Etiket: PLC

PLC, Aç-Kapa(On-Off) Pnömatik Aktüatörlü Vanayı Nasıl Kontrol Eder?

plcvalve

 

PLC Dijital Girişler:

  1. Vana Açık Sinyal Geribeslemesi
  2. Vana Kapalı Sinyal Geribeslemesi

 

PLC Dijital Çıkış:

  1. Vana enerjilendir komutu

 

 

PLC, Aç-Kapa Vanayı Nasıl Kontrol Eder:

 

Herhangi bir pnömatik vananın çalışması için hava beslemesi gerekir. Hava filtresi regülatörü, hava besleme kaynağında bulunan herhangi bir sıvı veya partikül maddeyi elimine etmek ve pnömatik aktüatörlü proses vanasını çalıştırmak için, gerekli basınçlı hava kaynağını ayarlar. Hava filtresi regülatörünün çıkışı, solenoid valf vasıtasıyla vana aktüatörüne bağlanır. Bu örnekte kullandığımız DURAVIS ESV 106 serisi solenoid valf, tek etkili normalde açık bir aç/kapa(on/off) pnömatik aktüatörlü vanayı kontrol etmek için kullanılmıştır.

 

ESV 106 serisi solenoid valfler, normalde kapalı tiptir. Normal konumda selenoid valf, kapalı konumda veya enerjilenmemiş durumda olduğundan, hava kaynağı bloke olur ve basınçlı hava, vana aktüatörüne ulaşamaz. Bu durumda pnömatik aktüatörlü proses vanası (enstrumanımız) da açık konumdadır. Selenoid vana enerjilendirildiğinde, yani PLC sinyal gönderdiğinde; solenoid vana açık pozisyona gelir, böylece pnömatik aktüatörlü proses vanasına (enstrumana), gerekli hava beslemesi geçişine izin verir ve proses vanasını kapatır. Aşağıdaki resimde solenoid valfin enerjili ve enerjisiz durumlarda akışı nasıl kontrol ettiği gösterilmektedir;

 

electrovalve

 

Çoğu zaman solenoid valf ile vana aktüatörü karıştırılır. Her ne kadar, valf üzerindeki solenoid kısmı yapısı itibariyle bir aktüatör olsada, vana aktüatörü bambaşka bir ekipmandır. Bu simülasyonda solenoid valf, proses vanasını kumanda eden aktüatörü açıp kapamaya yarayan basınçlı havayı kontrol etmektedir. Proses vanasına bağlı olan aktüatör ise vanayı açıp kapayarak proses akışkanını kontrol eder.

 

Aç/Kapa proses vanası, vana konumunun tamamen açık veya tamamen kapalı olduğu ile ilgili sinyal olarak geribildirim için limit anahtarları (limit switchleri) ile donatılmıştır. Bu nedenle bu geribesleme sinyalleri PLC dijital girişlerine bağlanır. Dolayısıyla PLC, proses vanasının konumunu tam açık veya tamamen kapalı olarak izleyebilir ve/veya operatöre grafik yoluyla gösterebilir.

 

Baştada dediğimiz gibi pnömatik aktüatörlü proses vanasının açık pozisyonda (Normalde Açık) olduğunu düşünelim. Yani dışarıdan hiçbir etki olmaksınızın vananın pozisyonundan bahsediyoruz. Bu durumda, varsayılan olarak açık sinyali PLC’ ye gönderilecek veya açık bildirim limit switchi enerjilenecek ve kapalı bildirim limit switchinin enerjisinin kesileceğini söyleyebiliriz.

