ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK VE UYGULAMALARI Yrd.Doç.Dr.LALE ÖZYILMAZ

ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK NEDİR? Endüstriyel sistemlerin kontrol edilmesine yönelik elektronik düzenlerin tasarımı, gerçekleştirilmesi ve ilgili yöntemler endüstriyel elektronik olarak adlandırılır. Genel olarak endüstriyel bir sistemde iki şekilde kontrol işlemi yapılır. 1- Kapalı çevrim kontrol sistemi : Girişindeki kumanda ya da kontrol işareti, çıkış işaretine ya da çıkış işaretinden üretilen bir işaretle, bir referans işaret arasındaki farka ya da bunların toplamına bağlı olan kontrol sistemidir. Bu sistemlere geri beslemeli kontrol sistemleri de denir. 2- Açık çevrim kontrol sistemi : Girişindeki kumanda ya da kontrol işareti çıkıştan (kontrol edilen büyüklükten) bağımsız olan kontrol sistemidir.

ELEKTRONİK KONTROL SİSTEMİ Set Değeri Kontrol Ünitesi Kuvvet- lendirici ADC DAC Yük Algılayıcı

GÜÇ KAYNAKLARI Güç kaynağı, bir sistem ya da düzeneğin gereksinimi olan enerjiyi sağlamak için kullanılan birimlerdir. Lineer Güç Kaynakları Anahtarlamalı Güç Kaynakları

GERİLİM REGÜLASYONU-1 Elektronik devrelerin besleme gerilimleri alternatif gerilimlerin “doğrultulması” ile elde edilmektedir. Genel olarak ortalaması “0” olan bir işaretten ortalama değeri 0’dan farklı bir işaret elde edilmesine doğrultma denir. Alternatif gerilimi doğru gerilime çeviren ve gerekli regülasyonu sağlayan düzeneğe ilişkin blok aşağıda görülmektedir.

GERİLİM REGÜLASYONU-2 Gerilim regülasyonu, çıkıştaki yük üzerindeki gerilim değerinin, yük ya da şebeke gerilimi değişse bile sabit kalmasıdır. Gerilimi sabitleştirmek için kullanılan devrelerin en basiti zener diyot kullanılarak gerçekleştirilen düzendir .

GERİLİM REGÜLASYONU-3 Yüke daha fazla akım sağlayabilmek için transistörlü gerilim regülatörü kullanılır.

ANAHTARLAMALI GERİLİM REGÜLATÖRÜ -1 • Yapıları doğrusal (lineer) regülatörlere göre daha karmaşık ve zordur. Bu nedenle maliyetleri daha yüksektir. • Yük akımlarında ve giriş gerilimlerinde meydana gelen değişimleri algılama ve tepki verme süreleri daha uzundur. • Anahtarlamalı güç kaynaklarının verimleri diğer güç kaynaklarına nazaran oldukça yüksektir. • Doğrusal regülatörlerde; regülesiz giriş gerilimi daima çıkış geriliminden büyük olmalıdır. Anahtarlamalı regülatörlerde ise çıkış gerilimi girişten büyük yapılabilmektedir.

ANAHTARLAMALI GERİLİM REGÜLATÖRÜ -2

PWM (Pulse Width Modulation) (Darbe Genişlik Modülasyonu)

SENSÖRLER Fiziksel ortam değişikliklerini (ısı, ışık, basınç, ses, vb.) algılayan elektronik elemanlara sensör denir. Sensörlerden alınan veriler elektrik sinyaline dönüştürüldükten sonra elektronik devrelere uygulanır Tüm otomatik işlemlerde üretimin akışı ve makine hareketlerinin, geri besleme bilgisi olarak denetleyici birimlere aktarılması için sensörlere kesinlikle gerek vardır. Sensörler konum, seviye, sıcaklık, basınç v.b. bilgileri verirler veya darbe iletici olarak görev yaparlar.

