VERİ TOPLAMA SİSTEMLERİ

GİRİŞ

B u yazıda, öncelikle, veri toplama sistemlerinin tarihsel gelişimi hakkında bilgi verecek, daha sonra veri toplama sistemleri ve çeşitlerini tanı tacağım. Bu tanıtım sırasında, sistemlerin avan taj ve dezavantajlarına da değinerek, kendi tasarla dığımız sistemdeki tercihlerimizin anlatacağım.

Metin GÜNHOŞ

ÖZET Endüstride kalitenin ve kapasitenin artırılması , üretim maliyetlerinin düşürülmesi ve çevre sağlığının korunabil mesi, ancak üretimin her noktasındaki fiziksel değerlerin anında izlenmesi ve değerlendirilmesiyle mümkündür.

Bu fikir yeni değildir. Ancak ilerleyen teknoloji, izleme ve değerlendirme tekniklerinin de gelişmesine yardımcı ol maktadır. Bugün, birçok fabrikada, sıcaklık; nem, ba sınç, seviye oksijen, pH, hız, devir, ağırlık, akış, durum, zaman .adet v.b. gibi fiziksel değerler bilgisayarlar ta rafından çok hızlı olarak taranmakta, periyodik raporlar hazırlanmakta, alarm durumunda operatör çok çabuk olarak uyanlabilmektedir.

TARİHSEL GELİŞİM Fabrika içine dağıtılmış, veya bir odada toplanmış olan analog veya sayısal ölçü aletlerini bu gelişimin ilk adımı olarak sayabiliriz. Bu dönemde, veri toplama amacı ile görevlendirilmiş olan personel, saat veya vardiya baş larında bütün verileri vardiya defterine not etmektedir. Daha sonra, vardiya defterlerinin yanında, bazı kritik noktalar için, çiziciler (recorders) gündeme geliyor. Ve nihayet kişisel bilgisayarların yaygınlaşmaya başlama sıyla birlikte, veri toplamada, kişisel bilgisayarlar da yoğun olarak kullanılmaya başlanıyor. Bu aşamada henüz veriler bilgisayara vardiya defterleri üzerinden operatörler aracılığı ile giriliyordu ama yine de LOTUS ve DATABASE gibi paket programlar kullanılarak, veriler arasındaki ilişkilerin keşfedilmesi ve geniş istatistik ola nakları kullanıcıya çok şeyler kazandırmaya başladı. Ancak, verilerin bilgisayara manuel olarak aktarılması, işçilik maliyetini arttırmasının yanı sıra, verilerin güvenir liğini de azaltıyordu. Verilierin otomatik olarak yüklenme si bu sorunu da çözdü. Bu sayede, toplanan .verilerin daha sık aralıklar ile, daha az işçilik kullanarak ve ha tasız olarak bilgisayara aktarılması sağlandı.

Her alanda olduğu gibi bu konuda da kişisel bilgisayarlar dan yararlanılması veri topama sistemlerine.çok önemli avantajlar eklemektir. Bütün veriler bir veya birden fazla kişisel bilgisayarın ekranından kolayca izlenebilmekte, bilgHer manyetik ortamda saklanabilmekte ve bu veriler LOTUS, DATABASE gibi standart paket programlarla daha detaylı olarak değerlendiriiebilmektedir.

VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN FONKSİY ONEL Y APISI, ÇEŞİTLERİ VE TERCİHLER Veri toplama sistemleri incelendiğinde yapısal olarak bir birlerine benzedikleri görülür. Sistemler arasındaki fark, sistemi oluşturan parçalaFda görülmektedir.

Veri toplama sistemleri 6 fonksiyonel bölümden oluşur.

(•) Bu metin Bilgisayar Dergisi taralından düzenlenen "7. Türkiye Bilgisayar Kongresi'nde sunulmuştur.

1 Algılayıcılar (transducers & transmitters): Bunlar fabrika içine yerleştirilmiş olan birimlerdir. Görev leri fiziksel verileri standart elektrik sinyallerine dönüş

141 374 ELEkTRlK

MÜHENDİSLİĞİ

türmektir. Fırınlara sıcaklık ölçümü için yerleştirilen ter mokupl'lar (tehmocouplehbuna bir örnektir. Bu algılayı cılar 2.4 veya 6 kablo aracılığı ile sisteme bağlanırlar.

