalar Üç fazlı asenkron motor 32.4 X 19.8 X 15.6 boyutlarına sahiptir. Şekil 3.1. Üç fazlı asenkron motor teknik çizimi ve ölçütleri 39

Şekil 3.2. Pano Sistemin tüm bileşenleri bilgisayar ve üç fazlı asenkron motor hariç, 144 X 40 X 40 boyutlarında bir pano içerisine sığabilecektir. 3.3. Sistem Bileşenleri ve Seçimleri Bitirme Çalışması da kullanılanan alt sistem bileşenleri; 1. ENTES akım trafosu (10-5) A 2. DIGITUS DA 70157 RS485 TO USB conveter 3. CAT5 haberleşme Kablosu 4. 5A Sigorta 5. Enkoder 6. MEAN WELL DR-45-24 2A Güç kaynağı 7. 140 X 40X 40 pano Bu alt sistem bileşenlerin maliyet den önce uygunlkları ön planada tutulmuştur. Şebeke analizörü 5 ampere kadar ölçüm yapabilir. Örnek çalışmada ki üç fazlı asenkron motorun güçü 1.1 Kw ve çalışma gerilimi 380 Volt olduğundan motor etiketinden anma akımı 2.3 Amper olduğu belirlenmiştir. 40

Tablo 3.1. Motor etiket değerleri Bu Bitirme Çalışmasında akım eğerimiz 5 Amperden az olsada kalkınma akımı 6.3 amper dir. Başka bir çalışmada daha yüksek akım değerleri için akım trafosu yardımıyla 5 Ampere orantılı olarak düşür. Örneğin 10-5 Akım trafosu için primer sargısında ki 10 Amperi sekonder uçunda 5 Ampere düşürür. Eğer pirimer ucunda 5 Amper varsa sekonder ucunda 2.5 Amper görünür. Akım trafosu seçilirken Bitirme Çalışmasının uygulanağı sistemin ölçülecek maximum akım değeri belirlenir ve ona göre Akım trafosu seçilir. Şebeke analizörü 5 Ampere kadar dayanabildiğinden ölçülen akımın 5 amperi kesinlikle aşmaması lazımdır. Maksimum akım değerini aşması durumunda şebeke analizörü yanar. Bu sorunun önüne geçmek için 5 Amperlik bir sigorta yardımıylan Şebeke analizörü korunmuş olunur. Siemens S7 1215C PLC 24 Voltla çalışdığından 24 Voltluk bir güç kaynağına ihtiyaç duyar. Bunun için porojede MEAN WELL DR-45-24 2A Güç kaynağı kullanılmıştır. Eğer farklı bir güç kaynağı kullanılmak istenirse kesinlikle 24 V DC veya 220 V AC gerilime sahip olması lazımdır. Şebeke analizörü Modbus (RTU) RS485 haberleşme protokolü kullanılmaktadır. PC nin RS232 protokolü (usb) kullandığından bir dönüştürme işlemine tabi tutulması lazımdır. Şebeke analizörünün haberleşme kısmından çıkan CAT5 haberleşme Kablosu, RS485 DIGITUS DA 70157 RS485 TO USB conveter yardımıylan RS232 protokolüne (usb) uyumlu hale getirilir. Eğer bilgisayarda RS485 haberleşme protokolüne uygun giriş varsa, RS485 DIGITUS DA 70157 RS485 TO USB convetera gerek yoktur. Bitirme Çalışmasın da ki bileşenlerin yağmur, kar, toz, hasar verebilecek darbeler ve olası iş kazalarını önlemek için bir panonun içine konulmaları gereklidir. Bitirme Çalışması kapsamında bileşenlerin boyutlarıan göre 140 X 40X 40 pano kulanılmıştır. 41

3.4. Uygulanan Yöntemler 3.4.1. RS-485 haberleşmesi RS485 protokolü ile 1220 metreye kadar burgulu kablo kullanarak haberleşme yapmak mümkündür. Kablo bağlantıları yapıldıktan sonra uzak haberleşme için protokol sinyalleri devre tarafından yapılmıştır. Kullanıcı üniteye RS232 protokolünde (usb) veri gönderir, devre bu veriyi RS485 olarak olarak data hattından alıcıya iletir. Alıcı ise RS485 sinyalini RS232 olarak karşı taraf ulaştırır. RS485 port kısmına paralel olarak 32 cıhaz (bazı modellerde daha fazla) bağlanabilir ve birbirleri ile haberleştirilebilir. Data hattında her uç birim aynı anda veri transferi yapmamalıdır. Eğer bir ünite veri gönderirken diğeri de göndermek isterse data hattında girişim sebebiyle veri kaybı olmuştır. Bunu engellemek için uygulanan yöntem, ünitelerden birini Master (asıl) ve diğerlerini slave (yardımcı) olarak tanımlamaktır. Her Slave üniteye bir adres verilir. Master bu üniteleri adres vererek sorgulayabilir veya data hattının meşgul olup olmadığın sorgulanır. Meşgul değil ise veri transferi yapılır. 3.4.2. Hız Kontrolü Enkoder aracılığıyla okunan hız PLC ye aktarılır. PLC içerisindeki HSC (High Speed Counter) sayma işlemini yapar. HSC (High Speed Counter) içinde ki değer SCADA arayüzüne aktarılır. Okunan hız değeri değiştirilmek istenirse veya on/off işlemi yapılması gerekirse SCADA arayüzünden yapılan kontrol işlemleriyle motora PLC üzerinden müdahale edilir. Bu işlem ise PLC nin analog çıkışından inverterın analog girişine yapılan bir bağlantıylan halledilir 3.5. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz Ekonomik Analiz Tablo 3.1 de görüldüğü üzere malzeme maliyeti toplamda 10,070.39 TL tutmuştur. Bileşenlerin vasıfları belirlenirken, en ucuzu, en pahalısı, en kalitelisi gibi noktalardan ziyade en uygun olanı seçilmeye çalışılmıştır. Bitirme Çalışması kapsamında ana bileşen asenkron motor oluğundan dolayı ölçüm ve konturol aşamaları da buna bağlı olarak belirlenmektedir. Mesela motorun anma akımı 42 Amper olsaydı akım trafosu en az 50-5 seçilmek zorundadır. Lakin tüm bileşenler motora bağlı olarak seçilmemiş diğer ana bileşenlerin de belirleyici 42

