MEKATRONİK YENİ MÜHENDİSLİK FELSEFESİ

GİRİŞ

Literatür ve yapılan önceki çalışmalar incelendiğinde, mekatroniğin farklı tanımlamalarıyla karşılaşılmaktadır [1-4]. Mekatronik mikro elektroniğin makina mühendisliğine uygulanması veya mekanik ve elektroniği bilgi teknolojisi ile işlevsel olarak birleştirip özümsenmesini sağlayan bir yaklaşımdır denilebilir. Mekatronik ilk kez 1970’li yıllarda Japonya’da Yaskawa elektrik şirketinde görev yapan bir mühendisin elektrik motorlarının bilgisayarla denetimini sağlanması amacıyla kullanılmıştır. Ancak batıdaki tanımı, Japonya kadar çabuk olmamış, zamanla teknolojideki gelişmeler elektrik-elektronik malzemelerinin daha çok kullanımı ve denetlenmesini gündeme getirmiş, bunun sonucunda da bir gereksinim olarak ortaya çıkmıştır. Düşünce olarak ‘Elektro Mekanik Mühendislik’ tanımını 1990’larda sunmuş, şimdi ise, ‘Mekatronik Mühendisliği’ şekline dönüşmüştür.

Mekatronik 1970’li yıllarda, servo teknolojisi ile birlikte robotik uygulamalarında görüldü. Otomatik kapılar, kahve-çay makinaları ve oto fokus kameralar bunlara örnek olarak verilebilir. 1980’li yıllarda, bilgi teknolojisinin ilerlemesi ile daha iyi bir verim için mikro işlemciler mekanik sistemlerle daha çok bütünleşmeye başladı. Sayısal denetimli tezgahlar ve robotlar, otomobillerde elektronik motor denetimi, fren sistemleri örnekler arasında sayılabilir. 1990’lı yıllarda, iletişim teknolojisi ile birlikte ürün çeşitliliği arttı. Uzaktan kumanda edilebilen robot kolları, mikro duyucu ve eyleyiciler teknolojik gündemde yerini aldı. Mikro elektro-mekanik sistemler tasarlanarak kullanılmaya başlandı. Yeni hava yastıklı otomobilleri örnek olarak verebiliriz. Burada minik silikon ivme ölçerler hava yastık sistemini tetiklemek için kullanılmaktadır.

Çalışmada mekatronik düşüncesi günlük yaşama indirgenmiş uygulamalarıyla tanıtılarak, farklı ülkelerde; Uzak Doğu, Avrupa, Amerika Birleşik Devletleri gibi verilmekte olan mekatronik eğitimi üzerinde yapılan bilgi derlemesi sunulmuştur.

MEKATRONİK UYGULAMALARI

Günümüzde birçok makina ve sistemler; otomotiv, üretim, test ve ölçüm, endüstriyel elektronik uygulamalar elektro-mekanik doğaya sahiptirler. Mekatronik yaklaşımda birçok geleneksel mekanik eleman elektronik karşılıklarıyla çözümlenmeye çalışılmaktadır. Birçok mekanik işlev elektronik yardımı ile yapılarak daha esnek, tekrar tasarımı ve programlanması daha kolay sistemler ortaya çıkmaktadır. Burada mekatronik ürün ve tasarım sözcüklerini irdeleyerek tanımlarını yapmak gerekir. Mekatronik ürün karakteristik olarak geleneksel makina ve elektronik ürünlerden farklıdır. Tasarımları için ek metot ve strateji belirlenmesi gerekir. Mekatronik bir tasarım gerçekleştirirken ne makina, ne elektrik mühendisi, ne de salt yazılım sorunu çözümleyebilir. Esnek bir geçişle grup çalışmasını sağlanması, hayati önem taşımaktadır. Bu konuda yine Japon firmalar Avrupalı ve Amerikalı eşlerinden daha hızlı yol almaktadır. Bir mekatronik ürünün en iyide tasarımını başarabilmek için konuyla ilgili uzman mühendislerin grup çalışması yapması gereklidir. Mekatronik ürünlerin sunduğu esneklik ve akıllılık boyutu, güvenilirlik, kabul edilebilir fiyatların tasarımda göz önünde bulundurulmalıdır. [1,5,6]