 

PLC’ nin proses vanasına bir dijital çıkış komutu gönderdiğini varsayalım. (Bir bariyer veya bir röle vasıtasıyla). Gene, proses vanamız üzerine monte edilmiş 24V DC solenoid valfimiz olduğunu varsayalım. (Resim1)

 

PLC dijital çıkış modülünden sonra genellikle bir bariyer veya bir röle yerleştirilir. Bir bariyere sahip olduğumuzu düşünelim, ilk bariyer, PLC dijital çıkış modülü komutunu alır (PLC komutu bariyer girişi), sonra bariyer çıkışını (Bariyer çıkışı) enerjilendirir ve bariyer ilgili valfe 24V DC gönderir. Bariyer veya rölenin amacı, PLC ve alan sinyallerinin izole edilmesi veya güvenlik amacıyla veya güç / voltaj sinyallerinin yükseltilmesi için kullanılır.

 

Proses vanamız PLC komutunu alır, yani bariyerden solenoid valfin 24V DC gerilimini alır. Böylece solenoid valf enerjilendirilir ve valf açık konumuna geçer. Solenoid valf, proses vanasının aktüatörüne, basınçlı kumanda havasını iletir.

Vana aktüatörü cihazın hava beslemesini alır ve vana milini buna göre hareket ettirir ve vana pozisyonu tamamen açık durumdan tam kapalı pozisyona geçer. Proses vanası gövde hareketini başlattığında derhal açık geri bildirim sinyali yok olur. Vana kapama hareketi başlatıldıktan ve kapalı konuma gelmeden önce hem açık hem de kapalı geribildirimler PLC tarafından kullanılamaz ve bu olay, geçiş durumu olarak adlandırılır. Proses vanası tamamen kapandıktan sonra, kapalı geri besleme switchi (limit switch veya proximity de olabilir) enerjilenir ve PLC’ye geribildirim sinyali gönderilir ve operatör vana kapalı bilgisini izler.

 

Not: Bazen on/off proses vanaları iki pozisyon arasında bir yerde takılabilir veya sıkışabilir, bu nedenle, ne açık ne de kapalı geri besleme anahtar devresi tamamlanamayacağından, vananın açık veya kapalı pozisyonu ile ilgili bir geri besleme alınamayabilir. Bu durumda proses vanasıyla alakalı, herhangi bir ara durumu algılamak mümkün değildir.

 

Şimdi PLC, çıktı komutunu on/off proses vanasına göndermiş olsun. Yani bariyer girişi kapatılacak, böylece bariyer enerjilenmeyecektir veya bariyer çıkışı KAPALI olacaktır, 24V DC enerji ise solenoid valfe gitmeyecektir. Enerjilenmeyen solenoid valfin konumu; açık pozisyondan kapalı pozisyona geçer. Böylelikle solenoid valf kapanır, yani pnömatik aktüatörlü proses vanasına giden hava beslemesini keser. Bu durumda proses vanası ilk konumu olan açık konumuna geri gelir ve PLC ye bunun ile ilgili sinyali iletir.

 

 

Simülasyonda Kullanılan Ekipmanların Detayları :

 

Örneğimizde bir pnömatik aktüatörlü aç/kapa vanasını simüle ettik. Bu sistemdeki vana ve bileşenlerin listesi aşağıdaki gibidir;

 

a.Hava Filtre Regülatörü: Hava Filtreleri, sıvı su ve partiküler maddeleri basınçlı hava kaynaklarından uzaklaştırmak için kullanılır. Bunlar ‘mekanik filtreler’ olup hava kaynağından gelen basıncı istenilen basınca regüle edip, onu filtreleyen ekipmanlardır.

 

b.Solenoid Vana: Solenoid valf, elektromekanik olarak kontrol edilen bir valftir. Vananın üzerinde bir hareketli ferromanyetik çekirdek, kovan ve bir elektrik bobini olan bir solenoid bulunur. Bobindeki elektrik akımı, manyetik alan yaratır. Manyetik alan çekirdeği bir kuvvet yardımıyla çeker veya iter. Sonuç olarak, bu çekirdek hareketi ile vananın orifisini açar veya kapatır.

