PLC (Programlanabilir Mantıksal Denetleyici, İngilizce: programmable logic controller) fabrikalardaki imalat hatları veya makinelerin kontrolü gibi işleçlerin denetiminde kullanılan özel bilgisayar.
PLC bir bakıma monitörü ve klavyesi bulunmayan bir bilgisayar gibidir. Bir diğer fark ise işletilecek verilerin gerçek ortamdan gelmesi ve sonuçların yine gerçek ortama analog veya sayısal (dijital) olarak gönderilmesidir.
Programlanabilir Mantıksal Kontrol Cihazı genel olarak sensör gibi algılayıcılardan aldığı bilgiyi, bünyesindeki programa göre işleyip elemanlara görev tanımlayan mikroişlemci tabanlı bir cihazdır.
Normal bilgisayarların aksine PLC'nin birçok giriş ve çıkışı (I/O) vardır. En büyük artıları ise elektriksel gürültülere, sıcaklık farklarına ve mekanik darbelere karşı dayanıklı tasarlanırlar. Farklı markanın PLC'leri kendilerine göre bir işletim sistemi yüklerler. Bu denetleyici sistem, giriş bilgilerini gözle görülmeyecek hızlarla tarayarak buna uygun çıkış bilgilerini gerçek zamana yakın, cevap verecek şekilde çalışır. PLC, kısa sürede daha çok ve kaliteli ürün üretme, çok düşük hata oranlarına sahip üretim yapma gibi unsurların ön plana çıkmasında büyük rol oynar.
PLC'ler 4 ana bölümden oluşmaktadır.
• Merkezi İşlem Birimi ( CPU )
• Bellek Birimi ( RAM,ROM, PROM vb.. )
• Giriş Birimi ( IN )
• Çıkış Birimi ( OUT )
Merkezi İşlem Birimi:
CPU, PLC'nin çalışmasını düzenleyen, bütün aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleyen, zamanlama, sayma gibi görevleri üstlenen en önemli birimdir. PLC'ye zeka veren kısım CPU ile bellektir. İki ayrı PLC aynı mikroişlemciyi kullanabilir, fakat işletim sistemlerinin farklı olması nedeni ile PLC'lerin işlevleri de farklı olabilir.
Bellek birimi:
Bellek birimi; Giriş görüntü, veri, program belleği gibi kısımlara ayrılmıştır. Her bellek alanının farklı işlevleri vardır. PLC'lerde genelde EPROM ( Eresable programmable Read only Memory ), bellek elemanı olarak kullanılmaktadır. Bu bellek alanı adından da anlaşılacağı üzere, silinebilir, tekrar yazılabilir, programlanabilir, salt okunur hafıza anlamına gelmektedir. Her PLC'nin kendine özgü programı vardır ve bu programlar PLC'nin hafızasında saklanır. Hafızadan da merkezi işlem birimine gönderilir. Ayrıca bellek elemanlarını da sayarsak; RAM, ROM PROM, EPROM veya EEPROM olarak nitelendirebiliriz.
Giriş birimi:
Giriş birimi, kumanda edilen sistemle ilgili algılama elemanlarından gelen analog işaretleri PLC ‘nin anlayacağı lojik gerilim seviyelerine dönüştüren birimdir. Kontrol edilen sistemdeki sensör çeşidine göre, basınç, seviye, sıcaklık, kumanda, yakınlık gibi elemanlardan gelen binary değerler (1 veya 0) giriş birimi üzerinden alınır. Giriş birimi voltaj değerleri 24V, 48V, 100V-120V, 200V ve 240V doğru veya alternatif akım olabilir. PLC’nin giriş elemanları olarak limit anahtarları, düzey anahtarları, motor kontaktör veya röle kontakları, seçici anahtarlar, fotoelektrik gözler v.b. olarak gösterebiliriz.
