Mitsubishi PLC

Mitsubishi PLC

PLC Hakkında Temel Bilgi

PLC (Programlanabilir Mantıksal Denetleyici, İngilizce: Programmable Logic Controller) fabrikalardaki imalat hatları veya makinelerin kontrolü gibi işleçlerin denetiminde kullanılan özel bilgisayar.

Genel kullanımlı bilgisayarların aksine PLC birçok girişi ve çıkışı olacak şekilde düzenlenir ve elektriksel gürültülere, sıcaklık farklarına, mekanik darbe ve titreşimlere karşı daha dayanıklı tasarlanırlar. PLC’lere denetleyeceği sistemin işleyişine uygun programlar yüklenir. PLC programları, giriş bilgilerini milisaniyeler mertebesinde hızla tarayarak buna uygun çıkış bilgilerini gerçek zamanlıya yakın, cevap verecek şekilde çalışırlar.

Giriş
İçinde bir mikroişlemcisi olup karmaşık sistemlerin programlanmasında kullanılabilir. PC’lerden en temel farkı sinyal girişlerinin ve çıkışlarının (İng: Input/Output) çalışma ve işlenme şeklinde ortaya çıkmaktadır. PLC’ler ilk olarak karmaşık röle sistemlerinin yükünü hafifletmek için çıkarılmış basit mantıksal (lojik) işlemleri yapan cihazlardı.

Özellikleri
Günümüzde diğer programlanabilir bilgisayarlarla arasındaki farklılıklar giderek azalmaktadır. PLC bir bakıma monitörü ve klavyesi bulunmayan bir bilgisayar gibidir. Bir diğer fark ise işletilecek verilerin gerçek ortamdan gelmesi ve sonuçların yine gerçek ortama analog veya sayısal (dijital) olarak gönderilmesidir.

Mikroişlemcilerin maliyeti daha düşük olmasına rağmen, PLC’lerin tercih edilmelerinin sebebi; elektronik tasarım için harcanacak zamanı en aza indirmesidir. Aynı zamanda endüstriyel ortamların sahip olduğu zor koşullardan (manyetik alan, büyük sıcaklık farkları, toz vb.) etkilenmeden çalışabilen hazır çözümler olmalarıdır.

Bir fabrikanın tüm otomasyon işlerini yüklenebilecek kadar Giriş/Çıkış sayısına sahip PLC’ler bulunmaktadır. Günümüzde geliştirilen modüler yapıdaki PLC’lere gerektiğinde ek giriş-çıkış modülleri, RS232, RS485, modem, ethernet gibi haberleşme modülleri eklenebilmektedir. Bu gibi özelliklerle mevcut yapı geliştirilebilmektedir. Ayrıca birçok modelde proses kontrolüne yönelik hazır ON-OFF (AÇ-KAPA), PID, Fuzzy (Bulanık) vb. tiplerdeki kontrolörler standart olarak bulunmaktadır.

Programlama Yazılımı
PLC’ler sahadan ya da herhangi bir sistemden aldıkları bilgileri çalıştırdıkları yazılım aracığıyla değerlendirerek sahaya ya da bağlı oldukları sisteme çıkış sağlayan cihazlardır. Günümüzde en yoğun olarak kullanılan PLC yazılımı LADDER’dır. Bu yazılım ile elektrik şemasına benzer bir yapıda sistemin değerlendirilmesi mümkün olmaktadır. Piyasada bulunan farklı marka PLC’lerin Ladder yazılımları kendilerine özgü olmakla birlikte genel işleyiş mantıkları benzerdir. Ladder dışında kullanılan PLC yazılımlarını da ST(Structured text), FBD(Function block diagram), SFC (Sequential function), IL (Instruction list) olarak sıralayabiliriz. Günümüzde ise 5 farklı yazılımı da içeren IEC61131-3 standartlarına uygun yazılım paketi kullanıcılara kolaylık sağlamaktadır.

Gelecek
Endüstride oldukça fazla kullanım alanı olan PLC’lerin hafızaları ve işlem kapasiteleri karmaşık prosesler karşısında yetersiz kalabilmekte, bu yüzden de gelişen teknoloji ile birlikte daha güçlü yapıya sahip endüstriyel PC’lere geçiş söz konusu olmaktadır. Günümüzde artık Endüstriyel PC olarak imal edilen PLC ler mevcuttur. Bunlar hem dokunmatik paneli üzerinde montajlı olan aynı zamanda bilgisayar aracılığı ile veya kendi üzerindeki kontrol üniteleriyle programlanabilmektedir.

PLC NEDİR?
Programmable Logic Controller (Programlanabilir Lojik Kontrolcü) ifadesinin kısaltılmışı olan PLC’ler, günümüzde kumanda ve otomasyon sistemlerinin en vazgeçilmez elemanıdır.

PLC’ler giriş ve çıkış uçları vardır. PLC, giriş uçlarına bağlanan algılayıcılardan (buton, anahtar, sensör vs.) aldığı bilgiyi, kendine verilen programa göre işleyen ve sonuçlarını çıkışlarına bağlı iş elemanlarına(röle, kontaktör, selonoid valf, motor vs) aktaran bir mikrobilgisayar sistemidir.

PLC’lerin giriş-çıkış sayılarına göre birçok modeli vardır. Yapılacak sistemin büyüklüğüne göre PLC seçimi yapılır. PLC’lerdeki mevcut giriş çıkış sayısı yetmiyorsa genişleme modülleri ile ek giriş-çıkışlar elde edilebilir.

Piyasada birçok PLC markası olmasına rağmen temel programlama mantığı aynıdır. PLC’leri programlayabilmek için klasik kumanda sistemlerini bilmek gereklidir.

NEDEN PLC KULLANILIYOR?
Klasik kumanda ile yapılan kumanda sistemleri, kompleks otomasyon sistemlerini kontrol etmede yetersiz kalması, sık arıza yapması, fazla yer kaplaması gibi olumsuzluklardan dolayı yeni çözümler aranmıştır. Mikrodenetleyici teknolojisinde gelişmeler ile birlikte içinde mikrodenetleyici bulunan PLC cihazları geliştirilmiştir. Böylece klasik kumanda ile çok karmaşık ve sık arıza yapan sistemler yerine, daha basit, az yer kaplayan, düşük maliyetli, güvenilir, az arıza yapan ve daha esnek kumanda sistemleri yapılmaktadır.

PLC’NİN KULLANIM ALANLARI
PLC’ler otomotiv, kimya, imalat gibi endüstrinin her alanında kullanılmaktadırlar. PLC’ler saha dediğimiz çalışma alanındaki (Örneğin bir fabrika) değişiklikleri çeşitli sensör ve ölçme araçları ile algılar, hafızasına yüklenmiş program dahilinde gerekli işlemleri yaptıktan sonra çıkış elemanlarına komutlar göndererek gerekli işlemleri yapar.

PLC’NİN KLASİK KUMANDAYA GÖRE AVANTAJLARI

PLC’lerin klasik kumanda (Röleli sistemler) ile yapılan kumanda sistemlerine göre birçok avantajı vardır.

Bunlar;

* Klasik kumanda devrelerinde kullanılan, yardımcı röle ve kontakların yaptığı birçok işlemi PLC’ye yüklenen program ile yapıldığı için PLC’li sistemler daha çabuk tasarlanır.
* Birçok işlem PLC’nin programı tarafından yapıldığı için maliyet ciddi oranda azalır (Çok küçük otomasyon uygulamalarında klasik kumandalı sistem daha hesaplıdır).
* Kullanılan eleman sayısı azaldığı için PLC’li sistemler daha az yer kaplarlar.
* PLC’ ile yapılan sistemler klasik kumanda ile yapılanlara göre çok daha esnektir. PLC ile yapılan sistemlerde, sistemin çalışmasında yapılacak değişikliklerin birçoğu, sadece programdaki değişiklikler ile halledilebilir iken, aynı değişiklikleri klasik kumandalı bir sistemde onlarca hatta yüzlerce kablonun yerini değiştirerek yapılabilir.
* PLC’li sistemler klasik kumandalı sistemlerden daha basit yapılı olduğu için arıza yapma ihtimalleri daha azdır. Ortaya çıkan arızaları tespit etmesi daha basittir.
* Kötü çevre koşullarında, özellikle tozlu ortamlarda, röleli kumanda devrelerine göre daha güvenlidir.
* Bilgisayar veya diğer kontrol elemanları ile haberleşebiliyor ise bilgisayarlı otomasyon uygulamaları yapılabilir.

