SIMATIC S7-400 PLC İLE KONVEYÖR OTOMASYONU
VE BUNA İLİŞKİN SCADA YAZILIMININ GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
ÖZET
Endüstriyel otomasyon, büyük ölçekli endüstri sistemlerinin, istenen ve planlanan biçimde çalışmasını ve gerçek
zamanda gözlemlenmesini sağlayan tüm bilgi ve teknolojileri içerir. Bu bağlamda bu çalışmada, bir konveyör
otomasyonu Siemens S7–400 PLC ile gerçeklenmiştir. Sisteme kazandırılmak istenilen davranış bir durum
diyagramı ile ifade edilmiş ve bu diyagrama bağlı olarak sistemi kontrol eden kod uygun şekilde
oluşturulmuştur. Son olarak, sistemin bir operatör panelinden kontrol edilebilmesi için Simatic Protool programı
kullanılarak SCADA yazılımı gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Sistem Durumları, Programlanabilir Lojik Kontrolör, SCADA Sistemi
ABSTRACT
Industrial automation includes all information and technologies that provide real time observation and desired
form of large industrial systems. In this paper, conveyor automation is successfully confirmed with Siemens S7-
400 PLC. System behaviours are shown by state diagrams and according to these diagrams a code that controls
the system is formed. Then, a SCADA software is performed for operator panels by Simatic Protool program.
Key Words: State Diagrams, Programmable Logic Controller, SCADA System
1. GİRİŞ
Gelişen teknoloji ile sanayide insan gücüne dayalı yapılan üretim, günümüzde yerini makinelere bırakmaktadır.
Bu değişim süreci ile birlikte tesislerde istenilen ve planlanan biçimde üretim başlamış, buna izlenebilme özelliği
eklenmiş, ayrıca kişilerin yapabileceği hata oranı da bu gelişim ile azalmıştır. Makineleşme ve otomasyon
teknolojileri hızlı ve güvenilir üretim özelliklerini de beraberinde getirmiştir. Bu nedenle mikroişlemci tabanlı
gerçeklenen kontrol yöntemleri ile hayata geçen makineler ve süreçler sanayinin vazgeçilmez bir parçası olmaya
başlamışlardır. Bu sistemlerin insan gücünün yerine geçmesi, en çok konveyör sistemleri gibi süreçlerde kendini
göstermiştir. Çünkü konveyör sistemleri bu tarz bir gelişmiş yapı ile kontrol edildiği takdirde insan gücünün
hızından daha hızlı, gücünden daha yüksek güçlü ve güvenilir sistemlere olanak sağlamaktadırlar (Crispin 1990;
Olsson ve Pianni 1992; Yücelen 2005).
Bu çalışmada, konveyör otomasyonu (şekil 1) programlanabilir lojik kontrolör (PLC) ile gerçekleştirilmiştir.
İnsan gücünden kaynaklanan yavaş üretim, hata gibi istenmeyen durumlara PLC tabanlı yük taşıma otomasyonu
uygulaması ile çözüm getirilmiş (Warnock 1989) ve sistemin izlenilebilmesi, rahat takip edilebilmesi amacıyla
bir SCADA yazılımı Simatic Protool programı ile gerçeklenmiştir.
2. PROBLEMİN TANITIMI
Bildirinin bu bölümünde şekil 1 ‘ deki konveyör sisteminin çalışma prensibi ve nasıl kontrol edilmek istendiği
açıklanacaktır. Şekil 1 ‘ de gözüken A1, A2, A3 konveyor 1 ‘ in optik algılayıcılarıdır, B1, B2, B3
konveyor2’nin optik algılayıcılarıdır. K1, K2 Kol 1 ‘ in, K3, K4 Kol 2’nin elektromagnetik algılayıcılarıdır. A0
algılayıcısı optik bir algılayıcı olmakla beraber, malzemenin olup olmadığını anlamak için yerleştirilmiştir. Kol 1
ve Kol 2, algılayıcılardan gelen veriler vasıtasıyla, ileri – geri prensip ile çalışmaktadır. Sağ yöne doğru hareket
edebilen konveyor 1 ve sol yöne doğru hareket edebilen konveyor 2, tek yönde hareket eden asenkron motorlarla
tahrik edilmiştir. Asenkron motorlara ilişkin gösterim şekil 2 ‘ de gösterilmiştir. Motor 1 ‘ in çalışması sonucu
daha önce de değinildiği gibi konveyör 1 sağa doğru hareket eder ve motor 2 ‘ nin çalışması sonucu konveyör 2
sola doğru hareket edecektir. Şekil 2 ‘ de gözüken F2F1 ve F2F2 aşırı akım röleleridir ve ani akım
yükselmelerine ve haddinden uzun süren yüksek akımlı çalışmalarda motorları korumak amacı ile
kullanılmışlardır (Kurtulan 2000). Sistemin elemanları yukarıda verildiği gibi açıklanabilir.