Çıkış Birimi:
Çıkış birimi, PLC'de hesaplanan çıkış noktalarına ilişkin lojik gerilim voltajını, kontrol edilen sistemdeki kontaktör, röle, selenoid gibi kumanda elemanlarını sürmeye uygun elektriksel işaretlere dönüştüren birimdir. Çıkış birimi röle, triyak ya da transistörlü devrelerden oluşabilir. PLC'ler de genellikle röleli çıkış birimleri kullanılır. Fakat, yüksek hızlı açma ve kapama gerektiren durumlarda transistörlü ya da triyaklı çıkış birimleri kullanılır. Ayrık I/O arabirim ile denetlenebilecek çıkış elemanları için ise alarmlar, denetim röleleri, selenoidler, motor starterleri, fanlar, v.b. olarak gösterilebilir.
PLC kullanım alanları nerelerdir?
Sıralı Kontrol:
PLC’nin en büyük özelliğinden birisi de sıralı çalışmadır. Bu nedenle röleli sistemlere yakındır. Genellikle asansör ve paketleme sistemlerinde kullanılır.
Hareket Kontrolü:
Doğrusal ya da döner hareket sistemlerinin PLC’de entegrasyonudur. Genellikle Kartezyen robotlar, film, kauçuk, kumaş ve tekstil üretiminde kullanılır.
Süreç Denetimi:
PLC’nin birkaç parametreyi denetlediği bir adımdır. Bu alana plastik enjeksiyon makineleri, ısıtma fırınları gibi sıcaklık, basınç, debi, ağırlık gibi denetimlerin yapıldığı alanlar verilebilir.
Veri Yönetimi:
PLC’ler denetlediği sistemler hakkında veri toplayabilir. Sonra bu verileri, denetleyicinin belleğindeki referans veri ile karşılaştırma yaparak, rapor hazırlamak için bir aygıta veri aktarılabilir. Bu uygulama da stoklama gerektiren büyük işletmelerde kullanılır.
PLC’de program işleme mantığı nasıl çalışır?
PLC pasif haldeyken çalışma (RUN) moduna alındığında çıkış hafızasını sıfırlama işlemi yapar. Sonra giriş elemanlarından alınan veriler okunur ve giriş hafızasına kaydedilir. PLC’nin çalışma mantığı, yazılmış olan bir programı sürekli tarayarak gerçekleşmektedir. Tarama döngüsü üç temel adımda gerçekleşir. PLC stop moduna alınıncaya kadar çevrim işlemini sürekli olarak tekrar eder.
Adım 1:
Giriş Durumunu Kontrol Et: İlk olarak, PLC hangi girişin açık veya kapalı olduğunu görmek için girişlerin her birini kontrol eder. Başka bir deyişle, bir anahtarın veya sensörün aktif olup olmadığını kontrol eder. İşlemcinin bu adımda elde ettiği bilgi, aşağıdaki adımlarda kullanılmak üzere hafızada saklanır.
Adım 2:
Programı Yürüt: Burada PLC, yüklenen programa dayalı olarak ve bir önceki adımda elde edilen verilerin durumuna göre program talimatı yürütür ve uygun eylemi gerçekleştirilir. Eylem bazı çıkışların aktivasyonu olabilir ve sonuçlar bir sonraki adımda kullanılmak üzere belleğe alınır ve saklanır.
Adım 3:
Çıkış Durumunu Kontrol Et: Son olarak, çıkış sinyallerini kontrol eder ve gerekli ayarlamaları yapar. Değişiklikler, ilk adımda okunan giriş durumuna ve ikinci adımda program yürütme sonucuna bağlı olarak gerçekleştirilir. Üçüncü adımı uygulanmasının ardından, PLC döngünün başına döner ve bu adımları sürekli tekrar eder.Bir çevrimin süresi PLC’nin çalışma hızına, kullanılan komutlara ve kontrol programının uzunluğuna bağlı olarak değişim göstermektedir. Genelde bir çevrimlik tarama süresi 3 ms ile 10 ms arasında değişmektedir. Eğer çevrim süresi çok uzun olursa girişlerden gelen sinyal değişiklikleri algılanamayabilir.
PLC’nin çalışma mantığı:
PLC nasıl çalışır ve nasıl programlanır?
