Elektro-pnömatik Soğan Sınıflandırma Düzeneği

Elektro-pnömatik Soğan Sınıflandırma Düzeneği Simulatörünün
Tasarlanması
Caner KOÇ1, Ramazan ÖZTÜRK1, Ali İhsan ACAR1 , Osman Yaşar HOCAOĞLU1,
Hossein H.A.ALIZADEH2
1
2
Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Ankara
Dept.of Farm Power and Machinery Faculty of Agriculture, Hamedan IRAN
[email protected]
Özet: Bu çalışmada; soğan toplama makinasında kullanılan parmaklı tip sınıflandırma düzeneği
performansının belirlenmesine yönelik elektro-pnömatik bir simulasyon düzeneği hazırlanmıştır.
Geliştirilen düzenek mekanik, elektronik, pnömatik ve yazılım kısımlarından oluşmaktadır. Geliştirilen
düzenek bilgisayar destekli tasarım programları yardımıyla tasarlanarak eğimli tarla koşulları simule
edilmeye çalışılmıştır. Geliştirilen simulasyon düzeneği eğim sensörlerinden gelen verilere bağlı
olarak 0 ile 30 derece aralığında sağa sola (x-x’) ve aşağı yukarı (y-y’) hareket edecek şekilde
tasarlanmıştır. Ayrıca eğim sensörlerinden gelen veriler eşanlı olarak bir veri algılama kartı
aracılığıyla bilgisayar ortamına kaydedilebilmiştir. Denemelerde farklı büyüklüklerdeki soğanlar bir
elevatör aracılığıyla sınıflandırma düzeneğine gönderilerek üç farklı büyüklükte (40mm>, 40-60 mm,
60mm≤) sınıflandırılmasına çalışılmıştır. Sonuçlar istatistiksel yöntemlerle analiz edilerek parmaklı
tip soğan toplama makinası sınıflandırma düzeneğinin performansı belirlenmeye çalışılmıştır.
Denemeler neticesinde sınıflandırma düzeneğinin eğimden önemli ölçüde etkilediği ve sınıflandırma
kalitesinin bozulduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Anahtar kelimeler: elektro-pnömatik kontrol, otomasyon, soğan, simulasyon, CAD
Design of an Electro-pneumatic Onion Sorting Simulator Mechanism
Abstract: In this study; an electro-pneaumatic onion sorting simulator, similar to the sorting
mechanisms used on onion harvesters, was developed. The developed simulator contains
mechanic, electronic, pneaumatic and software components. The mechanism simulates the nonuniform field conditions. The developed mechanism has the ability to move the sorter between 0
and 30 degrees on x-x’ and y-y’ planes based on the tilt sensor readings. The sensor readings
were recorded to a computer using a data acquisition system. An elevator was used to feed the
onions in various sizes categorized into three groups (40mm>, 40-60 mm, 60mm< ) to the sorter
mechanism. The results were analyzed using statistical analysis methods to determine the
performance of the sorting mechanism. The results of the experiments showed that the slope of
the field surface affect the quality of the Sorting.
Keywords: Electro- pneumatic control, automation, onion, simulation, CAD
GİRİŞ
Soğan, gerek ülkemiz gerekse dünyada insan
beslenmesinde son derece büyük önem taşıyan
ekonomik önemi son derece yüksek olan sebzelerden
birisidir. Soğan dünyada 130 dan fazla ülkede
yetiştirilmektedir. Dünyada yıllık toplam soğan üretimi
55 milyon ton civarındadır. Dünyada en fazla soğan
üreticisi ülke % 31.43 lük oranla Çin’dir. Bunu
Hindistan % 10.22, Amerika Birleşik Devletleri %
6.38, Türkiye % 3.83, Pakistan % 2.97, Rusya %
2.84, İran % 2.80, Japonya % 2.35, Brezilya % 2.22,
İspanya % 1.95 ve diğer olmak üzere sıralanmaktadır.
http://www.fao.org)
Ülkemizin
hemen
her
bolgesinde
soğan
yetiştirilebilmektedir. Bununla birlikte üretim Trakya
Bölgesi ile Balıkesir, Bursa, Bandırma, Ankara,
Amasya, Çorum, Tokat, Kastamonu, Hatay ve Denizli
illerinde yoğunlaşmıştır. Ülkemizde kuru soğan
üretimi, toplam sebze ekilen alanlar içerisinde %
8,1’lik bir paya sahiptir. Sebzeler içerisinde üretim
oranı ise % 11.6 dır. Ülkemizde yıllık yaklaşık olarak
1.750.000 ton kuru soğan ve yaklaşık 100.000 tonda
yaş soğan üretilmektedir (Anonymous, 2009).
