Otomasyon Sistemleri Eğitiminde Animasyon Tabanlı Uygulamaların Yeri ve Önemi
Murat AYAZ*, Koray ERHAN**, Engin ÖZDEMİR**
*Elektrik Eğitimi, Teknik Eğitim Fak., Kocaeli Üniversitesi 41380 Kocaeli
**Enerji Sistemleri Mühendisliği, Teknoloji Fak., Kocaeli Üniversitesi 41380 Kocaeli
Özet
Endüstriyel uygulamaların kaçınılmaz parçası olan otomasyon sistemlerinin önemi gün geçtikçe artmaktadır.
Bu doğrultuda gerek özel eğitim kurumlarının gerekse kamu eğitim kurumlarının otomasyon sistemleri üzerine
verdikleri eğitimi, güncel ve teknolojik gelişmelere uygun hale getirmeleri gerekmektedir. Otomasyon sistemlerinde
verilen eğitimin istenilen hedeflere ulaşmasına imkân sağlaması için, teorik bilgiler pratik uygulamalar ile
desteklenmelidir. Bu bağlamda kullanılacak deney düzenekleri ekonomi, esneklik, geliştirilebilirlik ve güvenlik gibi
noktalar göz önünde bulundurularak tasarlanmalıdır. Otomasyon sistemleri eğitiminde fiziksel deney düzeneklerinin
kullanımı, sağladığı avantajların yanı sıra maliyet, güvenlik, çalışma ömrü vb. gibi dezavantajları da beraberinde
getirmektedir. Bu dezavantajları ortadan kaldırabilmek adına fiziksel uygulamaların bilgisayar ortamında
animasyon tabanlı olarak gerçekleştirilmesi bir çözüm yöntemidir. Bu çalışma kapsamında otomasyon sistemleri
pratik eğitiminde kullanılabilecek animasyon tabanlı bir deney seti tasarımı ve uygulaması ele alınmaktadır.
Anahtar Kelimeler: PLC, Operatör panel, Eğitim Seti, Otomasyon sistemleri.
1.
Giriş
Teknolojik uygulamaların hızla geliştiği günümüzde otomasyon sistemleri de teknolojik gelişmelerin
paralelinde hızla gelişmekte ve değişmektedir. Bu durum otomasyon sistemleri üzerine yapılan gerek endüstriyel
gerekse akademik çalışmaların sürekli olmasını sağlamaktadır. Otomasyon sistemleri üzerine yapılan çalışmalar göz
önüne alındığında sistem tasarımları, deneysel eğitim setleri, endüstriyel uygulamalar vb. gibi noktalarda akademik
araştırmaların olduğu görülmektedir. Literatüre bakıldığında PLC eğitiminin verilmesine yönelik farklı deney setleri
tasarlanmıştır. Bu çalışmalarda göze çarpan ortak nokta, gerçekleştirilen uygulamaların fiziksel deney setleri
şeklinde tasarlanmış olmasıdır. Örnek olarak, geleneksel elektriksel kumanda sistemi ile PLC programlamalı
kumanda sisteminin karşılaştırılması [1], yürüyen bant-konveyör sistemi [2], tank depolama sistemi ve sıcaklık,
basınç ve seviye kontrolü [3], asansör prototipi [4] gibi uygulamalar sayılabilir. Bahsedilen fiziksel uygulamaların
haricinde esnek ve modüler uygulamalar [5,6] içeren setler ile farklı birçok sistemi modellemek de mümkün hale
gelmiştir. Bu deneysel düzenekler üzerine yapılan çalışmalar, otomasyon sistemleri eğitimini yetkin ve etkili kılmak
için gerçekleştirilmektedir.
Otomasyon sistemleri (PLC, HMI, SCADA) endüstriyel uygulamaların önemli bir parçasıdır. Otomasyon
sistemleri üzerine yetkin teknik personele olan ihtiyaç süreklilik arz etmektedir. Bu bağlamda, otomasyon sistemleri
üzerine eğitim veren kurum ve kuruluşları verdikleri eğitimi nitelikli hale getirmek zorundadır. Otomasyon
sistemleri üzerine verilen eğitimlerin pratik ve görsel uygulamalar içermesi, verilen eğitimin yetkinliğini
arttırmaktadır. Bu çalışma kapsamında otomasyon sistemleri eğitimi üzerine teorik eğitimin pratik ve görsel
uygulama eğitimi ile desteklenmesini sağlamak için tasarlanan deneysel eğitim seti ele alınmaktadır.
