PLC İLE ÜRÜN KALİTE KONTROLÜ

T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü PLC İLE ÜRÜN KALİTE KONTROLÜ Onur KAYA İbrahim Akın GÜÇLÜ Danışman Doç. Dr. H. İbrahim OKUMUŞ Ocak 2014 TRABZON

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Onur KAYA ve İbrahim Akın GÜÇLÜ tarafından Doç. Dr. Halil İbrahim OKUMUŞ yönetiminde hazırlanan PLC ile Ürün Kalite Kontrolü başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Doç. Dr. H. İ. OKUMUŞ.. Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. A. Sefa AKPINAR.. Jüri Üyesi 2 : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ. Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ iii

ÖNSÖZ Değişen yaşam şartları ve bunun sonucunda teknolojinin her geçen gün gelişmesi hem zamandan hem de insan gücünden yüksek oranda tasarrufu sağlamıştır. Hatasız ürün ve kaliteli üretim bu tasarrufu sağlamada temel alınan iki önemli şarttır. Fabrikalarda üretilen plastik kap içerisindeki sıvı ürünlerin üretimi sürecinde meydana gelen hatalı çıkışları denetlemek üzere oluşturulan bu projede belirtilen şartlar başarıyla sağlanmıştır. Bu bitirme projesinin hazırlanmasında emeği geçen arkadaşlarımıza, teçhizat aşamasında yardımlarını esirgemeyen mühendislik firmalarına, projenin son halini almasında yol gösterici olan kıymetli hocamız Sayın Doç. Dr. Halil İbrahim OKUMUŞ a ve yardımcı olan tüm öğretim üyelerine şükranlarımızı sunarız. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü ne, maddi destek sağlayan Mühendislik Fakültesi Dekanlığı na ve Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığı na içten teşekkürlerimizi sunarız. Her şeyden öte, eğitim süresince bize her konuda tam destek veren ailelerimize ve bize hayatlarıyla örnek olan tüm hocalarımıza saygı ve sevgilerimizi sunarız. OCAK, 2014 Onur KAYA İbrahim Akın GÜÇLÜ iv

İÇİNDEKİLER Sayfa No Lisans Bitirme Projesi Onay Formu... iii Önsöz... iv İçindekiler... v Özet... vii Semboller ve Kısaltmalar...viii Şekiller Dizini... ix Çizelgeler Dizini... x 1. Giriş... 1 1.1. PLC (Programlanabilir Lojik Kontrolör )... 1 1.2. PLC ile Röle Sistemler Arasındaki Farklar... 2 1.3. PLC ler ile PC Kontrol Sistemlerinin Karşılaştırılması... 3 1.4. PLC nin Birimleri ve Görevleri... 3 1.4.1. Giriş Birimi... 3 1.4.2. Merkezi İşlem Birimi... 4 1.4.2.1. Mikroişlemci Birimi... 4 1.4.2.2. Bellek Birimi... 4 1.4.3. Çıkış Birimi... 4 1.4.4. Güç Kaynağı... 5 1.4.5. Diğer Birimler... 5 2. Tasarım...6 2.1. Ürün Kalite Otomasyonu... 6 2.1.1. Proje Özeti... 6 2.1.2. Besleme Devresi... 7 2.1.3. PLC... 8 2.1.3.1. PLC lerin Programlanması... 8 2.1.3.1.1 Merdiven Diyagramı... 9 2.1.3.1.2. Komutlar ile Programlama... 9 2.1.3.1.3. Fonksiyonların Blok Diyagramı ile Programlama... 9 2.1.4. PLC lerde Özel Fonksiyon Röleleri... 9 2.1.4.1. Zaman Rölesi... 10 2.1.4.2. Diğer Röleler... 10 v

2.1.5. Sensörler... 11 2.1.5.1 Kapasitif Sensör... 11 2.1.5.2. Endüktif Sensör... 12 2.1.5.3. Optik Sensör... 12 2.1.6. Konveyör Band... 13 2.1.6.1 Konveyör Bandın Çalışması... 14 2.1.7. Aktüatör... 14 3. Sonuçlar... 15 4. Değerlendirme... 16 Kaynaklar... 17 Ekler Ek 1. Çalışma Takvimi... 18 Ek 2. Standartlar ve Kısıtlar Formu... 19 Ek 3. Sistemin Maliyet Hesabı... 21 Özgeçmiş... 22 vi

ÖZET Günümüz modern üretim süreçlerinde yüksek verim ve kaliteli üretim için endüstriyel otomasyon sistemleri gün geçtikçe çok hızlı bir şekilde gelişmektedir. Endüstriyel otomasyon sistemlerinin temel yapı taşı olan PLC ( Programlanabilir Lojik Kontrolör ) üretim yapan firmalar için çok önemli bir yere sahiptir. Bütün bu etkiler PLC kullanımının önemini açıkça ortaya koymaktadır. Bu sebeplerden dolayı endüstriyel olarak ürün üretim sürecinde PLC tabanlı otomasyon yapılmıştır. Bu proje ile daha hızlı ve hata olasılığı daha düşük üretim amaçlanmıştır. Bu işlemin yapılmasında sensörlerden faydalanılmıştır. Yürüyen bandın üzerinden geçen kola şişeleri sensörlerin önünden geçerken sensörlerin algılaması sonucu şişenin dik gelip gelmediği, şişenin istenilen seviyede dolu olup olmadığı, kapağının olup olmadığı ve en sonunda etiketinin olup olmadığı kontrol edilmiştir. Çalışmamızın ilk bölümünde PLC ile ilgili temel bilgilere yer verilmiştir.plc nin yapısı,giriş çıkış bağlantıları ve programlanmasında kullanılan yapılar hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde ise PLC yazılımında kullanılan merdiven diyagramı verilmiş ve her adım açıklanmıştır. Son bölümde ise yapılan bu çalışmada elde edilen çıkarımlar değerlendirilmiş ve bu çalışmanın gerçek uygulamalarda nasıl yapılması gerektiğinden bahsedilmiştir. vii

