BÖLÜM 4

KONTROL ÜNİTELERİ

Programlanabilir lojik kontrol üniteleri, ikili ve üst denetimsel (supervisory) kontrolü sağlayan, mikroişlemci tabanlı elektronik ünitelerdir. PLC' ler otomasyonun vazgeçilmez yapı taşlarıdır.

Otomasyon, en geniş tanımıyla teknik proseslerin gerçekleştirilmesinde, insanın bizzat üretim yapma görevini, otomatik üretim ve bunu kontrol etme, izleme görevine dönüştüren bir kavram değişimidir. Burada kontrol sözcüğü, teknik bir kavram olarak, kumanda ve ayar gibi kavramları kapsamakta, böyle bir işlem, içinde bilgisayar da ihtiva eden endüstriyel otomasyon cihaz ve sistemleri kullanarak otomatik çalışmayı genellikle üretim koordine etme ve yönlendirme anlamında kullanılmaktadır. Teknik prosesler, en genel şekilde enerji üretiminden başlayarak, tüm temel diğer endüstrilerdeki üretimler ve endüstrilerde kullanılan makinelerin ve proseslerin çalışma şekilleridir.

Üretim yapma yerine, üretimin kontrol edilebilmesinden üç ana unsuru anlıyoruz. Bunlar; üretimde daha yüksek verimlilik sağlama, ekonomik üretim yapabilme ve rekabet ortamına uyum gösterebilme, bir diğeri ise insanın çalışma ortamında emniyet ve konforun sağlan-masıdır.

Yirminci yüzyılın başlarında kimya endüstrisinde baş döndürücü üretimin ana hedefi, düşük işletme masrafları ve az yatırım ile bu işi büyük hızda başarmak idi. Diğer örnek ise, otomobil sanayiinden verilebilir. Transfer hatlarında üretilen standart otomobiller, seri mamul olarak da pazar tarafından kabul edilip müşteri buluyordu. Böyle bir imalat şekli ile üretim artırılmıştı; ancak üretimde esneklikten söz edilemezdi, o zamanlar amaç, sadece talebi karşılamaktan ibaretti.

50'li ve 60'lı yıllarda modern otomasyon tekniği çok büyük gelişmeler gösterdi. Otomasyon merkezi proses bilgisayarları yapıldı. Kimya, maden, demir-çelik, çimento gibi endüstrilerde çok gelişmiş otomasyon projeleri gerçekleştirildi. Ancak yapılan bütün çalışmalar bütün üretim hacimleri ve tek bir imalat için uygundu.

Bugün, standart seri ürünler, eskiden olduğu gibi, müşteri bulamıyorlar, çünkü pazarı ve ürünü müşteri belirliyor. Üreticinin görevi ise, bu pazara olan talebe göre, o ürünü üretmek şeklinde. Bu tarihi gelişim ile, geride bırakılan yılların durumunu kısaca özetleyebiliriz. Burada yapılan hata, seri imalatın, pazarın isteğine göre belirlenememiş olmasıdır.

Çağımızın modern otomasyon sistemleri ile bugün üretim tekniğinde bir kavram değişimi yaşanmıştır. Pazardan gelen talep; yani ürün tipini müşterinin belirlemesi ve bunun sonucu olarak üreticinin müşterinin isteğine göre üretmesi, en iyi kalitede ve ekonomik olarak rekabet edebilecek şekilde pazara sunma zorunluluğunu da beraberinde getirdi. Bugün artık, endüstriyel üretimin ekonomikliği, yüksek sayılarda üretmek veya kapasiteyi yakalamak ile tanımlanamamaktadır. Hatasız ve hızlı üretim ile birlikte başarı, ürünlerin teknik kalitesi, pazar beklentisine uyum ve üretim tekniğinin esnekliği ile yorumlanmaktadır.

Türkiye'de endüstriyel otomasyon ile ilgili çalışmalar gerçek anlamda 80'li yılların başında başlamıştır. Bu tarihten önce de makine ve tesis bazında bazı otomasyon sistemlerinin mühendisliği ile birlikte yurt dışından ithal edildiğini biliyoruz. Bu uygulamalar, çimento, demir, çelik, cam, tekstil, naylon, ambalaj, gıda vb. sanayi dallarında yapılmıştır.Bazı uygulamaların ise modernizasyon amacıyla gerçeklendiğini görüyoruz. Birçok sektörde kapasite artışları bu şekilde sağlanmıştır.

