GİRİŞ

1.1 PROGRAMLANABİLİR LOJİK DENETLEYİCİNİN TANIMI

Bu günün rekabet dünyasında, bir işletmenin sağlam temellere otura bilmesi

için, verimli, mali açıdan etkin ve esnek olması gerekir. İmalat ve işletme

endüstrilerinde, bu durum endüstriyel kontrol sistemlerine olan talebin artmasıyla

önem kazanmıştır. Çünkü otomatik kontrol sistemleri hız, güvenlik, kullanım esnekliği,

ürün kalitesi ve personel sayısı bakımından işletmelere çeşitli avantajlar

sunmaktadır.

Günümüzde bu avantajları sağlayan en etkin sistem PLC veya PC tabanlı

kontrol sistemleridir. PLC li denetimde dijital olarak çalışan bir elektronik sistem,

endüstriyel çevre koşullarında sağlanmıştır. Bu elektronik sistem dijital veya analog

giriş/çıkış modülleri sayesinde makine veya işlemlerin birçok tipini kontrol eder. Bu

amaçla lojik, sıralama, sayma,veri işleme,karşılaştırma ve aritmetik gibi fonksiyonları

programlama desteği sağlayıp buna göre girişleri değerlendirip, çıkışlara atayan,

bellek, giriş/çıkış, CPU ve programlayıcı bölümlerinden oluşan entegre bir cihazdır.

Tümüyle programlanabilir ilk denetleyiciler, 1968 yılında mühendislik alanında

danışmanlık yapan Bedford Associates adlı bir firma tarafından geliştirilmiştir.

(Firmanın adı daha sonra Modicon olarak değiştirilmiştir.) İlk programlanabilir mantık

denetleyici (PLC), özel bilgisayar kontrol sistemi olarak, General Motors Hydramatic

Bölümü için özel olarak tasarlanmıştır. 084 adı verilen bu ilk model üzerinde bir çok

düzenleme yapılmış ve bunun sonucu olarak 1970’lerin ilk yılları boyunca 184 ve 384

modelleri geliştirilmiştir.

Bu dönem boyunca Modicon, diğer iki modül olan 284 ve 1084 modellerini de

üretmiş ve bunları 484 modeli izlemiştir. Bu sistem, bir işlemcinin 256 giriş ve 256

çıkış denetlemesini mümkün kılmıştır.

1977’de Modicon, Gould Inc. Tarafından satın alındı. 1978 yılından, diğer

modicon PLC’lerinin birbirleri ile veri aktarımına olanak sağlayan Modbus veri devresi

tasarlandı.1980’de Modicon küçük, tek parça, düşük maliyetli ve güçlü bir PLC

sistemi olan 84 Micro’yu piyasaya sürmüştür. Bu sistem; 64 Giriş/Çıkış, sayıcılar,

zamanlayıcılar, sıralayıcılar ve matematik fonksiyonlarından oluşmaktaydı.

Yeni gelişmeler, 584M(orta boy), 584L(büyük boy), 884 ve 984 sistemlerini

geliştirmiştir. Bunlardan son ikisi 1980’lerin başında geliştirilmiştir. Bu sistemlerin

temel özelliği, geniş bir alandaki modüllerle uyumlu olmalarıdır. Bu modüller, anaolog

giriş anolog çıkış, anolog çoğullama, ince maden ve yarı iletken rölesi, TTL

uyumluluğu ve PID kontrolünü içermektedir.

Bu denetleyici sisteminden sonra PLC çalışmaları çok daha hızlı olarak

ilerlemiş özelliklere sahip sistemler geliştirilmeye çalışılmıştır;

değiştirilebilmeli,

değiştirilebilmeli ve onarılabilmeli,

olmalı.