noktası bulunmaktadır. Örneğin pano içinde muhafaza olan malzemelerde en ve derinlik olarak bakılarak bir pano ölçüleri belirlenmelidir. Yalnız yükseklik kısıtlaması iş kazzalarına mahal vermemek için güç analizörünün göz hizasında görülebilinecek bir noktada olması lazımdır. Uygunluk kriterleri belirlendikten sonra maliyet göz önünde tutularak eleman teminine başlanır Seçilen bu malzemeler maliyet göz önünde bulundurularak sistemi olumsuz etkilemeyecek şekilde fiyatı makül değerlerde olan eş değerleriylen değiştirilmiştir.. Örneğin Anma akımı 7.89 Amper olan 3 KW bir asenkron motorun için (10-5) Amperlik bir akım trafosu lazımken mevcud elemanlar arasında (50-5) Amperlik bir akım trafosu varsa yenden bir eleman almak yerine 7.89 Amperin üstü oldundan ötürü bu akım trafosuda iş görecektir. Asenkron motor hız kontrolü için analok çıkışa ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yüzden PLC seçiminde analok çıkışı olan PLC ler göz önünde bulundurulmuştur. Eğer analog çıkışlı PLC ler çok pahalıysa S7-1215C nin alt modellerinden uygun fiyatlı bir PLC ile bir analık giriş modülü monte edilip motor kontrolü yapılabilir. Tablo 3.2. Malzeme Listesi Malzemenin adı Kullanım amacı Birim fiyatı (TL) Aded i Fiyatı (TL) GAMAK 1.1 KW 3 fazlı Asenkron Motor 185,56 TL 1 185,56 TL Siemens S7 1215C PLC Motor kontrolünü sağlamak 1610 TL 1 1610 TL MPR 5396 Şebeke Analizörü Sistemin verilerini okurmak güç 250 TL 1 250 TL 43

ENTES akım trafosu (10-5) A Şebeke analizörü en fazla 5 A dayana bilir. Okunacak değeri orantılı ala bilmek için kullanılır. 159 TL 1 159 TL ABB AC5355 Motor Motorü süre bilmek 701 TL 1 701 TL Sürücü içindir. MEAN WELL DR-45- PLC ye besleme 62,22 TL 1 62,22 24 2A Güç kaynağı kaynağı TL TIA PORTALV13 yazılımı Wincc Flexible SCADA (128 Tag) yazılımı KEPWARE SERVEREX yazılımı MODBUS Poll yazılımı Motor süre bilmek için kullanılan yazılımdır. Şebeke analizöründen gelen verileri kendi oluşturduğumuz bir arayüzde gösterir. MODBUS POLL proğramından gelen verilerin adresslerini belirler Şebeke analizörden alınan güç verilerini, RS485-USB converter ile bilgisayar ortamına aktarır 3149 TL 1 3149 TL 338,5 TL 1 338,5 TL 3034 TL 1 3034 TL 393.5 TL 1 393.5 TL 44

DIGITUS DA 70157 RS485 TO USB conveter CAT5 haberleşme Kablosu Enkoder MathWorks MATLAB&SIMULINK simscape license Dikili Tip PANO 1445-1495 140 X 40X 40 pano (BoyXGenişlikX Derinlik) TOPLAM Modbus(RTU) RS485 haberleşme protokolü kullanan Şebeke Analizörü ile PC arası haberleşmeyi sağlar. Şebeke Analizörü Modbus(RTU) RS485 haberleşme protokolü kullandığından converterla analizör arası iletişim için kullanılır. Üç fazlı asenkron motorun hız verisini okur. üç fazlı asenkron motorun modellemesi yapılıp similesyon yapılır. Dış ortamlaran etkilenmemesi gereken mataryellerin muhafaza edilmesi 75 TL 1 75 TL 3 TL 1 3 TL 153 TL 1 153 TL 87.61 TL 1 87.61 TL 500 1 500 10,070. 39 TL 45

4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI 4.1. Genel Bilgiler Sistem gerçeklenmeden önce modellemesi gerçekleştirilip simülasyon yapılmıştır. Bu sayede oluşabilecek aksaklıklar gözlenmiş olunur. Örneğin bu Bitirme Çalışmasında üç fazlı asenkron motorun bir modellemesi çıkartılıp MATLAB- SIMULINK de simüle edilmiştir. Simülasyon sonucunda kalkış anında ve anma değerine oturana kadar geçen sürede motorun akım-zaman grafiği çizdirilerek verdiği tepkiler gözlenmiştir. Bu tepkiler yorumlanıp ne anlama geldiği açıklanmaya çalışılmıştır. Bitirme Çalışmasında yazılımsal olarak dört ayrı yazılım kullanılmaktadır. Hız okuma ve kontrolü için TIA PORTALV13 yazılımı, şebeke analizöründen gelen güç parametrelerinin gönderildiği adresleri belirleyebilmek için MODBUS POLL yazılımı, belirlenen adreslede ki değerleri diğer yazılımlara aktara bilmek için KEPWARE SERVEREX yazılımı ve PC den veri izleyip zamana göre çizdirme işlemini yapabilmek için Wincc Flexible SCADA (128 Tag) yazılımı kulanılmıştır. 4.2. Simülasyon Yazılımları 4.2.1. MATLAB&SIMULINK Yazılımı Şekil 4.1. MathWorks Matlab&Simulink 46