SENSÖR SEÇİMİNDE KULLANILAN ÖLÇÜTLER-1 Duyarlılık: Girişteki bir değişim sonucunda çıkışın ne ölçüde değiştiğini tanımlar. Doğrusallık: Bir eğrinin bir doğru çizgiye ne kadar yakın olduğunun ölçüsüdür. Çalışma Aralığı: Cihazın doğru şekilde çalışacağı çalışma sınırlarını tanımlar. Tepki Süresi: Uygulanan bir giriş için çıkışın oluşması için geçen süredir.

SENSÖR SEÇİMİNDE KULLANILAN ÖLÇÜTLER-2 Doğruluk: Doğruluk, ölçümlerin gerçek değere göre ne kadar kesin veya doğru olduğunu belirler ve ölçüm cihazının uygunluğunu belirlemek amacıyla kullanılır. Tekrarlanabilirlik: Aynı çalışma koşulları altında ve aynı giriş için ikinci bir ölçümün birinciye ne kadar yakın olduğunu tanımlar. Çözünürlük: Sensör çıkışında değişime neden olmayan, ölçülen değerdeki maksimum değişim miktarıdır.

SENSÖR ÇEŞİTLERİ Sensör çeşitlerinden bazıları: Isı Sensörleri Optik Sensörler Basınç Sensörleri Uzaklık (mesafe) Sensörleri

ISI (SICAKLIK) SENSÖRLERİ Ortamdaki ısı değişiminin algılanmasını sağlayan sensörlerdir. Birçok maddenin elektriksel direnci sıcaklıkla değişmektedir. Sıcaklığa karşı hassas olan maddeler kullanılarak sıcaklık kontrolü ve sıcaklık ölçümü yapılır. Sıcaklık ile direnci değişen elektronik malzemelere; term (sıcaklık), rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan termistör denir. Termistörler ikiye ayrılır ; Sıcaklıkla direnci artan termistöre PTC, sıcaklıkla direnci azalan termistöre de NTC denir.

PTC (Positive Temperature Coefficient) Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci artan devre elemanıdır. PTC’ler -60 ºC ile +150 ºC arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışır. 0.1 ºC’ ye kadar duyarlılıkta olanları vardır.

NTC (Negative Temperature Coefficient) Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır. NTC’ler -300 Cº ile +50 Cº arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışırlar. 0.1 Cº’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır.

ISILÇİFT (THERMOCOUPLE) Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir hareketlenme meydana gelir. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık göstermektedir. Bu, maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. İletkenlerin bu farklarından yararlanarak sıcaklık ölçümü yapılabilir. İki farklı iletkenin birer uçları birbirine kaynak edilip ya da sıkıca birbirine bağlanıp boşta kalan uçlarına hassas bir voltmetre bağlandığında, birleştirilen uç ısıtılırsa, sıcaklıkla orantılı olarak voltmetrede mV’lar mertebesinde bir gerilim elde edilir. Elde edilen gerilimin değeri kullanılan metallerin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır.

OPTİK SENSÖRLER Işık etkisi ile çalışan optik elemanlardır. Bazı Çeşitleri: Foto direnç Foto diyot Foto transistör

FOTO DİRENÇ (LDR-LIGHT DEPENDENT RESISTOR ) Üzerine ışık düştüğünde direnci azalan, karanlıkta ise yüksek direnç gösteren devre elemanına foto direnç denir. Işık değişimi ile kontrol edilen devrelerde kullanılabilir.

FOTO DİYOT Üzerine ışık düştüğünde katotdan anota doğru akım geçiren elemanlara foto diyot denir. Foto diyotlar ışık etkisi ile ters yönde iletken olan diyotlardır. Ters polarma altında kullanılır. Doğru polarmada normal diyotlar gibi çalışır, ters polarmada ise N ve P maddelerinin birleşim yüzeyine ışık düşene kadar yalıtkandır. Birleşim yüzeyine ışık düştüğünde foto diyot üzerinden akım geçer.

FOTO TRANSİSTÖR Fototransistörler, elektrik akımını ışık ile kontrol eden devre elemanlarıdır. Fototransistörün çalışma prensibi, yarıiletkenler üzerindeki ışık etkisinin bir sonucudur. Gerilim uygulanmış bir yarıiletken üzerine uygun dalga boyunda bir ışık düşürüldüğünde + ve - yüklü tanecikler oluşur ve devre üzerinden akarlar. Bu akma miktarı, uygulanan ışık miktarına bağlıdır. Bu şekilde ışık miktarı ile orantılı bir elektrik akımı elde edilir.

BASINÇ SENSÖRLERİ Her türlü fiziki kuvvet ve basınç değişimini algılayan ve bu değişimi elektriksel sinyale çeviren elemanlara basınç sensörleri denir. Çeşitleri: Kapasitif basınç ölçme sensörleri Strain gage (şekil değişikliği) sensörler Load cell (yük hücresi) basınç sensörleri

KAPASİTİF BASINÇ ÖLÇME SENSÖRLERİ-1 Kondansatörlerin yük depolayabilme kapasiteleri kondansatör plakalarının boyutlarına, bu plakalar arasındaki mesafenin uzaklığına ve iki plaka arasındaki yalıtkan malzemenin özelliğine bağlıdır. Kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya da yakınlaşırsa kondansatörün kapasitesi değişir. Bu prensipten hareketle kapasitif basınç sensörleri üretilmiştir.

KAPASİTİF BASINÇ ÖLÇME SENSÖRLERİ-2

LOAD CELL VE STRAIN GAGE BASINÇ SENSÖRLERİ Yük hücresi (load cell) ve şekil değişikliği (strain gage) sensörlerinin çalışma prensibi, yapılarında kullanılan dirençlerin değerlerinin basınca bağlı olarak değişmesi ve bu değişim ile orantılı olarak da basınç miktarının tespit edilmesine dayanır. Esneyebilen bir tabaka üzerine ince bir telin veya şeridin çok kuvvetli bir yapıştırıcı ile yapıştırılmasından oluşturulurlar. Üzerindeki basıncın etkisinden dolayı tabakanın esnemesi, iletken şeridin de gerilerek uzamasına sebep olur. Bu uzama esnasında telin boyu uzayarak kesiti azalır. İletkenlerin kesiti azaldıkça dirençleri artacağından uygulanan kuvvete bağlı olarak iletkenin direncinde değişme meydana gelir. Bu direnç değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin miktarını tespit edilebilir.

ULTRASONİK SENSÖR Ultrasonik sensörlerin çalışma prensibi 2 aşamaya dayanır: 1- Ultrasonik verici tarafından gönderilen ultrasonik ses dalgalarının karşılaşılanan herhangi bir engele çarpıp yansıması 2- Ultrasonik alıcı tarafında ise yansıyan ses dalgalarının alınması

ENCODER Encoder döndükçe birbiri ile faz farkı olan iki darbe üretir. Ayrıca bir turun tamamlandığını belirten bir işaret çıkışı daha vardır. Bir dönme turundaki darbe (pulse) sayısı önemlidir. Bundan yararlanarak hız ve mesafe ölçümü yapılabilir.

ANALOG DİJİTAL (SAYISAL) ÇEVRİCİLER-1 Elektriksel, mekanik veya herhangi bir fiziksel sistemden alınan işaretler büyük bir çoğunlukla sürekli zamanlı Analog işaretlerdir. Bu işaretlerin sayısal sistemlerde işlenmesi için genlik ve zaman bakımından kuantalanması yani sayısal sözcükler haline getirilmesi gerekir. Bu işlemi yapan devrelere (ADC: Analog Digital Converter) Analog-Digital (A/D) Çeviriciler denir.

ANALOG DİJİTAL (SAYISAL) ÇEVRİCİLER-2 ADC’ler giriş genlik bilgisini belli aralıklarda örnekleyerek, bir referans genliği ile arasındaki oranı eş zamanlı olarak sayısal bir formda çıkışa aktaran yapılardır. ADC kuantalama ve kodlama işlemleri ile sonuç üretir. ADC’ nin hassasiyetini etkileyen iki önemli faktör vardır: Örnekleme Frekansı Bit Sayısı

ANALOG DİJİTAL (SAYISAL) ÇEVRİCİLER-3

PARALEL TİP ADC

DİJİTAL (SAYISAL) ANALOG ÇEVİRİCİLER 1 ve 0 gibi dijital bilgileri giriş olarak alan ve çıkışında giriş değerlerindeki değişime göre farklı değerlerde akım veya gerilim üreten devrelere veya entegrelere dijital analog çevriciler ve bu dönüştürme işlemine de dijitalden analoga çevirme işlemi adı verilir.

