6 Industrial Motion Technologies

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. 1. Hareket Kontrol Sistemleri ve Çok Eksenli Hareketler Endüstriyel Hareket Teknolojisi, Hareket Koordinatörü ürünleri ile minimum harici bileşenlerle endüstriyel makinelerin kontrolünü sağlamak için tasarlanmıştır. Birçok uygulamada, hareket ürünleri yelpazesi, çok eksenli bir makineyi ve tüm yardımcı ekipmanlarını çalıştırabilen bir kontrol sistemi oluşturmak için birleştirilebilir. Bunlar hareket koordinatörleri, genişletme Modülleri, I/O Modülleri, Servo Sürücü Sistemleri ve HMI'lar, minimum harici bileşenlerle endüstriyel makinelerin kontrolünü sağlamak için tasarlanmıştır. 1

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. Hareket kontrolü genel olarak, belirli bir yükü hareket ettirmek için \"kas\" olarak servo ve / veya kademeli sistemlerin kullanılması olarak anlaşılır. Bu hareket kontrol sistemleri, son derece hassas hız, konum ve tork kontrolü yeteneğine sahiptir. Ürünün konumlandırılmasını, ayrı elemanların senkronizasyonunu veya hızlı başlatma / durdurma hareketini gerektiren uygulamaların tümü, hareket kontrolünün kullanımı için mükemmel adaylardır. Tipik bir hareket kontrol sisteminde 3 temel bileşen vardır: kontrolör, sürücü (bazen bir amplifikatör olarak adlandırılır) ve motor. Yol planlama veya yörünge hesaplamaları, sürücüye düşük voltajlı komut sinyalleri gönderen, ardından motora gerekli voltajı ve akımı uygulayan ve istenen hareketle sonuçlanan kontrolörde gerçekleştirilir. Bazen motor veya yük üzerindeki geri besleme cihazları, sürücüyü veya kontrolörü motor şaftının veya yükün gerçek hareketi hakkında belirli ayrıntılarla bilgilendirmek için kullanılır. Bu geri bildirim verileri, hareketin doğruluğunu artırmak için kullanılır ve kütle değişiklikleri, sürtünme veya diğer rahatsızlıklar gibi yükte meydana gelebilecek dinamik değişiklikleri telafi etmek için kullanılabilir. Servo sistemleri kapalı döngü şeklinde çalışır ve komut verilen konuma hareket etmek / orada kalmak için çıkış torkunu değiştirirken, çoğu kademeli sistem tipik olarak açık döngü konum kontrolü sağlar. Açık döngü ve kapalı döngü kontrolü seçimi birçok faktöre bağlıdır ve her ikisi de hareketi kontrol etmek için kullanışlı yöntemlerdir. PLC tabanlı kontrolörler her iki sistem türü için de kullanılabilir. Düşük maliyetli bir PLC ve servo / step bileşenleri ile gerçekleştirilebilen uygulamalar arasında boy kesme, indeksleme tabloları veya konveyörler ve x / y tabloları (plotter / kesici / yönlendirici / yerleştirici) bulunur. PCL, panel montajı, raf montajı, DIN ray montajı veya özel bir tasarım formatı olsun, tüm Hareket Koordinatörleri, I/O modülleri ile dijital veya analog I/O genişletmeye izin vermek için bir CANbus (Control Area Network BUS haberleşme protokolü) arayüzü içerir. Üçüncü taraf I /O modüllerini kontrol etmek için CANopen protokolü kullanılarak özel I / O gereksinimleri de karşılanabilir. a. Sensörler: Sistem bünyelerinde, birçok durum hakkında ölçüm yapan, sistemin çalışmasını sağlayan, sürücü ile mekanik arasında köprü vazifesi gören ve gerekli durumlarda sistem güvenliği sağlayan birçok sensör yapısı bulunmaktadır ve bu sistemlerin sürekli olarak birbirleri ile senkronize bir şekilde çalışması ve haberleşmesi gerekmektedir. 2