BÖLÜM 1 PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER PROGRAMLANABİLİR DENETLEYİCİ)

1.1 PLC’nin Tarihçesi

Endüstride otomasyon kavramı ortaya çıktıktan sonra, bu konuda oldukça hızlı gelişmeler olmuştur. Önce otomasyon için mekanik düzenler kurulmuş, daha sonra elektromekanik düzenler geliştirilmiştir. Elektromekanik düzenler önemli ölçüde, değişik türdeki röle elemanlarından oluşturulmaktaydı. Teknolojinin gelişmesiyle, tek tek elemanlar ile (entegre devre, transistör vb.) oluşturulan özel elektronik devreler, röle mantıklı devrelerin yerini aldı. Ancak çok kısa bir süre sonra, mikroişlemci elemanının piyasaya çıkması ve hızla gelişmesi nedeniyle, kullanım alanına göre özel olarak üretilmiş elektronik devreler, fazla gelişemeden ortadan kalkmıştır.
Mikroişlemcinin devreye girmesiyle “Programmable Logic Controller” olarak adlandırılan endüstriyel kontrol aygıtları üretilmeye başlanmıştır. Bunlar genel amaçlı aygıtlardır, yani alındıktan sonra yazılan bir program aracılığı ile ne tür bir kontrol yapacakları belirlenmiş olur.
PLC ilk çıktığı zaman, elektronik devrelerin henüz pabucunu dama atamamış olduğu, röle mantıklı kontrol devrelerinin yerini almak üzere tasarlanmıştı. Dolayısıyla donanım (hardware) açısından yer yer benzer özellikler taşımaktaydı. Burada değinmeye değecek en önemli ortak özellik, her iki türde de ancak sayısal (dijital, ON/OFF) karakterdeki bilgilerin sisteme girebilmesi ve sistemden alınan bilgilerin de yalnızca sayısal karakterde olmasıdır.
Teknolojinin hızla ilerlemesi ve endüstride bu yöndeki gereksinimlerin de hızla artması sonucunda, PLC zamanla tür değiştirmiş ve “Programmable Controller” olarak söylemek gerekirse, şu özellikler eklenmiştir; analog giriş/çıkış, bilgisayara bağlanabilme, seri haberleşme ağlarına bağlanabilme, birden fazla PLC’nin kendi aralarında haberleşebilmesi, akıllı gösterge (display) birimlerine bağlanabilme olanakları. Ayrıca bu aygıtlarda klasik counter (sayıcı) ve timer (zaman rölesi) aygıtlarına göre çok daha yetenekli ve hassas, çok sayıda timer ve counter elemanları ve röle mantıklı devrelerde kullanılması pratik olarak olanaksız olan, shift register elemanları bulunmaktadır.

1.2 Üretim Teknolojisi

PLC’lerin yapım teknolojisi konusunda kısa birkaç konuya değinmekte fayda vardır. Böylece ne gibi özellikleri bulunduğunu daha iyi anlayıp, karar aşamasında daha sağlıklı bir seçim yapılması kolaylaşacaktır.
Yukarıda kısaca anlatıldığı gibi, PLC’nin, daha önceki endüstriyel otomasyon için kullanılan tüm gereçlerden en önemli farkı, yalnızca bir özel amaç için değil, genel amaçlı bir aygıt olarak üretilmesidir. Bunun getirdiği en önemli üstünlük, bir seri üretim söz konusu olduğu için, aygıtın tasarlanması sırasında, çok daha titiz bir çalışma, uzun laboratuvar deneyleri yapılabilmesi, üretim zinciri içerisinde çok sıkı kontrollerden geçirilebilmesi ve üretim sonrasında da çok geniş kapsamlı ve uzun güvenilirlik testleri uygulanabilmesidir. Özellikle bu testler, aygıtın endüstri ortamında bozulmadan çalışması bakımından son derece önem taşımaktadır. Testler genelde yaklaşık 2 ay kadar sürmektedir. Bir tek üretim için bütün bunların yapılmasının ekonomik açıdan söz konusu olmadığı bellidir. Demek ki, özel tek bir amaç için üretilmiş bir otomasyon devresine göre, PLC binlerce kat daha güvenli bir aygıttır.
Bir seri üretim söz konusu olduğu ve bu nedenle maliyeti karşılayabileceği için, üretim ve kalite testi sırasında çok yüksek bir teknolojinin kullanılması da ekonomik olmaktadır. Bundan ötürü PLC’lerin yüksek teknoloji ürünleri olarak değerlendirilmesi gerekmektedir.
PLC bu özellikleri ile gerek sonradan ortaya çıkabilecek bazı değişikliklere uyum sağlayabilmesi, gerekse üretim sırasında bozulma olasılığının en az olması bakımından çok yararlı bir aygıttır.

1.3 Donanım Özellikleri

Bilindiği gibi röle mantıklı devreler, büyük oranda, değişik özellikleri olan rölelerin kullanılmasıyla oluşturulurlar. Rölelerden oluşan bu yapı, temelde aynı özellik gösteren iki bölüme ayrılabilir.
Yapının birinci bölümü, fiziksel ortamdan gelen ve aynı ortama giden elektriksel işaretlerin bağlanacağı devrelerden oluşmaktadır. Genellikle bu bölümde kullanılan röleler yüksek akım kapasiteli, güçlü röleler olmaktadır. Bu bölüme, röle mantıklı otomasyon aygıtının dış dünya ile bağlantı bölümü olarak bakabiliriz.
İkinci bölüm ise, girişe bağlı olan işaretler ile bu işaretlerden yararlanılarak çıkışta üretilecek olan kontrol işaretleri arasındaki mantıksal ilişkiyi kurmak için tasarlanan bölümdür. Bu bölüm, gerçekte elektriksel işaretler ile ilgisi olmayıp, salt mantıksal ilişki için oluşturulmuştur. Ancak röle ile yapılan mantık devrelerinin kaçınılmaz bir özelliği olarak, birinci ve ikinci bölüm arasında elektriksel bir bağ vardır. Bu olgu da, zaman zaman zorluklara yol açmakta, karmaşık devrelerin kullanılmasını gerektirmektedir.
PLC’nin donanım özelliklerine bakarken, röle mantıklı devreler için sözünü ettiğimiz iki temel bölümün, PLC’ler için de geçerli olduğunu görmekteyiz. Yani burada da fiziksel ortama (giriş/çıkış) bağlantıların yapıldığı bir bölüm ve giriş ile çıkışlar arasındaki mantık ilişkisini kuran bir bölüm vardır. Ancak yapılan ve karakterleri açısından birbirleri arasında bazı temel farklar vardır. Bu farkları incelerken, yapıyı üç bölüm olarak ele almakta yarar vardır. Bunun nedeni, daha önce sözünü ettiğimiz, dış dünya ile bağlantıyı sağlayan bölümün (giriş/çıkış), PLC’de birbirinden farklı özellikler göstermesidir. Dolayısıyla, giriş devreleri, çıkış devreleri ve giriş çıkış arasında ilişki sağlayan devreler, donanım açısından ayrı ayrı ele alınacaktır.

Röle mantıklı devreler ile PLC arasındaki en önemli fark, girişler ile çıkışlar arasındaki mantıksal ilişkiyi sağlayan bölümdedir. Daha önce belirtildiği gibi, röle mantıklı devrelerde tümüyle röleler ile gerçekleştirilen ve aralarında elektriksel bağlantı bulunan bu bölüm, PLC ‘de yazılım ile gerçekleştirilmektedir. Doğaldır ki, yazılım ile söz konusu ilişkinin sağlanabilmesi için, bu bölümün de elektronik bir devreden oluşması gerekmektedir. Ancak bu devrelerin, giriş ve çıkış devreleri ile elektriksel hiç bir bağı bulunmamaktadır, yani optik olarak birbirlerinden izole edilmişlerdir. Bu bölüm, mikroişlemci temelli bir devredir. Dolayısıyla, elektriksel işaretleri birer bilgi olarak alır, kullanıcının yaptığı program çerçevesinde bu bilgileri değerlendirir, üzerinde mantıksal ve matematiksel işlemler yaparak, hangi giriş durumlarında, hangi çıkışların, ne konumda olması gerektiğine karar verir ve bu bilgileri çıkış katına, elektriksel işarete dönüştürerek bildirir. Bundan ötürü programlama önem kazanmaktadır.

1.4 Sistem Yapısı

PLC’ ler endüstriyel otomasyon devrelerinde doğrudan kullanıma uygun özel giriş ve çıkış birimleri ile donatılmışlardır. Bu cihazlara, basınç, seviye, sıcaklık algılayıcıları ve buton gibi iki değerli lojik işaret taşıyan elemanlar, kontaktör selenoid gibi kumanda devrelerinin sürücü elemanları doğrudan bağlanabilir.

