Endüstriyel Otomasyonda PLC Kullanımı


Öğr.Gör. Dr.Süleyman Adak / Teknik Öğretmen A.Kadir Orhan
D.Ü.Mardin Meslek Yüksekokulu / Teknik Proğramlar Bölüm Başkanı

1. Giriş
PLC endüstriyel otomasyon sistemlerinin kumanda ve kontrol devrelerini gerçeklemeye uygun yapıda giriş-çıkış birimleri ve iletişim arabirimleri ile donatılmış, kontrol yapısına uygun bir sistem programı altında çalışan bir endüstriyel bilgisayarlardır. Güçü kumanda etmek, gücü kontrol etmek insanoğluna üstün imkanlar ve alanlar sağlamıştır. Özellikle endüstriyel alanlarda kullanılan PLC, gücü kontrol konusuna iyi birer örnektir.
Bu sistem; birçok makina ve sistemi kontrol eder. Bir sistemin yada bir makinanın asgari insan gücü kullanılarak kendi kendine çalışmasını ve üretmesini sağlayan bir cihazdır. Giriş-çıkış modülü, bellek, CPU (Merkezi İşlem Birimi), besleme güç kaynağı ve programlayıcı gibi bölümlerden oluşan bir entegre sistemdir. Kontroller, analog-dijital giriş/çıkış bağlantıları aracılığıyla olur. Şekil1.1'de D.Ü Mardin Meslek Yüksekokulu otomasyon laboratuvarında uygulamalarda gösteriğimiz sımatık S7-200 PLC' nin perspekif resmi verilmiştir.
PLC sistemleri bilgisayarda olduğu gibi donanım ve yazılım kısımlarından meydana gelir.
Giriş modülü olarak; kumanda kutuları, butonlar, basınç şalterleri, fotoseller, yaklaşım detektörleri, ani durdurma anahtarları gibi elemanlar kullanılır. Bütün bu ve buna benzer giriş elemanlarının algıladığı bilgiler PLC' ye gider. Tüm bilgiler PLC' de değerlendirildikten sonra çıkış modülüne gider. Çıkış modülü ara devre cihazları; röleler, yardımcı röleler elektropnömatik modüller vb.' dir. PLC çıkışları aynı anda güç kumanda cihazlarına da giderek onların çalışmasına ve çıkış vermesine neden olur. Bu güç kumanda cihazları kontaktörler, entegraller, hız ayar üniteleri, termik ve manyetik şalterler vb.' dir.İstenen program, proğlamlama çihazı ile belleğe yüklenir. PLC ile programlamada çeşitli metotlar kullanılır. Bu metotlar:
Kontak planı(LDR)
Foksiyon şeması
Değim listesi (STL)
den oluşur. Şekil 1.3' Sımatic S7-200' de asenkron makinaya direkt yol vermeye ait kumanda devresinin deyim listesi verilmiştir.
PLC' ler; mutfaktaki eşyalardan, sanayide kullanılan sistemlere, tarlaların sulanmasından, robotların kontrolüne kadar her alanda kullanılabilmektedir. Otomatik kontrol sistemlerinde, orta ve ağır sanayide, ısı kontrol sistemlerinde, tıp alanında, hız, güvenlik gibi alanlarda kullanılır. Ayrıca ürün kalitesinin yanı sıra yeni bir ürün imali için kumanda devrelerinin yeniden oluşturulması, montajı ve bağlantıları yerine sadece PLC programlama ile giderilmesi gibi sebeplerden dolayı bu sistemi önemli kılmaktadır. Son yıllarda endüstride PLC kullanımına olan talebin hızla artmasının nedenleri; PLC' nin özellikle fabrikalarda otomasyon, asansör tesisatları, otomatik paketleme, enerji dağıtım sistemlerinde, taşıma bandı sistemlerinde ve daha birçok alanda üretimi destekleyen ve verim artışının yanı sıra ürün maliyetinin minimuma çekilmesidir. PLC' ler klasik röleli sistemlerin yerini almaya başlamıştır.PLC giriş sinyalini izleyip uygun çıkış sinyalleri vermek suretiyle çalışır. Bu kontrolü geliştirmek için PLC, hafızasındaki programı sürekli tarar. Sistem için yazılan program PLC 'ye yüklenir. Bu program PLC' nin dahili işlemlerinin bir parçası olarak çalıştırılır.
Güç kumanda çıkışları, hareketli cihazları yani işlem yapacak cihazları çalıştırırlar veya durdururlar. Bu çalışacak veya duracak olan sistemler, ısı kontrol, motor kontrol ve valf kontrol gibi sistemlerdir

