E LE KTRİK_ E LE KTRoNİK vıtirrnN» i s riĞi

nirinwın çar.rşnnasr rnz rirapçrĞraÇFAZLI ASENKRON MOTORUN HIZ KONTROLUNU

yApAN vrc çüç pARAMETRELEnixi izr'gyrNSCADA TABANLI nin sisrnıvriN rasanrvrr

HAZIRLAYANLARB13090030l Sezai ctrNcÖn

G120900029 Hüsamettin GÜLER81300900018 Samet ARAYICI

DiA.NIŞMAN .

Doç. Dr.Ihsan PEHLIVAN

TEKNOLOJı SAK RYAFAKUHESı

aa üxivp SİTESİ

r_,isaNs nirinryrE çALIşMASIONAY FORMU

Sezai GÜNGÖR, Samet ARAYICI ve Hüsamettin GÜLER tarafindan Doç. Dr.I!r9,

pprrıİvaN y_önetiminde hazırlanan *ÜÇ FAZLI ASENKRON MoToRtINHIZ KONTROLÜNÜ YAPAN VE GÜÇ PARAMETRELERINİ izreveN iĞa»aTABANLI BİR SİSTEMİN TASAR[MI" başlıklı Bitirme çalışması tarafımızdankapsamı ve niteligi açrsından incelenerek kabul edilmiştir.

Danışman Doç. Dr. İhsan PEHLİVAN

Jüri Üyesi 1 Yrd.Doç. Metin VARAN

Jüri Üyesi 2 Yrd.Doç. Halil ARSLAN

Bölüm Başkanı Prof. Dr. Ali FuatBOZ

ii

ÖNSÖZ

Bitirme Çalışması süresince bize her türlü desteği veren değerli hocamız Doç. Dr.

İhsan PEHLİVAN’a, ZM ELEKTROMEKANİK şirketi Genel Müdürü Orhan

TÜRKMEN’e ve çalışanlarına, bölüm olanaklarının Bitirme Çalışması için

kullanılmasına izin veren Bölüm başkanlığına, desteklerinden dolayı Teknoloji

Fakültesi Dekanlığına ve Sakarya Üniversitesi Rektörlüğüne teşekkür ederiz.

Ayrıca bizlere maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen ailelerimize, Bitirme

Çalışması boyunca bize destek veren kıymettar arkadaşımız Ahmet OKATAN’a

teşekkür ederiz.

Mayıs 2017

Sakarya

Sezai GÜNGÖR

Hüsamettin GÜLER

Samet ARAYICI

iii

İÇİNDEKİLER

Lisans Bitirme Çalışması …………………........ i

Önsöz ……………………… ii

İçindekiler ……………………… iii

Özet ……………………… vi

Semboller Ve Kısaltmalar ……………………… vii

Şekiller Listesi ……………………… xiv

Tablolar Listesi ……………………… xvi

1.GİRİŞ…………………………………...…………………………………………Hata! Yer

işareti tanımlanmamış.

1.1. Genel Bilgiler ................................................................................................... 1

1.2. Literatür Araştırması ................................. Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

1.3.Özgünlük………………..…………………………....…….………………….Hata! Yer

işareti tanımlanmamış.

1.4. Yaygın Etki ............................................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

1.5. Standartlar ................................................. Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

1.5.1. Üç fazlı tam kapalı asenkron motor ... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

1.5.2. Şebeke analizörü ................................ Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

1.5.3. Akım trafosu ...................................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

1.5.4. Motor sürücüsü .................................. Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

1.6. Çalışma Takvimi ....................................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2. TEORİK ALTYAPI ............................................................................................... 8

2.1. Genel Bilgiler ................................................................................................... 8

2.2. Enerji Analizörü (Şebeke Analizörü) ............................................................... 9

2.3. SCADA (Supervisory Control and Data AcquisitionSupervisory Control and

DataAcquisition)…….……………….…………………………………………..10

2.4. V/f Kontrol Teorisi .................................. Hata! Yer işareti tanımlanmamış.1

2.5.Üç Fazlı Asenkron Motor ........................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.5.1. Asenkron Motor Genel Bilgi ............. Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.5.2. Asenkron Motorun Yapısı ................. Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

iv

2.5.3. Asenkron Motor Çalışma Prensibi .... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.5.4. Asenkron Motorda Hız Kontrolü ....... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.5.4. Rotor Kayması ................................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.5.5. Rotor Elektriksel Frekansı ...................................................................... 18

2.5.6. Asenkron Motor Eşdeğer Devresi .......................................................... 18

2.5.7. Asenkron Motorda Güç Kayıpları .......................................................... 20

2.5.8. Asenkron Motorda Moment - Hız İlişkisi .............................................. 21

2.5.9. Asenkron Motorda Hız Kontrolü ............................................................ 21

2.6. İnverterler (Eviriciler ) ............................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.6.1. Modern İnverter Teknolojisi .............. Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.6.2. Inverter (ASM Sürücü) Çalışma IlkesiHata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.6.3. AC Motor Sürücülerinin Özellikleri Ve Avantajları………………………Hata! Yer

işareti tanımlanmamış.

2.7.Enkoder…………..….……………………………………………………….27

2.8. PLC Hakkında Genel Bilgi............................................................................ 27

2.8.1. PLC Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar ............................................. 29

2.8.2. TIA PORTAL…………………………………………………………..Hata! Yer

işareti tanımlanmamış.

2.8.3. TİA PORTAL'ın Avantajları .................................................................. 31

2.9. SCADA SiSTEMLERİ .................................................................................. 32

2.9.1. SCADA Sistemlerinin Yapısı ................................................................. 33

2.10. USB-RS485 CONVERTER .................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.

2.11. Akım Trafosu ............................................................................................... 35

2.12. Modbus Poll ................................................................................................. 37

2.12.1. Modbus Poll Özellikleri: ...................................................................... 37

2.13. KEPServerEx ............................................................................................... 37

3.TASARIM………………..………………………………………………………39

3.1. Genel Bilgiler................................................................................................. 39

3.2. Boyutlandırmalar ............................................................................................ 39

3.3. Sistem Bileşenleri ve Seçimleri ...................................................................... 40

3.4. Uygulanan Yöntemler .................................................................................... 42

3.4.1. RS485 haberleşmesi ............................................................................... 42

3.4.2. Hız Kontrolü ........................................................................................... 42

3.5. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz ........................................................... 42

v

4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI ....................................................................... 46

4.1. Genel Bilgiler................................................................................................. 46

4.2. Simülasyon Yazılımları .................................................................................. 46

4.2.1. MATLAB&SIMULINK Yazılımı .......................................................... 46

4.2.2. Siemens SIMATIC Wincc Flexible Yazılımı ......................................... 48

4.3. Sistem Modelleme .......................................................................................... 49

4.3.1. Matlab& Simulink® İle Modelleme ........................................................ 49

4.3.2. Wincc Flexible ile modelleme ................................................................ 59

4.3.3. PLC kodları............................................................................................. 65

4.4. Simülasyon ..................................................................................................... 66

5.DENEYSEL ÇALIŞMALAR…………………………………………………....67

5.1. Genel Bilgiler……………………………………………………………….67

5.2. Sistemin Birleştirilmesi…………………………………………….....…70

5.3. Arayüz Elemanlarının Gerçeklenmesi………………………………….......67

5.4. Yapılan Testler……………………………………………………..……….69

6.SONUÇLAR……………………………………………………………...………70

6.1. Genel Açıklamalar……………………………………………………...……70

6.2. Simülasyon Sonuçları…………………………………………………......…70

6.2. Deney Sonuçları………………………………………..……………………72

6.3. Değerlendirme……………………………………………...………………..72

7. KAYNAKLAR .................................................................................................. ..73

EKLER……………………….....………………………………...……………..74

ÖZGEÇMİŞLER………………………………………………………………....84

vi

ÖZET

Bu Bitirme Çalışması’nda, Siemens Wincc Flexible SCADA arayüzü üzerinde, örnek

bir üç fazlı asenkron motorun hız kontrolünü sağlayan; ayrıca asenkron motorun

akım, gerilim, cos(Φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametre

değerlerinin tek bir noktadan izlenmesini gerçekleştiren bir sistemin tasarımı

gerçekleştirilmiştir.

Bitirme Çalışması iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada Analizör yardımıyla üç

fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos(Φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi

güç parametreleri hesaplanmıştır. Daha sonra analizörün sahip olduğu Modbus(RTU)

RS485 haberleşme protokolü ile analizörden alınan güç parametrelerine ait veriler,

RS485-USB converter ile bilgisayar ortamına aktarılmıştır. MODBUS POLL

programı yardımıyla aktarılan verilere ait adresler belirlenip, KEP SERVEREX

programı ile Siemens Wincc Flexible SCADA programına gönderilmiştir. Son olarak

Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç parametre verilerine ait değerleri

izlemek üzere gösterge arayüzleri tasarlanmıştır. İkinci aşamada, asenkron motorun

hız kontrolünü sağlamak üzere ilk olarak PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA

programı CAT5 kablosu yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC’nin bir adet

analog çıkışı üç fazlı asenkron motor sürücüsünün analog girişine bağlanmıştır. Son

olarak üç fazlı asenkron motor üç fazlı asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır.

Sonuç olarak; tasarlanan bu sistem, bilgisayar ekranından üç fazlı bir asenkron

motorun hızını kontrol edebilmenin yanı sıra güç parametrelerinin izlenilmesini ve

verileri kaydederek istenilen bir zamanda doküman olarak alınmasını sağlamaktadır.

Gerçek zamanlı olarak uzaktaki bilgisayar ortamında çalışan SCADA tabanlı bir

sistem tarafından asenkron motor kontrol edilebildiğinden ve tüm güç parametreleri

izlenebildiğinden dolayı, olası bir arızaya da hızlı müdahale edilebilmektedir.

vii

SEMBOLLER VE KISALTMALAR LİSTESİ

SCADA : Supervisory Control and Data Acquisition

cos (Φ) : Asenkron motorun güç katsayısı

PLC : Programmable Logic Controller

TSE : Türk Standartları Enstitüsü

IEC : International Electrotechnical Commission

DIN : Deutsches Institut für Normung

UL : Underwriters Laboratories

UPS : Uninterruptible Power Supply

RMS : Root Mean Square

W : Watt

VA : Volt amper

VAr : Volt amper reaktif

Hz : Hertz

Wh : Watt saat

d/dk : devir/dakika (motor hızı)

HVAC : Heating, Ventilating and Air Conditioning

V/F : Voltage/Frequency

PWM : Pulse-Width Modulation

IGBT : Insulated Gate, Bipolar, Transistor

AC : Alternative Current

viii

fe : Stator besleme gerilimi frekansı

P : Çift kutup sayısı

S : Rotor kayma oranı

fr : Rotor elektriksel frekansı

ER : Rotorda indüklenen gerilim

Xr : Rotor reaktansı

PScu : Stator bakır kayıpları

Pfe : Demir kayıpları

PRcu : Rotor bakır kayıpları

Pmk : Mekanik kayıplar

Te : Motorda indüklenen moment

Pm : Mekanik enerjiye dönüşen güç

wm : Rotor hızı (rad/s)

Eha : Motor zıt elektromekanik kuvveti

Qha : Hava ağırlığı akısı

DC : Direct Current

SCR : Silicon Control Redresor

ASM : Asenkron Motor

PC : Personal Computer

HMI : Human Machine Interface

VPN : Virtual Private Network

ix

RTU : Remote Terminal Unıt

GND : Ground

RX : Okuma portu

TX : Yazma portu

ACCII : American Standard Code for Information Interchange

TCP : Transmission Control Protocol

UDP : User Datagram Protocol

ID : İdentification

ERP : Enterprise Resource Planning

MES : Manufacturing Execution System

DDE : Dynamic Data Exchange

OPC : Open Platform Communications

DI : Digital Input

DO : Digital Output

AI : Analog Input

AO : Analog Output

HSC : High Speed Counter

GUI : Graphical User Interface

WINCC : Windows Control Center

Rs : Snubber direnci

Cs : Snubber kapasitansı

x

Pn : Tek veya üç fazlı dönüştürücünün nominal gücü (VA)

Vn : Nominal hat-hat arası AC gerilim (Vrms)

F : Temel frekans (Hz)

Ts : Örnekleme zamanı (s)

SCADA : Supervisory Control and Data Acquisition

cos (Φ) : Asenkron motorun güç katsayısı

PLC : Programmable Logic Controller

TSE : Türk Standartları Enstitüsü

IEC : International Electrotechnical Commission

DIN : Deutsches Institut für Normung

UL : Underwriters Laboratories

UPS : Uninterruptible Power Supply

RMS : Root Mean Square

W : Watt

VA : Volt amper

VAr : Volt amper reaktif

Hz : Hertz

Wh : Watt saat

d/dk : devir/dakika (motor hızı)

HVAC : Heating, Ventilating and Air Conditioning

V/F : Voltage/Frequency

xi

PWM : Pulse-Width Modulation

IGBT : Insulated Gate, Bipolar, Transistor

AC : Alternative Current

fe : Stator besleme gerilimi frekansı

P : Çift kutup sayısı

S : Rotor kayma oranı

fr : Rotor elektriksel frekansı

ER : Rotorda indüklenen gerilim

Xr : Rotor reaktansı

PScu : Stator bakır kayıpları

Pfe : Demir kayıpları

PRcu : Rotor bakır kayıpları

Pmk : Mekanik kayıplar

Te : Motorda indüklenen moment

Pm : Mekanik enerjiye dönüşen güç

wm : Rotor hızı (rad/s)

Eha : Motor zıt elektromekanik kuvveti

Qha : Hava ağırlığı akısı

DC : Direct Current

SCR : Silicon Control Redresor

ASM : Asenkron Motor

xii

PC : Personal Computer

HMI : Human Machine Interface

VPN : Virtual Private Network

RTU : Remote Terminal Unıt

GND : Ground

RX : Okuma portu

TX : Yazma portu

ACCII : American Standard Code for Information Interchange

TCP : Transmission Control Protocol

UDP : User Datagram Protocol

ID : İdentification

ERP : Enterprise Resource Planning

MES : Manufacturing Execution System

DDE : Dynamic Data Exchange

OPC : Open Platform Communications

DI : Digital Input

DO : Digital Output

AI : Analog Input

AO : Analog Output

HSC : High Speed Counter

GUI : Graphical User Interface

xiii

WINCC : Windows Control Center

Rs : Snubber direnci

Cs : Snubber kapasitansı

Pn : Tek veya üç fazlı dönüştürücünün nominal gücü (VA)

Vn : Nominal hat-hat arası AC gerilim (Vrms)

F : Temel frekans (Hz)

Ts : Örnekleme zamanı (s)

xiv

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 2.1. Entes Mpr 63 Şebeke Analizörü ön görünüş ........................................... 9

Şekil 2.2. Entes Mpr 63 Şebeke Analizörü arka görünüş ........................................ 9

Şekil 2.3. Örnek SCADA ekranları ........................................................................ 10

Şekil 2.4. Frekans-moment-güç-akım-kayma ilişki grafiği………..……………..11

Şekil 2.5. Sincap kafesli asenkron motor ............................................................... 16

Şekil 2.6. Sincap kafesli asenkron motor parçaları ................................................ 17

Şekil 2.7. Asenkron motorun faz başına kilitli rotor eşdeğer modeli..................... 18

Şekil 2.8. Transformatör ve asenkron motor mıknatıslanma eğrisi ....................... 19

Şekil 2.9. Asenkron motorda güç kayıpları ............................................................ 20

Şekil 2.10. Sincap kafesli asenkron motorun α-β ekseninde matematiksel

modeli…………………………………………………………………………….22

Şekil 2.11. Asenkron motorun α-β matematik modelinin Simulink Blok

diyagramı………………………………………………………………………....22

Şekil 2.12. Üç fazın pwm sinyaline evrilmesi........................................................ 24

Şekil 2.13. Farklı frekanslarda AC motor sürücü çıkışındaki dalga şekleri........... 25

Şekil 2.14. PLC’nin temel yapısı ........................................................................... 28

Şekil 2.15. S7 1215C DC/DC/DC PLC ................................................................ 29

Şekil 2.16. TIA PORTALşeması ........................................................................... 32

Şekil 2.17. RS485-USB dönüştürücü konnektör uçları ......................................... 34

Şekil 2.18. Digitus DA 70157 rs485 to usb dönüştürücü ....................................... 35

Şekil 2.19. ENT.30” A.G. 30A ile 300A arasında primer anma akımlarında ölçüm,

150A'e kadar 1, 200A ve 300A aralığında 0,5 sınıfında ölçüm yapabilen A.G.

akım transformatörü ............................................................................. 35

Şekil 2.20. Akım trafosu bağlantı şeması............................................................... 36

Şekil 3.1.Üç fazlı asenkron motor teknik çizimi ve ölçütleri ................................. 39

Şekil 3.2. Pano………………...………………………………………………….40

Şekil 4.1. MathWorks Matlab&Simulink .............................................................. 46

Şekil 4.2. SIMATIC WINCC Flexible ................................................................... 48

Şekil 4.3. Matlab Açılış Ekranı .............................................................................. 49

Şekil 4.4. MATLAB R2015b command window .................................................. 50

Şekil 4.5. Simulink’ Giriş ...................................................................................... 51

xv

Şekil 4.6. Simulink Toolbox Listesi ....................................................................... 52

Şekil 4.7. Modelimize powerlib kütüphanesinden asenkron motor ekleme .......... 53

Şekil 4.8. Üç fazlı sincap kafes asenkron motor .................................................... 53