 

c.Açık – Kapalı Besleme Sinyalleri:Proximity switchler, bazı nesnelerin yakınlığını algılayan anahtarlardır. Tanım gereği bu anahtarlar, kapak konumunun yakın ya da açık olduğunu algılamak için kapasitif, endüktif, manyetik, elektrikli veya optik araçlarla temassız sensörlerdir. Ayrıca limit switchler, proximity dışında mekanik switch te olabilirler, bu tip switchler temaslıdır.

 

d.Vana Aktüatörü: Bir vana aktüatörü, bir güç kaynağını kullanarak vanayı açmak veya kapatmak için kuvvet üreten bir ekipmandır. Bu güç kaynağı manuel (el, dişli, zincirli çark, kol vb.) olabilir. Ayrıca bu güç kaynağı; elektrik, hidrolik veya pnömatik te olabilir. Biz yukarıdaki örneğimizde, pnömatik tahrikli bir aktüatörden bahsettik.

 

e.Hava Besleme Kaynağı : Basınçlı ve şartlandırılmış hava kaynağıdır.

 

Daha fazla bilgi için; www.us-kon.com.tr

 

Solenoid Valflerde AC (Alternatif Akım) mi? DC (Doğrusal Akım) mi? Avantaj ve Dezavantajları

acdcvalf

 

Solenoid valfler uzun yıllardır sanayide çok farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Fakat, ilk ortaya çıkışından bugüne uzanan süreçte, teknolojisinin çokta fazla gelişmediğini görürüz. Bazen çalışma şeklinin anlaşılmadığı ve bu sebeple bir çok yanlış uygulama örneğine şahitlik ederiz. Örneğin birçok kullanıcı, solenoid valflerde AC ile DC voltajların, aynı solenoid valfte farklı performans sunacağını bilmemektedir. AC voltaj, akışkanın yüksek fark basınçlarında daha yardımcı olurken, DC ise kolay kablolama gibi farklı avantajlar sunar.

 

Solenoid valflerin çalışma prensibinden ve iç yapısından bu yazımızda detaylıca bahsetmeyeceğiz. Ancak temel de, yay kuvvetiyle valfin orifisinin kapatıldığını, girişten çıkışa doğru bir basınç kaybı ile bir hidrolik kuvvet yaratıldığını ve bu kuvvetin orifis büyüklüğün karesi ile orantılı olduğu bilgisini verelim. Ancak, valf açıldığında ve akış gerçekleşmeye başladığında, hidrolik kuvvet ciddi şekilde düşer. Bu sebeple ideal bir solenoid valf; hem bu hidrolik kuvvetin, hemde yay kuvvetinin üstesinden gelecek bir iç manyetik kaldırma kuvvetine sahip olmalıdır. (Bu kuvvet; bobine verilen elektriksel güce bağlıdır.) Akış başladığında valf, sadece yayı sıkıştıracak manyetik kuvveti sağlamalı; bu sebeple manyetik kaldırma kuvveti ve dolayısıyla elektrik güç tüketimi düşmelidir. Bundan fazlası ise, bobinin üreteceği ve sadece işe yaramayan sıcaklık israfı olacaktır.

 

AC Voltaj Avantajları

 

Güç tüketimi açısından, AC uyarılı bir solenoid valf daha verimlidir. Tipik olarak; bir son kullanıcı bir bobine, bir mekanik veya solid-state anahtarlama vasıtasıyla voltajı uygular. Fakat gerçekte manyetik alanı oluşturan şey ise; bobinden geçen akımdır (Bobin sarım sayısı ile çarpımı). Bu akım değeri; voltajın bobin empedansına bölünmesi ile bulunan değerdir. Bir AC sinüs eğrisi için, bu empedans = R + j*2*pi*f*L olarak hesaplanır. Bu denklemde; R: bobin direci, Pi: pi değeri(3,14), L: indüktans, f: AC frekansı ve j: 90 derecelik faz değişimi ile sonuçlanan matematiksel katsayıdır. Selenoid vana açıldığında, hava boşluğu hızla daralır (Manyetik devre daha etkin hale geldikçe, çekirdek ivmelenir). Bu durum, bobinin indüktansında, L, (ve dolayısıyla empedans) dramatik artış yapar. Bunun bir sonucu olarak, ilk ve ani demeraj durumundan sonra akım düşmeye başlar. Sonuçta; AC uyarının basınca karşı valfi açmak ve daha sonra güç tüketiminin düşmesi gibi istenilen sonuçları sağladığı görülür.