Bir PLC, aşağıdaki gibi temel kısımlardan oluşur.
• Bir mikrobilgisayar (mikroişlemci + bellek + giriş-çıkış arabirimi) veya mikrokontrolör,
• Giriş ve çıkış birimleri,
• Programlayıcı birimi,
• Besleme güç kaynağı
Ayrıca programı yedeklemek ve başka bir PLC’ye aktarmak için EEPROM modülü, giriş-çıkış sayısını arttırmak için genişleme birimi, enerji kesilmeleri durumunda PLC’yi besleyen yedek güç kaynağı ve seri haberleşme arabirimi gibi elemanlar da bulunur.
Mikrobilgisayar veya mikrokontrolör, PLC işletim sistemi altında kullanıcı programını yürüten, PLC’nin çalışmasını düzenleyen ve bu işlemleri yapmak için gerekli birimleri bulunan en önemli elemandır.
Bütün sayısal bilgisayarlar gibi PLC, bir mikroişlemci, bellek ve giriş-çıkış arabirimlerinden oluşur.
Mikroişlemci yerine mikrokontrolör veya mikrobilgisayar olarak adlandırılan elemanlar da kullanılır. Bu elemanların mikroişlemciden farkı, işlemci, bellek ve giriş-çıkış arabirimlerinin aynı yonga içinde bulunmasıdır.
Bellek olarak salt okunur bellek (ROM) ve rasgele erişimli bellek (RAM) kullanılır. İşletim sistemi ve PLC’ye ilişkin değiştirilmeyen veriler, salt okunur bellekte tutulur. Veriler, kullanıcı programı ve giriş-çıkış işaret durumları rastgele erişimli bellekte tutulur. Giriş-çıkış işaret durumlarının tutulduğu özel bellek alanı giriş-çıkış görüntü belleği olarak adlandırılır. Giriş-çıkış arabirimi, bir giriş-çıkış birimi üzerinden kumanda elemanlarına bağlanır.

PLC’nin üstünden ayarlanan çalışma noktaları;
STOP Modu: PLC’de program değişikliği yapabilir. Force fonksiyonlarını kullanabilir ve PLC’den giriş-çıkış ve dâhili olaylarla ilgili bilgi alınabilir.

TERM Modu: Term modunda bütün kontrol PLC’ e bağlı olan PC’nin (bilgisayar) elindedir. Bu modda iken, PLC’de program değişikliği yapabilir, force fonksiyonları ve PLC’ den giriş-çıkış ve dâhili olaylarla ilgili bilgi alınabilir. Bu arada PC kumandasıyla PLC’ yi STOP ve RUN modları arasında geçiş yapılabilir. Term pozisyonunda STOP ve RUN modunda yapılan her şey, istenilen moda geçilerek yapılabilir.

RUN Modu: Bu modda önceden yüklemiş olunan program çalışır ve bu sırada PLC’de program değişikliği yapılamaz. Force fonksiyonlarını kullanabilir ve PLC’ de giriş-çıkış ve dâhili olaylarla ilgili bilgi alınabilir.

1.4.1. Giriş Görüntü Belleği

Programın yürütülmesi sürecinde giriş birimindeki işaret durumlarının (var-yok) saklandığı özel bir bellek alanıdır. Her çevrimin başlangıcında giriş birimindeki değerler yeniden alınır ve bu değerler bir çevrim süresince değişmez.
1.4.2. Çıkış Görüntü Belleği

Kontrol programının yürütülmesi sürecinde hesaplanan değerlerin saklandığı özel bir bellek alanıdır. Kullanıcı programının yürütülmesi tamamlandığında çıkış birimine transfer edilir ve bir sonraki işleme kadar bu değerler tutulur.

1.4.3. Giriş Birimleri

Röle mantıklı devrelerde giriş ya da çıkış birimi adı altında bir elemana rastlamak söz konusu değildir. Bu tür devrelerde uygulamanın gerektirdiği bir röle grubu ile giriş ve çıkış yapılmaktadır. Ancak PLC aygıtlarında durum böyle değildir. Çok amaçlı bir aygıt söz konusudur ve genel olarak bu aygıtın modüler bir sistemi vardır. Bu yüzden değişik kullanım alanlarına ve gereksinimlerine karşılık vermek üzere, değişik giriş birimleri tasarlanmıştır. Söz konusu gereksinime göre belli birimlerden, belli sayılarda kullanılarak bir sistem oluşturulur. PLC’ler endüstriye yönelik olduğu ve bu alanda elektriksel işaretler bakımından belli standartlar bulunduğu için, genelde bütün PLC yapımcıları benzer birimler geliştirmişlerdir.
Giriş birimlerini temelde üç gruba ayırabiliriz. Yüksek gerilim (AC) giriş birimleri, alçak gerilim (DC) giriş birimleri ve analog giriş birimleri. Bu birimlerin her biri kendi aralarında alt gruplara ayrılmaktadır.
Yüksek gerilim giriş birimleri, dünyada kullanılan standart iki gerilim olan 110 V AC ve 220 V AC düzeyinde elektriksel bilgi işaretlerinin bağlanabildiği iki model olarak karşımıza çıkmaktadır. Genellikle PLC yapımcıları, kurulacak sistemlerde bu birimlerin, yani yüksek gerilimlerin kullanılmasına, can ve mal güvenliği açısından karşıdırlar ve müşterilerine önermezler. Bundan ötürü bu birimlere pratik uygulamalarda pek rastlanmaz. Ancak bazı endüstri uygulamalarında yüksek gerilim sinyalizasyonu zorunlu olabileceği için bu tür giriş birimleri üretilmektedir.
Alçak gerilim giriş birimleri kendi aralarında bir hayli çeşitlilik göstermektedirler. www.kavrammuhendislik.com.tr Çeşit sayısı yapımcı firmalara göre değişmektedir. Bu birimler DC gerilim bilgi işareti kabul etmektedirler.
Alçak gerilim giriş birimleri temelde source (kaynak) ve sink (akım çeker) tipi olarak ikiye ayrılırlar. Source tipi girişler, o girişe bağlanan bilgi kaynağı yönünde akım akıtırlar. Sink tipi girişler ise, o girişe bağlanan bilgi kaynağından akım çekerler. Bilgi kaynağı olarak adlandırdığımız ortam, röle kontağı ya da değişik türde sensörler olabilir. Girişlerde bu biçimde iki ayrı türe gidilmesinin nedeni, tarihsel açıdan çok daha önce oluşmuş olan sensörlerde benzer bir tür farkın olmasıdır. Dolayısıyla fiziksel ortamda kullanmak zorunda olduğumuz transistör çıkışlı bir sensörün PNP ya da NPN çıkışlı olmasına göre, PLC tarafındaki giriş biriminin uygun biçimde belirlenmesi gerekir. Eğer PNP çıkışlı bir sensör kullanılıyorsa PLC tarafındaki giriş biriminin sink tipinde, eğer NPN çıkışlı bir sensör kullanılıyorsa PLC tarafındaki giriş biriminin source tipinde olması gerekir.

Analog girişler genelde kendi aralarında ikiye ayrılır: Analog gerilim giriş birimleri ve analog akım giriş birimleri. Bu birimlere analog karakterli elektriksel sinyal uygulanabilir; ancak bu sinyalin endüstri için belirlenmiş standartlara uygun olması gerekir. Böyle bir sinyali elde etmek için, gerekiyorsa PLC’nin dışında, özel bir elektronik dönüştürücü devre kullanılmalıdır.
Analog gerilim giriş birimlerine 0 V DC ile 10 V DC arasında değişim gösteren gerilimler uygulanabilir. Bazı türler -10 V DC ile +10 V DC değişim gösteren girişleri de kabul etmektedirler.
Analog akım giriş birimlerine ise 4 mA ile 20 mA arasında değişim gösteren akımlar girilebilir.

PLC temel olarak sayısal karakterde bir aygıt olduğu için, analog sinyali doğrudan işleyemez. Bu sinyallerin sayısal bilgiye dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu bakımdan her analog giriş biriminin içinde bir ADC (Analog to Digital Converter- analog sayısal dönüştürücü) devresi vardır. Bilindiği üzere, bu devrelerin iki özelliğinden önemle söz edilir; dakikliği (kaç bit’lik çeviri yaptığı) ve hızı. Doğaldır ki hız ADC devresinin yapısal özelliklerine bağlı olduğu kadar bit sayısına da bağlıdır. Bu bilgiler çerçevesinde, analog giriş birimlerinin, bit sayısı ve bilgi işleme hızı açısından değişik durumlar gösteren türlerinin bulunduğunu söylenebilir. Genel olarak bit sayısının 8,10 ve 12 olarak kullanıldığı görülmektedir.