Maw and Mullunix (2001) yaptıkları çalışmalarında
soğanı farklı olgunlaşma dönemlerinde, farklı
büyüklüklere göre hasat edip sınıflandırdıklarını
belirtmişlerdir. Bu çalışmada 63.5 mm’den küçük
olanlar(küçük), 63.5 mm ve 76.2 mm arasında
olanlar(orta), 76.2 mm ve 88.9 mm arasında olanlar
(büyük) ve 88.9 mm den büyük olanlar (aşırı büyük)
olarak sınıflandırılmıştır.
Tollner at al. (2005) meyve ve sebzelerin ürün
kalitesinin uzun süreli korunmasının pazarlamada çok
349
önemli olduğunu belirtmişlerdir. Soğan tazeliğini
ölçmek için bir paketleme tesisinde X-ray kontrol
sistemi kullanmışlardır. Çalışma sonucunda, soğanın
hasat esnasındaki yaralanmalardan etkilendiğini ve
soğan çevresinde bu yaralanmalardan kaynaklı mantar
oluştuğunu tespit etmişlerdir.
Soğan hasadı ülkemizde iki aşamalı olarak
yapılmaktadır. Birinci aşama soğanın tarladan
sökülerek kuruması için tarlada 10 - 15 gün namlu
halinde tarlada bırakılmasıdır. İkinci aşama ise tarlada
kuruma amaçlı bırakılan soğanın toplanması,
ve
yapraklarının
kesilmesi,
sınıflandırılması
paketlenmesi aşamasıdır.
Ülkemizde, çeşitli küçük tarım makinaları
imalatçıları tarafından soğan hasadının ilk aşamasını
gerçekleştiren soğan sökme amaçlı makinalar
üretilmektedir. Aynı şekilde soğan hasadının ikinci
aşamasını gerçekleştiren soğan toplama baş kesme ve
sınıflandırma
işlemlerini
yapan
makinalar
da
üretilmektedir.
Bu çalışmanın amacıda soğan hasadının ikinci
aşamasında kullanılan soğan toplama makinası
tarlalardaki
sınıflandırma
düzeneğinin
eğimli
performansını belirlemektir.
Şekil
1. Denemelerin
görünümü
yapıldığı
sistemin
Denemeler için üç farklı büyüklükte kumpasla
ölçülerek gruplandırılmış arpacık çeşidi soğanlar
(Allium ascalonicum) kullanılmıştır (Çizelge 1).
MATERYAL ve YÖNTEM
Materyal
Denemeler Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi
Tarım
Makinaları
Bölümü
laboratuarlarında
gerçekleştirilmiştir. Denemelerde eğimli araziyi simule
etmek için salınımlı olarak çalışmaya uygun bir sistem
geliştirilmiştir (Şekil 1). Ayrıca sistemi kumanda etmek
için elektro-pnömatik kontrol ünitesi, iki adet strok
boyu 300 mm olan pnömatik piston, motor gücü 1.5
HP olan kompresör, 12 V batarya, 2 adet üzerinde 12
V luk röle bulunan selenoid valf, eğim algılayıcı
sensörler (potansiyometre), okunan sensör verilerinin
kaydedilmesi için bir adet diz üstü bilgisayar, LabView
8.2 paket programı (education versiyonu lisanslı) ve
ara bağlantı kartı (NI USB 6009) kullanılmıştır. Ayrıca
soğan toplama makinası üzerinde yer alan üç farklı
boyutta (40>, 40-60mm, 60 mm<) sınıflandırma
işlemini gerçekleştiren elek ve soğanların eleğe
ulaştırılmasını sağlayan elevatör yer almaktadır.
Çizelge
1.
