PLC Nedir? Yapısı Nasıldır? Kullanım Alanları Nelerdir?

PLC Nedir?

Programmable Logic Controller kelimelerinin baş harfleri alınarak kısaltılması oluşturulan PLC giriş cihazlarının durumunu sürekli olarak izleyen ve çıkış cihazlarının durumunu kontrol etmek için özel bir programa dayalı kararlar veren bir mikro bilgisayardır. Genellikle endüstriyel ortamlarda kullanılmak üzere üretilmiştir. Süreçleri veya sistemleri kontrol etmek ve yönetmek için birçok giriş ve çıkış portu PLC’ye entegre edilmiştir. Buna ek olarak, endüstriyel uygulamada kullanılan bazı iletişim protokolleri PLC’de mevcuttur.

PLC sistemlerinin geliştirilmesi ile otomatik kontrol ünitelerinde hız, kontrol, ürün kalitesi ve güvenlik önemlerindeki artışın yanı sıra, yeni ürünler imal etmek için yeniden kumanda devrelerinin oluşturulması, montajı ve bağlantı aparatlarındaki değişiklikler yerine sadece PLC programlama ile giderilmesi işletmelere çok büyük kullanım kolaylığı ve esnekliği sağlamaktadır. Bu tarz avantajlar endüstriyel otomasyon devrelerinde PLC tabanlı kontrol sistemlerine duyulan ihtiyacın giderek artmasına neden olmuştur.

PLC kullanım alanları nerelerdir?

PLC’ler genellikle paketleme ve ambalaj sistemlerinde, taşıma sistemlerinde, tekstil, kimya ve otomotiv endüstrisinde, çimento sanayisinde, havalandırma ve soğutma tesislerinde, gıda endüstrisi vb. alanlarda kullanılmaktadır. PLC’nin genel uygulama alanları şu şekildedir;

  • Sıralı Kontrol: PLC’nin en büyük özelliğinden birisi de sıralı çalışmadır. Bu nedenle röleli sistemlere yakındır. Genellikle asansör ve paketleme sistemlerinde kullanılır.
  • Hareket Kontrolü:  Doğrusal  ya  da  döner  hareket  sistemlerinin  PLC’de entegrasyonudur. Genellikle Kartezyen robotlar, film, kauçuk, kumaş ve tekstil üretiminde kullanılır.
  • Süreç Denetimi: PLC’nin birkaç parametreyi denetlediği bir adımdır. Bu alana plastik enjeksiyon makineleri, ısıtma fırınları gibi sıcaklık, basınç, debi, ağırlık gibi denetimlerin yapıldığı alanlar verilebilir.
  • Veri Yönetimi: PLC’ler denetlediği sistemler hakkında veri toplayabilir. Sonra bu verileri, denetleyicinin belleğindeki referans veri ile karşılaştırma yaparak, rapor hazırlamak için bir aygıta veri aktarılabilir. Bu uygulama da stoklama gerektiren büyük işletmelerde kullanılır (Altın, 2011).

PLC’lerin Temel Yapısı Nasıldır?

PLC’ler mikroişlemci tabanlı otomasyon sistemlerinde, kumanda devrelerinde kullanılan yardımcı röle, zamanlayıcı ve sayıcı gibi elemanların yerine kullanılan cihazlardır. Hızlı ve güvenli bir şekilde karmaşık otomasyon problemlerini çözmek bu sistemler sayesinde mümkündür (MEB, 2011a).

PLC’nin yapısı Şekil 4.1.’de gösterildiği gibi üç temel yapıdan oluşmaktadır.

Şekil 4.1. PLC temel yapısı

1. Giriş belleği

Kontrol edilen sistemin basınç, seviye, sıcaklık gibi değerleri sensörler aracılığıyla okuyan, buton ve sınır anahtarları gibi elemanlardan (algılayıcılar) alınan elektriksel değerleri (giriş sinyalleri) lojik değerlere dönüştürerek CPU’ya (Giriş Görüntü Belleği) aktaran birimlerdir (Eminoğlu, 2014). Markalarına ve modellerine bağlı olarak, PLC’ler yalnızca dijital veya hem dijital hem de analog giriş birimlerine sahip olabilir.