Algılayabilen, akıl yürütülebilen, karar verebilen ve bu karar doğrultusunda hareket edebilen otomatik makinalar (mekatronik sistemler) çağdaş dünyanın vazgeçilmez temel araçlarıdır. Mekatronik ürün pazarlarından bazıları tıbbi cihazlar, robotik ve otomasyon, üretim (bilgisayar denetimli makinalar) olarak sayılabilir. Uygulama alanlarından bazıları hareketli robotlar (askeri robotlar, denizaltı robotları), akıllı makinalar (biyomekanik konularda kullanılan akıllı mikro makinalar, paketleme makinaları, akıllı beyaz eşya ürünleri), lazer/optik sistemler (sivil-askeri amaçlı uygulamalar), ölçüm cihazları, görüntü işleme-nesne algılama sistemleri (özellikle montaj hatlarında), tıpta kullanılan robotlar (ortopedi, endoskopi), endüstriyel robotlar (kaynak, montaj, alma-yerleştirme) olarak gösterilebilir.

Mekatronik Sistemler

Mekatronik bir sistemde veya üründe bulunabilen gerekli elemanlar arasında elektrik devreleri ve elemanlar (direnç, kapasitans, endüktans gibi), yarı iletkenler ve elektronik malzemeler (diyot, transistör, köprü devreleri, güç elemanları gibi), veri işleme (analog-dijital veya dijital-analog çeviriciler gibi), sensörler (duyucular), motorlar (eyleyiciler) bulunmaktadır. Gerekli sistem elemanlarını ayrıntılı vermek mümkündür. Burada yer alan sensörler ve motorlar biraz detaylandırılarak sunulmuştur.

Motorlar güç iletimi açısından üç grupta; elektrik, hidrolik ve pnömatik olarak incelenir. Elektrik motorlarını kendi içinde gerek sürücü güçleri (ac,dc) gerekse tasarımları (adım, disk) açısından farklı gruplarda incelemek mümkündür. Mekatronik sistemde sürücü eleman olarak alternatif akım motorları (indüksiyon, senkron, universal, servo), doğru akım motorları (sargılı, seri, şönt, kompunt, sabit mıknatıslı, fırçasız, servo), adım motorları (melez, sabit mıknatıslı, değişken relüktanslı, disk) kullanılabilmektedir. Yine bu sistemlerde birçok ölçüm sensörleri; konum (potansiyometre, LVDT, senkro, rezolver, optik enkoder, fotoelektrik), hız (dc takometre, ac takometre, optik takometre), kuvvet (pnömatik), sıcaklık, akış hızı, basınç, seviye kullanılmaktadır.

Mekatronik cihazlar veya sistemler artık günlük yaşamın bir parçası haline gelmişlerdir. Hava yastıklı otomobil güvenlik sistemleri, otomobil elektronik yakıt sistemleri, otomatik kapı kilit sistemleri, ev güvenlik sistemleri, klima sistemleri, fotokopi ve faks makinaları, elektrikli daktilo, lazer yazıcı, bilgisayar sürücü sistemleri, otofokus 35 mm kameralar, video ve kompakt disk sürücüleri, kaynak robotları, otomatik güdümlü makinalar, uçuş denetim eyleyicileri, kokpit denetimi ve instrümentasyonu, programlanabilen mantık denetleyicileri ile denetlenen taşıma sistemleri, sayısal denetimli tezgahlar, dikiş makinası, bulaşık ve çamaşır makinaları, derin dondurucular, ayrıca bu kapsamda değerlendirilebilecek diğer ev ve mutfak aletlerini ve hatta oyuncakları bu grupta sayabiliriz.

Fotokopi makinası en güzel mekatronik sistem örneklerinden biridir. Birçok analog-dijital devreleri, duyucuları, eyleyicileri ve mikro işlemcileri içerir. Fotokopi çekiminde işlem sırası özet olarak şöyle verilebilir. Kullanıcı orijinali cam yüzeye koyar, fotokopi işlemini başlatmak üzere düğmeye basar. Orijinali yüksek bir ışık kaynağı tarar ve karşılık gelen görüntüyü metal merdanenin üzerine gönderir. Sonra boş bir sayfa kağıt koyacağına yüklenir, görüntü kağıda toner yardımıyla ısıtılarak yapıştırılır ve çıkış mekanizması kağıdı dışarıya atar. İşlem böylece sonuçlanmış olur. Burada kullanılan devrelerin her birisinin görevi ayrıdır; Analog devreler; ışığı, ısıtıcıyı ve diğer güç elemanlarını denetler. Dijital devreler; göstergeleri, gösterge ışıklarını, ara birim düğmelerini, mikro işlemci ve mantık devrelerini denetler. Optik duyucular ve mikro anahtarlar kağıdın var-yok durumunu algılar, doğru- yerleştirilip yerleştirilmediğini gösterir, enkoderler motorların dönüş bilgisini verir. Son olarak eyleyiciler; servo ve adım motorları ise kağıdın yüklenmesi, iletilmesi, merdanenin dönmesinden sorumludur.

