PROSES KONTROL

Creative Commons License

Aksoy S., Kahraman S.

Papatya Yayıncılık, İstanbul, 2025

  • Yayın Türü: Kitap / Mesleki Kitap
  • Basım Tarihi: 2025
  • Yayınevi: Papatya Yayıncılık
  • Basıldığı Şehir: İstanbul
  • İstanbul Ticaret Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

ÖNSÖZ

Bu kitap temel proses kontrolü kavramları ele alınarak, sistem dinamiği ve kontrol yöntemleri hakkında okuyucuya geniş bilgi sunulacak şekilde düzenlenmiştir. Fiziksel sistemlerin matematiksel modellemesine ilişkin Giriş-Çıkış karakteristiklerinin (Statik karekteristik) ve Giriş-Çıkış transfer fonksiyonlarının (Dinamik karateristik) elde edilmesine ve yorumlanmasına geniş yer verilmesinin yanı sıra endüstriyel kontrol yöntemlerinin sürekli ve ayrık zamanlı matematiksel bağıntıları verilmiş ve uygulamaya yönelik örnekler ele alınmıştır.

Endüstride üretim için başta sıcaklık, hız ve konum değişkenleri olmak üzere birçok proses değişkenlerinin kontrolüne ihtiyaç duyulur. Söz konusu proses değişkenlerinin arzulanan performans ölçütlerini sağlayabilmesi için uygun P, PI, PD ve PID kontrolörler uygulamada yaygın olarak kullanmakradır.

Proses kontrol sistemlerinin tasarımı ve fiziksel olarak gerçekleştirilmesi için öncelikle kontrol edilecek olan prosesin doğrusal olup olmadığı belirlenmelidir. Şayet proses, proses değişkeninin sıfır ile maksimum değeri aralığında doğrusal ise bu proses için PID kontrolör tasarlanabilir.

Şayet proses doğrusal değil ise, proses doğrusal aralıklara bölünerek her bir aralık için transfer fonksiyonları elde edilir. Bu transfer fonksiyonları kullanılarak arzulanan amaç ölçütlerini sağlayacak olan PID kontrolör parametreleri hesaplanır.

Bu kitap Mühendislik ve Teknoloji Fakültelerinin Elektrik, Elektronik, Kontrol, Makina ve Mekatronik Mühendisliği bölümleri ve Meslek yüksek okullarında okuyan öğrenciler için, Süreç Denetimi, Endüstriyel Kontrol, Otomatik Kontrol ve Uygulamaları isimleri ile okutulan dersler için hazırlanmıştır. Kitaptaki uygulamalarda başta Siemens S71200 PLC’si olmak üzere endüstride yaygın olarak kullanılan proses kontrol bileşenleri kullanılmıştır. Bu sebeple söz konusu kitap sanayide endüstriyel otomasyon ve proses kontrolü alanında çalışan mühendisler için önemli bir kaynak kitabıdır. Her bir bölüme ilişkin teorik bilgilerin yanısıra, konuların daha iyi kavranabilmesi ve tasarım becerisin kazandırılabilmesi için yeterli sayıda örnekler ve pratik uygulamalara yer verilmiştir.

Kitabın ilk bölümünde Proses kontrolüne ilişkin temel kavramlar verilmiştir. İkinci bölümde Proses dinamiği ve modellemesi ile ilgili teorik ve pratik bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde algılayıcılar, sürücüler ve son kontrol elemanları ele alınmış, endüstride sıkça kullanılan türleri incelenmiştir. Dördüncü bölümde proses kontrol sistemlerinin temel bileşenleri incelenmiştir. Beşinci bölümde ileri düzey proses kontrol teknikleri uygulamalar ile ele alınmıştır. Altıncı bölümde Programlanabilir Mantıksal Denetleyiciler (PLC) ele alınarak yapısı, çalışması ve programlama teknikleri verilmiştir. Yedinci bölümde PLC tabanlı endüstriyel otomasyon  ve proses kontrol uygulamalarında gerekli olan Analog giriş/Çıkış modülleri ele alınmıştır. Sekizinci bölümde PLC tabanlı Proses kontrol uygulamalarında ihtiyaç duyulan özel arayüz modülleri verilmiştir. Dokuzuncu bölümde proses kontrol sistemlerinin ayrıklaştırılması ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Onuncu bölümde sayısal proses kontrolü ele alınmıştır. Onbirinci bölümde PLC tabanlı proses kontrolü ele alınmıştır. Kitabın son bölümünde ise endüstride kullanılan proses kontrol bileşenleri ile farklı proses kontrol sistemlerinin tasarımı, benzetimi ve laboratuvar ortamında fiziksel olarak gerçekleştirilmeleri verilmiş, benzetim ve deneysel sonuçları karşılaştırılarak tasarım performansı irdelenmiştir.

Kitapta oluşabilecek hatalar için okuyucunun hoşgörüsüne sığınıyor, hata ve önerilerin aksoysaadettin@gmail.com elektronik posta adresine bildirilmesini istirham ediyoruz.  Okuyuculara faydalı olacağı temennisiyle.

