ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİKTE GELİŞMELER

GİRİŞ

ENDÜSTRİY EL

E

lektroniğin endüstrideki uygu lamaları özellikle son on yıl içinde baş döndürücü bir hız la artmıştır. Üretimde sağla

nan teknolojik yenilikler kaliteyi yük

seltip maliyetleri düşürmeye başla

mış, bu konuya zamanında önem

veren ülke ve işletmeler de günü

müzde ekonomik birer güç haline

gelmişlerdir. Ortaya çıkan tablolar

bütün endüstri sektörlerinde dikkat

çekmekte ve pozitif ivmeli bu tempo

nun daha uzun yıllar devam etmesi

beklenmektedir.

Kapsamı çok geniş olan endüstri yel elektronik konuları iki sistem gru bu altında toplanabilir:

ELEKTRONİKTE GELİŞMELER

1 Statik güç dönüşümü sistemleri

2 Kontrol ve kumanda sistemleri

Güç yarı iletkenleri, güç elektroniği devreleri ve bunların elektrik makina larının kontrolü, kesintisiz güç kay nakları, anahtarlama modunda çalı şan güç kaynakları, endüksiyon fırın ları, yüksek DG ile enerji nakli ve re aktrf güç kompanzasyonu gibi tipik endüstriyel uygulamaları birinci grup ta yer almaktadır. İkinci grubu ise endüstriyel kontrol sistemleri içinde bulunan her türlü analog ve dijital ta banlı elektronik düzenler oluşturmak tadır. Programlanabilir lojik kontrolör ler, endüstriyel bilgisayarlar, çeşitli fi ziksel büyüklükleri ölçme ve kontrol amacı ile gerçekleştirilen algılayıcı ve dönüştürücüler, robotlarda kulla nılan donanımın önemli bir bölümü bu düzenlerin başlıcalarıdır.

Prof. Dr. Tamer KUTMAN

İTO Elektrik Elektronik Fakültesi EKA Elektronik Kontrol Aletleri.

1988 rakamlarına göre dünyadaki elektrik ve elektronik pazarının böl gelere göre dağılımı şekil 1'deki gibi olmuştur. (1)

Tüm dünyada elektroniğe yapılan harcamalar gözönüne alındığında sektörel bazda 1990 yılı dağılımı ve 1995 yılı için öngörülen dağılım ise şekil 2'deki grafiklerle verilmiştir. Bu grafiklerde» ilginç nokta, 1990 da % 32 lik payla ilk sırada yer alan askeri elektronik harcamalarının dünyadaki silahsızlanma ve yumuşama politika larına paralel olarak 1995 te 3. sıra ya düşeceğidir. Artan payın ağırlıklı olarak endüstriyel ve haberleşme sektörlerine kayacağı ve % 36 lik payla endüstriyel elektroniğin ilk sı raya yerleşeceği tahmin edilmekte dir.

14 385 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

GÜÇ DÖNÜŞÜMÜNDE GELİŞMELER

Teknolojik yeniliklerin başında, te mel yapı tasarı olan güç yarıiletken lerindekı gs :şmeler gelmektedir. Anahtarlama modunda çalışan bu elemanlardan beklenen genel özel likler şunlardır:

• Büyük akım kapasitesi

• Yüksek gerilime dayanma

• Düşük kayıp

• Yüksek hızlarda çalışma

• Kontrol kolaylığı

• Korumalar

• Entegrasyon

• Yalıtım

• Mekanik montaj kolaylığı

Tristörler ve tranzistörler olarak iki aileye ayrılan güç yarıiletkenleri için verilen şekil 3'ten görüleceği gibi, kontrol edilen güç sınırı günümüzde 10 MVA i aşmış ve önümüzdeki yıl larda 100 MVA i aşacaktır. Öte yan dan bu elemanların çalışma frekans ları da 1 MHz e dayanmıştır. Tristör ailesinde geçitten tıkanabilir (GTO) tristörler, tranzistör ailesinde ise yalı tılmış geçitli bipolar (IGBT) ve MOS FET güç tranzistörleri, üstün özellik leri nedeni ile ailelerinde lider olma yolundadırlar.