SEMBOLLER VE KISALTMALAR PLC ProgrammableLogic Controller (Programlanabilir Mantıksal Denetleyici) AC AlternatingCurrent (Alternatif Akım) DC Direct Current (Doğru Akım) NO Normally Open (Normalde Açık) NC NormallyClosed (Normalde Kapalı) STL Statement List Editor (Komutlar İle Programlama) FBD Fonksiyonların Blok Diyagramı İle Programlama viii

ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 1.PLC nin Yapısı 2 Şekil 2. PLC nin Giriş Birimi 5 Şekil 3. PLC nin Çıkış Birimi 7 Şekil 4. Projeyi enerjilendirecek olan güç kaynağı 8 Şekil 5. Schneider marka PLC 8 Şekil 6. FBD ile Programlama 9 Şekil 7. Reflektörlü sensör 11 Şekil 8. Cisimden yansımalı sensör 11 Şekil 9. Konveyör bant sistemi 12 Şekil 10. Kullanılan tanbur 12 Şekil 11. 12V ile çalışan DC motor 12 Şekil 12. Projede kullanılan aktüatör 12 ix

ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa No Çizelge 1. Projenin çalışma takvimi 2 Çizelge 2. Sistemin maliyet çizelgesi 5 x

1. GİRİŞ 1.1. PLC ( Programlanabilir Lojik Kontrolör) Programlanabilir Lojik Kontrolör (PLC) endüstriyel otomasyon sistemlerinin kontrol ve kumanda devrelerini gerçeklemeye yarayan, giriş-çıkış, iletişim birimleriyle donatılmış, bir sistem programı ile çalışan endüstriyel bilgisayardır. İlk defa 1969 yılında Madicon tarafından üretilen PLC, otomotiv sanayisinde üretim bantlarını kontrol etmek amacıyla kullanılmıştır. Günümüz endüstrisinde sistemlerin kumanda edilmesinde ve geri beslemeli olarak kontrol edilmesinde PLC ler kullanılmaktadır. PLC ler içerdiği komutlar ile aritmetik veya matematiksel işlemler yapabilmektedir. Bu içerdiği komutlar ile daha uzun ve karışık olan kumanda veya kontrol işlemlerini kolaylıkla yapabilmektedir. PLC ler otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kumanda devresi amacıyla kullanılmaktadır. Kumanda devreleri zaman rölesi, yardımcı röle, sayıcı, kontaktör, shiftregisterler gibi elemanlardan oluşmaktadır. Günümüzde artık bu tür kumanda devrelerinin yerini PLC ler almıştır. PLC ler özel giriş-çıkış birimlerinden oluşmaktadır. Bu özel giriş-çıkış birimleri kullanılacak endüstriyel otomasyon sistemlerine göre üretilmektedir. Girişe sıcaklık, seviye algılayıcıları gibi lojik bilgi taşıyan elemanlar, çıkışa ise kontaktör gibi kumanda devre elemanlarının sürücü elemanları doğrudan bağlanabilir. PLC temel olarak dört kısımdan oluşmaktadır. Şekil 1 de gösterildiği gibi bunları şu şekilde sıralayabiliriz ; Giriş-çıkış birimleri Besleme güç kaynağı Bir sayısal işlemci bellek Programlayıcı birim gibi temel kısımlardır. [1] 1

Şekil 1. PLC nin yapısı 1.2. PLC ile Röle Sistemleri Arasındaki Farklar PLC ler, röleli kumanda sistemleri ile karşılaştırıldığında kontrol sistemi oluşturmak için en ideal aygıttır. PLC lerin üstünlüklerini şöyle sıralayabiliriz; Anahtarlama hızları yüksektir. Yazılım ile kontrol yapıldığı için, kontrol devresini tasarlamak, röleli bir devresinin tasarlanmasından daha kolaydır. Kontrol işlemlerinin tümü yazılım ile yapıldığından, farklı uygulamalar ve farklı çalışma programlarını sağlamak çok kolaydır. Bu yüzden donanım elemanlarını değiştirmeden sadece yazılımın değiştirilmesi yeterlidir. Röleli kontrol devrelerine nazaran daha az yer kaplarlar ve enerji harcarlar. Röleli kontrol devrelerine göre daha ucuzdurlar. Güvenilirliği yüksektir ve daha uzun ömürlüdürler. Bakımları kolaydır. PLC devrelerinde arıza aramak daha kolaydır. Bilgisayar veya diğer kontrol elemanları ile haberleşebilir. Bundan dolayı bilgisayarlı otomasyona olanak sağlar. Arıza yapma olasılığı düşüktür. Kötü çalışma koşullarında, tozlu ortamlarda rölelere göre daha güvenlidir. PLC ler röleli kumanda sistemlerine göre daha hızlı çalışırlar ve röleli kumanda sistemlerine göre gürültü sorunu yoktur. PLC lerde bağlantı daha azdır. Bunun için röleli sistemlere göre kablo maliyeti çok daha düşüktür. Teknik ihtiyaçlar artıkça PLC li sistemlerde daha az değişiklik veya hiçbir değişiklik yapmadan yeniliğe adapte edilebilir. Ancak röleli kumanda sistemlerinde bu oldukça zordur. 2