1.4.4 Çıkış Birimleri

Çıkış birimleri kendi aralarında temel olarak dört ayrı gruba ayrılırlar: Röleli çıkış birimleri, transistörlü çıkış birimleri, triyaklı çıkış birimleri ve analog çıkış birimleri.
Röleli çıkış birimleri kendi aralarında gruplara ayrılmazlar. Genellikle her yapımcı, kendine göre uygun karakteristikleri olan bir röle seçer ve röleli çıkış biriminde bu röleyi kullanır. Bu çıkışlar kullanılırken, çıkış rölesinin akım kapa sitesine dikkat edilmeli ve eğer gerekiyorsa PLC üzerindeki röleyi yardımcı röle olarak kullanmak üzere, dışarıya ikinci bir röle yerleştirilmelidir. Genellikle PLC yapımcıları, az yer tutması için akım gücü düşük röleler seçmektedirler. Röleli çıkış birimlerinin denetleyecekleri elemanlara bağlantılan, röle mantıklı devreler ile aynı özellikleri gösterir.

Triyaklı (SSR) çıkış birimleri de genelde tek tip olarak karşımıza çıkmaktadır. Her yapımcı belli özellikleri olan bir triyak seçip, çıkış birimlerinde bu triyağı kullanmıştır. Triyaklı çıkış birimleri, bilindiği gibi yüksek AC gerilimlerde (100 V AC, 220 V AC) kullanılabilmektedir. Röle çıkış birimlerine göre oldukça pahalı olmaları, kısıtlı kullanılmalarına neden olmaktadır. Genelde kullanılış nedeni, sürekli ve sık açıp kapama gerektiren çıkışlarda, röleli çıkış birimlerinin (ya da ek olarak kullanılacak öteki rölelerin) elektromekanik ömürleri üretimi aksatacak derecede kısa olduğundan, sürekli röle değiştirmekten kurtulmaktır. Bu, üretimin aksamaması için önemli olduğu kadar, kullanım giderleri için de uygun durumlar yaratmaktadır.

Transistörlü çıkış birimleri kendi aralarında, DC giriş birimlerinde olduğu gibi, iki temel gruba ayrılırlar: Source ve sink tipi çıkışlar. Söz konusu çıkışlarla, elektronik anahtarlama ile denetlenebilecek devrelerin denetimi planlandığı ve bu tür devreler akım yönü açısından iki seçenek sunduğundan (örneğin 7-segment display’ler ortak anodlu ya da ortak katodludurlar), PLC yapımcıları her iki türdeki devreyi de denetleyebilecek çıkış birimleri tasarlamışlardır.

Analog çıkış birimleri, analog giriş birimlerine benzer tipler biçiminde karşımıza çıkmaktadır. Analog giriş birimlerinde sözü edilen ADC devresi yerine, bu birimlerin içinde birer DAC (Digital to Analog Converter, sayısal analog dönüştürücü) devresi bulunmaktadır. ADC devreleri için söylenenler, DAC devreleri için de geçerlidir. Giriş birimlerinde olduğu gibi analog çıkış birimleri de, analog gerilim çıkış birimleri ve analog akım çıkış birimleri olmak üzere iki temel gruba ayrılırlar. Girişlerde söz konusu olan endüstri standartları, çıkış için de geçerli olduğundan, analog gerilim çıkış birimleri 0 ile 10 V DC arasında gerilim, analog akım çıkış birimleri ise 4 ile 20 mA arasında akım verirler. Sekil 1.13 analog gerilim çıkış birimi, Sekil 1.14 ise analog akım çıkış birimi için ilke bağlantı şemalarını vermektedir.

Analog Giriş / Çıkış birimlerini ilke bağlantıları açısından örnek olarak verdiğimiz birimler, içlerinde birer analog giriş ya da çıkış bulunduran birimlerdi. Ancak, öncelikle son zamanlarda, bu tür sistemlere analog bilgi girmek ve çıkışta da analog bilgi elde etmek gereksinimi arttığı için, içinde birden fazla analog giriş ya da çıkış bulunduran birimlerde tasarlanmaktadır. Çok girişli analog birimlerinin bir bölümünde, multiplexing yöntemi kullanılarak, sistemin giriş/çıkış kapasitesinin verimli kullanımı da sağlanmaktadır. Bu durum, ilke bağlantı şeması açısından bir değişiklik getirmemektedir.

1.4.5. Programlayıcı birimi

PLC’leri programlamak ve yazılan programın derlenip program belleğine yüklenmesi amacıyla kullanılır. Programlayıcı birimi mikroişlemci tabanlı bir özel el cihazı olabileceği gibi bir kişisel bilgisayar da olabilir. Bu birim, programın yazılması, PLC’ye aktarılması ve istenirse çalışma sırasında giriş/çıkış veya saklayıcı durumlarının gözlenmesi ya da bazı parametrelerin değiştirilmesi olanaklarını sağlar.
Günümüzde PLC’leri programlamak daha çok kişisel bilgisayarlar kullanılır. Herhangi bir kişisel bilgisayara yüklenen bir editör-derleyici programı yardımıyla PLC’ler daha kolay bir şekilde programlanabilir. Her PLC üreticisi firma, özellikle kumanda devreleri ile ilgili kişilerin kolayca kullanabilecekleri veya uyum sağlayabilecekleri editör-derleyici programları geliştirmişlerdir.

1.5 PLC Programlama

1.5.1 Bilgisayar Programıyla PLC Programlarının Farkı

Bilgisayar programları yaptıkları işleri, sırasıyla ve birbiri ardınca test edilen belli mantık işlemlerine göre yerine getirirler.

Fakat PLC’ler için durum biraz daha farklıdır. PLC programı devamlı bir çevrim halindedir. Bütün komutlar sırasıyla işletilir ve yine başa dönülür. PLC programını tamamı bilgisayar dillerinde döngü adı verilen kısımlar gibidir, PLC programı yüksek seviyeli programlama dillerinde While/Wend komutları arasında yazılmış program parçalarına benzer şekilde çalıştırılır. Fakat PLC programının işlem tarzı itibariyle, biraz farkı vardır, PLC’de program aynı ayda bir kaç olayı gerçekleştirir. Dolayısıyla birbirinden bağımsız olayların ve dolayısıyla komutların aynı anda işletilmesi, yani bir olay bitmeden diğerine başlanılması gerekir. Bu iş için en ideal işleyiş tarzı, bir döngü içine bütün komutları yazmak ve döngüyü de bütün olayların en iyi şekilde kontrolü için döngüyü mümkün olan en yüksek hızda çalıştırmaktır.
PLC’lerde, bilgisayarlarda olduğu gibi bir işlemi bitirip sonra başka bir işleme geçmek mantıklı değildir. Mesela bir motora kapıyı kapaması için çıkışlardan gerilim verilir. Bu işi bir bilgisayar programı yazarak yapılıyorsa, kapanma komutu verilir ve kapı kapanana kadar dolayısıyla işlem bitene kadar program alt satıra geçmez, yani bu sırada başka hiç bir işlemi de yapamazsınız. PLC programlarında ise işlemin tamamlanması önemli değildir, program baştan sona saniyede, binlerce kez işletilir. Programda komutlar, yapılması gerekiyorsa, yani önlerindeki mantıksal işlemin sonucu izin veriyorsa işletilir. Böylelikle aynı anda birbirinden bağımsız olarak hem A kapısı açılıyor hem de B vanası kapatılıyor ve bu sırada yazıcıya bilgi yollanıyor olabilir.

1.5.2 Programlama Açısından PLC’nin Bilgisayara Göre Avantajları

Bir makinanın, bir fabrikanın ya da herhangi bir prosesin gerçekleşmesi sırasında aynı anda bir çok olay meydana gelir ve bunların bir sıra dahilinde olması gerekmez. Dolayısıyla normal bilgisayar programlarıyla bu gibi bir prosesi kontrol edemezsiniz. Fakat bir PLC için aynı anda gerçekleşen birçok olayı kumanda etmek hiç sorun değildir.
Bu arada sırf kumanda işlemlerine yönelik birçok komutu da fazladan ihtiva etmesi sebebiyle, PLC ile bu tip programları yazmak ve çalıştırmak kolaydır.
CPU’yu programlamak için Ladder (merdiven diyagramı) ve STL (program listesi) gibi çeşitli diller kullanılabilir. Ladder diyagramı adı verilen gösterimde kontaklar ve çıkışlar, aşağıdaki gibi gösterilir.

