Hess Elektrik Elektronik Otomasyon Obo Parafudur

Klemsan Otomasyon Modülleri

Otomasyon Sistemleri ve Transdüserler 1. Genel Analog sinyallerin endüstriyel ortamlarda bir noktadan bir noktaya iletimi etkilenmeye (enterferans) çok açıktır. Ölçüm ve kontrol teknolojileri için tasarlanan ve izolasyon ile sinyal dönüşümü sağlayan transmiterler, analog sinyallerin harici etkiler ile bozulmasını önlerler. Bu tür transmiterler analog sinyallerin hassas bir şekilde dönüştürülmesi, elektriksel izolasyon ve adaptasyonu ile güvenli ve arttırılmış iletim kalitesi sunarak, kontrol sistemlerinin daha kaliteli çalışmalarını sağlarlar. 2. Otomasyon Sistemleri Endüstriyel otomasyon uygulamalarında sahada bulunan sensör, transdüser gibi ögeler, kontrol ve izlemeye yönelik plc, rtu, data logger, pid denetleyici, sayısal/analog gösterge gibi ünitelere veya sistemlere bağlanırlar. Bu tür üniteler/sistemler “proses kontrol”, “otomasyon sistemi” veya “scada sistemi” gibi isimler alırlar ve temel olarak sahadan gelen analog ve sayısal bilgileri işleyerek prosesi yönlendirir ve/veya proses ile ilgili parametreleri, yapılan ölçümleri kullanıcıya görüntülerler. Kimi durumlarda saha ile kontrol odası oldukça yakındır (50m). Bu gibi durumlarda kontrol odasında bulunan sistemlere lokal otomasyon ve izleme sistemleri adı verilir. Bazı durumlarda ise otomasyon sistemlerinin uygulandığı istasyonlar insansız çalışır. Dolayısıyla lokal bir izleme ve kumanda sistemi istasyonda bulunmaz. Bunun yerine izleme ve kumanda sistemi genellikle birden fazla istasyona hizmet veren bir yapıda ve uzaktadır. Ancak her iki durumda da sahadan bilgileri toplayarak lokal izleme ve kumanda sistemine veya uzaktaki bir merkeze aktaran akıllı ve programlanabilir sistemler mevcuttur. Sahada bulunan sistemlerle uzak merkezler arasında iletişim ağları mevcuttur ve bu ağlar üzerinden otomasyon sistemleri aracılığıyla toplanan bilgiler, uzaktaki kumanda ve izleme merkezlerine iletilir. İletişim ağları kablolu (pstn, leased line, özel bakır hat, f/o gibi) veya kablosuz (vhf/uhf rf, gsm, uydu gibi) olabilir. Genellikle sahanın lokal olarak kumanda edildiği ve izlendiği sistemlere otomasyon sistemi, daha geniş alanlarda (Şehir veya ülke bazında) dağınık biçimde birçok istasyondan oluşan ve merkezi olarak izlenip denetlenen sistemlere de scada sistemleri adı verilir. Otomasyon sistemleri fabrikalarda, rafinerilerde, pompa istasyonlarında daha çok görülürken, scada sistemleri elektrik, su, doğalgaz ve petrol dağıtım ve iletim şebekelerinde görülür. 3. Transdüser/Transmiterler Bazı durumlarda saha sensör veya transdüserleri tarafından üretilen analog sinyaller, otomasyon sistemi çerçevesinde bulunan okuyucu veya denetleyici ünitelerin giriş sinyal seviyelerine veya türlerine uygun olmazlar ve/veya saha ile sözkonusu üniteler arasında elektriksel bir izolasyon gerekebilir. Bu gibi durumlarda saha ile denetleyici/izleyici sistemler arasında sinyal dönüştürücü ve/veya elektriksel izolasyon sağlayıcı ara ürünlere ihtiyaç duyulur. Bu tür ara ürünler transmitter veya transdüser olarak adlandırılırlar ve saha ögeleri ile denetleyici/izleyici sistemler arasında yer alarak sinyal dönüşümü ve/veya elektriksel izolasyon sağlarlar. 