Modüler yapıda ve kullanışlıdır. 1.3. PLC ler ile PC Kontrol Sistemlerinin Karşılaştırılması PC ler PLC lerden paket yapısı ve yazılım bakımından bazı farklılıklara sahiptirler. Bunlar; Paket yapısı farklılığı yüzünden PLC nemli, yağlı, kirli, olumsuz ortamlarda çalışmaya daha müsaittir. Buna rağmen endüstriyel amaç için yapılan PC ler bu olumsuz etkiler göz önüne alınarak yapılmaktadır. PLC lerin yazılımları kontrol-kumanda için gerekli programın yazılmasına müsaittir. Endüstriyel otomasyon için yapılan PC ler bu özelliğe sahiptir ancak normal PC lerde bu özellik yoktur. Ama uygun program ve devreler ile PC lerde PLC lerin görevlerini yapabilirler. PLC ler imal edilirken kontrol ve kumanda özelliği dikkate alınır. Bu yüzden statik anahtarlar ve statik rölelerle donatılırlar. Bu anahtarlar ve röleler CPU (merkezi işlemci) tarafından belleğe atılmış programlara göre açılır-kapatılır. PLC lerde arıza belirlemek ve arızaları gidermek çok kolaydır. Ama PC lerde arıza belirleme ve giderme daha zordur ve zaman alıcıdır. 1.4. PLC nin Birimleri ve Görevleri PLC ler yapısal olarak üç temel birimden oluşur. Bu birimler; giriş birimi, işlemci (CPU) birimi ve çıkış birimidir. Bunlara ek olarak bellek, güç kaynağı, programlayıcı birimi ve diğer birimler sistemin çalışmasında etkili olan yardımcı elemanlardır. 1.4.1. Giriş Birimi Denetlenecek olan sistemi algılama ve kumanda elemanlarının çalışma düzeninden gelen elektriksel işaretleri lojik gerilim seviyelerine dönüştüren birimdir. Bu denetlenen sistem için sıcaklık, renk düzeni, cisimlerin pozisyonu, seviye algılayıcıları ve kumanda düğmeleri gibi elemanlardan gelecek olan iki değerli işaretler (0 ve1) giriş birimi tarafından alınır. Gerilim seviyesi 24V DC, 100V-120V AC veya 200V-240V AC değerlerinde olabilir. PLC nin giriş birimi gelen bir işaretin lojik1 kabul edilebilmesi için bir alt sınır ve lojik0 kabul edilebilmesi için bir üst sınır genlik değeri vardır. Şekil 2 de 3

görüldüğü gibi girişin doğru olarak alınabilmesi için gerilim seviyesinin bu alt ve üst sınır değerlerini aşmaması gerekir. Şekil 2. PLC nin giriş birimi 1.4.2. Merkezi İşlem Birimi (CPU) Merkezi işlem birimi (CPU), PLC nin beyni olarak kabul edilebilir. Merkezi işlem birimi içinde mikroişlemci bulunduran bir entegre devredir. Mikroişlemci, bellek içerisine depolanmış komutları yürüten, bu komutların doğrultusunda hafıza, giriş-çıkış birimleri ile haberleşen yönlendiren aritmetik hesaplamaları yapan bir elemandır. Merkezi işlem birimi (CPU) üç alt birimden oluşmaktadır. Bunlar mikroişlemci, bellek ve güç kaynağıdır. 1.4.2.1. Mikroişlemci Birimi Bu birim aritmetik ve lojik işlemleri yaparak sistemdeki görevini yerine getirmektedir. 1.4.2.2.Bellek Birimi Bellek, denetleyicilerdeki kontrol programını ve gerekli olan verileri saklamak için kullanılır. Bellek içinde muhafaza edilen bilgi giriş işaretinin türüne göre hangi çıkış işaretinin saklanması gerektiğini belirlemektedir. Gerekli olan hafıza miktarı programın yapısını oluşturmaktadır. 1.4.3. Çıkış Birimi PLC lerde üretilen lojik gerilim işaretleri, Şekil 3 te görüldüğü gibi kontrol edilmek istenen kumanda elemanlarını (röle, kontaktör gibi) sürmek için gerekli elektriksel işaretlere dönüştürmeye yarayan birimdir. Sürme işi röle, transistör, tiryak gibi elemanlar ile yapılabilir. Alternatif akımda tiryak çıkışlı, çok hızlı açma-kapama istenilen durumlarda 4