Şekil 4.9. Asenkron motorun configuration sekmesinden rotor tipinin seçilmesi . 54

Şekil 4.10. Asenkron motora özgü parametre değerlerinin girilmesi .................... 55

Şekil 4.11. Asenkron motor elektriksel devre modeli ............................................ 55

Şekil 4.12. IGBT inverter (motor sürücü ) ............................................................. 57

Şekil 4.13. IGBT Devre Modeli ............................................................................. 57

Şekil 4.14. IGBT pametrelerinin giriş diyaloğu ..................................................... 57

Şekil 4.15. Simulink modelinin son hali devre elemanları .................................... 58

Şekil 4.16. TIA PORTAL açılış ekranı .................................................................. 59

Şekil 4.17. Proje oluşturma ve var olan projeyi açma ........................................... 59

Şekil 4.18. Projemize “Add new device” yazısını üstüne çift tıklayıp gelen

menüden “PLC”, “PC station”, “IE_General”, eklenmesi. .................. 60

Şekil 4.19. PLC ve SCADA haberleşmesi ve IP adres numaraları ........................ 61

Şekil 4.20. Boş bir SCADA ekranı ........................................................................ 61

Şekil 4.21. Toolbox menüsünden SCADA ekranınakullanılacak elemanların

eklenmesi.............................................................................................. 62

Şekil 4.22. Gauge elemanı ..................................................................................... 62

Şekil 4.23. f(t) trend view kontrol izleme aracı ..................................................... 63

Şekil 4.24. I/O Field elemanı ................................................................................. 63

Şekil 4.25. Güç parametrelerinin trend ekranına eklenmesi .................................. 63

Şekil 4.26. Tasarlanan SCADA arayüzü ................................................................ 64

Şekil 4.27. PLC kodları .......................................................................................... 65

Şekil 4.28. AC motor sürücünün vektör kontrolü .................................................. 66

Şekil 5.1. Asenkron motor ve enkoder bağlantı aparatı ......................................... 67

Şekil 5.2. Panonun montaj aşaması ........................................................................ 68

Şekil 5.3. Bitirme Çalışması bitmiş hali ................................................................ 68

Şekil 6.1. Üç fazlı asenkron motor parametreleri .................................................. 70

Şekil 6.2. Üç fazlı asenkron motor hız, tork ve L1 fazının akım zamana göre

grafiği .................................................................................................... 71

Şekil 6.3. üç fazlı asenkron motor hız ve akım parametrelerinin zamana göre

grafiği ..................................................................................................... 71

xvi

TABLOLAR LİSTESİ

Tablo 1.1. Üç fazlı senkron motorun standartları .................................................... 4

Tablo 1.2. Şebeke analizöründe uygulanan standartlar ............................................ 5

Tablo 1.3.Akım trafosu standartları ......................................................................... 6

Tablo 1.4. Motor sürücü standartdlarıı ..................................................................... 6

Tablo 1.6. “BİTİRME ÇALIŞMASI” çalışma takvimi… ....................................... 7

Tablo 3.1. Motor etiket değerleri ........................................................................... 41

Tablo 3.2. Malzeme Listesi .................................................................................... 43

Tablo 4.1. Asenkron motor Blok parametreleri tanımlamaları .............................. 56

Tablo 5.5. Farklı devir/dk hızındaki değerleri ....................................................... 69

Tablo 6.3. Deney sonuçları .................................................................................... 72

1

1. GİRİŞ

1.1 Genel Bilgiler

Bu Bitirme Çalışmasında, Siemens Wincc Flexible SCADA arayüzü üzerinde, örnek

bir üç fazlı asenkron motorun hız kontrolünü sağlayan; ayrıca asenkron motorun

akım, gerilim, cos(Φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametre

değerlerinin tek bir noktadan izlenmesini gerçekleştiren bir sistemin tasarımı

amaçlanmıştır.

Örnek bir yapı olarak üç fazlı bir asenkron motorun güç parametrelerini izleyip, hız

kontrolü yapılması seçilmiştir. Bu örnek uygulamada ilk aşamada Analizör

yardımıyla üç fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos (Φ), aktif güç, reaktif güç

ve frekans gibi güç parametrelerini hesaplandıktan sonra analizörün sahip olduğu

Modbus (RTU) RS485 haberleşme protokolü ile analizörden alınan güç

parametrelerine ait verilerin, RS485-USB converter ile bilgisayar ortamına

aktarılarır. MODBUS POLL programı yardımıyla aktarılan verilere ait adresler

belirlenip, KEP SERVEREX programı ile Siemens Wincc Flexible SCADA

programına gönderilir. Sonrasında Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç

parametre verilerine ait değerleri gösterge arayüzünde izlenir.

Gerçek zamanlı olarak asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk

aşamada PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu

yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC’nin bir adet analog çıkışı üç fazlı

asenkron motor sürücüsünün analog girişine ve üç fazlı asenkron motor üç fazlı

asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır.

Bu konu endüstrideki hantal yapının profesyonelleştirilmesi amacıyla, ileri

aşamalarıda ethernet modülü eklenerek, istenildiği zaman, istenildiği yerden gerçek

zamanlı olarak izleyip, istenildiğinde müdahale edebilmek için seçilmiştir.

2

1.2. Literatür Araştırması

Görmemiş ve arkadaşları (2006) bu makalede, enerji analizörleri için geliştirilen

Deplhi tabanlı bir arayüz yazılımı sunulmaktadır. Amaç güç analizöründen elde

edilen elektriksel büyüklüklerin gerçek zamanlı olarak bilgisayara aktarılması ve

geliştirilen yazılım ile analizörden alınan akım, gerilim, güç, harmonik distorsiyonu

vb. büyüklüklerin gerçek zamanda kaydedilip bu verilerin karşılaştırmalı olarak

grafik halinde gösterilmesidir [5].

Perera, PD Chandana (2003), Perera, PD Chandana, P. Thogersen, F. Blaabjerg ve

J.K. Pedersen hareket kontrol uygulamalarında, yüksek verimlilik ve yüksek güç

yoğunluğu gibi çekici özelliklerinden dolayı kalıcı mıknatıslı senkron motorlar

(PMSM' ler) için basit bir V / f kontrol stratejisi kullanmışlardır [6].

Chapman, S. J. (2007) kitabın da, Stephen J. Chapman elektrik makinaları ile ilgili

en temel bilgileri anlatmıştır. Kitabın amacı asenkron motorların, senkron motorların,

DC motorların ve transformatörlerin yapısını ve matematiksel denklemlerini

yazdılar. [7].

Demir, Y. D. & Kaplanoğlu, E. (2001) çalışmaların da, üç fazlı asenkron motorlarda

rotor yapısının demeraj akımı ve yolverme şekli üzerindeki etkisini anlatmışlardır

[8].

Varan, M., Y. Uyaroğlu, and S. Darga yaptıkları çalışmalarında, endüstride yıllarca

kullanıla gelen asenkron makinelerin sabit V/f modunda skaler kontrolünü

anlatmışlardır [9].

Bailey, D., E. Wright (2003) kitabların da, enstrümantasyon ve kontrol ortamında

SCADA sistemlerini analiz etme, belirtme ve hata ayıklama bilgisi anlatmışlardır

[10].

Xinjian, Ling Guoping Zhou (2005) makalesin de RS485 haberleşmesinin pratik

uygulamalarda karşılaşılabilen iletişim güvenilirliğinin nasıl olacağını ve önemli

noktalarını analiz ediyor [11].

3

1.3. Özgünlük

Bitirme Çalışmsında tasarlanan sistemin özgün yönleri :

PLC ile bilgisayar arası mesafe 0-5 metredir.

Sistemin toplam harcayacağı güç 1.5-2 kW arasıdır.

PLC ile güç analizörü arası mesafe maximum 1200 metredir.

Maximum mesafede bile yüksek hızlı iletişim (10 Mbitsn) sağlanır.

Analizör ile RS485-USB converter arası mesafe maksimum 500 metredir.

Sistem her türlü hava koşullarında, -5°C; +50°C Ortam sıcaklığında

çalışabilecektir.

PLC beslemesi için Güç kaynağı DC 24 Volt olmalıdır. Motor için üç faz

380 V AC gereklidir.

Sistemin tümü, bilgisayar ve motor hariç, 144 X 40 X 40 boyutlarında bir

pano içerisine sığabilir.

1.4. Yaygın Etki

Kısıtlayıcı olmaması, geliştirilebilmeye açık olması, doğru ve hızlı veri okumanın

yanısıra sisteme direkt müdahale edebilmesi, doğrudan temas olmadığından insan ve

iş sağlığı noktasında güvenli olması, geriye dönük verilere ulaşılabilmesi, istatistikî

yöntemlerle ileriye dönük tahmin edebilme yetisi, geliştirilmesi sayesinde yapay

zekâ ile öğrenme becerisi oluşturulup arızanın önceden tesbit edebilme yetisi

kazandırması tasarımda dikkat çeken noktalardır.

İlk bakışda lısans Bitirme Çalışmasın da istihdamda azalmanın olacağı düşünülürse

de tam tersi istihdamda bir azalma olmamasına karşın artış beklenmektedir.

Sistemler direk temas ile yönetilmeseler bile bakıma ve kontrole ihtiyaç duyarlar ve

buda istihdama pozitif etki eder. Bu istihdam artışı verimliliğin artması hasebiyle ve

çalışma şartlarının kolaylaşması, iş kazalarını nerdeyse sıfıra indirdiğinden

ekonomik olarak bir zarar netice vermez. Çünki genel olarak teknolojik gelişmeler

kısa vadede işgüçü yapısını değiştirir ve kısmen işsizliğe sebep olur ancak, uzun

vadede işgüçünü nitelik ve nicelik yönünden artıracaktır.

4

Akıl güçüne duyulan gereksinim, eğitim düzeyini ve niteliğini de arttırmaktadır.

Böylece uzun vadede yüksek düzeyde ve nitelikli almış bireyler istihdam edilmekte,

istihdam yapısı daha kalifiye hale gelmektedir.

1.5. Standartlar

1.5.1. Üç fazlı tam kapalı asenkron motor

Tablo 1.1. Üç fazlı senkron motorun standartları [1]

TS IEC DIN/EN AÇIKLAMA

TS EN 50

347

60 072-1

DIN EN 50 347

Ayaklı ve flanşlı döner

elektrik makinelerinin

boyutları ve anma güçleri.

TS EN 60

034-30-1

60 034-30-1 DIN EN 60 034-1 Sınıflandırma ve

performans.

TS EN 60

034-2-1

60 034-2-1 DIN EN 60 034-2-1 Döner elektrik

makinalarında kayıpların ve

verimin deneylerle

belirlenmesi için metotlar.

TS EN 60

034-5

60 034-5 DIN EN 60 034-5 Mahfazanın koruma

dereceleri.

TS EN 60

034-6

60 034-6 DIN EN 60 034-6 Soğutma yöntemleri.

TS EN 60

034-7

60 034-7 DIN EN 60 034-7 Yapı biçimleri ve kurulma

düzenlerinin simgeleri

TS EN 60

034-8

60 034-8 DIN EN 60 034-8 Bağlantı uçlarının

işaretlenmesi ve dönme

yönü.

TS EN 60

034-9

60 034-9 DIN EN 60 034-9 Gürültü sınırları.

TS EN 60

034-11

60 034-11 DIN EN 60 034-11 Isıl koruma kuralları.

5

TS EN 60

034-12

60 034-12 DIN EN 60 034-12 Yolverme özellikleri.

TS EN 60

034-14

60 034-14 DIN EN 60 034-14 Mekanik titreşim: şiddetin

ölçülmesi ve sınırları.

TS EN 60

038

60 038 DIN EN 60 038 Elektrik şebeke gerilimleri.

TS EN 60

085

60 085 DIN EN 60 085 Elektrik makinalarının

yalıtımında kullanlan

malzemelerin işletmedeki

ısıl kararlılık özelliklerine

göre sınıflandırması

TS EN 50

347

60 072-1 DIN 748-1 Silindirik mil uçları.

1.5.2. Şebeke analizörü

Tablo 1.2. Şebeke analizöründe uygulanan standartlar [2]

TS Açıklama

TS EN 61000-6-2 Elektromanyetik uyumluluk (emu)

TS EN 55016-2-1 Radyo rahatsızlığı için özellik standardı ve bağışıklık

ölçme aparatı ve metotları

TS EN 55011 Sanayi, bilimsel ve tıbbi cihazı - Radyofrekans

bozulma özellikleri

TS EN 61000-3-2 Harmonik akım emisyonları için sınır değerler

TS EN 61010-1 Ölçme, kontrol ve laboratuvarda kullanılan

elektriksel donanım için güvenlik kuralları

TS EN 61000-4-2 Yüksek elektromanyetik darbeler ve diğer ışıyan

bozulumlar için kullanılan koruyucu devre

elemanlarının deney metotları

TS EN 61000-4-3 Elektromanyetik uyumluluk güç kalitesi ölçme

6

metotları

TS EN 61000-4-4 Elektriksel hızlı geçici rejime / anî darbeye karşı

bağışıklık deneyi

TS EN 61000-4-5 Darbe bağışıklık deneyi

TS EN 61000-4-6 Radyofrekans alanlarının neden olduğu temaslı

rahatsızlıklara karşı bağışıklık

TS EN 61000-4-8 Şebeke frekanslı manyetik alan bağışıklık deneyi

TS EN 61000-4-11 Gerilim çukurları, kısa kesintiler ve gerilim

değişmeleri ile ilgili bağışıklık deneyleri

1.5.3. Akım trafosu

Tablo 1.3. akım trafosu standartları [3]

TS DIN/EN Açıklama

TS EN 60044-1 DIN EN 6044/1 Ölçü transformatörleri-

Bölüm 1: Akım

transformatörleri

1.5.4. Motor sürücüsü

Tablo 1.4. motor sürücü standartdları [4]

IEC Açıklama

IEC/EN 61800-5-1: 2003

Ayarlanabilir frekanslı a.c. güç sürücüleri için

elektrikli, termal ve işlevsel güvenlik

gereksinimleri

IEC/EN 60204-1: 2006

Makine güvenliği. Makinelerin elektrik

teçhizatları. Bölüm 1: Genel gereksinimler.

Uygunluk gerektiren koşullar: Makinenin nihai

montajcısı aşağıdakilerin kurulumundan

sorumludur. - acil stop cihazı

- besleme kesme aygıtı.

IEC/EN 61800-3: 2004

Ayarlanabilir hızlı elektrikli güç sürücü sistemleri.

Bölüm 3: EMC gereksinimleri ve özel test

yöntemleri

7

1.6.Çalışma Takvimi

Tablo 1.6. “BİTİRME ÇALIŞMASI” çalışma takvimi

İş Paketleri Şubat Mart Nisan Mayıs

Malzeme Temini X

Bileşenlerin haberleştirilmesi

X

Bileşenlerin bir panoya yerleştirilmesi

X X

Sistemin Test Edilmesi ve Hataların

Tespiti X

Sonuçların Tasarım Sonuçlarıyla

Karşılaştırılması

X X

Bitirme Çalışmasının Raporlanması

X

Malzeme Temini: Bitirme Çalışmasında belirlenen bileşenler için en uygun

mataryeller temin edilecektir.

Bileşenlerin haberleştirilmesi: Bitirme Çalışmasında kritik rol oynuyan bileşenlerin

haberleştirilmesini sağlamıştır.

Bileşenlerin bir panoya yerleştirilmesi: PC ve üç fazlı motor dışındaki tüm

bileşenler uygun boyutlardaki bir panoya yerleştirilmiştir.

Sistemin Test Edilmesi ve Hataların Tespiti: Tamamlanan araç arayüz

programında komutlar verilerek test edilmesi ve hataların tespit edilmesi yapılmıştır.

Sonuçların Tasarım Sonuçlarıyla Karşılaştırılması: Testi yapılan sistemin tasarım

sonuçlarıyla karşılaştırılarak değerlendirmesi yapılmıştır.

Bitirme Çalışmasının Raporlanması: Bitirme Çalişmasinin raporlanmasını içerir.

Bu iş paketiyle daha önceki aylarda yapılan çalışmaların tasarım kriterlerine ve

yazım kurallarına uygun olarak raporlanması yapılmıştır.

8

2. TEORİK ALTYAPI

2.1. Genel Bilgiler

Bitirme Çalışması çalışmasının amacı örnek bir üç fazlı asenkron motorun yanısıra,

diğer endüstriyel sistemlerin de güç parametrelerini izleme olanağı sunan, SCADA

arayüzü sayesinde gerçek zamanlı olarak izleyip kayıt edebilmekte ve istenildiği

zaman veri çıktılarının alınabilinmesine olanak sunar.

Örnek bir yapı olarak üç fazlı bir asenkron motorun güç parametrelerini izleyip hız

kontrolü yapılması seçilmiştir. Bu örnek uygulamada ilk aşamada Analizör

yardımıyla 3 fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos(Φ), aktif güç, reaktif güç ve

frekans gibi güç parametrelerini, Modbus(RTU) RS485 haberleşme protokolü ile

bilgisayar ortamına aktarılarır. Sonrasında Siemens Wincc Flexible SCADA

ekranında güç parametre verilerine ait değerleri gösterge arayüzünde analiz edilir.

Gerçek zamanlı olarak asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk

aşamada PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu

yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC’nin bir adet analog çıkışı 3 fazlı

asenkron motor sürücüsünün analog girişine bağlanmıştır. Son olarak 3 fazlı

asenkron motor 3 fazlı asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır. Bu sayede enkoder

aracılığıyla hızı, şebeke analizörü ile de güç değerleri okunur. Okunan bu değerler

SCADA proğramında birleştrilip grafik olarak gösterilir.