Denemelerde kullanılan
boyutları ve sayısı
Boyut (mm)
<40
40-60
>60
soğan
Adet
108
82
61
Sensörlerin Kalibrasyonu:
Sensörlerden alınan eğim verilerinin kalibrasyonu
için sabit ve üzerinde açısal olarak skala değerleri olan
bir düzenek kullanılmıştır (Şekil 2). Düzenekte yer alan
sabit gönye üzerinde sağa sola dönü hareketi
yapmaya uygun parça üzerine sensörler tek tek
sabitlenerek milivolt olarak açısal dönme değerleri veri
algılama kartı aracılığıyla bilgisayar ortamına
kaydedilmiş
ve
gerçek
skala
değerleriyle
karşılaştırılmıştır. Sensörlerden, 10 dereceden 240
dereceye kadar 24 ölçüm değeri alınmıştır.
Alınan değerler gerçek açısal değerleriyle birlikte
Excel programına girilerek aşağıdaki birinci dereceden
denklem elde edilmiştir. Elde edilen denkleme bağlı
olarak sensörlerin kalibrasyonu gerçekleştirilmiştir
(Şekil 3).
y  5.234  x  5,96
350
dilinde yazılmış kumanda programı akış diyagramı
Şekil 5’de verilmiştir.
Şekil 2. Sensör kalibrasyon düzeneği şematik
görünümü
Şekil 3. Gerçek sensör değerleri ve sensörden
okunan değerler arasındaki ilişki
Şekil 5. Kumanda programı akış diyagramı
Sistemin çalışması:
Deneme sonuçlarının istatistik analizi için Minitab
15 istatistik paket programında, tek yönlü tablolarda
homojenlik kontrolü için kullanılan ki-kare testi
kullanılmıştır.
Sistem, eleğin eksenlerine mafsallı olarak
yerleştirilen birer adet pnömatik silindirin eğim
sensörlerinden gelen verilere bağlı olarak çalıştırılması
esasına göre olmaktadır. Eleğin bağlı olduğu tabla
sağa sola (x-x’) ve aşağı-yukarı (y-y’) 00 ile 300 derece
arasında salınacak şekilde elektro-pnömatik olarak
kumanda edilmiştir. Sistemin çalışması sırasında
zamana bağlı olarak üretilen eğim verileri şekil 4’te
görülmektedir.
BULGULAR VE TARTIŞMA
Soğan toplama makinası sınıflandırma düzeneği
etkinliğinin belirlenmesine yönelik olarak geliştirilen
sistemle Çizelge 1’de verilen adet ve büyüklüklerdeki
soğanların
karıştırılarak
boyutlarına
göre
sınıflandırılmasına çalışılmıştır. Karıştırılan soğanlar bir
elevatör aracılığı ile eleklere iletilmiştir. Denememeler
3 tekerrürlü olarak gerçekleştirilmiştir. Denemeler
sonucunda
çizelge
2’de
verilen
sınıflandırma
sonuçlarına ulaşılmıştır.
35
30
Eğim (derece)
25
20
x-x'
15
y-y'
10
Çizelge 2. Denemeler sonucunda elde edilen
boyuta
göre sınıflandırmaya ait
veriler
5
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-5
Zaman (s)
Boyut
(mm)
Şekil 4. Sistemin çalıştırılması sırasında üretilen
eğim verileri
Geliştirilen simulasyon sistemde, tüm sistemi
denetleyen ve kumanda eden Labview programlama
351
Adet
I.
II.
III.
<40
108
85
72
67
40-60
82
112
107
93
>60
61
41
32
27
Yapılan denemeler sonucunda çapları 40 mm’den
küçük olan soğan adedi 108 olmasına karşın I.
denemede 85, II. Denemede 72 III. Denemede ise 67
adet soğan bu boyuta göre gruplandırılmıştır. Çapları
40-60mm arası soğan adedi 82 olmasına karşın I.
denemede 112, II. Denemede 107 ve III. Denemede
93 adet soğan bu boyuta göre sınıflandırılmıştır.
Çapları 60 mm den büyük çaplı soğan adedi 61
olmasına karşın I.denemede 41 adet, II.denemede 32
ve III.denemede ise 27 adet soğan istenilen
büyüklüğe göre sınıflandırılmıştır. Ayrıca I. denemede
13, II. denemde 40 ve III. denemede 64 adet soğan
ise elek parmakları arasına sıkışmıştır.