SIMULINK, dinamik sistemlerin modellenmesi, simülasyonu ve analizi için kullanılan bir yazılım paketidir. Son yıllarda akademik ve endüstriyel ortamlarda yaygın biçimde kullanılmaktadır. Simulink, İş akış kontrolü Isı, soğutma, süsbansiyon ve fren sistemleri Sayısal İşaret İşleme ve haberleşme Diferansiyel denklem çözümü Durum-uzay modelleri Transfer fonksiyonları Neuro-Fuzzy sistem modelleme Elektrik devre çözümü Kontrol sistemleri (Uçuş kontrol, PID kontrolü) Dış ortam ile veri alışverişi Uzaktan ve Web tabanlı kontrol Robotics çalışmaları Gibi birçok elektrik, elektronik, finans, mekanik ve termodinamik gerçek dünya sistemini simüle edebilir. Bir MATLAB arayüzü olan Simulink te bir modelleme işlemi için: Simge sürekleme-bırak mantığı ile taşınan bloklar kullanılır. Matlab kodu yazmak yerine, işlem blokları birbirine bağlanarak model diyagramları oluşturulur. Blok simgeleri, sistemin girişlerini, sistemin parçalarını veya sistemin çıkışlarını gösterir. Simulink in bir diğer önemli özelliği de Matlab ortamı ile etkileşimli işlem görmesidir: Simulink çıkış sonuçları, Matlab çalışma ortamına gönderilebilir ya da bu ortamdan veri kullanılabilir. Simulink modelleri, setparam ve getparam komutları kullanılarak programlama (.m) dosyalarıyla kontrol edilebilir. 47

Simulink, GUI yapısı ile interaktif bir ortam oluşturarak kullanılabilir. Bir dinamik sistemin simülasyonu, iki adımlık bir Simulink işlemidir: İlk önce Simulink model editörü kullanılarak dinamik sistemin girişi, durumu ve çıkışı arasında zaman bağımlı matematiksel ilişkisini (nümerik, türev, diferansiyel denklemler vb) grafiksel olarak gösteren bir blok diyagramı oluşturulur. İkinci adımda belirlenen bir zaman aralığı içerisinde modellenen sistem çalıştırılır yani simüle edilir. Bu Bitirme Çalışmasında Matlab&Simulink yazılımı, motor sürücü (inverter) ile üç fazlı asenkron motor arasındaki v/f hız kontrolünü simüle etmek için kullanılmıştır. Simulink kütüphanelerinden Simscape Toolbox ve Control Toolbox gibi kütüphanelerdeki gerekli devre elemanlarından yarallanılmıştır. 4.2.2. Siemens SIMATIC Wincc Flexible Yazılımı Şekil 4.2. SIMATIC WINCC Flexible WinCC WinCC, bir Alman firması tarafından üretilmiş, ülkemizde yaygın olarak kullanılan PLC sistemlerine SCADA uygulamalarını giydirmek için tasarlanmış windows üzerinde uygulama geliştirebilme imkânı sağlayan bir SCADA yazılım paketidir. Dolayısıyla Siemens PLC + Siemens SCADA uyumu ideal otomasyon sistemleri tasarım desteği sağlayabilir. WinCC SCADA yazılımının en temel bileşenleri şunlardır [14]. Windows Control Center Graphic Designer WinCC Tag Simulator 48

Bitirme Çalışmasında da SIMATIC WinCC Flexible yazılımını SCADA arayüzü tasarlamak için kullanacağız. Analizörden Modbus (RTU) haberleşme ile okuyacağımız güç parameter verilerini SCADA ekranında görüntülenecektir. 4.3. Sistem Modelleme Simülasyonu yapılan olan sistemin nasıl modellendiği açıklanır ve model denklemleri ya da model şekli verilir. Gerekli açıklamalar yapılır, modelin nasıl çalıştığı anlatılır. 4.3.1. Matlab& Simulink İle Modelleme Motor sürücü ile asenkron motor arasındaki hız kontolünü simüle etmek için MathWorks MATLAB programını açıyoruz. Şekil 4.3. Matlab Açılış Ekranı Şekil 4.3 MATLAB programının ana ekranıdır. Simulink kütüphanesini açmak için iki seçenek var. Ya Command Window yazan kısma >> simulink yazıldıktan sonra enter tuşuna basılır. 49

Şekil 4.4. MATLAB R2015b command windows Yada ana ekranda bulunan oluruz. ikonuna tıklayarak simulink yazılım paketini açmış 50

Simulink Library e giriş Şekil 4.5. Simulink Giriş Şekil 4.5 te butonuna basarak yeni bir model oluşturulur. Pencerenin sol tafında bulunan kütüphaneler ile gerekli devre elemanları eklenir. 51

Yeni model oluşturma butonu Blok diyagramlar Kütüphaneler (Toolbox) Şekil 4.6. Simulink Toolbox Listesi Yeni bir model oluşturduktan sonra devre elemanlarımızı ekleyebiliriz. Arama bülümüne Asynchronous Machine SI yazıp aranır. 52