2 İzolatörler: Algılayıcıların sisteme bağlandığı yerde algılayıcılardan gelebilecek yüksek gerilimlerden sistemi elektriksel olarak ayırmak için kullanılır. Bu izolasyonlar genelde optik veya elektromanyetik olabilir. Her uygula mada olması zorunluluğu yoktur. Uygulamanın özelliğine göre seçicilerden önce, veya seçicilerden sonra kullanı labilir. Seçicilerden önce kullanıldığı durumlarda her algı layıcı için ayrı bir izolatör kullanılır. Maliyeti oldukça art tıran bir unsurdur.

3. Seçiciler (analog multiplexer): Algılayıcılardan gelen elektrik sinyalerinin düzenlenmesi, ve ölçülmesi oldukça karmaşık bir ölçüm sistemi gerektirmektedir. Bu durumda, her algılayıcı için ayrı bir ölçüm sistemi kullan mak yerine, ortak bir ölçüm sisteminin kullanılması, gerek maliyet gerekse güvenilirlik açısından çok avan tajlıdır. Bu tür sistemlere, algılayıcılardan gelen sinyaller, seçiciler aracılığı ile, tek tek, ölçme sistemine iritibatW narak ölçülürler. Seçiciler, ölçüm sistemi tarafından nu marası bildirilmiş olan algılayıcı seçerek ölçüm sistemiyle iritibatını kururlar. Seçici kullanmanın tek dezavantajı,

PROSES KONTROL M004JLU

3 CCI C1 KflRT

L_Jİ

CPU KflRTT

SECXCX KMTT

GLC KAY NACI

CNM.OO OORJSLFK KOKTA 33 ODCT>

ölçüm sisteminin algılayıcılar arasında paylaşımlı kulanıl ması nedeni ile, algılayıcıları tarama süresinin uza masıdır. Seçicilerde röle veya, analog svvitehler kuHanıla bilir. Röle kullanılması halinde röle kontaklarında zaman la oluşabilecek temassızlıkları ve rölelerin sınırlı çalışma ömürlerini göz önünde bulundurmak gerekir. Seçicilerin daha uzun ömürlü olması ve tarama işleminin daha çabuk yapılabilmesi için analog svvitchlerinkullanılması daha uygundur.

4. Sihy al düzenleyici (signal condltloner): Al gılayıcılardan gelen sinyallar algılayıcının tipine göre farkiı özellikler gösterirler. Sinyal düzenleyici bu farklı sinyalleri aynı forma uyduran bölümdür. Bu bölüm ayrıca bazı algılayıcılardan (termokupl çeşitleri gibi) gelen doğ rusal olmayan sinyalleri de doğrusal hale getirir.

5. Ölçüm bllgisayarr: Seçicileri ve sinyal düzenleyi ciyi kontrol ederek bütün algılayıcılardan ölçüm alan bil gisayardır. Bu bilgisayar, uygulamaya göre verilerin iz lenmesi, değerlendirilmesi ve kişisel bilgisayara aktarılması gibi görevler de üstlenebilir.

6. Değerlendirme bilgisayarı: Ölçüm bilgisayarın dan aldığı bilgileri değerlendiren, kaydeden, ekranında gösteren, yazıcıya raporlar aktaran bilgisayardır. Değer lendirme bilgisayarı,'bazı uygulamalarda ölçüm bilgi sayarı ve sinyal düzenleyicinin işlevlerini de üstlenebilir. Özellikle kişisel bilgisayarların değerlendirme bilgisayarı olarak kullanıldığı uygulamalarda, kişisel bilgisayarların içine takılan giriş/çıkış kartları ile sinyal düzenleme ve ölçüm işlemleri de yapılabilir.

Değerlendirme bilgisayarı olarak kişisel bilgisayar kullan mak, yaygınlığı ve standartlığı nedeni ile avantajlıdır, ölçüm bilgisayarı ve sinyal .düzenleyicinin kişisel bilgi sayarın içinde olmadığı uygulamalarda kişisel bilgisayar ile ölçüm bilgisayarı arasındaki bilgi alış verişi 3 adet kablo üzerinden (RS 232) yapılmaktadır. Bu özellik sayesinde kişisel bilgisayar sistemden uzakta çalışabi lerek, ve hatta telefon hattı üzerinden dahi sisteme bağ lanabilerek kullanım kolaylığı sağlar. Yine bu uygulama larda kişisel bilgisayarın standart yapısında hiçbir değişiklik yapılmadığı için servis ve yedekleme kolaylığı bulunmaktadır.