doğru akımda transistör çıkışlı, elektriksel yalıtımın gerekli olduğu durumlarda röle çıkışlı birimler kullanılır. PLC nin çıkışlarında çekilen yüklenme akımı kontak çıkışlı birimler için 1A ile 8A, triyak ve transistörlü birimler için 0,1A ile 2A arasında değişir. Ayrıca bu kısımda optakuplörler yardımıyla +5V DC gerilim, çalışma gerilimi olan +24V DC veya 220V AC gerilimlere dönüştürülür. Şekil 3. PLC nin çıkış birimi 1.4.4. Güç Kaynağı PLC lerin merkezi işlem biriminin (CPM) çalışması için 5V DC gerilime ihtiyaçları vardır. Bu nedenle AA kaynağından alınan güç DA ya dönüştürülür. Ayrıca enerjinin kesilmesi durumunda PLC yi besleyecek olan yedek bir güç kaynağına ihtiyaç vardır. Bu yedek güç kaynağı enerji kesildiğinde RAM lere yazılmış olan programın silinmesini önlemek amacı ile PLC yi besler. 1.4.5. Diğer Birimler PLC lerde programı yedeklemek, giriş-çıkış sayısını arttırmak için genişleme birimi, çok küçük türlerinin dışında PLC lerde yüksek hızlı sayıcı ve kesme işareti girişi, analog giriş-çıkış olanakları sağlayan birimlerde bulunur. 5

2. TASARIM 2.1. ÜRÜN KALİTE OTOMASYONU 2.1.1. Proje Özeti Projemizde start butonuna basıldığında 24V luk DC motor çalışmaya başlayıp profilin başındaki tanburu harekete geçirecektir. Ardından rulmanların yardımıyla bant (konveyör) hareket eder. Bandın hareket etmesi ile bandın üzerinde bulunan pet şişe (projede temel alınan ürün) ilerlemeye başlar. Hareket eden pet şişe durdurucu sensör olan kapasitif sensörün önüne geldiğinde sensör bunu algılar ve normalde kapalı olan kontağı açar. Böylece bandın, dolayısıyla üzerindeki pet şişenin durmasını sağlar. Bu sırada timer devreye girip saymaya başlar. Timer ın sayma işlemine başlayıp bitimine kadar bulunan mesafe sensörleri yani optik sensörler şişenin dik durup durmadığını algılar. Şişe dik ise timer sayma işlemini bitirdikten sonra bant tekrar harekete başlar ve bant üzerindeki pet şişe ilerlemeye devam eder. Eğer dik değil ise (yatay konumda ise) optik sensörler kontağı açar. Bu sırada pistonun kontağı kapanır ve devreye aktüatör girerek şişeye vurup şişenin bantı terk etmesini sağlar. Bant üzerinde ilerleyen pet şişe daha sonraki aşama olan dolum işlemi bittikten sonra ikinci durdurucu sensör olan kapasitif sensörün önüne gelir. Pet şişeyi algılayan durdurucu sensör bandın durmasını sağlar. Bandın durması ile timer devreye girer ve bu süre zarfında renk sensörü pet şişe içerisindeki sıvının tam dolu olup olmadığını kontrol eder. Eğer pet şişe içerisindeki sıvı tam dolmuş ise timerin sayma işlemi bittikten sonra bant tekrardan harekete başlar. Eğer pet şişe içerisindeki sıvı tam istenilen seviyede değil ise renk sensörü kontağını açar. Böylece piston kontağını kapatır ve aktüatörün şişeye vurmasıyla bandı terk etmesini sağlar. İkinci işlemin başarı ile tamamlanan kontrolünden sonra bant üzerinde ilerleyen pet şişe bir sonraki aşamada üçüncü durdurucu sensörü olan kapasitif sensörün önüne gelir. Kapasitif sensörün önüne gelen pet şişenin sensör tarafından algılanmasıyla bant durur. Böylelikle önceden PLC nin merdiven diyagramında girilmiş süre kadar timer saymaya başlar. Bu sırada pet şişenin kapağının hizasında bulunan renk sensörü kapağın olup olmadığını kontrol eder. Eğer kapak varsa timerın sayma işlemi bittikten sonra bant tekrar hareketine başlar ve pet şişe bir sonraki aşamaya geçmek üzere bandın üzerinde ilerler. 6

Eğer kapak yok ise sensörün algılaması ile renk sensörü kontağını açar. Böylece piston kontağını kapatır ve aktüatörün şişeye vurmasıyla bandı terk etmesini sağlar. Üçüncü aşama olan kapak kontrolünden sonra band üzerinde ilerleyen içi dolu ve kapağı kapatılmış olan pet şişenin etiket kontrolü yapılacaktır. Durdurucu sensör olan kapasitif sensörün önüne gelen pet şişe duracaktır. Pet şişenin durması ile timer devreye girecek ve önceden merdiven diyagramında belirtilmiş süre kadar sayacaktır. Bu süre zarfında pet şişenin üzerinde bulunan etiketin hizasına konulan renk sensörü etiket olup olmadığını algılayacaktır. Eğer etiket varsa bant tekrar harekete geçip üzerinde bulunan pet şişeyi ilgili kısımlara iletecektir. Eğer etiket yoksa renk sensörü bunu algılayacak, renk sensörü kontağını açacak ve piston kontağını kapatıp, şişeyi itip diğer tarafa geçmesini sağlayacaktır. 2.1.2. Besleme Devresi PLC nin data sheetinde belirtilen kendi besleme gerilimi 24V temel alınacaktır. Aktüatörlerin beslemesi röleler yardımıyla 12V a düşürülecektir. Bunların dışında sensörlerin beslemesi 10-30V arasında değişerek sağlanacaktır. Projemizde gerekli enerji şekil 4 te görülen güç kaynaklarıyla sağlanılmıştır. Şekil 4. Projeyi enerjilendirecek olan güç kaynağı 7