Şekil 4.7. Modelimize powerlib kütüphanesinden asenkron motor ekleme Ekrana gelen üç fazlı asenkron motorun üstüne çift tıklayıp Block Parameters menüsü açılır. Asenkron motor generatör veya motor modunda çalışır. Çalışma şekli mekanik tork işaretiyle belirlenir: Tm pozitifse, makine motor gibi davranır. Tm negatif ise, makine bir generatör görevi görür. Şekil 4.8. Üç fazlı sincap kafes asenkron motor Asenkron motor için blok parametre değerleri Şekil 4.9 da verilmiştir 53

Rotor tipi Sincap Kafes seçilir Şekil 4.9. Asenkron motorun configuration sekmesinden rotor tipinin seçilmesi Parametres sekmesinden üç fazlı asenkron motorun gücünü (HP), şebeke frekansını (Hz), çalışma gerlimini (V),stator direncini (Rs), rotor direncini (Rr) ve eylemsizlik kaysayısı ( j ) gibi motora özgü parametre değerleri girilir. Şekil 4.9 da bu değerlerin nasıl girildiği gösterilmiştir. 54

Şekil 4.10. Asenkron motora özgü parametre değerlerinin girilmesi Sincap Kafes Asenkron Motorun Elektriksel Devre Modeli Ve Matematiksel Denklemi Şekil 4.11. Asenkron motor elektriksel devre modeli 55

Vqs = Rsiqs + dφqs/dt + ωφds (2.14) V'qr = R'ri'qr + dφ'qr/dt + (ω ωr)φ'dr (2.15) Te = 1.5p(φdsiqs φqsids) (2.16) ω Reference frame angular velocity ωr Electrical angular velocity φqs = Lsiqs + Lmi'qr (2.17) φ'qr = L'ri'qr + Lmiqs (2.18) Ls = Lls + Lm (2.19) L'r = L'lr + Lm (2.20) Tablo 4.1. Asenkron motor Blok parametreleri tanımlamaları [15] Tüm Modellerde Ortak Tanım Parametreler Rs, Lls Lm Ls Vqs, iqs Vds, ids ϕqs, ϕds ωm Θm P Stator direnci ve kaçak endüktans Mıknatıslanma endüktansı Toplam stator endüktansı q eksen stator gerilimi ve akımı d ekseni stator gerilimi ve akımı Stator q ve d ekseni akıları Rotorun açısal hızı Rotor açısal konumu Kutup çifti sayısı ωr Elektriksel açısal hız (ωm p) Θr Te Tm J H F Elektrikli rotor açısal konumu (Θm p) Elektromanyetik tork Mil mekanik torku Kombin rotor ve yük atalet katsayısı Kilitli rotor simülasyonu için sonsuza kadar ayarlayın. Kombine rotor ve yük atalet sabiti Kombine rotor ve yük viskoz sürtünme katsayısı 56

Şekil 4.12 IGBT inverter (motor sürücü) Aynı şekilde Universal Bridge eklenerek parametre değerleri girilir. Şekil 4.13 IGBT Devre Modeli Şekil 4.14. IGBT pametrelerinin giriş diyaloğu 57

Denklem 2.21 de ve 2.22 de verilen formüllere göre Rs ve Cs değerleri hesapanır. (2.21) (2.22) Diğer sistem elemanlarının da eklenmesiyle model Şekil 4.15 deki tasarımı almıştır. Şekil 4.15. Simulink modelinin son hali devre elemanları 58

4.3.2. Wincc Flexible ile modelleme Wincc Flexible ile de asenkron motorun güç parametreleri izleyen ve aynı zamanda motor hız kontrolü yapan SCADA arayüzü tasarımı yapılmıştır. Siemens TIA PORTALV13 programında bulunan Wincc RT Professional ile modellenecektir. Şekil4.16 TIA PORTAL açılış ekranı şekil program açıldığı zaman başlangıç ekranı gelir. Buradan Open the Project view seçeneğini seçiyoruz. Proje açma Şekil 4.17. Proje oluşturma ve var olan projeyi açma 59

Şekil 4.18. Projemize Add new device yazısını üstüne çift tıklayıp gelen menüden PLC, PC station, IE_General, eklenmesi, PLC modeli olarak 1215C DC/DC/DC modeli kullanıldı. PLC 24 VDC ile beslenmektedir. Sanal bir bilgisayar olan PC station eklendikten sonra SCADA ile PLC haberleşmesini sağlamak amacıyla Communication Modules kısmından IE_General eklenerek PLC ile SCADA arasında haberleşme sağlanmış olur. 60

Şekil 4.19. PLC ve SCADA haberleşmesi ve IP adres numaraları Şekil 4.20. Boş bir SCADA ekranı Şekil 4.22. de görüldüğü gibi Toolbox içerisinde bulunan elementler ekrana yerleştirilerek SCADA arayüzü gerçekleştirilir. 61

Şekil 4.21. Toolbox menüsünden SCADA ekranına kullanılan elemanların eklenmesi Bitirme Çalışmasında Gauge, Symbol Library,f(t) trend view, I/O field ve Button elemanlarını kullanıldı. Şekil 4.22. Gauge elemanı 62

Gauge elemanı ile Bitirme Çalışmasında motor hızı gerçek zamanlı izleniyor. Şekil 4.23. f(t) trend view kontrol izleme aracı Trend view aracı ile motororun güç parametre değerlerinin online izlenir. İstenildiği takdirde bu parametre verileri EXCEL dosyası ya da XPS dosyası olarak çıktı halinde parametre değerleri alınabilinir. Şekil 4.24. I/O Field elemanı I/O Field elemanını input olarak kullanıp bu kutu içerisine istenilen motor hızı d/dk cinsinden girilir. Şekil 4.25. Güç parametrelerinin trend ekranına eklenmesi Trend view üstüne sol çift tıklayıp Properties sekmesinden trends kısmına ekranda izleyeceğimiz parametreler eklenir. 63