Güç yarıiletkeni üretiminin endüst riyel elektronikte en önemli kilit oldu ğu bilinci ile birçok üretici firma kıya

66ABD şirketleri üretimlerini başka alanlara kaydırma ya da ayakta kalabilmek için birleşerek büyük güçler oluşturma sürecine girmişlerdir."

siya bir mücadeleye girişmiştir. 1986 da 780 milyon USD olan dünya pa zarının 1992'de 1,17 milyar USD'a ulaşacağı tahmin edilmektedir. TOS HIBA ve HITAÇHI gibi firmalar saye sinde Japonya günümüzde dünya pazarının % 60'ına sahiptir. ABD şir ketleri üretimlerini başka alanlara kaydırma ya da ayakta kalabilmek

32%

ABD

27%

Kanada

2%

l a l ı » Amer t k a

Şekil 1.

Ba lı Avrupa Al 1 ü l k e l e r i Alnanya

Doğu Avrupa

37%

21 % 6 1%

12%

Alrıka

31%

Güney Dul] il Aüya 2 7 %

J a p ıny a

A s y a n ı ı yeri kulaı ı 3%

Avust ralyii

HOKM.ESHC K 84

ENDÜSTRİYEL

HASCItt CSHE

CNOUSTRIY CL X 30

Şekil 2.

için birleşerek büyük güçler oluştur ma sürecine girmişlerdir. Özellikle AT politikası bu konuda birçok şirket evliliğine neden olmaktadır. 1986 yı lından beri güç yarıiletkenlerinin montaj ve kılıflanması konusunda SEMIKRON ile işbirliği yapan SIE MENS, 1989 da AEG ile birleşerek EUPEC'ı kurmuştur. Öte yandan AEG, TOSHIBA ile ortak çalışmalar sürdürmektedir. MITSUBISHI, WES TINGHOUSE ve GE'nin Fransa'da ortaklaşa kurduğu POWEREX, güç yarıiletkeni konusunda Avrupa'nın en büyük şirketi olmuştur. POWE REX'in ABD üzerinden Fransız JEU MONT SCHNEIDER ve CGE ALS THOM ile de organik bağları vardır. ABB IXYS ile, SGS (İtalya) THOM SON (Fransa) ile birleşerek yarışı sürdürmektedir. MARCONI (İngilte re) THOMSON ile ortak çalışmalara girmiştir SEMIKRON gibi konuda de neyimli ve köklü bir şirkete bile önü müzdeki yıllarda pek şans tanınma makta, Avrupa pazarına yerleşmek için fırsat kollayan FUJI için iyi bir or tak yorumu yapılmaktadır. (2)

385 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

100M

IOMC

IMC

> lOOKd!

Tr istor

1OKC;

1OOÇ

Trıak

to

ÇALIŞMA FREKANSI (Hz)

Şekil 3.

Statik güç dönüşümü sistemlerinin tipik örneklerinden olan elektrik ma kinaları kontrol düzenleri de hergün yeni teknolojik ve ekonomik gelişme lere sahne olmaktadır. uVVIardan MVVIara kadar her türlü elektrik ma kinasının kontrolünü yapabilen dü zenler kendi aralarında ya da bilgisa yarlı kontrol düzenleri ile iletişim ku rabilmektedirler: Çeşitli firmaların ürettiği motor kontrol üniteleri ve diji tal kontrol sistemleri arasında ortak bir iletişim protokolü oluşturmak için yeni standartlar getirilmektedir. Avru palı firmaların önerdiği INTERBUS S ve PROFIBUS veri iletişim sistemle rine uyum önümüzdeki yıllarda mo tor kontrol ünitelerinde aranan bir özellik olacaktır.

