Mitsubishi Servo Motor ve Sürücü

Mitsubishi Servo Motor ve Sürücü, 400W, 750W, 1kW, 1,5kW, 2kW 3kW, 3,5kW, 4kW, 5kW, 7kW

Servo Motor Nedir

1. SERVO MOTORLAR VE SÜRÜCÜ SEÇİMİ
1.1. Servo Motor Tanımı
Servo motor, bir mekanizmada son kontrol elemanı olarak görev yapan motordur. Genellikle güç sağlayan motorlar belirli bir hızda dönmeye göre tasarlanırken servo motorlar çok geniş bir hız komutunu yerine getirecek şekilde tasarlanır. Servo motorlar kullanıcının komutlarını yerine getiren motorlardır. Komutlar, pozisyon ve hız komutları veya hız ve pozisyonun birleşimi olabilir.
Bir servo motor şu karakteristiklere sahip olmalıdır:
. Geniş bir hız sınırı içinde kararlı olarak çalışabilmelidir.
. Devir sayısı, hızlı ve düzgün şekilde değiştirilebilmelidir. Yani küçük boyuttan büyük moment elde edilebilmelidir.
1.2. Servo Motor Çeşitleri
. Doğru Akım Servo motor (DA Servo Motor)
. Alternatif Akım Servo motor (AA Servo Motor)
Servo motor Alternatif Akım ya da Doğru Akım olarak bulunur. İlk zamanlarda servo motor genelde DA motorlardır. Çünkü uzun yıllar yüksek akımlar için tek kontrol yöntemi tristör kullanılmaktaydı. Transistörler yüksek akımları kontrol etme yeteneği kazandıkça ve yüksek akımları yüksek frekanslarda anahtarlandıkça servo motorlar daha sık kullanılmaya başlandı. İlk servo motor özellikle güçlendiriciler için tasarlanmıştı. Step motor kullanılmayan kapalı devre (çıkışın kontrol edildiği) sistemlere servo sistem diye adlandırılmaktadır. Bu yüzden hız kontrolcüye bağlanmış basit bir AA endüksiyon motorunun da servo motor olarak adlandırmak mümkündür.
Servo motor olarak tasarlanmış bir motorda yapılması gereken değişiklikler, ısıtma yapmadan bir hız aralığında çalışma kabiliyeti, rölantide çalışırken yükü belirli bir pozisyonda tutmaya yeterli torku sağlama yeteneği ve uzun süreler için aşırı ısınmadan çok düşük hızlarda çalışma kabiliyetidir. Eski tip motorlarda doğrudan motor şaftına bağlanmış bir motor fanı bulunur. Motor düşük hızda çalışırken fan, motoru soğutmak için yeterli havayı hareket ettiremez. Daha yeni motorlarda ayrı bir fan monte edilmiştir. Bu fan, ideal soğutucu havayı sağlar. Bu fan sabit bir gerilim kaynağıyla güçlendirilmiştir. Böylelikle servo motorun hızından bağımsız olarak her zaman maksimum devirde döner.
1.2.1. Doğru Akım Servo Motor
Bu motorlar konvansiyonel DA motorlar gibi üretilir ancak boyutları minyatürdür ve kutupsal hareketsizlik momentini minimize etmek için endüvide uzunluk/yarıçap oranı yüksektir. Alan sarılabilir, bu durumda ayrık ya da merkeze bitişik olur. Alternatif olarak alan sistemi sabit mıknatıslarla (genellikle ferrit) kurulabilir, bu durumda motor sabit mıknatıslı motor olarak bilinir ve sadece endüvi (armatör) kontrol edilebilir Endüvi ya komütatör iki taraflı baskı devre olabilir ve böyle motorlar DA motor olarak bilinir. Kutupsal eylemsizlik momentini düşük tutmak için düşük endüvi kütlesi düşük uzunluk/yarıçap oranını dengeler.
1.2.2. DA Motorun Yapısı
Klasik tip DA motorlarda komütasyon (DA makinelerinde endüvi sargılarında akımın yönünü değiştirme işlemi) için kullanılan komütatör ve fırçalardan kaynaklanan mekaniksel-elektriksel problemleri ve sınırlamaları yenmek için fırçasız motorlar tasarlanmıştır. Sonuçta klasik DA motorun performansını sağlaması hedeflenmiştir. Fırçasız motorlar stator, rotor, sürme devresi (invertör) ve rotor konum algılayıcısından oluşur.
Motor tek olarak ele alındığında, sürücü ve konum algılayıcı motor üzerinde olmayabilir. Fakat fırçasız motorun sürücüsüz ve konum algılayıcısız(geri besleme elemanı) olarak bir DA güç kaynağından çalışması mümkün değildir.
. Rotorda sabit mıknatıslar bulunan, modern elektronik sürücüler ile kontrol edilen senkron motorlardır.