1.5.3 Programlama Yöntemleri

PLC`ler için geliştirilmiş olan programlama dilleri, kontaktörlü ve röleli kumanda devrelerinin tasarımı ile ilgilenen kişilerin kolayca anlayıp uygulayabileceği biçimdedir. Genel olarak üç türlü programlama yönteminden söz edilebilir. Bunlar:
-Deyim listesi ile Programlama (statement list, instruction list)
-Merdiven diyagramı programlama(Ladder programming)
-Diğer programlama yöntemleri (Grafcet, lojik kapı sembolleri, kontrol akım veya sembolik dil ile programlama).
Bu programlama yöntemlerinden deyim listesi ve merdiven diyagramı ile programlama, genellikle el programlayıcılarında kullanılır. Kişisel bilgisayarlarda her üç yöntemi de kullanmak mümkündür.
Programlama teknikleri yazılış biçimine göre de iki gruba ayrılabilir. Bunlar:
Adım-adım ardışık programlama veya doğrusal programlama (lineer programlama)
Yapısal programlama
Aşağıda adım-adım ve yapısal programlamaya ilişkin örnekler verilmiştir.
Adım-adım Programlama: Adım-adım programlamada, bütün deyimler ard arda) yazılır ve yazılış sırasına göre yürütülür. Bir çevrim boyunca bütün deyimler işleme girer. Bu programlama tekniğinde bütün deyimler ana programda bulunur. Kesme hizmet alt programları ana programın sonuna eklenir.

Yapısal Programlama: Yapısal programlamada, programlar bloklar halinde oluşturulur ve bir organizasyon bloğu yazılarak bir çevrimde hangi blokların yürütüleceği belirlenir. Yapısal programlamada bir çevrim süresince program belleğindeki programın bütün deyimlerinin işlenmesi zorunluluğu yoktur. Organizasyon bloğundaki programa göre bazı bloklar işleme girmeyebilir. İşleme girmeyen bloklara ilişkin sonuçların son değerleri bellekte tutulur. Kesme hizmet programları için özel program blokları tanımlanmıştır.

Bu programda OB1 organizasyon bloğu PB1, PB2,PB3 program blokları ve FB1, FB2 fonksiyon blokları vardır. Organizasyon bloğuna OB1`e yazılan JU (koşulsuz atlama) ve JC (koşullu atlama) komutların blokları işleme girme sırasını belirler. Şekilden görüldüğü üzere, herhangi bir bloktan başka bir bloğa da atlama yapılabilir. Bu programlama yönteminde, kesme isteği geldiğinde tanımlanmış özel bloklar işleme girer.

1.5.4 Programlama Komutları

Herhangi bir kontaklı kumanda devresi bir lojik fonksiyon ile ifade edilebilir. Bir lojik fonksiyonunun PLC’de gerçekleşmesi için gerekli temel komutlar üç grupta toplanabilir. Bunlar:

LOAD (YÜKLE),
LOAD NOT (TÜMLEYENİNİ YÜKLE) gibi lojik işleme başlama komutları,
AND (VE),
OR (VEYA),
NOT (DEĞİL),
AND NOT (TÜMLEYENİNE VE),
OR NOT (TÜMLEYENİNE VEYA) gibi temel lojik işlem komutları,
AND BLOCK (BLOĞA VE),
OR BLOCK (BLOĞA VEYA) gibi işlem sonu komutları,
OUT (ÇIKIŞ) gibi çıkışa atama komutlarıdır.

Bunlara ek olarak ZAMANLAYICI (TIMER), SAYICI (COUNTER) ve program denetimini sağlayan denetim komutları vardır. Bütün PLC’lerde temel lojik işlemlerini gerçekleyen komutlar aynı işlevi sağlar ve benzer biçimde programlanır. Zamanlayıcı, sayıcı ve denetim komutlarının çalışmaları ve programlanmasında bazı farklar olabilir. Daha sonra bu komutlara ilişkin örnekler yapılırken farklar ayrıntılı olarak ortaya konulacaktır. Birçok PLC’de yukarıda sözü geçen komutlardan çok daha fazla komut bulunmasına karşın, bu bölümde geleneksel kumanda devrelerinin PLC’lerde tasarımı için gerekli olan komutlar incelenecektir. PLC’lere ilişkin temel komutların yürütülme biçimleri farklıdır.
Aşağıda bu komutların yürütülmesi durumunda gerçekleşen işlemler açıklanmıştır. Birçok PLC için geçerli olan bu işlemler açıklanırken lojik işlemlerin yığın belleği kullanılarak yapıldığı varsayılacaktır. PLC’lerde hangi yapı kullanılırsa kullanılsın bu varsayım sonucu değiştirmez. Yığının 1. seviyesi (Yığının tepesi) akümülatör işlevi gördüğünden (işlemler ve sonuçlar burada saklandığından) bu seviye akümülatör (ACC) olarak adlandırılacaktır. www.kavrammuhendislik.com.tr

Lojik işlem başlatma komutları (LOAD, LOAD NOT)

Bu komutlar yürütüldüğünde, işlenen veri ACC’ ye veya ACC işlevi gören bir yığına yüklenir, ACC’deki önceki değer yığının bir alt seviyesine itilir. Aşağıda 4 seviyeli bir yığın yapısı için komut yürütülmeden ve yürütüldükten sonraki yığın içerikleri görülmektedir.
LOAD X1 Komutunun yürütülmesinden sonra, yığın içeriğinin önceki ve sonraki biçimi aşağıdaki tabloda görülmektedir.

Önceki Sonraki
D0 X1
D1 D0
D2 D1
D3 D2

LOAD NOT X1 komutunun yürütülmesi durumunda ise X1 değerinin tümleyeni alınır ve aynı şekilde yığına atılır.
Normalde açık kontağa karşı düşen A (VE) veya 0 (VEYA), normalde kapalı kontağa karşı düşen AN (Tümleyenine VE) veya ON (Tümleyenine VEYA) gibi komutlar ile programa başlanır.

Temel lojik işlem komutları (AND, OR, ANDNOT, ORNOT)
Bu komutlar kullanıldığında komutun belirlediği lojik işlem işlenen veri ile ACC’deki (yığın tepesindeki) değere uygulanır, sonuç ACC’ye (yığın tepesine) saklanır. Yığının diğer seviyelerindeki veriler aynı kalır. Örneğin,
AND X1 komutu yürütüldüğünde, yığın içeriklerinin önce ve sonra aldığı değerler aşağıdaki gibi olacaktır. Bu tabloda “ * ” işareti lojik VE işlemini göstermektedir.

Önceki Sonraki
D0 X1*D0
D1 D1
D2 D2
D3 D3

OR X1 Komutu yürütüldüğünde,

Önceki Sonraki
D0 X1+D0
D1 D1
D2 D2
D3 D3

AND NOT X1 Komutu yürütüldüğünde, X1’in tümleyeni ve ACC’deki değere VE lojik işlemi uygulanır, sonuç ACC’de saklanır.

Önceki Sonraki
D0 D0*X1’
D1 D1
D2 D2
D3 D3

OR NOT X1 komutu yürütüldüğünde X1’in tümleyeni ve ACC’deki değere VEYA lojik işlemi uygulanır, sonuç ACC’de saklanır. Tablodaki “ ’ ” işareti lojik tümleyeni göstermektedir.

Önceki Sonraki
D0 D0+X1’
D1 D1
D2 D2
D3 D3

İşlem sonu komutları (AND BLOCK, OR BLOCK)
Bu komutlar yürütüldüğünde ACC’deki değer (yığının 1. Seviyesindeki değer) ile yığının 2. Seviyesindeki değere lojik işlem uygulanır. Sonuç ACC’ye yazılır.

AND BLOCK komutu yürütüldüğünde ACC ve yığındaki değere VE lojik işlemi uygulanır, sonuç ACC’ye yazılır. Yığındaki diğer veriler bir seviye yukarı kaydırılır.

Önceki Sonraki
D0 D0*D1
D1 D2
D2 D3
D3 –

OR BLOCK komutunun yürütülmesi durumunda ise ACC`deki değer
D0+D1
olur.

Çıkışta atama komutları :

Çıkışa atama komutları yürütüldüğünde, ACC’deki değer çıkışa herhangi bir saklayıcıya veya görüntü belleğine yazılır, yığın seviyelerindeki veriler aynı kalır. Örneğin,
OUT Y1

komutu yürütüldüğünde, yığının önceki ve sonraki durumu aşağıdaki gibi olur ve Y1’e D0 değeri atılır.