2.
Otomasyon Sistemleri Eğitiminde Pratik-Görsel Uygulamaların Yeri ve Önemi
Eğitim iki temel esas üzerine kurulmaktadır. Bu temel esaslardan biri teorik eğitim diğeri ise teorik eğitimin
hayata geçirildiği pratik eğitimdir. Özellikle fen bilimleri alanında eğitim alan kişilerin hem teorik bilgisinin hem de
uygulama becerisinin olması bir gerekliliktir. Eğitim hayatlarında uygulama becerisini geliştirememiş kişiler
öğrenim hayatlarını tamamladıklarında iş bulma konusunda büyük problemlerle karşılamaktadırlar. Endüstride
işverenler, işe başlattıkları kişilerden en kısa zamanda fayda sağlamak isterler. Bu doğrultuda öğrenim hayatında
sektörün ihtiyaç duyduğu pratik eğitimi alarak bir takım tecrübeleri edinen kişiler diğerlerine nazaran bir adım önde
olmaktadırlar.
Otomasyon eğitimi veren kurum ve kuruluşlar, sektörün ihtiyaçları doğrultusunda bir eğitim içeriği ve yöntemi
belirlemelidirler. Otomasyon sistemleri eğitiminde verilen teorik bilgiler pratik uygulamalarla desteklenmediği
takdirde endüstride yer alacak öğrenci için fayda sağlamamaktadır. Ancak pratik eğitim vermek üzere sistem ve
laboratuvar kurmak büyük yatırım gerektirmektedir. Sadece bazı üniversiteler ve özel eğitim kurumları gerekli olan
bu yatırım bütçesini karşılayabilmektedir. Diğer eğitim kurumları ise pratik uygulama laboratuvarlarından mahrum
kalmaktadırlar. Yüksek yatırım bütçesi gerektiren otomasyon sistemleri laboratuvarları ele alındığında, endüstriyel
uygulamalara benzer (konveyör, asansör, tank dolumu vb.) fiziksel deney düzeneklerinin yer aldığı görülmektedir.
Otomasyon sistemleri eğitiminde kullanılan fiziksel deney setleri uygulama becerisinin geliştirilmesi açısından
büyük öneme sahiptir. Ancak maliyet, güvenlik, çalışma ömrü, esneklik vb, gibi noktalar ele alındığında ortaya
çıkan dezavantajlar, eğitim kurumlarını uygulamalı eğitimde farklı yöntemlerin kullanılmasına yöneltmektedir.
Gelişen bilgisayar teknolojileri dikkate alındığında klasik fiziksel deney düzeneklerinin yerine bilgisayar ortamında
geliştirilen benzer animasyon tabanlı uygulamalar kullanılabilmektedir. Fiziksel deney setlerinde yer alan her bir
parça (sensör, valf, anahtar, lamba, motor, vb. gibi) bilgisayar ortamında oluşturularak, aynı setlerin animasyon
tabanlı olması sağlanabilmektedir. Böylece bir laboratuvara fiziksel olarak kurulması maliyetli veya imkânsız olan
birçok uygulama sanal olarak gerçekleştirilebilir. Bunun yanı sıra laboratuvar ortamında fiziksel deney setlerinin
gerek yer gerekse maliyet açısından karşımıza çıkan kısıtlılık problemi ortadan kaldırılabilmektedir. Çünkü
bilgisayar ortamında sayısız animasyon tabanlı endüstriyel uygulama örnekleri oluşturabilir ve bir laboratuvara çok
sayıda bilgisayar içeren PLC seti panelleri yerleştirilebilir. Kısıtlı laboratuvar bütçelerine sahip eğitim kurumlarının
bu tip bilgisayar ortamında gerçekleştirilen animasyon tabanlı eğitim setlerine yönelmeleri, hem verdikleri eğitimin
yetkin hale gelmesini hem de bütçelerinin verimli kullanılmasını sağlayacaktır.