MEKATRONİK EĞİTİMİ

Bu kısımda dünyanın farklı ülkelerinde, Uzak Doğu, Avrupa, Amerika Birleşik Devletleri, İngiltere ve Türkiye’ de verilen veya verilmekte olan mekatronik eğitim çalışmaları özetlenmiştir. [4,7-9,10-12]

Japonya’da Tokyo Üniversitesi 1980 itibarıyla Mekano Enformatik Bölümü (Department of Mechano Informatics) ile farklı disiplinler arasındaki engelleri kaldırmayı hedeflemiştir. Toyohaski Üniversitesi 1983’ten bu yana Mekatronik Mühendisliği eğitimi vermekte olup, bölümün adı ‘Mekatronik ve Kesinlik Mühendisliği’ (Mechatronics and Precision Engineering)’dir. Birçok Japon firması üniversitelerden çok sayıda mekatronik konusunu içerik ve uygulama olarak bilen mühendisler için sürekli istekte bulunmaktadır. Hong Kong Politeknik’ te (The City Polytechnic of Hong Kong) 1990 itibarıyla mekatronik mühendisliği eğitimi temel bilim dalı olarak uygulanmaktadır.

Avrupa’da son yıllarda daha fazla ilgi çeken ve gündeme alınan bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. Söz gelişi, Danimarka’da ‘Danimarka Mekatronik Kurumu’ (Denmark Mechatronic Association) ve ‘Kopenhag Mekatronik Atılımı’ (Copenhagen Initiative in Mechatronics) isimli kuruluşlara rastlanmıştır. Danimarka Teknik Üniversitesinde (The Technical University of Denmark) mekatronik kursları mevcuttur. İsviçre’de 1984’de ‘İsviçre Teknoloji Enstitüsü’ (Swiss Federal Institute of Technology) öğrencilere mezuniyet sonrası kursları ve makina mühendisliğinin bir alt dalı olarak ‘Mekatronik’ seçeneğini sunmuştur. Finlandiya’da 1985’te Mekatronik Grup (Mechatronic Group) kurulmuş ve araştırma dalı olarak 1987 itibarıyla 4 üniversitede eğitim verilmeye başlanmıştır. Hollanda’da 1989 yılında ‘Twente Mekatronik Araştırma Merkezi’ (Mechatronics Research Centre Twente) kurulmuştur. Belçika’da 1986’dan bu yana ‘Katolik Leunen Universitesi’ (Katholieleke Universiteit Leuven) mezuniyet sonrası bir yıllık program yürütmekte, 1989’dan bu yana ise, Elektromekanik Mühendislikte Mekatronik (Mechatronics in Electromechanical Engineering) olarak bir seçenek sunmaktadır. Avusturya’da 1990’dan beri Mekatronik eğitimi ‘Linz John Kepler Üniversitesi’ (Jochannes Kepler Universitat Linz)’de verilmektedir. Almanya’da mekatronik sözcüğü çok fazla kullanılmamamakla beraber, elektro mekanik içerikte sistem tasarımları ve projeler üniversitelere bağlı bölüm ve enstitülerde devam etmektedir. Almanya’da mekatronik çalışmaları 1992 yılı itibarıyla Dortmund ve Kaiserslautern Üniversitelerinde kurulan mekatronik merkezleri ile görülebilmektedir (Centres for Mechatronics at the Universities of Dortmount and Kaiserslautern).