PLC’nin giriş belleği, kontaksız girişler olarak tasarlanmıştır. PLC’ye diğer elemanlardan gelen sinyaller optokuplör ile elektriksel olarak yalıtılmıştır. PLC giriş sinyal gerilimleri genelde DC 24V olarak üretilmektedir. Bir giriş PLC tarafından sorgulanırken kontrolörün giriş terminalindeki voltaj ölçülür. Dijital giriş oldukları için yalnızca “1” veya “0” şeklinde iki sinyal değerine sahiptir. Giriş terminalindeki sinyal değişimleri modülün tipine göre değişmektedir (Karayel, 2013).

Şekil 4.2. PLC giriş modülü genel yapısı (Arı, 2011)

2. CPU (Merkezi işlem birimi)

Merkezi işlem birimleri PLC sistemlerinin beyin kısmını oluşturur. CPU, kontrol röleleri, sayıcılar, zamanlayıcılar ve sıralayıcıların yerine geçen çok işlemcili bir sistemdir. Sayısal verileri işlerken, hesaplamalar, ölçüm, kontrol ve kayıt işlemlerinin yanı sıra ikili koddaki sinyallerin basit işlemden geçirilmesinde PLC işlemcileri kullanılır. CPU, çeşitli algılama aygıtlarından giriş verilerini kabul eder, depolanan kullanıcı programını bellekten yürütür ve kontrol aygıtına uygun komutlar gönderir.

Bu birim, yani CPU (Central Processing Unit) giriş biriminden aktarılan lojik değerleri belleğine yükler ve bu değerlere göre programı yürüterek çıkış birimine aktarır. Bilgisayarların beyni CPU olduğu gibi PLC’lerde de CPU beyin rolünü oynar. Piyasada birbirinden farklı beklentileri karşılayacak CPU modelleri mevcuttur. Bu modeller sayıcı sayısı, zamanlama sayısı, hafıza tutumu, hafıza elaman sayısı, işleme hızı gibi değerlerle birbirinden farklılık göstermektedir.

Merkezi işlem birimi, program belleği, temel yazılım, kullanıcı programı ve veri belleği gibi bellek yapılarından oluşmaktadır.

  • Program belleği, program adını alan bütün komutları içerisinde bulundurur. Merkezi işlem biriminin temel yazılım ve kullanıcı program belleği bu alanda yerleşmektedir.
  • CPU’nun ikinci bellek yapısı olan temel yazılım, Siemens gibi firmalar tarafından verilen PLC’nin programlanabilmesini sağlar.
  • Kullanıcı programı, isminden de görüldüğü gibi operatör (kullanıcı) tarafından yazılan programlardır. Bu alanın avantajı istenildiği zamanda silinip yeniden tasarlanabilmesidir.
  • Veri belleği alanıysa program tarafından üretilen önemli verileri ve aynı zamanda giriş/çıkış işaret durumlarını hafızasına kaydeder.

3. Çıkış belleği

Bu üniteler, CPU tarafından çıkış görüntü hafızasına yazılan lojik değerleri (0-1 veya analog sinyaller) elektriksel işaretlere dönüştüren birimlerdir. Kontaktör, röle ve solenoid gibi sistemdeki kontrol bileşenlerini sürmeye uygun donanımdadır. Çıkış ünitesi röle, transistör veya triyak çıkışlı olabilir (Özer, 2016).

4. PLC Haberleşme Modülleri

Profibus, Profinet, RS232, RS485 ve GPRS gibi iletişim modülleri, PLC’ler veya diğer cihazlarla iletişim kurmak için kullanılır. S7-1200 model PLC’lerin bilgisayar ile haberleşmesi için Profinet bağlantı kablosu kullanılır. Profinet kablosu gürültüden etkilenmeyen özelliğe sahiptir ve saniyede 10/100 Mbit’e kadar veri aktarımını desteklemektedir.

Şekil 4.4. PLC haberleşme modülleri (Siemens, 2019)

PLC’de program işleme mantığı nasıl çalışır?