Yazmış olduğumuz bu kitabı yetişmemizde büyük emekleri geçen 1. yazarın biricik annesinin, Firdevs ve Ayşe Ablasının, İkinci yazarın biricik babasının aziz ruhlarına ithaf ediyoruz…

                                                                                       01.05.2025

                                                                             Küçükyalı /İSTANBUL

İÇİNDEKİLER

 

BÖLÜM 1

TEMEL KAVRAMLAR

1.1.  Proses Kavramı .......................................................................  (1)

1.2. Proses Kontrol Problemi

1.3. Kontrol Sistemlerinin Sınıflandırılması

1.3.1. Proses Kontrol  ...............................................................  (2)

1.3.2. Hareket Kontrolü  ...........................................................  (4)

1.4. Kontrolörlerin Yapısı   ..............................................................  (9)

1.5. Fiziksel Proses Değişkenlerinin Elektriksel Sinyale dünüştürülmesi ..  (19)

1.6. Analog ve Sayısal Kontrolörler

1.6.1. Temel Farklar  ................................................................  (4)

1.6.2. Sayısal Kontrolörlerin Avantaj ve Dezavantajları

1.7. Sabit Proses Değişkenlerinin Elde Edilmesinde Alternatif Metotlar

 

BÖLÜM 2

PROSES DİNAMİĞİ ve MODELLEME

2.1. Proses Kontrol Sistem Bileşenleri  ............................................ (21)

2.2. Modelleme   ...........................................................................  (21)

2.3. Proses Kontrol Sistem Örnekleri............................................... (22)

2.4. Proses Karakteristiği  ..............................................................  (22)

2.5. Proseslerin Sınflandırılması  ....................................................  (31)

2.5.1. Gecikmeli ve Gecikmesiz Prosesler  ............................... (32)

2.5.2. Sınırlamalı ve Sınırlamasız Prosesler .............................. (33)

2.5.3. Ölü Zamanlı Prosesler .................................................... (35)

2.5.4. Doğrusal ve Doğrusal Olmayan Prosesler

2.6. Ölü Zaman ve Gecikme Süresinin Belirlenmesi......................... (36)

2.7. Çalışma Noktası ve Proses Kazancı  ......................................... (39)

 

BÖLÜM 3

ALGILAYICILAR SÜRÜSÜLER ve SON KONTROL ELEMANLARI

3.1.  Algılayıcılar  .........................................................................  (47)

3.1.1. Sayısal (Anahtarlamalı) Algılayıcılar .............................  (47)

3.1.2. Analog Algılayıcılar  .....................................................  (48)

3.2. Transmitterler   .......................................................................  (48)

3.3. Sürücüler ve Son Kontrol Elemanları   .....................................  (57)

3.3.1. Sürücüler ...................................................................... (62)

3.3.2. Son Kontrol Elemanları (Aktüatörler) ............................. (69)

 

BÖLÜM 4

PROSES KONTROL SİSTEMLERİNİN TEMEL BİLEŞENLERİ

4.1. Algılayıcılar ve Transmitterler   ...........................................  (99)

       4.1.1. Dönüştürücü Transfer Fonksiyonu............................ (131)

4.2. Kontrol Valfleri..................................................................... (99)

      4.2.1. Kontrol Valflerinin Yapısı.......................................... (131)

      4.2.2. Kontrol Valfinin İşlevi................................................ (100)

      4.2.3. Kontrol Valfi Kapasitesi ve Büyüklüğü      …………. (117) 

      4.2.4. Kontrol Valf Karakteristiği ………………………………

      4.2.5. Valf Aralıklanabilirliği (Valve Rangeability)............. (120)

 

BÖLÜM 5

İLERİ DÜZEY PROSES KONTROL TEKNİKLERİ

5.1. Kaskat Kontrol  ..................................................................  (123)

5.2. İleri Beslemeli Kontrol ……………………………………..

5.3. Oran Kontrol (Ratio Control) ………………………….      (125)

 

BÖLÜM 6

PROGRAMLANABİLİR MANTIK DENETLEYİCİLER

6.1. Lojik Denetleyiciler  .............................................................  (195)

6.2. PLC Bağlantı Düzeni............................................................. (196)

6.3. Merdiven Diyagramları .........................................................  (196)

6.4. Program İcrası....................................................................... (196)

6.5. PLC mimarisi........................................................................ (196)

6.6. Giriş / Çıkış Modülleri ..........................................................  (196)

6.7. Programlama....................................................................... (196)

      6.7.1. Programlama Yöntemleri............................................... (196)

                 6.7.1.1.  Merdiven Diyagramları (Ladder Diagrams-LD) ile

                               Programlama………………………………….. (196)                