Önceki Sonraki
D0 D0
D1 D1
D2 D2
D3 D3

1.5.5 Merdiven Diyagramı ile Programlama Tekniği

Merdiven diyagramı ile programlama tekniği, kontaklı kumanda devrelerinin ANSI (American National Standards Institute) standartları devre simgeleri ile gösterilişine benzeyen bir programlama biçimidir. Bilindiği gibi, kontaklı kumanda devreleri, normalde açık (NA), normalde kapalı (NK) kontaklar, kontaktör ve/veya yardımcı röle bobinlerinden oluşan devrelerdir. Merdiven diyagramı ile programlama tekniğine geçmeden önce bu tür bir devre verilerek çalışması açıklanacaktır

Bu devrede kullanılan elemanlar şu işlevleri yerine getirirler:
Daire içinde Ml ve M2 simgeleri ile gösterilen elemanlar bir kontaktör bobinini gösterir. Bu elemanların uyarılması durumunda aynı simge ile gösterilen kontaklar konum değiştirir. Bu elemanlara ilişkin normalde açık (NA) kontaklar yatay iki paralel çizgi ilegösterilir ve normalde kapalı (NK) kontaklar iki paralel çizgiyi kesen eğik bir çizgi ile gösterilir.
S0, normalde kapalı (NK) bir kontağı olan ve uyarıldığı (basıldığı) zaman kontağı açılan bir buton; S1 ve S2 normalde açık kontağı (NA) olan ve basıldığı zaman kontağı kapanan butonlardır.
Kontaklı kumanda devreleri, elemanların uyarılmamış durumları için çizilir. Bu devreler, kontak konumlarının açık ya da kapalı olması durumlarına göre, akım yolu izlenerek incelenir (akım mantığı).
SI normalde açık (NA) butonuna basıldığında, devredeki diğer elemanların kontakları kapalı olduğundan (S0(NK) ve M2(NK)) Ml bobini uyarılır ve bu bobine ait kontaklar konum değiştirir. Birinci basamaktaki Sl butonuna paralel bağlı Ml(NA) kontağının kapanması ile, S 1 butonu serbest bırakıldığında da M 1 bobini akım yolu kapalı tutulur. Böylece, kontaktör bobinini kendi kontağı üzerinden sağlanır. Bu şekilde yapılan kontaklı geri besleme bağlantısı tutma, kilitleme ya da mühürleme olarak adlandırılır. www.kavrammuhendislik.com.tr
M1 kontaktörünün ikinci basamakta bulunan normalde kapalı kontağı, Ml kontaktörü devrede olduğu sürece açık olacağından, M2 kontaktörünün devreye girmesini önler.
S2 butonuna basıldığında, M2 kontaktörünün devreye girmesi için M 1 kontaktörünün devreden çıkartılması gerekir. Bunun için, S0 butonuna basılır ve Ml kontaktör bobini akım yolu açılarak Ml devreden çıkarılır. M1 devreden çıkartıldıktan sonra, S2 butonuna basıldığında M2 kontaktörü devreye girer.
Kontaklı kumanda devrelerinin incelenmesi, daha sistematik olarak yapılabilir. Bunun için. kontaklı kumanda devrelerine ilişkin lojik fonksiyonlardan yararlanılır. Bu amaçla girişler ve kontaktör kontakları tablonun soluna, çıkışlar (kontaktör bobini, yardımcı röle bobini) ise tablonun sağına yazılır ve her çıkışa ilişkin lojik fonksiyonların aldığı değerler bu tabloda değerlendirilir. Bu tabloda, M1 ve M2 kontakları, M1+ ve M2+ kontaktör bobinlerini simgelenmektedir. Her çıkış elemanına ilişkin lojik fonksiyonlar yazılarak, olası giriş kombinasyonların da, çıkışların aldığı değerler tabloda belirtilir.

M1+ ve M2+ çıkışlarına ilişkin lojik fonksiyonlar

Ml+=SO’ (S1 +Ml) M2′

M2+=SO’ (S2+M2) M1′

biçiminde yazılır.

PLC’ler için geliştirilen merdiven diyagramı programı, kumanda devresine benzeyen bir programlama biçimidir. Bu programlama tekniğinde de, normalde kapalı (NK) kontak, normalde açık(NA) kontak gibi aynı işleve sahip elemanlar bulunur. Kontaktör veya röle bobinleri, PLC çıkış adresleri veya saklayıcılarına karşı düşer.
Merdiven diyagramı programı, bir kontaklı kumanda devresi gibi akım yolu izlenerek incelenebilir. Örneğin, birinci basamaktaki Y1 çıkışının uyarılması (etkin olması), için X1 kontağının kapalı, X2 veya Y1 kontağının kapalı ve Y2 kontağının kapalı olması gerekir. Merdiven diyagramı programı, PLC giriş ve çıkış bağlantıları ile birlikte göz önüne alınarak incelenir. Örneğin, S0 durdurma butonu, normalde kapalı kontağı üzerinden X1 girişine bağlandığından, bu butona basılmadığı sürece X1 girişi etkindir ve merdiven diyagramında X1 değişkenini simgeleyen normalde açık kontak, kapalı olarak değerlendirilir. X2 ve X3 kontakları ise S1 ve S2 butonlarına basıldığında etkin olur ve bu butonlara basılmadığı sürece açık kontak olarak değerlendirilir. Aynı şekilde, birinci basamaktaki Y2(NK) kontağı Y2 çıkışı etkin olmadığı sürece kapalı kontak olarak düşünülür.
Bir merdiven diyagramı programı, kontaklı kumanda devrelerinde olduğu gibi, lojik fonksiyonlardan yararlanarak da incelenebilir.

BÖLÜM 2 ORANTI ARTI INTEGRAL ARTI TÜREV ETKİ ve
DENETİM ORGANI (PID Denetim)

2.1 PID-Denetim Organı

Tek çevrimli (single loop) kontrol organları endüstride uzun zamandan beri kullanılmaktadır. Örneğin, yaklaşık elli yıl kadar önce türevsel etki pnömatik kontrol alanına Taylor Instruments tarafından yerleştirildi. Endüstriyel tek çevrimli kontrol organları pnömatikten analog elektroniğe ve son olarak da mikroişlemci teknolojisine kadar süregelen ilginç bir değişim süreci içerisindedirler. Teknolojideki bu değişimler bir yana bırakıldığında temelde bütün bu kontrol organlarının aynı standart PID yapısını koruduğunu görülür. Şu andaki eğilim, mevcut yapıya otomatik ayar (auto-tunning) programlanabilir kazanç (gain scheduling) ve adaptasyon (uyarlama) gibi özellikleri eklemektir.

PID denetiminin kullanıldığı yerler:

Bir kontrol sisteminden beklenenler, kumandaya hızlı cevap, ölçme gürültüsünden ve proses parametrelerindeki değişimlerden etkilenmeme, yük değişimlerinin bertaraf edilmesi olarak sayılabilir. Kontrol sisteminin dizaynı bunların yanı sıra proses dinamiği, tahrik elemanının statüre (doyum) olması ve bozucular (disturbance)’ın da göz önüne alınmasına dayanır. Göz önüne alınması gerekli tüm bu etkenlere rağmen, basit bit PID kontrol organı oldukça iyi çalışabilir. Bir genel gözlem olarak, birçok endüstriyel prosesin PID kontrol organı ile yeterli performansta kontrol edebildiği söylenebilir.

Denetim organları donanımı ise kendi içinde, karşılaştırıcı veya hata seçici, denetim organı, motor eleman (hareket Ettirici) ve ölçme elemanı birimlerinden meydana gelmiştir. Karşılaştırıcı, arzu edilen giriş çıkış büyüklüğünün ölçülen gerçek değerini karşılaştırır ve aradaki farkı bir hata sinyali olarak verir. Denetim organı, bu hatayı giriş olarak alır ve hatanın şekline kendi denetim etkisine bağlı olarak bir karar hazırlar. Hazırlanan bu karar bir kumanda sinyali şeklinde son denetim organı birimine gönderilir.

Son denetim organı sistemde bir kumanda sinyali ile hareket eden bir motor eleman olup bir valfin veya şalterin açılması veya kapanması yönünde bir hareket meydana getirir. Bu hareket sonucu ise kapalı-döngü denetim sisteminde hatayı küçültecek bir değişme meydana gelmiş olur. Karşılaştırıcıda giriş büyüklüğü ile sistemin denetlenen çıkış büyüklüğünün aynı birim cinsinden olması gerekir. Geri besleme yolu üzerinde yer alan ölçme elemanı çıkış büyüklüğünü giriş büyüklüğü ile karşılaştırılabilecek uygun bir elektriksel yer değiştirme, basınç v.b. sinyale dönüştürür. Bu şekli ile ölçme elemanı çıkış büyüklüğünü hem ölçen ve hem de uygun bir sinyale dönüştüren elemandır. Ölçme elemanı ise kendi içinde duyarga, kuvvetlendirme, sinyal şartlandırma ve gösterge gibi işlevsel kısımlardan ibarettir. Duyarga kısmı ölçülen fiziksel büyüklüğü algılayan ve buna uygun bir sinyale dönüştüren elemandır. Genellikle düşük güçlü olan bu sinyal kuvvetlendirilip uygun şekle sokulduktan sonra karşılaştırıcıya ulaştırılır. Ayrıca gerekli görüldüğünde ölçülen sinyal bir gösterge üzerinde değerlendirilir.
Pratikte denetim organları donanımı içinde yer alan elemanların her biri fiziksel olarak birbirinden ayrılmış birimler şeklinde olmayabilir. Örneğin karşılaştırıcı, denetim organı bir bütün içinde yer alabilir. Bu birim içinde genellikle zayıf güçlü hata sinyalini kuvvetlendirmek için gerekli elemanlar da bulunur. Denetim organları donanımının esas kısmını teşkil eden bu birimde sistem için arzu edilen giriş değerinin ayarlandığı bir ayar noktası da yer alır. Ayar değeri, bu birim içinde geri besleme üzerinden gelen ölçülen çıkış büyüklüğü birimi cinsine dönüştürülür. Motor eleman genellikle sistemin enerji giriş ağzında ve ölçme elemanın duyarga kısmı ise sistemin enerji çıkış ağzında yer alabilir.
PID denetim, üç temel denetim etkisinin (P,I,D) birleşiminden meydana gelmiştir.