PLC pasif haldeyken çalışma (RUN) moduna alındığında çıkış hafızasını sıfırlama işlemi yapar. Sonra giriş elemanlarından alınan veriler okunur ve giriş hafızasına kaydedilir. PLC’nin çalışma mantığı, yazılmış olan bir programı sürekli tarayarak gerçekleşmektedir. Tarama döngüsü üç temel adımda gerçekleşir. PLC stop moduna alınıncaya kadar çevrim işlemini sürekli olarak tekrar eder.

  • Adım 1: Giriş Durumunu Kontrol Et: İlk olarak, PLC hangi girişin açık veya kapalı olduğunu görmek için girişlerin her birini kontrol eder. Başka bir deyişle, bir anahtarın veya sensörün aktif olup olmadığını kontrol eder. İşlemcinin bu adımda elde ettiği bilgi, aşağıdaki adımlarda kullanılmak üzere hafızada saklanır.
  • Adım 2: Programı Yürüt: Burada PLC, yüklenen programa dayalı olarak ve bir önceki adımda elde edilen verilerin durumuna göre program talimatı yürütür ve uygun eylemi gerçekleştirilir. Eylem bazı çıkışların aktivasyonu olabilir ve sonuçlar bir sonraki adımda kullanılmak üzere belleğe alınır ve saklanır.
  • Adım 3: Çıkış Durumunu Kontrol Et: Son olarak, çıkış sinyallerini kontrol eder ve gerekli ayarlamaları yapar. Değişiklikler, ilk adımda okunan giriş durumuna ve ikinci adımda program yürütme sonucuna bağlı olarak gerçekleştirilir. Üçüncü adımı uygulanmasının ardından, PLC döngünün başına döner ve bu adımları sürekli tekrar eder.Bir çevrimin süresi PLC’nin çalışma hızına, kullanılan komutlara ve kontrol programının uzunluğuna bağlı olarak değişim göstermektedir. Genelde bir çevrimlik tarama süresi 3 ms ile 10 ms arasında değişmektedir. Eğer çevrim süresi çok uzun olursa girişlerden gelen sinyal değişiklikleri algılanamayabilir (Yılmaz, 2001). PLC’nin çalışma mantığı Şekil 4.3.’te gösterilmektedir.

Şekil 4.3. PLC tarama çevrimi

Temel PLC Programlama Dilleri Nelerdir?

PLC’ler, sistemlerin kontrol edilmesinde röleler kullanılarak hazırlanan kumanda devrelerinin programsal hale dönüştürülmüş biçimidir. Bu nedenle PLC’nin programlanması gerçekleştirilirken kumanda devrelerine tüm detayları ile hâkim olmak gerekmektedir. PLC birçok programlama diline sahip olsa da en çok Ladder ve FBD programlama dilleri tercih edilmektedir.

1. Merdiven diyagramı (LADDER)

Bu programlama şekli kumanda devrelerinin elektriksel şemasına benzer şekle sahiptir. Ladder programlamada tıpkı gerçek devrelerde kullanıldığı gibi kontaklar ve röleleri temsil eden çıkışlar kullanılmaktadır. Ladder programlama kumanda devlerinin aksine devrelerin hazırlanması yatay eksende yapılmaktadır. Sol taraftan enerjinin alınıp sağ tarafta çıkışa aktarılması esasına dayalıdır. Şekil 4.5.’te merdiven diyagramı şeklinde yazılan örnek bir mühürleme devresi verilmektedir.

Şekil 4.5. Merdiven (LADDER) diyagramı.

2. Fonksiyon blok diyagramı (FBD)

Fonksiyon blok diyagramı, lojik kapılar mantığına dayanan ve görsel bir şekil sunan programlama dilidir. Burada kullanılan lojik terimler sembollerle ifade edilir. FBD dilinde de sol taraf giriş sinyallerini, sağ taraf ise çıkış sinyallerini temsil eder. Kontrol sistemi algoritmaları ve mantığının birbirine bağlanması açısından çok kullanışlıdır. Yukarıdaki mühürleme devresinin fonksiyon blok diyagramı şeklinde gösterimi Şekil 4.6.’da verilmektedir.

Şekil 4.6. Fonksiyon blok (FBD) diyagramı.

PLC’lerin Avantajları Nelerdir? 