1.2 PLC elemanları
Programlanabilir denetleyiciler olarak adlandın lan sistemler, günümüzde yaygın olarak, otomatik kontrol düzenlerinde kullanılmakta olan mikroişlemci tabanlı endüstriyel otomasyon cihazlardır. PLC ikili giriş sinyallerini işleyerek, teknik işlemleri, çalışmaların adımlarını direkt olarak etkileyecek çıkış işaretlerini oluşturur. Çoğunlukla programlanabilir denetleyicilerin yapabileceği işlerde bir sınır yoktur. PLC, bir iş akışındaki bütün adımlan doğru zaman ve doğru sıradaki bir hareket içerisinde olmasını Sağlar. Kontrol problemlerinin çözümünde teknik olarak görülmüştür ki bu problemlerin karmaşıklığına göre PLC uygulamalar değişebilir. Bununla beraber aşağıdaki temel elemanlar PLC uygulamaları için daima gereklidir.
Donanım (hardware)
Yazılım (software)
Algılayıcılar (Sensörler)
Programlayıcı

Sensörler kontrol edilecek bir makina ya veya bir sisteme direkt olarak bağlanırlar. Bilgi, bu elemanların elektriksel akım değerlerine göre algılama PLC' ye iletilir. Sensörlere örnek olarak;
Sınır anahtarlar,
İşaret üreticiler,
Fotoseler,
Sıcaklık algılayıcıları verilebilir.

Programlayıcı kontrol ve kumanda amacıyla yazılan bir programın PLC program belleğine yüklenmesi bu birimce gercekleştirilir. Mikroişlemci tabanlı özel bir el aygıtı olabileceği gibi kişisel bir PC' yüklenmiş bir yazılımda olabilir. Programlama dilleri olarak:
Ladder diyagramı
Assambler dili
Blok şemaları
Grafcet
Blok şema, komutların cinsine göre bloklar şeklinde hazırlanmış bir programdır. Grafcet, proses tekniğine uygun hazırlanmış bir program çeşididir.

1.3 PLC ile kontrol sisteminin oluşturulması
PLC ile bir kontrol sistemi oluşturulaçağı zaman aşağıdaki adımları takip edilmesi gerekmektedir. Bu işlem sırası söyle sıralanabilir:
Kontrol probleminin tanımlanması
Çözüm için gerekli programın belirlenmesi
Programın çalışırlığının kontrolünün yapılması
Programın LADDER (Merdiven) programa aktarılması
Programın yazılması (LSD'li PLC'lerde program yazılıp girilmesi gerekir. Fakat bilgisayarlı PLC'lerde bilgisayar ortamında Ladder diyagramının çizilmesi yeterlidir. Bilgisayar programı, çizilen diyagramın yazılımını kendisi otomatik olarak verir. Ayrıca; PLC'nin yazılım kısmında PLC dilinde programlamanın bilinmesi gerekir. Her firmanın program dili değişik olmasına rağmen temelde PLC sistemleri aynıdır.)