. DA servo motorlardaki gibi komütatör ve fırça elemanları olmadığından güvenilir, kararlı ve küçük boyutlarda imal edilir.
. Üç faz sargılarında uygulanan sinüs şeklindeki akım ile hava aralığında bir döner alan oluşturur.
1.2.2.1. Stator
Stator, makinenin duran kısmıdır. Stator saclar ve sargılardan oluşur. Saclar, asenkron veya senkron motorlarda olduğu gibi birer yüzeyi silisli olup üzerlerine kalıplarlar stator oyukları açılır. Biçimlendirilen stator sacları sıkıştırılarak perçinlenir veya somunla sabitlenir.
Saclara toplu ve dağılımlı sarma göre şekiller verilmiştir. Sacların kalınlığı kaynak gerilimin frekansı, maliyet ve nüve kayıplarının dikkate alınmasına bağlıdır.
Kalıcı mıknatıslı makinenin büyük çoğunluğunda, özellikle güç uygulamalarında kullanılan makinelerde, bir veya çok fazlı sargıları AA makinelerine benzer.
1.2.2.2. Rotor
Motorun uyartım akısı rotora yerleştirilen kalıcı mıknatıslar tarafından sağlanmaktadır. Kalıcı mıknatıs malzemelerin yüksek kalıcı mıknatısiyet ve yüksek giderici kuvvet özelliklerine sahip olması gerekir. Rotor sinterlenmiş veya bağlanmış ferrit, nadir bulunan malzemeler, nidyum-demir-boron veya alnico (alüminyum-nikel-kobalt) tipi mıknatıs malzemelerden yapılır.
1.2.2.3. Yatak Gövde
Stator, içerisine sabitlendiği bir yatak gövde ile desteklenir ve yatak gövde makinenin manyetik olmayan yapıya sahip kısmı olup bir makinenin bütün esas elemanları içerisinde bulundurur. Yatak gövdeler kapalı veya havalandırmalı olabilir. Yatak gövde makine ısısını kolaylıkla iletecek, rotor yataklarına destek verecek yük ve bağlantılarına uygun olacak özellikte (alüminyum gibi) olmalıdır.
1.2.2.4. Sargılar
Kalıcı mıknatıslı makinelerin büyük çoğunluğunda, özellikle güç uygulamalarında kullanılan makinelerde, bir ve çok faz sargıları AA makinelerine benzer. Sargılar genellikle çift katmanlı (iki sargının birer kenarları bir oyuğa) ve paralel sarım kullanılırken tek katmanlı toplu sarımlar da kullanılmaktadır. Sargılar, faz grupları ve fazlar oyukların dışında kalan bölgelerinden yalıtılmalıdır. Oyukların içerisine yerleştirilen teller hem yalıtımı güçlendirmek hem de yapısal destek için verniklenir ve fırınlanır.
Komütatör ve fırçaların kaldırılması için sargıların statora yerleştirilmesi gerekmektedir. Statorda genellikle iki tip sarım kullanılmaktadır. Toplu sarım ve dağılımlı sarım
1.2.3. Servo Motorun Çalışması
DA servo motorların iki farklı sargısı vardır: Statora konulan alan sargısı ve rotora konulan endüvi (armatör) sargısıdır. Her iki sargı da DA gerilim kaynağına bağlıdır. Servo uygulamalarda sargılar farklı DA kaynaktan tarafından beslenir.
DA motorun alan sargısı genelde şematik olarak çekirdek biçiminde gösterilir. Alan sargısı da VF ile gösterilen DA gerilim kaynağına bağlıdır. Endüvi sargısı ise şematik olarak iki kareyle temas eden bir daire ile gösterilir Bu DA endüvinin silindir şeklinde olması ve yüzeyinde iki fırçanın baskı yapmasından dolayıdır. Endüvi sargısı VA gösterilen DA gerilim kaynağına bağlıdır.
DA motorların çoğu büyük yükler için kullanılan sabit mıknatıslı tiptir. DA motorun dönme yönü ve hızı endüvi akımı ile belirlenir. Endüvi akımındaki artış, hızı da artırır Motorun endüvi akımının yönünü değiştirmek motorun dönüş yönünü de değiştirir.
DA servo motorların temel çalışma prensibi klasik DA motorlarla aynıdır. DA servo motor genellikle endüvi gerilimi ile kontrol edilir. Endüvi, büyük dirence sahip olacak şekilde tasarlanır. Böylece moment-hız karakteristikleri doğrusal olmaktadır. Endüvi mmk’i ve uyartım alanı mmk’i bir doğru akım makinesinde diktir. Bu özellik, hızlı moment tepkisi sağlar. Çünkü moment ve akı birbirinden bağımsızdır. Bundan dolayı endüvi gerilimindeki ve akımındaki adım şeklindeki bir değişim sonucunda, rotorun hızında veya konumlamada hızlı değişiklikler gerçekleşir.