PLC’nin yapmasını istediğimiz işlevi, örneğin bir motor sürücünün kontrolünü, üzerinde yer alan giriş ve çıkışları değiştirecek şekilde programlar oluşturarak kontrol ediyoruz. Günümüzdeki çoğu mikro kontrolcü, giriş/çıkış gerilimi olarak 3.3V veya 5V seviyelerini kullanıyorken, PLC’lerde ise bu gerilim seviyesi 24V civarındadır.
PLC’lerin içerisinde tıpkı bilgisayarlarımızda olduğu gibi bir işlemci, programların saklanması ve çalışması için gerekli RAM ve ROM bellekler, giriş/çıkış modülü, haberleşme modülleri gibi bileşenler bulunur. PLC’nin en büyük özelliği ise, verilen program komutlarının gerçek zamanlı olarak işlenmesi, ve mümkün olan en kısa süre içerisinde giriş/çıkış ve haberleşme gibi dış dünya ile bağlantılı modüllere gönderilerek fonksiyonların gerçekleşmesini sağlamasıdır. Böylelikle zamanlamanın kritik olduğu endüstriyel uygulamalarda kullanılabilirler.
PLC çalışırken giriş değerlerini okur ve girişlerin okunduğu andaki lojik değerlerini 1 ve 0 olacak şekide hafızada tutar sonrasında yazılan programın türüne göre bu girişleri yorumlar. Daha sonrasında haberleşme işlemleri yapılır ve programlanan çıkışlar lojik 1 veya 0 ya da programın tipine göre 24V veya 0V olacak şekilde ayarlanır. Bu işlem milisaniyeler mertebesinde tamamlanır.
PLC’lerin röle tabanlı lojik devrelerin yerini aldığından bahsetmiştik. PLC’lerin röle tabanlı lojik devrelerin yerini almasından dolayı programlanırken sıklıkla ladder logic adı verilen açık ve kapalı anahtar sembollerinden oluşan bir programlama dili kullanılır. Bu dil sayesinde çalışanlar üst düzey programlama bilgisine sahip olmadan PLC’leri programlayabilirler. Daha gelişmiş kullanıcılar için bilgisayar programlamada kullandığımız C diline benzer diller ile de PLC programlama yapılabilir.
Temel PLC Programlama Dilleri:
PLC’ler, sistemlerin kontrol edilmesinde röleler kullanılarak hazırlanan kumanda devrelerinin programsal hale dönüştürülmüş biçimidir. Sahadan ya da herhangi bir sistemden aldıkları bilgileri çalıştırdıkları yazılım aracığıyla değerlendirerek sahaya ya da bağlı oldukları sisteme çıkış sağlayan cihazlardır.
Merdiven diyagramı (LADDER)
Ladder Programlama: Ladder lojikte temel olarak NO (normally open, normalde açık devre) ve NC (normally closed, normalde kısa devre) kontaklar ve çıkış için coil’ler bulunur. Bellek adresleri ve fiziksel giriş/çıkışlar kontak veya coil (çıkış) olarak program içerisinde kullanılabilir. İki adet kontağın seri bağlanması lojik “ve” işlemi, paralel bağlanması ise “veya” işlemine denk düşer. Bu sayede lojik işlemleri gerçekleştirebiliriz. Ayrıca aritmetiksel toplama, çarpma ve bölme işlemleri veya on-delay timer (gecikme bloğu), adres taşıma gibi başka özel fonksiyonlar da ladder diyagramına eklenebilmektedir.
Fonksiyon blok diyagramı (FBD)
Fonksiyon blok diyagramı, lojik kapılar mantığına dayanan ve görsel bir şekil sunan programlama dilidir. Burada kullanılan lojik terimler sembollerle ifade edilir. FBD dilinde de sol taraf giriş sinyallerini, sağ taraf ise çıkış sinyallerini temsil eder. Kontrol sistemi algoritmaları ve mantığının birbirine bağlanması açısından çok kullanışlıdır. Yukarıdaki mühürleme devresinin fonksiyon blok diyagramı şeklinde gösterimi verilmektedir.