 

DC uyarıda ise vaka tersine işler. DC voltaj bir solenoid valf bobinine uygulandığı zaman; akım, voltajın bobin direcine bölümüyle elde edilen değere eşitleninceye kadar asimptotik olarak artar.

 

O kararlı hal düzeyine ulaşmak için gereken süre, R (Bobin direnci) bölü L (indüktans) zaman sabiti ile belirlenir. Böylece DC ile uyarma süreci, akımın nispeten yavaş birikmesi ile yani bir solenoid valften istenilen şeyin tam tersini oluşturur.

 

 

AC ve DC İkamesi

 

AC uyarılı bir solenoid valf daha verimli olmasına rağmen, genellikle 110/230V AC gibi yüksek voltajlarda piyasaya sunulur. Bu durum ise, kullanıcılara elektrik şok tehlikesi, kablolama nötr-faz ayrımı, elektriksel güvenlik kodları ihlalı vb. riskler getirir. Tabi bunun yanında, 12 veya 24 VAC gibi düşük voltaj alternatif akım çözümleri de sunulmaktadır. Fakat bu tercih te, kendi içinde sıcaklık ve güç problemleri doğurabilecek bir ekstra transformatöre ihtiyaç duyulmasına sebebiyet verir.

 

Gerilim/akım AC solenoid içinde döngüsünü gerçekleştirirken, azımsanmayacak derecedeki “demir kayıpları” (histerezis ve endüksiyon akımları), güç kaybının yarısı olarak hesap edilebilir. Ayrıca akışkan kontrol sistemlerinin otomasyonunda kullanılan PLC, DCS ve bunun gibi modern endüstri uygulamalarında DC voltajların bağlanması daha kolaydır ve tercih edilir. Bu sistemler, plug-in modül başına daha fazla çıkış sunabilir veya kullanıcı, farklı yük türleri arasında bir çıkış modülü paylaşmak isteyebilir. DC power-bus (örneğin birçok proses bazlı fabrikada yedeklemeler ile 24V DC kaynakla yapılır.) genellikle daha kolayca kullanılabilir. Aslında ideal olarak istenilen şey; tüm problemlerinden arınmış ama AC solenoid uyarısının akım dalga formudur. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte ve ek elektronik komponentlerle, DC bobinin akım dalga formu değiştirilebilmektedir.

 

Bobin Sıcaklıklığı ve Valf Ömrü

 

Geleneksel solenoid vana çözümleri, önemli ölçüde enerji maliyetleri yaratabilir ve büyük, pahalı, ayrı güç kaynaklarına ihtiyaç duyabilir. Fakat gücün solenoide taşınması uygulamada göz önünde bulundurulacak tek faktör değildir. Güç, ciddi problemli bir sıcaklık kaynağına dönüşür. Bir pano veya kabin içerisine yerleştirilmiş birkaç sayıdaki solenoid valfin yayabileceği ısı enerjisi ile ortam sıcaklığı kabin içerisindeki diğer elektronik komponentlerin sağlıklı çalışmasına etki edebilir. Dolayısıyla klima, fan veya benzeri ekipmanlara ihtiyaç duyulabilir.