DDD Veri toplama Sistemi Prensip Şeması

VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN Y APISI

Yukarıda anlatılan bilgiler doğrultusunda tasarlamış ol duğumuz Veri toplama ve Değerlendirme Sistemi (VTD 2000) şu parçalardan oluşmaktadır.

1. Seçici kartlar: Her kartında 32 adet analog seçici (analog svviteh) bulunmaktadır. Veri toplama sisteminin kapasitesine göre bu kartlar birbirlerine bağlanarak ka pasite 2000 noktaya kadar ulaşabilmektedir. Uygula maya göre gerek görülürse bu seçici kartların önüne izo latörler bağlamak da mümkündür. ,

142 374 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

2. Proses kontrol modülü: Verilerin toplanması ve kişisel bilgisayara aktarılmasını,sağlayan kısımdır. Yu karıda sözü edilen sinyal düzenleyici ve ölçüm bilgi sayarı bu modül içindedir. Yerli üretim standart kartlar dan oluşan bu bilgisayarda şu parçalar bulunmaktadır, a. CPU Kartı: Mikroişlemci, RAM (yaz oku bellek), ROM (salt oku bellek), RS 232 iletişim birimi, l/O (sayısal giriş/çıkış birimi) ve zamanlama biriminden oluşur. Ölçüm bilgisayarın m temel kartıdır. Mikro işlemci ROM'daki programı uygulayan ve ölçüm bilgisayarının bütün fonk siyonlarını yerine getiren birimdir. Mikro işlemci olarak 6809 kullanılmıştır. ROM'da bulunan ve yaklaşık olarak 32000 karakterden (byte) oluşan program şöyle özetle nebilir:

1 .x numaralı algılayıcıdan gelen sinyali ölçmek için seçi cilere, l/O aracılığı ile, algılayıcı numarasını bildir. 2. ADC (analog/sayısal dönüştürücü) kartı aracılığı ile seçilen veriyi oku. 3. Kullanıcının RAM'e yazmış olduğu algılayıcı tipine göre, gelen sinyali (mA.mV vb.) düzenleyerek, gerçek fi ziksel değerine (c, kg vb.) dönüştür. 4. Kullanıcının RAM'e yazmış olduğu alarm üst ve alt değerleriyle, algılayıcıdan gelen veriyi karşılaştır, ve ge rekiyorsa alarm sinyali üreterek ve kişisel bilgisayara RS 232 birimi aracılığı ile aktar. 5. ölçülen veriyi, kişisel bilgisayar, RS 232 birimi aracı lığı ile aktar. 6. Kullanıcının görmek istediği veriyi modülün kendi göstergesinden göster. 7. x sayısını 1 arttır ve 1. adıma dön.

b ADC (analog/sayısal dönüştürücü) kartı:

Seçici kartlar aracılığı ile seçilen sinyalin sayısal bilgiye

Veriler otomatik olarak manyetik ortama kaydedilip arşivlenebileceği gibi, bu verilerin grafikleri de ekranda izlenebilir çevrilmesini ve CPU kartındaki belleğe artarılmasını sağ layan karttır. Üzerinde 12 bit çevirici ve programlanabilir yükselteç ve filtreler bulunmaktadır.

c. ön Panel: Kullanıcının ölçüm bilgisayarını program* layabılmesi için 16 tuşlu membran klavye ve.32 karakter alfanumerik ışıklı LED gösterge de bulunmaktadır. Kul lanıcı LEO gösterge aracılığı ile istediği veriyi izleyebil mektedir. Kullanıcı önpanel aracılığı ile her noktanın algı layıcı tipini, alarm bandını, kalibrasyon ve kompanzasyon değerlerini programlâyabilmektedir.

3. Kişisel Bilgisayar: Değerlendirme bilgisayarı ola rak kullanılan bilgisayardır. Fabrika ortamında kullanıla caksa endüstriyel tip kişisel bilgisayar kullanılmaktadır. Değerlendirme programının özellikleri:

Veriler otomatik olarak manyetik ortama kaydedilip arşivlenebileceği gibi, bu verilerin grafikleri de ekranda izlenebilir, kaydedilebilir veya yazıcıya aktarılabilir. Manyetik ortam kayıtları, LOTUS programıyla değerlen dirilebilmesi için, LOTUS yapısına dönüştürülebilir.