PID denetim; üç temel denetim etkisinin üstünlüklerini tek bir birim içinde birleştiren bir denetim etkisidir. İntegral etki sistemde ortaya çıkabilecek kalıcı durum hatasını sıfırlarken türev etkide, yalnızca PI denetim etkisi kullanılması haline göre sistemin aynı bağıl kararlılığı için cevap hızını arttırır. Buna göre PID denetim organı sistemde sıfır kalıcı durum hatası olan hızlı bir cevap sağlar.
PID denetim organ diğerlerine göre daha karmaşık yapıda olup o oranda pahalıdır. Burada Kp, Ti,ve Td parametrelerinin uygun bir ayarı ile uygun bir denetim sağlanabilir. Eğer bu katsayılar uygun bir şekilde ayarlanmayacak olursa, PID denetimin sağlayacağı üstün özelliklerden yararlanılamaz.

2.2 PID Denetimin Temel Özellikleri

Denetlenecek sistemin dinamik yapısına bağlı olarak üç temel denetim etkisinin mümkün olan en basit bileşimleri kullanılır. Burada genelleştirilmiş bir PID tipi denetim organı içinde orantı etki ve buna integral ve türev etki ilavesinin sağlayacağı özellikler ve bunlara bağlı temel parametre özellikleri elle alınacaktır.
PID tipi denetim organının genel transfer fonksiyonunu tekrar ele alacak olursak,

a) Orantı etki, (P-Denetim): Ti   ve Td  0 halinde denetim organı yalnızca orantı etki ile çalışır. Bunu da orantı kazancı Kp nin ayarı ile denetim organın denetim duyarlılığı artırılabilir. Pratikte genellikle orantı etki orantı bandı (PB) cinsinden ayarlanır.

b) PI tipi denetim: Orantı etkiye integral etki ilavesi ile elde edilen PI tipi denetim organı yapısı nispeten basit olup özellikle süreç denetim sistemlerinin %75-% 90 arasında kullanılır. En yaygın kullanım alanları; basınç, seviye ve akış denetim sistemleridir.
lntegral etki denetlenen çıkış büyüklüğünde meydana gelebilecek kalıcı durum hatalarını ortadan kaldırır. İntegral etkinin kullanım amacı sistemin değişen talepleri üzerinde yeterli bir denetim etkisi sağlamaktır. Eğer sistemden gelen bir talep yalnız başına P etkisi ile karşılanabiliyorsa I etkinin kullanılması gereksizdir. Örneğin bir sıcak su elde etme sisteminde, belli aralıklarla çekilen sıcak suya karşılık kazana dolan soğuk suyun ısı enerjisi talebi çok fazla değilse ve bu talep çok sık aralıklarla ortaya çıkmıyorsa orantı etki tek başına yeterli olabilecektir. Buna karşılık sistemden oldukça sık aralıklarda yüksek miktarda talepler ortaya çıkıyorsa yalnızca P etkisine sahip bir denetim organı bu talepleri karşılayamaz. Böyle bir denetim organın karakteristiklerine ve talebin (bozucu giriş) büyüklüğüne bağlı olarak sistemde kalıcı durum hatası ortaya çıkacaktır. Eğer P-etkisine I-etkisi ilâve edilecek olursa denetim organı çıkışından sürekli artan (integre olan) denetim etkisi elde edileceğinden motor elemanının, hatanın ortadan kalmasını sağlayacak kadar hareket etmesi temin edilmiş olur. Bu işlem sonucu denetlenen çıkış büyüklüğünde ortaya çıkan sapma sıfırlanmış olur.

c) PD denetim: Orantı etkiye türev etki ilavesi ile elde edilen PD denetim; kalıcı durum hatasını sıfırlayamamakla beraber, bozucu girişten doğan kalıcı durum hatasının fazla önemsenmediği, fakat buna karşılık orantı etkiye göre geçici durum davranışının iyileştirilmesi istenen konum servo mekanizmalarında tercih edilir. Türev etki ilavesi kararsız veya kararsızlığa yatkın bir sisteme sönüm ilave ederek sistemi daha kararlı hale getirebilir. Türev etki ilavesinin en önemli sakıncası denetim sinyalleri yanında sistemde ortaya çıkan gürültü (parazit) sinyallerini de kuvvetlendirmesidir. Bunun sonucu olarak son denetim organı (düzeltme elemanı) çıkışında salınımlı bir hareket meydana gelebilir. www.kavrammuhendislik.com.tr

c) PID denetim: Uzun ölü zaman gecikmelerinin ortaya çıktığı süreç denetim sistemlerinde, PI denetimde integral etkinin tamamlayıcısı olarak türev etki kullanılır. Sıcaklık, pH, yoğunluk, karışım v.b. ölçümlerinde ortaya çıkan ölü zaman gecikmeleri PID tipi denetim organı kullanılarak telafi edilebilir. Bu denetim organı aynı zamanda üç ifadeli denetim organı adını da alır.
Düşük şiddetli bozucu girişlere maruz bir sistemin PI etki ile denetlenmesi halinde PB orantı bandı ayarının geniş ve türev etki kazancı (Ki=1/Ti) ayarının düşük tutulması tercih edilir. Bu ayarlar altında, sisteme geniş zaman aralıkları içerisinde büyük şiddetli bozucu girişler etki edecek olursa, PI etki tek başına hatada meydana gelen değişimleri izlemeye ve düzeltmeye yeterli olamaz. Bu durumda bir türev etki ilavesi orantı kazancı ayarının daha yüksek tutulmasına (orantı bandının daralması) olanak tanıyarak denetim organı tepki süresini hızlandıracaktır. Çok küçük sönüm katsayısına sahip servo mekanizmalarda PI denetim yeterli olmamaktadır. Bu durumda da türev etki ilavesi, sistemde fazla bir kararsızlık problemi yaratmadan KP orantı kazancının yüksek tutulmasını sağlayarak sistemin kararsızlığa yatkınlığı önlemiş olur. Böylece PID denetim etkisi ile bir taraftan kalıcı durum hatası sıfırlanırken diğer taraftan da sistemin geçici durum davranışı iyileştirilmiş olur.
PID eğrilerinin birbirleri ile karşılaştırılmasından;
i) Yalnızca P denetim halinde, cevap eğrisi bir kaç salınım yaptıktan sonra kalıcı durum halinde olması gerektiği noktadan belli bir sapma gösterir.

ii) PI denetim halinde, benzer biçimde bir cevap eğrisi elde edilmekle beraber kalıcı durum halinde bir sapma meydana gelmez. Bununla beraber orantı etkiye türev etki ilavesi sistemin kararsızlığa yatkınlığını artırır. Bu durumu denkleştirmek için orantı kazancı, yalnızca orantı etki uygulamasına göre azaltılmalıdır. Bu durumda da hatadaki düzeltme işlemi, yalnız orantı etkide olduğu kadar hızlı olmaz ve başlangıç hatası da daha yüksek olarak ortaya çıkar.

iii) PD denetimde; hata ortaya çıkar çıkmaz hem orantı etki ve hem de türev etki hatayı azaltır ve dolayısıyla hatanın ilk en yüksek değeri (peak) daha küçük olur. Bu en yüksek değerden sonra orantı etki halen hatayı düşürmeye çalışır. Fakat buna karşılık hatanın değişim oranı ters yönde etki ederek değişimi önlemeye çalışır. Bu nedenle türev denetim sistem üzerinde kararlılık kazandırıcı bir etki yaratarak daha kuvvetli bir orantı etki kazancı kullanma olanağı sağlar. Eğriden de görüldüğü gibi PD denetim ile, P denetime göre, daha az başlangıç sapması ve daha az kalıcı durum hatası ortaya çıkar.

iv) PID denetimde daha büyük bir başlangıç (peak) hatası ortaya çıkmasına rağmen kalıcı durum hatası tamamen sıfır olur.

