ENDÜSTRİDE PROGLANABİLİR OTOMASYON CİHAZLARININ ÖNEMİ

ENDÜSTRİDE PROGRAMLANABİLİR OTOMASYON CİHAZLARININ ÖNEMİ

Doç. Dr. Uğur ÇELTEKLİGİL ETMAŞ SIEMENS AG

Endüstri elektroniği, bugün büyük uygulamalarıyla en düstriye girmiştir. Tesislerin emniyeti, güvenilirliği, üre tim hızı, mamullerin kalitesi otomasyon ile sağlanmakta dır. Tesislerde geniş amaçlı olarak röle ve kontaktör gibi elektromekanik devre elemanları ile yapılan proses kont rolları, teknolojinin gelişmesiyle artık yetersiz kalmakta, bu gibi elemanların sayılarının artmasında, tesis kontrol edilemeyecek şekilde karmaşık donanımlar oluşturmak tadır, ö t e yandan bu konvansiyonel teknikle yapılan kontrol sistemleri, montajı ve konstrüksiyon masrafları orta büyüklükteki tesislerde bile aşırı boyutlara ulaşmak tadır. Bu konuda yapılan araştırmalar, uygulayıcıları, programlanabilir otomasyon cihazlarının yaygın biçimde bu alanda da .kullanılmaya yöneltmiştir. Böylece kontrol ile ilgili kriter ve komutların, bu amaçla yapılan elektrik tesisatından bağımsız olması sağlanmıştır. Programlanabilir otomasyon cihazları, endüstriye büyük bir yenilik getirmekte, konvansiyonel röle ve kontaktör tekniği ile yapılan proses kontroluna göre kesin üstünlük leri nedeni ile büyük avantaj sağlamaktadır.

GİRİŞ

1. Endüstri Elektroniğinin Tanımı:

Endüstri elektroniği, bugün endüstride enerji ve hammad de üreten, hammaddeyi mamul ve yarı mamul hale geti ren ve işleyen tesislerdeki aygıtlar ve bunlarla ilgili elek tronik ve yazılım (software) mühendisliğini kapsayan bilim ve bunun uygulama dalıdır (1 ).

Komplex teknoloji ile üretim yapan gelişmiş bütün ülke lerde, endüstri elektroniği, büyük ölçüde üretime girmiş tir. Bugün, bu tip tesislerin emniyeti, güvenilirliği, üretim hızı, otomasyon seviyesi, üretilen mamullerin kalitesi, rekabet özelliği, düşük maliyeti ve modern işletmecilik, bu yolla erişilen otomasyon ile sağlanmaktadır. Bu ne denle, ekonomimize büyük kazançlar sağlaması gereken tesislerin elektronik proses kont rol sistemleri olmaksı zın üretim yapabilmeleri, komplex teknoloji altında artık olanaksız hale gelmiştir.

Endüstri elektroniği, bilindiği gibi genel olarak iki genel gruptan oluşur. Bunlardan birincisi, information elektro

niğidir ki, bu dala, elektronik ölçme, denetim, kontrol ve ayar işlemleri girer. İ kinci önemli grup ise güç elektro niğidir. Güç elektroniği kavramı altında ise, elektrik enerjisinin şeklinin, yani gerilim ve frekans gibi iki ana tamamlayıcı büyüklüğünün amacına uygun şekilde elek tronik yöntemlerle çevrilmesini anlıyoruz. Güç elektro niği ile, yaklaşık olarak bütün dönen sistemler, yani bu amaçla kullanılan elektrik makinalarının yerlerini, tristörlü devreler almıştır. 2. Elektrik Tesislerinde Otomasyon :

Bir tesiste, elektriksel olarak yapılabilen en basit kont rollardan birisi bir kilitleme devresidir. Alışılagelen kont rol tekniğinde böyle bir problemin kontaktör ve röleler aracılığı ile veya elektronik devre elemanları kullanarak, bunların uygun şekilde bağlanarak çözümlenebileceğini biliyoruz. Burada, uygun şekilde bağlama, kilitlemede kullanılan cihazların birbirleri arasında, amacına uygun şekilde birleştirilmesidir.

Başka bir kilitleme için, başka bir elektrik tesisatının yapılması gerektiği açıktır (Şekil 1 ).