2.1.3. PLC Projemizde kullanılacak olan PLC Şekil 5 te gösterilen Schneider-Electric firmasının üretmiş olduğu Twido modelidir. Twido PLC ler kompakt ve modüler olmak üzere iki türden oluşmaktadır. Kullandığımız PLC 12 giriş 8 çıkışa sahip olan 24V DC beslemeli digital bir PLC dir. Twidonun model kodu TWDLMDA20DTK olarak kayıtlıdır. [2] Şekil 5. Schneider marka PLC 2.1.3.1. PLC lerin Programlanması PLC lerin programlanması üç şekilde yapılabilir: a) Merdiven diyagramı (Ladder diyagramı) b) Komutlar ile programlama (STL: Statement list editor) c) Fonksiyonların blok diyagramı ile programlama (FBD). Bu üç programlama şekilleri arasında en yaygın kullanılan olanı merdiven diyagramıdır. Merdiven diyagramında devrenin çalışma sırasını izlemek daha kolaydır. Bu programlama şekli gerçek bağlantıları gösterir. Merdiven diyagramı ile hazırlanmış bir projeyi PLC, komut ile yapılan programlamaya ve fonksiyon blok diyagramı ile yapılan programlamaya kendiliğinden çevirmektedir. Programlama yöntemi ne olursa olsun diğer yazılım türleri bilgisayar ekranında görülebilir. Ancak bu uygulamayı özel PLC ler yapmaktadır. 8

2.1.3.1.1. Merdiven Diyagramı (Ladder Diyagram) Merdiven diyagramı ile programlama bir grafiksel programlama şeklidir. Bu programlama kumanda devrelerinin çizimlerinden esinlenerek geliştirilmiştir. Röleli kumanda devreleri, normalde kapalı ve normalde açık kontaklar, yardımcı röle bobinlerinden ve kontaktörlerden oluşan devrelerdir. Bu devreleri tasarlamak için belli simgeler ve çizim kuralları kullanılmaktadır. Bununla ilgili Avrupa da IEC (International Electrotechnical Commission), Kuzey Amerika da ANSI (American National Standards Institute) gibi standartlar kullanılmaktadır. 2.1.3.1.2. Komutlar İle Programlama (STL) PLC nin türüne ve markasına göre aynı görevi yapan ancak yazılımında ufak farklılık olan komutlar kullanılır. Bir komut yapılacak olan işlemi gösteren Mnemonic ve işlem yapılacak hafıza alanlarını gösteren operantlardan oluşur. Bu yöntem cihazın, makine diline çok yakın bir gösterim olduğu için, çok geniş programlama imkanı sunar. 2.1.3.1.3. Fonksiyonların Blok Diyagramı ile Programlama (FBD) Bu yöntem lojik kapıların kullanılması ile şematik olan bir programlama türüdür. Bu yöntemde kullanılan lojik semboller kutu şeklinde Şekil 6 daki gibi gösterilir.giriş sinyalleri sembollerin sol tarafında, çıkış sinyalleri ise sembollerin sağ tarafında bulunur. Şekil 6. FBD ile programlama 2.1.4. PLC lerde Özel Fonksiyon Röleleri PLC lerde istenilen programların yazılabilmesi, kontrol ve kumanda görevlerini yerine getirebilmeleri için PLC lerin bazı özel röleleri vardır. Bu özel rölelerden birkaç tanesi incelenecektir. 9