9

2.2. Enerji Analizörü (Şebeke Analizörü)

Şekil 2.1. Entes Mpr 63 Şebeke Analizörü ön görünüş

Şekil 2.2. Entes Mpr 63 Şebeke Analizörü arka görünüş

Bir Şebeke Analizörü, tesislerdeki sistemlerin tüm elektriksel parametrelerini ölçmek

için tasarlanmıştır. Yeni nesil şebeke analizörleri özel kompakt tasarımları sayesinde

UPS, makine panoları, data ve sistem odaları, güvenlik kontrolü gibi uygulamalarda

kullanılan Rack tipi panolarda daha az yer kapladığından ve multifonksiyonları

sebebiyle tercih edilmektedir. Güç ve Enerji Ölçerler ise sistemdeki her bir fazın

aktif, reaktif ve görünür güç değeri ile aktif, reaktif enerji değerini ölçmek için

tasarlanmışlardır.

10

Bir enerji analizörü tek fazlı-üç fazlı sistemlerin RMS değerlerini, faz-nötr & faz-faz

gerilimlerini, nötr akım, toplam akım, faz akımlarını, güç faktörünü, anlık aktif gücü

(W), anlık görünür gücü (VA), reaktif gücü (VAr), frekansı (Hz), ortalama ve

maksimum güçleri, harmonik bozulmayı, saatte harcanan aktif gücü (Wh), indüktif

reaktif enerjiyi (kVArh veya MVArh), kapasitif reaktif enerjiyi (kVArh veya

MVArh) ve faz açıları gibi birçok parametreyi ölçüp kullanıcıya sunmaktadır.

Tüm bunlara ek olarak seçmiş olduğunuz analizöre göre dijital giriş-çıkış, uzaktan

izleme için haberleşme, gerçek zaman saati, toplam çalışma saati, alarm, event ve

kesinti kayıtları, kontrast ve backlight ayarı gibi özelliği de kontrol altında

bulundurulabilir. [5].

2.3. SCADA (Supervisory Control and Data AcquisitionSupervisory Control

and Data Acquisition)

Şekil 2.3. Örnek SCADA ekranları

SCADA terimi ingilizce”Supervisory Control and Data Acquisition" kelimelerinin

ilk harflerinin okunması ile oluşturulan bir kısaltmadır. Kapsamlı ve entegre bir veri

tabanlı kontrol ve izleme sistemi olan SCADA ile bir tesise veya işletmeye ait tüm

ekipmanların kontrolünden üretim planlamasına, çevre kontrol ünitelerinden

yardımcı işletmelere kadar tüm birimlerin otomatik kontrolü, gözetlenmesi ve

sonuçların raporlanması sağlanabilir.Temel olarak SCADA yazılımından izleme,

11

kontrol, veri toplama, verilerin kaydı ve saklanması işlevlerini gerçekleştirmesi

beklenmektedir.SCADA sistemleri endüstriyel proseslerde, imalat, üretim, enerji

üretimi, imalat ve rafinerilerde sürekli, kesintili, tekrarlayan ya da ayrık modlarda

çalışabilir. Altyapı işlemleri, kamu veya özel sektörlerde su arıtma ve terfi

merkezlerinde, atıksu arıtma, petrol ve gaz boru hatları, elektrik iletim ve dağıtım,

rüzgar jenaratörleri, sivil savunma siren sistemleri ve büyük iletişim sistemlerini

içerebilir.Tesis binaları, havaalanları, gemiler ve uzay istasyonları da

dahil olmak üzere kamu ve özel tesisleri kapsayabilir. Isıtma ve havalandırma

sistemlerinde (HVAC) erişim ve enerji tüketimini kontrol ve izleme gerekebilir.

SCADA sağladığı maksimum fayda, güvenlik ve kolaylık bakımından endüstri

tesislerinin en büyük ihtiyaçlarından olmaya devam edecektir.

2.4. V/f Kontrol Teorisi

Asenkron motorda senkron hızın değiştirilmesiyle rotor hızında değişiklik

yapılabilmektedir. Ancak bu kontrol tekniğinde motorun momentinin sabit

kalabilmesi için hava aralığındaki akının sabit tutulması gerekmektedir.

Şekil 2.4. Frekans-moment-güç-akım-kayma ilişki grafiği

𝐸ℎ𝑎=𝑘𝜔𝜙ℎ𝑎 (2.21)

𝑉=𝑉𝑚𝑠𝑖𝑛𝑤𝑡 ( 2.22)

𝑉=𝑁𝑑𝜃𝑑𝑡 ( 2.23)

𝑄 = ∫ 𝑡

0

𝑉𝑚𝑠𝑖𝑛𝑤𝑡𝑑

𝑁=

𝑉𝑚(1−𝑐𝑜𝑠𝑤𝑡)

𝑤.𝑁 (2.24)

12

Sabit hava aralığı akısı için yukarıdaki denklemde de görüldüğü gibi motor zıt

e.m.k.’sı ile frekansın birbirine olan oranın sabit tutulması gerekmektedir. Fakat

motorun düşük frekanslardaki bakır kayıplarını karşılayabilmesi için gerilim-frekans

eğrisi orijinden değil belli bir gerilim ve frekans seviyesinden başlamak zorundadır.

Sabit moment için sabit tutulan hava aralığı akısı anma hızının üzerine çıkıldığında

V/F oranı azalmaya başlar. Rotor akımı sabit kalır ve motor bu bölgede sabit güçte

çalışır.

V/F kontrol metodu ile motor kontrol etmek son yıllarda yaygın hale gelmiştir.

Gelişen PWM sürme teknikleri ve IGBT modüllerinin daha "akıllı" olması, V/F

sistemlerini yaygınlaştırarak inverterlerin "ucuzlamasının" en önemli nedeni

olmuştur. V/F kontrol yöntemi vektör kontrollü sürüş sisteminden daha zayıf

ve tork olarakda güçsüzdür. Bu metodu anlayabilmek için asenkron motorların nasıl

çalıştığına bakmak gerekmektedir. Üç fazlı AC motorların hız vs torklarını belirleyen

İki temel unsur vardır;

1-Motora uygulanan Voltaj

2-Motora uygulanan frekans (frekansın genliğide frekans kadar önem arzeder).

Bu demek oluyorki AC motorların hızını değiştirmek için ya frekansı ile yada voltajı

ile yada her ikisini birlikte ayarlanması gerekiyor. Aslında bu kural servo ve diğer tür

asenkron sistemlerinde uygulanabilen bir yoldur. Motorun hızı ve gücünü ayarlamak

için voltajı yada frekansını değiştirilmesi gerekmektedir. Sadece voltajını

değiştirerek ayarlama yapmak şimdilerde, "bir arabanın son gaz çalıştırılıp frenle

hızının kontrol edilmesi" gibidir. Yani hem aracın motoruna hem de mekanik

aksamına eziyetten başka bir şey değildir. Sadece frekansını ayarlamak ise gereksiz

enerji sarfiyatı ve ısı anlamına gelir. Asenkron motorların en verimli çalıştırma

yöntemlerinden biri "V-F veya V/hz" kontrol yönetimidir. Motora ilk start

verdiğimizde (bu oranlar değişik olabilir) 10 volt gibi bir voltaj ve 1 Hz gibi bir

frekans uygulanır.

Örneğin 15-20 Hz frekanslara gelindiğinde artık motora uygulanan gerilim

13

değeri 100 voltlara ulaşmış belli bir atalet kazanmıştır. Bu şekilde motorunuzun Base

frekans değerini buluncaya kadar maksimum verime ulaşılmış olunmaz.

Unutulmaması gereken bir nokta da bu sürüş sırasında motorda belli

miktarda (yükede bağlı olarak) devir kayıpları yaşanmasıdır. Evet normal şartlarda

1000 rpm çalışması gereken motor, 950 rpm ye düşebilir ve inverter de korumaya

geçmez. Zaten motor fazla akımda çekemez. "V / F yöntemi" Motora uygulanan

gerilim ve frekans aynı anda frekans gerilim oranı nispeten sabit bir değeri korumak

için ayarlanabilir hangi değişken frekanslı sürücü (VFD) motor kontrol stratejisi

anlamlara gelebilir. Bu kontrol stratejisi ayrıca "V / Hz kontrol" veya "skaler kontrol

olarakda anılır." V / Hz kontrol, basit ve nispeten kolay uygulamalara önerilir.

Fiyatları diğer inverter sistemlerine göre daha “ekonomiktir".

Çoğu uygulama için yeterli olan motor performansı sağlar. Motora VFD işlemlerine

uygun çıkış voltajı, frekans ve akım kapasitesine sahip sürücü seçmeniz yeterlidir.

Motorun matematiksel modeline dayalı V/Hz dinamik ayarlaması dahil VFD'ler

genellikle sensörsüz vektör kontrol cihazları gibi stabil çalışamayabilirler [6].

2.5. Üç Fazlı Asenkron Motor

2.5.1. Asenkron Motor Genel Bilgi

1824’de Fransız fizikçi Arago’nun pusula ile aynı yönde dönen tepsinin hareketini

izlemesiyle asenkron motorun bulunuşunun ilk adımları atılmıştır. Michael Faraday

1831’de mıknatıs etrafında, tersine karşılıklı dönebilen kablo sistemi geliştirmesiyle

elektrik enerjisinin mekanik enerjisine dönüşebileceğini göstermiştir. Sonraki

deneylerini galvanometreyle yapmış, mıknatıs yardımıyla mekanik enerjiyi elektrik

enerjisine dönüştürmüştür. Bu çalışmalarıyla M. Faraday elektrik motorlarının ve

jeneratörlerin keşfinde büyük rol almıştır. 1885 yılında Galileo Ferraris dönen

manyetik alan hakkında çalışmalar yapmıştır. Çeşitli tiplerde asenkron motor

deneyleri yapmış ve sonucunda alternatif akım motorlarıyla araştırmalarını

tamamlamıştır. Araştırmalarını 11 Ekim 1888 yılında yayınlamıştır. Aynı yıllarda

Nikola Tesla manyetik döner alanı ve bu alan içerisindeki iletkende meydana

gelebilecek indükleme akımı prensiplerinden yararlanarak ilk motor modelini

14

yapmıştır. 1887 yılında patent için başvurmuş, 1888 yılının sonlarına doğru çeşitli

tiplerdeki motorlar için birçok patent almıştır.

Asenkron motorlar, endüstride en fazla kullanılan elektrik makineleridir. Çalışma

ilkesi bakımından asenkron motorlara endüksiyon motorları da denir. Asenkron

motorların çalışmaları sırasında elektrik arkı meydana gelmez. Ayrıca diğer elektrik

makinelerine göre daha ucuzlardır ve bakıma daha az ihtiyaç gösterirler. Bu

özellikler, asenkron motorların endüstride en çok kullanılan motorlar olmalarına

sebep olmuştur. Asenkron makineler endüstride genellikle motor olarak çalıştırılırlar,

fakat belirli koşulların sağlanması durumunda generatör olarak da çalıştırılabilirler.

Asenkron makineleri senkron makinelerden ayran en büyük özellik, dönme hızının

sabit olmayışıdır. Bu hız motor olarak çalışmada senkron hızdan küçüktür.

Makinenin asenkron olusu bu özelliğinden ileri gelmektedir.

Asenkron motorlar genel olarak stator ve rotor olmak üzere iki kısımdan

yapılmışlardır. Stator, asenkron motorun duran kısmıdır. Rotor ise dönen kısmıdır.

Asenkron motorun rotoru, kısa devreli rotor (sincap kafesli rotor) ve sargılı rotor

(bilezikli rotor) olmak üzere iki çeşittir. Asenkron motor, rotorun yapım biçimine

göre bilezikli ve kafesli asenkron motor olarak tanımlanır.

Rotoru sincap kafesli asenkron motorun ve bilezikli asenkron motorun statoru aynı

şekilde yapılmıştır. Asenkron motorun statoru; gövde, stator-sAC paketleri ve stator

sargılarından oluşmuştur. Rotoru bilezikli asenkron motorun rotoru stator içinde

yataklanmıştır. Rotor mili üzerinde rotor sAC paketi ve döner bilezikler bulunur.

Rotor sAC paketi üzerine açılmış oluklara rotor sargıları döşenmiştir. Hemen hemen

bütün rotorlarda uç sargı (üç faz sargısı) bulunmaktadır. Bu sargılar genellikle yıldız;

ender olarak üçgen bağlanırlar. Bazı durumlarda rotorlarda, çift sargıya da (çift faz

sargısı) rastlanmaktadır. Bu tür sargılar motor içinde V-devresi seklinde bağlanırlar.

İster çift, ister uç sargılı olsun, sargı uçları rotor üzerinde bulunan döner bileziklere

bağlanır. Döner bileziklerle, akım devresi arasındaki bağlantı kömür fırçalar

yardımıyla sağlanır. Sincap kafesli asenkron motorun ise rotor sAC paketi

oluklarında sargılar yerine alüminyum veya bakırdan yuvarlak ve kanatçık seklinde

15

çubuklar bulunur. Bu çubuklar her iki ucundan kısa devre bilezikleriyle elektriksel

olarak kısa devre edilmiştir.

Asenkron motorun birçok özel yapım türü vardır. Rotoru dışarıda, statoru içerde

bulunan dış rotorlu asenkron motor, ayrıca rotor sargısı bulunmayan kütlesel rotorlu

asenkron motor, iki fazlı asenkron motor, iki fazlı servo motor, eylemsizlik

momentinin çok küçük olması istenen hallerde kullanılan ve rotoru alüminyum veya

bakırdan bos bir silindir olan ferraris motoru vb. Kafesli ve bilezikli asenkron motor

dahil, bütün yapım türleri arasında çalışma ilkesi bakımından fark yoktur.

Sanayide ve diğer birçok alanda büyük çoğunlukla kullanılan kafesli tip yapımı en

kolay, en dayanıklı, isletme güvenliği en yüksek, bakım gereksinimi en az ve en

yaygın, elektrik motorudur. Normal kafesli asenkron motorun sakıncası kalkış

momentinin nispeten küçük, kalkış akımının büyük olmasıdır. Bu sakıncayı gideren

akim yığılmalı asenkron motorlarda kafes yüksek çubuklu, çift çubuklu gibi özel

biçimlerde yapılır. Çok küçük ve küçük güçlerde yapılan tek fazlı asenkron motorlar

da genellikle kafes rotorludur.

Bilezikli asenkron motorun yararı, ek dirençler yardımı ile kalkış akımının istendiği

kadar azaltılabilmesi, kalkış ve frenleme momentinin arttırabilmesidir. Şebekelerin

çok güçlenmesi ile kalkış akımını sınırlamanın önemi azalmıştır, fakat yüksek kalkış

momenti ve uzun kalkış süresi bazı tahriklerde bilezikli asenkron motorun

uygulanmasını gerektirir.

16

2.5.2. Asenkron Motorun Yapısı

Asenkron motorlar stator ve rotor olmak üzere iki kısımdan oluşur.

Şekil 2.5. Sincap kafesli asenkron motor

Motorun duran kısmı olan stator, 0,4-0,8 mm kalınlığındaki silisyumlu saçların özel

kalıplarla pireslenmesiyle imal edilir. Stator sacları paketlenip imal edilecek motor

tipine göre motorun gövdesine yerleştirilir. Sargı uçları klemens kutusunda

sonlandırılır. Rotor, motorun hareket eden kısmıdır. Bilezikli rotor (sargılı rotor) ve

sincap kafesli rotor (kısa devreli rotor) olmak üzere iki tip rotor vardır. Sincap kafesli

rotorda silisyumlu saclar kalıp press ile kesilir ve kanalların içine alüminyum

dökülür. Alüminyum kanallar rotorun başında ve sonunda kısa devre edilir. Rotorun

başında küçük kanatçıkları da bulunan bu halka motorun iç kısmının soğutulmasında

bir fan gibi kullanılır. Küçük güçte motorlar için rotor çubuklarında alüminyum

kullanılırken, bazı büyük güçteki motorlar için ise bakır çubuklar kullanılır.

Rotordaki bu çubuklar motor mile tam paralel değildir. Çünkü manyetik alanın

meydana getireceği gürültülerin azalmasını, rotorun kilitlememesini ve ilk kalkışta

oluşabilecek yüksek akımların düşürülmesini sağlar. Ayrıca, rotor oluklarındaki

farklı tasarımlarla da motor karakteristiğinde değişiklikler yapılmaktadır [7].

17

Bilezikli rotor da ise, rotor üzerindeki oluklara sargılar yerleştirilip, sargı uçları

motor milinden yalıtılmış bileziklere bağlanır. Rotor sargıları bilezik üzerinde kayan

fırçalar ile kısa devre edilir. Bilezikli motorun bu özelliği sayesinde rotora doğrudan

erişmek mümkündür. Böylece motorun hız-moment karakteristiğini de değiştirmek

mümkündür. Fakat fırça gibi ek donanımlar motor bakımlarını arttırdığı için

dezavantaj olarak kabul edilir ve ek maliyet getirir.

