plc e kitap - Fikir Elektronik Teknik

PLC TARİHÇESİ
PLCler ilk olarak 1960 ların sonunda ortaya çıktı . Böyle bir cihazın dizayn edilmesinin temel nedeni
röle tabanlı makine control sistemlerinde bozulan rölelerin değiştirilmesi işlemlerinin çok masraflı
olmasıdır . İlk olarak Bedford Associates (Bedford, MA) firması Modular Digital Controller (MODICON)
adlı bir cihazı Amerikan araba üreticilerine tanıttı .Başka diğer firmalar da o sıralarda bilgisayar tabanlı
sistemlerini ilan ettiler (örn. PDP-8) . Ancak MODICON 084 dünyanın ilk ticari PLC si olarak piyasaya
girdi .
Eskiden üretim gereksinimleri değiştikçe control sistemleri de değişirdi .Değişim çok sık olduğu zaman
kontrol sistemlerinin de değiştirilmesi çok pahalıya geliyordu. Mekanik elemanlar olan rölelerin sınırlı
ömürlere sahip olması yüzünden devamlı olarak bakım ve onarıma ihtiyaç duyarlar . Ayrıca , rölelerin
tamir edilmesi işi eğer arızalı röle sayısı çok fazlaysa aşırı bezdirici olmaktadır .Yüzlerce hatta binlerce
ayrı röleden oluşmuş bir makine control panelini düşünün .Ve bunlardan cihazlara giden sayısız
kablolar . Bir problem çıkmaması imkansız .
Üretilecek yeni tip kontrollörler bakım ve işletme mühendisleri tarafından bile kolayca
programlanabilmeliydi . Ömürleri uzun olmalı ve program değişiklikleri ise kolayca ve çabucak
yapılabilmeliydi .Ayrıca bu cihazlar çok kötü endüstriyel ortamlarda çalışacaklardı . Bütün bu
ihtiyaçlara cevap verebilmek için üreticiler herkesin anlayabileceği bir dilde programlanacak ve
mekanik parçalar yerine katıhal elemanları kullanacak cihazları geliştirdiler
70lerin ortalarında PLClerde kısmen ardışık durum makinaları diye adlandırılan bir teknik , kısmen de
düşük bitli mikroişlemciler kullanılıyordu .AMD 2901 and 2903 mikroişlemcileri o zamanın Modicon ve
A-B marka PLC lerinde en sık kullanılan işlemcilerdi .Ancak bu eski işlemciler , küçük PLC lerin
haricindeki diğer büyük PLClerde ihtiyaçlara cevap veremiyorlardı .Bu işlemciler de geliştikçe orta ve
büyük çaplı tüm PLCler mikroişlemci tabanlı olmaya başladılar . Ancak buna rağmen A-B PLC3 serisi
hala eski AMD2903 işlemcisini kullanmaya devam etmektedir .
PLCler ilk olarak 1973’te haberleşme yeteneklerine sahip olmaya başladı .Böyle ilk sistem Modicon’un
MODBUS sistemidir .Artık bir PLC başka PLClerle konuşabiliyor ve kontrol ettikleri makinalardan
uzakta bulunabiliyorlardı . Ayrıca değişik mertebelerde gerilim gönderip alarak da analog dünyaya giriş
yapmışlardı . Ancak ne yazık ki , hızla değişen teknolojide uyulacak bir standartın olmaması , PLC
haberleşmeleri konusunda çok sayıda ve birbirleriyle uyumsuz protokollerin ve fiziksel ağların ortaya
çıkmasına neden olmuştur .
80lerde General Motors’un çıkardığı MAP adlı üretim otomasyon protokolü ile ilk standartlaştırma
adımı atıldı .Bu yıllar PLClerin boyutlarının da düşürüldüğü yıllardı . Yine bu yıllarda , PLClerin
programlanması için programlama terminalleri veya el terminalleri yerine bilgisayar tabanlı sembolik
programlama yazılımları da ortaya çıktı .
90 lar ise yeni protocol tanıtımlarının azaldığı ve 80lerden kalan popular bir takım protokollerin fiziksel
katmanlarının modernize edildiği yıllardır . En son çıkan IEC 1131-3 standartı tüm PLC programlama
dillerinin tek bir uluslararası standart çatısı altında toplamayı hedeflemektedir. Günümüzdeki PLCler
aynı anda fonksiyon blok diyagramları yöntemi , komut listesi yöntemi , ladder , C ve yapısal metin
programlama yöntemleri gibi tüm tekniklerle programlanabilmektedirler.
Bazı uygulamalarda ise bilgisayarlar PLClerin yerine kullanılmaktadırlar. Hatta piyasadaki ilk ticari PLC
olan MODICON 084 ‘ü üreten firma şu anda PC tabanlı control sistemlerinin üretimine geçmiştir .
TANITIM
Eskiden bir sistemin kontrolünde insan kullanılmaktaydı . Zaman geçtikçe kontrol teknolojisinde
elektrik daha kullanılır hale gelmiştir . İlk sıralar kontrol amaçlı olarak sadece röleler kullanılmaktaydı .
Halen de kullanılan bu röleler enerjinin on/off şeklinde yönlendirilmesini mekanik anahtarlar olmaksızın
yapabilmektedir . Basit mantıksal kontrolleri gerçekleştirebilmek için röleler yaygın bir şekilde
kullanılmaktadır . Düşük maliyetli işlemcilerin üretimi bizim PLC ler ile tanışmamızı sağlamıştır.
PLC ( Programmable Logic Controller ) ler 1970lerde ortaya çıkmış ve o tarihten bu tarafa üretim
kontrol teknolojisinde en yaygın bir şekilde kullanılmaktadır .
PLCler fabrika kontrolünde popülerliğini artırmaya devam etmektedir ve muhtemelen de belirli bir süre
de hakim unsur olarak kalacaktır . Bunun nedeni de PLClerin sunduğu avantajlardır .
•
•
•
•
•
Karmaşık sistemlerin kontrolünde en ekonomik çözüm
Esnek yapıya sahip ve başka sistemlere kolay ve çabucak uygulanabilir .
Hesaplayıcı ünitelere sahip olmasından ötürü sofistike kontrolleri gerçekleştirebilir .