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. b. CANbus (Control Area Network BUS) haberleşme protokolü: 1986 yılında Robert Bosch tarafından Otomotiv Mühendisleri Kongresi’nde tanıtılmıştır. Elektronik kontrol üniteleri arasında veri alış-verişini güvenli ve hassas bir şekilde sağlamaktır. Her bir sensörden gidecek veri mesajları, belirli bir ID ile tanımlanır. Bu sistemde, kullanılan her bir mesaj için kullanılabilecek 2 adet tanımlama yöntemi bulunmaktadır. Bu yöntemler ‘Standart ID’ ve ‘Genişletilmiş ID’ olarak adlandırılır. Standart olan modelde on bir bitlik bir ID ataması yapılabilirken (2 üzeri 11 kadar farklı mesaj ID atama), Genişletilmiş olan modelde yirmi dokuz bitlik ID ataması yapılabilir (2 üzeri 29 kadar mesaj ID tanımlama). Bu sayede pek çok mesaj, farklı kimlikler (ID) verilerek birbirine karışmadan iletişim sağlanır. CANbus protokolünün en önemli özelliği, hata payının sıfıra yakın olmasıdır. Bu sebeple, gönderilen her bir mesaj çok detaylı bir şifrelemeye tabii tutulmaktadır. Aşağıdaki görselde, bir mesaj iletimi sırasında gerçekleştirilen kontrol işlemlerinin karmaşıklığı daha iyi anlaşılabilir. CANbus Mesaj İletimi Kontrol İşlemleri Protokolde, haberleşme yapacak her bir sistem için 2 adet haberleşme bacağı bulunmaktadır. Bunlar ‘Can Rx (Receiver)’ ve ‘Can Tx (Transmitter)’ bacaklarıdır. Bu bacaklar, sistemde ortak bir ağa bağlıdır. Merkezi bir yönetim söz konusudur. Sistemde yönetim, elektrik kontrol ünitelerine bağlıdır. Bütün sensörler aynı hat üzerine mesaj bırakırlar. Ancak aynı anda iki veya daha fazla mesaj hattan iletilemez. Kendi aralarında bir öncelik sıralaması vardır. Bu sıralama doğrultusunda gerekli veri iletimi sağlanır. 3

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. CANbus Öncesi Kablo fazlalığı ile Haberleşme Sistemi CANbus Sonrası Haberleşme Sistemi Çok gelişmiş bir hata denetim mekanizması içerisinde çalışmaktadır. Bu özelliği sayesinde ağ üzerinde daha güvenli bir bilgi alışverişine olanak sağlamaktadır. Kontrol üniteleri ile sensörler arasındaki kablo hat sayısı azaltılmıştır. Bu sebeple hem maliyet hem karmaşıklık azaltılmıştır. Her bir sistemden gelecek olan mesaj ID farklı olacağı için, olası hatanın tespit edilmesini kolaylaştırmaktadır. Yüksek haberleşme hızına sahiptir. 100 metreye kadar 1 Mbps hız sağlamaktadır. c. Hareket Koordinatör (Motion Coordinator) Sistemi: Hareket Koordinatör sistemi, Dijital I/O ile 128 adede kadar servo veya step motorları ve tümü tek bir ana cihazdan kontrol edilen HMI 'lar gibi ek ekipmanları kontrol etmenizi sağlayan sistemlerdir. Sistemler bağımsız bir programla kullanılabilir veya alternatif olarak komutlar harici bir bilgisayardan gönderilebilir. 4

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. Hareket Koordinatör sistemi son derece modülerdir ve kullanıcının kontrolörü kendi özel ihtiyaçlarına göre uyarlamasına izin verir, bu aynı zamanda ihtiyaç değiştiğinde yeni modülleri dahil etme esnekliğine izin vererek sistemi \"geleceğe hazır\" hale getirir. d. PLC (Programmable Logic Controller): Otomatik kontrol sistemleri hız, güvenlik, kullanım esnekliği, ürün kalitesi ve personel sayısı bakımından işletmelere çeşitli avantajlar sağlamaktadır. Günümüzde bu avantajları sağlayan en etkin sistem PLC veya PC tabanlı kontrol sistemleridir. Programlanabilir Lojik Kontrolörler denetimde sayısal olarak çalışan bir elektronik sistem, endüstriyel çevre koşullarında sağlanmıştır. Bu elektronik sistem sayısal veya analog giriş/çıkış modülleri sayesinde makine veya işlemlerin birçok tipini kontrol eder. 5