Şekil 2.6. Sincap kafesli asenkron motor parçaları

2.5.3. Asenkron Motor Çalışma Prensibi

Asenkron motorun çalışmaya başladığı ilk anda statorun oluşturduğu döner manyetik

akı çizgileri rotor çubuklarını keser ve çubuklarda bir gerilim indükler. İki uçtan kısa

devre oldukları için çubuklarda bir akım dolaşır. Bu akım lenz yasasına göre kendi

değerindeki artışı engelleyecek yönde kutuplanmalıdır. Sonuç olarak şekilde

görüldüğü gibi kutuplanır ve çubuklarda oluşan kuvvet rotorun döner manyetik akıyı

izlemesini sağlar. Böylece rotor çubuklarında indüklenen gerilim ve dolayısıyla

çubuklarda dolaşan rotor akımı azalır. Motor çalışırken sürtünmeden ve/veya yükten

ötürü rotor hızı döner manyetik akının hızından daha az olur.

18

Aradaki farka kayma denir. Asenkron motorun çalışmasını sağlayan bu kaymadır.

Eğer kayma olmazsa rotor çubuklarında bir gerilim indüklenmez, bir akım dolaşmaz

ve bir kuvvet oluşmaz. Kuvvet oluşmadığında ise rotor dönmez.

2.5.4. Asenkron Motorda Hız Kontrolü

Bir asenkron motorda stator manyetik alan hızı senkron hız olarak adlandırılır.

Senkron hız besleme frekansı ile doğru, kutup sayısı ile ters orantılıdır.

Senkron Hız (nsenkron) = 60𝑓𝑒

𝑝 (2.1)

2.5.5. Rotor Elektriksel Frekansı

Motor yüksüzken rotor az bir kayma oranıyla statoru takip eder. Eğer motorun rotoru

kilitlenirse, stator trafonun birincil sargısı rotoru ise trafonun ikincil sargısı gibi

davranır. Rotor üzerinde indüklenen gerilimin frekansı stator frekansına eşit olur.

Eğer rotor hızı senkron hızda döndürülmüş olsaydı, rotordaki sargı akımların frekansı

sıfır olurdu. Elektromekanik enerji dönüşümü dururdu ve rotor yavaşlardı.

Rotor kayması, rotor frekansı ile doğru orantılı; elektriksel frekans ile ters orantılıdır.

Döner manyetik akı ile rotor hızı arasındaki fark ne kadar büyük olursa, rotor

çubuklarında indüklenen gerilimin genliği ve frekansı da o kadar büyük olur.

𝑠 =nkayma

2𝑠𝑒𝑛𝑘𝑟𝑜𝑛=

nsenkron−nmekanik

nsenkron=

fr

fe (2.4)

𝑓𝑟=𝑠𝑓𝑒 (2.5)

2.5.6. Asenkron Motor Eşdeğer Devresi

Şekil 2.7. Asenkron motorun faz başına kilitli rotor eşdeğer modeli

19

Asenkron motorların eşdeğer devre modeli, transformatör eşdeğer devresine benzer.

Asenkron motorun stator sargılarının direnci 𝑅1 ve özindüktansı j𝑋1, rotor

çubuklarının direnci 𝑅𝑟 ve özindüktansı 𝑗𝑋𝑟 olarak gösterilmiştir. 𝑅𝑐 direnci demir

kayıplarını ve 𝑗𝑋𝑚 ise mıknatıslanma reaktansını temsil etmektedir.

Asenkron motorun, manyetik motor kuvvet-akı eğrisi ile transformatörün eğrisi Şekil

2,8’de karşılaştırılmıştır. Şekil 2,8’de transformatör eğrisinin motor eğrisine göre

eğiminin fazla olmasının nedeni; asenkron motordaki rotor-stator arasında hava

aralığının olmasıdır [7].

Motor eşdeğer devresinde stator 𝐸1 gerilimi rotorda belli bir oranda 𝐸𝑅 gerilimini

indükler. Stator ve rotor arasındaki sarım oranının hesaplanması, bilezikli motorlarda

rotorun sargılı olması nedeniyle kolaydır. Buna karşın sincap kafesli motorların rotor

yapısından dolayı kesin bir çıkarım yapmak zordur. Rotorda indüklenen 𝐸𝑅 gerilimi

kısa devre olan rotor çubuklarından akmaya başlar.

Şekil 2.8. Transformatör ve asenkron motor mıknatıslanma eğrisi

Rotoru kilitli halde transformatöre benzer. Rotorun dönmesiyle göreceli olarak rotor

frekansı değişmektedir. Rotor üzerinde indüklenecek gerilim, kayma oranıyla

değişiklik gösterir.

𝐸𝑅=𝑠𝐸𝑅0 (2.6)

Rotor üzerinde indüklenen gerilimin frekansı kaymaya bağlı olduğu için rotor

reaktansı üzerinde etkiye sebebiyet verir. Buna karşın rotor direnci kaymadan

etkilenmez. Rotor reaktansı frekansa bağlı olmak üzere denklem (2-7)'deki gibi

gösterilir.

20

𝑋𝑟=2π𝑓𝑟𝐿𝑟 (2.7)

Rotorun kilitli haldeki reaktansı, kayma ile doğru orantılıdır. Denklem(2-7)'deki fr

yerine Denklem (2-5) deki eşitliğin sağ tarafı konulursa, Denklem(2-8) elde edilir.

𝑋𝑟=s(2π𝑓𝑒𝐿𝑟 ) (2.8)

Eşdeğer devrenin rotor kısmından akan akım, rotorda indüklenen gerilimin rotor

empedansına (2-9) oranı şeklinde bulunabilir.(2-10)

𝑍𝑟=𝑅𝑟+𝐽𝑋𝑟 (2.9)

𝐼𝑟=Er

Zr (2.10)

2.5.7. Asenkron Motorda Güç Kayıpları

Şekil 2.9. Asenkron motorda güç kayıpları

Asenkron motorlar elektrik enerjisini, önce manyetik enerjiye sonra mekanik

enerjiye çevirmektedir. Bu enerji dönüşümü sırasında bazı kayıplar söz konusudur.

Asenkron motorda giriş gücü – çıkış gücü arasındaki kayıplar şöyle sıralanabilir;

• Stator Bakır Kayıpları (𝑃𝑆𝐶𝑢)

• Demir Kayıpları (Histerezis ve Girdap Akımları) (𝑃𝑓𝑒)

• Rotor Bakır Kayıpları(𝑃𝑅𝐶𝑢)

• Mekanik Kayıplar (Sürtünme, Rüzgâr) (𝑃𝑀𝐾)

21

Şekil 2.10 ‘da giriş gerilimin asenkron motor devre modelinin stator empedansına

oranıyla motorun tek fazından geçen akımı ve bazı kayıpları hesaplamak

mümkündür.

2.5.8. Asenkron Motorda Moment - Hız İlişkisi

Asenkron motorda indüklenen moment, motor eşdeğer devresinde 𝑋𝑚’den akan

mıknatıslanma akımı ile üretilmektedir. Mıknatıslanma akımı 𝐸1 gerilimi ile doğru

orantılıdır. Motor yükündeki değişikliklere rağmen 𝐸1 gerilimde çok değişlik olmaz.

Motor yüksüz iken rotor hızı senkron hıza yakındır. Rotorun stator döner alan hızına

yakın dönmesi sonucunda rotorda indüklenen gerilim düşüktür yani kayma küçüktür.

Rotor devresindeki endüktans düşük frekanslarda küçük reaktansa sahiptir. Gerilim

ve akım arasındaki faz farkı da düşüktür. Rotor da akan akım küçük olduğundan

rotor manyetik alanı da küçüktür. Dolayısıyla indüklenen momentte küçüktür [7].

Motor yükü artarken rotor hızı düşmeye başlar, kayma artar. Artan kayma ile birlikte

rotorda indüklenen gerilim artar. Gerilim artışıyla akım artmaya başlar. Artan akım

manyetik alanın artmasına neden olur. Üretilen moment artan yük momentini

karşılayana kadar bu süreç devam eder. Motordaki moment şöyle ifade edilebilir.

𝑇𝑒 =Pm

Wm (2.11)

2.5.9. Asenkron Motorda Hız Kontrolü

Asenkron motorda motor milindeki hız denklemini (2-13)’deki gibi tanımlarsak,

motor hızındaki değişimin kayma, elektriksel frekans ve kutup sayısıyla ilişkili

olduğunu görebiliriz.

𝑛𝑚=(1−𝑠)𝑥120fe

p (2.13)

Hız kontrolünü yapmak için kaymada değişiklik yapmak bakır kayıplarında artışa

neden olur. Bu da asenkron motorun verimini düşürür. Hız kontrolünde iki değişken

vardır: Birincisi kutup sayısı, ikincisi elektriksel frekanstır. Kutup sayısında

değişiklik yapmak için motor sargılarının üretim esnasında uygulamaya özel tasarım

gerektirir. Kutup sayısıyla yapılan hız değişimleri hassas değildir. Örneğin, bir motor

1500 d/dk, 1000 d/dk, 750 d/dk hızlarda çalışabilecek şekilde tasarlanabilir. Ayrıca

22

fan uygulamalarında gerilim ile de hız kontrolü yapılabilmektedir. Gelişen

teknolojiyle yarı iletkenler ile etkin şekilde hız kontrolü yapılmaya başlamıştır.

Asenkron Motor Matematiksel Denklemleri şekil 2.10 da gösterilmişir.

Şekil 2.10. Sincap kafesli asenkron motorun α-β ekseninde matematiksel modeli [9]

Şekil 2.11. Asenkron motorun α-β matematik modelinin Simulink blok diyagramı [9]

23

2.6. İnverterler (Eviriciler )

İnverter teknolojisinin temel prensibini anlamak için öncelikle inverter’nin üç temel

ünitesini tanımak gerekir. Bunlar “redresör (doğrultucu)”, “doğru akım (DC) dağıtım

çubuğu (bara)” ve “inverter- evireç”dir.

Dalgalı akım (AC) güç kaynağının gerilimi sinüs eğrisi şeklinde artar ve azalır.

Gerilim pozitifken akım bir yönde, gerilim negatifken ters yönde akar. Bu tür güç

sistemleri, büyük miktarlardaki enerjinin uzak mesafelere verimli olarak

aktarılmasını sağlar. Bir inverter’de bulunan doğrultucu, girişteki dalgalı akım (AC)

gücünü doğru akım (DC) gücüne dönüştürmek için kullanılır. Gücün her fazı için iki

doğrultucuya ihtiyaç vardır.

Bir doğrultucu yalnızca gerilim pozitifken, ikinci doğrultucu ise yalnızca gerilim

negatifken üzerinden güç geçmesine izin verir. Büyük güç kaynaklarının çoğu üç

fazlı olduğu için minimum altı doğrultucu kullanılır. Altı doğrultucu olan bir

sürücüyü tanımlamak için “6 darbeli (pulse)” tanımı kullanılır. Bir inverter her biri 6

doğrultucudan oluşan birden fazla doğrultucu bölümlerine sahip olabilir. Böylelikle

inverter “12 darbeli”, “18 darbeli”, ya da “24 darbeli” olabilir.

Doğrultucular, gücü doğrultmak için diyot, silikon kontrollü doğrultucu (SCR) ya da

transistör kullanırlar. Diyotlar, voltajın uygun polaritede olduğu herhangi bir

zamanda gücün akmasına olanak veren en basit cihazlardır. Silikon kontrollü

doğrultucularda güç akmaya başladığında bir mikroişlemcinin kontrolünü mümkün

kılan bir kapı devresi bulunur ve bu da bu doğrultucuların elektronik yol vericilerde

de kullanılabilmesini sağlar. Bir mikroişlemcinin herhangi bir zamanda açıp

kapamasını olanaklı kılan bir kapı devresi içeren transistörler bu özellikleri ile üç

cihaz arasında en kullanışlı olanıdır.

24

2.6.1. Inverter (ASM Sürücü) Çalışma Ilkesi

Endüstride sıklıkla kullanılan AC motor sürücüleri, hız kontrol sürücüsü, frekans

sürücü, AC sürücü gibi farklı isimlerle adlandırılmıştır. AC motorların çalışma

ilkeleri incelendiğinde besleme frekansının motorun hızını doğrudan etkileyen bir

parametre olduğu görülebilir. Yani frekans düştükçe motor hızı düşer, frekans

yükseldikçe motor hızı yükselir. Endüstride bir motorun anma hızında çalışması

istenmiyor daha düşük hızda çalışması isteniyorsa veya motora belirli değişkenlere

göre hız kontrolü yapılması isteniyorsa AC motor sürücüleri kullanılır.

2.6.2. AC Motor Sürücüleri Çalışma Prensibi

AC Motor sürücülerinin içyapısı incelendiğinde sürücünün girişindeki gerilimin

öncelikle bir doğrultucu yardımıyla doğrultulduğu görülür. Diyotlar yardımıyla elde

edilen DC gerilim bir barayı besler.

Şekil 2.12. Üç fazın pwm sinyaline evrilmesi

25

Şekil 2.12 de anlaşılacağı üzere diyotlar tarafından doğrultulan gerilimin dalga şekli

tam olarak düz değildir. DC gerilimin dalga şeklini düzeltmek için kondansatör

kullanılır ve kondansatör ile düz bir DC gerilim elde edilir. Elde edilen düz DC

gerilim DC/AC evirici ile kontrollü bir şekilde AC gerilime dönüştürülerek motorun

hız kontrolü sağlanmış olur.

AC Sürücü çıkışındaki gerilim tam bir sinüs dalgası değildir. PWM yöntemiyle elde

edilen AC bir gerilimdir. Aşağıdaki resimde farklı frekanslarda AC motor sürücü

çıkışındaki dalga şeklinin nasıl olduğunu görülebilir.

Şekil 2.13. Farklı frekanslarda AC motor sürücü çıkışındaki dalga şekİleri

Darbe genişlik modülasyonu (PWM) yöntemiyle oluşturulan AC gerilim frekans ve

gerilim kontrolü ile motorun hızını kontrol ederek istenilen hızda motorun

çalışmasını sağlar. AC motor sürücülerinin çıkış beslemeleri üç faz olmasına rağmen

giriş beslemeleri tek faz veya üç faz olabilir. Kullanacağınız uygulamaya göre birçok

farklı özellikte AC motor sürücüsü bulunmaktadır.

26

2.6.3. AC Motor Sürücülerinin Özellikleri Ve Avantajları

Ayarlanabilir Hızlanma ve Yavaşlama rampası; İnverter motor ve yük için birden

fazla bağımsız hızlanma ve yavaşlama oranını kontrol edebilir. Bu özellikler

sayesinde inverterin hız kontrol yaparken çıkışı ne sürede artıracağı ve

azaltacağının kontrolünü kullanıcıya verir. Bu fonksiyon özellikle yumşak kalkış

ve duruş gerektiren yerlerde vazgeçilmezdir.Bu fonksiyonla makinanızın mekanik

aksamınıda korumuş olursunuz. İnverterler motorun ve yükünü hızlanma veya

yavaşlama sürelerince kontrol edebilir. Bu özelliği, inverterin hız control

modunda iken çıkışın artması veya azalması için geçecek süreyi kontrol eder.

Analog ve Dijital Giriş çıkış verileri ile kontrol imkanı Endüstriyel makinalarda

her uygulamanın kendine özel değişik giriş çıkış bilgilerine ihtiyacı vardır.Analog

giriş ve çıkışlar genellikle ortam sinyallerini okumak ve inverterin durumuna

orantılı sinyaller üretmek için kullanılır. Analog giriş çıkışlar genellikle Gerilim

(0-10V) veya Akım (4-20 mA) seviyesindedir. Bu tür sinyal için gerekli güç

kaynağıda çoğu zaman inverterin kendi bünyesinde mevcuttur.Harici analog

sinyal ile invertere yol vermek için mutlaka uygulama tarafından ihtiyaç duyulan

tip ve adet inverter ile uyumlu olmalıdır. İnvertere start verebilmek için çoğu

zaman sadece analog veriler yetmez. Özellikle start, jog, sabit hızlar, arıza veya

parameter kilitleme ve birçok uygulama çeşitliliği için dışardan dijital veriler ile

sinyal vermek gerekmekdedir. Bu özelliklerin yanısıra söz gelimi arıza bildirimi,

frekans noktaları, inverter çalışma bilgisi gibi onlarca dijital bilgileride yine

inverter üzerinden okuyabiliriz. Son dönem bu türden özellikler oldukca

zenginleştirilmiştir.

Kritik frekansları engelleme ve hız düşürme + Multidroop uygulamaları bazı

uygulamaların, mekanizmaların (şaft, kayış vb) salınımına neden olan mekanik

rezonans noktaları vardır. Bu salınımlar hızlı bir şekilde mekanik hatalara neden

olabilir.Tam yük torkunda hız referansının düşürüleceği temel hız miktarını

belirler. Yükte bir artış olduğunda motor hızının düşürülmesi için kullanılır. Bu

fonksiyon normalde Master Follower uygulaması ile ilgilidir.

27

2.7. Enkoder

Enkoder yani sinyal üreticiler bir milin dönüşü ile belli bir miktarda kare dalga

üreten veya milin dönüş frekansını ölçen elektromekanik bir cihazdır. Örneğin

milin/motorun bir turunda (8, 16 …100, 200 veya 360) kare dalga üretebilirler;

böylece kare dalga sayısına bakarak motorun dönüşü ve yönü kontrol edilir.

Enkoder’lardan gelen yüksek frekanslı kare dalgayı saymak için PLC’lerin normal

sayıcıları değil de ilgili girişlere bağlanan «hızlı sayıcılar» kullanılır. Manyetik veya

optik olarak çalışır. Doğrusal ve döner olmak üzere ikiye ayrılır.