3.
Animasyon Tabanlı PLC ve Operatör Panel Eğitim Seti
Otomasyon sistemleri üzerine verilecek eğitimin kapsamı ve niteliği, deney setlerinde yer alacak parçaların
belirlenmesinde başlıca rol oynamaktadır. Temel seviyedeki uygulama eğitimini gerçekleştirmek için oluşturulacak
deney setinde başlıca parça programlanabilir mantık denetleyicisidir (PLC). Diğer yer alacak parçalar kullanıcının
hedefleri ve imkânları doğrultusunda değişiklik göstermektedir. Bu çalışma kapsamında, maliyet ve laboratuvar
koşulları göz önünde bulundurularak oluşturulan animasyon tabanlı eğitim setine ait blok diyagram Şekil 1’de
verilmektedir.
PC
Operatör Panel
Programı
PLC
Programı
Animasyon
Programı
Haberleşme / Bağlantı Noktaları (USB – Ethernet – RS232)
HMI
PLC
Sanal I/O Paylaşımı
EMÜLATÖR
Fiziksel I/O Kablosu
Şekil 1. Eğitim setinin blok diyagramı.
Şekil 1’de gösterildiği gibi deney seti, bilgisayar (PC), programlanabilir mantık denetleyici (PLC), operatör
panel (HMI) ve emülatör olmak üzere dört temel bileşenden oluşmaktadır. Sistemde kullanılan bilgisayar, PLC
programının yazılması, kontrol edilmesi, program animasyonlarının izlenmesi ve diğer bileşenlerin haberleşmesinin
sağlanması görevlerini yerine getirmektedir. Bu temel işlevlerin yerine getirilmesini sağlayacak donanımsal
özellikler, günümüzdeki en basit PC’de dahi mevcuttur.
Deney düzeneğinde yer alan PLC [7,8], bilgisayarda bulunan animasyon modüllerini programlamak için
kullanılmaktadır. Bu animasyonları programlamak için en temel işlevleri yerine getirebilecek özellikte bir PLC
kullanılması yeterlidir. Sistemde yer alan bir diğer bileşen olan operatör panelin ise verilecek eğitim kapsamına
bağlı olarak, deney düzeneğinde yer alması isteğe bağlıdır. Animasyon modülleri operatör panel üzerinden de
kontrol edilebilmektedir. Böylece kullanıcıya operatör panel kullanımı uygulamalı olarak verilmektedir.
Kullanılacak PLC ve operatörün markası kullanıcı isteğine göre değişebilir. Bu durum, kullanıcının eğitim vermek
istediği bütün marka ve modelde eğitim deney seti hazırlayabileceğini göstermektedir. Çalışma kapsamında
oluşturulan animasyon tabanlı otomasyon eğitim seti Şekil 2’de gösterilmektedir.
Şekil 2. Animasyon tabanlı otomasyon eğitim seti.
Animasyon tabanlı uygulama eğitimi için oluşturulan deney seti ekipmanlarına ait ortalama fiyatlar Tablo 1’de
verilmektedir. Tablo 1’de yer alan fiyatlar kullanıcının talep ve ihtiyaçları doğrultusunda değişiklik gösterebilir.
Tablo 1’den de anlaşılacağı üzere oluşturulan deneysel düzenek düşük maliyetli olması ile dikkat çekmektedir. Bu
değerler çok büyük bütçe gerektirmeksizin bir otomasyon eğitiminin yapılabilmesine olanak tanımaktadır.
Tablo 1. Temel düzey bir deney setinin maliyet tablosu.
No
BİLEŞEN
ÖZELLİK
FİYAT($)*
1
PLC
Minimum 8 Dijital Giriş / Çıkış
390,00
2
Operatör Panel
Kullanıcının isteğine bağlı
390,00
3
Emülatör
16 Dijital Giriş / Çıkış, 2 Analog G/Ç
470,00
4
Bilgisayar
XP, Win7 32/64 bit
260,00
5
Panel
600*400*200 mm, Sac Panel
130,00
6
Montaj Aksesuar.
