PLC Kontrollü Hidrolik Sistem Uygulamaları

👤Ömür Akyazı, Karadeniz Teknik Üniversitesi Sürmene Abdullah Kanca MYO / A. Sefa Akpınar, Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik
1. Giriş PLC ile hidrolik sistemlerin kontrolü modern endüstriyel otomasyon sistemlerinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. PLC endüstrinin birçok alanında ve otomasyon sistemlerinin tasarımında önemli bir işleve sahiptir[1]. PLC’ler mikro işlemci temelli aygıtlardır, özel yapıları ve giriş çıkış donanımları bakımından bir PC’den farklı olup kullanımları daha kolay bakımları daha az olan aygıtlardır[2]. PLC, giriş elemanlarından (algılayıcılar, anahtarlar, sensörler vb.) aldığı bilgiyi kullanıcı tarafından verilen programa göre işleyen ve sonuçlarını çıkış elemanlarına (motorlar, röleler, hidrolik-pnömatik aygıtlar, kontaktör vb.) aktaran bir mikrobilgisayar sistemdir[3]. Bu nedenle PLC ile, çok karmaşık ve zor olan otomasyon problemlerini hızlı ve güvenli bir şekilde çözmek mümkündür[1-4]. Şekil 1’de PLC giriş ve çıkış elemanları gösterilmektedir. Bir PLC genel anlamda üç ana bölümden oluşmaktadır. Bunlar giriş bölümü, merkezi işlem bölümü (CPU) ve çıkış bölümüdür. Giriş bölümü; kontrol edilen sistem ile bağlantıyı sağlayan ve anahtar, sensör, dönüştürücü gibi giriş elemanlarından alınan sinyalleri CPU’nun kullanabileceği forma dönüştüren kısımdır. Merkezi işlem bölümü (CPU); PLC’nin giriş elemanlarından almış olduğu bilgiyi, kullanıcı tarafından belleğine yüklenen programa göre yorumlayarak, sistemin çalışmasını düzenleyen kısımdır. Çıkış bölümü; CPU’dan alınan bilgiler ışığında, kontrol edilecek sistemin istenilen şekilde çalışmasını sağlamak için çıkış elemanlarına gerekli bilgilerin iletildiği kısımdır[1-4]. Hidrolik, Yunanca su anlamına gelen hydro ile boru anlamına gelen aulos kelimelerinden türetilmiştir. Günümüzde “hidrolik” akışkanlar aracılığıyla kuvvet ve hareketlerin iletimi ve kumandası anlamında kullanılmaktadır. Hidrolik ve hidrolik sistemler tüm mühendislik içeren sistemlerde kullanılırlar. Hidrolik sistem elektrik motorunun tahrik ettiği hidrolik pompa ile akışkanın belirli basınçta ve debide basıldığı ve bu hidrolik enerji ile doğrusal, dairesel ve açısal hareketin üretildiği sistemdir[5-6]. Enerji iletim olanakları yönünden hidroliğin yanında mekanik, elektrik, elektronik ve pnömatik gibi başka seçenekler de olup, bunların her birinin belirli bir uygulama alanı vardır. Fakat bazı durumlarda bunlardan birini seçmek söz konusu olduğunda hidroliği tercih edilir kılan özelliklerinden birkaçını saymak gerekirse: • Küçük hacimde büyük kuvvetler, momentler elde edilir. • Kuvvet gerektiğinde kendiliğinden oluşur. • Dururken, tam yükle harekete geçmek olasıdır. • Hız, kuvvet ve moment kademesiz olarak kolayca ayarlanabilir. • Fazla yük durumunda korunma kolaylıkla gerçekleştirilebilir. • Çok hızlı ve çok yavaş hareketler büyük bir duyarlılıkla denetlenebilir[5-7]. 2. PLC kontrollü hidrolik sistemlerin avantajları Endüstrinin hemen her alanında iş parçalarının sıkılması, gevşetilmesi, ilerletilmesi, doğrusal ve dairesel hareketlerin elde edilmesi gibi çeşitli işlemler için hidrolik sistemlerden yararlanılır[8]. Bu sistemlerin PLC ile kontrol edilmesinin getirdiği birçok üstünlük mevcut olup, uygulamalarda çok fazla rağbet görmektedirler[9-13]. Bu üstünlükler; • PLC ile kontrolü gerçekleştirilen hidrolik sistemlerin programlanması ve montajı kolaydır. • PLC sayesinde sistemde meydana gelebilecek program değişikleri kolaylıkla yapılabilmekte ve sistem kontrolünün uzak mesafelerden gerçekleştirilmesi sağlanmaktadır. • Sistemin güvenilirliği yüksek, bakımı kolay ve arıza yapma olasılığı azdır. • PLC’de mevcut olan özelliklerin sistemde