2.8. PLC Hakkında Genel Bilgi

Günümüzde otomasyon teknolojisinin çok hızlı bir gelişme içinde olduğu

görülmektedir. İlk önce analog kontrolle başlayan elektronik kontrol sistemleri

zamanla yetersiz kalınca, çözüm için analog sistemlerden sayısal kökenli sistemlere

geçilmiştir. Otomasyon sistemlerinin en önemli kısmını, bu sistemlere büyük

esneklik veren programlanabilen cihazlar oluşturmaktadır. Bu cihazların temelini

de mikroişlemciler ya da mikrodenetleyiciler oluşturmaktadır. Gerçekte PLC’ler

mikroişlemciler ya da mikrodenetleyiciler kullanılarak gerçekleştirilmiş cihazlardır.

PLC‟lerin ortaya çıkarılma amacı, röleli kumanda sistemlerinin gerçekleştirdiği

fonksiyonların mikroişlemcili kontrol sistemleri ile yerine getirilebilmesidir. Lojik

temelli röle sistemlerine alternatif olarak tasarlandıklarından programlanabılır lojık

kontrolör (Programmnable Logic Controller) adı verilmiştir.

PLC bir bilgisayara benzetilirse; girişlerinde Mouse ve klavye yerine basit giriş

bağlantıları vardır. Çıkışlarında ekran yerine basit çıkış bağlantıları vardır.

Girişlere bağlanan elemanlara algılayıcı, çıkışlara bağlanan elemanlara da iş

elemanı denir. PLC algılayıcılardan aldığı bilgiyi kendine göre işleyen ve iş

elemanlarına göre aktaran bir mikroişlemci sistemidir. Algılayıcılara örnek olarak

herhangi bir metali algılayan endüktif algılayıcı, PLC girişine uygun gerilim

vermede kullanılan buton ve anahtarlar verilebilir. İş elemanları için PLC

çıkışından alınan gerilimi kullanan kontaktörler, bir cismi itme veya çekmede

kullanılan pnomatik silindirleri süren elektrovalfler, lambalar uygun örnektirler.

28

PLC, günümüzde endüstride hemen hemen her alanda özellikle el değmeden

gerçekleştirilen üretimlerde kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları enerji dağıtım

sistemleri, karmaşık fabrika otomasyonları, asansör sistemleri, konveyörler, motor

hız kontrolü vb. endüstrinin hemen hemen her alanında rahatlıkla kullanılabilen

PLC’ler ile yapılan otomasyon sistemleri röleli ve bilgisayarlı (PC) sistemlere göre

birçok avantaja sahiptir. Bu sebeplerden dolayı PLC’lerin oldukça geniş kullanım

alanları vardır.

Şekil 2.14. PLC’nin temel yapısı

29

2.8.1. PLC Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar

Şekil 2.15. S7 1215C DC/DC/DC PLC

Giriş/Çıkış Sayısı:

Kontrol sisteminde çalışmayı yönlendiren giriş cihazları ile kontrol edilen

komponent sayısı bellidir. Bu cihazların PLC ile bağlanabilmesi için kontrolörde

yeteri kadar giriş ve çıkış bağlantı hattı olmalıdır. Ayrıca çalışmanın dışarıdan

takip edilmesine yarayan aygıtların (örnek: sinyal lambaları, alarm cihazları)

bağlantısı ise sisteme özgü, özel gereksinimlere yanıt verebilecek durumda

olmalıdır.

Giriş/Çıkış Tipleri:

Giriş/çıkış cihazları ile kontrolör arasında elektriksel uyum olmalıdır. Eğer büyük

güçlü anahtarlar bulunuyorsa değme noktalarında oluşacak temas dirençlerinin ve

titreşimlerinin çalışmayı olumsuz etkilemesi önlenmelidir. Giriş cihazı elektriksel

bir sinyal gönderiyorsa, gerekli dönüştürücüler ile birlikte uyum içinde olmalıdır.

Çıkış tipleri, çıkış cihazlarına ve onların çalıştığı enerji kaynaklarına göre

değişmektedir. Bazı cihazlar röleli çıkışlar ile kontrol edilirken bazılarının da

triyak veya transistör çıkışları ile kontrol edilmesi gerekir.

30

Programlama İmkanları:

Kontrolörün programlama dili ne kadar sade ve anlaşılır olursa, kullanımı teknik

elemanlar tarafından o kadar kolay olur. Yazılabilecek maksimum komut sayısı

programlama esnekliğini arttınr. Komut sayısı miktarı ram bellek kapasitelerine

tekabül etmektedir. Bununla birlikte programlanabilir kontrolör programları,

genellikle 1000 komuttan daha az, ortalama 500 adım veya daha kısadır. Çoğu

sisteme ilişkin problemlerin çözümünde bazı fonksiyonel özel rölelere ihtiyaç

duyulur. Timer (zamanlayıcı) ve counter (sayıcı) gibi rölelerin çokluğu her zaman

tercih sebebidir. PLC'nin yapısında bulunan ana mikroişlemcinin gelişmişliği

programlama imkanları ile paraleldir. Bunda işlemcinin bit sayısı, adres ve data

hattı sayısı, hızı, vs. gibi özellikleri etkili olmaktadır. Çalışma Hızı, bir kontrol

sisteminden beklenen en önemli özelliklerden biridir. PLC için çalışma hızı,

algılanan değişimlerin yorumlanarak tepki verilmesi arasında geçen süre ile ifade

edilir, fakat burada asıl ayırt edici nitelik tarama zamanıdır; çünkü diğer süreler

aşağı yukarı birbiriyle aynıdır. Tarama hızının azalması çalışma hızının artmasına

sebep olur.

Sistem Genişlemesi Ve Iletişim:

Eklenebilir modüllerle giriş/çıkış sayısının artırılması ve sistemin genişletilmesi

sürekli bir avantajdır. Öte yandan PLC'ler arasındaki iletişim imkanı tercih edilen

yönlerden biridir. PLC 'ler arasında haberleşmeyi ve bilgi işlem cihazları ile

beraber çalışarak tek bir merkezden yönetimi mümkün kılar. Bu amaçla kullanılan

RS232 konnektörleri PLC üzerinde tüm kontrollerin yapılabilmesini sağlar.

Kullanılan modelin ve bu modeldeki program özelliklerinin yeni modellerle

entegrasyon imkanları da göz önünde bulundurulmalıdır.

Çevre Birimleri:

Ayrılabilir programlama konsolu, grafik programlayıcı, printer ara birimleri,

eprom (prom) programlayıcı okuyucu, manyetik teyp bandı, disket üniteleri,

printer ara birimleri birim kontrolörün işlevselliğini art tırmaktadır.

31

2.8.2. TIA PORTAL

Totally Integrated Automation kelimelerin kısaltılmışıdır.SIMATIC MANAGER’in

yeni versiyonudur. SIEMENS’in S7-1200, S7-300 ve S7-400 ailesi, PLC’leri

programlamak ve yönetmek için kullanılan yeni nesil edidörüdür. Sadece program

yazmakla kalmaz, ayni zamanda operatör panel programlama ve SCADA

oluşturmada da kullanılır. Basic sürümleri sadece S7-1200 ailesi için kullanilalabilir.

Professional ve daha üstü sürümler S7-1200 ailesi ile birlikte s7-300 ve s7-400

ailesini de programlayabilir.

TIA Portal, temel programlama tekniklerinin yanında gelişmiş komutları da içinde

barındıran bir arayüzdür. Endüstri 4.0 ile birlikte bu yenilenen arayüz mühendislikte

verimlilik, kontrol ve erişebilirlik gibi bir çok açıdan kolaylıklar sağlamaktadır. TIA

Portal, tamamen entegre otomasyon sisteminin tüm potansiyelini ortaya çıkarmak

için bir anahtar konumundadır. Sürecin önde gelen mühendisleri tüm makine ve

süreç prosedürlerini optimize edip entegre bir işletme sistemi sunmaktadır. I/0,

HMI, sürücüler, hareket kontrolü ve motor yönetimi sistemleri bir bütün halinde

sunar. Ortak veri yönetimi ve akıllı kütüphane sistemi sayesinde kapsamlı yazılım

ve donanım fonksiyonları verimli bir şekilde tüm otomasyon görevlerini yerine

getirebilir. TIA portal, Siemens'in mevcut otomasyon donanımı ile birlikte

kullanıldığı zaman, ani piyasa değişimlerine karşı çok esnek bir yapıya sahip

olabilirsiniz. Bu süreçte firmanın, üretim süresini kısaltılıp daha rekabetçi piyasalara

girmesi kolaylaşır.

Endüstriyel üretim süreçlerinde artan kompleks işlemler otomasyon teknolojisinde;

Performans

Güvenlik

Verimlilik gibi kavramların gerekliliğini arttırmıştır. Bu yapıdaki en iyi

çözüm ise Siemens tarafından geliştirilen TIA PORTALolarak

görülmektedir.

Oluşumun mühendislik çerçevesi kullanım kolaylığı açısından en üst düzeyde

optimize edilmiştir. Bu yapı tüm planları, makine ve işlem süreçlerini optimize eder.

Aynı zamanda Siemens'in şu anda sahip olduğu teknoloji ile birlikte kullanıldığında

sistemden alınabilecek en iyi verim alınır.

32

2.8.3. TIA Portal'ın Avantajları

TIA PORTALmühendislik çerçevesi tutarlı otomasyon çözümlerinin temelini

oluşturur. Standart işlem konsebti sayesinde işlevselliği garanti eder. Bu anlamda

aşağıdaki maddelerden TIA Portal'ın genel avantajları sıralanabilir.

Mühendislik vaktini kısa süreye indirir,

Yapılan yatırımlar için kapsamlı koruma sağlar,

Bakım periyodunu azaltır,

Hızlı bir sistem geliştirmesi imkanı verir.

Sonuç olarak rekabetçiliği arttıracak yüksek seviye bir fabrika ortamı

oluşturulmasına yardımcı olur.

Şekil 2.16. TIA PORTAL şeması

2.9. SCADA SiSTEMLERİ

SCADA terimi Türkçe’ye “Tanımalı Kontrol ve Veri Toplama Sistemi” veya

“Uzaktan Kontrol ve Gözleme Sistemi” olarak çevirilebilir. Bilgisayarlardan,

haberleşme aletlerinden, algılayıcılardan veya diğer aygıtlardan oluşturulmuştur ve

aynı zamanda denetlenip ve kontrol edilebilir [10].

Kesin ve gerçek zamanlı bilgi, sistemin iletim ve sürecinin optimizasyonu için

gerekli elemanlardır. Bununla birlikte daha verimli, güvenilir ve en önemlisi

güvenli iletim sağlanır. SCADA sistemleri ise kesin ve gerçek zamanlı bilgileri

33

uzaktan ve uzak mesafeden RTU’lar aracılııyla toplayarak, ana istasyonda bu

bilgileri gösterir; gelen veriler değerlendirilerek, iletmelerin stratejileri geliştirilir,

politikalar saptanır ve iletme ile ilgili önemli kararlar alınarak iletmecilerin uzaktan

kumanda görevlerini, yerine getirmesini sağlar. SCADA sistemi sayesinde izlenen

sistem tek bir merkezden yönetilirek personel sayısının ve iletme giderlerinin

azalmasını sağlar. İzlenen ve kaydedilen değerler sayesinde iletmenin kalitesini

yükseltecek, verimliliin artıracak stratejiler geliştirilir. Gerçek zamanlı izleme ve

alarm fonksiyonu sayesinde ise arızalara zamanında müdahale edilerek güvenli

iletmenin devamlılığını sağlar. SCADA sistemleri, enerji üretim, doğalgaz üretim

ve iletme tesislerinde, gaz, yağ, kimyasal madde ve su boru hatlarında pompaların,

valflerin ve akı ölçüm ekipmanlarının iletilmesinde, kilometrelerce uzunluktaki

elektrik iletim ve dağıtım hatlarının kontrolü ve ani yük değişimlerinin

dengelenmesi gibi çok farklı alanlarda kullanılmaktadır [10].

2.9.1. SCADA Sistemlerinin Yapısı

SCADA sistemini kısaca uzak mesafeli iletme olarak da tanımlanabilir. Burada

kasdedilen uzak mesafe kontrolün olduğu yer ile kontrol edilen yerin arasına

doğrudan çekilen bir donanım ile haberleştirilemeyecek kadar uzak olmasıdır.

Uzak sahadaki bilgileri gerekli ölçüm cihazları ile bir panoda toplanır. Yine sahada

yer alan RTU, uzaktan izlenecek merkez ile analog ve dijital sinyaller arasında bir

arayüz oluşturur. İletişim sistemleri ana istasyon ile uzak mesafedeki sahalar

arasında patika oluşturur. Bu iletişim sistemleri bakır kablo, fiber optik, radyo

sinyalleri, telefon hattı, mikrodalga sinyalleri ve uydu ile gerçekleştirilebilir. Bu

iletişim sistemlerinde en verimli ve en uygun bilgi akışını sağlamak için çeşitli

protokoller kullanılır. Son olarak, ana veya alt istasyonlarda, çeşitli RTU’lar

aracılığıyla toplanan bilgilerin iletmeci arayüzüyle görüntülenmesi ve uzak sahanın

kumanda edilmesi sağlanır.

34

2.10. USB RS-485 CONVERTER

RS485, günümüzde pek çok alanda kullanılmakta olan popüler bir haberleşme

sistemidir. Bu sistem ilk defa 1983 yılında RS422 standardının gelişmiş düzeyi

olarak kullanıma geçti.RS485 ile RS232 arasındaki temel fark, RS485’in iki tel

arasındaki değişken voltaj metodu ile bilgi transferi yapmasıdır. İki tel rasındaki

sinyalin polaritesi sayısal durumu belirler. Toprak sinyali sadece akımın geri dönüş

yolu olarak kullanılır

Şekil 2.17. RS485-USB dönüştürücü konnektör uçları

RS-232 kısa mesafeli iletişim için tasarlanmış bir seri iletişim standardıdır. RX ve

TX üzerinden iletilen bilgiler referans seviyesi olan GND’ye göre belirlenmektedir.

RS-232 ile kısa mesafeli ve 115,2 Kbit/sn gibi hızlara ulaşılabilmektedir. Bu standart

gürültülü ortamlar için uygun değildir. RS-232 sürücüleri birçok alıcıyı aynı anda

sürebilecek şekilde tasarlanmamıştır. RS-485 daha uzun mesafelerde, gürültülü

ortamlarda, daha yüksek hız gerektiren yerlerde, daha çok alıcı vericinin gerektiği

yerlerde kullanılmak üzere geliştirilmiş bir seri iletim ortamıdır. RS-232

standardında yazılım katmanında kullanılan protokolün ne olacağı, iletim katmanında

konnektörlerin ne olacağı gibi özellikler kesindir. RS-485 standardı ise sadece iletim

katmanı için standart belirlemiştir. Yazılım katmanında kullan protokol ve kullan

konektör tiplerini kullanıcının isteğine bırakmıştır. RS-485 de data hattındaki veri

hızı birçok parametreye bağlı olsa da çok iyi ayarlanmış uzun olmayan bir hatta

saniyede 25 Mbit kadar hızlara ulaşılabilir. RS485 protokolü ile 1220 metreye kadar

burgulu kablo kullanarak haberleşme yapmak mümkündür [11].

35

Bu Bitirme Çalışmasında DIGITUS DA 70157 RS485 TO USB marka

dönüştürücüsü ile analizörün okuduğu üç fazlı asenkron motor verilerini (gerilim,

akım, aktif güç, reaktif güç, frekans) bilgisayar ortamına aktarmak için kullanıldı.

Şekil 2.18. Digitus DA 70157 RS485 to USB dönüştürücü

2.11. Akım Trafosu

Akım transformatörü, bağlı oldukları devredeki akımı, belirli

değerlere indirgeyerek, sekonderine bağlı olan ölçü aletlerine ölçüm için gerekli

olan (Genel olarak 1A ve 5A) akımıve izolasyonu sağlayan bir ölçü

transformatörüdür. Devreye seri olarak bağlanan akım transformatörleri, normal

çalışma koşullarında primer akımı ile sekonder akımı arasında faz farkı yaklaşık

sıfır olması en önemli özelliklerinden biridir.

Akım transformatörleri, özellikle orta ve yüksek gerilim devrelerinde primerindeki

akımın manyetik bir kublaj ile küçültülmesiyle sekonder tarafında daha küçük bir

akım elde edilir ve bu akım, makinenin sekonder tarafına bağlı olan cihazların, ölçü

aletlerin yüksek gerilimden etkilenmesini önler.

Şekil 2.19. Alçak Gerilim akım transformatörü

36

Akım Transformatörünün Yapısı ve Çalışma Prensibi:

Bir akım transformatörünün yapısında; primer ve sekonder sargıları, manyetik

bir nüve, izolatörler ve soğutma tipi yağlı tip olan akım trafolarında içi trafo

yağı dolu bir kazan bulunur.

Normal bir transformatör çalışma prensibinde olduğu gibi; primer sargısına

gelen alternatif akım, bu sargıda bir gerilim endükler ve manyetik akı oluşturur.

Manyetik nüve yardımıyla primer sargısının oluşturduğu akı sekonder sargısına

iletilir. Değişken alternatif akı, sekonder sargısında bir gerilim endüklenmesine

neden olur ve bu gerilim trafonun sekonder devresinde bir akım akmasına sebep olur.

Kimi transformatörlerinde primerden akan akım, transformatör dönüştürme

oranına göre sekondere manyetik yol ile iletilir. Primer sargılarında yüksek gerilim

olduğu için sargılar kalın ve az sarımlı, sekonder sargılarında daha küçük gerilimler

bulunduğundan sargıları daha ince ve çok sarımlıdır.