Programlaması ve arıza takibi kolaydır
Güvenilir parçalardan oluştuğu için yıllarca sorunsuz çalışabilir .
Bir PLC kabaca bir CPU( Merkezi işlemci birimi), bellek alanları ve giriş/çıkış bilgilerini alıp verecek
uygun devrelerden oluşur . PLCyi yüzlerce veya binlerce adet ayrı röleler , sayıcılar , zamanlayıcılar ve
veri saklama yerlerinden oluşmuş bir kutu gibi düşünebiliriz . Bu kadar eleman aslında fiziksel olarak
mevcut değildir . Sadece simule edildiklerini ve sanal olarak yazılımca yaratıldıklarını düşünebiliriz . Bu
dahili röleler register(yazmaç)larda bulunan bit konumlarında simüle edilirler .
DAHİLİ RÖLELER : ( kontaklar ) Bunlar dış dünyaya bağlanır. Fiziksel olarak vardırlar ve switch(
anahtar ) , sensor(algılayıcılar) vs gibi elemanlardan sinyal alırlar . Röleden çok transistor olarak imal
edilirler .
DAHİLİ YARDIMCI RÖLELER : ( kontaklar ) : Ne fiziksel olarak vardırlar ne de dışarıdan bir sinyal
alırlar . Simüle edilmiş veya sanal röleler diyebiliriz . Bunlar sayesinde PLC nin harici rölelere olan
ihtiyacı azaltılmış olur . Bazen de , sadece bir tek özel iş için ayrılmış röleler vardır . Bazı röleler her
zaman açık , bazıları da kapalı olabilir . Bir kısmı da sadece enerji verilmesi anında çalışırlar . Bunlar
genellikle ilk başlatma işlemlerinde kullanılır .
SAYICILAR : Bunlar da aslında yokturlar . Pulse ( darbe ) sayabilmek için yazılımca oluşturulan sanal
sayaçlardır . Standart olarak yukarı , aşağı ve hem aşağı hem yukarı sayabilme yetenekleri vardır .
Yazılımca oluşturuldukları için sayma hızları sınırlıdır . Bazı üreticiler donanım tabanlı yüksek süratli
sayıcılar üretirler . Bu durumda onları fiziksel olarak var sayabiliriz .
ZAMANLAYICILAR : Fiziksel olarak yokturlar . Değişik tiptedirler . En yaygın kullanılanı on-delay (
açmada gecikmeli ) tipidir . Diğerleri kapamada gecikmeli , kalıcı ve kalıcı olmayan olarak
adlandırılabilir . Artış miktarları 1 ms ile 1 s aradındadır .
ÇIKIŞ RÖLELERİ (bobinler) : Bunlar dış dünyaya bağlanan fiziksel bağlantılardır . Solenoid , lamba vs
gibi elemanlara sinyal gönderirler . Tranzistor , röle veya triyak gibi elemanlardan imal edilebilirler .
VERİ SAKLAMA : Bir veriyi saklamak için yazmaçlar kullanılır . Bu yazmaçlar matematiksel işlemler ve
veri işlemleri için geçici saklama yerleridir . Ayrıca enerji gittiğinde bilgileri saklamak için de
kullanılabilirler . Enerji geri geldiğinde kesintiden önceki bilgileri saklarlar .
Ladder Mantığı :
Ladder (Merdiven) metodu PLClerde en çok kullanılan yöntemdir . Merdiven mantığı röleleri
sembolize etmek amaçlı geliştirilmiştir . Bir Plcde temel programlama yöntemi olarak ladder mantığının
seçilmesi mühendislerin ve satıcıların eğitimi konusunda harcanacak zamanı azaltmaktadır .
Modern kontrol sistemleri hala röleleri kullanmaktadır , ancak bunlar nadiren kontrol amaçlıdır .
Programlama :
İlk PLCler röle mantığı üzerinde çalışan bir teknikle programlanmaktaydı . Bu sayede bir bilgisayarın
(!) nasıl programlanacağını mühendislere, teknisyenlere ve elektrikçilere anlatma ihtiyacı ortadan
kalkmış oldu . Bu yöntem sabit kalmış ve bugün de bir PLCnin programlanamsında en çok kullanılan
yöntem olmuştur . Örnekteki şekilde ladder programlaması görülmektedir . Sol taraf canlı uç , sağ
tarafsa nötr uç olarak tanımlanabilir . Şekilde iki basamak görülmektedir . Her basamakta 2 giriş ve bir
çıkış var . Eğer girişler doğru şekilde açılıp kapatılırsa enerji , girişler üzerinden çıkışa doğru akar ve
en sonunda nötr hatta ulaşır . Girişler herhangi bir tipte sensor ( algılayıcı ) veya switch ( anahtar )
olabilir . Çıkışlar ise lamba veya motor gibi harici elemanlardır . Üstteki satırda girişler normalde açık
ve normalde kapalı olarak serilenmiştir . Eğer A girişinde enerji var ve B girişinde yoksa bu durumda ,
enerji bu girişler üzerinden akarak çıkışa ulaşır ve onu etkinleştirir . Bunun haricindeki diğer tüm
kombinasyonlar X çıkışını kapalı hale getirir .
Şekildeki ikinci satır daha karmaşıktır . Y çıkışının aktif olabilmesi için çoklu giriş kombinasyonları
bulunmaktadır . Satırın sol tarafında enerjinin orta noktaya kadar akabilmesi için C nin 0 ve D nin 1
olması gereklidir . Aynı şekilde E ve F nin 1 olması da bu önermeyi sağlar . Yarı yola kadar enerjinin
gelebilmesinin koşullarının bu şekilde sağlanmasından sonra G veya H nin de birisinin şartı sağlaması
ile enerji Y çıkışına aktarılabilir .
Kullanılan en eski tekniklerden birisi de mnemonic komut tekniğidir. Assembly diline benzeyen bu
teknik ile ilgili bir örnek aşağıda verilmiştir .