                 6.7.1.2. Komut ile Programlama (Instruction List - IL)….( )

     6.7.2. Merdiven ve Komut ile Programlama Komutları.............. (196)

                 6.7.2.1. Kombinasyonel Lojik........................................ (196)

6.8. PLC’lerde Kullanılan Veri Formatları…………………………  (196)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BÖLÜM 7

                        ANALOG GİRİŞ / ÇIKIŞ MODÜLLERİ

7.1. Analog Giriş Modülü   ..........................................................  (209)

       7.1.1.Analog Giriş Modüllerinin Adreslenmesi ve Veri Okuma..(   )                                                                         

       7.1.2. Analog Giriş Bağlantıları ……………………………. (212)

7.2. Analog Çıkış Modülü  ...........................................................  (223)

      7.2.1.Analog Çıkış Modüllerinin Adreslenmesi ve Veri Okuma..(   )                                                                         

      7.2.2. Analog çıkış bağlantıları…………………………….. (209)

                                                                        

BÖLÜM 8

                              ÖZEL ARAYÜZ MODÜLLERİ

8.1. PID Arayüz Modülü ..............................................................  (245)

8.2. Pozisyonlama Arayüz Modülü ...............................................  (245)

8.3. Kodlayıcı/Sayıcı (Encoder/Counter) Arayüz Modülü................ (248)

8.3. Veri Transferi......................................................................... (253)

8.4. Adım Motoru Arayüz Modülü................................................. (253)

8.5. Servo Motor Arayüz Modülü .................................................  (256)

 

BÖLÜM 9

PROSES KONTROL SİSTEMLERİNİN AYRIKLAŞTIRILMASI

9.1. Sürekli Zamanlı Proses Kontrol Sistemlerinin Ayrıklaştırılması ve   

       Modellenmesi......................................................................... (283)

       9.1.1 Analog / Sayısal (A/D) Dönüştürücü............................... (289)

       9.1.2 Sayısal / Analog(D/A) Dönüştürücü................................ (289)

9.2. Fark Denklemleri.................................................................... (289)

9.3. s Düzlemi İle z Düzlemi Arasındaki İişki................................. (289)

9.4. E*(s)’in Hesaplanması............................................................. (289)

9.5. Açık Çevrimli Sayısal Kontrol Sistemleri................................. (289)

9.6. Kapalı Çevrimli Sayısal Kontrol Sistemleri.............................. (289)

9.7. Sayısal İntegrasyon Teknikleri................................................ (289)

9.8. s Bölgesinde verilen Bir Fonksiyonun z Dönüşümünün Elde  

       Edilmesi................................................................................ (289)

 

BÖLÜM 10

SAYISAL PROSES KONTROLÜ

10.1. Kapalı Çevrimli Sayısal Proses Kontrolü    ......................  (313)

       10.1.1 On/Off  Kontrol......................................................... (313)

 

       10.1.2 PID Kontrol ................................................................ (314)

                 10.1.2.1. Sürekli Zamanlı PID Kontrolör .......................  (321)

                 10.1.1.2. Ayrık Zamanlı PID Kontrolör .........................  (330)

10.2. Sayısal Kontrol Algoritmalarınınn Programlanması ve İcrası   (352)

10.3. Sayısal PID Kontrolör Tasarımı ............................................ (354)

       10.3.1 PID Kontrolör Tasarımı, Benzetimi ve Gerçekleştrilmesi (314)

       10.3.2 PID Kontrolör Parametrelerinin Otomatik Ayarı (Autotuning) .................................................................................................... (314)

                 10.3.2.1. Ziegler-Nichols Osilasyon Metodu................... (321)

                 10.3.2.2. Ziegler-Nichols Reaksiyon Eğrisi Metodu........ (330)

10.4. Birinci Mertebeden Gecikmeli Sistemler İçin PI Kontrolör Tasarımı .................................................................................................... (354)

10.5. PWM Kontrol ...................................................................... (354)

10.6. Proses Kontrolörlerin Çalışması ............................................ (354)

      10.6.1. Doğrudan Çalışan Kontrolörler ....................................  (321)

      10.6.2. Ters Çalışan Kontrolörler ............................................  (321)

 

BÖLÜM 11

                         PLC TABANLI PROSES KONTROL

11.1. PLC Tabanlı Kapalı Çevrimli Proses Kontrolü........................ (289)

11.2. PLC Tabanlı Kapalı Çevrimli Hız Kontrolü............................ (289)

       11.2.1 Kapalı Çevrimli DC Motor Hız Kontrolü....................... (289)

       11.2.2 3 Fazlı AC Motor Hız Kontrolü................................. (289)

11.3. Kapalı Çevrimli Konum Kontrolü..................................... (289)

11.4. PLC Tabanlı Kapalı Çevrimli Sıcaklık Kontrolü..................... (289)

11.5. Üniversal Proses Kontrolörler............................................ (289)

 

BÖLÜM 12

                     PROSES KONTROL UYGULAMALARI

12.1. Mini Fırın Sıcaklık Kontrol Prosesi................................... (289)

12.2. DC Motor Hız Kontrol Prosesi.......................................... (289)

12.4. DC Motor Konum Kontrol Prosesi.................................... (289)

 

Kaynaklar    ................................................................................  (395)

Dizin    .......................................................................................  (359)