Endüstriyel otomasyon mühendisliği, elektrik, makine ve otomasyonu yapılacak sektör mühendisliği dalıyla oldukça yoğun bilgi ve birikimi gerektiren zor daldır. Olaya sadece elektrik mühendisliği yönünden bile bakılsa, karşımıza, genel hareket noktası şalt, tesis ve enstrümantasyon mühendisliği ile birlikte, kontrol bilgisayar ve elektronik mühendisliğini de kapsayan kombine ve özel bir mühendislik olarak çıkmaktadır. Endüstriyel otomasyon, sadece bir satın-alma ve satış olayı değil, arakasında ağır ve sürekli yenilenen, ileri teknoloji olan bir daldır.

Endüstriyel otomasyon sistemleri ve enstrümantasyon cihazlarının diğer önemli bir üstünlüğü de sahip oldukları karşılıklı haberleşme özelliğidir. En başta yapılan yerel otomasyonlar artık yeterli kalmayıp, iletişim sistemleri üzerinden haberleşilerek, komplike otomasyon çözümleri üretebilmektedir. Burada en önemli nokta, sistem entegrasyonudur. Sistem entegrasyonu, endüstriyel otomasyonda kullanılan tüm donanımın haberleşme özelliği ile bunun yazılım üzerinden gerçekleştirilmesi ve sistemin uyum içinde çalışabilmesidir.

Endüstriyel otomasyonun ana elemanı programlanabilir lojik kontrolörlerdir. (Programmable Logic Controller, PLC). Bu düzenekler ile yapılacak işin kapsamına göre;

Kumanda, Kontrol, Kullanım ve İzleme, Uyarı ve Raporlama işlemlerini içeren endüstriyel otomasyon sistemleri gerçekleştirilebilir.

Serbest programlanabilen otomasyon cihazlarının endüstride seçilen proseslerin kumanda ve kontrolü için kullanılabilmesi, bu sistemlerde kullanılan programlama dilinin özelliklerine ve yönetmeliklerine uymak ve bu dilin sembolik yapısını, teorik bilgilerle birlikte prosese uygulayabilme hakimiyetindedir.

Her kumanda, bir otomasyon ve bir de proses kısmından oluşur. Otomasyon kısmı, kumanda kısmının "aklı"dır. Kumandanın proses kısmı ise, bir malzemenin, enerjinin ya da bilginin, nitelik ve nicelik olarak değişimini ya da taşınmasını hedef olarak alır ve bunun teknik akışını kapsar. Bu olaya bir örnek üretim prosesleridir. Aşağıdaki şekilde bir PLC uygulayıcısının sembolize edebileceği bir kumanda sisteminin tipik yapısı görülmektedir. Şekilde oluşturulmuş olan otomasyon yapısı itibari ile yerel bir çözümü kapsamaktadır. Bu nedenle bu tip bir otomasyon çözümlerine "yerel"çözüm" denir.

 

                                               Şekil 4.1

Kumanda sistemi değişik "eleman"lardan meydana gelir. Bu elemanlar; kullanım düzeni, otomasyon cihazı, ayar elemanları, ölçü düzeni ve proses kısmıdır. Bunlar değişik fonksiyonları yerine getirirler.

Bu üniteler, kontrol sisteminde tek veya entegre bir işlem istasyonu olarak, diğer programlanabilir Elektronik üniteler ve ekipmanlar ile haberleşme ağı üzerinden iletişim kurarak kullanılır.

            Programlanabilir Lojik kontrol üniteleri, biriken bilgi ve verileri bir yandan SCADA sistemine iletirken bir yandan da işletme fonksiyonlarını yerine getirmek için yazılım programlarına uygun olarak lojik kontrol denetimini sağlarlar. Genel bir kontrol modülü yapısı şu elemanlardan oluşur.

Güç Kartı: Kontrol modülünün ve I/O kartlarının güç gereksinimini sağlar.