1.2.4. DA Servo Motor Çeşitleri
DA servo motor yabancı uyartımlı DA motorlar veya kalıcı mıknatıslı DA motorlardır. Servo sistemde çalıştığında, motor alan ya da endüvi kontrollü olabilir ve endüvi ya gerilim kaynağından ya da akım kaynağından beslenir. Her kombinasyon farklı tork hız karakteristiği sunar. Bunların bağlantıları DA servo motor çeşitleri olarak adlandırılabilir. Fakat çok fazla kullanılmadığı için açıklamayacaktır.
Bunlar:
. Alan kontrollü-sabit endüvi gerilimli beslemeli servo motorlardır.
. Alan kontrollü-sabit endüvi akım beslemeli servo motorlardır.
. Endüvi kontrollü-sabit alan beslemeli servo motorlardır.
. Seri ayrık alanlı servo motorlardır.
1.3. AA Servo Motorlar
DA servo motorların güçleri birkaç “Watt”tan birkaç yüz “Watt”a kadar olabilir. DA servo motorlar, yüksek güçlü uygulamalarda kullanılır. Günümüzde AA servo motorlar hem düşük hem de yüksek güç uygulamalarda kullanılmaktadır. AA motorların yapıları basit ataletleri düşüktür. Ancak, genellikle doğrusal olmayan özellik gösteren ve yüksek manyetik bağa sahip makinelerdir. Ayrıca moment-hız karakteristikleri DA servo motorlarınki gibi ideal değildir. Bunların yanı sıra AA servo motorları aynı boyuttaki DA servo motor ile karşılaştırıldıklarında daha düşük momente sahiptir.
1.3.1. İki-faz Servo Motor
Kontrol sisteminde kullanılan çoğu servo motor AA servo motorlar, iki faz sincap kafesli asenkron makinelerdir. Frekansları normal olarak 60 Hz veya 400 Hz olabilir. Yüksek frekans hava yolu sitemlerinde kullanılmaktadır.
Stator birbirinden 90° elektriksel açılı dağıtılmış iki sargıdan oluşur. Sargının biri, referans fazı veya sabitlenmiş faz olarak adlandırılır ve genliği sabit bir AA gerilim kaynağına (Vm<-0) bağlanır. Diğer kontrol fazı olarak adlandırılır ve referans fazı ile aynı frekansa sahip genliği ayarlı bir AA gerilimle beslenir ancak kontrol fazı ile referans fazı arasında 90 elektrik derecesi vardır. Kontrol fazının gerilimi genellikle bir servo yükselteçten sağlanır. Motorun dönüş yönü, kontrol fazı ile referans fazı arasında ki faz ilişkisinin ileri veya geri olmasına bağlıdır. Dengeli iki –faz geriliminin genlikleri eşit( Va=Vm ) olduğunda motorun moment –hız karakteristiği üç faz asenkron motora benzerdir. Düşük rotor dirençlerinde bu karakteristik doğrusal değildir, Böyle bir moment- hız karakteristiği, kontrol sistemlerinde kabul edilemez. Ancak, rotor direnci yüksek ise moment hız karakteristiği geniş bir hız aralığında özellikle sıfır hız seviyelerinde aslında doğrusaldır. İki faz asenkron makineyi kontrol etmek için referans sargısı genliği sabit bir alternatif gerilim ile kontrol sargısı ise genliği ayarlanabilen bir alternatif gerilimle beslenir.
1.3.2. Üç Fazlı Servo Motorlar
DA servo motorlar, yüksek güç servo sistemlerin uygulama alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak son yıllarda yüksek-güç sistem uygulamalarında üç-faz asenkron motorun servo motor olarak kullanımı üzerine yapılan araştırmalar başarıya ulaşmış ve 3 ~ ‘lı asenkron motor yüksek-güç uygulamalarında hızlı bir şekilde yerini almaya başlamıştır. 3 ~’lı asenkron motor yapı olarak dayanıklı olmakla beraber doğrusal olmayan bir özelliğe sahiptir ve bundan dolayı kontrolü karmaşıktır.
Son yirmi yıldaki çalışmalar, 3 ~’lı asenkron motorun yabancı uyartımlı DA motoru gibi kontrol edileceğini göstermiştir. 3 ~’lı asenkron motorun stator akım vektörünün birbirine dik, birbirinden bağımsız iki bileşenle temsil edildiği ve dik bileşenlerden biriyle momentin diğeriyle akının kontrol edileceği tekniğe vektör moment tepkisi sağlanmaktadır.
1.4. Servo Motorların Kullanıldığı Yerler
Servo motorlar, bazen kontrol motorları olarak da adlandırılır, elektrik motorları olup özellikle kontrol sistemlerinde çıkış hareketini kontrol edici olarak kullanılmak üzere tasarlanır ve üretilir.