Akım transformatörlerinin en önemli özelliklerinden birisi de sekonder devresinin

kısa devre durumunda çalışmasıdır. Eğer sekonder sargı uçları açık bırakılırsa,

sekonder sargılarının oluşturduğu, primer sargılarının manyetik akısının azaltıcı

yöndeki manyetik akının ortadan kalkmasına sebep olur. Bu durumda açık bırakılan

sekonder sargı uçlarında aşırı bir gerilim oluşur ve bu durum sargıların ve nüvenin

ısınmasına sebep olur. Yine bu durumda sekonder uçlarında daha çok gerilim

endüklenir ve cihazlar ve ölçü aletleri zarar görebilir. Bu yüzden sekonder uçları kısa

devre edilmelidir.

Şekil 2.20. Akım trafosu bağlantı şeması

37

2.12. Modbus Poll

Modbus Poll birden çok pencereli kullanıcı arabirimini kullanır. Bu, farklı veri

alanlarını veya farklı işlev kimliklerinin verilerini gösteren aynı anda birkaç pencere

açabileceğiniz anlamına gelir. Alias hücrelerine herhangi bir metin yazabilirsiniz.

Herhangi bir iletişim kutusunda, o konuyla ilgili daha fazla yardım almak için F1

tuşuna basabilirsiniz [12].

2.12.1. Modbus Poll Özellikleri:

Modbus Poll cihazları kullanarak verileri okuma / yazma:

Modbus RTU or ASCII on RS232 or RS485 networks.( RS232 veya RS485

ağlarında Modbus RTU veya ASCII.)

Modbus TCP/IP

Modbus Over TCP/IP. (TCP paketinde saklanan Modbus RTU / ASCII)

Modbus UDP/IP

Modbus over UDP/IP. (Modbus RTU / ASCII, bir UDP paketinde kapsüllenir)

2.13. KEPServerEx

KEPServerEx, geniş bir endüstriyel aygıt ve sistem yelpazesinden Windows PC'deki

istemci uygulamalarına veri ve bilgi getirme imkânı sağlayan 64 bitlik bir windows

uygulamasıdır. KEPServerEx bir "Sunucu" uygulaması kategorisine girer. Birçok

yazılım disiplini ve iş segmentinde "istemci / sunucu uygulaması" terimini duymak

çok yaygındır. Endüstriyel piyasada, genellikle, insan makine arayüz yazılımı ve veri

tarihçileri arasında değişen çeşitli uygulamalar arasında imalat veya üretim verilerini

büyük MES ve ERP uygulamalarına paylaşmak anlamına geliyordu.

Hizmet verilen iş segmentinden bağımsız olarak, istemci / sunucu uygulamalarının

ortak bir özelliği vardır. Bu ortak özellik ise standartlaştırılmış bir veri paylaşma

yöntemidir. Endüstriyel alanda, son on yılda birçok istemci / sunucu teknolojisi

geliştirildi. Başlangıçta bu teknolojilerin bazıları tescilli idi. Birçok durumda, bu

mülkiyetli istemci / sunucu mimarileri geniş kullanımdaydı, ancak üçüncü taraf

uygulamaları için mevcut değildi. Windows'un başlangıcında Microsoft, DDE veya

Dinamik Veri Alışverişi adlı genel bir istemci sunucu teknolojisini sağladı. DDE, çok

sayıda satıcıdan gelen birçok Windows uygulamasının verileri paylaşmasına izin

38

verecek bir temel mimari sunmuştu ancak bir sorun vardı. DDE endüstriyel pazar

için tasarlanmamış; Endüstriyel bir ortamda istenen hız ve dayanıklılığın çoğundan

yoksundu. Bununla birlikte, bu durum, DDE'nin çoğu istemci / sunucu mimarisi

haline gelmesini engellemedi, büyük oranda çoğu Windows uygulamasında

bulunması nedeniyle. Zaman içinde, Microsoft'un DDE varyasyonları piyasadaki

önde gelen bazı satıcılar tarafından geliştirildi. Bu varyasyonlar DDE'nin hız ve

güvenilirlik konularının bazılarını ele aldı ancak endüstriyel bölümdeki birçok kişi

daha iyi bir sistem geliştirilmesi gerektiğini kabul etti.

39

3.TASARIM

3.1. Genel Bilgiler

Bu Bitirme Çalışmasında üç fazlı asenkron motorun matematiksel denklemleri

çıkarılıp ve Asenkron motorun α-β matematik modelinin Simulink blok diyagramı

oluşturulmuştur. Maliyeti de göz önünde bulundurularak, belirlenen standartlar

üzerinden sistem bileşen elemanları belirlenir. Elemanlar belirlendikten sonra ön

maliyet raporu oluşturulur. Bu elemanlar darbelerden, uygunsuz hava koşullarından

ve oluşabilecek iş kazalarından önlemek için pano içine yerleştirilir. Elemanların

boyutları göz önünde bulundurularak yerleştirilecek pano ölçüleri belirlenir.

3.2. Boyutlandırmalar

Üç fazlı asenkron motor 32.4 X 19.8 X 15.6 boyutlarına sahiptir.

Şekil 3.1. Üç fazlı asenkron motor teknik çizimi ve ölçütleri

40

Şekil 3.2. Pano

Sistemin tüm bileşenleri bilgisayar ve üç fazlı asenkron motor hariç, 144 X 40 X 40

boyutlarında bir pano içerisine sığabilecektir.

3.3. Sistem Bileşenleri ve Seçimleri

Bitirme Çalışması da kullanılanan alt sistem bileşenleri;

1. ENTES akım trafosu (10-5) A

2. DIGITUS DA 70157 RS485 TO USB conveter

3. CAT5 haberleşme Kablosu

4. 5A Sigorta

5. Enkoder

6. MEAN WELL DR-45-24 2A Güç kaynağı

7. 140 X 40X 40 pano

Bu alt sistem bileşenlerin maliyet den önce uygunlkları ön planada tutulmuştur.

Şebeke analizörü 5 ampere kadar ölçüm yapabilir. Örnek çalışmada ki üç fazlı

asenkron motorun güçü 1.1 Kw ve çalışma gerilimi 380 Volt olduğundan motor

etiketinden anma akımı 2.3 Amper olduğu belirlenmiştir.

41

Tablo 3.1. Motor etiket değerleri

Bu Bitirme Çalışmasında akım eğerimiz 5 Amperden az olsada kalkınma akımı 6.3

amper’dir. Başka bir çalışmada daha yüksek akım değerleri için akım trafosu

yardımıyla 5 Ampere orantılı olarak düşür.

Örneğin 10-5 Akım trafosu için primer sargısında ki 10 Amperi sekonder uçunda 5

Ampere düşürür. Eğer pirimer ucunda 5 Amper varsa sekonder ucunda 2.5 Amper

görünür. Akım trafosu seçilirken Bitirme Çalışmasının uygulanağı sistemin

ölçülecek maximum akım değeri belirlenir ve ona göre Akım trafosu seçilir.

Şebeke analizörü 5 Ampere kadar dayanabildiğinden ölçülen akımın 5 amperi

kesinlikle aşmaması lazımdır. Maksimum akım değerini aşması durumunda şebeke

analizörü yanar. Bu sorunun önüne geçmek için 5 Amperlik bir sigorta yardımıylan

Şebeke analizörü korunmuş olunur. Siemens S7 1215C PLC 24 Voltla

çalışdığından 24 Voltluk bir güç kaynağına ihtiyaç duyar. Bunun için porojede

MEAN WELL DR-45-24 2A Güç kaynağı kullanılmıştır. Eğer farklı bir güç

kaynağı kullanılmak istenirse kesinlikle 24 V DC veya 220 V AC gerilime sahip

olması lazımdır. Şebeke analizörü Modbus (RTU) RS485 haberleşme protokolü

kullanılmaktadır. PC’nin RS232 protokolü (usb) kullandığından bir dönüştürme

işlemine tabi tutulması lazımdır. Şebeke analizörünün haberleşme kısmından çıkan

CAT5 haberleşme Kablosu, RS485 DIGITUS DA 70157 RS485 TO USB conveter

yardımıylan RS232 protokolüne (usb) uyumlu hale getirilir. Eğer bilgisayarda

RS485 haberleşme protokolüne uygun giriş varsa, RS485 DIGITUS DA 70157

RS485 TO USB convetera gerek yoktur. Bitirme Çalışmasın da ki bileşenlerin

yağmur, kar, toz, hasar verebilecek darbeler ve olası iş kazalarını önlemek için bir

panonun içine konulmaları gereklidir. Bitirme Çalışması kapsamında bileşenlerin

boyutlarıan göre 140 X 40X 40 pano kulanılmıştır.

42

3.4. Uygulanan Yöntemler

3.4.1. RS-485 haberleşmesi

RS485 protokolü ile 1220 metreye kadar burgulu kablo kullanarak haberleşme

yapmak mümkündür. Kablo bağlantıları yapıldıktan sonra uzak haberleşme için

protokol sinyalleri devre tarafından yapılmıştır. Kullanıcı üniteye RS232

protokolünde (usb) veri gönderir, devre bu veriyi RS485 olarak olarak data

hattından alıcıya iletir. Alıcı ise RS485 sinyalini RS232 olarak karşı taraf ulaştırır.

RS485 port kısmına paralel olarak 32 cıhaz (bazı modellerde daha fazla)

bağlanabilir ve birbirleri ile haberleştirilebilir. Data hattında her uç birim aynı anda

veri transferi yapmamalıdır. Eğer bir ünite veri gönderirken diğeri de göndermek

isterse data hattında girişim sebebiyle veri kaybı olmuştır. Bunu engellemek için

uygulanan yöntem, ünitelerden birini Master (asıl) ve diğerlerini slave (yardımcı)

olarak tanımlamaktır. Her Slave üniteye bir adres verilir. Master bu üniteleri adres

vererek sorgulayabilir veya data hattının meşgul olup olmadığın sorgulanır. Meşgul

değil ise veri transferi yapılır.

3.4.2. Hız Kontrolü

Enkoder aracılığıyla okunan hız PLC’ye aktarılır. PLC içerisindeki HSC (High

Speed Counter) sayma işlemini yapar. HSC (High Speed Counter) içinde ki değer

SCADA arayüzüne aktarılır. Okunan hız değeri değiştirilmek istenirse veya on/off

işlemi yapılması gerekirse SCADA arayüzünden yapılan kontrol işlemleriyle

motora PLC üzerinden müdahale edilir. Bu işlem ise PLC’nin analog çıkışından

inverterın analog girişine yapılan bir bağlantıylan halledilir

3.5. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz

Ekonomik Analiz Tablo 3.1’ de görüldüğü üzere malzeme maliyeti toplamda

10,070.39 TL tutmuştur. Bileşenlerin vasıfları belirlenirken, en ucuzu, en pahalısı,

en kalitelisi gibi noktalardan ziyade en uygun olanı seçilmeye çalışılmıştır. Bitirme

Çalışması kapsamında ana bileşen asenkron motor oluğundan dolayı ölçüm ve

konturol aşamaları da buna bağlı olarak belirlenmektedir. Mesela motorun anma

akımı 42 Amper olsaydı akım trafosu en az 50-5 seçilmek zorundadır. Lakin tüm

bileşenler motora bağlı olarak seçilmemiş diğer ana bileşenlerin de belirleyici

43

noktası bulunmaktadır. Örneğin pano içinde muhafaza olan malzemelerde en ve

derinlik olarak bakılarak bir pano ölçüleri belirlenmelidir. Yalnız yükseklik

kısıtlaması iş kazzalarına mahal vermemek için güç analizörünün göz hizasında

görülebilinecek bir noktada olması lazımdır. Uygunluk kriterleri belirlendikten

sonra maliyet göz önünde tutularak eleman teminine başlanır Seçilen bu

malzemeler maliyet göz önünde bulundurularak sistemi olumsuz etkilemeyecek

şekilde fiyatı makül değerlerde olan eş değerleriylen değiştirilmiştir.. Örneğin

Anma akımı 7.89 Amper olan 3 KW bir asenkron motorun için (10-5) Amperlik bir

akım trafosu lazımken mevcud elemanlar arasında (50-5) Amperlik bir akım

trafosu varsa yenden bir eleman almak yerine 7.89 Amperin üstü oldundan ötürü bu

akım trafosuda iş görecektir. Asenkron motor hız kontrolü için analok çıkışa ihtiyaç

duyulmaktadır. Bu yüzden PLC seçiminde analok çıkışı olan PLC’ler göz önünde

bulundurulmuştur. Eğer analog çıkışlı PLC’ler çok pahalıysa S7- 1215C’ nin alt

modellerinden uygun fiyatlı bir PLC ile bir analık giriş modülü monte edilip motor

kontrolü yapılabilir.

Tablo 3.2. Malzeme Listesi

Malzemenin adı Kullanım amacı

Birim fiyatı

(TL)

Aded

i

Fiyatı

(TL)

GAMAK 1.1 KW 3

fazlı Asenkron Motor

185,56 TL

1

185,56

TL

Siemens S7 1215C PLC

Motor kontrolünü

sağlamak

1610 TL

1

1610

TL

MPR 5396 Şebeke

Analizörü

Sistemin güç

verilerini okurmak

250 TL

1

250 TL

44

ENTES akım trafosu

(10-5) A

Şebeke analizörü en

fazla 5 A dayana

bilir. Okunacak

değeri orantılı ala

bilmek için

kullanılır.

159 TL

1

159 TL

ABB AC5355 Motor

Sürücü

Motorü süre bilmek

içindir.

701 TL

1

701 TL

MEAN WELL DR-45-

24 2A Güç kaynağı

PLC’ye besleme

kaynağı

62,22 TL

1

62,22

TL

TIA PORTALV13

yazılımı

Motor süre bilmek

için kullanılan

yazılımdır.

3149 TL

1

3149

TL

Wincc Flexible SCADA

(128 Tag) yazılımı

Şebeke

analizöründen gelen

verileri kendi

oluşturduğumuz bir

arayüzde gösterir.

338,5 TL

1

338,5

TL

KEPWARE SERVEREX

yazılımı

MODBUS POLL

proğramından gelen

verilerin adresslerini

belirler

3034 TL

1

3034

TL

MODBUS Poll yazılımı

Şebeke analizörden

alınan güç verilerini,

RS485-USB

converter ile

bilgisayar ortamına

aktarır

393.5 TL

1

393.5

TL

45

DIGITUS DA 70157

RS485 TO USB conveter

Modbus(RTU) RS485

haberleşme protokolü

kullanan Şebeke

Analizörü ile PC

arası haberleşmeyi

sağlar.

75 TL

1

75 TL

CAT5 haberleşme

Kablosu

Şebeke Analizörü

Modbus(RTU) RS485

haberleşme protokolü

kullandığından

converterla analizör

arası iletişim için

kullanılır.

3 TL

1

3 TL

Enkoder

Üç fazlı asenkron

motorun hız verisini

okur.

153 TL

1

153 TL

MathWorks

MATLAB&SIMULINK

simscape license

üç fazlı asenkron

motorun

modellemesi yapılıp

similesyon yapılır.

87.61 TL

1

87.61

TL

Dikili Tip PANO

1445-1495

140 X 40X 40 pano

(BoyXGenişlikX

Derinlik)

Dış ortamlaran

etkilenmemesi

gereken

mataryellerin

muhafaza edilmesi

500

1

500

TOPLAM

10,070.

39 TL

46

4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI

4.1. Genel Bilgiler

Sistem gerçeklenmeden önce modellemesi gerçekleştirilip simülasyon yapılmıştır.

Bu sayede oluşabilecek aksaklıklar gözlenmiş olunur. Örneğin bu Bitirme

Çalışmasında üç fazlı asenkron motorun bir modellemesi çıkartılıp MATLAB-

SIMULINK’de simüle edilmiştir. Simülasyon sonucunda kalkış anında ve anma

değerine oturana kadar geçen sürede motorun akım-zaman grafiği çizdirilerek

verdiği tepkiler gözlenmiştir. Bu tepkiler yorumlanıp ne anlama geldiği

açıklanmaya çalışılmıştır. Bitirme Çalışmasında yazılımsal olarak dört ayrı yazılım

kullanılmaktadır. Hız okuma ve kontrolü için TIA PORTALV13 yazılımı, şebeke

analizöründen gelen güç parametrelerinin gönderildiği adresleri belirleyebilmek için

MODBUS POLL yazılımı, belirlenen adreslede ki değerleri diğer yazılımlara aktara

bilmek için KEPWARE SERVEREX yazılımı ve PC’den veri izleyip zamana göre

çizdirme işlemini yapabilmek için Wincc Flexible SCADA (128 Tag) yazılımı

kulanılmıştır.

4.2. Simülasyon Yazılımları

4.2.1. MATLAB&SIMULINK Yazılımı

Şekil 4.1. MathWorks Matlab&Simulink

47

SIMULINK, dinamik sistemlerin modellenmesi, simülasyonu ve analizi için

kullanılan bir yazılım paketidir. Son yıllarda akademik ve endüstriyel ortamlarda

yaygın biçimde kullanılmaktadır.

Simulink,

İş akış kontrolü

Isı, soğutma, süsbansiyon ve fren sistemleri

Sayısal İşaret İşleme ve haberleşme

Diferansiyel denklem çözümü

Durum-uzay modelleri

Transfer fonksiyonları

Neuro-Fuzzy sistem modelleme

Elektrik devre çözümü

Kontrol sistemleri (Uçuş kontrol, PID kontrolü)

Dış ortam ile veri alışverişi

Uzaktan ve Web tabanlı kontrol

Robotics çalışmaları

Gibi birçok elektrik, elektronik, finans, mekanik ve termodinamik gerçek dünya

sistemini simüle edebilir. Bir MATLAB arayüzü olan Simulink’te bir modelleme

işlemi için:

Simge sürekleme-bırak mantığı ile taşınan bloklar kullanılır.