Satır 0000’da LDN komutu , 0001 nolu giriş içindir . Eğer bu giriş sıfır ise PLC bu şartı 1 olarak kabul
eder . Satır 0001 ‘de LD 0002 komutuyla da , 0002 nolu girişin durumuna bakar . Eğer bu giriş lojik 1
ise , şart da 1 olur . Bir alt satırda da PLC nin hafızasına yazdığı bu son 2 şart durumu AND
komutuyla “ve” lenir . Ve sonuç hafızaya yazılır . Artık hafızada kayıtlı bir durum vardır . Satır 3,4 ve 5
te bu işlemler tekrarlanır . Oradan da hafızaya bir adet durum kaydı yapılır . Son halde hafızada kayıtlı
2 durum vardır . 6. satırda ise bu iki durum OR komutuyla toplanır . Çıkan sonuç 7 numaralı satırdaki
ST komutuyla 00107 numaralı çıkışa yazdırılır .
Şekildeki ladder programı , üstte yazılan mnemonic programın eşdeğeridir. Yazılımlar sayesinde her
iki türdeki programlar birbirlerine kolayca çevrilebilmektedir .
Sequential Function Charts (SFC) bir başka programlama yöntemidir . Bunu ardışık fonksiyon
diyagramları olarak çevirebiliriz . Bu yöntem daha gelişmiş sistemlerin programlanması amacıyla
geliştirilmiştir . Akış diyagramına çok benzer ama çok daha fazla güçlüdür . Şekildeki örnek 2 farklı iş
yapmaktadır . Diyagramı okumak için en başta start yazan kısıma gelinir . Onun altında 2 çizgi vardır .
Bunun anlamı her iki yolun da izleneceğidir . Yani PLC starttan sonar her iki dalı da ayrı ayrı ama aynı
zamanda işleyecektir . Sol hatta iki fonksiyon var . Birincisi power-up fonksiyonudur . O bitince
peşinden power-down gelir .
Aynı anlarda sağ tarafta flash adlı fonksiyon çalışır . Bu fonksiyonlar belirsiz gibi durmakta , ancak
her bir fonksiyonun içinde bir grup ladder çalışmaktadır . SFC , normal akış diyagramının tek bir yol
izlemesinin aksine aynı anda farklı yollar izlemesinden ötürü büyük bir farklılık arzetmektedir .
Structured Text Programing ( Yapısal Metin Programlama ) denen yöntem daha modern programlama
dili olarak geliştirilmiştir . BASIC gibi basit dillere gayet benzemektedir . Basit bir örnek aşağıdaki
şekilde görülmektedir .
Örnekteki N7:0 PLC hafıza konumu “integer” sayılar için kullanılmaktadır .
Programın ilk satırı , N7:0 hafıza konumuna sıfır değerini gönderir . İkinci satırında ise N7:0
adresindeki hafızanın içeriğini alır , 1 ekler ve tekrar aynı konuma yeni değeri gönderir . Bir sonraki
satır döngünün sonlanıp sonlanmadığını kontrol eder . Eğer N7:0’ın içeriği 10 sayısına eşit veya
ondan büyük ise döngüden çıkılır , aksi takdirde REPEAT komutunun olduğu satıra geri dönülür .
Yani programın bu döngünün içinden geçtiği her defada N7:0 adresinin içeriği 10 sayısına ulaşana dek
1 artırılır .
TARAMA
Bir proses PLC tarafından kontrol edildiği zaman , PLC sensorlardan gelen giriş sinyal bilgilerinin
kullanarak çıkışları sürer . Bu proses zamanla değişen gerçek bir işlemdir . Aktüatörler , sistemi yeni
durumlara ve yeni modlara çevirir . Bunun anlamı , bir kontrolörün var olan sensorlerle sınırlı oduğudur
. Eğer bir yerde herhangi bir sensor yoksa , o zaman o yerle ilgili koşulları öğrenme imkanımız da
yoktur .
Kontrol döngüsü sürekli devam eden bir devir daimdir . Bu devir daim ; girişlerin okunması , programın
yürütülerek hesaplamaların yapılması ve çıkışların programa göre değiştirilmesidir . Bunların hepsi
birarada olmaz . Aşağıdaki şekilde bir PLCnin basit ve temel işlem periyotu görülmektedir .
Enerji ilk verildiğinde PLC donanımın tam olarak uygun olup olmadığını control etmek amacıyla sanity
denilen ve sağlama yapmak anlamına gelen işlemi yapar . Eğer donanımda bir problem varsa PLC
durur ve hata olduğunu gösteren bir sinyal verir . Örneğin , eğer PLC yedekleme bataryası enerji
seviyesi düşük olup enerji kaybolursa bellek bozulur ve bu da fault( hata) ya neden olur . Eğer PLC
donanımı bu testten geçerse , PLC ilk iş olarak tüm girişleri okuyacaktır . Bütün bu girişlerin değerleri
bellekte bir yere kayıt edildikten sonra , PLC ladder programını tarayıp çözer . Bu esnada ladderda
geçen girişler için önceden kayıt ettiği değerleri kullanır . O anda herhangi bir girişin durumu değişebilir
. Bu dikkate alınmaz , dikkate alınan o giriş için taramanın başında kayıt edilen değerdir . Bu sayede
ladder programının işletilmesi sırasında meydana gelecek giriş değerleri değişimin bir takım mantıksal
problemlere yol açması önlenmiş olur . Bu yeni değer ikinci taramada zaten güncellenecektir . Üstelik
tarama hızı çok yüksek olduğundan ( milisaniyeler mertebesinde ) sanki devamlı bir okuma
yapılıyormuş gibidir . Ladder programının taranması bittikten sonar çıkışlar taranır , yani programa
gore çıkış değerleri değiştirilir . Daha sonra system tekrar donanım test işlemine başa dönerek bu
döngüyü sürdürür . Diğer bilgisayarların tersine , PLC lerde tüm program her taramada işletilir . Daha
önceden de belirtildiği gibi taram süresi , her ne kadar yazılan programın boyutlarına bağlı olsa da
milisaniyeler mertebesindedir .
CEVAP ZAMANI :
Toplam cevap süresi bir PLC satın almak istediğimizde gözönünde tutmamız gereken bir ilkedir . Tıpkı
insane beyni gibi , bir PLC de herhangibir değişime tepki göstermek için belli bir süreye ihtiyaç duyar .