İngiltere’de 1990 itibarıyla ‘Lancester University, the University of Leeds, University of Hull, King’s Collage of London, Stafford Shire University, Country University, Dundee Institute of Technology, University of Derby, Middle Sex University, Manchaster Metropolitan University, Luton College of Higher Education ve Swansea Institute of Technology temel ve yüksek düzeyde kurslarla bu programı desteklemektedir. Özellikle University of Dundee ve Loughborough University ‘Mekatronik Profesörü’ ünvanı 1992’den itibaren kullanmaktadır. IMechE ve IEE İngiltere’de ‘Mekatronik Formu’ düzenlemişlerdir. Mekatronik konulu konferanslar 1989’dan sonra farklı şehirlerde yapılmaya başlanmıştır. İngiltere’de 1991 yılı itibarıyla uluslararası nitelikte bir dergi olan ’Mechatronics’ dergisi çıkarılmaktadır.

Amerika Birleşik Devletleri’nde mekatronik konusu Japonya ve Avrupa’dan daha yavaş bir gelişme kaydetmiştir. Başlangıçta Uluslararası Çalışma Toplantıları gibi yılda bir olacak şekilde organizasyonlar yapılmış, ancak 1994 yılı itibarıyla mekatronik eğitimi üniversitelerde farklı program ve içerikleriyle başlamıştır. Halen mekatronik eğitimini değişik düzeylerde vermeye çalışan üniversitelerden bazıları arasında; Georgia Institute of Technology, Louisiana State University, Stanford University, California University, University of South Carolina, Colorado State University, The University of Tulsa, The Ohio State University’ sayılabilir. Amerika Birleşik Devletleri’nde ise 1996 yılından bu yana ASME tarafından ‘Transactions on Mechatronics’ isimli uluslararası nitelikte bir dergi çıkarılmaktadır.

Türkiye’de Ortadoğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ) 1993’ten bu yana uluslararası nitelikte ‘Uluslararası Mekatronik Tasarım ve Modelleme Çalışma Toplantısı’ düzenlemektedir. Yine ODTÜ Eylül 1994’ten bu yana mekatronik konusunda uluslararası nitelikte ‘International Journal of Intelligent Mechatronics: Design and Production’ isimli bir dergi çıkarmaktadır. Diğer üniversitelerimizde mühendislik eğitiminin özellikle son yılında (4. sınıfında) seçmeli ders olarak veya daha çok mekatronik içerikli mezuniyet projeleri ile bu konuya ilgi duyan öğrencilere hizmet sunulmaya çalışıldığı gözlenmiştir. Sabancı Üniversitesinde Mekatronik Mühendisliği programı bulunmaktadır.

Gaziantep Üniversitesi’nde Mekatronik eğitimi son sınıf öğrencilerine ancak seçmeli ders içeriğinde Endüstriyel Hidrolik 1-2, Endüstriyel Pınömatik 1-2, Mekanik Sistemlerin Elektrik Motorlarıyla Sürülmesi, Robotik, Sistem Dinamiği ve Denetimi, Denetim Sistemlerinin Tasarımı, Denetim Sistemleri Teknolojisine Giriş, Sayısal Denetimli Tezgahlar ve Temelleri, Dinamik Sistem Modelleme ve Analizi ve 2000 eğitim-öğretim yılı itibarıyla ders programına eklenen Mekatronik ve Biyomekaniğe Giriş isimli seçmeli dersler ile öğrencilerin tercihleri oranında verilmektedir. Yüksek lisans ve doktora programlarında ayrıca bir dal olarak mevcut değildir, ancak öğrencinin aldığı yüksek lisans dersleri ve tezi ölçüsünde mekatronik içeriğe yönlendirilmesi mümkün olmaktadır. Son yıllarda bu konuyu anlatan ve üniversitelerde mekatronik eğitiminde kullanılabilecek ders kitapları da mevcuttur. [1-3]

SONUÇ

Mekatronik bugün birçok ülkede üniversiteler ve sanayide üzerinde araştırmalar yapılan, halen ilgi odaklarından biri olmaya devam eden bir mühendislik yaklaşımıdır. Mekatronik sistemlerin, cihazların ve ürünlerin tasarımında mekanik yapı ile denetimi arasında en iyi şekilde denge kurmayı hedefler; karışık bir sistemde farklı elemanların en iyide birlikteliğini sağlar. Mekatronik mühendisinin endüstriyel tasarım, üretim ve pazarlama yönlerini birlikte değerlendirmesi ve iyi bir laboratuvar deneyiminin olması gerekmektedir. [13,14] