Mekatronik Eğitiminde Kullanılmak Üzere Hidrolik Pozisyonlama ...

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYEvidalı mil, hidrolik oransal valf, limit sensörleri ve kontrol ünitesinden oluşur. Basınç ve debikontrolünü yapmak için oransal valf kullanılır. Basınçlı akışkan, 4/3 yön kontrol valfi ile hidrolikmotora yollanır. Hidrolik enerji burada, dairesel mekanik enerjiye dönüşür.Şekil 3: Hidro-motor pozisyonlama modülüBoşluksuz vidalı mil ile bu dairesel hareket lineer harekete dönüştürülür. Hidrolik motor ilevidalı mil bağlantısı, flexible boşluksuz kaplin ile sağlanmak suretiyle yön değişimlerinde hatapayı sıfırlanır. Lineer hareket esnasında, mil sonuna yine boşluksuz monte edilmiş encoderyoluyla feedback alarak, sistemin otokontrol yapması sağlanır. Gerçekleştirilen pozisyonlamadeneyi, mekanik sisteme ilave edilen çelik cetvel yoluyla hem mm hem de inç cinsinden görselolarak izlenebilir. Hem mekanik hem de hidrolik sistemin deney esnasında zarar görmemesi içinkurs sonlarına endüktif sensörler ilave edilmiştir.2.1.5. Hidrolik silindir pozisyonlama modülüŞekil 4’de gösterilen hidrolik pozisyonlama modülü, hidrolik lineer aktüatörlerin sahipolabileceği pozisyonlama kapasitelerini simüle etmek amacıyla deney setine eklenmiş modüldür.Hidrolik hortumları silindirin A ve B terminallerine bağlamak deneylere başlamak için yeterlidir.Silindire girecek akışkan yine aynı oransal valf ve yön kontrol valfiyle şartlandırılmaktadır.Piston kolunun pozisyonun takip ve kontrol edilebilmesi için silindire paralel çalışan bir adetlineer potansiyometre kullanılmıştır.Şekil 4: hidrolik silindir pozisyonlama modülü2.1.6. Fark basınç sensörüTasarımda şekil 5’de gösterilen fark basınç sensörü, hidro-motor veya silindir aktif haldeiken basınç ve tank hatları arasındaki basınç farkını ölçmek amacıyla kullanılmıştır. Sensör elde4

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYEettiği analog bilgiyi 4-20mA şeklinde oluşturup, ana monitör yanında bulunan mini dijitalgöstergeye yollar. Dijital gösterge kPa cinsinden fark basıncı operatöre bildirir.Şekil 5: Fark basınç sensörü ve göstergesi2.1.7. Kontrol ünitesiBu çalışmada tüm sistem bir adet siemens S7 200 serisi, 224XP tipi PLC ileyönetilmektedir. Elde edilen tüm verilerin sunumu ve deneysel amaçlı sisteme veri girişi için5.7’’ renkli ve dokunmatik operatör panel kullanılmıştır. Operatörün yapabileceği bazı hatalar(yanlış hortum bağlantıları, yanlış menü kullanımı vs) sistem aktif iken monitörün en üstsatırında kırmızı renkli olarak bildirilmiştir. Kontrol ünitesi 24V DC , 5 Amper ve kısa devrekorumalı bir güç kaynağı ile beslenmektedir. Pompa motoru ise 380V AC gerilimleçalıştırılmıştır. Sisteme ilk enerji verildiğinde pompa motorunun doğru yönde çalıştığı mutlakakontrol edilmeli, yanlış ise motor üzerine konmuş işarete uyularak düzeltilmelidir. Kontrolpanosu üzerine bir adet acil stop butonu konmuştur. Bu butonun kullanılması tüm sisteminenerjisini kesecektir. Dolayısıyla sadece motoru durdurup çalıştırmak için yine pano üzerindebulunan start ve stop butonları kullanılmalıdır. Acil stop, start-stop butonu ve basınç transmitterişekil 6’da gösterilmiştir.Şekil 6: Acil stop, start-stop butonu ve basınç transmitteri2.1.8. Basınç transmitteriBasınç transmitteri kontrol ünitesinin sistem basıncını okuyabilmesi için kullanılmışsensördür. Pompa hattında oluşan basınca göre 4-20mA analog çıkış vermektedir. Alınan buanalog sinyal PLC ünitesinde değerlendirilerek hat basıncı tespit edilir. Bu basınç değeri monitörüzerinden operatöre de bildirilmektedir.2.2. Hidrolik Pozisyonlama Sistemi Kullanım AşamalarıTasarlanan hidrolik pozisyonlama eğitim setini kullanmak için sistem trifaze enerjihattına bağlanır. Pompa motorunu çalıştırmak için yeşil start kullanılır. Stop butonu ile sadecemotor durdurulabilir. Acil stop butonu ise tüm devrenin enerjisini keser. Operatör panel yanın dabulunan mini dijital göstergeden her iki aktüatöre ait pompa ve tank hatları arası fark basınçgösterilmektedir. Sisteme enerji verildikten sonra ana monitörde iki ikon oluşur. Operatör bu5