KOO OOOKU

* Veri Toplama Sistemi Kart Detayları"

M V » secici

f*X KARTI

OrSCT KPUERA8Y 0N otertm S X G A K _ ı G Z

374 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

ıpu anda kullanılmakta olan sistemlerin en önemli sorunu, algılayıcılar ile' sistem arasına çekilmesi gereken kablo yığınlarıdır... n

Grafik editör yardımı ile, kullanıcı, mimik diyagramlar oluşturabilir, ve bu diyagramlarda, verileri, nümerik veya şekilsel olarak izleyebilir.

Algılayıcıların ölçülen gerçek veriler yanında, farazi nok talarda (Virtual ponits) tanımlanabilir. Bu noktalarda, bir çok gerçek verinin üzerinde işlemler yapılarak, sonuçlar ekranda izlenebilir veya kayıt edilebilir. Farazi noktalar da yapılabilecek işlemler şunlardır:

1) +, ,*,/, EXP, SIN, COS, TAN, ASN, ACS, ATN, D>R,R<D, LOG, ABS, INT, MOD, FRC, MIN, MAX, , <>,>,<,AND,OR,NOT,XOR gibi matematik ve mantık iş lemler. 2) Toplam, ortalama, ve standart sapma gibi istatistik iş lemler, 3) Sayıcı, zamanlayıcı gibi özel işlemler

VTK2000 Veri Toplama ve Kontrol Sistem Panosu

Algılayıcılardan okunan değerlere veya zamana göre grafik ekranlar değiştirilebilir, veya yazıcıdan raporlar alı nabilir.

Algılayıcılardan okunan değerlere göre özel mesajlar tanımlanarak bunların ekranda görülmesi veya yazıcıya aktarılması mümkündür.

OPSİY ONLAR (KONTROL,NETW ORK)

Özellikle tünel fırınlarda kullanılan veri toplama sistemle rinde proses kontrol modülünün topladığı verileri kullana rak bazı çevrimleri kontrol etmesi de istenmektedir. Bu amaçla bu modüle eklenen kontrol özelliği sayesinde modül, 15 çevrimin de kontrolünü üstlenebilmektedir. Kontrol algoritması olarak PID kullanılmaktadır. Her kont rol çevrimi için iki noktadan veri alma ve bu verileri ağırlıklı olarak değerlendirme olanağı bulunmaktadır.

Toplanan verilerin fabrikanın birçok yerinden izlenebil mesi ve değerlendirilebilmesi için en fazla 255 kişisel bil gisayarın bir netvvork yapısı altında sisteme bağlanması mümkündür. Aynı yapı sayesinde fabrikanın diğer bölüm lerinde çalışacak kontrol sistemleri ile veri toplama site minin birbirine bağlanması ve böylece dağıtılmış (distri buted) kontrol sistemi oluşturulması mümkündür.

Veri toplama sistemi en fazla 2000 noktadan veri top layabilmektedir. Bunun üzerindeki uygulamalarda ikinci proses kontrol modülü eklenerek kapasite artırılabilir.

Verilerin alınacağı yerlerin birbirlerine olan uzaklığının çok.fazla olduğu uygulamalarda kablo maliyetini düşür mek ve güvenirliği arttırmak için veriler gruplara ayrılarak birden fazla proses kontrol modülüne bağlanabilir. Bu modüllerin aynı kişisel bilgisayara veri aktarmaları müm kündür.

VERİ TOPLAMA SİSTEMLERİNİN GELECEĞİ

Veri toplama sistemlerinin geleceği ile ilgili çok somut şeyler söyleyebilmek oldukça zor. Kesin olan tek şey, bilgisayar hız ve kapasitelerinin her geçen gün art masının, veri toplama sistemlerinin tarama hızı, kayıt ka pasitesi ve değerlendirme olanakları üzerinde çok etkin rol oynayacağıdır.

Şu anda kullanılmakta olan sistemlerin en önemli sorunu, algılayıcılar ile sistem arasına çekilmesi gereken kablo yığınlarıdır. Daha akıllı algılayıcılar kullanılarak, bu alg ılayıcıların hepsine uğrayan tek bir kabb ile bilgileri top layabilmek bu sorunu çözecektir. Bu konuda şimdiden önemli gelişmeler görülmektedir.

Bunun yanında, bilgisayarların küçülmesi ve kablosuz İletişim olanakları, fabrika içindeki her yerden, hatta fab rika dışından, isteyen her yetkilinin fabrikanın her yerine ulaşmasını sağlayacaktır.

Yerli sanayi, yerli kullanıcılardan gördüğü destek ölçü sünde bu gelişmelere ayak uyduracaktır.

144 374 ELEKTRİK MÜHLrMOlSÜĞI