Bütün bu özellikleri taşıyan bir programlanabilir denetleyicinin tasarlanması

zaman ve teknoloji gerektiriyordu. Nitekim 1970-1974 yılları arasında mikroişlemci

teknolojisindeki ilk gelişmelerle birlikte programlanabilir denetleyicilerin esnekliği ve

akıllılığı arttı. Kullanıcı ile iletişim, aritmetik işlemler ve veri üzerindeki işlemler gibi

işlevler PLC’lerin uygulama alanlarında yeni ufuklar açtı. Sistemin merdiven

dili(Ladder diagram) adını verdiğimiz alışıla gelmiş röle sembolleri kullanılarak

programlanabilmesi ve ekrandan takip edilebilmesi mümkün olmuştur. Aritmetik işlem

yeteneği ve daha gelişmiş komut setleri PLC’lerin nümerik veri veren sezicilerle

doğrudan kullanılmalarını sağlamıştır.

1975-1979 yılları arasında gelişmeler için yüksek bellek kapasitesi, anolog

denetimlerin belirlenmesi sayılabilir. Analog kontrol ilk sistemlerde görülen büyük

esnekliği giderip PLC’lerin yalnızca tekrarlı işlemler yapabilen cihazlar sınıfından

çıkarmıştır. Yerin belirlenmesi (position control) ve bellek kapasitesinin artması ile de

her türlü kontrol sisteminde kullanılabilme olanağını sağlamıştır. Yazılım olarak da

yalnızca merdiven dili değil Basıc, Pascal, C++ gibi yüksek seviyeli diller de

yazılmıştır.

Daha sonraki yıllarda “Bit Slice” teknolojisi ile daha hızlı ve daha yüksek

kapasiteli PLC’lerin üretilmesi sağlanmıştır. Bu ilerlemelerle birlikte kontrol

sistemlerinin birbirleri ile haberleşmesinin önemini ve zorunluluğunu ortaya

koymuştur. Bunun için haberleşme arabirimleri üretilmiş ve bu iletişim içinde olan

sistemleri kontrol eden ana PLC’ler yapılmıştır.

3

Bugün var olan kontrol sistemlerinin çoğunda PLC kullanılmakta ve gerekli tüm

işlevleri kolay ve kusursuz olarak yapabilmektedir. Ancak gelecekte kontrol

sistemlerinin zayıf oldukları bir konu olan paralel çalışmanın önem kazanması

beklenebilir. Yazılım olarak ise piyasada satılmakta olan çeşitli firmaların ürettikleri

mikrodenetleyicilerin merdiven dili gibi bilinen ve öğrenilmesi kolay olan bir program

yardımı ile kullanılabilmesi problemi önem kazanmaktadır.

Programlanabilir denetleyiciler genelde programlanabilir mantıksal

denetleyiciler(Programmable Lojic Controller(PLC)) olarak bilinmektedirler ve

endüstride her türlü kontrol ve kumanda işlerinde kullanılmaktadır.

PLC’ler genel amaçlı kullanımlarda merkezi birim (programlanabilir

denetleyicinin kendisi) ve çevre birimleri olmak üzere ikiye ayrılmaktadır.

Programlanabilir denetleyici de merkezi işlem birimi ve çevre birimlerinden oluşur.

Bununla birlikte çok özel amaçlı modüllerde vardır. PID(Proportional-Integral-

Derivative) kontrol modülü buna bir örnektir.

Anlaşılacağı gibi başlangıçta sadece basit işlemler için üretilen PLC’ler

günümüzde karmaşık sorunları da çözecek komplike bir cihaz olarak üretilmeye

başlanmıştır. Endüstride üretimi çoğalmış maliyeti düşük PLC’ler çeşitli firmalar

tarafından üretilmeye başlanmıştır. Bu firmalar Siemens, General Elektrik, Mitsubishi,

Omron gibi sıralanabilir. Tabi ki bu üretilen firmaların PLC’lerinin hepsini tek bir

kaynak altında incelemek nedenli zor olduğu anlaşılacağını umarım. Bura donanım

olarak üretici firmaların PLC’lerinin fazla bir fark yoktur. Farklılık yazılım yani

komutlarındaki farklılıklarıdır. Bu kaynakta Türkiye’de geniş kullanım alanı bulunan

Siemens’in ürettiği S7-200 serisi PLC’ler anlatılacaktır.