Uzak Giriş/Çıkış Kartı: Bu kart kontrol modülünün, iletişim yoluna bağlı diğer sistem elemanları ile haberleşmeyi sağlar. Uzaktan kumanda I/O üniteleri, Programlanabilir Lojik Denetleyiciler ile yüksek hızlı seri haberleşme ağı ile iletişim kurarlar. Uzaktan I/O üniteleri vasıtasıyla programlanabilir elektronik lojik denetleyicilere bağlanan işletme değişkenleri, sistemin veri tabanında, aynen lokal olarak bağlanan değişkenler gibidir. Haberleşme ağının yüksek performansı, seri iletişimden dolayı meydana gelebilecek gecikmeleri önemsiz hale getirir.

RAM (Random Access Memory): Gerçek zaman verilerini ve denetim parametrelerini saklamak için kilobayt mertebesinden RAM kullanılır.

ROM (Read Only Memory): Denetim algoritmaları ve sürekli olarak saklanılması gerekli bilgiler burada saklanır.

A/D Çevirici ve Çoklayıcı: Denetlenen süreç değişkenlerinin mikrokontrolöre verilebilmesi için gerekli olan analogdan sayısala çevrim işini gerçekleştirir. Çoklayıcı kullanımı ile aynı anda birden fazla kanaldan bilgi girişi yapılabilir.

Yerel Giriş/Çıkış Kartı: Programlanabilir elektronik denetleyici lokal analog dijital sinyal giriş ve çıkışlar için çok sayıda sinyal toplama (I/O) kartı içerirler I/O kartları saha cihaz ve dedektörlerine doğrudan bağlanabildiği gibi, kontrol panosunda bulunan alçak gerilim cihazlarına da bağlanabilirler. Saha cihazlarına I/O kartları ile bağlantıları 0-10V veya 4-20mA sinyal kablolarıyla sağlanır. Analog değerler otomatik olarak proses veya iletişim ilişkili değerlere çevrilir.

Merkezi İşlem Ünitesi (CPU): Gelişmiş programlanabilir elektronik üniteleri yüksek performanslı mikroişlemci (CPU) kullanırlar. Sistemin yazılımı, arzulanan fonksiyonel konfigürasyonu oluşturmak üzere ana kartlardaki salt oku bellek (Eprom) modüllerinde saklanır. Uygulama programları ise RAM bellekte toplanır. Programlanabilir elektronik üniteleri sistem yazılımı, bir gerçek zamanlı işletme sistemi ve bir de uygulama mekanizmasına sahiptirler. Bu ünitelerin programları, öncelik düzeylerinde çevrimli olarak yürütülür. Çevrim süreleri 10 msn ile 2 sn arasında seçilebilir.

 

 

 

SCADA kontrol sistemlerinde alçak gerilim cihazları, elektronik kontrol ünitelerinin yerleşimi bu panolara yapılır, bunlar kontaktörler, röleler, sigortalar vb. elemanlar ihtiva ederler.

Saha, süreç ve işletmeye ait verilerin toplandığı SCADA kontrol sistemlerinin en alt seviyesini oluştururlar. Bunlar fiziksel ve elektronik iletişim cihazları olup işletme için gerekli lokal denetleyicilerdir. Fiziksel çevrenin bilgileri bu seviyede elektrik/elektronik işaretlerine çevrilerek SCADA sistemine girerler. SCADA sisteminden verilen komutlar ile bu seviyede elektrik/elektronik işaretlerden fiziksel büyüklüklere çevrilerek, gerçek dünyada istenen hareketler (kesicilerin açılıp-kapatılması, motorların start-stop edilmesi vb.) gerçekleştirilmiş olur.

Programlanabilir Kontrol sistemlerinde merkezi bilgisayardaki yazılımdan başka bir de Programlanabilir Kontrol ünitelerinin yazılım kısmı vardır. Kontrol edilen sistemde en önemli özellik lojik kontrol ünitelerinin sistemin işlevlerine göre programlanabilmesidir. Programlama dili her fonksiyonun girişi ve çıkışı olan bloklarla karakterize edilir. PLC' de böyle bir bloğun görevi lojik AND, OR fonksiyonu gibi olabilir. Yazılım programı uygun modüllere bölünebilir. Bu modüllere ayrı zaman öncelikleri verilerek, hem hızlı hem de yavaş kontrol işlemleri gerçekleştirilir. Herhangi bir eleman giriş ve çıkışları bir başka elemanın giriş ve çıkışlarına bağlanabilir. Bu şekilde PLC tarafında oluşan yazılım ana bilgisayarın yazılımı kullanılır.