Plc Yapisi

PLC YAPISI
1 GÜÇ KAYNAKLARI

Bu modüller PLC içindeki kartların beslemelerini (Giriş çıkış kartları hariç saklamakla yükümlüdür. Dış kaynak beslemelerini PLC'nin iç voltaj seviyelerine indirirler. PLC içindeki kartların güç sarfiyatına göre kaynağın maksimum çıkış akımı değişik değerlerde seçilebilir. Çıkış akımının çok yüksek olduğu durumlarda fan ünitesi ile soğutma gerekliliği yoktur.Güç kaynağının içindeki hafıza yedekleme pili ile CPU içindeki kullanıcı programı, kalıcı ‘retentive' işaretleyiciler, sayıcı ve zamanlayıcı içerikleri gerilim kesilmesine karşı korunabilir. Bu yedekleme pili enerji yokken değiştirilecekse, dışarıdan bir kaynakla güç kaynağı beslenmelidir.

1.2 MERKEZİ İŞLEM BİRİMLERİ (CPU's)

Merkezi işlem birimleri PLC sisteminin beyni olarak düşünülebilir. Bu birimler kumanda edilen sisteme ait yazılımın(sadece mantık yazılımının) saklandığı ve bu yazılımın işlendiği kartlardır.Merkezi işlemci haricinde program hafızası ve programlama cihazı bağlantısı için bir interface içerir.Ayrıca bazı modellerde başka PLC gurupları ile beraber çalışabilmeleri için özel interface'lerde bulunur.

CPU'lar çoklu işlemci sistemi ile dizayn edilmiştir.Bir standart mikroişlemcinin yanı sıra CPU tipi ile bağlantılı olarak bir yada daha fazla Gate-Array Tekniği ile özel olarak geliştirilmiş dil işlemcisi bulunur. Bu dil işlemcileri tanımlanmış olan kumanda komutlarını çok kısa sürede işlerler.Dil işlemcilerinin işleyemediği komutları da standart mikro işlemci yorumlar.Standart mikroişlemci ile dil işlemcisinin yada işlemcilerinin Co-Procsssing diye adlandırılan bu çalışma tarzı ile çalışmaları, PLC kumanda programının çok kısa zaman aralıklarında işlenmesini sağlar.Standart mikroişlemci aynı zamanda işletim sisteminin çalışmasından ve interface'lerin sorgulanmasından sorumludur.Sadece okumaya yönelik (ROM) hafıza içinde işletim sistemi bulunur.Kullanıcı tarafından yazılan PLC programı ise CPU'nun okunabilir-yazılabilir (RAM) hafızası içinde yer alır.Örnek olarak CPU 944'ün iç yapısı şu şekildedir;

Sistemde kullanılacak CPU'nun seiçimi önemlidir. İstenen fonksiyounu uygun şekilde yerine getirebilmesi için CPU'nun işlem hızı, hafıza kapasitesi ve spesifik özelliklerinin process'in minimum gereklerini sağlaması şarttır. CPU ne kadar güçlü ise saklanabilecek kullanıcı programı o kadar geniş, bu programın işlenebilmesi de o kadar kısa sürede gerçekleşecektir. Bir başka deyişle process'i kontrol eden sistemin kendi kontrol mekanizması (CPU) process'e göre atıl kalmamalıdır. Örnek olarak SIMATIC 115U serisi CPU'lar düşünülecek olursa ,bu serideki CPU'lar CPU 941,CPU 942, CPU 943, CPU 943, CPU 944, ve CPU 945 olarak beş çeşittir.

Serinin en alt modeli olan 941 modelinde bir bit operasyonu yerine getirilmesi için gereken zaman 1,6 uS iken, serinin en üst modeli olan CPU 945'te aynı işlem 0,1uS'dir. Buradan da anlaşılacağı üzere sistemi kontrol eden CPU^nun performansı sahadaki aksiyonları farketme, değerlendirme ve karara varma aşamalarını minimum zamanda gerçekleyebilecek durumda olmalıdır.

CPU'lar ayrıca kumanda edilen sisteme göre PID fonksiyonlarını da işleyebilir.Analog modüller ve PID yardımcı software ile bağlantılı olarak sekiz PID kontrol çevrimine kadar işlem yapılabilir. CPU'ların program işlemesi daha ileride detaylı olarak işlenecektir.