Sistem işleyişini açıklamak gerekirse; sistem, başla (start) butonu ile başlatılabilir ve dur (stop) butonu ile
durdurulabilir. Başla butonuna basıldığında sistem başlamaya hazır haldedir ve eğer A0 algılayıcısının
bulunduğu malzeme deposuna malzeme koyulursa kol 1 A0 ve K1 algılayıcısından gelen veri sayesinde
malzemeyi A1 ve K2 algılayıcısının bulunduğu bölüme doğru öteler. A1 algılayıcısı parçayı algıladığı anda
motor 1 çalışmaya başlar ve A2 algılayıcısına malzeme geldiğinde sistem 2 saniye süre ile durur ve bu süre
içinde malzeme pres 1 ile preslenir. Bu süre sonunda motor 1 tekrar çalışır ve malzeme A3 algılayıcının
bulunduğu konuma geldiğinde sistem tekrar durur. Sistem durduğunda yine algılayıcılardan gelen veriler
vasıtasıyla kol 2 malzemeyi B1 algılayıcısının olduğu konuma öteler ve B1 algılayıcısı malzemeyi gördüğünde
motor 2 çalışır. Malzeme B2 algılayıcısının bulunduğu bölüme geldiğinde sistem 5 saniye süre ile durur ve pres
2 malzemeyi 5 saniye süre ile presler. Bu süre sonucunda motor 2 tekrar çalışır ve malzeme B3 algılayıcısının
olduğu bölüme doğru hareket eder. B3 algılayıcısının inen kenarı ile malzeme, malzeme toplanım bölgesine
bırakılır ve sistem tekrar başlangıç konumundan yeni bir malzeme ile başlatılmak üzere hazır konuma gelir.
Başlangıç deposunda bir malzeme varsa sistem otomatik o malzemeye aynı süreçleri uygular. Malzeme yoksa,
yeni bir malzeme koyulunca sistem çalışmaya başlar. Dur butonu ile sistem istenilen konumda durdurulabilir.
Konveyör otomasyonu, bahsedilen S7-400 kontrolörü kullanılarak, bahsedilen elemanlar ve istenen sistem
işleyişini sağlayacak şekilde yapılacaktır.
3. SİSTEM DURUMLARININ BELİRLENMESİ VE DURUMLARIN S7-400 PLC İLE
PROGRAMLANMASI
Kontrol edilecek konveyor otomasyon sistemi altı durumlu bir yapı kullanılarak modellenmiştir. Durumlar,
sistemin istenilen şekilde çalışmasını sağlayacak birbirinden bağımsız süreçlerdir. Sistem programlandığı
şekilde, bu durumları sıra ile gerçekleştirir. Bu durumlar bölüm 2 ‘ de açıklanan sistemin yapması gereken
koşullar göz önünde bulundurulduktan ve sistem olanakları incelendikten sonra belirlenmiştir (Yücelen 2005).
Durumlara ilişkin durum diyagramı şekil 3 ‘ de verilmiştir.
Bu durum diyagramına göre sisteme başla butonu ile başlama işareti gönderildiğinde sistem ilk olarak 000
durumunu gerçekleştirir, bu durumdaki süreç işleyişi gerçekleştirildikten sonra 001 durumuna geçilir ve yine bu
şekilde 001 durumu gerçekleştirildiğinde 011 durumuna geçilir. Bu bağlamda basitçe, 6 durum şekildeki numara
sırasıyla gerçekleştirilir. S7-400 tarzı bir PLC’nin çalışma yapısı incelendiğinde Şekil 3‘te gösterilen herhangi
bir durumun çalışması şu şekilde detaylıca açıklanabilir: Durum ANA program bloğundan XXX verisi ile (000,
001...) durum çağırılır ve durum bloğu 1 tarama çevrimi süresinde işlendikten sonra ANA program bloğunun
içerisine geri döner. Eğer durum bloğu işlemini tamamlamadıysa XXX verisi değişmeyeceğinden dolayı yine
aynı durum bloğu çağırılacaktır. Örneğin 001 durumu tamamlanmadıysa, sistem 001 ve ANA blok ile sürekli
olarak çalışacaktır. 001 bloğu tamamlandığında, yeni durum verisi 011 olacağından, sistem artık 011 ve ANA
blok ile çalışmaya devam edecektir. Süreç bu şekilde işleyecek ve verilerin değişimi ile 1, 2, . . . 6 durumları
işlenecektir.
Altı durumu programda oluşturabilmek için S7-400 ün Mx.x kalıcı bellekleri kullanıldı. Mx.x kalıcı bellekleri iç
bellek saklayıcıları adıyla da anılırlar ve bu iç bellek saklayıcıları 1 bitlik ara değerlerinin saklandığı bellek
alanlarıdır. Bu kalıcı belleklerden üç tane arka arkaya kullanarak (M1.0, M1.1, M1.2) 23 yani 8 tane durum
oluşturuldu ve bu durumlardan her birinin içine programda yapılması gereken işlemler yazıldı (Kurtulan 1996).
Bu şekilde durumlar PLC ile gerçeklendi.