Belli bir sure bir resme baktıktan sonra , aniden boş bir duvara baktığınızda duvarda hala eski resmin
silüetini görürsünüz . Gözlerinizi sensorler gibi düşünün . Gözle r, beynin giriş devresine bağlıdır .
Beyindeki giriş devreleri , yeni birşeyler gördüğünüzü anlayabilmek için belli bir zamana ihtiyaç duyar .
( Alkol aldığınızda bu süre daha da uzar ) . Ve en sonunda da beyniniz yeni bir şeyler gördüğünüzü
algılar ve verileri işleyerek ağzınıza , mesela bir söz söylemesi için emir gönderir .
Dikkat edersek burada 3 şeye tepki verdik .
Giriş : Gözlerden gelen giriş bilgilerinin anlaşılması için gereken süre
İşlem Yürütme : Bu bilgiler(resim) hakkında beynin işlemler yapıp ağıza bilgiler göndermesi
gereken süre
için
Çıkış : Ağızın yani çıkışın bu sözleri söyleyebilmesi için gereken süre
PLC DONANIMI
Giriş :
Tek bir PLC üreticisi firmadan bile çok değişik şekillerde PLC konfigürasyonları elde etmek
mümkündür . Fakat hepsinde ortak kavramlar ve elemanlar vardır .
Güç Kaynağı : PLC nin içinde gömülü veya harici olabilir .
PLC için gerekli olan gerilim seviyeleri 24 V DC , 120 Vac ve 240 Vac
CPU (Central Processing Unit)
Merkezi İşlemci Birimi : Ladder programının saklandığı ve işletildiği bilgisayar bölümü
Rack (Çekmeceler): Kartların yerleştirildiği slotların bulunduğu modül. Gerektiğinde birden fazla
çekmece birbirine bağlanabilir .
Gösterge ışıkları: Bu göstergeler , PLC’nin durumuyla ilgilidir . Beslemenin varlığı , aletin çalışma
modunda veya arıza durumunda olduğunu gösteren ledlerden oluşur. Bir problemin kaynağını araken
bu göstergeler gereklidir .
I/O (Input/Output)
Giriş/Çıkış Birimleri :
- PLCye bağlanan giriş/çıkış birimleri . Bu sayede PLC süreçi izleyerek , müdaheleler edebilir .
DC GİRİŞLER (Dijital Girişler DC)
Tipik olarak DC giriş modülleri 5,12,24 ve 48 voltta çalışabilmektedirler. DC giriş modülleri PNP
(sorce/kaynak ) veya NPN(sink) transistor tipteki cihazları bağlayabilmemize müsaade ederler . Eğer
sıradan bir anahtar ( mesela , puşbuton) kullanıyorsak NPN veya PNP şeklinde bağlamak farketmez .
Ayrıca şunu da hatırda tutmak gerekir ki bir çok PLC markası , aynı module hem PNP hem de NPN
bağlantıyı kabul etmez . Bir sensor alırken ( optic göz , yaklaşım şalteri ) elemanın çıkış
konfigürasyonuna dikkat etmek gerekir . İki tip bağlantı arasındaki temel fark , yükün toprağa mı yoksa
pozitif gerilime mi anahtarlanacağı mı noktasındadır . NPN tipi sensorde yük toprağa , PNP de ise
pozitif gerilime yönlendirilir .
NPN sensörde sensörün bir çıkışını PLC girişine , d,ğer çıkışını da güç kaynağının toprağına bağlarız .
Eğer sensor PLC ile aynı güç kaynağından beslenmiyorsa her iki toprağı da birleştirmeliyiz . NPN
sensörler çoğunlukla Kuzey Amerika’da kullanılmaktadır .
Bir çok mühendis PNP tipinin daha iyi (güvenli )olduğunu söylemektedir , çünkü yük toprağa
yönlendirilmektedir.
PNP tip sensörlerde , sensörün bir çıkışını pozitif gerilime , diğer çıkışını da PLC nin dijital girişine
bağlarız . Eğer sensor PLC ile aynı kaynaktan beslenmiyorsa her iki V+’yı birbirine bağlamalıyız . Bu
tip sensörler en çok Avrupa’da kullanılmaktadır .
Sensörün içinde , transistor tıpkı bir anahtar gibi davranmaktadır . Sensörün dahili devresi , hedef
“ var iken “ çıkış tranzistörünün iletime geçmesini ister . Tranzistor böylece , yukarıda gösterilen iki uç
arasında devreyi kapatır . ( V+ ve PLC giriş uçları )
Kullanıcının görebileceği terminaller sadece COMMON , GİRİŞ 0000 , GİRİŞ 0001 VE GİRİŞ xxxx dir .
COMMON terminali hem V+ ya hem de toprağa bağlanabilir . Nereye bağlanacağı sensörün tipine
gore belirlenir . NPN sensor kullanılırken , bu terminal V+’ya , PNP tip sensor kullanılırken ise 0 Volta
(toprağa) bağlanır .
Sıradan bir switch ( örneğin , limit siviç , yaylı buton , envertör buton gibi ) aynı yöntemle bağlanabilir .
Switchin ( anahtarın) bir tarafı direk olarak V+’ya bağlanır . Diğer tarafı ise PLC giriş ucuna bağlanır .
Bu durumda COMMON ucu 0 Volta yani toprağa bağlanacak demektir . Eğer COMMON ucu V+’ya
bağlanırsa , bu durumda da anahtarın bir ucunu 0Volta(toprağa) diğer ucunu da PLC girişine bağlarız .
Optokuplörler , PLCnin dahili devrelerini girişlerden izole etmek için kullanılırlar . Bu , herhangi bir
elektriksel gürültünün dahili devrelere zarar verme ihtimalini ortadan kaldırır . Optokuplörler, elektriksel
sinyalleri önce ışık sinyallerine daha sonra da bu ışık sinyallerini tekrar elektrik sinyallerine çevirirler .
AC GİRİŞLER (Dijital Girişler AC)
Buraya kadar DC girişlerin nasıl çalıştığını anladık . Şimdi de AC girişlerin nasıl çalıştığına bakalım .