Adım adım tüm elemanları ekleyerek ve gerekli ayarlamaları yaparak SCADA arayüzü oluşturulur. Şekil 4.26 de tasarlanan arayüzün son hali görülmektedir. Şekil 4.26. Tasarlanan SCADA arayüzü 64

4.3.3. PLC kodları TIA PORTAL programında aynı zamanda Bitirme Çalışması için gerekli PLC kodları yazılmıştır. Şekil: 4.27, Şekil 4.28 ve Şekil 4.29 da PLC kodları gösterilmiştir. Şekil 4.27.PLC kodları 65

4.4. Simülasyon Simülasyon asenkron motorun modellemesini yaptıktan sonara MathWorks MATLAB&SIMULINK proğramında bire bir gerçekleştirilmiştir. Asenkron motor ile inverter arasındaki V/F kontrolü simülasyonu yapılmıştır. Simülasyon sonuçları, ikinci aşamadaki deneysel çalışmalarla kıyaslanmıştır. Şekil 4.28. AC motor sürücünün vektör kontrolü Yapılan bu simülasyon kısmın da istenirse tork ve hız ayarlanabilinir. Simülasyonda asenkron motorun hızı sabit bir değerden başlatılabilir, hızı sıfırdan istenilen değere çıkarılabilir ve belli bir saniyeden sonra hız değeri arttırılabilir veya azaltılabilir. 66

5.DENEYSEL ÇALIŞMALAR 5.1. Genel Bilgiler Üç fazlı asenkron motorun hız kontrolünü yapan ve güç parametrelerini izleyen SCADA tabanlı bir sistem tamamlanmıştır. Üç fazlı asenkron motorun hız kontrolü, hız okuma ve güç parametrelerinin izlenebilmesi test edilmiştir. Test için motor sabitlenmiş ve enkoderle montaj edildikten sonra deneyler yapılarak bir tablo haline getirilmiştir. Bu tablo 5.5. de verilmiştir. 5.2. Asenkron Motor İle Enkoderin Birleştirilmesi Asenkron motorun mil çapı 10 mm dir. Hız kontrolünde feedback olarak kulanılan enkoderin mili ise 8 mm çapındadır. Enkoderin asenkron motor hızını okuya bilmek için millerin aynı eksende bulunup birbirleriyle senkron olması gerekmektedir. Motor milinin yerden yüksekliği 56 mm ve enkoderinde yerden yüksekliği 25 mm dir. Bu Asenkron motor ve enkoderi aynı eksende döndüre bilmek için şekil 5.2 de ki aparat Solidworks de çizilmiştir. Şekil 5.1. Asenkron motor ve enkoder bağlantı aparatı 5.3. Arayüz Elemanlarının Gerçeklenmesi Bitirme Çalışmasında gerçek zamanlı olarak asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC nin bir adet analog çıkışı üç fazlı asenkron motor sürücüsünün analog girişine ve üç fazlı asenkron motor üç fazlı asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır. Asenkron motorun hız kontrolünü yapabilmek için şebekeden gelen üç faz inverter üzerinden Asenkron motor bağlantısı yapılmıştır. 67

Şekil 5.2. Panonun montaj aşaması Akım trafosu her bir faz için seri alarak bağlantısı yapılmış ve gerilim trafosu içinde her bir faz için tek bir ucundan giriş alınarak şebeke analizörüne dönüştürme oranı girilerek bağlantısı yapılmıştır. Bitirme Çalışmasında dönüştürme oranı bir olarak girilmiştir. Şekil 5.3. Bitirme Çalışması bitmiş hali 68

5.4. Sistemin Çalıştırılması Analizör yardımıyla üç fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos (Φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametrelerini hesaplandıktan sonra analizörün sahip olduğu Modbus (RTU) RS485 haberleşme protokolü ile analizörden alınan güç parametrelerine ait verilerin, RS485-USB converter ile bilgisayar ortamına aktarılır. MODBUS POLL programı yardımıyla aktarılan verilere ait adresler belirlenip, KEP SERVEREX programı ile Siemens Wincc Flexible SCADA programına gönderilir. Sonrasında Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç parametre verilerine ait değerleri gösterge arayüzünde izlenir. Gerçek zamanlı olarak asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk aşamada PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC nin bir adet analog çıkışı üç fazlı asenkron motor sürücüsünün analog girişine ve üç fazlı asenkron motor üç fazlı asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır. 5.5. Yapılan Testler Asenkron motor, tasarlanan bağdaşdırıcı parça ile enkoder montajı yapıldı. Asenkron motor belirli aralıklarla çalıştırılıp bu çalışma hızlarında faz-faz arası gerilimi, her fazing akımlarını ve frekans parametreleri ölçülmüş ve scada arayüzünde gösterilmiştir. Bu tablo 5.1. da verilmiştir. Tablo 5.5 Farklı Devir/Dk Hızındaki Değerleri Faz-Faz Arası Gerilim (V) AKIM (A) Frekans(hz) devir/dk U1(v) U2 U3 I1 I2 I3 Şebeke 250 380.1 378 381 0.212 0.254 0.263 50 500 380.4 382 381.3 0.346 0.367 0.349 50 750 380.2 380.1 378 0.523 0.563 0.545 50 1000 379.8 378 382 0.767 0.765 0.712 50 1250 380.1 380.2 380.1 1,142 1,178 1,142 50 1500 380.4 379.9 380.4 1,587 1,578 1,571 50 1750 380.2 380.1 380.2 2,432 2,455 2,455 50 2000 379.9 381 379.9 2,312 2,345 2,345 50 2500 380.4 378 379.9 3,554 3,546 3,556 50 69