Şekil 3 ‘ teki durum diyagramında gösterilen ana bloğa ilişkin program kodu ve bu program kodunun bir başka
gösterim ile durumlarla ilişkilendirilmesi Şekil 4‘te verilmiştir. Bu bağlamda S7-400 PLC ‘ si için yazılan bu
programda, OB1 bloğu genel programın ve ana bloğun ilk kısmını oluşturur. OB1 bloğunda gerekli tanımlamalar
ve sistemde meydana gelebilecek fiziksel hatalar için alınabilecek önlemler ile birlikte başla ve dur işlemlerine
ilişkin program kodu bulunmaktadır. OB1 bloğunun program kodunun sonunda FC1 bloğu çağırılmaktadır. FC1
bloğu ana bloğun ikinci kısmını oluşturur. Bu kısımda program durumları çağırılır. Çağırılan program kodları bir
çeşit alt programlar olarak düşünülebilir. Bu alt programlardan gelecek verilere göre FC1 bloğu hangi durumun
yani alt programın işleneceğini belirler. Tablo 1‘de ana bloğa ilişkin OB1 ve FC1 ‘ in program kodu açıklamaları
ile verilmiştir.
4. SCADA İLE SİSTEMİN TAKİBİNİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
"Supervisory Control and Data Acquisition" kelimelerinin kısaltması olarak kullanılan SCADA, endüstriyel
otomasyon kavramları arasına girmiş ve günümüzde sık olarak gündeme gelmeye başlamıştır. Çünkü kullanıcılar
günümüz teknolojisinde, sistemleri yakından kontrol etmek yerine, uzak bir yerden bir operatör paneli ya da PC
vasıtasıyla, daha detaylı bir takip sisteme olanak sağlayan SCADA sistemlerini tercih etmektedirler. Bu amaçla
gerçekleştirilen projede, sistem kontrolünü bir merkezden yapabilmek için, SCADA yazılımı yapılmış ve bu
yazılım Simatic Protool programı ile hazırlanıp; Siemens TP270 10” Touch Panel ‘ e uygulanmıştır. Bu
uygulamaya ilişkin operatör paneli görünümü şekil 6 ‘ da verilmiştir.
Bu bildiride PLC için önerilmiş olan program kodunda kullanılan, her bir girişe Mx.x ve MWx iç bellekleri
atanmış ve bu atanan iç bellekleri, SCADA yazılımında tag‘ler ile ilişkilendirilmiştir. Sonra Protool GUI
menüsünden uygulanmak istenen panel seçilmiş ve şekil 6 ‘ da görünen grafik dosyaları oluşturulduktan sonra,
bu tag ‘ ler sistemin davranışına göre bu grafik dosyalarına atanmıştır. Örneğin, PRES2 diye adlandırılan ikinci
pres kolunda parça yokken şekil 6 ‘ daki gibi bir konum (bu konumda tag olarak atanan Mx.x iç belleği lojik 0 ‘
dadır), yine aynı pres kolu için Mx.x iç bellek biti lojik 1 seviyesinde olunca, şekil 7 (b) ‘ deki gibi bir konum
oluşturulmuş. Aynı örnekte tag, PLC Mx.x iç belleğinden gelen veri ile kontrol edilmektedir. Yani gerçek
sistemde parça B2 algılayıcısından geçerken, bu algılayıcı bahsedilen Mx.x belleğini lojik 1 yapmakta ve şekil 6
‘ daki PRES2 görünümü şekil 7 (b) ‘ deki gibi değişmektedir. SCADA yazılımı bu şekilde Mx.x ve MWx
belleklerinden tag ‘ lere gelen veriler kullanılarak hazırlanmıştır. Şekil 6 ‘ da gözüken bazı elemanların, PLC ‘ ye
bağlı algılayıcılardan tag ‘ lara gelen veriler ile değişimleri şekil 7 ‘ de verilmiştir (Siemens 2004).
5. SONUÇLAR
Endüstriyel otomasyon, çağdaş ve kalkınmış toplumlarda büyük bir öneme sahiptir. İnsanlar, her geçen gün daha
iyi üretim koşullarına erişmek ve eriştikleri bu koşulları uzaktan denetlemek, takip edebilmek istemektedirler.
İşte bunlar düşünülerek gerçekleştirilen konveyör otomasyonu, özellikle üretim tesislerinde bir takım insan
hatalarından doğan istenmeyen davranışlara karşın ideal ve kalıcı bir çözüm üretmek için tasarlanmıştır. Bu
bağlamda tasarlanan konveyör otomasyonu güvenilir ve hızlı bir sisteme olanak sağlar (Bateson 1996).
Bu çalışmada konveyör otomasyonu için programlanabilir lojik kontrolörler (PLC) tabanlı bir otomasyon sistemi
geliştirilmiş ve uygun bir PLC kodu önerilmiştir. Bu bağlamda hızlı işlem yeteneğine sahip ve benzerlerine
nazaran kullanışlı bir PLC olan S7–400 PLC kullanılmıştır. Projenin son kısmında sistemin izlenebilmesi ve
gözlemlenebilmesi amacıyla yine uygun bir SCADA yazılımı önerilmiştir.