1.3 DİJİTAL GİRİŞ/ÇIKIŞ BİRİMLERİ (Dijital I/O Modules)

PLC'nin giriş bilgileri kontrol edilen ortamdan veya makinadan gelir. Gelen bu bilgiler içimde PLC var yada yok şeklinde değerlendirilmeye tabi tutulan sinyaller sisteminin dijital girişlerini oluşturur. Dijital girişler PLC ‘ye çeşitli saha ölçüm cihazlarından gelir. Bu cihazlar farketmeleri gereken olay gerçekleştiğinde PLC'nin ilgili giriş bitimini ‘0' sinyal seviyesinden ‘1' sinyal seviyesine çıkarırlar. Böylece sistemin sahada olan hadiselerden haberdar olmasını sağlar. Dolayısıyla sistem içindeki fiziksel değişimleri PLC'nin anlayabileceği 0-1 sinyallerine dönüştürürler. PLC'nin girişine gelen sinyaller basınç şalterlerinden ,sınır şalterlerinden , yaklaşım şalterlerinden vaye herhangi bir röle,kontaktör yada otomatın yardımcı kontağından gelebilir. Sinyal PLC dışı binary sinyaldir ve giriş modüllerinde PLC'nin iç sinyal seviyesine indirirler. Tek bir giriş modüllerinde 8, 16 yada 32 bit dijital saha bilgisi okunabilir. Modüller üzerinde her girişe ait bir LED bulunur ve gelen sinyalin seviyesi buradan anlaşılabilir. PLC'nin giriş sinyallerini okuyabilmesi için bu sinyallerin kartın tipine göre ilgili aralıkta olması gerekmektedir. Örnek olarak SIMATIC S5 –115U PLC'nin giriş modüllerinde 24V DC bir giriş için 0 sinyal seviyesi –30V ile +5V arasındadır aynı girişin bir sinyal seviyesi için olması gereken gerilim seviyesi ise, +13V ile +30V aralığında olmalıdır. Alternatif gerilimli girişler için gerilim seviyesinin yanı sıra gelen sinyalin frekansında önem taşımaktadır. Bu sinyallerin izin verilen frekans aralığı 47Hz ile 63Hz'dir. Bazı giriş modüllerinde girişlerin okunması yine başka bir girişin tetiklenmesi ile engellenebilir. Bu şekilde istenilen sinyaller için PLC kör olarak çalıştırılabilir. Yarıca giriş modülleri kesmeli çalışma (interrupt) modunda çalışabilir.

PLC'nin sahadaki yada prosesdeki bir şeye binary olarak müdahale edeceği zaman kullanıldığı birimler dijital çıkış birimleridir. Dijital çıkış modülleri PLC iç sinyal seviyeleri prosesin ihtiyaç duyduğu binary sinyal seviyeleri çeviren elemanlardır. Bu modüller üzerinden bir çıkışın set edilmesi ile sahadaki yada kumanda panosu içimdeki herhangi bir eleman kumanda edilebilir. Bu eleman bir lamba, bir röle yada bir kontaktör olabilir. Dijital çıkış modülleri röle, triyak yada transistör çıkışlı olabilir. Sahaya yapılan kumandanın hızlı olması gerektiği durumlarda doğru gerilimle çalışıyorsa transistör, alternatif gerilimle ile çalışıyorsa triyak kullanımlı yüzden de kart üzerine çekilecek max. Çıkış akımlarına dikkat etmek gerekir. SIMATIC S5-115U sistemlerinde kullanılan 24V çıkış modüllerinde max. Çıkış akımı 0,5A olabilir. Alternatif akım çıkışlarında ise çıkış akımı 2A'e kadar çıkabilir. Dijital çıkış kartları da, giriş kartları gibi 8, 16 yada 32 bit olabilir. Bu modüllerde de her bite ait sinyal durumunu gösteren bir LED bulunur. Ayrıca kartın özelliğine göre kısa devre dedektörü de bulunabilir.