6. SONUÇLAR 6.1. Genel Açıklamalar Motorun hız kontrolü kısmında nasıl tepkiler verdiği ve motorun hangi parametrelerde ani değişimler oluşturduğu gözlenmiştir. Bunun için de motorun vektör kontrolü simülasyonu yapılmıştır. Bitirme Çalışması gerçekleştirildikten sonra aynı değerlere göre deneyler yapılarak, simülasyon çalışmaları ile deneysel çalışmalar kıyaslanmıştır. 6.2. Simülasyon Sonuçları Şekil 6.1. Üç fazlı asenkron motor parametreleri MATLAB&SIMULINK simulasyon proğramı kullanılarak üç fazlı asenkron motorun istenilen durumlarda nasıl sonuçlar verdiğinin gözlenmesi hedeflenmiştir. Deneysel çalışmalar yapılarak simülasyon sonuçları ile deneysel sonuçlar kıyaslanarak yorumlanmıştır. Şekil 6.1 de Simülasyonda kullanılan asenkron motorun parametreleri verilmiştir. MATLAB&SIMULINK simulasyon proğramı kullanılarak üç fazlı asenkron motorun istenilen durumlarda nasıl sonuçlar verdiğinin gözlenmesi hedeflenmiştir. Deneysel çalışmalar yapılarak simülasyon sonuçları ile deneysel sonuçlar kıyaslanıp yorumlanmıştır. Şekil 6.1 de simülasyonda kullanılan asenkron motorun parametreleri verilmiştir. 70

Şekil 6.2. Üç fazlı asenkron motor hız, tork ve L1 fazının akım zamana göre grafiği Şekil 6.2. Üç fazlı asenkron motor hız, tork ve L1 fazının akım zamana göre grafiği Sıfırdan yüz 100 rad/sn (0-100) çıkartılmak istenen Üç fazlı asenkron motorun Şekil 4.1 faz akımı ve torku zamana göre analiz edilmiştir. Kalkınma akımı, anma akımının 9-10 katı kadar çıkmış başlaıkdan 1.4 saniye sonrasında hızı 100 rad/sn ye ulaşınca anma akımına binmektedir. Torkuda hız ile ters orantılı olarak sıfıra ulaşmıştır. Şekil 6.3 üç fazlı asenkron motor hız ve akım parametrelerinin zamana göre grafiği Simülasyonu yapılan üç fazlı asenkron motor sıfırdan yüzelli rad/sn (0-150) çıkartılmış, 4. Saniyede 100 rad/sn çekilmek istenmiş. İşlemlerin sonun da hızzaman ve akım-zaman grafiği analiz edilmiştir. İlk simulasyon da motor istenilen değere (100 rad/sn) 1.4 saniyede 99.8 rad/sn çıkarken 2. Deneyde 150.2 rad/sn ye 71

2.1 saniyede ulaşmıştır. 2.1 saniyeden sonra akım değeri anma değerine oturmuştur. Şekil 6.3 de açık bir şekilde görüldüğü gibi hızdaki değişimler, hızı azaltılmasına rağmen çekilen akım 3-4 kat kadar çıkmış ve ivmesi sıfırlanınca anma değerine ulaşmıştır. Şekil 6.3. den de anlaşılacağı üzere motordaki hız değişimleri kalkınma akımı kadar olmasada aşırı akım şekmesine sebeb olmaktadır. 6.3. Deney Sonuçları Bitirme çalışmasındada elde elilen sonuçlar bire bir örtüşmektedir. Sistemde kullanılan ana bileşenlerden biri olan şebeke analizöründeki değerler alınarak SCADA arayüzüne aktarıldığından test sonucundaki değerler doğru olarak elde edilmiştir. S7 1200 DC DC DC PLC nin hızı güç analizörünün hızına yetişemediğinden 1 saniye kadar geriden gelmektedir. 6.3. Deney sonuçları Faz-Faz Arası Gerilim (V) AKIM (A) Frekans(hz) Devir/dk U1(v) U2 U3 I1 I2 I3 Şebeke 250 380.1 379.8 381 0.112 0.154 0.163 50 500 380.4 382 381.3 0.246 0.267 0.249 50 750 380.2 380.1 378 0.323 0.363 0.345 50 1000 379.8 378 382 0.355 0.376 0.387 50 1250 380.1 380.2 380.1 0.430 0.452 0,459 50 1500 380.4 379.9 380.4 0.501 0.540 0.502 50 1750 380.2 380.1 380.2 0.557 0.540 0.544 50 2000 379.9 381 379.9 0.589 0.584 0.570 50 2500 380.4 382 379.9 0.684 0.688 0.699 50 6.4. Değerlendirmeler Bitirme Çalışması kısıtlayıcı olmaması, geliştirilmeye açık olması, doğru ve hızlı veri okumanın yanı sıra sisteme direk müdahale edebilmesi, doğrudan temas olmadığından insan ve iş sağlığı noktasında güvenli olması, geriye dönük veri ulaşımı gibi noktalar Bitirme Çalışmasının dikkat çeken yönleridir. Bitirme Çalışması farklı bilim dallarıyla birleştirildiği zaman modern, profesyonel bir yapı oluşturulabilinir. Örneğin istatistik alanı ile yapay zeka teknolojisi birleştirilebilinir ise ileriye dönük tahmin edebilme yetisi, yapay zekâ sayesinde öğrenme becerisi oluşturulup arızanın önceden tesbit edilmesi sağlanabilir. 72