2.1.4.1. Zaman Rölesi (Timer) Zaman gecikmesi yapan sisteme zamanlayıcı denir. Otomatik kontrol sistemlerinde işlem sırasında bir işlemden bir sonraki işleme geçiş, zamanlayıcıların belirledikleri süre zarfında gerçekleştirilebilir. Üç tip zamanlayıcı çeşidi bulunmaktadır. a) TON (Kapamada Gecikmeli Zamanlayıcılar) b) TONR (Kapamada Gecikmeli Kalıcı Tip Zamanlayıcılar) c) TOFF (Açmada Gecikmeli Zamanlayıcılar) Kapamada Gecikmeli Kapatan (TON) : Girişi enerjilendikten bir süre sonra çıkışını aktif hale getiren zamanlayıcılardır. Yani enerjilendiğinde kontakların yerini değiştiren enerji kesildiğinde ise kontakların hemen konum değiştiren zamanlayıcılardır. Kapamada Gecikmeli Kalıcı Tip Zamanlayıcılar (TONR) : Bu tip zaman rölesi TON ile aynı özelliklere sahiptir ancak aralarında ufak farklılıklar vardır. Bu farklılık iki zaman rölesinin girişlerine verilen işaretlere verdikleri tepkiler ile ilgilidir. Her iki röle girişleri enerjilendirildiğinde saymaya başlar, giriş yokken saymaz.ton un girişinde işaret yoksa sıfırlanır.ancak TONR sıfırlanmaz, daha önce saydığı değeri saklar. TONR zaman rölesi daha sonra enerjlendirilirse daha önceki saydığı değerin üzerine ekleyerek sayma işlemine devam eder. TONR zaman rölesi birçok aralığın zaman kontrolünde kullanılırken, TON zaman rölesi tek bir aralığın zaman kontrolünde kullanılır. Açmada Gecikmeli Zamanlayıcılar (TOFF) : Bu zaman röleleri girişi enerjilendirildiğinde çıkışını da enerjilendirir. Yani kontakları hemen yer değiştirir. Zamanlayıcı girişindeki enerji kesildiğinde saymaya başlar.istenilen zaman dolduktan sonra kontaklar yer değiştirir. [3] 2.1.4.2. Diğer Röleler Küçük akımlarla elektromanyetik anahtarlama yapan elemanlara röle denir. Röleler üç kısımdan oluşur. Bu kısımlar elektromıknatıs, kontaklar ve palet olarak adlandırılabilir. Elektromıknatıs kısmı, bir demir nüve ve bunun üzerine sarılmış bobinden oluşur. Röle hem doğru hem de alternatif akımda çalışabilir. Röle bobine gerilim uygulandığında, röle enerjilenir, paleti çeker ve kontak kapanır. Enerji kesilirse kontaklar eski konumuna geri 10

dönerler. Röle enerjisizken açık olan kontağa normalde açık kontak (NO), kapalı kontağa normalde kapalı kontak (NC) denir. 2.1.5. Sensörler Ortamın fiziksel değişikliğini algılayan elemanlara sensör denir. Fiziksel ortamdan alınan bilgileri elektronik cihazlara aktarabilen bir köprü görevi görürler. Sensörler ile üretim sürecinde kontrol, kumanda, koruma endüstriyel anlamda daha kolay hale gelmiş durumdadır. Sensörler adeta makinelerin gözleri gibidir. 2.1.5.1. Kapasitif Sensörler Bir kapasitenin oluşturduğu elektrik alana yaklaşan kapasitenin elektrik alanının değişmesine neden olur. Şekil 7 de gösterildiği gibi bu kapasite değişikliğini algılayan elemanlara kapasitif sensörler denir. Kapasite değişikliği; cismin şekline, büyüklüğüne, uzaklığına, dielektrik katsayısına, konumuna bağlıdır. Kapasitif sensörler plastik, su, yağ gibi iletken olmayan maddeleri algılayabilir. Bunu da dielektrik katsayının durumuna göre algılamaktadır. Kapasitif sensörde önemli olan uzaklıktır. Şekil 7. Reflektörlü sensör Kapasitif sensörün dielektrik katsayısı, malzemenin katsayısı ve kapasitörün değerinin değişmesine bağlı olduğu için, sensör ucundaki kapasite değişimi ne kadar çok olursa malzemenin algılanması o kadar kolay olur. Bu yüzden malzemenin dielektrik katsayısı çok önemlidir. Sistemimizde kullanılan reflektörlü sensörler iki adettir. 24V DC gerilimle çalışmaktadırlar. Sensörler pnp ve npn olmak üzere iki çeşittir. 11

2.1.5.2. Endüktif Sensörler Metal cisimlerin algılanmasını sağlarlar. Endüktif sensörler bir magnetik alan oluştururlar. Bu magnetik alan şiddetinin değişimine göre algılama yaparlar. Magnetik alanın değişmesiyle elektronik devreler uyarılır ve buna bağlı olarak sensörün çıkış sinyalinin değiştirilmesi sağlanmış olur. Endüktif sensörler genellikle 50 mm mesafeye kadar algılama yaparlar. 2.1.5.3. Optik Sensörler Işık miktarındaki değişimleri algılayarak elektriksel işaretlere dönüştüren elemanlardır. Optik sensörler genellikle küçük akımlar ile çalışırlar. Bu sensörler sadece kumanda amacı ile kullanılırlar. Optik sensörlerin avantajlarını şöyle sıralayabiliriz. Algılanmak istenilen cisim ile temas etmezler. Algılama mesafeleri diğer sensörlere göre uzundur. Hızlı cevap verirler. Konumu hassas şekilde ayarlayabilir. Farklı renkleri algılayabilir. [4] Projemizde kullanılan cisimden yansımalı sensör 24V DC gerilimle çalışmaktadır. Şekil 8 de gösterilmektedir. Şekil 8. Cisimden yansımalı sensör 12

2.1.6. Konveyör Bant Konveyör bantlar sabit hızla hareket ettikleri için şişe, paket veya ürün transferinde yaygın olarak kullanılır. Şekil 9 da gösterilen konveyör bant sistemimiz, profil, DC motor, bant, sensör, tanbur ve rulmandan oluşmaktadır. Şekil 9. Konveyör bant sistemi Bant: Malzemeyi taşıyacak olan birimdir. Sistemin başına ve sonuna yerleştirilmiş silindirlere entegre edilecektir. DC motor çalışarak silindirleri hareket ettirir. Böylelikle bant üzerine konulan pet şişelerbandın başından sonuna taşınır. Profil: Sistemin iskeletini oluşturur. Tanbur: Tanburlar dönerek bandın hareket etmesini sağlayıp taşımanın gerçekleşmesini sağlayan elemanlardır. Kullanılan tanbur Şekil 10 de gösterilmektedir. Şekil 10. Kullanılan tambur 13