Eltktronık

c i | dl\

\

ŞEKİL 1. Kontaktör ve röle veya elektronik devre elemanları kullanarak gerçekleştirilen konvansiyonel kontrol

Az sayıda cihazın kullanıldığı bir kilitlemede, böyle bir tesisatı yapmak, ya da değiştirmek zor değildir. Ancak çok sayıda, örneğin yüzden fazla röle, manyetik vana, motor, seviye şalteri, basınç ve sıcaklık kontaktörleri, nihayet şalteri, kont akt ör, güç şalteri ile ihbar ve alarm cihazlarının aynı yöntemle birbirleri arasında bağlantılı

çalışmasının düzenlenmesi ya da böyle bir düzenle bir tesiste değişiklik ve eklemeler yapmak, donanım bakı mından oldukça zordur.

Bu tip tesisat ve kontrol yöntemleri, örneğin gıda, pet rokimya, şeker, çimento fabrikaları, su arındırma tesis leri, demir çelik, maden endüstrisi, meşrubat sanayii, tekstil ile bütün takım tezgahları, otomatik ambalajlama tesisleri,, tahrik sistemleri, tekstil makinaları, diğer seri üretim yapan tesisler ve otomatik çalışması gereken bandlarda büyük önem taşırlar. Bu tip sistemlerde emni yetli kontrol çok önemli bir rol oynar (2 ). Teknolojide ileride bulunan Avrupa ülkeleri, 6O'lı yıllarda büyük ölçüde otomasyona geçmişlerdir, özellikle yarıiletken teknolojinin hızlı gelişimi ve buna paralel olarak integre devre teknolojisi ile beraber bilgisayar sanayiinin kurul ması, fabrika otomasyonunda da, bu tekniğin kolayca uygulanmasına neden olmuştur.

Üret im bugün büyük f i y a t ve kalite rekabetinin söz konu su olduğu göz önüne alınırsa, bilhassa üretimi arttırmak için sürekli gelişme safhasında olan tesislerde, konvansi yonel teknik ile otomasyon, en sonunda karmaşık ve içinden çıkılamaz bir tesisatın oluşmasına yol açmak tadır.

lendiğini görüyoruz (3 ), (4 ). Konvansiyonel kontroldaki gibi, kontrol elemanları arasındaki elektriksel bağlantılar aynı zamanda kontrol programını oluştururken, bu modern yöntemde, bu bağlantılar sadece cihazla ilgili giriş çıkışı temin ederler. Böylece bir otomasyon siste mi, genel şekli ile bir otomasyon cihazından, bir prog ramlama ünitesinden, kontrol la ilgili olarak hazırlanmış olan programdan ve giriş ile çıkış işaretlerinden oluşur (Şekil 2b), (5), (6).

| KONTROL •

ve kontoâ Programlanabilir

tortu kontrol]

kontrol

1L r\"J

E .i £

cihan

İProo om.

f

3. Programlanabilir Otomasyon Cihazları :

Bilindiği gibi, konvansiyonel kontrol tekniğinde, birkaç kilitleme, ihbar ve alarm cihazları ile oluşturulabilecek basit bir kontrol, röle, kontaktör ya da elektronik devre elemanları olan "ve" ile "veya" kapıları ve flip floplann istenen kilitleme bağlantısını gerçekleyecek şekilde bağ lanması ile oluşturulur. Hemen görmek mümkündür k i, başka bir kontrol ya da kilitleme düzeni için, bu bağlantı düzenini ve belki kullanılan elektromekanik veya elektro nik kontrol elemanlarını da değiştirmek gerekecektir. Ayrıca bu kontrol sisteminin daha geniş kapsamlı yapıl ması istenmesi durumunda da, aynı şeylerin yapılması gerektiği ortaya çıkar. O halde konvansiyonel yöntemde, yapılan tesisat, istenilen kontrolü oluşturduğundan, bağ lantıların kendisi, bir nevi programı oluşturmaktadır. Bu tür kontrol, büyük tesisat işçiliği gerektirdiği gibi, kullanıcının, kontrol kabloları yönünden de büyük bir masraf yüklenmesi gerekir. Birçok durumlarda, bir arıza nın aranması ve giderilmesi bütün tesisin durdurulmasına yol açabilir. Bu konuda yapılan araştırmalar, konvansi yonel röle ve kontaktör tekniği ile yapılan kontrolların montaj ve konstrüksiyon masraflarının, kontrol cihazları masrafları yanında da oldukça yüksek olduğunu ortaya çıkarmıştır. Ancak çok az sayıda kontrol elemanı için ekonomiklik mevcuttur.