7 KAYNAKLAR [1]. Anonim, Üç fazlı asenkron motor standartları, www.gamak.com/uploads/files/catalogue/gamak-2016-urun-katalogu.tr.pdf [2]. Anonim, şebeke analizörü standartları, www.entes.com.tr/dosyalar/mpr_53_53s_tr_a3917_rev5.pdf [3]. Anonim, akım trafosu standartları,www.entes.com.tr/dosyalar/akim_trafolari.pdf [4]. Anonim, motor sürücü standartları, www.abb.com/drives [5]. Görmemiş, M., Dağıtım Şebekelerinde Enerji Kalitesi Ölçümlerinde Haberleşme Uygulaması, Yüksek Lisans Tezi, K.Maraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, K.Maraş 2006. [6]. Perera, PD Chandana, et al. "A sensorless, stable V/f control method for permanent-magnet synchronous motor drives." IEEE Transactions on Industry Applications 39.3 (2003): 783-791. [7]. Chapman, S. J. (2007). Elektrik Makinalarının Temelleri. (P. D. Akın, & Y. D. Orhan, Çev.) İSTANBUL: Çağlayan Kitapevi. [8]. Demir, Y. D., & Kaplanoğlu, E. (2001). Üç fazlı asenkron motorlarda rotor yapısının demeraj akımı ve yolverme şekli üzerindeki etkisi. Elektrikelektronikbilgisayar mühendisliği 9. Ulusal kongresi. İstanbul [9]. Varan, M., Y. Uyaroğlu, and S. Darga. "3-Fazlı Sincap Kafesli Motorun αβ Eksenli Matematik Modeli İle Kapalı Çevrim Skaler Hız." [10]. Bailey, D., E. Wright, Practical SCADA for Industry, IDC Technologies, Great Britain., 2003 [11]. Xinjian, Ling Guoping Zhou. "How to Improve RS485 Communication Reliability in Measure and Control System." Chinese Journal of Scientific Instrument (2005): S1. [12]. Anonymous, 2001. RS-485 & Modbus Protocol Guide, Tyco Electronics UK Limited Crompton Instruments, UK [13]. Abushama, Mohammed Mutwakil Ahmed. Using Modbus Library With Step7 Siemens Plcs. Diss. University of Khartoum, 2009. [14]. Tosuner, Mehmet, SCADA ve WinCC Notları,2010 İzmir, Nadir, WinnCC Eğitim Notları, Bursa, 2011 [15]. Krause, P.C., O. Wasynczuk, and S.D. Sudhoff, Analysis of Electric Machinery, IEEE 73

EK-1 STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU 1. Çalışmanın amacını özetleyiniz. Çalışmanın amacı, Siemens Wincc Flexible SCADA arayüzü üzerinde, örnek bir 3 fazlı asenkron motorun hız kontrolünü sağlayan; ayrıca asenkron motorun akım, gerilim, cos(φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametre değerlerinin izlenmesini sağlayan bir sistem gerçekleştirilmiştir. 2. Çalışmanın tasarım boyutunu açıklayınız. Çalışmamız yeni bir proje olup başka bir projenin devamı değildir. PLC ile bilgisayar arası mesafe 0-5 m olacaktır. Sistemin toplam harcayacağı güç 1.5-2 kw arası olacaktır. PLC ile güç analizörü arası mesafe maximum 1200 metredir. Maximum mesafede bile yüksek hızlı iletişim (10 Mbitsn) sağlanır. Analizör ile RS485-USB converter arası mesafe maksimum 500 metredir. Sistem her türlü hava koşullarında, -5 C; +50 C Ortam sıcaklığında çalışabilecektir. PLC beslemesi için Güç kaynağı DC 24 Volt olmalıdır. Motor için üç faz 380 V AC gereklidir. Sistemin tümü, bilgisayar ve motor hariç, 144 X 40 X 40 boyutlarında bir pano içerisine sığabilir. Cümle haline getir 3. Bu çalışmada bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? 3 fazlı ASM ile encoderin aynı anda ve aynı hızda dönmesi gerekiyordu. Ama bu olayı gerçekleştiremedik. Bu problemi çözmek için asenkron motorun mili ile enkoder milinin aynı anda dönmesini sağlayan bir aparat tasarladık. Bu aparatı ilkönce SolidWorks programında modelleyip CNC tezgahında işlendi. 4. Çalışmada kullandığınız yöntemler nelerdir ve önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Açıklayınız. Tasarım iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada Analizör yardımıyla 3 fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos(φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametrelerini 74