1.4 PLC mantığı Ile kontaklı devre mantığı arasındaki farklar
PLC'ler için geliştirilmiş olan programlama dilleri, kontaklı (röleli) kumanda devreleri tasarımcılarının kolayca anlayıp uygulayabileceği biçimindedir. Bir kontaklı kumanda devresinden PLC'ye geçmek oldukça kolaydır. Bununla beraber, kontaklı kumanda devresi ile aynı amaçla gerçekleştirilen PLC programı farklı sonuçlar verebilir. Bunun nedeni kontaklı kumanda devresi ile PLC arasındaki yapısal farklardır.

1.5 PLC'nin klasik rröle
sistemine göre üstünlükleri
Programlanabilir olması nedeniyle aynı makina da çeşitli programlar yaparak değişik parçalar otomatik olarak üretebilmekte,zamandan tasarruf sağlanmaktadır.
PLC sistemleri,birçok hattan meydana gelen sanayi sistemlerinde,arızanın hangi hatta olduğu,hangi rölenin kontağını açmadığını ekran üzerinde göstererek arızanın giderilmesi süresini kısaltmıştır.
Elektrik donanımı çok azaldığından ve daha az kablo kullanıldığından sistemlerin maliyeti çok düşüktür.
PLC' ler röleli kontrol sistemlerinden doğmuşlardır.Fakat PLC kontrollü bir bilgisayarın hesaplaması daha hassas, güvenilir ve esnek bir kontrol sağlar.
Kontrol sistemi,sadece bir cihazı kontrol eden tek bir küçük PLC'de oluşabileceği gibi değişik modellerde birçok PLC' nin birbirine şebeke yoluyla bağlandığı çok geniş bir uygulamadan da oluşabilir.
PLC' de,otomatik kontrolde kullanılan hemen hemen her türlü cihaza çıkış verilebilir. En çok kullanılanlarından bazıları şunlardır; Motorlar, selenoidler, servomotorlar, vanalar, stepping motorlar,lambalar,alarm ve kornalar.

2. Kısa devre asenkron
motorlara direkt yol verme
5 Hp ve daha küçük güçlü asenkron motorlara direkt olarak yol verilir. Yüksek reaktanslı ile çift sincap kafesli motorların 100Hp kadar olanlarına direkt yol verilir. Şekil 2.1'de üç fazlı kısa devre asenkron makinaya direkt yol vermeye ait güç devresi verilmiştir. Asenkron makina sigorta ve aşırı akım rölesi tarafından korunmaktadır.
Üç fazlı kısa devre asenkron makınaya direk yol vermeye ait kumanda devresini
SİMATİC SL-700 tipi mikroişlemcide uygularsak Şekil 2.3' üç elde edilir.
Bu lader diyapramına ait PLC yazılımı aşağıdaki gibi yazılır.

PLC YAZILIMI:
000 LD %I0.0
001 OR %Q0.0
002 ANDN %I0.1
003 ST %Q0.0
004 END

Üç fazlı kısa devre rotorlu asenkron makinenin direk yol vermede kullanılan kumanda deresini lojik kapılarla gercekleştirdiğimizde Şekil 2.4' elde edilir.

Programlanabilir Lojik Kontrolörler (PLC) otomasyon devrelerinde yardımcı röleler , zaman röleleri , sayıcılar gibi kumanda elemanlarının yerine kullanılan Mikroişlemci temelli cihazlardır. Bu cihazlarda zamanlama sayma sıralama ve her türlü kombinasyonel ve ardışık lojik işlemler yazılımla gerçekleştirilir. Bu nedenle karmaşık otomasyon problemlerini hızlı ve güvenli bir şekilde çözmek mümkündür.
Endüstriyel otomasyon devrelerinde programlanabilir kontrolörlerin tercih edilmelerinin nedenleri şu şekilde sıralanabilir:
Kumanda devresinin yazılımla sağlandığından , kumanda devresini tasarlamak kontaklı (röleli) bir devrenin tasarımından daha kolaydır.
Bütün kumanda fonksiyonları yazılımla gerçekleştirildiğinden, farklı bir uygulama için adaptasyon kolaydır.
Kumanda devrelerine göre çok az yer kaplar.
Güvenilirliği yüksek, bakımı kolaydır.
Bilgisayarlarla ve diğer kontrolörlerle haberleşme olanağı vardır
Arıza ihtimali düşüktür
Kötü çevre koşullarında , özellikle tozlu ortamlarda . röleli kumanda devrelerine göre daha güvenilirdir
Kumanda devresi tasarımı daha çabuk gerçekleştirildiğinden bu konuda çalışan teknik elemanlara zaman ve emek tasarrufu sağlar.