Bilindiği gibi AC gerilim kutupsuzdur .Yani dikkat edilmesi gereken hiçbir pozitif ve negative taraf
yoktur . Ancak , Ac gerilim dikkatsiz çalışıldığında çok tehlikeli olabilir . Tipik olarak 24 , 48 , 110 ve
220 volt gerilimlerde çalışan AC giriş modülleri bulmak mümkündür
AC giriş modüllerinin kullanımları DC modüllere göre daha azdır. Bunun nedeni , günümüz
sensörlerinin normal olarak transistor çıkışlı olmasıdır . Bir transistor AC gerilim altında çalışmaz.
Genellikle AC gerilim herhangi bir anahtar üzerinden yönlendirilirler .Eğer uygulamamızda bir sensor
varsa bu çok büyük ihtimalle DC gerilimde çalışıyordur .
Normal olarak bir AC cihazı giriş modülümüze yukarıdaki gibi bağlarız . Genel olarak AC canlı uç
anahtara , nötr uç da PLC common (ortak) ucuna bağlanır . AC toprak ucu ( eğer varsa 3. uç ) PLC
panosunun pano toprağına bağlanmalıdır .Tıpkı DC lerde olduğu gibi AC bağlantılar da renklerle
kodlandırılır . Bu kodlamalar ülkeden ülkeye değişmektedir . Amerika’da beyaz nötr , siyah canlı uç ve
yeşil de topraktır . Avrupa’da ise canlı uç kahverengi , nötr uç mavi ve toprak ise sarı/yeşildir .
Kullanıcının erişebileceği terminaller sadece COMMON ,GİRİŞ 0000 ve GİRİŞ xxxx dir … COMMON (
Ortak ) uç nature bağlanır .
Sıradan bir switch ( örneğin , limit siviç , yaylı buton , envertör buton gibi ) giriş terminallerine direk
olarak bağlanabilir . Anahtarın bir tarafı direk olarak GİRİŞ xxxx’ e bağlanır . Diğeri ise AC canlı uça
bağlanır .Burada COMMON terminalinin nature bağlanmış olduğunu kabul ediyoruz .
Optokuplörler DC giriş modüllerinde de anlatıldığı gibi PLCnin giriş devrelerini korumaya yaramaktadır.
Son olarak, normalde bir AC girişin PLC tarafından görülmesi işlemi DC girişin görülmesinden daha
uzun süre almaktadır . Birçok durumda u programcı için çok önemli değildir . Çünkü bie AC giriş
elemanı aslında mekanik bir cihazdır , ve mekanik cihazlar da zaten görece olarak çok yavaştırlar
.Genellikle bie AC girişin görülmesi , sinyalin uygulanmasından 25 ms veya daha uzun bir süre sonra
olmaktadır . Bu gecikme PLC dahili devresinin ihtiyaç duyduğu filtrleme işlemleri için gerekli süredir .
Hatırlanacağı üzere bir PLC nin iç devreleri DC 5 voltta çalışmaktadır .
RÖLE ÇIKIŞLAR (Dijital Çıkışlar )
En çok kullanılan çıkışlar röle çıkışlardır .Bir röle hem AC hem de DC yüklerle kullanılabilir. Yük
kelimesi çıkışlara bağlanan herşey kullanılabilir .Buna yük dememizin nedeni çıkışı birşeylerle
yüklememiz , sürmemizdir. Örneğin çıkışa direk olarak güç kaynağını bağlayın , kesinlikle çıkışlara
zarar veririz . Bu , lambayı bir tel ile değiştirmeye benzer . Bunu yaptığımızda prizden inanılmaz bir
akım çekilir ve sigortaları attırır .
Yaygın olarak kullanılan yükler , solenoidler , lambalar , motorlar ve benzerleridir .Bu yükler her
elektriksel boyutta olabilirler . Bir PLC nin çıkışına bağlamadan once daima yükün özelliklerini control
etmemiz gerekir . Çekebileceği maksimum akımın PLC çıkışlarının verebileceği sınırlar içerisinde
olduğuna dikkat etmek gerekir .Eğer sınırlar içerisinde değilse bu durumda muhtemelen PLC
çıkışlarına zarar veririz
Bazı tür yükler ise aldatıcıdır . Bu tür yüklere biz endüktif yükler deriz .Bu yüklerin enerji verildiğinde
geriye akım basma gibi bir eğilimleri vardır .Bu geriye doğru akım , sistemden ileriye doğru gerilim
atlamasına benzetilebilir .
Endüktif yüklere iyi bir örmek olarak klima cihazlarını verebiliriz . İlk çalışma anında bir anlığına
lambaların ışık şiddeti düşer . Sonra lambalar normal parlaklığına döner . Bunun nedeni klimanın ilk
çalışma anında aşırı akım çekmesidir .Bu türden bir durum PLC nin çıkış rölelerine zarar verebilir .
Yükün normalde çektiği akımın neredeyse 30 katı kadar şiddette bir akımın çekildiğini gözönüne
alın.Rölelerin zarar görmesini önlemek için diyot i varistör veya bunlara benzer elemanların
kullanıllabilir . .
Yukarıdaki şekilde çıkışların PLC rölelerine bağlantı yöntemi görülmektedir . Şekilde çıkışlar AC
beslemeye bağlanmasına rağmen , DC beslemeye de bağlanabilir .Bir röle kutupsuzdur , yani hem
AC hem de DC anahtarlayabilir . Burada COMMON güç kaynağının bir ucuna bağlanmış, diğer uç ise
yüke bağlanmıştır .Yükün diğer ucu ise PLC çıkışına girilmiştir .
Röle PLCnin içerisindedir .Devre şeması ise yukarıda gösterilmiştir . Ladder programımız bir çıkışın
aktif olmasını emrettiğinde PLC dahili olarak rölenin bobinine bir gerilim uygular . Bu gerilim karşılık
gelen kontağın kapanmasına neden olur .Kontak kapandığında da harici devremizden akacak harici
akım üretilmiş olur . Program bu çıkışın kapatılmasına dair komut gönderdiğinde ise içerideki devreye
uygulanan gerilim ortadan kalkar ve çıkış kontağı da bırakır .Yük artık açık devre olur .
TRANZİSTÖR ÇIKIŞ (Dijital Çıkışlar)
Tranzistörlerin sadece DC gerilim altında çalışabildiklerini gözönüne alarak bu modüllerin AC gerilimde
çalışamayacaklarını belirtelim .
Bir tranzistörü katıhal anahtarı olarak düşünebiliriz . Veya daha basitçe elektriksel bir anahtar da
diyebiliriz . Tranzistörlerin base(kapı) girişine uygulanan çok küçük bir akım çıkışından çok büyük
akımların akmasını yönlendirebilir .PLC işte tam bu şekilde , tranzistörün base ine küçük bir akım
uygular ve tranzistörün çıkışı kapanır .Çıkış kapandığında da PLC nin şıkışına bağlanan cihaz
enerjilenir .Yukarıda şekilde bir tranzistörün basit bir açıklaması görülmektedir .
Giriş modüllerinde daha önceden gördüğümüz gibi tranzistörler 2 tiptedir . Standart bir PLC ya NPN ya
da PNP tip çıkışlıdır .Kullanılan tranzistörlerin fiziksel tipleri ise üreticiden üreticiye değişiklik
gösterebilir . En yaygın kullanılanlar BJT ve MOSFET lerdir .A BJT tipte (Bipolar Junction Transistor)
tranzistörler MOSFET (Metal Oxide Semiconductor- Field Effect Transistor) tiplere göre daha düşük
anahtarlama yeteneğine sahiptirler (örn. Düşük anahtarlama akımı ) . Ancak BJT biraz daha yüksek
hızda anahtarlama yapabilir .
Şekilde bir dış cihazın PLC çıkışlarına nasıl bağlandığı görülmektedir .Şekidlekinin NPN tipte bir
tranzistör olduğuna dikkat edin . Eğer PNP olsaydı COMMON terminali büyük olasılıkla V+ ucuna
bağlanacak V- ise yükün bir atarfına bağlanacaktı . Bu DC tipte bir modül olduğundan çıkışın doğru
polaritede verilmesi gerekmektedir .Yukarıda , yükün bir ucu direk olarak V+ya bağlanmıştır .
Çıkış devresinin içerisinde neler olduğuna bir bakalım .Aşağıda NPN çıkışın şeması görülmektedir .
Program bu çıkışın aktif olmasına dair bir komut gönderdiğinde , dahili devre optokuplöre düşük bir
gerilim uygular . Bu gerilim LEDin ışık yaymasaına neden olur . Optokuplörün karşı tarafı bu ışığa göre
değişen bir akım akıtır . Bu düşük akım da 0500 numaralı çıkışa bağlanmış olan tranzistörün base ine
gider . Böylece , COM ile 0500 terminalleri arasına ne bağlamışsanız o eleman aktif olur . Program
0500 numaralı çıkışın kapanmasını isteyen bir veri gönderdiğinde LED ışık yaymayı durdurur ve bu 2
terminal arasına bağlanmış çıkış cihazı da kapanır.
Burada anlaşılması gereken önemli bir nokta da , tranzistörlerin röleler kadar büyük yükleri
anahtarlayamamasıdır .PLC üretici firmanın belirttiği özelliklere bakarak tranzistör çıkışlı bir modülün
sürebileceği en büyük yük değerini bulabilirsiniz . Eğer ihtiyacınız olan yük akımı çıkış modülünün
sınırlarının dışındaysa bu durumda PLC çıkışlarına harici röleler bağlamanız gerekir .Daha sonra da
bu röleleri daha büyük yüklere bağlayabilirsiniz . O halde neden direk olarak hep röle çıkışlı modüller
kullanmıyoruz ? Bunun nedeni , röleli çıkışların her zaman her uygulamada doğru seçim olmamasıdır
Özert olarak tranzçstör hızlı uzun ömürlü ama buna rağmen düşük akım anahtarlayabilen ve sadece
DC gerilim altında çalışabilir . Röleler ise yavaş ancak yüksek akımlar sürebilen , kısa ömürlü ancak
hem AC hem de DC gerilimde çalışabilirler . Uygulamaların ihtiyaçlarına göre seçimler ve tercihler
yapılır .
ANALOG GİRİŞLER VE ÇIKIŞLAR
Giriş:
Bir analog değer kesikli olmayan sürekli bir değerdir .Daha önce gördüğümüz kontrol sistemlerindeki
giriş ve çıkışlar var/yok mantığıyla çalışan sayısal (dijital) değerlerdi .Analog sinyaller otomasyon
sistemlerinde daha az kullanılmalarına rağmen çok önemli yer teşkil etmektedirler .
ANALOG GİRİŞLER
Bir analog gerilim değerini PLC veya başka bir cihaza girmek için , bu sürekli gerilim değerini A/D
çevirici yardımıyla belirli sürelerde örneklememiz gerekmektedir . Şekilde zamana göre değişen sürekli
bir gerilimin grafiği verilmektedir .
Şekilde 3 adet örnek görülmektedir .Verilerin örneklenmesi işlemi rastgele olmaz , bu yüzden tüm
örneklemelerin bir başlangıç bir de durma zamanı vardır . Örnekleme için geçen zamana , örnekleme
zamanı denir . A/D çeviricilerin bir saniye içinde de örnekleme sayıları sınırlıdır .Örneklemeler
arasındaki zamana da örnekleme periyotu (T) ve örnekleme periyotunun tersine de örnekleme
frekansı denir ( örnekleme hızı ) .Örnekleme zamanı , örnekleme periyotundan çok küçük bir
değerdedir .Bir PLC için maksimum örnekleme hızı 20Hzdir.
Örneklenen verinin daha gerçekçi bir görünümü aşağıdaki şekilde görülmektedir .
Burada veri daha da gürültülü ve hatta veri örneğinin başında ve sonunda gerilim değerinde
değişiklikler var .Örneklenen veri değeri bu iki değer arasında bir yerlerde olacaktır .Maksimum ve
minimum gerilim değerleri kontrol donanımının değerleridir . Donanımdan donanıma değişen bu
değerler en yaygın olarak aşağıdaki gibidir .
0- 5 V
0-10V
-5-5V
-10-10V
A/D çeviricinin bit sayısı çıkış bilgisinin bit sayısıdır . Eğer çevirici 8 bit ise çıkış değeri 256 farklı
gerilim seviyesindedir . Birçok çevirici 12 bitliktir . 16 bitli çeviriciler ise hassas ölçümlerde
kullanılmaktadır.
Burada ;
V(t)=anlık gerilim değeri
τ = A/D çeviricinin örnekleme zamanı
t = zaman
t1 t2 = örnekleme başlangıç ve bitiş anları
V t1 ( ) , V t2 = örnekleme başı ve sonunda gerilim değerleri
Vmin, Vmax= A/D çeviricinin giriş gerilim sınırları
N = çeviricinin bit sayısı
Yukarıdaki şekilde tanımlanan parametreler A/D çeviricinin değerlerini hesap etmekte kullanılır .
Eğer örneklenen gerilim çok süratli değişiyorsa bu durumda aşağıdaki şekide de görüldüğü gibi yanlış
değerler okuyabiliriz .
Üstteki grafikte dalgaşekli 7 saykıl yaparken biz 9 örnek almaktayız .Alttaki grafikte ise örneklenen
değerler görülmaktedir . Örnekleme frekansı çok düşük olduğundan okunan değerler çok farklı
olmaktadır . Bu tür sorunların önüne geçmek için kural olarak örnekleme frekansı , ölçülen sinyalin
frekansının en az 2 katı kadar olması gerekir . Yukarıdaki örnekte bu kural ihlal edildiğinden ötürü
verilerimiz yanlış olamaktadır . Pratikte ise örnekleme frekansı sistem frekansının en az 4 katı seçilir .
ANALOG ÇIKIŞLAR
Analog çıkışlar girişlere göre daha basittirler. Bir analog çıkış vermek için integer bir sayı gerilime
çevrilir . Bu işlem çok daha hızlıdır ve analog girişlerin örneklenmesinde karşımıza çıkan zamanlama
problemleri burada yoktur .Ancak analog çıkışlarda kuantalama hataları olur .
Örneğin 8 bitlik ve 0 ile 10 volt arasında çıkış veren bir A/D çevirici kullandığımızı düşünelim .Burada
256 adet kuantamız ( çözünürlük ) var . 0 sayısı 0 volt olarak , 255 sayısı ise 10 volt olarak çıkışa
aktarılır .Eğer 6.234 voltluk bir değeri dışarıya göndermek istersek bu durumda o değere en yakın olan
160 sayısını göndeririz .160 sayısı ise 6.250 V değerine karşılık gelir .
Kuantalama hatası da 6.250V-6.234V=0.016 V olur .
Bir D/A çeviricinin akım çıkışı normal olarak küçük bir akım değeriyle (20 mA’in altında) sınırlıdır .Bu
değer enstrümantasyon için yeterlidir . Ancak daha yüksek akımlarda örneğin motorlar için , bir akım
yükseltecine gerek duyulur. Eğer 5 Voltluk çıkışlarda akım üst değeri aşılırsa bu gerilim düşer .Bu
yüzden mümkün olduğunca nominal gerilimi aşmamak gerekir . Eğer akım üst değeri çok uzun süre
sınırı aşan bir mertebede kalırsa , bu durumda analog çıkışa zarar verilebilir .
RS232 HABERLEŞME (Donanım)
RS-232 bir PLCnin harici bir cihazla iletişim kurmasında kullanılan yöntemlerin en yaygın olanıdır .
RS-232 asenkron haberleşme metodudur . Verilerimizi ASCII formatında gönderebilmek için ikili
sistemi (sıfırlar ve birler ) kullanırız . ASCII American Standard Code for Information Interchange- Bilgi
Alışverişi için Amerikan Kod Standartı demektir .
Bu kod insanların okuyabileceği kodları
bilgisayarların okuyabileceği kodlara (1 ve 0 lara)çevirir. Verilerin gönderilip alınabilmesi için PLC ler
üzerlerindeki seri portları kullanırlar . Bu da gerilim gönderip alarak gerçekleştirilir . Artı gerilim işaret ,
eksi gerilim ise boşluk demektir . Normal olarak +/- 15 voltta çalışılır. +/- 3 volt arası gerilim genellikle
kullanılmaz ve gürültü olarak addedilir .
Genel olarak iki tip RS232 cihaz vardır . Birincisine DTE cihaz denir. Anlamı (Data Terminal
Equipment) ve en yaygın örneği de bilgisayarlardır . Diğeri
DCE cihazıdır . DCE
Data
Communications Equipment kelimelerinin kısaltılmasıdır
ve
bu türün en yaygın örneği de
modemlerdir .Bir PLC DTE veya DCE olabilir .
PLC nin seri portunda bazı pinlere gerilim uygulanırken bazılarına da gerilim gönderilmez .Bu pinlerin
her biri özel bir amaç için ayrılmıştır .Seri portlar 2 çeşittir . 25 pinli ve 9 pinli .Pinler ve fonksiyonlar
aşağıdaki tabloda gösterilmiştir . Bu tablo PLC nin DTE cihazı olduğunu kabul etmektedir
9-PIN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
25-PIN
1
3
2
20
7
6
4
5
22
Tanımı
Çerçeve Toprağı
Veri Al (RD)
Veri Gönder (TD)
Veri Terminali Hazır (DTR)
Sinyal Toprağı
Veri Seti Hazır (DSR)
Göndermek için İstek gönder (RTS)
Göndermek için sıfırla(CTS)
Ring Indicator (RI) *sadece modemler için
Her pinin detaylı açıklaması aşağıdaki şekildedir :
•
Çerçeve toprağı- Bu bacak cihazın gövdesine dahili olarak bağlıdır.
•
Veri Al – Harici cihazdan PLC nin seri portuna gelen verinin girdiği ayak
•
Veri Gönder- Bu pin üzerinden PLC nin seri portu harici cihazlara veri gönderir.
•
Veri Terminali Hazır – Bu pin harici cihazın kontrol edilmesini sağlar . Pin lojik 1 ise harici
cihaz hiçbir şekilde veri alıp göndermez
•
Sinyal Toprağı- Veriler + veya – gerilim olarak gönderildiği için sıfır referansına ihtiyaç vardır.
•
Veri Seti Hazır - Genellikle harici cihazların bu pinleri kalıcı olarak sıfırdır . PLC bu pini harici
cihazların enerjilenip hazır olup olmadığını anlamak için kullanır.