Rulman: Silindirlerin monte edilmesini ve hareketini sağlamaktadır. Yapacağımız sistemde dört adet rulman kullanılacaktır. İkisi kızaklı yapıda seçilecektir. Bandın hareketi esnasında bandın gevşeme yapabileceği düşünülerek bu seçim yapılmıştır. DC Motor: Şekil 11 de gösterilen doğru akım motorları elektriksel gücü mekanik güce çeviren elemanlardır. Motor 12 V DC gerilimle çalışmaktadır. Şekil 11. 12V ile çalışan DC motor 2.1.6.1. Konveyör Bandın Çalışması DC motorun çalışması ile profilin başındaki tanbur harekete başlar. Ardından rulmanların yardımıyla bant hareket eder. Bandın hareketi ile profilin diğer ucundaki rulman harekete geçer. Böylelikle profilin bir ucundan diğer ucuna ürünün taşınması sağlanır. 14

2.1.7. Aktüatör Bir sistemi veya düzeni kontrol eden ortama bağlı olarak kontrol sistemini hareket ettiren mekanizmadır. Şekil 12 de gösterilen projemizde kullandığımız aktüatör 12V DC gerilimle beslenmektedir. Hatalı bir ürünü algılayan sensörlerden gelen bilgi ışığında aktif hale geçerek o ürünü konveyör dışına çıkarma görevini üstlenmiştir. Şekil 12. Projede kullanılan aktüatör 15

3. SONUÇLAR Fabrikalarda üretilen plastik kap içerisindeki sıvı ürünlerin üretimi sürecinde meydana gelen hatalı çıkışları denetlemek üzere oluşturulan bu projede hata oranı minimuma indirilmiştir. Projenin sistem çıkışında üretilmiş olan ürün dört farklı kalite kontrolüne tabi tutulmuştur. Bunlardan ilki şişenin paketlemeye düzgün gidebilmesi için dik gelip gelmediğidir. İkincisi kapağın var olup olmadığının kontrolüdür. Üçüncü kontrol mekanizmasında ürün içindeki sıvının olması gereken dolum seviyesinde olup olmadığı incelenmiştir. Dördüncü ve son kontrol aşamasındaysa plastik şişenin dışındaki etiketin olup olmadığı denetlenmiştir. Tüm bu kontrol aşamalarında hatalı ürün algılandığı anda sistemi terk etmesi sağlanmıştır. Böylelikle hem insan gücünden hem de zamandan tasarruf edilmiş olunacaktır. Ancak tüm bunların elde edilmesi için kullanılan sistemin tasarımında birçok sorun ile karşılaştık. Tasarladığımız proje büyük alan kapladığından ve ideal boyutlarının sağlanmasında maliyetin artmasından dolayı prototipinin yapımında zorlandık. Etiket sensörü ürünlerin üzerinde bulunan etiketi algılamak için üretilmiştir. Fakat projede kullandığımız etiket sensörünü piyasada uygun fiyata bulamayışımız bu parçayı kendi imkanlarımızla tasarlamamızı gerektirdi. Bu tasarlamayı kısa sürede yapmaya çalışırken zaman sorunu yaşadık. Herşeye rağmen bu aksayan, geciken durumlara rağmen projemizi hedeflediğimiz gibi oluşturmayı başarabildik. 16

4. DEĞERLENDİRME Değişen yaşam şartları ve bunun sonucunda teknolojinin her geçen gün gelişmesi hem zamandan hem de insan gücünden yüksek oranda tasarrufu sağlamıştır. Hatasız ürün ve kaliteli üretim bu tasarrufu sağlamada temel alınan iki önemli şarttır. Fabrikalarda üretilen plastik kap içerisindeki sıvı ürünlerin üretimi sürecinde meydana gelen hatalı çıkışları denetlemek üzere oluşturulan bu projede belirtilen şartlar başarıyla sağlanmıştır. Bu projeyi kumanda etmek için PLC kullanılmıştır. PLC nin kullanım şartlarının rahat olmasına rağmen maliyetinin yüksek olması birçok projede olduğu gibi bu proje için de sorun oluşturacaktır. Bu nedenle PLC yerine mikrokontrolör veya mikroişlemci kullanmak maliyet ve boyut açısından daha uygun olacaktır. Kontrol ve kumanda içeren sistemlerde PLC ve mikroişlemciler gibi beyin diye nitelendirebileceğimiz kısımların minimum hata içermesi sebebiyle piyasada sıkça tercih edilmektedir. Biz projemizde PLC kullanmış bulunmaktayız. PLC dışında gelişen teknolojilerden olan SCADA nın da kullanılması bu tip sistemleri denetlemede uzaktan erişime olanak sağlanacaktır. Böylelikle kurulacak sistemlerin mekaniksel ve elektriksel hatalarının çözümünde kolaylık sağlanmış olunacaktır. 17

