PLC
İngilizce PLC kelimesinin İspanyolca karşılığı.abbr. s.a., sociedad: sociedad anónima
PROGRAMLANABİLİR LOJİK KONTROLÖR (PLC)
Endüstriyel otomasyon sistemlerinin kumanda ve kontrol devrelerini gerçeklemeye uygun yapıda giriş-çıkış birimleri ve iletişim arabirimleri ile donatılmış ,kontrol yapısına uygun bir sistem programı altında çalışan bir endüstriyel bilgisayardır (kumanda devreleri ,yardımcı röle veya kontaktör ,zaman rölesi ve sayıcı gibi elemanlarla gerçeklenen devrelerdir).PLC olarak adlandırılan bu aygıtlar; kumanda devrelerinde lojik kontrolör ,kontrol devrelerinde ise sayısal kontrolör işlevi görürler. PLC` lerin kumanda ve kontrol devrelerindeki kullanımı farklı yazılım ve donanım özellikleri gerektirir.
Kumanda sistemleri:İki değerli (var-yok) işaret seviyeleri ile uyarılan ve iki değerli kumanda işareti üreten sistemler olarak tanımlanabilir.Bu tür sistemler anahtarlama ,sayma ,zamanlama ve karşılaştırma gibi işlevleri sağlayan devrelerden oluşur.Bu tür devrelerin PLC ile gerçeklenmesi için yeterli sayıda ayrık giriş-çıkış birimleri ve programlama için temel lojik işlem ; sayıcı , zamanlayıcı ve karşılaştırma komutları yeterlidir.Bazı uygulamalarda karşılaşılan a€˜aç-kapa` kontrol (on-off) da bir kumanda sistemi olarak değerlendirilebilir.Bu tür uygulamalarda istenen çalışma noktası ve gerçek sistem çıkışı sürekli işaretlerden oluştuğundan ,sözü edilen bu işaretlerin sayısal işaretlere dönüştürülmesi için ayrıca analog giriş birimleri gereklidir.
Kontrol sistemleri: En basit biçimde ;herhangi bir sistemin öngörülen değerlerde çalışmasını sağlayan uygulanabilir kontrol işaretlerinin üretilmesi olarak tanımlanabilir.Günümüzde kontrol işaretlerinin üretilmesi için genellikle sayısal kontrolörler kullanılmaktadır.Sayısal kontrolör ,belirli bir kontrol algoritmasına göre sayısal verileri işleyerek bir sayısal kontrol işareti üretir.Sayısal kontrolörde işlenen sayısal veriler ve üretilen sayısal verilerin sisteme uygulanması analog giriş ve çıkış birimleri ile sağlanır.Analog giriş birimi ;analog işareti sayısal işarete ,analog çıkış birimi ise sayısal işareti analog işarete dönüştürür.Sayısal kontrolörler belirli örnekleme zamanları için tasarlandığından ,işaretlerin dönüştürülmesi ve işlenmesi belirli örnekleme zamanlarında meydana gelmelidir. Bir PLC` nin bu işlevleri sağlaması için aşağıdaki özellikleri taşıması gerekmektedir ; 1- Sayısal kontrolöre ilişkin kontrol algoritmasının gerçeklenmesi için toplama , çarpma, bölme gibi aritmetik işlem komutları bulunmalıdır. Gerçek sayılar üzerinde aritmetik işlem yapan komutları bulunan PLC` ler ile kontrol algoritmaları daha kolay programlanabilir. 2- Analog giriş ve çıkış birimleri bulunmalı ya da eklenebilmelidir. 3- Kontrol algoritmasının öngörülen örnekleme zamanlarında işletilmesi için gerekli zamana bağlı çalışan kesme altprogramları bulunmalıdır.
TEMEL YAPI
Bir PLC ;- Bir sayısal işlemci ve bellek
- Giriş ve çıkış birimleri
- Programlayıcı birimi
- Besleme güç kaynağı gibi temel kısımlardan oluşur.Ayrıca programı yedeklemek ve başka bir PLC`ye aktarmak için kalıcı bellek birimi ,giriş-çıkış sayısını artırmak için genişleme birimi , enerji kesilmeleri durumunda PLC`yi besleyen yedek güç kaynağı ve iletişim arabirimi gibi elemanlar da bulunur.