ST (Structured text) Programlama:
Yapısal Metin dediğimiz programlama türü olan ST, programlama dilleri gibi metin editörüne yazılır ve işletilir. Yapısal metin, C programlama dili gibi bir yüksek seviye bir dil olup karmaşık ve zor görevler için kuvvetli bir araçtır. Algoritmaları ve matematiksel fonksiyonları kullanabilmemizin yanı sıra döngüler gibi tekrarlayıcı görevleri yerine getiririz. Burada giriş ve çıkışların yanı sıra değişkenler de kullanılır. Biz burada görsel programlamanın aksine yapılacak bütün işler için satır satır kod yazmamız gereklidir. FOR, WHILE, IF, ELSE, ELSE IF ve CASE gibi döngü ve karar komutları bulunur.
SFC (Sequential function):
Adımlara ayrılabilen süreçleri programlamak için kullanılabilir. SFC’nin ana bileşenleri şunlardır:
-İlişkili eylemlerle ilgili adımlar
-İlişkili mantık koşullarıyla geçişler
-Adımlar ve geçişler arasındaki yönlendirilmiş bağlantılar
IL (Instruction list):
IL’ler grafiksel bir programlama dili değildir. Bunun yerine, çoğu derleme dili programlamasına benzerler. Adından da anlaşılacağı gibi, bir program, bir assembly programı ile hemen hemen aynı şekilde listelenen bir dizi talimattır.
PLC’lerin Avantajları Nelerdir?
•Geleneksel kumandalı sistem uygulamalarına göre PLC programlama tekniği çok kolaydır.
•PLC’lerde hata düzeltme olayı oldukça basittir. Program üzerindeki değişiklik ile hatalar giderilebilir.
•PLC’lerde bilgiler toplarken ve iletirken yapılan işlem veya süreç değiştirilip kopyalanabilmektir.
•Kumandalı sistemlerdeki elemanlarla çözülmesi mümkün olmayan problemler PLC’nin donanımı sayesinde çözümlenir.
•Otomasyon sistemlerinin bulunduğu nemli, tozlu ve kirli ortamlardan etkilenmeden çalışır.
•Montajı kolaydır.
•Dayanıklı ve uzun ömürlüdür.
•Dijital ve analog giriş-çıkış üniteleri ek modüller ile artırılabilir.
•PLC’ler haberleşme portları aracılığıyla birbirleriyle irtibat kurabilir.
•PLC’ler yüksek çalışma hızlarına uyum sağlayabilir.
•Mekanik parçası olmadığından arıza oranı düşüktür ve bakım gerektirmez.
•Elektronik yapılı eleman olduklarından enerji tüketimleri azdır.
•Kullanıcı kontrol sürecini izleyebilir gereken yerlerde müdahale bulunabilir.
•PLC’ler sınırsız zamanlayıcı, sayıcı ve röle kullanımına imkân sağlamaktadır.
PLC Seçim Ölçütleri
Bir kumanda sistemi için PLC seçiminde göz önüne alınması gereken özellikler şu şekilde sıralanabilir;
• Maliyet,
• Giriş-çıkış (lojik, dijital) noktası sayısı ve elektriksel özellikleri,
• Program ve veri belleği kapasitesi,
• Komut işleme hızı,
• Zamanlayıcı ve sayıcı sayısı,
• Gerçek-zaman saati,
• Kesme işletim yeteneği,
• İletişim olanakları,
• Program yedekleme olanağı,
• Yarı iletken çıkışların dielektrik dayanımı düzeyi,
• Teknik destek,
• Şifre koruması.
Kaynaklar:
https://tr.wikipedia.org/wiki/PLC
https://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/gecmisten-gunumuze-plc-teknolojileri/12311#ad-image-0
https://endustriokulu.com/2021/10/02/plc-nedir-yapisi-nasildir-kullanim-alanlari-nelerdir
https://www.hiznet.com.tr/scada/plc-nedir.html
https://enerji360.com/agog-urun-ve-cozumler/plc-nedir-plc-programlama-detaylari
https://www.kontrolkalemi.com/plc-nedir-plc-ne-ise-yarar