Programlanabilir bir otomasyon ile, kontrolün otomas yon cihazına yazılan bir programdaki komutlar ile belir

UE

US

une

(o)

(b) : A J

SEKİL 2. a) Röle ve kontaktörlü Kontrol b) Programlanabilir kontrol

Hafızalı ve programlanabilir otomasyon cihazlarında istenen kontrol fonksiyonları, bir program aracılığı ile komutlar şeklinde belirlenir ( 7 ) . Basit bir programlama dilinde komutlardan veya kontak plânı şeklinde hazırla nan bir programdan ya da fonksiyon şeklinde oluşturu lan program, bir programlama ünitesi üzerinden belleğe verilir.

Komutlar kendi sıralarında bellek hücrelerine yerleştiri lirler.

Otomasyon cihazının çalışmasıyla, otomasyon cihazının kontrol ünitesi, programı periyodik olarak tarar. Bu tara ma sırasında bellekteki adresler sırası ile sorulur. Bellek hücresinden okunan komut, programlama cihazında, giriş işaretlerinin durumuna göre değerlendirilir. Gerekli çıkış büyüklükleri bu şekilde oluşur (Şekil 3 ) . Program komutlarının bir kez taranmasından sonra, tarama peri yodik olarak sürer. Her kez, giriş büyüklüklerinin konu mu değiştirmelerine göre, çıkışlar yeniden değerlendi rilir.

Programlama ünitesi

ue 7.1 ur s.j 54 1.0

Merkezi 32 işlem birimi * Bellek *

• • ue 7.1 ue Sİ

SA 1.0

I Adresler

Kontrol ünitesi

ı

\J

Bellek adresle. i taranması

Programlama cihazının kendisi şu birimlerden oluşur: Besleme Birimi, Merkezi İşlem Birimi EPROM Bellek Modülü ve diğer çevre birimleri.

Çevre birimleri olarak ise şu birimler vardır : Giriş Birimleri, Çıkış Birimleri, Zaman Birimleri, Sayıcı Birimler.

Bir programlama cihazı ile, bütün lojik devreler program lanabileceği gibi, ilgili bütün kilitlemeler, sayıcı devreleri, flip floplar, zaman devreleri oluşturulabilir. Kapasitesi geniş programlama cihazlarında ise, kapalı çevrim kont rol devreleri zaman sabitleri büyük olmak koşulu ile gerçeklenebilir. Burada kontrolör zaman sabiti, cihazın program tarama hızı ile ilgilidir. Böylece ısı, basınç gibi kontrol edilmesi gereken büyüklüklerde de kontrolü programa bağlı olarak "softvvare" olarak yazılabilir. Kontrol, genel olarak analog ve sayısal olarak gruplandı rılabilir. Analog bir kontrolda, kontrol büyüklüğünün genliği ve işareti önemlidir.

Sayısal kontrolda ise, kotlanmış sayılar bilgiyi taşırlar. Sayısal kontrolün özel bir şekli ise, biner kontroldür. Bu kontrol türünde, biner giriş işaretleri, yani "Evet/Hayır" ya da "Var/Y ok" ya da " 1 / 0 " seviyeleri şeklinde çıkış işaretlerini oluştururlar. Proses otomasyonu, genel ola rak, otomasyon cihazları ile biner kontrol üzerine kurul muştur. Programlama cihazlarına gerekli eklemeleri yapa rak, analog giriş işaretlerini işleyip, sayısal ya da analog çıkış işareti elde etmek de mümkündür.

\s/ — 0

—7

I Cihet mali/H 7 Menini «« koo metrotları^o dahil toplam moliytt

AOİİ.IIO

Giriş kartları

\s/ —0

Z—j

Çıkış kortları

ŞEKİL. 3. Programlanabilen otomasyon cihazının temel birimleri

,0

X,

«0

M

»

" /" '

ŞEKİL. 4. Konvanslyonal kontrol İle SIEMENS AG SS 110 tipi prog amlanablllr otomasyon cihazının kullanılan kontaktör sayısı yönünden maliyet karşılaştırması.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ~ 334 / 335

TABLO 1. Otomasyon Cihazlarının Karşılaştırılması

Maksimum sayısal giriş / çıkış sayısı :

Analog giriş / çıkış sayısı :

Sayısal giriş gerilimi seviyeleri :

Sayısal çıkış gerilimi seviyeleri :

Tarama zamanı : Bellek :