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. PLC içerisinde çok fazla sayıda kumanda elemanları bulunmaktadır ve her eleman bir adresle ifade edilir. PLC’ye verilen komutlarla elemanlar çalıştırılarak çıkışa bağlanan elektrik motoru, Selenoit valf, lamba, kontaktör, röle gibi yükleri uygun olarak çalıştırmaktadır. Bu amaçla lojik, sıralama, sayma, veri işleme, karşılaştırma ve aritmetik işlemler gibi fonksiyonları programlama desteğiyle girişleri değerlendirip çıkışları atayan, bellek, giriş/çıkış, CPU ve programlayıcı bölümlerinden oluşan bütünleşmiş bir cihazdır. Günümüzün PLC tabanlı hareket kontrolörleri tarafından kullanılan en yaygın 3 kontrol sinyali, darbe ve yön sinyalleri, akıllı veya indeksleme sürücüsüne giden ayrık sinyaller ve fieldbus iletişimidir. PLC; 3 ana bölümden oluşmaktadır. Giriş bölümü (sensör, buton, giriş rölesi, limit switch vb.), merkezi işlem bölümü (PLC, analog ve haberleşme-USS, Modbus, Profibus Slave, Profibus Master, IO Link Master modülü), çıkış bölümüdür (çıkış röleleri, çıkış transistorları). PLC’ler otomasyon devrelerinde yardımcı röleler, zaman röleleri, sayıcılar gibi kumanda elemanlarının yerine kullanılan mikroişlemci temelli cihazlardır. Bu cihazlarda zamanlama, sayma, sıralama ve her türlü kombinasyonel ve ardışık lojik işlemler yazılımla gerçekleştirilir. Bu nedenle karmaşık otomasyon problemlerini hızlı ve güvenli bir şekilde çözmek mümkündür. Darbe ve yön arayüzü, çoğu servo ürününde standart bir özellik haline gelmiştir. Yüksek hızlı çıkışa sahip bir PLC, günümüzde hareketi kontrol etmek için en uygun maliyetli yöntemlerden biridir. Sürücüde zeka gerekmez ve tüm programlama PLC'de gerçekleştirilir. e. HMI (Human-Machine Interface): İnsan-Makine Arayüzü (HMI) yazılımları ile yeni imalatlarınız, çalışma sürecinde otomasyon alanında ihtiyacınız olan tüm makina, makina parkuru, bina otomasyonu ve tesis çalışmalarında sisteminize özel çözüm odaklı faydalar sunmaktadır. HMI Paneli, süreci görselleştirmek ve izlemek, kontrol hedefleri ve ayar noktaları sağlamak, programları yürütmek ve dizileri başlatmak ve eğilimler, alarmlar ve olaylar yoluyla sorunları gidermek için dünya çapında operatörler ve mühendisler tarafından kullanılan değerli bir araçtır. HMI panelleri, tipik olarak 3 inç ila 25 inç arasında tüm boyutlarda olabilir. Dokunmatik ekranlar kullanışlıdır ve hızlı yanıt sağlar, ancak yalnızca işlev ve ok tuşlarına sahip modellerden daha pahalıdır. Renkli HMI paneller canlıdır ve durumun renklerle kolayca gösterilmesine izin verir, ancak tek renkli birimler daha az maliyetlidir ve hız geri bildirimi veya bir toplu işte kalan süre gibi küçük miktarda veriyi göstermek için çok etkilidir. Ekran çözünürlüğünün seçilmesi, yeterli grafik nesne ayrıntılarını göstermek veya birçok nesnenin aynı ekranda görüntülenmesine izin vermek için gereklidir. HMI, bir panele, bir kaide üzerine gömme olarak monte edilebilir veya elde taşınabilir. IP67 Koruma Seçimi, sıvıların sıçramasına karşı koruma veya bina dışı kurulum için uygundur. Ethernet, bir Yerel Alan Ağındaki düğümleri bağlamak için kullanılır. Bir Ethernet ağındaki düğümler arasındaki fiziksel bağlantı, örneğin bir bükülü çift kablo veya bir fiber optik kablo olabilir. Günümüzde Ethernet, dünya çapında en yaygın iletişim ortamıdır; hızı, satın alınabilirliği ve çok yönlülüğü nedeniyle evlerde, işletmelerde, fabrikalarda 6