Sayısal İşlemci ve Bellek Sayısal işlemci (mikrobilgisayar veya mikrokontrolör) , PLC sistem programı altında kullanıcı programını yürüten ,PLC`nin çalışmasını düzenleyen ve bu işlemleri yapmak için gerekli birimleri bulunan bir elemandır. Bellek ,sistem programının bulunduğu sistem belleği (üretici firmanın geliştirdiği PLC işletim sistemi programının yüklü olduğu bellek alanı) ,kullanıcı programının bulunduğu program belleği ve veri belleği gibi bölümlerden oluşur.Bu bellek alanları farklı işlevler için kullanılır.
Giriş Birimi Kontrol edilen sistemle ilgili algılama ve kumanda elemanlarından gelen elektriksel işaretleri lojik gerilim seviyelerine dönüştüren birimdir.Kontrol edilen sisteme ilişkin basınç ,seviye , sıcaklık algılayıcıları , kumanda algılayıcıları, kumanda düğmeleri vb. gibi elemanlardan gelen iki değerli işaretler (var-yok ,0 veya 1) giriş birimi üzerinden alınır.Giriş birimi işaret seviyesi değerleri 24V , 48V 100-120V , 200-240V DC-AC olabilir.
PLC giriş birimine uygulanan bir işaretin lojik 1 kabul edilebildiği bir alt sınır ve lojik 0 kabul edilebildiği bir üst sınır vardır.Giriş bilgisinin doğru olarak alınabilmesi için işaret gerilim seviyesinin bu değerler arasında olması gerekir.Ayrıca ,işaretin algılanabilmesi için işaretin minimum bir uygulanma süresi vardır.Bu süre bazı PLC` lerde programla değiştirilir.
Çıkış birimi
PLC`de üretilen lojik gerilim seviyelerindeki işaretleri , kontrol edilen sistemdeki kontaktör ,röle, selonoid gibi kumanda elemanlarını sürmeye uygun elektriksel işaretlere dönüştüren birimdir. Sürme elemanları için röle ,triak ya da transistör kullanılabilir.Çalışma sırasında çok sayıda yüksek hızlı açma-kapama gerektiren durumlarda , doğru akımda transistörlü ,alternatif akımda triaklı çıkışlar kullanılır. Diğer durumlarda ise genellikle röleli çıkış birimleri kullanılır.
Diğer Birimler
PLC`lerde ayrıca yüksek hız sayıcısı ,kesme işareti girişi ,analog giriş (ADC) ve analog çıkış (ADC) gibi giriş-çıkış birimleri de bulunur.
Programlayıcı Birimi
Kumanda ve kontrol amacıyla yazılan bir programın PLC program belleğine yüklenmesi bir programlayıcı birimi ile sağlanır.Bu birim;programın yazılması ,PLC`ye aktarılması ve çalışma anında giriş/çıkış veya saklayıcı durumlarının gözlenmesi ya da değiştirilmesi gibi olanakları da sağlar.
PROGRAMLAMA
Programlama ;belirli bir görevi yapmak üzere tasarlanmış ,bir kontrol ya da kumanda sisteminin PLC a€˜de gerçeklenmesi için ,yürütülmesi gereken işlemleri sağlayan ,komut dizisinin yazılmasıdır.Programlama Yapıları
Tüm PLC sistemlerinde ,genel olarak,doğrusal ve yapısal programlama olarak tanımlanan iki tür yapı kullanılır.
1-Doğrusal programlama: Tüm komutların aynı program içinde yer aldığı ve komutların arka arkaya yazıldığı programlama biçimidir.Tüm komutlar ,bir çevrim boyunca ,işleme girer ve yazılış sırasına göre yürütülürler.Doğrusal programlamada tüm komutlar anaprogramda bulunur ve de altprogramlar ve kesme altprogramları ,anaprogramın program sonu komutundan sonra , sırayla yazılır.
2-Yapısal programlama: Program ve fonksiyon blokları ve de organizasyon bloğu biçiminde düzenlenmiş programlama biçimidir. Sistem programı organizasyon bloklarını ,organizasyon blokları ise program ve fonksiyon bloklarını işletir.