Endüstriyel elektronik güç kalitesi ni yükseltmede de önemli roller oy namaktadır. Şebeke gerilimlerindeki sıçramalar, çökmeler ve kesintiler hassas yükleri olumsuz yönde etkile yen global bir problemdir. Güç kay

naklarının kalitesini arttırmak, bozu cu etkileri azaltmak, verimi yükselt mek ve güç maliyetini azaltmak amacı ile yapılan çeşitli çalışmalar artık günümüzde Güç Kalitesi başlığı altında toplanmaktadır. Kesintisiz güç kaynakları, otomatik reaktif güç kompanzasyonu ve yüksek DG ile enerji nakli bu konudaki tipik uygula malardır. Güç maliyetini düşürmek için yapılan bir çalışma, dünyada üretilen elektrik enerjisinin yarıdan fazlasını elektrik motorlarının tüketti ğini göstermektedir. Bunun yıllık fa turası 350 milyar USD dir. öte yan dan motorların çalışma koşulları hakkında bilgiler hemen hiç bir ülke de çok sağlıklı değildir, örnek olarak ABD'deki tahrik sistemleri ele alına cak olursa, yüksek verimli motorlar, değişken hızlı tahrik sistemleri ve di ğer statik tahrik düzenleri kullanıla rak enerjinin % 40 tasarruf edilebile ceği hesaplanmaktadır. Sadece bu nun tutarı yılda 25 50 milyar USD demektir.

ENDÜSTRİY EL KONTROLDA Y ENİLİKLER

Endüstriyel elektroniğin diğer önemli uygulama alanı endüstriyel kontroldür. Günümüzde elektronik ünitelerin yer almadığı hemen hiç bir kontrol donanımı kalmamıştır. En düstriyel elektronik sayesinde üretim sistemlerinde yükselen perfor mans.endüstriyel kontrolda yeni ufuklar açmıştır. Konuya ilişkin gün cel başlıklar iki grupta toplanabilir:

T Yönetimde kontrol stratejileri

T Teknikte kontrol stratejileri

Hızlı ve kaliteli üretimi hedefleyen işletmelerin yönetim stratejileri için üzerinde durdukları noktalar şunlar olmaktadır:

T Pazar eğilimleri doğrultusunda otomasyona geçiş

T Otomasyonlu sistemler için eği tim ve bakım sorunları

T Kontrol teknolojilerinin değerlen dirilmesi

16 385 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

T Kontrolda proje yönetimi Teknik açıdan tartışma konuları ise şöyle sıralanabilir:

T Insan makina ara birimleri T Kontrol PLC ve kişisel bilgisayar uygulamaları

• Bilgisayar destekli yazılım • Endüstriyel veri toplama T Y apay zeka • Sinirsel (nöral) şebekeler T Merkezi ve dağıtılmış süreç kontrolü

Endüstriyel elektroniğin kontrolda en güncel donanımları porgramlana

bilir lojik kontrolörler (PLC) ve dağı tılmış proses kontrol düzenleridir. Karmaşık lojik fonksiyonlar, kontrol çevrimlerinde optimizasyon, ayrık kontrol sistemlerinin birbirleri ile ha

berleşmesi bu donanımlarla müm kün olabilmektedir.

Sadece PLC pazarında bugün 100 den fazla şirket yarışmaktadır. Dağıtılmış proses kontrolda ise 10 mertebesinde olan şirket sayısı her geçen gün artmaktadır. Bunun ne deni hiç şüphesiz artan taleptir. De ğişik sektörlerin kontrol için yaptıkla rı 1989 yılı harcamalarının dağılım ları ile 1 990 yılındaki talep artışları, yüzde olarak şekil 41e görülmekte dir. (3)

En büyük pazarlardan olan ABD pazarında görülen ilginç gelişme, Amerikan kontrol şirketlerinin yaban

İ

S n n r1

Ş«kll4.

385 ELEKTRİK 4 » MÜHENDİSLİĞİ | f

".r~r

J«POIY»'B»İI ELHTPOUK EMlETOnSil 1 9 » YILM» OIEEH BUTU BUETMlfllI IDHESI İ T İ » «UOKTIB. «ı Dunm m a m «mm ICıH »HA uzu ma «JÖKTıR.

labilecek güç yarı iletkenleri ve PLC'Ier gibi bazı temel yapı eleman larını, dünya pazarında rekabet ede cek düzeyde kendimiz üretebilelim. Ancak kanımca bu gerçekçi bir yak laşım değildir. Türkiye'de beyingücü ucuzdur ve endüstrimiz teknolojik yeniliklere açtır.

Bu nedenle araştırma ve geliştir

me çabalarımızı uygulamaya yönelt

mek, hammaddesi yerli kaynaklar

dan sağlanan sektörlerimize destek

sağlayarak bunların dünya pazarın

PETROL

daki rekabet şansını arttırmak asıl

hedefimiz olmalıdır. Endüstriyel

elektronikle uğraşan şirketlerimiz için

ana çizgi kanımca budur.