Matlab kodu yazmak yerine, işlem blokları birbirine bağlanarak model diyagramları

oluşturulur.

Blok simgeleri, sistemin girişlerini, sistemin parçalarını veya sistemin çıkışlarını

gösterir.

Simulink’in bir diğer önemli özelliği de Matlab ortamı ile etkileşimli işlem

görmesidir:

Simulink çıkış sonuçları, Matlab çalışma ortamına gönderilebilir ya da bu

ortamdan veri kullanılabilir.

Simulink modelleri, setparam ve getparam komutları kullanılarak programlama

(.m) dosyalarıyla kontrol edilebilir.

48

Simulink, GUI yapısı ile interaktif bir ortam oluşturarak kullanılabilir.

Bir dinamik sistemin simülasyonu, iki adımlık bir Simulink işlemidir:

İlk önce Simulink model editörü kullanılarak dinamik sistemin girişi, durumu ve

çıkışı arasında zaman bağımlı matematiksel ilişkisini (nümerik, türev, diferansiyel

denklemler vb) grafiksel olarak gösteren bir blok diyagramı oluşturulur.

İkinci adımda belirlenen bir zaman aralığı içerisinde modellenen sistem çalıştırılır

yani simüle edilir.

Bu Bitirme Çalışmasında Matlab&Simulink yazılımı, motor sürücü (inverter) ile üç

fazlı asenkron motor arasındaki v/f hız kontrolünü simüle etmek için kullanılmıştır.

Simulink kütüphanelerinden Simscape Toolbox ve Control Toolbox gibi

kütüphanelerdeki gerekli devre elemanlarından yarallanılmıştır.

4.2.2. Siemens SIMATIC Wincc Flexible Yazılımı

Şekil 4.2. SIMATIC WINCC Flexible

WinCC WinCC, bir Alman firması tarafından üretilmiş, ülkemizde yaygın olarak

kullanılan PLC sistemlerine SCADA uygulamalarını giydirmek için tasarlanmış

windows üzerinde uygulama geliştirebilme imkânı sağlayan bir SCADA yazılım

paketidir. Dolayısıyla Siemens PLC + Siemens SCADA uyumu ideal otomasyon

sistemleri tasarım desteği sağlayabilir. WinCC SCADA yazılımının en temel

bileşenleri şunlardır [14].

Windows Control Center

Graphic Designer

WinCC Tag Simulator

49

Bitirme Çalışmasında da SIMATIC WinCC Flexible yazılımını SCADA arayüzü

tasarlamak için kullanacağız. Analizörden Modbus (RTU) haberleşme ile

okuyacağımız güç parameter verilerini SCADA ekranında görüntülenecektir.

4.3. Sistem Modelleme

Simülasyonu yapılan olan sistemin nasıl modellendiği açıklanır ve model

denklemleri ya da model şekli verilir. Gerekli açıklamalar yapılır, modelin nasıl

çalıştığı anlatılır.

4.3.1. Matlab& Simulink® İle Modelleme

Motor sürücü ile asenkron motor arasındaki hız kontolünü simüle etmek için

MathWorks MATLAB programını açıyoruz.

Şekil 4.3. Matlab Açılış Ekranı

Şekil 4.3 MATLAB programının ana ekranıdır. Simulink kütüphanesini açmak

için iki seçenek var. Ya Command Window yazan kısma

>> simulink yazıldıktan sonra enter tuşuna basılır.

50

Şekil 4.4. MATLAB R2015b command windows

Yada ana ekranda bulunan ikonuna tıklayarak simulink yazılım paketini açmış

oluruz.

51

Şekil 4.5. Simulink’ Giriş

Şekil 4.5’te butonuna basarak yeni bir model oluşturulur. Pencerenin sol tafında

bulunan kütüphaneler ile gerekli devre elemanları eklenir.

Simulink Library’e giriş

52

Şekil 4.6. Simulink Toolbox Listesi

Yeni bir model oluşturduktan sonra devre elemanlarımızı ekleyebiliriz. Arama

bülümüne “ Asynchronous Machine SI ” yazıp aranır.

Yeni model oluşturma butonu

Kütüphaneler (Toolbox)

Blok diyagramlar

53

Şekil 4.7. Modelimize powerlib kütüphanesinden asenkron motor ekleme

Ekrana gelen üç fazlı asenkron motorun üstüne çift tıklayıp Block Parameters

menüsü açılır. Asenkron motor generatör veya motor modunda çalışır. Çalışma şekli

mekanik tork işaretiyle belirlenir:

Tm pozitifse, makine motor gibi davranır.

Tm negatif ise, makine bir generatör görevi görür.

Şekil 4.8. Üç fazlı sincap kafes asenkron motor

Asenkron motor için blok parametre değerleri Şekil 4.9 da verilmiştir

54

Şekil 4.9. Asenkron motorun configuration sekmesinden rotor tipinin seçilmesi

Parametres sekmesinden üç fazlı asenkron motorun gücünü (HP), şebeke frekansını

(Hz), çalışma gerlimini (V),stator direncini (Rs), rotor direncini (Rr) ve eylemsizlik

kaysayısı ( j ) gibi motora özgü parametre değerleri girilir. Şekil 4.9’ da bu

değerlerin nasıl girildiği gösterilmiştir.

Rotor tipi

Sincap

Kafes

seçilir

55

Şekil 4.10. Asenkron motora özgü parametre değerlerinin girilmesi

Sincap Kafes Asenkron Motorun Elektriksel Devre Modeli Ve Matematiksel

Denklemi

Şekil 4.11. Asenkron motor elektriksel devre modeli

56

Vqs = Rsiqs + dφqs/dt + ωφds (2.14)

V'qr = R'ri'qr + dφ'qr/dt + (ω – ωr)φ'dr (2.15)

Te = 1.5p(φdsiqs – φqsids) (2.16)

ω — Reference frame angular velocity

ωr — Electrical angular velocity

φqs = Lsiqs + Lmi'qr (2.17)

φ'qr = L'ri'qr + Lmiqs (2.18)

Ls = Lls + Lm (2.19)

L'r = L'lr + Lm (2.20)

Tablo 4.1. Asenkron motor Blok parametreleri tanımlamaları [15]

Tüm Modellerde Ortak

Parametreler

Tanım

Rs, Lls Stator direnci ve kaçak endüktans

Lm Mıknatıslanma endüktansı

Ls Toplam stator endüktansı

Vqs, iqs q eksen stator gerilimi ve akımı

Vds, ids d ekseni stator gerilimi ve akımı

ϕqs, ϕds Stator q ve d ekseni akıları

ωm Rotorun açısal hızı

Θm Rotor açısal konumu

P Kutup çifti sayısı

ωr Elektriksel açısal hız (ωm × p)

Θr Elektrikli rotor açısal konumu

(Θm × p)

Te Elektromanyetik tork

Tm Mil mekanik torku

J

Kombin rotor ve yük atalet katsayısı

Kilitli rotor simülasyonu için sonsuza

kadar ayarlayın.

H Kombine rotor ve yük atalet sabiti

F Kombine rotor ve yük viskoz

sürtünme katsayısı

57

Şekil 4.12 IGBT inverter (motor sürücü)

Aynı şekilde Universal Bridge eklenerek parametre değerleri girilir.

Şekil 4.13 IGBT Devre Modeli

Şekil 4.14. IGBT pametrelerinin giriş diyaloğu

58

Denklem 2.21 de ve 2.22 de verilen formüllere göre Rs ve Cs değerleri hesapanır.

Diğer sistem elemanlarının da eklenmesiyle model Şekil 4.15’ deki tasarımı

almıştır.

Şekil 4.15. Simulink modelinin son hali devre elemanları

(2.21)

(2.22)

59

4.3.2. Wincc Flexible ile modelleme

Wincc Flexible ile de asenkron motorun güç parametreleri izleyen ve aynı zamanda

motor hız kontrolü yapan SCADA arayüzü tasarımı yapılmıştır. Siemens TIA

PORTALV13 programında bulunan Wincc RT Professional ile modellenecektir.

Şekil4.16 TIA PORTAL açılış ekranı

şekil program açıldığı zaman başlangıç ekranı gelir. Buradan “Open the Project view”

seçeneğini seçiyoruz.

Şekil 4.17. Proje oluşturma ve var olan projeyi açma

Proje açma

60

,

Şekil 4.18. Projemize “Add new device” yazısını üstüne çift tıklayıp gelen menüden “PLC”,

“PC station”, “IE_General”, eklenmesi

PLC modeli olarak 1215C DC/DC/DC modeli kullanıldı. PLC 24 VDC ile

beslenmektedir. Sanal bir bilgisayar olan PC station eklendikten sonra SCADA ile

PLC haberleşmesini sağlamak amacıyla Communication Modules kısmından

IE_General eklenerek PLC ile SCADA arasında haberleşme sağlanmış olur.

61

Şekil 4.20. Boş bir SCADA ekranı

Şekil 4.22. de görüldüğü gibi Toolbox içerisinde bulunan elementler ekrana

yerleştirilerek SCADA arayüzü gerçekleştirilir.

Şekil 4.19. PLC ve SCADA haberleşmesi ve IP adres numaraları

62

Şekil 4.21. Toolbox menüsünden SCADA ekranına kullanılan elemanların eklenmesi

Bitirme Çalışmasında Gauge, Symbol Library,f(t) trend view, I/O field ve Button

elemanlarını kullanıldı.

Şekil 4.22. Gauge elemanı

63

Gauge elemanı ile Bitirme Çalışmasında motor hızı gerçek zamanlı izleniyor.

Şekil 4.23. f(t) trend view kontrol izleme aracı

Trend view aracı ile motororun güç parametre değerlerinin online izlenir. İstenildiği

takdirde bu parametre verileri EXCEL dosyası ya da XPS dosyası olarak çıktı

halinde parametre değerleri alınabilinir.

Şekil 4.24. I/O Field elemanı

I/O Field elemanını input olarak kullanıp bu kutu içerisine istenilen motor hızı d/dk

cinsinden girilir.

Şekil 4.25. Güç parametrelerinin trend ekranına eklenmesi

Trend view üstüne sol çift tıklayıp Properties sekmesinden trends kısmına ekranda

izleyeceğimiz parametreler eklenir.

64

Adım adım tüm elemanları ekleyerek ve gerekli ayarlamaları yaparak SCADA

arayüzü oluşturulur. Şekil 4.26 de tasarlanan arayüzün son hali görülmektedir.

Şekil 4.26. Tasarlanan SCADA arayüzü

65

4.3.3. PLC kodları

TIA PORTAL programında aynı zamanda Bitirme Çalışması için gerekli PLC

kodları yazılmıştır. Şekil: 4.27, Şekil 4.28 ve Şekil 4.29 da PLC kodları

gösterilmiştir.

Şekil 4.27.PLC kodları

66

4.4. Simülasyon

Simülasyon asenkron motorun modellemesini yaptıktan sonara MathWorks

MATLAB&SIMULINK proğramında bire bir gerçekleştirilmiştir. Asenkron motor

ile inverter arasındaki V/F kontrolü simülasyonu yapılmıştır. Simülasyon sonuçları,

ikinci aşamadaki deneysel çalışmalarla kıyaslanmıştır.

Şekil 4.28. AC motor sürücünün vektör kontrolü

Yapılan bu simülasyon kısmın da istenirse tork ve hız ayarlanabilinir.

Simülasyonda asenkron motorun hızı sabit bir değerden başlatılabilir, hızı sıfırdan

istenilen değere çıkarılabilir ve belli bir saniyeden sonra hız değeri arttırılabilir

veya azaltılabilir.

67

5.DENEYSEL ÇALIŞMALAR

5.1. Genel Bilgiler

Üç fazlı asenkron motorun hız kontrolünü yapan ve güç parametrelerini izleyen

SCADA tabanlı bir sistem tamamlanmıştır. Üç fazlı asenkron motorun hız kontrolü,

hız okuma ve güç parametrelerinin izlenebilmesi test edilmiştir. Test için motor

sabitlenmiş ve enkoderle montaj edildikten sonra deneyler yapılarak bir tablo haline

getirilmiştir. Bu tablo 5.5.’de verilmiştir.

5.2. Asenkron Motor İle Enkoderin Birleştirilmesi

Asenkron motorun mil çapı 10 mm’dir. Hız kontrolünde feedback olarak kulanılan

enkoderin mili ise 8 mm çapındadır. Enkoderin asenkron motor hızını okuya

bilmek için millerin aynı eksende bulunup birbirleriyle senkron olması

gerekmektedir. Motor milinin yerden yüksekliği 56 mm ve enkoderinde yerden

yüksekliği 25 mm ‘dir. Bu Asenkron motor ve enkoderi aynı eksende döndüre

bilmek için şekil 5.2 de ki aparat Solidworks’de çizilmiştir.

Şekil 5.1. Asenkron motor ve enkoder bağlantı aparatı

5.3. Arayüz Elemanlarının Gerçeklenmesi

Bitirme Çalışmasında gerçek zamanlı olarak asenkron motorun hız kontrolünü

sağlamak üzere PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu

yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC’nin bir adet analog çıkışı üç fazlı

asenkron motor sürücüsünün analog girişine ve üç fazlı asenkron motor üç fazlı

asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır. Asenkron motorun hız kontrolünü

yapabilmek için şebekeden gelen üç faz inverter üzerinden Asenkron motor

bağlantısı yapılmıştır.

68

Şekil 5.2. Panonun montaj aşaması

Akım trafosu her bir faz için seri alarak bağlantısı yapılmış ve gerilim trafosu içinde

her bir faz için tek bir ucundan giriş alınarak şebeke analizörüne dönüştürme oranı

girilerek bağlantısı yapılmıştır. Bitirme Çalışmasında dönüştürme oranı bir olarak

girilmiştir.

Şekil 5.3. Bitirme Çalışması bitmiş hali

69

5.4. Sistemin Çalıştırılması

Analizör yardımıyla üç fazlı asenkron motorun akım, gerilim, cos (Φ), aktif güç,

reaktif güç ve frekans gibi güç parametrelerini hesaplandıktan sonra analizörün

sahip olduğu Modbus (RTU) RS485 haberleşme protokolü ile analizörden alınan

güç parametrelerine ait verilerin, RS485-USB converter ile bilgisayar ortamına

aktarılır. MODBUS POLL programı yardımıyla aktarılan verilere ait adresler

belirlenip, KEP SERVEREX programı ile Siemens Wincc Flexible SCADA

programına gönderilir. Sonrasında Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç

parametre verilerine ait değerleri gösterge arayüzünde izlenir.

Gerçek zamanlı olarak asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk

aşamada PLC ve Siemens Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu

yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra PLC’nin bir adet analog çıkışı üç fazlı

asenkron motor sürücüsünün analog girişine ve üç fazlı asenkron motor üç fazlı

asenkron motor sürücüsüne bağlanmıştır.

5.5. Yapılan Testler

Asenkron motor, tasarlanan bağdaşdırıcı parça ile enkoder montajı yapıldı. Asenkron

motor belirli aralıklarla çalıştırılıp bu çalışma hızlarında faz-faz arası gerilimi, her

fazing akımlarını ve frekans parametreleri ölçülmüş ve scada arayüzünde

gösterilmiştir. Bu tablo 5.1.’da verilmiştir.

Tablo 5.5 Farklı Devir/Dk Hızındaki Değerleri

Faz-Faz Arası Gerilim (V) AKIM (A) Frekans(hz)

devir/dk U1(v) U2 U3 I1 I2 I3 Şebeke

250 380.1 378 381 0.212 0.254 0.263 50

500 380.4 382 381.3 0.346 0.367 0.349 50

750 380.2 380.1 378 0.523 0.563 0.545 50

1000 379.8 378 382 0.767 0.765 0.712 50

1250 380.1 380.2 380.1 1,142 1,178 1,142 50

1500 380.4 379.9 380.4 1,587 1,578 1,571 50

1750 380.2 380.1 380.2 2,432 2,455 2,455 50

2000 379.9 381 379.9 2,312 2,345 2,345 50

2500 380.4 378 379.9 3,554 3,546 3,556 50

70

6. SONUÇLAR

6.1. Genel Açıklamalar

Motorun hız kontrolü kısmında nasıl tepkiler verdiği ve motorun hangi

parametrelerde ani değişimler oluşturduğu gözlenmiştir. Bunun için de motorun

vektör kontrolü simülasyonu yapılmıştır. Bitirme Çalışması gerçekleştirildikten

sonra aynı değerlere göre deneyler yapılarak, simülasyon çalışmaları ile deneysel

çalışmalar kıyaslanmıştır.

6.2. Simülasyon Sonuçları

MATLAB&SIMULINK simulasyon proğramı kullanılarak üç fazlı asenkron

motorun istenilen durumlarda nasıl sonuçlar verdiğinin gözlenmesi hedeflenmiştir.

Deneysel çalışmalar yapılarak simülasyon sonuçları ile deneysel sonuçlar

kıyaslanarak yorumlanmıştır. Şekil 6.1 de Simülasyonda kullanılan asenkron

motorun parametreleri verilmiştir.

MATLAB&SIMULINK simulasyon proğramı kullanılarak üç fazlı asenkron

motorun istenilen durumlarda nasıl sonuçlar verdiğinin gözlenmesi hedeflenmiştir.