Her hangi bir işlemin veya işlemlerin kontrolü söz konu olduğunda, ilk adım

kontrol sisteminin tasarımından kastedilen yapılacak sıralı işlemlerin belirlenmesi

sistemi oluşturacak tüm ekipmanların seçilmesidir. İlk adım olarak kontrol sistemleri

tasarımı yapıldıktan sonra kontrol şemasının çizimi yapılır. Bu şema kontrol sistemi

içinde yer alan tüm elemanların ve bunların birbirleri ile olan bağlantılarını

göstermektedir.

Programlanabilir kontrol cihazlarının da kullanımında birinci ve ikinci adımlar

aynıdır. Sistem tasarımı yapıldıktan sonra yukarıda anlatıldığı gibi bir kontrol şeması

çizilmelidir. Her ili seçenekte de “Kontrol Şeması” kontrol sisteminin üzerine

oluşturacağı temeli bildirtmektedir.

Kontrol sisteminin belirlenmesinden ve kontrol şemasının çizilmesinden

sonraki adım ise kontrol şemasında belirtilen tüm malzemelerin temin edilmesidir. Bu

malzemelerin bazıları makine veya tezgah üzerine, bazıları da kontrol panelinin

kontrol panelinin içine yerleştirilecektir.

4

Röleli kontrol sistemlerinde tezgah üzerine yerleştirilecek cihazlar sınır

şalterleri, selenoidler, yaklaşım şalterleri, motorlar, termostatlar ve presotatlar gibi

sayısal çıkış veren veya sayısal bir giriş kabul eden cihazlardır. Panel içi cihazlar ise

kontrol işlemlerini yerine getirmekle görevli röle, zamanlayıcı ve sayıcı gibi

cihazlardır.

Programlanabilir kontrol cihazları kullanılarak oluşturulacak bir kontrol

sisteminde ise tezgah üstüne yerleştirilen tüm cihazlar yine yer almaktadır. Panel içi

cihazlar ise çok farklıdır. Pek çok röle, zamanlayıcı, sayıcı yerine sadece bir adet

PLC kullanılmaktadır. Anlaşılacağı gibi programlanabilir kontrol cihazı röleli kontrol

sistemlerine ait tüm işlemleri ve özellikleri bünyesinde toplamaktadır.

Bütün bu aşamalardan sonra sıra temin edilen tüm malzemelerin montajına

gelir. Röleli kontrol sistemlerinde ilk adım tezgah üzerine yerleştirilecek cihazların

montajı olmalıdır.

Panel içine yerleştirilecek cihazlarda yine aynı şekilde yerlerine monte edilmelidir.

Bütün bu aşamalardan sonra cihazların elektriksel bağlantılarının yapılmasına

gelinmiştir.

Bu aşamaya kadar kontrol sistemlerinde röleli kontrol sistemi veya

programlanabilir kontrol cihazı kullanılıyor olmanın önemli bir fark getirmediği

gözlenmiştir. Bu aşamada ise programlanabilir kontrol cihazlarının en önemli

üstünlüğü ortaya çıkmaktadır.

Röleli kontrol sistemlerinde elektriksel bağlantıların kontrol şemasına uygun

şekilde yapılması işçiliğin kalitesine bağlı olarak saatler, hatta günler sürebilmektedir.

Uzun zaman alan ve dikkat gerektiren bu işlem , hem işçilik giderlerini arttırmakta

hem de hatalı bağlantı yapılması riskini arttırmaktadır.

Programlanabilir kontrol cihazının kullanılması halinde ise, panel içine montaj

süresi saatler değil dakikalarla ölçülebilecek sürededir. Zamanın kısaldığının

yanında daha az bağlantı yapılması nedeniyle hata oranı da düşmesi,

programlanabilir kontrol cihazı kullanımının röleli kontrol sistemlerine nazaran ilk

önemli üstünlüğünü ortaya çıkarmaktadır.