PLC ile kontrol edilen otomasyon sistemleri endüstride kullanılan en önemli yöntemler arasındadır. Endüstriyel dozajlama işlemi, PLC’nin endüstriyel bir işlemin kontrolüne yönelik çeşitli uygulamalarından birisidir. Şirketlerin; üstün kalite, artırılmış verimlilik ve yüksek kâr gibi isteklerinin karşılanması ve sanayi sektörünün öncelikli diğer hedefleri, otomasyona duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır. Dünya genelindeki tüm tesislerde otomasyon sistemine geçişlere hızla önem verilmektedir. PLC ile yapılan başarılı çalışmalar, mevcut tüm tesislerde ticari olarak otomasyonun uyarlanmasına zemin hazırlamıştır.

Endüstriyel kontrol uygulamalarında kullanılan PLC’ler klasik kumanda sistemleri ile karşılaştırıldığında çok büyük avantajlara sahiptir. PLC sistemlerinin
endüstride kontrol elemanı olarak yaygın kullanımının avantajları şu şekilde sıralayabiliriz (MEB, 2011a);

  • Geleneksel kumandalı sistem uygulamalarına göre PLC programlama tekniği çok kolaydır.
  • PLC’lerde hata düzeltme olayı oldukça basittir. Program üzerindeki değişiklik ile hatalar giderilebilir.
  • Kumandalı sistemlerdeki elemanlarla çözülmesi mümkün olmayan problemler PLC’nin donanımı sayesinde çözümlenir.
  • Otomasyon sistemlerinin bulunduğu nemli, tozlu ve kirli ortamlardan etkilenmeden çalışır.
  • Montajı kolaydır.
  • Dayanıklı ve uzun ömürlüdür.
  • Dijital ve analog giriş-çıkış üniteleri ek modüller ile artırılabilir.
  • PLC’ler haberleşme portları aracılığıyla birbirleriyle irtibat kurabilir.
  • PLC’ler yüksek çalışma hızlarına uyum sağlayabilir.
  • Mekanik parçası olmadığından arıza oranı düşüktür ve bakım gerektirmez.
  • Elektronik yapılı eleman olduklarından enerji tüketimleri azdır.
  • Kullanıcı kontrol sürecini izleyebilir gereken yerlerde müdahale bulunabilir.
  • PLC’ler sınırsız zamanlayıcı, sayıcı ve röle kullanımına imkân sağlamaktadır.

KAYNAKÇA

Bu blog yazısı Sn. Ali KAFALI’nın 2019’da yazmış olduğu “PLC VE SCADA TABANLI SIVI BOYA DOZAJLAMA SİSTEMİNİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ VE PERFORMANSININ İNCELENMESİ” başlıklı tezinden alınmıştır. Tezin tamamına Yök Tez Merkezinden ulaşılabilir. Kendisine paylaşım izni verdiği için teşekkür ederiz. 

Özer, A., 2016, Endüstrı̇yel sı̇stemlerde plc ve scada uygulamasi,Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

Karayel, M., 2013, Mikrotip hidroelektrik santraller için PLC tabanlı SCADA sistem otomasyonu ve RTU/PLC ile frekans ve gerilim regülasyonunun  Gerçekleştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

Yılmaz, İ., 2001, PLC ve uygulamaları, Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.

Arı, Y. S., 2011, Birden fazla seranın, PLC ve SCADA yazılımı ile kontrolü ve internet üzerinden izlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

Eminoğlu, Y., 2014, PLC programlama ve S7300/400. Birsen Yayınevi, İstanbul

Altın, E., 2011, TIA portal ile simatic S71200 PLC programlama

KURSLARIMIZ

BLOG KATEGORİLERİ

SON YAZILAR

Mesajınız için teşekkür ederiz. Size en kısa sürede ulaşacağız.
Mesajınızı gönderirken bir hata oluştu. Lütfen tekrar deneyin.

İletişim Bilgilerinizi Bırakın Biz Sizi Arayalım!

Sizin memnuniyetiniz, bizim mutluluğumuzdur…

Mesajınız için teşekkür ederiz. Gönderildi.
Mesajınızı gönderirken bir hata oluştu. Lütfen tekrar deneyin.