Deneysel çalışmalar yapılarak simülasyon sonuçları ile deneysel sonuçlar kıyaslanıp

yorumlanmıştır. Şekil 6.1 de simülasyonda kullanılan asenkron motorun

parametreleri verilmiştir.

Şekil 6.1. Üç fazlı asenkron motor parametreleri

71

Şekil 6.2. Üç fazlı asenkron motor hız, tork ve L1 fazının akım zamana göre grafiği

Şekil 6.2. Üç fazlı asenkron motor hız, tork ve L1 fazının akım zamana göre grafiği

Sıfırdan yüz 100 rad/sn (0-100) çıkartılmak istenen Üç fazlı asenkron motorun Şekil

4.1’ faz akımı ve torku zamana göre analiz edilmiştir. Kalkınma akımı, anma

akımının 9-10 katı kadar çıkmış başlaıkdan 1.4 saniye sonrasında hızı 100 rad/sn ‘ye

ulaşınca anma akımına binmektedir. Torkuda hız ile ters orantılı olarak sıfıra

ulaşmıştır.

Şekil 6.3 üç fazlı asenkron motor hız ve akım parametrelerinin zamana göre grafiği

Simülasyonu yapılan üç fazlı asenkron motor sıfırdan yüzelli rad/sn (0-150)

çıkartılmış, 4. Saniyede 100 rad/sn çekilmek istenmiş. İşlemlerin sonun da hız-

zaman ve akım-zaman grafiği analiz edilmiştir. İlk simulasyon da motor istenilen

değere (100 rad/sn) 1.4 saniyede 99.8 rad/sn çıkarken 2. Deneyde 150.2 rad/sn’ye

72

2.1 saniyede ulaşmıştır. 2.1 saniyeden sonra akım değeri anma değerine oturmuştur.

Şekil 6.3 de açık bir şekilde görüldüğü gibi hızdaki değişimler, hızı azaltılmasına

rağmen çekilen akım 3-4 kat kadar çıkmış ve ivmesi sıfırlanınca anma değerine

ulaşmıştır. Şekil 6.3.’ den de anlaşılacağı üzere motordaki hız değişimleri kalkınma

akımı kadar olmasada aşırı akım şekmesine sebeb olmaktadır.

6.3. Deney Sonuçları

Bitirme çalışmasındada elde elilen sonuçlar bire bir örtüşmektedir. Sistemde

kullanılan ana bileşenlerden biri olan şebeke analizöründeki değerler alınarak

SCADA arayüzüne aktarıldığından test sonucundaki değerler doğru olarak elde

edilmiştir. S7 1200 DC DC DC PLC’nin hızı güç analizörünün hızına

yetişemediğinden 1 saniye kadar geriden gelmektedir.

6.3. Deney sonuçları

Faz-Faz Arası Gerilim (V) AKIM (A) Frekans(hz)

Devir/dk U1(v) U2 U3 I1 I2 I3 Şebeke

250 380.1 379.8 381 0.112 0.154 0.163 50

500 380.4 382 381.3 0.246 0.267 0.249 50

750 380.2 380.1 378 0.323 0.363 0.345 50

1000 379.8 378 382 0.355 0.376 0.387 50

1250 380.1 380.2 380.1 0.430 0.452 0,459 50

1500 380.4 379.9 380.4 0.501 0.540 0.502 50

1750 380.2 380.1 380.2 0.557 0.540 0.544 50

2000 379.9 381 379.9 0.589 0.584 0.570 50

2500 380.4 382 379.9 0.684 0.688 0.699 50

6.4. Değerlendirmeler

Bitirme Çalışması kısıtlayıcı olmaması, geliştirilmeye açık olması, doğru ve hızlı

veri okumanın yanı sıra sisteme direk müdahale edebilmesi, doğrudan temas

olmadığından insan ve iş sağlığı noktasında güvenli olması, geriye dönük veri

ulaşımı gibi noktalar Bitirme Çalışmasının dikkat çeken yönleridir. Bitirme

Çalışması farklı bilim dallarıyla birleştirildiği zaman modern, profesyonel bir yapı

oluşturulabilinir. Örneğin istatistik alanı ile yapay zeka teknolojisi birleştirilebilinir

ise ileriye dönük tahmin edebilme yetisi, yapay zekâ sayesinde öğrenme becerisi

oluşturulup arızanın önceden tesbit edilmesi sağlanabilir.

73

7 KAYNAKLAR

[1]. Anonim, Üç fazlı asenkron motor standartları,

www.gamak.com/uploads/files/catalogue/Gamak-2016-Urun-katalogu.tr.pdf

[2]. Anonim, şebeke analizörü standartları,

www.entes.com.tr/dosyalar/MPR_53_53S_tr_A3917_rev5.pdf

[3]. Anonim, akım trafosu standartları,www.entes.com.tr/dosyalar/akim_trafolari.pdf

[4]. Anonim, motor sürücü standartları, www.abb.com/drives

[5]. Görmemiş, M., Dağıtım Şebekelerinde Enerji Kalitesi Ölçümlerinde Haberleşme

Uygulaması, Yüksek Lisans Tezi, K.Maraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen

Bilimleri Enstitüsü, K.Maraş 2006.

[6]. Perera, PD Chandana, et al. "A sensorless, stable V/f control method for

permanent-magnet synchronous motor drives." IEEE Transactions on Industry

Applications 39.3 (2003): 783-791.

[7]. Chapman, S. J. (2007). Elektrik Makinalarının Temelleri. (P. D. Akın, & Y. D.

Orhan, Çev.) İSTANBUL: Çağlayan Kitapevi.

[8]. Demir, Y. D., & Kaplanoğlu, E. (2001). Üç fazlı asenkron motorlarda rotor

yapısının demeraj akımı ve yolverme şekli üzerindeki etkisi. Elektrikelektronik-

bilgisayar mühendisliği 9. Ulusal kongresi. İstanbul

[9]. Varan, M., Y. Uyaroğlu, and S. Darga. "3-Fazlı Sincap Kafesli Motorun αβ

Eksenli Matematik Modeli İle Kapalı Çevrim Skaler Hız."

[10]. Bailey, D., E. Wright, Practical SCADA for Industry, IDC Technologies,

Great Britain., 2003

[11]. Xinjian, Ling Guoping Zhou. "How to Improve RS485 Communication

Reliability in Measure and Control System." Chinese Journal of Scientific

Instrument (2005): S1.

[12]. Anonymous, 2001. RS-485 & Modbus Protocol Guide, Tyco Electronics UK

Limited Crompton Instruments, UK

[13]. Abushama, Mohammed Mutwakil Ahmed. Using Modbus Library With Step7

Siemens Plcs. Diss. University of Khartoum, 2009.

[14]. Tosuner, Mehmet, SCADA ve WinCC Notları ,2010 İzmir, Nadir, WinnCC

Eğitim Notları, Bursa, 2011

[15]. Krause, P.C., O. Wasynczuk, and S.D. Sudhoff, Analysis of Electric Machinery, IEEE

74

EK-1

STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU

1. Çalışmanın amacını özetleyiniz.

Çalışmanın amacı, Siemens Wincc Flexible SCADA arayüzü üzerinde, örnek bir 3 fazlı

asenkron motorun hız kontrolünü sağlayan; ayrıca asenkron motorun akım, gerilim, cos(Φ),

aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametre değerlerinin izlenmesini sağlayan bir

sistem gerçekleştirilmiştir.

2. Çalışmanın tasarım boyutunu açıklayınız.

Çalışmamız yeni bir proje olup başka bir projenin devamı değildir.

PLC ile bilgisayar arası mesafe 0-5 m olacaktır.

Sistemin toplam harcayacağı güç 1.5-2 kW arası olacaktır.

PLC ile güç analizörü arası mesafe maximum 1200 metredir.

Maximum mesafede bile yüksek hızlı iletişim (10 Mbitsn) sağlanır.

Analizör ile RS485-USB converter arası mesafe maksimum 500 metredir.

Sistem her türlü hava koşullarında, -5°C; +50°C Ortam sıcaklığında çalışabilecektir.

PLC beslemesi için Güç kaynağı DC 24 Volt olmalıdır. Motor için üç faz 380 V AC

gereklidir.

Sistemin tümü, bilgisayar ve motor hariç, 144 X 40 X 40 boyutlarında bir pano

içerisine sığabilir. Cümle haline getir

3. Bu çalışmada bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?

3 fazlı ASM ile encoderin aynı anda ve aynı hızda dönmesi gerekiyordu. Ama bu olayı

gerçekleştiremedik. Bu problemi çözmek için asenkron motorun mili ile enkoder milinin aynı

anda dönmesini sağlayan bir aparat tasarladık. Bu aparatı ilkönce SolidWorks programında

modelleyip CNC tezgahında işlendi.

4. Çalışmada kullandığınız yöntemler nelerdir ve önceki derslerde edindiğiniz hangi

bilgi ve becerileri kullandınız? Açıklayınız.

Tasarım iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada Analizör yardımıyla 3 fazlı asenkron

motorun akım, gerilim, cos(Φ), aktif güç, reaktif güç ve frekans gibi güç parametrelerini

75

hesaplanacaktır. Daha sonra analizörün sahip olduğu Modbus(RTU) RS485 haberleşme

protokolü ile analizörden alınan güç parametrelerine ait veriler, RS485-USB converter ile

bilgisayar ortamına aktarılacaktır. MODBUS POLL programı yardımıyla aktarılan verilere ait

adresler belirlenip, KEP SERVEREX programı ile Siemens Wincc Flexible SCADA

programına gönderilir. Son olarak Siemens Wincc Flexible SCADA ekranında güç parametre

verilerine ait değerleri izlemek üzere gösterge ara yüzleri tasarlanmıştır.

İkinci aşamada, asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak üzere ilk olarak PLC ve Siemens

Wincc Flexible SCADA programı CAT5 kablosu yardımıyla haberleştirilmiştir. Daha sonra

PLC’nin bir adet analog çıkışı 3 fazlı asenkron motor sürücüsünün analog girişine

bağlanmıştır. Son olarak 3 fazlı asenkron motor 3 fazlı asenkron motor sürücüsüne

bağlanmıştır.

Endüstriyel SCADA ve Endüstriyel Otomasyon derslerinde PLC programlama SCADA

arayüzü tasarlama becerilerini pekiştirildi.

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Bitirme Çalışmamızda PLC ile bilgisayar arası mesafenin 0-5 metredir. Sistemin

toplam harcayacağı güç 1.5-2 kW arasıdır. PLC ile güç analizörü arası mesafe

maximum 1200 metredir. Maximum mesafede bile yüksek hızlı iletişim (10 Mbitsn)

sağlanır. Analizör ile RS485-USB converter arası mesafe maksimum 500 metredir.

Sistem her türlü hava koşullarında, -5°C; +50°C Ortam sıcaklığında çalışabilir. PLC

beslemesi için Güç kaynağı DC 24 Volt olmalıdır. Motor için üç faz 380 V AC

gereklidir. Sistemin tümü, bilgisayar ve motor hariç, 144 X 40 X 40 boyutlarında bir

pano içerisine sıgdırımıştır.

6. Kulandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? Lütfen

çalışmanıza uygun yanıtlarla doldurunuz.

a) Ekonomi

Siemens S7 1215C PLC =1610tl DIGITUS RS485 TO USB conveter =75tl

MPR 5396 Şebeke Analizörü = 250tl GAMAK 1.1 KW 3 fazlı Asenkron Motor = 185.56tl

ABB AC5355 Motor Sürücü =701tl CAT5 haberleşme Kablosu =3tl ,

ENTES akım trafosu (10-5) A =159tl TIA PORTAL V13 yazılımı =3149tl

76

KEP SERVEREX yazılımı =3034 tl Wincc Flexible SCADA(128 Tag) yazılımı =338.5tl

MODBUS Poll yazılımı =393.5tl MEAN WELL DR-45-24 2A Güç kaynağı=62.22tl

Toplam öngörülen maliyet = 9 329.78tl

b) Çevre sorunları:

Tasarlanan sistemin çevreye hiç bir elektromanyetik etkisinin olması beklenmemektedir.

c) Sürdürülebilirlik:

Bitirme Çalışması güç izleme ve kontrol amaçlı bir otomasyon sistemi olduğundan bir çok

alanda vazgeçilmezi konumundadır.

d) Üretilebilirlik:

Bitirme Çalışmasın da sıfırdan bir malzeme üretilmeyip bir araya getirilip entegre

edilmesinden dolayı üretimi de kolaydır.

e) Etik:

Bitirme Çalışmasının etik açıdan olumsuz yönü bulunmaktadır. Bu yönü üretilebilirlik ve

sürdürülebilirliği artırmaktadır.

f) Sağlık:

Sistemin biyolojik ve fizyolojik olarak da canlı vücuduna olumsuz bir etkisi olmayacaktır

g) Güvenlik:

Sistemimiz güvenlik açısından herhangi bir sorun teşkil etmemektedir.

h) Sosyal ve politik sorunlar:

Çalışmanın Adı

3 FAZLI ASENKRON MOTORUN HIZ KONTROLÜNÜ

YAPAN VE GÜÇ PARAMETRELERİNİ İZLEYEN SCADA

TABANLI BİR SİSTEMİN TASARIMI

Çalışmayı

Hazırlayan(lar)

SAMET ARAYICI

HÜSAMETTİN GÜLER

SEZAİ GÜNGÖR

Danışman Onayı

77

EK-2.

IEEE Etik Kuralları

IEEE Etik Kuralları

IEEE Code of Ethics

IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat standartlarını

etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karşı şahsi sorumluluğumuzu kabul ederek,

hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek etik ve mesleki davranışta bulunmayı söz

verdiğimizi ve aşağıdaki etik kuralları kabul ettiğimizi ifade ederiz.

1. Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu kabul

etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak;

2. Mümkün olabilecek çıkar çatışması, ister gerçekten var olması isterse sadece algı

olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatışması olması durumunda, etkilenen

taraflara durumu bildirmek;

3. Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst olmak;

4. Her türlü rüşveti reddetmek;

5. Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji anlayışını

geliştirmek;

6. Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliştirmek, yeterli eğitim veya tecrübe olması

veya işin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak başkaları için teknolojik

sorumlulukları üstlenmek;

7. Teknik bir çalışma hakkında yansız bir eleştiri için uğraşmak, eleştiriyi kabul etmek ve

eleştiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların emeklerini

ifade etmek;

8. Bütün kişilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaş, milliyet, cinsi tercih, cinsiyet

kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna girişmemek;

9. Yanlış veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin zarar

görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının oluşmasından

kaçınmak;

10. Meslektaşlara ve yardımcı personele mesleki gelişimlerinde yardımcı olmak ve onları

desteklemek.

IEEE Yönetim Kurulu tarafından Ağustos 1990’da onaylanmıştır.

78

We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in

affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our

profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the

highest ethical and professional conduct and agree:

1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the safety,

health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger

the public or the environment;

2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them

to affected parties when they do exist;

3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data;

4. to reject bribery in all its forms;

5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential

consequences;

6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technological

tasks for others only if qualified by training or experience, or after full disclosure of

pertinent limitations;

7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and

correct errors, and to credit properly the contributions of others;

8. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and

correct errors, and to credit properly the contributions of others;

9. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability,

age, or national origin;

10. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or mlicious

action;

11. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support

them in following this code of ethics.

Approved by the IEEE Board of Directors August 1990

IEEE Code of Ethics

79

EK-3

PLC Kodları

80

EK-3

Üç Fazlı Asenkron Motor Katalog Bilgileri

81

EK-4

Enkoder Katolog Bilgisi

82

EK-5

ÜÇ FAZLI ASENKRON MOTOR İLE ENKODERİ BİRLEŞTİRİCİ APARATIN

BİLGİSAYAR ORTAMINDA MODELLENMİŞ PARÇALARI

83

EK-6

Şebeke Analizörü Veri Aders Tablosu

84

ÖZGEÇMİŞLER

Sezai GÜNGÖR, 1994 tarihinde Samsun’da doğdu. İlköğretimini İstanbul’da Şükrünaili Paşa

ilköğretim okulunda tamamladı. 2012 yılında İSOV-DİNÇKÖK Anadolu Teknik Lisesi,

Elektrik-Elektronik bölümünden mezun oldu. Yıldız Teknik Üniversitesi Meslek Yüksek

Okulunda Elektrik-Elektronik bölümünü 2014 yılında tamamladı. 2014 yılında Sakarya

Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümünü kazandı. Halen aynı okulda

eğitimine devam etmektedir.

Hüsamettin GÜLER, 1993 tarihinde İstanbul’da doğdu. İlköğretimini İstanbul’da Ahmet

Yesevi ilköğretim okulunda tamamladı. 2011 yılında Yakacık Anadolu Teknik Lisesi,

Elektrik-Elektronik bölümünden mezun oldu. 2012 yılında Sakarya Üniversitesi Elektrik-

Elektronik Mühendisliği bölümünü kazandı. Halen aynı okulda eğitimine devam etmektedir.

Samet ARAYICI, 1995 tarihinde Bakırköy’de doğdu. İlköğretimini İstanbul’da Serdar Aksun

ilköğretim okulunda tamamladı. 2013 yılında İSOV-DİNÇKÖK Anadolu Teknik Lisesi,

Mekatronik bölümünden mezun oldu. 2013 yılında Sakarya Üniversitesi Elektrik-Elektronik

Mühendisliği bölümünü kazandı. Halen aynı okulda eğitimine devam etmektedir.