Sadece giriş sinyalleri okutan ve sadece çıkış sinyallerini gösteren kartlar yanında hem giriş hem de çıkış birimleri içeren kombine giriş çıkış kartlarıda vardır. Bu kartlar sınırlı sayıda giriş çıkışı için yer tasarrufu sağlar.

1.4 ANALOG GİRİŞ/ÇIKIŞ BİRİMLERİ (Anolog I/O Modules)

Kontrol edilen sistemdeki bütün sinyallerin varlıklarına yada yokluklarına göre sorulan sinyaller beklenemez. Örnek olarak bir sıcaklık yada basınç değeri dijital olarak sorgulanabilir ancak bu değerin net bir şekilde belirlenmesi dijital giriş modülleri ile mümkün olmaz. İşte burada devreye analog olarak yapılan kontrol devreye girer. Analog değer kullanımında alt sınır ve üst sınır değerlerin arasında kalan bölgeye kontrol yapılır. Bu kontrollerin yapılması analog giriş çıkış kartları ile mümkün olmaktadır. Analog giriş modülleri prosesten gelen analog değerleri dijital değerlere dönüştürür. Yalnız öncelikle ölçümü yapılan fiziksel büyüklüğün PLC'nin anlayacağı dile çevrilmesi gerekir. Bu işlemi gerçekleştiren cihazlara transmitter adı verilir. Transmitterler problarından ölçtükleri büyülüğü değerlendirerek 0-20mA, 4-20mA yada 0-10V gibi belli aralıkta ifade edilen sinyallere çevirirler. Bu sinyaller de PLC'nin analog giriş kartları ile intern bus hattı üzerinden CPU'ya okutulur. Böylece PLC belli aralıklarda değişen değerleri işleyebilir duruma gelir.

SIMATIC analog giriş kartlarında ölçüm yapıla aralığı belirleyen ‘ölçüm aralık modülleri' bulunur. Bu modülün takılması ile beraber analog kart üzerindeki switch ayarı da yapılarak analog değer okuma için gerekli şartlar yerine getirilmiş olur. Analog değer kartları mümkün olduğu kadar gürültüye karşı korumalı üretilirler. Bütün modüller değer aralığı aşımını belirleyebilir ve kablo kopma durumunu ihbar edebilir. SIMATIC S5-115U kartları 50mV, 500mV, Pt100, 1V, 5V, 10V, 20mA +4-20mA aralıklarında ölçüm yapabilirler.

Analog çıkış modülleri sisteme analog olarak müdahale edilmesi gereken durumlarda kullanılır. Bu modüllerle sahadaki bir eleman 0-10V, 0-20mA yada 4-20mA çıkışları ile oransal olarak kontrol edilebilir. PLC'nin analog çıkışları ile bir actuator yönetilebilir. CPU tarafından karar verilen çıkış değerleri dijital formda analog çıkış kartının işlemcisine iletilir. Bu değerler bir dijital-analog çevirici ile analog voltaj değerlerine çevrilir. Ayrıca bir voltaj-akım çevirici ile çıkış akımları oluşturulur.

Bir programlanabilir lojik kontrolör CPU'sunun performansı o CPU'nun analog değer işlemesi ile orantılıdır.

1.5 AKILLI GİRİŞ/ÇIKIŞ MODÜLLLERİ (intelligent I/Q Modules)

PLC'lerin normal lojik fonksiyonları dışında birtakım özel fonksiyonları da bulunmaktadır. Bu fonksiyonlarla çıkış gözetimli, diğer bir deyişle kapalı çevrim geri besleme kontrol uygulamaları gerçekleştirilebilir. Bu tip modüller yüksek hızda ve çok ileri derecede hassas kontrol imkanları sağlamak için tasarlanmışlardır.Akıllı giriş-çıkış kartları kapalı çevrim kontrolünde, pozisyonlamada, sayma ve oranlamada ve analog değer işlemede kullanılır .

Akıllı I/Q modüllerin sağladığı avantaj, bu modüllerin zaman açısından kritik olan görevlerini tamamıyla kendilerinin görmesidir. Birçok durumda bu kontrolleri kendi özerk işlemçileri gerçekleştirirler. Böylece CPU'nun kendi görevlerine konsantre olması sağlanarak sistemin kontrol hızı büyük oranda arttırılmış olur. Bu akıllı giriş-çıkış modülleri, saha ile birebir giriş-çıkış kanalları üzerinden bağlantılıdırlar.