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. ve genel altyapıda kullanılır. Uzmanlar hangi arayüzlere (Ethernet, profinet, seri, çoklu) ihtiyacınız olduğuna karar verebilir. PROFINET genellikle EtherNet / IP'den daha hızlıdır ve çoğu zaman standart donanımla konuşlandırılır. PROFINET, bir Endüstriyel Ethernet çözümüdür. Denetleyiciler ve cihazlar arasında veri alışverişi yapmak için bir iletişim protokolüdür. PROFINET IRT özel donanım gerektirse de. EtherNet / IP, nesne yönelimli programlamaya dayandığından ve ticari kullanıma hazır (CotS) bileşenlere dayandığından daha birlikte çalışabilir. Kullanıcı, HMI'nin Windows dosya sistemini desteklemesi gerektiğine veya satıcının HMI uygulamasının yeterli olduğuna karar vermesi gerekir. f. Modbus İletişimi Modbus, 1979 yılında PLC’ler ile kullanılmak için geliştirilen bir seri haberleşme protokolüdür. Modbus TCP/IP, Modbus mesaj yapısının verilerini uyumlu cihazlar arasında taşımak için TCP/IP ve Ethernet kullanır. Yani, Modbus TCP/IP fiziksel bir ağı (Ethernet), bir ağ standardıyla (TCP/IP) verileri temsil eden standart bir yöntemdir. 7

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. Modbus protokolü, cihazlar arasında iletişim kurmak için bir Master / Slave tekniği kullanır. Yani, Modbus protokolünü kullanan herhangi bir uygulamanın bir Modbus Master ve en az bir Modbus Slave’i olacaktır. Bir Modbus Master genellikle bir veya daha fazla Modbus Slave cihazı ile iletişim kuracak bir ana bilgisayar denetleyici bilgisayardır. Modbus TCP/IP Protokolü, otomasyon cihazlarının denetim ve kontrol amaçlı tasarlanan kullanımı basit olan bir protokoldür. Klasik internet ağ topolojisine göre haberleşme sunan bu protokol standart olarak kullanılan internet kartları ile 100 Mbps hız ile veri aktarımı yapar. PROFIBUS (PROcess FieldBUS), başarılı, açık, endüstriyel geniş bir uygulama yelpazesi için FieldBUS standartlıdır. PROFIBUS, bina otomasyonu, otomatik üretim, proses otomasyonu ve sürücü teknolojisi alanlarında 100.000'den fazla uygulamanın testini başarıyla tamamlamış, kanıtlanmış bir teknolojidir. g. Yazılım (Software): Yazılım ayrıca hem ayrık hem de hibrit kontrol uygulamaları için PLC özel modüllerinin gelişiminde daha büyük bir rol oynamaktadır. Sezgisel grafik konfigürasyon sağlayan yazılımdaki gelişmeler, önceden kullanıcının PLC programının başlangıcında ihtiyaç duyulan büyük miktarlarda kurulum merdiven mantığına olan ihtiyacı ortadan kaldırmaktadır. Microsoft Windows tabanlı işaretle ve tıkla yapılandırma yardımcı programları daha yaygın hale geliyor ve programcılar ve bakım personeli için önemli ölçüde zaman tasarrufu sağlıyor. PLC teknolojisindeki bu ilerlemeler ile PLC'ler uzun yıllar makine kontrol uygulamalarının ihtiyaçlarını karşılamaya devam edecektir. 8

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. Hızla gelişen ve değişen endüstriyel uygulamaların taleplerine cevap verebilmek üzere, farklı PLC yapıları ile çalışmak ve bunları bütünüyle yönetebilmek gerekmektedir. Ancak günümüzde karşılaşılan en sık problemlerin başında farklı yapılardaki yazılım programlarının kullanıcıları zor durumda bırakmasıdır. CodeSys (Controller Development System) yazılımı ise bu durumu ortadan kaldırır ve donanımdan bağımsız yazılım yapısı sunar. Codesys 1994 yılında Almanya’da geliştirilmiş, Android gibi bir yazılım sistemi tabanı, Pascal'a benzeyen açık kaynak kod çözümü olup yazılımı ücretsizdir. Codesys sistemindeki her marka PLC ile çalışabilir (örneğin oscat library). Piyasada çok övülen softwareler Beckhoff, Festo, Moeller, Wago ve ABB Codesys tabanlıdır. CODESYS ile programlama metodunda farklı haberleşme protokolleri kullanılabilir. PROFIBUS, CANopen, EtherCAT, PROFINET ve EtherNet/IP protokolleri ile entegredir. Farklı endüstriyel sektörlerden 250’nin üzerinde üretici CODESYS Programlama arayüzü ile kurgulanabilen akıllı otomasyon cihazları üretmektedir. CODESYS otomasyon sektörünün lider üreticilerinden 400’ün üzerinde cihazla çalışma imkânı sunar. h. Motorlar (Döner aktüatörler): Uygulamalar motor yükünün türünü belirler ve endüstriyel otomasyonda 4 ana tür vardır. Bunlar; (1) Değişken beygir gücü ve sabit tork, (2) Değişken tork ve sabit beygir gücü, (3) Değişken beygir gücü ve değişken tork, (4) Konum kontrolü veya Tork kontrolü. Yalnızca AC ve DC olmak üzere 2 motor sınıflandırması arasından seçim yapmanız gerekir, ancak endüstriyel uygulamalarda kullanılan üç düzineden fazla motor türü vardır. Artık kataloglara bakarak, servo sistemleri, kademeli sistemleri, genel amaçlı ve invertörlü AC motorları veya genel amaçlı DC motorları ve redüktörlü motorları kullanan çoğu motor uygulaması için çözümler bulunmaktadır.Bazı uygulamalarda torku artırmak için bir dişli kutusuna ihtiyaç vardır. 9