Sigorta, anahtar, klemens, vs.
130,00
*Yaklaşık fiyatlar verilmiştir.
Ortalama Toplam Tutar
1.770,00
Sözü edilen bu bütçe çerçevesinde 2011 yılında Kocaeli Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Enerji Sistemleri
Mühendisliği Bölümü otomasyon laboratuvarında 20 adet animasyon tabanlı PLC ve operatör panel eğitim seti
kurulmuştur. Bu setler farklı marka ve modelde PLC ünitelerinden oluşmaktadır. Öğrencilerin derse ilgisi, devam
durumu ve nihai başarısı göz önüne alındığında, animasyon tabanlı setler kullanılarak verilen eğitimin klasik PLC
eğitimine göre daha başarılı olduğu gözlemlenmiştir. Şekil 3’de laboratuvara kurulan deney setlerinin bir kısmı
verilmektedir.
Şekil 3. Deney setlerinin kısmi görüntüsü.
4.
Animasyon Tabanlı Örnek Uygulamalar
Bilgisayar ortamında gerçekleştirilen animasyon uygulamaların gerçek ortam ile ilişkilendirilmesini sağlamak
için birçok yöntem ve cihaz kullanılabilir. Bu çalışma kapsamında oluşturulan animasyon tabanlı deney setinde,
animasyon uygulamaların PLC ile programlanabilmesini ve çalıştırılmasını sağlamak için FESTO firmasının ürettiği
“easy port” modülü kullanılmaktadır. Bu modül içerisinde yer alan animasyon uygulamaların bilgisayar üzerinde
çalıştırılması ve izlenmesi, yine aynı firma tarafından geliştirilen “Easyveep” programı ile gerçekleştirilmektedir.
Emülatör modülü içerisinde yaklaşık 30 adet animasyon uygulaması mevcut durumdadır ve istenilen ilave
animasyon tasarımları ise üretici firma tarafından ücretsiz oluşturularak sisteme yüklenmektedir. Böylece yalnızca
bir deney setinde 30 ve daha fazla sayıda gerçeğe uygun sistemler için programlama eğitimi sağlanmaktadır.
Program içerisinde yer alan bazı animasyon uygulamaları Şekil 4’de verilmektedir.
Tank Seviye Kontrolü Uygulaması
Şişe Dolum Uygulaması
Paketleme Uygulaması
Yük Kaldırma Uygulaması
Top Depolama Uygulaması
Hareket Sensörü Uygulaması
Şekil 4. Animasyon uygulamaları görüntüsü [9].
Şekil 5’de örnek bir uygulama olarak sıcak su tank seviye kontrolü animasyonu ve PLC programının çalışır
durumdaki ekran görüntüsü yer almaktadır. Çalışma kapsamında oluşturulan bazı deney setlerinde operatör panel
bulunmaktadır. Operatör panel eğitimi üzerine verilecek eğitim çalışmasında, hem bilgisayar üzerinde yer alan
animasyon modüllerine bağlı kalınarak hem de bağımsız olarak çeşitli yazılım uygulamaları gerçekleştirilebilir.
Örnek olarak animasyon modülleri içerisinde yer alan cep telefonu ve garaj kapısı uygulamaları operatör panele
yüklenmiştir. Böylece yazılan programın kontrolü ve izlenmesi bilgisayar üzerinden yapılabileceği gibi operatör
panel üzerinden de gerçekleştirilebilir. Operatör panel üzerindeki cep telefonu modülü Şekil 6’da ve garaj kapısı
modülü Şekil 7’de gösterilmektedir.
Şekil 5. Sıcak su tank seviye kontrolü animasyonu ve PLC programı ekran görüntüsü.
Şekil 6. Garaj kapısı animasyonu bilgisayar ekranı ve operatör paneli görüntüsü.
Şekil 7. Cep telefonu animasyonu bilgisayar ekranı ve operatör paneli görüntüsü.
5.