Zaman / Sayıcı Devresi : Boyutlar (En x Y ükseklik x Derinlik)

Fiyat

SIEMENS S5 AG 101

2 0 /1 2 veya 1 0 /6

24V

1A / 2 4 V 1A/110V/110V 25 ms RAM.EPROM.EEPROM 0,5 K 8/8

260mm x 170mm x 95mm 200.000. TL

SIEMENS S5 AG.150

2048/2048

192 / 192 24V / 48V 110V/220V

0,12A 2A / 2 4 V 2,5 us RAM.EPROM 64K 256/256

600mm x 22OOmm x 600mm 2.000.000. TL

Endüstrideki ihtiyaçlara cevap vermek için değişik tipte en küçük ve en büyük programlanabilir otomasyon cihaz ları karşılaştırılabilir (Tablo 1). Bu tabloda verilen ve Siemens firmasının ürettiği SIMATIC S5 dhazlannın en küçüğü AG 101 tipi ile yine aynı üretirinin AG S5 150 tipi cihazlar arasındaki güç spektrumunda, bunlardan başka AG S5 105, AG S5 110, AG S5 130 tipleri vardır (8).

ŞEKİL 5. programlanabilir bir otomasyon cihazının program lama cihazı ile birlikte genel görünüşü (Cihaz tipi: SIEMENS SIMATIC S5)

örneğin AG S5 110 tipi otomasyon cihazı ile konvansi yonel kontrolün ekonomik yönden karşılaştırması yapıl dığında bu tip otomasyon dhazının yaklaşık olarak 2 0 ' den fazla kontaktör ve röleyi kapsayan standart kontrol yöntemine göre ekonomik olduğu ortaya çıkar (Şekil 4 ).

4. Sonuçlar :

Programlanabilir otomasyon cihazının sanayide yaygın olarak kullanılmasının üretim, maliyet, kaliteye olan etkisi yanında, bu tür sistemlerin getirdiği işletme kolay lığı tartışılmazdır.

Ana üstünlükleri şu şekilde özetlenebilir :

a Elektriksel fonksiyon ve tüm kilitleme ile kontrolla nn, otomasyon cihazlarının programı ile ilgili olması nedeniyle, herhangi bir değişiklik, yapılan elektrik tesisatından bağımsız olarak, programlama cihazında yapılabilir.

b Hiçbir hareketli yanı olmadığı için, bakımsızdır.

c Konvansiyonel kontrol tekniğine göre enerji bakımın dan daha tasarrufludur. Güç çıkışları transistor ve triyaklı olduğu için, diğer kontaktörlü sisteme göre kontrol enerjisi tasarrufu yönünden üstünlük sağlar.

d Kapladığı hadm yönünden yer ve malzeme tasarrufu sağlar.

e Her çalışma koşulu için dokümantasyon mümkündür. Programlan saklama imkânı vardır.

f Bütün giriş ve çıkışlarda işaret seviyeleri LED'lerle

birlikte belirlendiğinden, bütün sinyallere hâkim olma imkanı mevcuttur. Bu nedenle arıza anında büyük kolaylıklar sağlar.

g Üretilen küçük modellerle, en küçük kontrollarda bile ekonomik olmaya başlamıştır.

h Bilhassa, programın elektrik tesisatından bağımsız ol ması, dolayısıyla kısmi işletmeye almaya da müsaade etmesi, en büyük avantaj sayılmalıdır.

KAYNAKLAR:

1. Emst D., Ströle D. "Industriedektronik", Springer Verlag, Berlin. Heidelberg. New York, 1973.

2. Schaefer P. "Process Control Computer Technology, A prog rammed Introduction", Siemens AG, Hey den 1978.

3. Edinger E., Pedall Friedrick "SIMATIC S5", Siemens AG, 1983.

4. Ritter W. "Programmable ControUer SIMATIC S5 110A", Siemens AG, 1981.

5. Allgaeuer A., Seeberger "Beschreibung von Steuerungsauf gaben mit Funktionsplaenen, Teil 1", Siemens AG, 1979.

6. Allgaeuer A., Seeberger C, "Beschreibung von Steuerung saufgaben mit Funktionsplaenen, Teil 2", Siemens AG, 1979.

7. Berger H., "Steureungen programmieren mit STEP5", Band I, II, IH, Siemens AG, 1980.

8. "Automatisierungsgeraet S5 105 A mit Programmiergeraet 605 R Programmierfibel" Siemens AG.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 334 / 335 158