DAC DEVRESİ (AĞIRLIKLI DİRENÇ YÖNTEMİ)

ADC VE DAC İÇİN KAVRAMLAR-1 LSB:Binary (ikili) sayılar yazılırken en sağdaki basamak en düşük değerlikli bit LSB (Least Significant Bit) olarak adlandırılır. Dönüşüm sırasında analog çıkış üzerindeki değer değişimine en az etkili olan dijital değerdir. MSB : En soldaki basamağa en yüksek değerlikli bit MSB (Most Significant Bit) adı verilir. Dönüşüm sırasında analog çıkış üzerindeki değer değişimine en fazla etkili olan dijital değerdir.

ADC VE DAC İÇİN KAVRAMLAR-2 Tam Skala (Full scala) Dijital analog çeviricilerde giriş olarak kullanılan bit’lerin hepsinin 1 olması durumuna tam skala (Full scala ya da FS) denir. Giriş olarak verilen tüm bit’ler anlamlandırıldığı için çıkış gerilimi veya akımı maksimum değerde olacaktır. ADC için de örneklenecek maksimum büyüklüktür. Çözünürlük (Resolution) Analog işaretin kaç bit ile ifade edildiği önemlidir. Çözürürlük = 2N ile tanımlanır. N= Bit sayısı

ADC VE DAC İÇİN KAVRAMLAR-3 Adım Büyüklüğü (Çözürürlük Adımı, Kuantalama Adımı) Örneklenecek maksimum büyüklük = VFS Çözünürlük = 2N olmak üzere Adım Büyüklüğü = 1LSB = VFS / 2N Çevrim Süresi ADC’ nin çıkış kodunun ondalık değeri x (1/ fC) fC = örnekleme (sayıcı) frekansı

ÖRNEK Tam skala gerilimi 16 V olan 6 bitlik bir ADC nin a) Çözünürlüğünü hesaplayınız. b) Kuantalama adımını hesaplayınız. c) ADC ye 11 V luk giriş gerilimi uygulanması durumunda çıkış kodunu bulunuz. d) 11 V luk giriş gerilimine karşı gelen çıkış kodunun oluşması için geçen süre (yani çevrim süresi) 0,11 mS olduğuna göre ADC nin sayıcı frekansını hesaplayınız. ÇÖZÜM: a)       26 = 64 b)       Kuantalama adımı = 16 V / 26 = 0,25 V c)       (11 x 64) / 16 = 44 Çıkış Kodu = ( 101100 ) 2  d) fC = 44 / çevrim süresi = 0, 4 MHz.

PLC-1 (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) PLC’ler Endüstride kullanılmak üzere tasarlanmış, Sayısal prensiplere göre yazılan fonksiyonu gerçekleyen, Bir sistemi ya da sistem gruplarını giriş çıkış kartları ile denetleyen, İçinde barındırdıkları zamanlama, sayma, saklama ve aritmetik işlem fonksiyonları ile kontrol sağlayan elektronik cihazlardır.

PLC-2 (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Daha kolay ve güvenilirdirler. Modüler yapılarından dolayı yeni bir uygulamaya daha çabuk adapte olurlar. Kötü çevre şartlarından kolay etkilenmezler. Hazır fonksiyonları kullanma imkanı vardır. Giriş ve çıkışların durumları izlenebilir.

PLC SEÇERKEN NELERE DİKKAT EDİLMELİ? Giriş/Çıkış Sayısı Giriş/Çıkış Tipleri Besleme gerilimi Yazılabilecek maksimum komut sayısı Eklenebilir modüllerle giriş/çıkış sayısının artırılması

PLC DONANIMI

PLC YAZILIMI

PLC YAZILIMI

TEŞEKKÜRLER ... Yrd.Doç.Dr. LALE ÖZYILMAZ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK ve HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ www.yildiz.edu.tr/~ozyilmaz ozyilmaz@yildiz.edu.tr