Servo motor birkaç “Watt”an birkaç yüz “Watt”a kadar olabilir. Servo motorlar, yüksek hız tepkisine sahiptir. Bu özellik ise servo motorların düşük rotor ataletine sahip olmalarını gerektirir. Bu motorlar daha küçük çaplı ve daha uzundur. Servo motor normal olarak düşük veya sıfır hızda çalışır, bundan dolayı moment veya güç değerleri aynı olan klasik motorlara göre boyutları daha büyüktür. Hassas devir sayısı ayarı yapılabilir, ayrıca devir sayıcı gerekmez.
Servo motorların kullanım alanı çok geniştir. Servo motorlar robotlar, radarlar, nümerik kontrollü makinelerde (CNC),otomatik kaynak makinelerinde, pres makinelerinde, paketleme makinelerinde, sargı yarı iletken üretim ünitelerinde, yüksek hızlı çip yerleştiricilerinde, tıbbi cihazlarda, anten sürücüleri vb. yerlerde kullanılır.
. Dinamik yük ve hız değişikliği
. Yüksek kararlılık
. Pozisyonlama
. Periyodik çalışma
1.5. Servo Motor Sürücülerinin Teknik Özellikleri
1.5.1. Servo Sürücüler
Motor, aktarma organı ve yükten oluşan mekanik servo sistemin hız, moment veya pozisyon değişkenlerinden herhangi birinin bu değişkenle ilgili verilen referans değerine uygun olarak hareket ettirilmesini sağlayan elektronik güç elemanıdır. Servo sürücüleri DA servo sürücüler ve AA servo sürücüler olarak ikiye ayrılır.
1.5.1.1. DA Servo Sürücüler
Darbe genişlik modülasyonu ile çalışan, genellikle analog ya da dijital sürücülerdir. Geri besleme olarak tako jeneratör, hall sensör veya artırımlı enkoder kullanılır. Dinamik performansı düşük kullanımı kolay ve ucuz sürücülerdir.
1.5.1.2. AA Servo Sürücüler
Sinüsoidal darbe genişlik modülasyonu ile çalışan, analog veya dijital yapıda sürücülerdir. Geri besleme olarak hall sensör, çözümleyici artırımlı enkoder veya mutlak (sin/cos) encoder kullanılır. Dinamik performansı yüksek kullanımı bilgi gerektiren DA servo sürücülere göre daha pahalıdır.
İnvertörlerde kullanılan transistörler rotor konum bilgisine uygun göre uygun sırada iletime veya kesime geçirilerek motor kontrolü yapılır.
1.5.1.3. Geri Besleme Elemanlarının Seçimi
Servo motorların en önemli özelliği sürücü devresinin olmasıdır. Fakat tek başına sürücünün bulunması bir anlam ifade etmez. Çünkü sürücü, kendisine gelen bilgileri(verileri) servo motora iletir ve pozisyonunun uygun yerde ve hızda olup olmadığını, geri besleme elemanları ile kontrol edilir. Sistemin özelliğine göre bu elmanlar seçilir.
Mutlak pozisyon ölçümü gereksinimi >>> Resolver veya Sin-Cos enkoder
Yüksek hız çalışması >>> Artımlı encoder
Düşük hız çalışması >>> Resolver veya enkoder
Doğruluk (hassasiyet) >>> Artımlı enkoder
Yüksek sıcaklıkta çalışma >>> Resolver
1.6. Sürücü ile Servo Motorların Bağlantıları
Servo motor ile sürücü arasında iki bağlantı vardır. Bunlardan güç bağlantısı üçü faz biri nötr iletkeni 4 damarlı iletkenle yapılır. Geri besleme elemanı ile RS-232 veya RS- 485 bağlantı kabloları ile bağlanarak veri alışverişinde bulunabilmesi için kontrol bağlantısı yapılır. Motorun mili istenen sisteme bağlanır. Örneğin, dişli kutusu, sonsuz vida, taşıyıcı, kayış-kasnak vb.
1.7. Servo Motor ve Sürücü Seçimi
Servo sistemlerde her firmanın boyutlandırma programı vardır. Bunlardan biri de Control Technıques ‘CTSS’ bir servo sistem programıdır.
Mekanik detayları belirlenen servo sistemler için servo motor boyutları işlemi seçimi gerçekleştirilir.
Belirlenen servo motora uygun servo sürücü seçimi gerçekleştirilir.
. Uygulama adımları
. Sistem elemanları çalışma sayfasına eklenir.
. Elemanlar arası bağlantı kurulur.
. Seçilen elemanların özellikleri sisteme uygun olarak hesaplanır.
. Servo sistem detayları dinamik olarak hesaplanır.
. Kurulan sistem yapısı ile dosya olarak saklanabilir veya yazılı raporlanabilir.