1.6 ÖZEL MODÜLLER

PLC ler için tasarlanmış özel modüller isminden de anlaşılacağı üzere PLC nin vazifesi olmayan daha çok kişisel bilgisayarların görevi olan bilgi saklama uygulamalarında kullanılır. Bu saklanacak bilgilerin CPU içerisinde sabit olarak yer alması gereksiz ve çoğu zaman imkansızdır.Bu yüzden PLC sistemi içine dahil edilen bir kart ile bilgi alınması, alınan bu bilgilerin işlenmesi ve büyük oranlarda (CPU içerisinde saklanamayacak boyutta) saklanması sağlanır.Bu tür işlemlerin gerçekleştirilebilmesi için özel modül içerisinde birtakım yazılımlar yapılması gerekir.CPU bu kartlara bilgileri “internal bus'' hattı üzerinden çeşitli komutalarla gönderir. Dos ortamı komutlarını çalıştırabilir ve örnek olarak database içerisinde bilgi saklayabilir. PLC ye takılabilen bu tip kart modeli PC'ler ayrıca flopy drive üzerinden bilgilerin backup olarak yedeklenmesini de sağlarlar. Burada saklanan değerlere ulaşılabilmesi için CPU içerisinde ilgili data blokların açılmış olması gerekmektedir. CPU içindeki STEP5 data blokları herhangi bir ara işlem gerektirmeden excel yada lotus dosyaları içine entegre edilebilir.

1.7 HABERLEŞME MODÜLLERİ (Communication modules)

Kominikasyon modülleri PLC'lerle giriş-çıkış birimleri arasındaki yada başka PC'ler arasındaki data alışverişini sağlarlar. Bu modüller direkt bağlantı (point to poinı) ile işletilebileceği gibi bir network üzerinden de işletilebilir. Bire bir bağlantıda bağlantı yapılan CPU çift interface içerir. Bir porta programlama cihazı ile ulaşılırken diğeri üzerinden haberleşme sağlanır. Böylece sisteme daha fazla sayıda I/Q dahil edilmesi mümkün olur. Ayrıca LAN (local area network) üzerinden de data alışverişi sağlanır. Bu networklar içinde PLC'ler PC'ler saha elemanları ve Workstationlar bulunabilir . Prosesin monitör üzerinden izlenmesi printer raporlamaları da bu tip haberleşme modülleri üzerinden yapılır.

1.8 KARTLARIN TAKILDIĞI RAFLAR (Rack's)

PLC kartlarının takıldığı bu raflar PLC sınıflarına göre farklılıklar göstermektedir. PLC grubu içinde S5-90 ve S5-95 direkt olarak raylı montaj olup herhangi bir rafa monte edilmemektedir. S5-100 kartları submodüle olarak tabir edilen elemanlar üzerine monte edilmektedir. Bu elemanlar üzerinde bulunan bus hattı ile haberleşme sağlanmaktadır.Ayrıca modüler yapıda olan bu elemanlar montaj kolaylığı sağlamaktadır. Submodüler ray üzerine takılırlar. S5-100 tipi PLC'ye ait kartlarda submodüller üzerine vidalanmak suretiyle monte edilir. S5-115 sistemlerinde submodüllerin görevlerini subrack'ler yerine getirir. Subrack'ler ray sistemine uyumlu olmayıp vida montajı ile sabitlenirler. Bu elemanların ihtiyaca göre değişik tipleri bulunmaktadır. Bazı modellere sadece giriş-çıkış kartları takılabildiği gibi bazılarına da çeşitli özel modüller takılabilmektedir. S5-115 sistemi subrack'lerin de ayrıca bazı yüksek akım çekebilen kartların soğutulabilmesi için fan ünitesi montajı da yapılabilmektedir. S5-135 ve S5-155 sistemlerinde kartların takıldığı raflar daha özellikli olup PLC de kullanılan kartların beslemelerini sağlayan güç kaynağı da barındırmaktadır. Ayrıca bu güç kaynağı içinde soğutucu fanlar bulunmaktadır.