3. Bilgisayar İle PLC
Arasındaki Farklar
PLC'nin merkezi işlem ünitesinde mikroişlemci veya mikrokontrolcü ünite bulunur. Bu yüzden her PLC bir bilgisayardır. Fakat her bilgisayar bir PLC değildir. PLC'ler üretimin yapıldığı tozlu, kirli ve elektriki gürültü gibi ağır şartlarda çalışacak şekilde dizayn edilmiştir. Bununla birlikte farklı bir programlama dili , arıza bulma ve bakım kolaylıklarının olması gibi özellikleri ile sanayi uygulamalarında bilgisayardan farklıdırlar. Bilgisayarların arıza ve bakım servisi ile programlama dillerinin öğrenilmesi için özel bir eğitime gerek vardır. PLC programlama dili klasik kumanda devrelerine uygunluk sağlayacak şekildedir. Bütün PLC'lerde hemen hemen aynı olan AND, OR, NOT (VE, VEYA, DEGİL) gibi Boolen ifadeleri kullanılır. Programlarda klasik kumanda sistemini bilen birisi tarafından kolayca yapılabilir. Büyük çaplı kontrol sistemleri için bilgisayarın-mikroişlemciler in kullanılması. on adet röle-kontaktör elemanlarından daha az eleman gerektiren kontrol devrelerinde de klasik kumanda devrelerinin kullanılması daha avantajlı ve gereklidir.
Sonuç olarak; küçük ve orta büyüklükteki her türlü kumanda sisteminde,küçük yapılı yüksek güvenirlikli ve değişebilir (flexile) beyin olarak PLC' ler otomasyon üretiminin vazgeçilmez birer elemanı olmuştur.
PLC cihazı, girişten alınan bilgi ve komutları işler. Giriş komutları; am temaslı buton , seçici anahtar, dijital anahtar veya sensör girişi olan sınır anahtar, yakınlık (proximity) anahtar, fotoelektrik anahtar vs. dir. Bu elemanlarla yüklerin çalışma şartları gözlenir veya kontrol edilir.
Giriş sinyallerine karşılık çıkış sinyallerinin iletimi, PLC'de yazılı olan programa bağlıdır. Selenoid valf, sinyal lambası, röle, gibi küçük yükler PLC tarafından direkt olarak sürülebilir. Fakat, büyük kapasiteli selenoid valf, 3 fazlı motor gibi yükler kontaktör veya röle üzerinden sürülmelidir.

3.1 Otomasyonda PLC' si
kullanmanın avantajları
Otomasyonda PLC' lerin kullanılmasının birçok fayda ve yararı bulunmaktadır. Bu yararlılık ve avantajlar şunlardır:
Gerilim değerlerine duyarlılığı düşüktür. Düşük gerilim değerlerinde çalıştırılabilirler.
Hareketli aksamlarınının bulunmaması nedeniyle az arıza verirler. Bu yüzden bakım maliyetleri düşüktür.
PLC' nin modüler yapısı gereği her türlü otomasyon değişimlerine cevap vermesi
Elektromekanik sistemlerle karşılaştırıldığında az yer kaplaması.
Mekaniki parcalarının bulunmaması nedeni ile tekrar,tekrar programlanabilmesi. İlave dizaynlerin yapılabilmesi.