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYEmenü ile hangi aktüatörü kullanarak pozisyonlama deneyleri yapacağını seçebilir. Deneyyapılacak aktüatör seçildikten sonra hidrolik hortum bağlantıları doğru yapılmalıdır. Monitörüzerinden hidrolik motor deneyi seçilip, hortumlar hidrolik silindire bağlanırsa, ekranın üstbölümün yapılan hata belirtilip deneye devam etmeye izin verilmez. Ancak stop butonunabasılıp, bağlantılar düzeltildikten sonra deneye devam edilebilir. Hidrolik motor pozisyonlamadeneyi seçildikten sonra monitörde manuel/otomatik modları açılacaktır. Bu bölümde sistemhangi modda çalıştırılmak isteniyor ise o ikon seçilmelidir. Çıkış için sağ üst köşedeki butonkullanılmalıdır. Şekil 7’de manuel mod monitörü gösterilmiştir. Manuel mod kullanımı ile ilgilibilgiler aşağıda daha detaylı olarak anlatılmıştır.Şekil 7: Hidro-motor pozisyonlama deneyi manuel mod monitörü2.2.1. Manuel Mod MenüAkış oranı: Bu bölüme oransal valfin izin vereceği akış değeri girilmektedir. Değer girmek içinbölüm üzerine dokunup oluşacak klavye ile istenen değer yazılmalıdır. Değer 0-100 arasındaseçilebilir. Çok düşük akış oranlarında sistemin verdiği tepkiyi gözle izlemek mümkünolmayabilir.Ofset değeri: Bu bölüm mekanik sistemin cetvel üzerinde bulunduğu pozisyonu kontrolünitesine tanıtmak için kullanılır. Örneğin, mekanik sistemin cetvel üzerinde 10mm mesafesindebulunduğunu varsayalım. Bu noktada ofset bölümüne 10 yazılırsa, sistem kendi başlangıçnoktasını 10mm kabul edecektir. Buna benzer mekanik sistem 20mm noktasında iken ofsetbölümüne 50 yazılırsa sistem kendini 50mm noktasında varsayacaktır.Pozisyon reset: Girilen mesafe değerini iptal etmek için kullanılır.Jog ileri: Bu buton aktüatörün sola ok yönünde butona basıldığı sürece hareket etmesini sağlar.Jog geri: Bu buton aktüatörün sağa ok yönünde butona basıldığı sürece hareket etmesini sağlar.Devir: Girilen akış değerine göre hidro-motorda anlık gerçekleşen devir gösterilmektedir.Mesafe: Aktüatörün anlık bulunduğu pozisyon bilgisi burada sunulmaktadır.Basınç: Sistem aktif halde iken pompa hattında oluşan basınç burada sunulmaktadır.Tasarlanan bu sistem ile belirlenen pozisyona giderken monitör üzerinde aktüatörün oluşturduğuhız-zaman grafiği gözlemlenebilmektedir.Hidro-motor pozisyonlama deneyinin otomatik modda yapılabilmesi için şu dizin takipedilmelidir: hidrolik motor pozisyonlama/otomatik mod.Otomatik mod menüsünde 6 adet pozisyon noktası ve erişim hızı seçilerek sıralı pozisyonlamayapılabilir.6

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYEHerhangi bir pozisyona ulaşmak için hedef pozisyon noktası ve akış oranı ayrı ayrı seçilmelidir.Akış oranı sütununa değer girmek için o adımın ilgili yerine dokunmak ve ekranda belireceksayısal klavyeye istenen değeri girmek gerekmektedir. Pozisyon noktası ise, aynı şekilde mesafesütunundan girilebilmektedir.Tabloda istenen sayıda pozisyon ve hız bilgisi girildikten sonra otomatik start butonuna basılır.Sistem otomatik olarak o noktalara sırasıyla ulaşacaktır. Tüm pozisyonların tamamlanması ilesistem başa döner.Hidrolik silindir ile lineer pozisyonlama deneyleri aynı hidro-motor deneylerinde kullanılanyöntemlerle yapılabilmektedir. Silindirin istenen mesafedeki pozisyon noktasına ulaşması yineistenen hızda yapılabilmektedir. Hidrolik silindire ait mesafe takibi için bir adet lineerpotansiyometre kullanılmıştır. Her iki pozisyonlama deneyleri, aktüatörlere yerleştirilmiş paralelmekanik cetveller kullanılarak gözle de takip edilebilmektedir. Aşağıdaki resimde hidroliksilindir pozisyonlama deneyinde manuel mod monitörü gösterilmiştir.Hidrolik silindir pozisyonlama/otomatik mod seçilirse şekil 9’daki ekran görüntülenecektir.Monitöre değer girilmesi ise yine aynı yöntemle yapılacaktır. Test esnasında hidrolik silindire aithız-zaman grafiği yine aynı monitör üzerinden gözlemlenebilmektedir.Şekil 9: Hidrolik silindir pozisyonlama deneyi otomatik mod monitörü4. SONUÇBu çalışmada mekatronik eğitiminde laboratuar deneylerinde kullanılmak üzere hidrolikpozisyonlama deney seti tasarımı gerçekleştirilmiştir. Çalışmada hidrolik sistemin pozisyonkontrolü PLC temelli bir kontrol sistemi ile gerçekleştirilmiştir. Sistem hem manüel hemotomatik olarak çalıştırılabilmektedir. Gerçekleştirilen çalışma sayesinde mekatroniklaboratuarında hassas olarak hidrolik pozisyonlama deneyleri gerçekleştirilebilmektedir.KAYNAKÇA[1]. Pınar, A.M., Güllü, A., Pınar, A.F., “Hidrolik Tahrikli Sayısal Denetimli CihazBölüm:1sistemin Yapılandırılması”, CBÜ Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler DergisiCilt:2, Sayı:10, 2008.[2]. Rath, G., Leary, O., Marek, P., Sieben A. And Scfferliger, G., “Servo-Hydrolic PositioningSystem For The Alpine Miner”, IEEE Conference on Control Applications Proceedings, 2000.[3]. Park, C. W., Eman, K. And Wu, S., “Forecasting Compensatory Control (FCC) OfMachining Flatness”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1988.7