kullanılma olasılığı vardır. • PLC sayesinde karmaşık sistemler kolaylıkla kontrol edilebilir. • PLC’ler bilgisayarlarla senkronize çalışabilmekte ve bu sayede sistemin çalışması bilgisayar üzerinden takip edilebilmektedir. PLC kontrollü hidrolik sistemin prensip şeması Şekil 2’de gösterilmektedir. Şekil 2’den görüleceği gibi çıkış elemanı olan çift etkili pistonun çalışması; PLC’nin, giriş elemanı olan sensörlerden almış olduğu bilgiyi, kullanıcı tarafından belleğine yüklenen programa göre değerlendirmesi ve çıkış kısmındaki yön kontrol valfini denetlemesiyle sağlanır. 3. Gerçekleştirilen sistem uygulamaları Gerçekleştirilen hidrolik sistemler ilk önce fluidsim programı yardımı ile bilgisayar ortamında tasarlanarak test edilmiş ve bu sistemlerin çalışmasını gerçekleştirecek PLC programları oluşturulmuştur. Sistemlerin çalışmasını kontrol eden PLC programları tasarlanarak benzetimleri bilgisayar ortamında test edilmiştir. Daha sonra benzetimleri gerçekleştirilen bu sistemlerin uygulamaları laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Fluidsim, Pnömatik-Hidrolik simülatör programıdır. Fluidsim ile istenilen hidrolik devrenin şeması çizilebildiği gibi, hazır bulunan devrelerin de simülasyonu gerçekleştirilebilir. Ayrıca bu program eğitim filmleri yardımıyla temel devreler hakkında bilgi verirken temel devre elemanlarının nasıl kullanıldığını da göstermektedir. Anlaşılması kolay olması bakımından gerçekleştirilen PLC kontrollü hidrolik sistemler, basitten karmaşığa doğru incelenecektir. Şekil 3’te A+A- elektrohidrolik sistemin yol adım diyagramı gözükmektedir. Burada A çıkış elemanı olan pistonu ifade etmekte olup, + ve – çıkış elemanının hareket yönünü göstermektedir. Şekil 3’te yol-adım diyagramı verilen sistemin, fluidsim programı ile gerçekleştirilmiş hali Şekil 4’te gösterilmiştir. Şekil 4 incelendiğinde, çıkış elemanı olan A pistonunun hareketi 4/2 röle kontrollü yay geri getirmeli valf sayesinde sağlanmaktadır. Burada 4/2 yön kontrol valfinin Y1 rölesini PLC ile kontrol etmek kaydıyla çıkış elemanı olan A pistonunun kontrolü gerçekleştirilmektedir. Şekil 4’te tasarımı gerçekleştirilen sistemin kontrolü için oluşturulan PLC programı simülasyonu Şekil 5’te gösterilmiştir.Şekil 5’te sistemin denetimini gerçekleştiren PLC’nin giriş elemanları, A pistonunun konumunu algılayan A1 ve A2 sensörleri ile sistemi çalıştırıp durdurmaya yarayan start ve stop butonlarıdır. PLC’nin çıkış elemanları ise 4/2 yön kontrol valfinin Y1 rölesidir. Sistemin laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiş hali Şekil 6’da gösterilmiştir. Sistemin çalışması incelendiğinde çıkış elemanı olan A pistonu start butonuna bir kez basıldığında sürekli olarak A+ ve A- yani ileri ve geri hareketini yapmaktadır. Herhangi bir anda stop butonuna basıldığında sistem durmakta olup piston başlangıç konumuna geri gelmektedir. Ayrıca Şekil 6’dan görülebileceği gibi sistemin çalışması PLC programı üzerinden takip edilebilmektedir. PLC’nin farklı özelliklerini kullanmak için Şekil 3’te verilen yol-adım diyagramına ilaveten sisteme hidrolik motor eklenmiş ve sistemin kontrolü için oluşturulan PLC programı simülasyonu Şekil 7’de gösterilmiştir. Sistemin çalışması: start butonuna basıldığında çıkış elemanları olan çift etkili piston ile hidrolik motor çalışmaya başlar. Piston ileri son konumuna geldiğinde zamanlayıcı saymaya başlar. Bu esnada piston ileri son konumunda beklemekte ve hidrolik motor dönmeye devam etmektedir. Ayarlanan süre sonunda piston başlangıç noktasına geri dönmekte ve hidrolik motor başlangıçtaki dönüş yönünün tersi yönünde çalışmasına devam etmektedir. Stop butonuna basılınca olay başa dönmektedir. Sistemin laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiş hali Şekil 8’de gösterilmiştir. Şekil 9’da A+B+A-B- yol-adım diyagramı gözükmektedir. Bu yol-adım diyagramına göre sistemin fluidsim programı ile tasarlanmış hali Şekil 10’da görülmektedir. Sistemin kontrolünü gerçekleştiren PLC, A ve B pistonlarının, Şekil 9’deki yol-adım diyagramında istenildiği gibi çalışmasını sağlamak için 4/3 yön kontrol valflerinin Y1, Y2, Y3 ve Y4 rölelerini denetleyerek sistemin çalışmasını sağlamaktadır. PLC’nin girişlerini, pistonların konumlarını algılayan A1, A2, B1, B2 sensörleri ve start-stop anahtarları oluşturmaktadır. Burada kullanılan start ve stop anahtarları tutmalıdır. PLC’nin çıkışları, 4/3 yön kontrol valflerinin Y1, Y2, Y3 ve Y4 röleleridir. Sistemin çalışmasını gerçekleştiren PLC programı Şekil 11 ve simülasyonu Şekil 12’de gözükmektedir. Sistemin laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiş hali Şekil 13’te gösterilmiştir. Bu temel yapılar anlaşıldıktan sonra PLC’nin farklı özelliklerini kullanarak daha karmaşık hidrolik sistem uygulamalarını gerçekleştirebiliriz. Bu bakımdan iki pistondan oluşan hidrolik bir sistemin, start butonuna basılınca A pistonu 10 kez A+A- hareketini yaptıktan sonra B pistonu hareketine başlar ve ayarlanan süre sonuna kadar B+B- hareketini yapmaya devam eder. İstenildiği an stop butonuna basılırsa sistem başlangıç noktasına geri döner. Sistemin bu şekilde çalışmasını sağlayan PLC programı Şekil 14’te ve PLC simülasyonu Şekil 15’te görülmektedir. Sistemin laboratuvar ortamında gerçekleştirilen uygulaması Şekil 16’da gösterilmiştir. Bu makale hazırlanırken güdülen amaç, okuyucunun kafasını karıştırmadan, sade ve anlaşılır bir biçimde hidrolik sistemlerin kontrollerini PLC ile gerçekleştirmektir. Ayrıca gerçekleştirilen uygulamaların kolay anlaşılması için PLC’nin farklı özellikleri kullanılmıştır. Sonuç olarak bu çalışmada değişik yapılardaki hidrolik sistemlerin kontrollerini gerçekleştiren PLC programları tasarlanarak simülasyonları gerçekleştirilmiş ve tasarlanan bu sistemlerin uygulamaları laboratuvar ortamında test edilerek simülasyonların doğruluğu kanıtlanmıştır. Kaynaklar [1] Aycan Deniz Gök, PLC Temelleri ve Uygulamaları, Okutman Yayıncılık, 3. baskı Şubat 2008 [2] Salman Kurtulan, PLC ile Endüstriyel Otomasyon, 4.baskı, Birsen Yayınevi, İstanbul 2005. [3] Recep Çetin, Temel Seviye S7-200 PLC’lerle Otomasyon, Ankara, Mart 2009 [4] Gökay Bayrak, Turgay Kaya, “PLC ve Elektrik Kumanda Devreleri Eğitimi İçin Bir Deney Seti Tasarımı ve Uygulaması” Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, say: 326-330, Elazığ 2011 [5] Ömür Akyazı, Doğan Çokrak, “Pnömatik ve Hidrolik Sistem Uygulamaları”, Elektrik-Elektronik Bilgisayar Sempozyumu, 5-7 Ekim 2011/Elazığ, Sayfa 142-147. [6] Ömür Akyazı, Gökhan Gençtürk, “Hidrolik Sistem Uygulamaları”, Otomasyon Dergisi, Temmuz 2011/sayı 229, Sayfa 206-209, Bilişim Yayıncılık. [7] Ömür Akyazı, A.Sefa Akpınar, Doğan Çokrak, “PLC İle Kontrolü Gerçekleştirilen Elektropnömatik Sistem Uygulamaları”, 5. Mühendislik ve Teknoloji Sempozyumu, 26-27 Nisan 2012, sf.165-169, Ankara [8] http://www.pnomatik.com.tr, 03.01.2011 tarihinde aktif [9] Ali V. Akkaya, Süleyman H. Sevilgen, Hasan H. Erdem, Burhanettin Çetin, Simulink kullanarak bir pnömatik sistemin simülasyonu, Doğuş Üniversitesi Dergisi, 6 (2) 2005, 155-162 [10] M. Sinan Güzelbey, Sedat Bayseç, Pnömatik Kontrol Devrelerinin Bilgisayar Destekli Tasarımı, IV. Ulusal Hidrolik Pnömatik Kongresi [11] Meslekî Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi (MEGEP) Ankara, Ocak 2005 [12] İsmail Karacan, Pnömatik Kontrol, Bilim Yayıncılık, 1994 [13] Tortumluoğlu Necdet, “PLC Kontrollü Elektropnömatik Eğitim Seti Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006