Programlama yapılırken komut ,merdiven ya da lojik kapı gösterimi ile programlama biçimleri kullanılır.Bu programlama biçimlerinden lojik kapı gösterimi (LKG) ve merdiven diyagramı gösterimi (MDG) ile programlama biçimleri tüm PLC a€˜ler için benzerdir.Komut ile programlama biçimi ise , bazı PLC modelleri için farklılık gösterir.
a€¢MDG ile programlama: Kumanda devresinde , kontakların seri ve paralel bağlandığı ve sonuçta bir rölenin veya bir özel fonksiyonun çalıştırıldığı programlama biçimidir.
a€¢LKG ile programlama: Kumanda devresinin lojik işlemleri simgeleyen lojik kapı şekilleri ile programlanmasıdır.Bu programlama biçiminde lojik kapı şekilleri ,art arda seri ya da paralel bağlanarak program yazılır.
a€¢Komut ile programlama: PLC işlem komutlarının art arda yazılarak yapıldığı bir programlama biçimidir.Bu programlama biçiminde lojik işlemler ,“Siemens Simatic S5 ve S7 300-400” serisi PLC `lerinde ,lojik sonucu tutan bir bellek gözü (RLO : Result of Logic Operation) kullanılarak yapılır.
Tüm anahtarlı (kontaklı) devreler lojik fonksiyonlar ile ifade edilebilir ve her lojik fonksiyon “VE ,VEYA ,DEÄİL” işlemlerini sağlayan komutlar kullanılarak programlanabilir.
PLC a€˜lerde temel komutlar dört(4) grup altında toplanabilir ;
- 1.İşleme başlatma komutları: “Load (Yükle) ,Load Not (Tümleyenini Yükle)” ; bu komutlar işleme sokulduğunda ,işlenen veri belleğe (yığın) yüklenir ve bellekte bulunan önceki değer belleğin bir alt seviyesine itilir.
- 2.Lojik işlem komutları: “And (Ve) ,Or (Veya) ,Not (Değil) ,And Not (Tümleyenine Ve) , Or Not (Tümleyenine Veya)” ; bu komutlar işleme sokulduğunda komutun öngördüğü lojik işlem ,işlenen veri ile belleğin en üstündeki değere uygulanır , sonuç belleğin en üstüne yazılır.Diğer seviyelerdeki verilerin konumu değişmez.
- 3.İşlem sonu komutları: “And Block (Bloğa Ve) ,Or Block (Bloğa Veya)” ; bu komutlar işleme sokulduğunda belleğin en üstündeki değer ile belleğin ikinci (2.) seviyesindeki değere lojik işlem uygulanır ve sonuç belleğin en üstüne yazılır.Belleğin diğer konumlarındaki veriler bir basamak yukarı kaldırılır.
- 4.Çıkışa atama komutları: “Out” ; bu komut işleme sokulduğunda belleğin en üstündeki veri çıkışa yazılır , bellek seviyelerindeki verilerin konumu aynı kalır.
Bu komutların “Siemens Simatic S7” türü PLC a€˜deki karşılıkları aşağıda bir tablo halinde verilmiştir.
Komut Simatic S7 AND A AND BLOCK ALD AND NOT AN END MEND LOAD LD LOAD NOT LDN NOT NOT OR O OR BLOCK OLD OR NOT ON OUT =
ZAMANLAYICILAR (TIMERS)
Zamanlayıcılar ,kumanda sistemlerinde ,zamana bağlı kumanda işaretlerinin üretilmesinde kullanılır.Eskiden ,kumanda sistemlerinde zaman röleleri ile sağlanan bu işaretler ,PLC a€˜lerde zamanlayıcıların programlanması ile elde edilir.Kumanda sistemlerinde birçok zamanlayıcı çeşidi (giriş-çıkış davranışına göre) bulunmaktadır. “Siemens Simatic S5” türü PLC için zamanlayıcı programlama komutları şöyledir ;1- Pals Zamanlayıcı SP (Pulse Timer) : Set girişi 1 yapıldığı an Q çıkışı gözlenir ve T süresi sayılmaya başlanır ,bu süre sonunda Q çıkışı sıfırlanır.T süresi dolmadan set girişi 0 yapılırsa Q çıkışı da 0 olur. Yine bu süre dolmadan reset girişi 1 yapılırsa Q çıkışı sıfırlanır.
2- Gecikmeli Kapanan Zamanlayıcı SD (On Delay Timer) : Set girişi 1 yapıldığı an T süresi sayılmaya başlanır ve bu süre sonunda Q çıkışı gözlenir.T süresi sonunda reset girişi 1 yapıldığı an veya set girişi 0 yapıldığı an çıkış sıfırlanır.T süresi dolmadan set girişi 0 yapılırsa Q çıkışı gözlenmez.Yine bu süre dolmadan reset girişi 1 yapılırsa da Q çıkışı gözlenmez.