hesaplanacaktır. Daha sonra analizörün sahip olduğu Modbus(RTU) RS485 haberleşme protokolü ile analizörden alınan güç parametrelerine ait veriler, RS485-USB converter ile bilgisayar ortamına aktarılacaktır. MODBUS POLL programı yardımıyla aktarılan verilere ait adresler belirlenip, KEP SERVEREX programı ile Siemens Wincc Flexible SCADA programına gönderilir. Son olarak Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç parametre verilerine ait değerleri izlemek üzere gösterge ara yüzleri tasarlanmıştır. İkinci aşamada, asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk olarak PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC nin bir adet analog çıkışı 3 fazlı asenkron motor sürücüsünün analog girişine bağlanmıştır. Son olarak 3 fazlı asenkron motor 3 fazlı asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır. Endüstriyel SCADA ve Endüstriyel Otomasyon derslerinde PLC programlama SCADA arayüzü tasarlama becerilerini pekiştirildi. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Bitirme Çalışmamızda PLC ile bilgisayar arası mesafenin 0-5 metredir. Sistemin toplam harcayacağı güç 1.5-2 kw arasıdır. PLC ile güç analizörü arası mesafe maximum 1200 metredir. Maximum mesafede bile yüksek hızlı iletişim (10 Mbitsn) sağlanır. Analizör ile RS485-USB converter arası mesafe maksimum 500 metredir. Sistem her türlü hava koşullarında, -5 C; +50 C Ortam sıcaklığında çalışabilir. PLC beslemesi için Güç kaynağı DC 24 Volt olmalıdır. Motor için üç faz 380 V AC gereklidir. Sistemin tümü, bilgisayar ve motor hariç, 144 X 40 X 40 boyutlarında bir pano içerisine sıgdırımıştır. 6. Kulandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? Lütfen çalışmanıza uygun yanıtlarla doldurunuz. a) Ekonomi Siemens S7 1215C PLC =1610tl DIGITUS RS485 TO USB conveter =75tl MPR 5396 Şebeke Analizörü = 250tl GAMAK 1.1 KW 3 fazlı Asenkron Motor = 185.56tl ABB AC5355 Motor Sürücü =701tl CAT5 haberleşme Kablosu =3tl, ENTES akım trafosu (10-5) A =159tl TIA PORTAL V13 yazılımı =3149tl 75

KEP SERVEREX yazılımı =3034 tl Wincc Flexible SCADA(128 Tag) yazılımı =338.5tl MODBUS Poll yazılımı =393.5tl MEAN WELL DR-45-24 2A Güç kaynağı=62.22tl Toplam öngörülen maliyet = 9 329.78tl b) Çevre sorunları: Tasarlanan sistemin çevreye hiç bir elektromanyetik etkisinin olması beklenmemektedir. c) Sürdürülebilirlik: Bitirme Çalışması güç izleme ve kontrol amaçlı bir otomasyon sistemi olduğundan bir çok alanda vazgeçilmezi konumundadır. d) Üretilebilirlik: Bitirme Çalışmasın da sıfırdan bir malzeme üretilmeyip bir araya getirilip entegre edilmesinden dolayı üretimi de kolaydır. e) Etik: Bitirme Çalışmasının etik açıdan olumsuz yönü bulunmaktadır. Bu yönü üretilebilirlik ve sürdürülebilirliği artırmaktadır. f) Sağlık: Sistemin biyolojik ve fizyolojik olarak da canlı vücuduna olumsuz bir etkisi olmayacaktır g) Güvenlik: Sistemimiz güvenlik açısından herhangi bir sorun teşkil etmemektedir. h) Sosyal ve politik sorunlar: 3 FAZLI ASENKRON MOTORUN HIZ KONTROLÜNÜ Çalışmanın Adı YAPAN VE GÜÇ PARAMETRELERİNİ İZLEYEN SCADA TABANLI BİR SİSTEMİN TASARIMI SAMET ARAYICI Çalışmayı HÜSAMETTİN GÜLER Hazırlayan(lar) SEZAİ GÜNGÖR Danışman Onayı 76

EK-2. IEEE Etik Kuralları IEEE Etik Kuralları IEEE Code of Ethics IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat standartlarını etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karşı şahsi sorumluluğumuzu kabul ederek, hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek etik ve mesleki davranışta bulunmayı söz verdiğimizi ve aşağıdaki etik kuralları kabul ettiğimizi ifade ederiz. 1. Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu kabul etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak; 2. Mümkün olabilecek çıkar çatışması, ister gerçekten var olması isterse sadece algı olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatışması olması durumunda, etkilenen taraflara durumu bildirmek; 3. Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst olmak; 4. Her türlü rüşveti reddetmek; 5. Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji anlayışını geliştirmek; 6. Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliştirmek, yeterli eğitim veya tecrübe olması veya işin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak başkaları için teknolojik sorumlulukları üstlenmek; 7. Teknik bir çalışma hakkında yansız bir eleştiri için uğraşmak, eleştiriyi kabul etmek ve eleştiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların emeklerini ifade etmek; 8. Bütün kişilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaş, milliyet, cinsi tercih, cinsiyet kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna girişmemek; 9. Yanlış veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin zarar görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının oluşmasından kaçınmak; 10. Meslektaşlara ve yardımcı personele mesleki gelişimlerinde yardımcı olmak ve onları desteklemek. IEEE Yönetim Kurulu tarafından Ağustos 1990 da onaylanmıştır. 77

IEEE Code of Ethics We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree: 1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment; 2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist; 3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data; 4. to reject bribery in all its forms; 5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential consequences; 6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technological tasks for others only if qualified by training or experience, or after full disclosure of pertinent limitations; 7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of others; 8. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of others; 9. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability, age, or national origin; 10. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or mlicious action; 11. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support them in following this code of ethics. Approved by the IEEE Board of Directors August 1990 78

EK-3 PLC Kodları 79

EK-3 Üç Fazlı Asenkron Motor Katalog Bilgileri 80

EK-4 Enkoder Katolog Bilgisi 81

EK-5 ÜÇ FAZLI ASENKRON MOTOR İLE ENKODERİ BİRLEŞTİRİCİ APARATIN BİLGİSAYAR ORTAMINDA MODELLENMİŞ PARÇALARI 82

EK-6 Şebeke Analizörü Veri Aders Tablosu 83