2.3 Denetim Organı Seçimine Etki Eden Parametreler

Bir sistemde kullanılacak denetim organı ve denetim ayarlarının seçimine etki eden iki önemli parametre vardır. Bunlar sistemin bir basamak giriş karşısında gösterdiği cevap eğrisinden ortaya çıkan zaman gecikmesi veya tüm sistemin zaman sabiti Ts, ve ölü zaman gecikmesi Tö dür. Eğer ölü zaman gecikmesi Tö, sistemin zaman sabiti Ts den çok küçük kalıyorsa böyle bir sistem, P, PI veya PID tipi denetim organlarından birisi ile kolaylıkla denetlenebilir. Eğer, buna karşılık ölü zaman gecikmesi, Tö sistemin zaman sabiti yanında önemsenmeyecek kadar küçük değilse böyle bir sistem tek bir denetim organı ile kolaylıkla denetlenemez. Bu konuda ileri sürülebilecek genel kurallar aşağıdaki şekilde ifade edilebilir.

Ts /Tö  10 ise Sistem tek döngülü bir denetim organı ile denetlenebilir.

Ts /Tö  6 ise: Tek bir denetim döngüsü (organı) ile denetlenmesi güçtür.

Ts /Tö 3 ise: Sistem yalnızca karmaşık denetim döngüleri ile denetlenebilir.

Son durumda kademeli denetim, ileri besleme yolu denetimi gibi denetim yöntemleri kullanılabilir.

2.4 Endüstriyel PID Denetim Organı Ayar Değerleri

Orantı etki denetim, genellikle orantı bandı cinsinden ayarlanır ve orantı bandı çoğu denetim organında 0 dan % 600 kadar değişir. Sıfır orantı bandı aç-kapa tipi denetim organına karşılık gelir. % 600 lık bir orantı bandı ise yalnızca özel koşullarda kullanılan çok yavaş ve hantaldır. Genellikle, çoğu denetim sistemlerinde orantı bandı %10 ile % 100 arasına ayarlanır.
İntegral etki zamanı, Ti=KP/Ki hata girişinde meydana gelen bir basamak değişimine karşılık en az orantı ifadesi kadar düzeltici etki sağlayan integral ifadesi için geçen zamandır.
İntegral etki zamanı yaklaşık olarak denetlenen sistemin zaman sabiti mertebelerinde seçilir. Süreç denetim sistemlerinde değeri 0,5 saniye ile 50 dakika arasında değişir. Eğer integral etki zamanı olması gerektiğinden daha kısa tutulacak olursa denetim organı yaklaşık olarak aç-kapa etkisi ile çalışır ve buna karşılık çok uzun tutulacak olursa integral etki hatayı düzeltecek zaman bulamaz ve denetim organı sadece orantı etki gibi çalışacağından kalıcı durum hataları ortaya çıkar. www.kavrammuhendislik.com.tr
Örneğin, PI denetimle çalışan bir sistemde integral etki zamanı 1 saniye olarak ayarlanmış olsun. Bu durumda bir hata ortaya çıkar çıkmaz orantı etki bir düzeltme işlemi uygular ve integral etki hatayı entegre etmeye (toplama) başlar. Diğer bir deyişle, integral etki, hata sıfır olana kadar her bir 1 saniyeden sonra orantı etki düzeltmesi büyüklükte bir düzeltme uygular. Bunun istenen ayar olup olmadığı denetlenen sistemin cevap hızına bağlıdır. Örneğin buhar enerjisi ile ısıtılan ve zaman sabiti takriben 2-3 dakika olan bir ısıtma sistemini ele alalım. Eğer integral etki zamanı 1 saniyeye ayarlanmış ise, her 1 saniye sonunda, integral etki her biri başlangıçta orantı etkinin sağladığı denetime eşit bir denetim sağlayacaktır. Aşikar alarak; su sıcaklığı yükselmeye başlamadan çok daha önceden, denetim organı çıkışı en yüksek değere erişerek buhar valfini maksimum açıklığına getirecektir. Bu da sistemin aç-kapa etki ile çalışmasına karşılık gelecektir.
Buna karşılık integral etki zamanı olması gerektiğinde çok daha büyük değere, örneğin 50 dakikaya ayarlanmış olsun. Bu durumda orantı etki hatayı düzeltmek için harekete geçecek fakat sonuçta kalıcı¬ durum hatası oluşacak integral etki ise hatayı yavaş yavaş entegre ederek düzeltmeye çalışacak ve yaklaşık olarak 50 dakikalık bir süre geçene kadar orantı etkinin sağladığı düzeltmeye denk bir düzeltme sağlayamayacaktır. Sistemin zaman sabiti bu değerden çok küçük olduğundan bu süre içinde sistemde meydana gelen ikinci bir değişim düzeltilmeden kalmış olur. Pratik olarak bu koşullar altında bu denetim organı orantı etki ile çalışmış olur. Buna göre, böyle bir sistemde integral etki zamanı kabaca denetlenen sistemin cevap zamanı olan 2-3 dakika civarında, örneğin 1 veya 2 dakika gibi bir değere ayarlanmalıdır.
Türev etki zamanı (Td = Kd/Kp) : Türev etki zaman süresi denetlenen sistemin cevap hızından daha küçük tutulmalıdır. Pratik olarak, türev etki zamanı integral etki zamanın 1/4 ü değerinde ayarlanır.

SONUÇ:

PLC ve uygulamaları konusunda genel bir bilgi verilmeye çalışıldı. Bu tür sistemlerin endüstri etkinliklerinde işletmeciye getireceği yararları kısaca sıralamak yararlı olacaktır. Bu yararlar sıralanırken, daha çok teknik özellikler üzerinde durulacaktır. Bu tür sistemlerin ekonomik bakımdan üstün olup olmadığı, her uygulama için ayrı ayrı değerlendirme yapmayı gerektirmektedir. Ancak bu değerlendirme yapılırken, yalnızca ilk kuruluş giderlerine göre bir değerlendirme yapmak çok yanlış olacaktır. Bir karşılaştırma yaparken, kullanım, bakım, onarım giderleri ve bozulma durumundaki maddi kayıplar, mutlaka ilk kuruluş giderleri ile birlikte değerlendirilmelidir. Ülkemizin genel çıkmazı olan, kısa vadede ucuz, uzun vadede pahalı çözümlere gitmekten kaçınmalıdır.
PLC genel amaçlı bir aygıt olup, alındıktan sonra söz konusu özel amaca göre biçimlendirilip programlandığı için, birçok yarar sağlamaktadır. Bunlardan biri, özel kullanım amacında ortaya çıkabilecek bir sapma, değişiklik ya da uygulamadan vazgeçilmesi durumunda, yapılan harcamanın boşa gitmemesidir. Her hangi bir sistem değişikliğinde, yalnız programda yapılacak değişiklikler ya da yeni giriş/çıkış birimlerinin eklenmesi ile klasik röle mantıklı devreler ile karşılaştırılamayacak ölçüde az bir harcama ile çözüm bulunabilmektedir. Söz konusu uygulamadan vazgeçilmesi durumunda ise, sistem rahatlıkla başka bir uygulamada kullanılarak değerlendirilebilmektedir. Röle mantıklı devrelerde, benzer durumlarda genellikle, yapılmış olan tüm otomasyon devresinin atılıp yerine bir yenisinin yapılması gerekmektedir.
PLC’nin ikinci bir üstünlüğü, aynı sistem ile, otomasyonu yapılan makinede birbirinden farklı birçok üretimin, yalnızca değişik program kullanılması ile gerçekleştirilebilmesidir. Röle mantıklı devreler ile böyle bir uygulama yapılması söz konusu değildir. Bu olanak bilindiğinde, hiç de küçümsenmeyecek oranda kullanıldığı görülmektedir.
Bir başka üstünlük, sistemin çalışması sırasında, çalışmanın denetlenebilmesidir. Bu denetim, ya programlama birimi aracılığı ile ya da bilgisayar bağlanarak ekranda gerçekleştirilebilir. Bu olanak, geçici olarak ortaya çıkan bozuklukların (ki bu bozukluklar genellikle PLC sisteminin dışındaki elektro mekanik ya da mekanik birimlerde oluşur), kolay ve çabuk bir biçimde saptanabilmesini sağlar. PLC sistemlerinin içinde doğal olarak bulunan timer ve counter birimleri de kullanılması ile bilgisayarda etkin bir üretim denetimi de yapılabilmektedir.
En önemli üstünlüklerden biri de, “PLC Üretim Teknolojisi”nde de anlaşıldığı gibi, bu sistemlerin çok güvenli olmasıdır. Bu durum, başta çalışanların can güvenliğinin sağlanması olmak üzere, üretim alanında kullanılan makinelerin otomasyon aygıtındaki bir bozukluk nedeniyle zarar görmesi ve bozukluklar ile üretimin sürekli aksaması olasılıkların neredeyse ortadan kalkmış gibi düşünülebilecek derecede azalması, bakım giderlerini az olması gibi, hiç küçümsenmeyecek bir tablo oluşturmaktadır.