 

Solenoid bobin sıcaklığı, bir solenoid valfin beklenen ömrünün de azalmasına sebep verir. Valfin kendi iç çalışması nedeniyle oluşan sıcaklıklara ek olarak; bobin teli / yalıtımının sınıflarının farklılaştırılması, valfin ortam sistem sıcaklıkları için daha büyük veya daha küçük toleranslara uyum sağlamasını kolaylaştırır. Genel kabul görmüş bir pratik olarak (Arrhenius kuramı ve tipik bir aktivasyon enerjisine dayalı) 10°C kuralı şunu söyler; diğer tüm koşullar sabit tutulduğunda, valfin çalışma sıcaklığında her bir 10°C lik azalışa istinaden bobinin termal ömrü iki katına çıkar. Örnekle açıklamak gerekirse; geleneksel 11-watt lık bir solenoid bobini, akım anahtarlama sistemi ile 2 wattlık düşürülürse, bobin sıcaklığı tipik olarak 40°C azalacaktır. Kabaca ömür hesabı: (40/10)^2 = 16.

 

Bu sonuçlara bakıldığında, solenoid bobin ömrünü 5 yıldan 80 yıla kadar uzatmak mümkündür. Kullanıcılar, basit bir selenoid vana performansını optimize etmek için; akışkan debileri ve basınçlarını kontrol altında tutmak konusunda dikkatli olmalıdır. Anahtarlamalı akım yönetimi ekipmanları sayesinde güç tüketimi dikkate değer ölçüde azaltılabilir. Bunun sayede önceki AC çözümlerinden daha etkin, ister alternatif iseter doğrusal akım olsun daha verimli sonuçlar elde etmek mümkün olabilir. Bu tip çözümler farklı ve geniş birçok voltaja uygulanabilir ve bobinin sıcaklık üretmesini azaltır.

 

www.us-kon.com.tr
www.duravis.com

 

İnput ve Outputlarda Dijital ve Analog Farkı

otomasyonanalogdijital
 

Otomasyon sistemlerinde kullanılan input (giriş) ve output (çıkış) terimleri dijital veya analog olarak bu terimlerin türlerini belirlemektedir. Kullanılan plc’lerde analog/dijital inputlar ve outputlar veya bunlar için kullanılan ekstra modüller bulunur. Ayrıca analog veya dijital değer oluşturma ve geribesleme (feedback) almak için kullanılan sensörler, potansiyometreler gibi farklı elemanlar vardır.

 
Dijital input veya dijital output en temel olarak 1 veya 0 olarak yani var veya yok olarak tanımlanabilir. Mesela 24V ile çalışan bir proximity sensör önündeki nesneyi ya görür ya da görmez. Eğer görürse gördüm anlamında 24V olan giriş gerilimini çıkış ucuna verir. Çıkış ucundan alınan 24V sinyal dijital bir sinyaldir ve bu PLC gibi her hangi bir kontrol birimine dijital input olarak gönderilir. Bu sensörden alınan dijital inputu değerlendiren PLC bir röleyi çektirecek olsun. Bunun için de PLC’nin röle bobinin enerjilendirecek 24V göndermesi gerekecektir. Gönderdiği bu 24V dijital outputtur.

 
Analog input veya analog output ise belirli bir aralıkta değişen voltaj veya gerilim değeridir. Mesela elimizde 10V DC bir güç kaynağımız var bu güç kaynağımızın + ve – uçlarını bir potansiyometreye bağlıyoruz. Bu potansiyometrenin orta ucunun çıkışı (output) 0 – 10V arasında bir değer olacaktır. Bu değer analogdur. Aldığımız bu analog değeri analog input ile hız kontrolü sağlayan bir motor sürücüsünde kullanarak motor hızını kontrol edebiliriz. Aynı şekilde analog outputları çeşitli sıcaklık sensörlerinden veya mesafe sensörlerinden elde edip analog input modülü olan PLC’lerde kullanabiliriz. Ayrıca analog output modülü olan PLC’lerden alınan analog outputu da otomasyon sisteminin çeşitli elemanlarında kullanarak kontrol sağlarız.

 
Analog input ve outputlar gerilim (V) veya akım (A) olabilir. Bu kullanılan sistemin özelliğine göre değişir.

 
 

Kaynak: Yukarıdaki yazı, www.elektrikce.com sitesinden alınmıştır.