Röleli kontrol sistemleri ile Programlanabilir kontrol cihazı kullanılan sistemler

arasındaki diğer önemli bir fark da tezgah üzerine yerleştirilen cihazların bağlantıları

aşamasında ortaya çıkarmaktadır.

Her iki sistemde de tezgah üstü ve panel içi cihazların montajı bittikten ve röleli

kontrol sistemlerinde, rölenin panel içi elektriksel bağlantıları yapıldıktan sonraki

aşama tezgah üstündeki cihazlarla panel içindeki cihazların elektriksel bağlantılarının

yapılmasıdır. Bu aşamada da iki sistem arasında bir farklılık görülmektedir. Röleli

kontrol sistemlerinde hem tezgah üstü cihazlarda, hem de panel içi cihazlarda aynı

5

gerilim ve akım değerleri bulunmaktadır. Diğer bir deyişle sistemi oluşturan tüm

cihazlar arasında doğrudan bir bağlantı vardır.

Programlanabilir kontrol cihazlarında ise tezgah üzerindeki gerilim ne olursa

olsun PLC’nin işlemcisi 5 V DC gerilim altında çalışmaktadır. Bu nedenle işlemci ile

tezgah üstü cihazları arasına bir çevirici (Converter) konulması gerekmektedir.

Bir PC (Programmable Controller) temelde içinde bir program olan ve

giriş/çıkış (I/O) cihazlarına bağlı bir CPU’dan (Central Processing Unıt) oluşur.

Program PC yi o şekilde kontrol eder ki bir giriş cihazından gelen sinyal “1” (ON)

olduğu zaman, gerekli işlem yapılır. Gerekli işlem, genelde bir çıkış cihazsının

sürülmesi şeklindedir. Giriş cihazları bir fotosel, kontrol panosu üzerinde bir buton, bir

nihayet şalteri veya PC’ ye uygun bir giriş sinyali üretebilecek herhangi bir cihaz

olabilir. Çıkış cihazları solenoidler, lambalar veya bir motoru yada ısıtıcıyı devreye

sokacak bir röle ve kontaktörler ya da PC çıkışı ile sürülebilecek herhangi bir cihaz

olabilir.

Örneğin bir ürün , bir sensörün önünden geçtiği zaman, sensör PC girişine “1”

sinyali gönderir. PC cevap olarak ilgili çıkışını “1” yapar. Bu çıkış bir itici kolu harekete

geçirerek ürünü, başka işlemler yapılmak üzere konveyöre iter.

Birinci sensörün üzerine monte edilmiş diğer bir sensör, ürünün çok uzun

olduğunu (eğer ürün gereğinden fazla uzun ise) hissederek başka bir girişi “1” yapar.

PC, cevap olarak baka bir çıkışını “1” yapar. Bu çıkış başka bir itici kolu çalıştırarak

ürünü hatalı mallar kutusuna iter.

Her ne kadar bu örnek iki girişi iki çıkışı kapsıyorsa da, bir PC nin yapabileceği

tipik bir kontrol işidir. Aslında bu örnek de ilk bakışta göründüğünden daha karmaşık

olabilir. Çünkü burada bir zamanlama gerekebilir. PC itici kolu ne zaman

çalıştıracağını nasıl bilebilir? Fakat bundan daha karmaşık işlemlerde PC de

yapılabilir. Asıl problem, istenilen kontrol sinyallerini uygun zamanlarda PC girişine

getirebilmektir.

Kumanda devreleri ve röle-kontaktörlü kontrol sistemleri ile programlanabilir

lojik kontrolörün arasında yapılacak temel bir karşılaştırma ile aşağıda verilen

sonuçları elde edebiliriz.