. Sistem elemanları
. Dişli kutusu “Gear box”
. Sonsuz vida “lead Screw”
. Kayış-kasnak “Belt-dulley”
. Taşıyıcı dişli “Roct Pinion”
. Taşıyıcı “Conveyor”
. Silindir sürücü “Cylinden DRive”
. Besleme merdanesi “Feed Roll”
. Mekanik bağlantı “Coupling”
. Çeşitli eylemsizlik “Misc Inertia”
2. SERVO MOTOR SÜRÜCÜLERİNİN PARAMETRE DEĞİŞİKLİKLERİ
2.1. Sürücü Program ve Parametre Girişi
Servo motorun kullanılacağı yere göre motor belirlendikten sonra motorun nasıl çalışması isteniyorsa buna göre hız, tork, çalışma süresi, devir sayısı, hızlanma ve yavaşlama zamanı vb. parametrelerin girilmesi gerekir. Bu parametreler çeşitli yöntemlerle yapılır.
2.1.1. Akıllı Programlama Modülü
Her akıllı modül için 50 baytlık özel hafıza (sm)alanı ayrılmıştır. Bu durumda bir değişiklik veya hata komutu fark edildiğinde modül bu durumu ilgili özel hafıza alanını değiştirerek gösterir. Hafıza alanı, modülün bulunduğu konuma göre tanımlanır. Dijital teknolojiye dayalı AA, DA ve servo motor sürücüleri günümüzde açık ve kapalı çevrimde moment, hız ve konum kontrolü gibi standart motor kontrolü fonksiyonlarının ötesine
geçmiş, kullanıcıya devreye alma, işletme ve bakım kolaylıkları sağlayan, yer aldığı sistemde diğer dijital birimlerle iletişim kurabilen akıllı modüller hâline gelmiştir
2.1.2. Bilgisayar ve PLC ile Parametre Girişi
Servo motor ve sürücü yapan bütün şirketlerin yaptıkları motorların kullanıcı tarafından çok kolay bir şekilde kullanabilmeleri için her motor için ayrı sürücü, bu sürücüleri programlayabilmek içinde ayrı programlar geliştirmişlerdir. Kullanılan sistemin özelliğine uygun motor seçimi yapıldıktan sonra uygun servo sürücü ve bu sürücüyle ilgili parametreleri girileceği program yazılımı da beraber seçilir.
Dijital teknolojiye dayalı AA, DA ve servo motor sürücüleri günümüzde açık ve kapalı çevrimde moment, hız ve konum kontrolü gibi standart motor kontrolü fonksiyonlarının ötesine geçmiş; kullanıcıya devreye alma, işletme ve bakım kolaylıkları sağlayan, yer aldığı sistemde diğer dijital birimlerle iletişim kurabilen akıllı modüller hâline gelmiştir.
Bundan sonraki hedef, sürücülere sistem kontrolü özelliklerini kazandırmaktır. Örneğin, “Control Techniques” (CT) ürünü Unidrive serisi AA sürücüler ve “Mentor” serisi DA sürücüler, yukarda sıralanan fonksiyonların yanı sıra serbest programlanabilir analog ve dijital giriş/çıkışlarla sınırlı bir “Programlanabilir Lojik Kontrolör” (PLC) özelliklerine sahip modüllerdir. Ayrıca bu sürücülere ikinci mikroişlemcinin yer aldığı bir opsiyon modülü eklenebilmekte ve kullanıcı bu modülü programlayarak istediği sistem kontrolünü yaptırabilmektedir.
Servo motor ve sürücü üreten firmalar, dünya çapında çeşitli sektörlerde yıllardır karşılaşılan tipik kontrol uygulamaları için sürücülerin bu özelliklerini kullanarak standart çözüm paketleri oluşturmuştur. Motor, sürücü ve algılayıcı gibi donanımların yanı sıra bu pakette yer alan diğer önemli bileşen hiç şüphesiz uygulama yazılımıdır.
2.2. Sürücü Haberleşme Protokolleri Bilgisi
Endüstriyel iletişim protokolleri, işletmelerin üretim tesislerinin otomasyon sistemlerinde hâlihazırda yaygın olarak kullanılan iletişim araçlarıdır. Profibus, Interbus, Fieldbus ve CAN (C….A…..N….), bu tip endüstriyel iletişim protokollerine örnek olarak verilebilir. Gerek örnek gösterilen gerekse de diğer endüstriyel iletişim protokollerinin genel özelliği, her bir üreticinin tercih ettiği bir protokol bulunması ve her bir üreticinin ürettiği sistemlerde tercih ettiği protokolü kullanmasıdır.
Farklı kuruluşlar/organizasyonlar tarafından üretilen protokoller arasında ortak çalışma ölçütlerinin olmaması nedeni ile birlikte çalışabilme ve karşılıklı haberleşebilme mümkün olmamaktadır. Üretim ortamlarının genişleyerek çok çeşitli işlemleri gerçekleştirecek yapılara sahip olması, aynı üretim ortamında farklı protokoller kullanan sistemlerin kullanımını zorunlu kılmaktadır. Bu zorunluluk, farklı protokollerin her biriyle haberleşmesi ihtiyacını ortaya çıkarmaktadır.