•
Göndermek için İstek gönder – Bu pin , donanımsal el sıkışma olarak düşünülebilir .PLC ,
harici bir cihaza bilgi göndermek istediği zaman bu pini sıfıra çeker . Diğer bir deyişle bu pini
sıfırlayarak “ veri göndermek istiyorum .Hazır mısın ? “ sorusunu sorar. Harici cihaz da bu
çağrıya olumlu yanıt vermek istediğinde “Göndermek için Sıfrıla(CTS)” pinini sıfırlar . Bunu
algılayan PLC veri göndermeye başlar.
•
Göndermek için Sıfrıla - Bu pin de, donanımsal el sıkışmanın diğer parçasıdır .Yukarıda da
belirtildiği gibi harici cihaz PLC den veri alma işlemleri için hazır olduğunda bu pini sıfırlar .
•
ring indicator- Sadece PLC bir modeme bağlandığında kullanılır .
PLCniz ve harici cihazınızın her ikisi de DTE veya DCE olursa ne olur ? Birbirleriyle haberleşemezler .
Aşağıdaki resimde birbirleriyle haberleşemeyen aynı cins iki cihaz görülmektedir .
Dikkat edilirse yukarıdaki resimde birinci cihazın “Veri Al” hattı (pin 2 ) , ikinci cihazın aynı hattına
bağlanmış. Ayrıca her iki cihazın da “Veri Gönder “ hatları da birbirine bağlanmış .Bu tıpkı telleri ters
çevrilmiş bir telefonla konuşma yapmaya benzer .
Çözüm bağlantıyı aşağıdaki gibi yapmaktır . Yani çapraz bağlantı metodu . Buna null-modem kablosu
da denir .
Tüm anlatılanları özetlemek amacıyla bir haberleşme oturumunu takip edlim . Her iki cihaz da
enerjilendirilmiş ve PLC DTE olarak , harici cihaz da DCE olarak bağlanmıştır .
Harici cihaz DSR pinini aktif ederek enerjilendiğini ve orada olduğunu bildirir . PLC , RTS pinini set
ederek harici cihaza “veri almaya hazır mısın? “ sorusunu sorar .Cihaz da CTS pinini set ederek hazır
olduğuna dair yanıt verir . Bunun üzerine PLC TD terminali üzerinden verileri göndermeye başlar . Bu
veriler cihaz tarafından RD terminali üzerinden alınır .Böylelikle bir takım veri alışverişi olur . Belli bir
süre sonra harici cihaz gelen verileri yeterince hızlı işleyemez hale gelir .Bu durumda derhal CTS
terminalini sıfırlar ve bunu algılayan PLC veri göndermeyi durdurur . Cihaz hazır olduğunda tekrar CTS
terminalini set eder .PLC de kaldığı yerden tekrar veri iletmeye başlar .PLC nin gönderecek verisi
kalmadığında RTS terminalin sıfırlar . Harici cihaz da durur ve başka verileri beklemeye koyulur .
EKRANLAMA
Değişken bir manyetik alan bir iletkeni dik olarak kestiğinde , bir akım indükler. Bu akım devreler
içerisindeki dirençler nedeniyle gerilime dönüşür . Bu istenmeyen gerilimler , sensörlerden gelen
bilgilerin yanlış okunmasına ve çıkışa aktarılan sinyallerde hatalara neden olur .Buna enterferans
(girişim) ya da kısaca parazit denir . Bu parazitlenmenin önlenmesi için ekranlama yapmak gerekir .
Ekranlama ve topraklama düzgün bir şekilde yapılırsa elektriksel gürültünün etkileri ihmal edilecek
kadar düşük seviyede kalır .Ekranlama işlemi , gürültülü ortamlarda bulunan tüm dijital sinyaller ,
yüksek hızlı sayıcı ve benzeri devreler ve tüm analog sinyaller için yapılır .Gürültüyü azaltmak için iki
temel iş yapılır . Birincisi ekranlama diğeri ise twisted pairs denilen iki telin birbiri üzerinde kıvırarak bir
çift haline getirme işlemi .
Ekranlama , iletkenleri ve elektriksel ekipmanları metal bir kılıf içerisine sokmak demektir .Teller
üzerlerindeki metal bir kılıfla beraber kabloların içine konurlar . Bu metal kılıf ince film veya örgü metal
olabilir . Ekranlanmış teller istenmeyen sinyallerin akıtılmasını sağlamak amacıyla bir uçtan cihazların
gövdelerine bağlanırlar. Şekilde bir yükselticiye bağlı bir ısılçift ( thermocouple)görülmektedir .
Şekil : Bir ısılçiftin ekranlanması
Kesitten de görüleceği üzere kablonun içinde birbirinden yalıtımlı iki adet iletken tel bulunmaktadır .Her
iki tel de metal bir folyo kaplanmış ve en üstte de dış yalıtım kılıfı ile kablo tamamlanmıştır .
Teller ısılçifte gerektiği gibi bağlandıktan sonra ekran yani metal folyo sadece yükselticinin gövdesine
bağlanır . Bu gövde de daha sonra topraklanmalıdır .
Twisted pair ise bir alttaki şekildedir .İki tel küçük döngüler oluşturmak amacıyla belirli aralıklarla
kıvrılmaktadır . Her kıvrımda döngünün yönü değişir ve bu sayede her iki kıvrımda bir endüklenen
akımlar birbirini yok eder .
Şekil Twisted Pair kablo
Ekranlamayı dizayn ederken aşağıdaki noktalara dikkat edilirse elektromanyetik girişimin yarattığı
negative etkiler azaltılmış olur .
• Mümkün olduğunca elektriksel gürültü yaratan ekipmanlardan kaçının .
• Elektronik kontrol devrelerini topraklayacak metal bir kabin seçin .
• Ekranlı ve Twisted Pair tipi kablolar kullanın.
• Yüksek akım taşıyan kablolar ile AC ve DC kabloları birbirinden ayrı tutun.
• Dijital giriş/çıkışlarda source ve sink gibi akım metotlarını kullanın.
• Yüksek frekanslı gürültüleri yok etmek için yüksek frekans filtreleri kullanın.
• Güç kaynağınca oluşturulabilecek parazitleri ortadan kaldırabilmek için besleme hattına filtre koyun.