3- Gecikmeli Açılan Zamanlayıcı SF (Off Delay Timer):Set girişi 1 yapıldığı an Q çıkışı gözlenir (sonsuz zaman aralığında).Set girişi 1`den 0`a değiştirildiği an T süresi sayılmaya başlanır ve bu süre sonunda Q çıkışı sıfırlanır.Belirtilen T süresi dolmadan reset girişi 1 yapılırsa yine Q çıkışı sıfırlanır.
4- Genişletilmiş Pals Zamanlayıcı SE (Extended Pulse Timer):Set girişi 1 yapıldığı an T süresi sayılmaya başlanır ve bu T süresi boyunca Q çıkışı gözlenir.T süresi dolmadan set girişinin 1`den 0`a değiştirilmesi Q çıkışını etkilemez fakat T süresi dolmadan reset girişi 1 yapılırsa Q çıkışı sıfırlanır.
5- Saklanan Gecikmeli Kapanan Zamanlayıcı SS (Stored On Delay Timer):Set girişi 1 yapıldığı an T süresi sayılmaya başlanır ve bu süre sonunda Q çıkışı gözlenir.T süresi dolmadan set girişinin 1`den 0`a değiştirilmesi sistemi etkilemez , T süresi sayılmaya devam edilir ve bu süre sonunda yine Q çıkışı gözlenir.T süresi sonunda; set girişinin 0 yapılması Q çıkışını etkilemez fakat reset girişinin 1 yapılması Q çıkışının sıfırlanmasına neden olur.
Gecikme süresi “ L KT x.y ” komutu ile belirtilir. Burada “ x ” ; 1 ile 999 arasında , “ y ” ; 0 ile 3 arasında tamsayı değerlerdir.Gecikme zamanı “ x ” ile “ y ” zaman değerlerinin çarpımıdır ; y = 0 için gecikme zamanı T = x . (0.001) sn y = 1 için gecikme zamanı T = x . (0.1) sn y = 2 için gecikme zamanı T = x . (1) sn y = 3 için gecikme zamanı T = x . (10) sn
şeklinde ifade edilir.
Benzer şekilde “Siemens Simatic S7-200” türü PLC için de zamanlayıcı programlama komutları mevcuttur. “S7-200” türü PLC a€˜de iki tür zamanlayıcı vardır;
a€¢Gecikmeli Kapanan Zamanlayıcı: “ TON Txxx, PT ” komutu ile programlanır.Bu komutun işletilebilmesi için belleğin (yığın) birinci seviyesindeki değerin 1 olması gereklidir.Komut işletildiğinde “Txxx” zamanlayıcısı içeriği belirli zaman değerleri ile artar. “ Txxx ï‚³ï€ PT ” olduğunda zamanlayıcı biti “Txxx = 1” olur. “PT” istenen gecikme süresine bağlıdır.1 ile 32767 sayıları arasında herhangi bir tamsayı değerini alabilir.Zamanlayıcı artım değerleri şu şekildedir ;
- - T32 ve T96 zamanlayıcıları etkin olduğunda 1ms,
- - T33 ~ T36 ve T97 ~ T100 zamanlayıcıları etkin olduğunda 10ms,
- - T37 ~ T63 ve T101 ~ T255 zamanlayıcıları etkin olduğunda 100ms
a€¢Saklanan Gecikmeli Kapanan Zamanlayıcı: “ TONR Txxx PT ” komutu ile programlanır.Bu zamanlayıcıda ise zamanlayıcı artım değerleri şu şekildedir ;
- - T0 ve T64 zamanlayıcıları etkin olduğunda 1ms,
- - T1 ~ T4 ve T65 ~ T68 zamanlayıcıları etkin olduğunda 10ms,
- - T5 ~ T31 ve T69 ~ T95 zamanlayıcıları etkin oldugunda 100ms zaman aralıkları ile artar.
Gecikmeli kapanan zamanlayıcılarda (TON) ,belleğin (yığın) birinci seviyesi 0 olduğunda ; hem zamanlayıcı biti hem de zamanlayıcı içeriği sıfırlanır.Saklanan gecikmeli kapanan zamanlayıcılarda (TONR) ise belleğin birinci seviyesinin 0 olması bir silinmeye ,sıfırlanmaya neden olmaz ,mevcut değer korunur. Saklanan gecikmeli kapanan zamanlayıcılarda zamanlayıcı bitini ve içeriğini sıfırlamak için “ R ” reset komutu kullanılır.