Farklı protokollerin haberleşme ihtiyacı, protokoller arasında iletişimi sağlayacak protokol dönüşümü ile sağlanır. Protokol dönüşümü işlemi, ara bağlaşım elemanlarından ISO / OSI katmanlı yapının ikinci katmanında işlev gören “bridge (köprü)“ ile gerçekleştirilebilir.
Farklı protokollerin bir arada kullanılmasını sağlayan “köprü“ tasarımına yönelik olarak çok sayıda çalışma yapılmasına rağmen bir köprü tasarımında elektronik elemanlar kullanılmaktadır. Elektronik elemanlar kullanılarak oluşturulan köprünün “FPGA” teknolojisine aktarılarak gerçeklenmesi, cihazın boyutlarını küçültmesi, arıza ve montaj sırasındaki risklerin azalması ve sistemin performansının önemli ölçüde artırılması yanında daha ekonomik üretilmesini de sağlayacaktır.
Bir üretim hattı birden fazla CPU’nun kumanda ettiği istasyondan oluşuyor ise bu istasyonların birbiri ile uyum içinde çalışmaları gerekir. Uyumlu çalışmanın yolu istasyonları kumanda eden CPU’ların birbirleri ile veri alışverişlerinin düzenli sağlanması ile olur.
CPU’lar arasında iletilecek bilgi sayısı kadar hat çekmek (paralel haberleşme) gereksizdir ve ekonomik değildir. Bunun yerine gönderilecek bilgiler gönderici CPU tarafından tek hat üzerinden protokol çerçevesinde sıra ile gönderilir. Alıcı CPU aynı protokol ile gönderilen bilgileri alır, düzenler ve kullanır. Buna seri haberleşme denir.
Bu ve benzer haberleşme sistemlerinde her zaman CPU’ların haberleşmesi söz konusu değildir. Çoğu zaman merkezde bir CPU (master) ve bunun ilk farklı istasyonlardaki giriş çıkış verilerinin merkeze iletilmesi amacıyla kullanılan yardımcı birimlerde (slave) oluşur. Bu yapıya BUS sistemi denir.
Burada şöyle bir soru akla gelebilir: PLC sistemlerinde çok sayıda giriş çıkış sayısına ulaşabilir. Dolayısıyla her istasyonda bir CPU olacak şekilde çok sayıda CPU mu? Yoksa tek CPU kullanılarak istasyonlar ile slavelerle haberleşme mi kullanılmalıdır?
Bu öncelikle sistemlerin büyüklüğü ve istasyonların birbiri ile olan bağımlılığı ile ilgili bir durumdur. Öncelikle farklı sistemleri tek CPU ile kumanda etmek demektir, sistemleri birbiri ile kilitlemek demektir. Yani sistemlerden veya CPU’lardan herhangi birinden oluşan bir arıza diğer sistem veya CPU’da çalışmamasına neden olur. Ayrıca programın çok uzaması demek çevrim süresinin yani giriş ve çıkışların güncelleştirilme süresinin çok uzaması demektir. Bu da programlamada istenmeyen bir durumdur. Ancak her sistem için de farklı bir CPU kullanmak demek sistemin maliyetinin artması demektir.
Günümüzde otomasyon alanında üretim yapan birçok firmanın ürettiği bir BUS sistemi vardır. Bu sistemleri birbirinden ayıran temel özellikler şunlardır:
. Veri ve kumanda hatlarının birbiri ile nasıl bağlandığı (topoloji şekli ağaç, yıldız, düz hat, daire)
. Maksimum iletim hattı uzunluğu
. Veri iletim hızı
. Hatasız veri transferi
. Bağlanabilecek maksimum giriş, çıkış elemanı sayısı
. Piyasada bulunan saha elemanlarına (sensör ve çalıma elemanları) uyumlu olması
. Saha elemanlarının sistem çalışırken değiştirilebilir olması vb.
Bu bölümde veri alışverişi sağlamak amacıyla kullanılan BUS sistemlerinden MPI, AS-I, PROFIBUS ağ sistemleri üzerinde durulacaktır.
2.2.1. MPI Haberleşme Sistemi (Multipoint İnterface)
MPI haberleşme sistemi özellikle CPU’lar arası haberleşme işlemlerinde çok yoğun olarak kullanılır. Konfigürasyon ve kullanımı oldukça basittir. İki damarlı (profibus) kablosu bir kablo ve MPI bağlantı konektörü dışında bir donanıma ihtiyaç duymaz.