4. Sonuç ve öneriler
PLC sistemleri otomasyon sitemleri içinde belli bir üstünlük sağlamıştır. Ve şu anda tüm dünya ülkelerinde çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. PLC lerin endüstride yaygın kullanılması ile verimli kontrol sistemlerinin kullanımının hızlanacağı ve bununda hem üretim hem de verimliliği arttıracağı bir gerçektir. Endüstriyel otomasyon sistemlerinin hızlı gelişmesinde PLC kullanımının büyük payı bulunmaktadır. Genellikle küçük ve orta ölçekli işletmelerin bulunduğu ülkemizde makina kontrollarında tam otomasyonun sağlanmasıyla üretim artışı ve ekonomik üretim sağlayabilme açısından en uygun kontrol yönteminin PLC olduğu görülmektedir. Bu çalışmanın ışığında şunları söylemek mümkündür;
1. Çok küçük işletmelerde PLC kullanımı maliyet açısından uygun bir çözüm olmamakla beraber, KOBİ (Küçük ve Orta Büyüklükteki İşletmeler) diye bilinen işletmelerde PLC kullamaları üretimi arttıracak ve üretilen ürün maliyetinin azalmasına sebep olacaktır.
2. Özellikle elektrik enerji maliyetlerinin yüksek olduğu ülkemizde PLC kullanılarak enerji optimasyonu sağlamak mümkün olabilir. Ülkemiz Endüstrisinde az kullanılan bu modern sistemlerin kullanımının teşvik edilmesi gerekmektedir.
3. Kontaktör, zaman rölesi ve rölelerle yapılan kumanda devreleri yerine PLC' ile yapılan kumanda devrelerinin terçih edilmesi işletmelerin rekabet güçünü arttıracaktır.
4. PLC' ler lojik temelli işlemler yanında, matematiksel işlemlerin yapılmasını sağlayan komutlarıda içermektedir. Bu durum PLC'leri üstün kılan nedenlerdendir.
5. Günümüz rekabet dünyasında söz sahibi olmanın yolu endüstride yoğun bir şekilde PLC'li otomasyon kullanmaktan geçer.
6. PLC' ler elektrik gürültüsünden etkilenmezler.
7. PLC' lerin arıza ihtimalı düşük tamiri kolaydır
8. PLC' ler yüksek sıcaklık ve rutubet değerleri içeren işkollarında da kullanılabilirler.
9. PLC' ler seri üretim yapan iş makinalarının kontrolü ile lojik kararlar vermek için tasarlanmıştır.

Kaynaklar
Ati, S. ve Oral, B, PLC Sistemleri, Otomasyon Fuarı, Endüstriyel Etkinlikler Haftası
15-18 Mart 2001, İstanbul
Crispin, A. J, Programmable Logic Controllers and their Engineering Applications, McGraw Hill
Çavuşoğlu Elektrik yayın ve bronşürleri
Kurtulan, S, Programlanabilir Lojik Kontrollörler ve Uygulamaları, Bileşim Yayıncılık
Kaynak, M.O, Programlanabilir Denetleyiciler ,Boğaziçi Üniversitesi 1988
Li, Y ve Wonham, W.M., (1993), "Control of vector Discrete - Event System I - The Basic Model", IEEE Transaction on Automatic Cotrol, Vol 38, No:8 pp 1214-1227
Moom, I., (1994), "Modelling programmable Logic Controllers for Logic Verification", IEEE Control system megezine, pp 53-59
Özerdem, C.Ö., "Programlanabilir Lojik Kontroller, (PLC) ve soft PLC lerin Endüstriyel otomasyondaki yeri", Yakın Doğu Ünversitesi,Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü,Kıbrıs
Saçkan, H.A., Elektrik Makinaları, Milli Eğitim Basımevi, İstanbul 1981
Warnock, I. G, Programmable Controllers Operation and Application, Prentice Hall .
Yağımlı, M, ve AKAR, F, PLC, Programlanabilir Lojik DenetleyiçilerR, Beta yayıncılık

MakinaTek Sayı 68, Haziran 2003

 

[ Geri ]