SAYICILAR (COUNTERS)
Sayıcılar ; kumanda sistemlerinde ,olayların sayısına bağlı olarak ,kumanda işaretlerinin üretilmesinde kullanılırlar. Eskiden kumanda sistemlerinde elektronik ya da elektromekanik elemanlarla sağlanan bu işaretler ,PLC a€˜lerde sayıcıların programlanması ile elde edilir.Sayıcılar ,uygulanan işaretin sayıcı içeriğini artırdığı ileri sayıcılar ve uygulanan işaretin sayıcı içeriğini azalttığı geri sayıcılar olarak iki grup altında toplanabilirler.Sırası ile “Siemens Simatic S5 ve S7-200” türü PLC a€˜ler için sayıcı ve karşılaştırma komutları aşağıdaki gibidir ;
“Siemens Simatic S7-200 ” türü PLC a€˜de ileri sayma için “ CTU ” ve ileri-geri sayma için “ CTUD ” komutları kullanılır.
İleri sayıcıda (CTU) , belleğin (yığın) ikinci seviyesindeki verinin 0 dan 1 değerine her geçişinde sayıcı kaydedicisi içeriği 1 artar.Belleğin birinci seviyesindeki değer 1 olduğunda sayıcı içeriği ve sayıcı biti sıfırlanır.Sayıcı içeriği karşılaştırma değerine (PV ; preset value) eşit ve karşılaştırma değerinden büyük olduğunda sayıcı biti 1 değerini alır. Sayıcı kaydedicisi içeriğinin geçerli en büyük değeri 32767 a€˜dir ve bu değere ulaşıldığında sayıcı içeriğindeki artış durur.
İleri-geri sayıcıda (CTUD) ,belleğin (yığın) üçüncü seviyesindeki değerin 0`dan 1`e her geçişinde ,sayıcı kaydedicisinin içeriği 1 artar ; belleğin ikinci seviyesindeki değerin 0`dan 1`e her geçişinde sayıcı içeriği bir azalır.Belleğin birinci seviyesindeki değer 1 olduğunda ise sayıcı içeriği ve sayıcı biti sıfırlanır.Sayıcı içeriği karşılaştırma değerine (PV ; preset value) eşit ve karşılaştırma değerinden büyük olduğunda sayıcı biti 1 değerini alır.Sayıcı kaydedicisi içeriği en küçük -32768 ,en büyük 32767 değerlerini alabilir.
“ Siemens Simatic S5 ” türü PLC `lerde ileri sayma ,geri sayma ve karşılaştırma komutları birlikte kullanılır.İleri sayma için “ CU ” ve geri sayma için “ CD ” komutları kullanılır.Sayıcı içeriklerine bağlı olarak kumanda işaretleri üretmek için karşılaştırma komutları ile birlikte , kurma (S) ,silme (R) ve yükleme (L) komutları da kullanılır.S5 türü PLC` lerde karşılaştırma işlemi iki tane akümülatör kaydedicisi üzerinden yapılır.Sözkonusu akümülatörlerin içerikleri karşılaştırma komutları ile karşılaştırılır.İstenen koşul sağlanıyorsa lojik işlem sonucu (RLO) 1 , aksi takdirde 0 değerini alır.
Karşılaştırma işlemleri için aşağıdaki komutlar kullanılır ;
! = F Eşit ise > < F Eşit Değil İse > F Büyük İse < F Küçük İse > = F Büyük Veya Eşit İse < = F Küçük Veya Eşit İse
KARŞILAŞTIRMA İŞLEMLERİ
Karşılaştırma işlemleri ,türlü durumlarla ilgili verilerin büyüklük , küçüklük ve eşitlik yönünden değerlendirildiği ve devamında kumanda işaretlerinin üretildiği işlemlerdir.Bu işlemleri gerçeklerken karşılaştırma komutları kullanılır ; 8 bitlik verilerin karşılaştırılması için “ LDB ,AB , OB ” , 16 bitlik verilerin karşılaştırılması için “ LDW ,AW ,OW ” ve 32 bitlik verilerin karşılaştırılması için de “ LDD ,AD ,OD ” komutları kullanılır (Siemens Simatic S7-200 türü PLC için).Lojik yığının birinci seviyesi ; eğer karşılaştırma ölçütü sağlanıyorsa , “ LD ” ve “ O ” komutlarında 1 değerini alır. “ A ” komutlarında birinci seviye değeri değişmez.Eğer karşılaştırma ölçütü sağlanmıyorsa , “ LD ” ve “ A ” komutlarında 0 değerini alır. “ O ” komutlarında ise birinci seviye değeri değişmez.