Haberleşme kablosu (profibus kablosu) MPI hattına, programlama cihazı bağlantı kablosu (MPI kablosu) bağlanıyormuş gibi bağlanmalıdır. Maksimum 32 adet katılımcı bağlanabilir ve iletim hattı uzunluğu en fazla 50 metre olabilir. 50 metrenin üzerindeki mesafeler için RS 485 yükseltici kullanmak gerekir. Her yükseltici hat uzunluğu 1000 m kadar çıkarabilir. Toplam 10 yükseltici kullanılabilir. İletim hattının başlangıç ve bitiş noktalarındaki konnektörlere sonlama direnci konmalıdır (Konnektör “on” konumuna alınmalıdır.).
2.2.2. AS-I Haberleşme Sistemi (Aktuator Sensor –Interface)
Giriş sinyalleri ile çıkış elemanlarının birbiri ile bağlanarak bir şebeke oluşturdukları alt seviyeli bir haberleşme sistemidir. Mevcut bir haberleşme sisteminin tamamlayıcısı olarak düşünülebilir.
Özel yassı bir kablo ve buna takılan bir bağlantı elemanı ile sistemin oluşturulması, devreye alınması, sonradan eleman eklenip çıkarılması oldukça basit bir yapıdadır. Sisteme eklenmesi düşünülen giriş veya çıkış elamanları kuplaj modülleri ile AS-I kablosuna eklenir (Özel formdaki bir modül bastırılarak kablo izolasyonu delinerek kontak sağlanır.).
Bir CPU’nun AS-I ile haberleşebilmesi için AS-I master AS-I slavelerin kullanılması gerekir. AS-I master, CPU montaj rayına takılan AS-I haberleşme işlemcisidir. (CP 342-2). Diğer sinyal modülleri ile aynı özellikte kullanılır. CPU ile dahili bus sistemi üzerinden haberleşir.
AS-I hattına bağlanan sensör veya çalışma elemanlarının, master tarafından yapılan bildirimleri anlamaları ve kendi verilerini “master”a iletebilmeleri için AS-I “slave”ler kullanılır. “Slave”ler AS-I kablosu üzerine eklenen ve özel bir adresleme ünitesi yardımı ile 1 ile 31 arasında adreslenen elemanlardır. Yeni alınan bir slave fabrika tarafından adreslenmemişse “0” adresine sahiptir. “Slave”ler sadece master tarafından kendilerine bildirilen emri alır ve kendi durumunu “master”a bildirir.
Her AS-I “slave”i giriş veya çıkış olarak kullanılabilir. Her “slave”e 4 bit transferi yapabilir. Bu durumda bir AS-I hattına maksimum 31 eleman takılabilir ve her eleman 4 bit transferi yapabildiğine göre 4×31=124 ikili sinyal iletebilir.
AS-I besleme gerilimi 30Vcc ve her bir “slave”e bağlı sensör çalışma elemanı için de 100 mA’dir. AS-I hattından hem besleme hem de veri aktarımı yapıldığından özel bir besleme ünitesine ihtiyaç duyurulur. Maksimum hat uzunluğu 100 m’dir. Daha uzun mesafeler için kullanılmalıdır.
2.2.3. Profibus Haberleşme Sistemi (Process Field Bus)
Profibus haberleşme sistemi birçok PLC üretici firma tarafından geliştirilen ve standart olarak kabul edilen bir ağ sistemidir. Farklı amaçlar için geliştirilen PROFIBUS sistemleri olmasına rağmen sadece PROFIBUS DP (merkezi olmayan çevresel birimlerin) üzerinde durulacaktır.
PROFIBUS DP (dezentrale peripherie) otomasyon cihazı ile merkezi olmayan cihazlar arasında hızlı bir şekilde veri alışverişini sağlayan bir haberleşme sistemidir. Özellikle PLC’nin merkezde, çevre birimlerinin (slave) çalışma sahasında (işin yapıldığı yerde) olduğu durumlarda iletim hatlarının oluşturulması çok kolay bir şekilde gerçekleştirilmektedir.
Merkezdeki CPU (master) giriş bilgilerini “slave”lerden okur, bunları işler ve çıkış bilgilerini “slave”lerin çıkışlarına yazar.
. Profibus teknik özellikleri
. Her bir bus bölümüne 32, toplam 126 katılımcı bağlanabilir.
. Çevre birimleri (“slave”ler ve saha elemanları (sensör, motor) çalışma esnasında takılıp çıkarılabilir.
. Bu dağılımı “token-passing” sisteminin “master-slave” sisteminin yönetimine göre yapılır.
. Veri transferi iki damarlı blendajlı kablo veya optik iletkenler ile yapılır.
. Veri iletim mesafesi elektrik kabloları ile 12 km, optik kablolar ile 23,8 km kadar olabilir.
Modüller değiştirme ve cihazların değiştirilebilmesi mümkündür.
PROFIBUS DP iki şekilde oluşturulabilir:
2.2.4. Mono Master Sistemi
Tek merkezli kumanda şeklidir. Merkezi kumanda birimi olarak PLC kullanılır ve çevresel birimler (“slave”ler )PLC’ye bağlanır. Program belirlenen çevrim dâhilinde “slave”lerden bilgileri alır ve onları değerlendirir.