Yapılan denemelerde sistemin, farklı büyüklükteki
ve sayıdaki soğanları homojen bir biçimde
sınıflandırılıp sınıflandırılamadığının araştırılması için kikare testi uygulanmıştır (Düzgüneş ve ark. 1983). Kikare testi sonucunda elde edilen veriler çizelge 3’te
verilmiştir.
Çizelge 3. Ki-kare testi sonuçları
DENEME
I.
II.
III.
*
P<0.01
SD
2
2
2
N
238
211
187
Ki-kare
22.9463
32.1593
26.4054
P
0.000*
0.000*
0.000*
yüzeyine değilde sürekli yatay düzleme paralel
kalmasını sağlayacak bir düzenek geliştirilmelidir.
-Sınıflandırma sisteminde kullanılan parmaklı
elekler, soğanların parmakların arasında sıkışması ve
eğimli tarlalarda meydana gelen yığılmalardan dolayı
homojen bir sınıflandırma için yeterli değildir.
Denemeler sonucunda da gözlendiği gibi soğan
sıkışmalarını
önleyecek,
tarla
eğiminden
etkilenmeyecek bir yapının kullanılmasının daha faydalı
olacağı ön görülmektedir.
LİTERATÜR LİSTESİ
Anonymous, 2009. Dünyada Soğan Üretim İstatistikleri.
http://www.fao.org. Erişim Tarihi: 03.04.2009
Anonymous, 2009. Türkiye’de Soğan Üretim İstatistikleri.
http://www.tarimziraat.com Erişim Tarihi: 02.04.2009
Düzgüneş,O.,T.Kesici,F.Gürbüz.,1983.
İstatistik
Metotları I. Ankara Üniv. Ziraat Fak.Yayınları Yay.
No:861,229
Maw, B.W. and Mullinix, B.G. 2001. Grade Distrubution of
Sweet Onions Harvested At Different maturities.
American Society of Agricultural Engineers. Vol. 17(6):
833-836.
Tollner, E.W., Gitaitis, R.D., Seebold, K.W., Maw, B.W. 2005.
Experiences With A Food Product X-Ray Inspection
System For Classifying Onions. American Society of
Agricultural Engineers. Vol. 21(5):907-912.
SONUÇ VE ÖNERİLER
Bu
çalışmada
soğan
toplama
makinası
sınıflandırma etkinliğinin belirlenmesine yönelik olarak
bir simulasyon düzeneği geliştirilmiştir. Simulasyon
düzeneğinin, mekanik, pnömatik ve elektronik
aksamlarının tasarımları bilgisayar destekli tasarım
programlarından yararlanılarak yapılmıştır. Mekanik
simulasyon için SolidWorks 2009 deneme sürümü,
elektronik simulasyon için PROTEUS 7.1 deneme
sürümü, pnömatik simulasyon içinse Automation
Studio 5.0 programı deneme sürümleri kullanılmıştır.
Geliştirilen elektro-pnömatik simulasyon düzeneği
başarılı bir şekilde çalıştırılmıştır.
Soğan toplama makinası etkinliğinin belirlenmesine
yönelik olarak elektro-pnömatik simulatörle yapılan
denemeler sonucunda elde edilen değerler ile gerçek
değerler arasında çizelge 3’de verilen farklılıklar ortaya
çıkmıştır. Yapılan ki-kare testi sonucunda soğan hasat
makinası sınflandırma düzeneğinin homojen bir
sınıflandırma yapamadığı sonucuna ulaşılmıştır.
(p<0.01).
Elde edilen sonuçlar ve karşılaşılan sorunlarla ilgili
öneriler aşağıda sıralanmaktadır:
-Mevcut durumda kullanılan soğan toplama
makinası sınıflandırma düzeneğinin simulasyonlardan
elde edilen sonuçlara bağlı olarak eğimli tarlalarda
çalışması durumunda etkinliğinin yeterli olmadığı
söylenebilir. Soğan toplama makinasının tarlada etkin
bir sınıflandırma yapabilmesi için aktif olarak tarla
352