3.1 Dönüşüm Sahada bulunan sensor/transmiterler ile ölçüm/kontrol üniteleri arasında kullanılan transdüser/transmiterlerin başlıca görevi sinyal dönüşümüdür. Ölçüm/kontrol üniteleri büyük çoğunlukla artık endüstriyel bir standart halini almış 0-20 mA DC, 4-20 mA DC, 0-10 V DC veya 0-5 V DC sinyalleri kabul edebilecek şekildedir. Dolayısıyla sahada ölçülecek sinyal türü ne olursa olsun, nihai olarak sinyal yukarıda sayılan türden bir sinyale dönüştürülmek zorundadır. Saha sensör veya transmiterleri tarafından üretilen sinyaller elektriksel sinyallerdir. Bu sinyaller akım, gerilim veya direnç şeklindedir. Bu türden sinyaller endüstriyel standartlara uygun DC akım veya DC gerilim şekline çevrilerek ilgili ölçüm/kontrol ünitesine bağlanırlar. Bu sayede sahada bulunan fiziksel/elektriksel bir büyüklük ölçülerek prosesin izlenip yönlendirilmesi sağlanır. 3.2 İzolasyon Endüstriyel ortamlarda analog sinyaller bir yerden bir yere iletilirken bozulmaya son derece müsaittir. Saha ile ölçüm/kontrol üniteleri arasında kullanılan transdüser/transmiterlerin sağladığı elektriksel izolasyon, hassas sinyal dönüşümü ve adaptasyon sayesinde, analog sinyaller çok daha uzak mesafelere kaliteleri bozulmadan iletilebilir. Üzerinden akım akan bir iletkenin etrafında akım şiddetine bağlı olarak değişen şiddette bir elektromanyetik alan oluşur. Bu elektromanyetik alan, etki mesafesi içerisindeki sinyallere bozucu etki yapar. Bu tür durumlardan kaçınmak amacıyla giriş ve çıkış arasında elektriksel izolasyona sahip olan bir transducer/transmiter sahada bulunan sensor/transmitere yakın mesafede bağlanır ve böylece sensör tarafından üretilen ve genelde çok düşük sinyal seviyelerindeki sinyallerin bozulma riski minimuma indirgenir. Araya konulan transmiter, sensörden gelen sinyali izolasyon bölgesinin diğer tarafına kuvvetlendirilmiş ve adapte edilmiş olarak geçirir. Genelde akım şeklinde olan bu sinyaller elektromanyetik bozulmaya karşı daha az duyarlıdırlar. Saha sensörleri veya transmiterleri genelde kontrol/ölçüm ünitelerine oldukça uzak mesafelerde bulunurlar (50m-300m). Saha sensörü ile ölçüm/kontrol ünitesi arasında elektriksel izolasyon bulunmadığı durumlarda, bu denli uzun mesafelerde, aradaki bağlantı üzerinden akan akım nedeniyle iki tarafın toprak potansiyelleri arasında fark oluşur. Bu potansiyel farkı ise saha ile ölçüm/kontrol ünitesi toprakları arasında istenmeyen bir akım akmasına neden olur. Bu akıma toprak döngü akımı adı verilir. Bu akımdan kaçınmanın yolu, sahada bulunan ögelere ait toprak ile ölçüm/kontrol ünitelerinin topraklarının birbirlerinden elektriksel olarak ayrılması yani izole edilmesidir. Bu durumda iki toprak arasındaki elektriksel döngü kırılmış olacağından toprak döngü akımı akmayacaktır. 3.2.1 Aktif İzolasyon Türleri 3-Yol İzolasyon Modüllerin bu tür izolasyon sistemine sahip olmaları halinde, giriş, çıkış veya güç kaynağına bağlı bütün komponentler birbirlerini etkilemeye (enterferans) karşı korunmuştur. Üç yol (giriş, çıkış ve güç) sırasıyla elektriksel olarak birbirlerinden ayrılmıştır. 