2.2.5. Multi Master Sistemi
Bu sistemde birden fazla master bulunur. Bu masterlar birbirinden bağımsız olarak her biri bir master(ana) ve ona ait slave (uydu)lerden meydana gelen alt sistemleri oluşturur. Ana sisteme ait farklı görevleri yerine getirirler. İlave görselleştirme, arıza takip düzeneği vb.
“Slave”lere ait giriş çıkış görüntüleri bütün masterlerden okunabilir. Çıkışlara bir şey yazılması ise sadece ilişkilendirilmiş master tarafından gerçekleştirilebilir. “Master”ler birbirileri ile veri alışverişi yapabilir. Multi master sisteminde çevrim süresi oldukça uzundur. Bu sistemler “Token Passing” (bayrak yarışı) sistemine göre çalışır yani bayrağa sahip olan gönderme hakkına sahip olur. Bu hak “master”dan master belli zaman aralıklarında devredilir.
2.2.6. ANSI Protokolü
Amerikan National Standarts İnstitude (ANSI) tarafından oluşturulmuş uluslararası bir protokoldür. Elektriksel bir standart değildir (RS 485). Kontrol karakterine bağlı bir özel bir bilgi yapısına dayanır. Kullanılan bilgi yapısında bir adres, imleç, gerçek bilgi ve ‘XOR’ gönderilen bilgi kontrolü mevcuttur.
. Üstünlükleri
. Pratik ve esnek yapı (Herhangi bir bilgi herhangi bir adrese (100m) aktarılır.
. Düşük maliyet (Kurulumu ucuz ve kolaydır.)
. Güvenilir (Denemeleri uzun zamandır çalışıyor.)
. Yaygın (Bir çok farklı ürün arasında seri bilgi hattı kurmaya uygundur.)
. Sınırlamaları
. Ana /uydu yapısında bir protokol (Tüm bilgi aktarımı tek bir birimden yapılıyor ve kontrol ediliyor.)
. Bilgi aktarım hızı çok yüksek değil (Yaklaşık 10 parametre/s.).
. Farklı birimler arasında haberleşme için protokol yazılımı gerekmektedir.
2.2.7. Seri Haberleşme İçin Ara Devre Standarları
Ara devre standartları değişik üretici gruplarının ürünlerinin birbirine veri yolları üzerinden bağlanabilmesi ve sorunsuzca haberleşmesi için gerekli mekanik ve elektriksel detayları tanımlar.
EIA (Elektronik Industrial Association)tarafından üretilmiş olan standart mevcut bulunmaktadır. En çok bilinenleri RS -232 ve RS 485’tir.
. RS 232: 0-12 V seviyeli mantık, tek yönlü birebir iletişim, donanımlar arası kontrol iletişim mesafesi (maks. 3 m)ve gürültüye açık yapıdadır.
Özellikleri
Operasyon modu: Dengelenmiş
Maks Master sayısı:1Master (Ana kart)
Slave (Uydu): ! Slave
MaksVeri Hızı : 20kps
Maks Kablo Uzunlugu:15m
Sinyal :+,-12 Volts (Nom)
. RS 422: 0-5 V Seviyeli mantık, iki yönlü iletişim, birimler arasında yazılım tabanlı kontroldür. Uzun mesafelerde iletişim (100 m), ana birimden aynı anda uydulara veri aktarımı (geri dönüş bilgisi yok) gürültüye daha az duyarlı yapıdır.
. RS 485: RS 422‘ye benzeri yapıdadır. Farkı ise ana birimin uyduların gönderdiği geri dönüş bilgisini kabul edilmesidir.
2.2.8. RS 485 /RS 422 haberleşme Özellikleri
RS 485/RS422
Çalışma modu Fark
Maks master sayısı 32 Master
Slave 32 Slave
Maks veri hızı 10 Mbps
Maks kablo uzunluğu 1200 m
Sinyal +/- 5 V

Bazı genel terimlerin açıklaması
Kapalı veri yolları: Bir üreticiye bağlı özel veri yollarıdır.
Açık veri yolları: Veri yolunun özelliklerine ve standartlarına uyan herhangi bir üreticinin kolaylıkla bağlanabileceği veri yollarıdır. Beraber çalışabilir.
Kural: Diğer üreticiler cihazları aynı ara devre ve tek kablo üzerinden bağlantı yapılabilir. Böylece montaj ve devreye alma zamanından tasarruf edilebilir.
Periyodik veri: Veri sürekli olarak tanımlanmış zaman aralığında yenilenir. Hızlı ve verimlidir, kendi içinde esnektir, kolay uygulanabilir.
Periyodik olmayan veri: Sadece bir defalık olaylar sonunda yenilenir. Düşük önceliklidir. Yavaş ve verimli değildir, esnektir, periyodik olmayan veriyi işleyebilmek için daha fazla zaman harcar.