KAYNAKLAR [1]. A. S. Akpınar, Programlanabilir Mantık Devreleri Ders Notları, Basılmamış Notlar, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon [2]. Twido Programlanabilir Kontrolörler Yazılım Referans Kılavuzu, Schneider Electric, 2003 [3]. Milli Eğitim Bakanlığı MEGEP, PLC ile Ünite Kontrolü, Ankara, 2011 [4]. A. S. Akpınar, Süreç Denetimi Ders Notları, Samsun, 2000 18

EKLER EK 1. Çalışma Takvimi Projenin tasarımından bitimine kadar geçen süre bir çalışma takvimi ile ifade edilmiştir. Bu da aşağıda Çizelge 1 de gösterilmiştir. Çizelge 1.Projenin Çalışma Takvimi TARİH 1-17 EKİM YAPILAN İŞ MALZEMELERİN X BELİRLENMESİ MALZEME TEMİNİ PLC PROGRAMLAMA MONTAJIN YAPILMASI ÖLÇÜMLER VE TESTLER TEZİN HAZIRLANMASI TESLİM 21-31 EKİM X 1-22 KASIM 22KASIM- 6 ARALIK 9-20 ARALIK 23-31 ARALIK X X X X X X X X X X X X X X 1-3 OCAK X 19

EK 2. Standartlar ve Kısıtlar Formu 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. İçinde kola bulunan ürünün üretim sürecinde yapılan otomasyonun sadece kontrol kısmı ele alınmıştır. Böylelikle hatalı üretimin önüne geçilmiş olunacaktır. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Çözmedik ancak derslerde teorik olarak edinmiş olduğumuz bilgilerin pekiştirilmesini sağladı. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? PLC, Süreç Denetimi ve Elektrik Makina derslerinde edinmiş olduğumuz bilgileri kullandık. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Yenilikçi, ekonomi, belli bir sorunun üstesinden gelebilme gibi standartları göz önünde bulundurarak bu projenin tasarlanmasını sağladık. Ayrıca sistem elemanlarını TSE standartlarına göre ayarlayıp kullandık. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi: Projenin maliyeti en büyük kısmı ayrıca sistemin tüm kontrolünü sağlayan parça PLC dir. Bunun yanında kullanılan etiket sensörü oldukça yüksek maliyetlidir. Bunun dışında kullanılan elemanlar piyasadan kolayca temin edilebilir. b) Çevre sorunları: Tasarladığımız projede çevreye sorun çıkarabilecek hiçbir unsur yoktur. 20

c) Sürdürülebilirlik: Endüstriyel anlamda sürekliği olan bu projedir. d) Üretilebilirlik: Bu proje ile endüstriyel olarak firmalar daha hızlı ve hata oranı daha az üretim yapabilmektedirler. e) Etik: Etik ve ahlaki olarak hiçbir sorunu yoktur. Tamamen ahlaki ve toplumsal değerler göz önüne alınarak tasarlanmış bir projedir. f) Sağlık: Sağlık anlamında firmalarda çalışan işçilere bir sorun yaratacak nitelikte olmayan bu proje aksine sağlık konusunun önemine dikkat edilerek tasarlanmıştır. g) Güvenlik: Firmalarda çalışan insanların can güvenliği göz önüne alınarak tasarlanmıştır. h) Sosyal ve politik sorunlar: Bu projenin hiçbir politik ve ya sosyal sorunla ilgisi yoktur. Projenin Adı PLC ile Ürün Kalite Kontrolü Projedeki Öğrencilerin Adı Onur KAYA İbrahim Akın GÜÇLÜ Tarih ve İmzalar 02.01.2014 21

EK 3. Sistemin Maliyet Hesabı Sistemin maliyeti çizelge 2 de gösterilmiştir. Burada PLC dekanlık yardımı ile alınmıştır. Diğer malzemeler ise tarafımızdan karşılanmıştır. Çizelge 2. Sistemin maliyet çizelgesi KULLANILAN MALZEMELER ADET BİRİM FİYAT (TL) TUTAR (TL) PLC 1 255 255 Aktüatör 3 40 120 Konveyör 1 40 40 Metal Tezgah 1 160 160 Sensör 3 70 210 Etiket Sensörü 1 280 280 Rulman 2 30 60 Boya 4 3.5 14 On-Off anahtar 2 2 4 Ürün (kola şişesi) 5 1 5 DC Motor 1 185 185 Flourshing 12V role 5 2.5 12.5 TOPLAM 1345.5 22

ÖZGEÇMİŞ Onur KAYA 1990 tarihinde İstanbul doğumludur. İlköğrenimini Mevlana İlköğretim Okulunda, lise öğrenimini ise Kartal Süleyman Demirel Lisesinde tamamlamıştır. Lisans eğitimini halen Karadeniz Teknik Üniversitesinde devam etmektedir. İbrahim Akın GÜÇLÜ 1990 yılında İstanbul da doğmuştur. İlk ve orta öğrenim hayatını Fatih Fethiye İlköğretim Okulunda tamamlamıştır. Liseyi Fatih Gelenbevi Anadolu Lisesinde okumuş ve 2007 yılında fen bilimleri bölümünden mezun olmuştur. 2008 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği bölümünü kazanmıştır. Elektrik- Kontrol dalını seçmiştir ve halen bu bölümde öğrenim hayatına devam etmektedir. 23