3-yol izolasyon sensör ile kontrol ünitesi arasında elektriksel izolasyon sağlamanın yanısıra, kontrol ünitesi ile aktüatör arasında da izolasyon sağlar. Giriş tarafında aktif bir sinyale ihtiyaç vardır. Modül, çıkış tarafında ise güçlendirilmiş ve filtre edilmiş bir sinyal sağlar. Giriş İzolasyonu Modüllerin bu tür izolasyon sistemine sahip olmaları halinde, çıkışa bağlı elektronik devreler, sahadan gelen etkilere karşı korunmuştur. Bu nedenle sadece giriş, aynı potansiyelde bulunan çıkış ve besleme katlarından elektriksel olarak ayrılmıştır. Giriş tarafında aktif bir sinyale ihtiyaç vardır.Modül, çıkış tarafında ise güçlendirilmiş ve filtre edilmiş bir sinyal sağlar. Tekrarlayıcı Güç Kaynağı Tekrarlayıcı güç kaynağı içeren modüllerin giriş katlarında, ölçülecek sinyali okumak için gerekli devrelerin yanısıra, girişe bağlı olan döngü beslemeli (loop-powered) ölçüm sensörleri veya transdüserlerini beslemek için gereken güç kaynağı devreleri de bulunur. Modül, çıkış tarafında güçlendirilmiş ve filtre edilmiş bir sinyal sağlar. Bu tür modüllerin izolasyon tekniği giriş izolasyonu veya 3-yollu izolasyon olabilir. Tekrarlayıcı güç kaynağı içeren modüllerin en büyük avantajı, sahada bulunan her bir sensöre verilen gücün bir diğerinden izole edilmesini sağlayarak sensörlerin birbirlerinden etkilenmesini ortadan kaldırmak ve hem de sensör güç kaynağı kablolarında olabilecek arızaların (kısa devre, v.s.) bir diğer sensörü etkilemesini önlemektir. Bu türden özelliğe sahip modüller ile gerçekleştirilen kontrol sistemleri yüksek duyarlık ve dayanıklılık sağlar, tüm sistemin güç kaynağı tasarımını kolaylaştırır ve saha kablajını daha yalın bir hale getirir. 3.2.2 Döngü Beslemeli İzolasyon Türleri Döngü Beslemeli İzolasyon - Girişten Beslenen Bu tür izolasyonda elektriksel izolasyon ve sinyal dönüşümü için devrelerin ihtiyaç duyduğu güç, aktif giriş devresinden alınır. Çıkış tarafından ise dönüşümü yapılmış ve izole edilmiş sinyal kontrol ünitelerine veya aktüatörlere verilir. Bu tür döngü beslemeli izolasyon, sinyal dönüşümü ve filtrelemenin ayrıca güç kaynağına ihtiyaç olmadan yapılmasını sağlar. Döngü Beslemeli İzolasyon - Çıkıştan Beslenen Bu tür izolasyonda elektriksel izolasyon ve sinyal dönüşümü için devrelerin ihtiyaç duyduğu güç, aktif çıkış devresinden ve ideal olarak güç sağlayan plc analog giriş kartından alınır. Çıkış tarafında, döngü beslemeli modüller standart 4-20 mA sinyal ile çalışırlar. Giriş tarafında ise döngü beslemeli izolatör aktif giriş sinyallerini işler. Bu izolasyon tekniğinin kullanıldığı durumlarda modülün çıkışına bağlı olan sinyal kaynağının hem döngü beslemeli izolatörü ve hem de kendi yükünü besleme kapasitesine sahip olması önemlidir. Döngü Beslemeli Tekrarlayıcı Güç Kaynağı Bu tür izolasyonda elektriksel izolasyon ve sinyal dönüşümü için devrelerin ihtiyaç duyduğu güç, aktif çıkış devresinden alınır. Döngü beslemeli tekrarlayıcı güç kaynağı ayrıca çıkış tarafından elde edilen güçle giriş tarafına bağlı bir döngü beslemeli ölçüm sensörü için güç sağlar. Ölçüm sensörünün sağlanan bu gücü kullanarak ürettiği sinyal, döngü beslemeli tekrarlayıcı tarafından elektriksel olarak izole edilerek çıkış tarafına aktarılır. Bu nedenle döngü beslemeli tekrarlayıcı güç kaynağı türünde, sinyal ve enerji genellikle aksi yönde akarlar. 