Sonuç
Otomasyon sistemleri eğitimi, endüstride bu alanda çalışan yetkin personel gereksinimi göz önüne alındığında
büyük bir öneme sahiptir. Bu doğrultuda gerek özel gerekse kamu eğitim kurumları otomasyon sistemleri üzerine
verdikleri eğitimin kalite ve yetkinliğini teknolojik gelişmelere uygun hale getirmelidir. Otomasyon sistemleri gibi
pratik uygulama becerisi gerektiren alanlara ilişkin yetkin bir eğitimin sağlanması için, teorik bilgilerin pratik
uygulamalar ile desteklenmesi gerekmektedir. Pratik uygulamalı eğitimde kullanılan deneysel düzenekler yüksek
maliyet getirmektedir. Bu maliyetler her eğitim kurumu tarafından karşılanamayacağından eğitim sürecine aynı
katkıyı sağlayacak ve daha az maliyetli deneysel düzenekler tercih edilebilir. Fiziksel deney düzeneklerinde yer alan
bileşenlerin bilgisayar ortamına aktarılması düşük maliyet bakımından alternatif bir yöntemdir. Gelişen bilgisayar
teknolojileri endüstriyel uygulamaların görsel ortamda animasyon tabanlı olarak modellenmesinin önünü
açmaktadır. Otomasyon sistemleri eğitiminde kullanılan fiziksel deney düzeneklerinin bilgisayar ortamında
gerçekleştirilmesi maliyet, esneklik, güvenlik vb. gibi noktalarda büyük bir avantaj sağlamaktadır. Bu çalışma
kapsamında otomasyon sistemleri eğitimi vermek üzere Kocaeli Üniversitesi Teknoloji Fakültesi’nde 20 adet
animasyon tabanlı eğitim seti tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Son yıllarda bu deney setlerini kullanarak
eğitim alan öğrencilerin, otomasyon sistemleri üzerine teorik bilgilerinin ve uygulama becerilerinin geliştiği
gözlemlenmiştir.
Kaynakça
[1] Bayrak G., Kaya T., “PLC ve Elektrik Kumanda Devreleri Eğitimi İçin Bir Deney Seti Tasarımı ve
Uygulaması”, Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu (EMO), 2011.
[2] Özerdem Ö. C., Samurkaş T., “KKTC Üniversitelerinde Programlanabilir Lojik Kontrolörlerin (PLC) Eğitimi ve
PLC Kontrollü Taşıma Amaçlı Bir Laboratuvar Düzeneği Tasarımı”, EMO, 2003.
[3] Bayındır R., Kaplan O., Bayyiğit C., Sarıkaya Y., Hallaçlıoğlu M., “PLC ve SCADA Kullanılarak Bir
Endüstriyel Sistemin Otomasyonu”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 27(1), sayfa 107-115,
2011.
[4] Çolak İ., Bayındır R., Kuruşçu S., “PLC Kontrollü Asansör Eğitim Seti Tasarım ve Uygulaması”, Erciyes
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 23(1-2), sayfa 86-94, 2007.
[5] Çimen H., Taşkın S., Yabanova İ., “Eğitim Amaçlı Esnek ve Modüler Üretim Sistemlerinin Teknik Eğitimde
Kullanılması”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, ISSN:1304-4141, Sayfa 43-53, 2007(3).
[6] Akyazı Ö., Kanca A., Usta M. A., Akpınar A. S., “PLC Kontrollü Elektropnömatik Sistem Uygulamaları”,
Otomasyon Dergisi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006.
[7] http://www.automation.siemens.com/mcms/industrial-automation-systems-simatic/en/manual-overview/tech-dochmi/pages/default.aspx, http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logiccontroller/en/Pages/Default.aspx, Siemens Operation Panel and PLC user manuals, (Ziyaret Tarihi: 16.09.2013).
[8] http://www.meau.com/eprise/main/sites/public/Products/Programmable_Logic_Controllers/FX3G/default,
(Ziyaret Tarihi: 04.03.2014).
[9] http://www.festo-didactic.com/int-en/services/printed-media/manuals/manual-easyveep.htm, Festo Easyveep
user manual, (Ziyaret Tarihi: 16.09.2013).
Download

Otomasyon Sistemleri Eğitiminde Animasyon Tabanlı Uygulamaların