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. 3 yaygın motor hızı / tork kontrol uygulaması, sabit hız, değişken hız ve tork (veya konum) kontrolünü içerir. Servo Motorlar, mevcut hızı ve mesafeyi izlemek için bir kontrol döngüsüne sahip olduklarından, çoğunlukla step motorlardan daha güvenilirdirler. Servo motor, kapalı devre bir motor sistemidir ve bu motorların içerisinde; DC ya da AC motor, şaft, dişli, enkoder, kontrol kartı ve amplikatör yer almakta ve analog ya da dijital bir elektrik sinyali ile kontrol edilmektedir. Yine bir kodlayıcı türü, konum ve hız geri bildirimini sağlayan sensör işlevi görmektedir. Servo motorların 0-90, 0- 180, 0-270, 0,360 ya da sonsuz dönen çeşitleri mevcuttur. Ancak en temelde iki farklı servo motor çeşidinden bahsedebilir. Bunlar, DC ve AC servo motorlardır. AC Servo Motorlar: Hareket mekanizması olarak alternatif akım elektrik motorları ile benzer özelliklere sahiptir. Özellikle yüksek güç gerektiren durumlarda kullanılan bu motorlar, açısal hareket edebilmeleri nedeniyle CNC makineleri için oldukça uygundur. DC Servo Motorlar: Fırçasız servo motordur, 180° ‘lik bir açıda hareket edebilme yeteneğine sahiptir. Ancak dikiş dişlisinin mili mekanik olarak kısaltması nedeniyle daha büyük açılar ile hareket ettirilmeleri mümkün değildir. Spindle Servo Motorlar: Özellikle yüksek devirlerde dönebilen motor çeşitlerinin ihtiyaç olduğu endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır. 10

http://smartgroup.com/drM.php Endüstriyel Hareket Teknolojisi Thanks Dr.M, has many firsts that Full Automation Magazine Co-MERCX broadcast inspired our innovation soul. i. Lineer (Doğrusal) Aktüatörler (Linear Actuators): Lineer aktüatör, hidrolik ve pnömatik çözümlere göre çok daha temiz ve verimli bir alternatiftir. Elektrikli lineer aktüatörler, yüklerin itilmesi/çekilmesi, kaldırılması/indirilmesi, döndürülmesi veya konumlandırılmasında doğru, yinelenebilir performans için dişlilerin ve bir bilyalı veya kılavuz vidanın döner hareketini düz veya doğrusal harekete dönüştürür. Linear aktüatör, bir yüke harekete verme, makineyle işleme, kaldırma, muayene etme vb. hareketler sağlayan tüm mekanizmanın bir parçasıdır. Linear motor, belli bir işlevi gerçekleştirirken gerekli kuvvet ve hızı (gerekli yük noktasını) sağlayan linear aktüatör kas sistemidir. Farklı doğrusal aktüatör türleri mevcuttur. Her firmada ismi değişmekle beraber. Tipleri; Vidalı milli, kayışlı, kramiyer-pinyonlu ve tabla tipidir. Mech. Engr. Erdinc Cihan Autoweld Advisor Co-MERCX Machinery Ltd Dr.M Robotics Weldermaster Automation www.commercx.com 11