6

alınması bakımı ve onarımı oldukça kolaydır.

mümkündür.

için gerekli önlemler alınmalıdır.

mümkündür.

çaba gerekmektedir.

yararlanabilmektedir.

Bunu başlıklar altında toplarsak aşağıdaki durumu alır.

programlar ile kolaylıkla yapılabilmektedir.

kontrollü sistemler için kablo değişikliği gerekmez. Memory arttırılabilir.

Örneğin 4 kontağı olan ve hepsini kullanan klasik röleli bir panel için fazladan üç

kontak gerektiren bir değişiklik yeni bir röle eklenmesi ile hem zaman kaybına ham

de fazladan maliyete neden olur. Oysa PLC kullanımı ile bu değişiklik, klavye ile 3

adet kontak çizimi gerektirir ve bu kontaklar hafızada mevcuttur.

çalıştırılıp kontrol edilebilir, programın printer çıkışı alınabilir. Hatta evde bile PLC

alanındaki firmaların simülasyon programları ile bu tasarımlar yapılabilir.

izlenebilir. Lojik koşullar gerçekleştiğinde, bir devrenin çalışması bu monitörden

kolaylıkla takip edilebilir. Arıza tarama çok daha kolaydır. Ayrıca geçmiş çalışma

durumlarını sonradan izlemek olasıdır.

(scan-tıme) gerçekleştirir. Bu süre PLC de kullanılan mıcroprocessor frekansına,

programın içeriğine ve uzunluğuna bağlı olarak 3-200 ms arasında değişir.

7

tehlikeye karşı korunmuş olduğu elektronik birimlerden meydana gelir.

iletişimi mümkündür.

programlayıcısı ile yapılabildiği gibi kişisel bilgisayarlara ara bağlantı yapılarak

da sağlanabilir. EEPROM modülü kullanmak yedekleme ve bir başka PLC’ye

program kopyalanması için seçilecek bir yöntemdir.

değişkenlerin saklanması mümkündür.

digital/anolog çevirici bulunmaktadır. Böylelikle PLC’nin matematiksel işlem

kabiliyetine bağlı olarak PID ve benzeri kontrol algoritmalarında

kullanılabilmektedir.

kararlı geçiş durumları ve hataları, PLC programlamasında da I/O tarama süresi

ve program işletim gecikmeleri göz önünde bulundurulmalıdır.

Bu karşılaştırmada da PLC’li sistemlerin bilgisayarlı denetime göre birçok

üstünlükleri görülmektedir:

yüksek mağnetik alan gibi) dizayn edilmiştir. Oysa bilgisayarlı denetim

sitemlerinin çoğu bu ortamda çalışmayacak şekilde üretilmiştir.

gibi) anlayacağı şekilde basit olarak dizayn edilmiştir.

bilinen merdiven dili kullanılmaktadır. Oysa bilgisayarlı denetim sistemlerinde her

firmanın ayrı bir yazılımı vardır ve bunların öğrenilmesi oldukça zordur.

Bunun yanında PLC bilgisayarlı denetim gibi çok karışık programları

işletemezler. Ancak son yıllarda PLC’ler de bu eksiklerini giderme yolunda bazı

ilerlemeler sağlanmıştır. Örneğin PLC’lere kesme rutinleri, dallanma komutları

ve alt program çağırma gibi işlevlerde eklenmeye başlanmıştır.

Bugün günlük hayatımıza giren kişisel bilgisayar (personel computer) PLC’lere

büyük yardımcılardır. Özellikle verilerin toplanmasında ve saklanmasında PLC’ye

yardımcı olurlar. Ayrıca kişisel bilgisayarlar fabrika ortamında çalışan PLC’lerin

8

kontrolü, takibi ve olaylara müdahale için kullanılır. Bu sebeple bu iki sistem

birbirinden ayrılmaz.

Şekil1.2 PLC, Röle ve Bilgisayarlarla Kontrol Edilen Sistemlerin Maliyet

Açısından Karşılaştırılması