4. Saha Sensör ve Transdüserleri Saha sensör ve transmiterleri ölçülmek istenen birtakım fiziksel, kimyasal ve elektriksel büyüklükleri elektriksel büyüklüklere dönüştürürler. Saha sensör ve transmiterleri kontrol sistemi girişlerine doğrudan veya izolasyon yükselteçleri, sinyal düzenleyiciler, tekrarlayıcılar, transdüserler üzerinden dolaylı olarak bağlanırlar. Hemen hemen her tip saha sensörü veya transmiteri haricen elektriksel beslemeye ve uyarı sinyaline ihtiyaç duyar. Güç ihtiyacı kontrol sistemi tarafından doğrudan veya yukarıda bahsi geçen ara ögeler tarafından dolaylı olarak sağlanır. 4.1 Sıcaklık Sensörleri Sıcaklık prosesler esnasında kontrol sistemleri tarafından en çok izlenmesi ve değerlendirilmesi gereken değerlerden biridir. 4.1.1 Rezistans Termometreler Rezistans termometreler (Pt100, Ni1000 gibi) sıcaklığa bağlı olarak rezistanslarını (iç dirençlerini) değiştirirler. Sıcaklık transdüserleri bu değişimleri algılayarak sıcaklıkla orantılı analog bir çıkış sinyali üretirler. Rezistans termometreler sıcaklık transdüserleri tarafından direnç ölçme prensibine göre okunurlar. Dolayısıyla kararlı ve çok düşük seviyelerde sabit akım kaynaklarına sahiptirler. Üretilen düşük seviyede akım, rezistans termometreye uygulanarak üzerinde kalan gerilimin ölçülmesi esasına göre çalışırlar. Rezistans termometreye uygulanan akımın kararlığı ve çok düşük seviyede olması sensörün ısıtılmaması (self-heating) ve ortam sıcaklığıyla uygulanan uyarı akımının değişmemesi açısından önemlidir. Rezistans termometreler doğrusal davranış göstermezler. Dolayısıyla sıcaklık transdüserilerine bağlanırlar. Transdüserler yukarıda bahsedildiği gibi sensör uyarma, doğrusallaştırma, izolasyon ve çıkış sinyali üretme görevlerini üstlenerek kontrol sistemleri veya aktüatörlerin kullanabileceği sıcaklıkla doğru orantılı olarak değişen, standart seviyede sinyaller üretirler. Ekonomik ve hassas olmaları nedeniyle endüstride alçak sıcaklıklarda (-200°C..+850°C) sıkça kullanılırlar. 4.1.2 Termokupl (Thermocouple) Termokupllar mV mertebelerinden gerilim üreten aktif kaynaklardır. Ölçüm noktası ve referans noktası arasındaki ölçülen sıcaklık farkı soğuk nokta kompanzasyonu ile mutlak bir sıcaklığa çevrilir. Endüstride genellikle resistans termometrelerin çalışma aralıkları dışında kalan çok yüksek sıcaklıkların ölçümünde kullanılan sensörlerdir. Avantajları uyarı akımına ihtiyaç duymamaları ve yüksek sıcaklık aralıklarında çalışabilmeleridir. Uygulanan Standartlar ESD: IEC 61000-4-2 Radiated RF: IEC 61000-4-3 Fast Transients: IEC 61000-4-4 Surges: IEC 61000-4-5 Conducted RF: IEC 61000-4-6 Voltage dips & interrupts: IEC 61000-4-11 Daha fazla bigi için...