Kaynaklar:

cılar tarafından satın alınmasıdır. VVESTINGHOUSE da motor kontrol bölümünü AECye satmış, AEG aynı zamanda MODİCON'u satın almıştır. FOXBOROUGH bir İngiliz şirketine geçmiştir. ABD Ticaret Bakanlığının bir raporuna göre yabancı sermayeli şirketlerde çalışanların dağılımı şu şekildedir (4).

% 20 İngiliz

% 19 Kanada

% 11 Japonya

% 10 Alman

Bu istatistik İngilizlerin ABD'de de şirket sahibi olmada lider olduğunu göstermektedir. Ancak birleşmeden sonra AT de dominant bir güç olma yolundaki Almanya'nın önümüzdeki yıllarda büyük ataklar yapması bek lenmektedir. 1992 de AT 320 milyon nüfusu ile ABD'ne eşit bir GSMH ya sahip olacaktır. ABD bu gelişmeye karşı Kanada ve Meksika ile bir Ku zey Amerika Ekonomik Topluluğu oluşturma sürecine girmiştir. Bu top luluk 362 milyon nüfusu ile ABD'nin nüfusunun % 45 üstündedir ve GSMH'nin ise ABD'ninkine oranla % 15 artacağı hesaplanmaktadır. Böy lece KAEPnin ATnin önüne geçece ği düşünülmektedir.

Ote yandan Japonya sadece elekt ronik eleman üreticisi olarak görül memelidir (şekil 5). Japonlar komple

5S

1. Scharf A., "Electronlca '90 Platform for European Strategl •»", PCIM Europe, Nov./Dec. 1990.

kontrol ekipmanları ve algılayıcılar konusunda da liderlik peşindedirler, örneğin, Kuzey Amerika ve Avrupa kontrol pazarı şu sıralar Y OKOGA VVA'NIN Brain (Beyin) serisi kontrol iletişim sistemlerini heyecanla bekle mektedir. Bir süredir Japon pazarın da denenen bu donanım ailesinin uzaktan ayar, gözlenebilme ve kendi kendini test (self diagnosis) gibi özellikleri üstünlükler taşımaktadır. Mart 1990 bilançosuna göre 1,2 mil yar USD ciro yapan ve 7000 çalışanı bulanan Y OKOGAVVA'nın yönetim kurulu başkanı Shozo Y okogawa'mn şu görüşlerine yer vermek gerekir:

2. Zieroth G.E., "Europe'» Power Houses ara Gettlng İn Shape for the Common Market", PCIM Europe, Nov. 1989.

3. Blickley G.J., "W here Control Dollars Ara Spent", Control En gineering", Nov. 1990

4. Blickley G.J., "Drlftlng Into the New Economlcs For the 1990 s", Control Engineering, March 1991.

5. Boult R., "W hen the "Braln" Co mes", Control Engineering, March 1991.

"Önümüzdeki sene Japonya'da tü ketim mallarına talep artacaksa da ekonomimizde kara bulutlar dolaş maktadır. Bunun yanısıra döviz kur ları ve faizlerde dengesizlikler bek lenmektedir. Bu durumda genel stra tejimizi, masrafları kısma ve araştır ma geUştkmeye daha fazla pay ayır ma şeklinde özetleyebUme ve yeni iş sahaları açma çalışmaları yer almak tadır. Böylece 21. yüzyıl dünya top luluğunun beklentilerine cevap vere cek bir düzeye gelmeye mecburuz" (S).

Odamız 12474 Sitil Nolu üyesi Mehmet Eldtmtas'ın geçirdiği bir trafik kozasında yitirdik.

Endüstriyel elektronikteki bu geliş meler karşısında Türkiye olarak yeri mizi ve stratejimizi gerçekçi görüşler le belirlemek zorundayız. Gönül ister ki. endüstriyel elektronikte kilit sayı

AİLESİNİ, YAKINLARINA VE ODAMIZ TOPLULUĞUNA

BAŞSAĞLIĞI DİLERİZ.

18 385 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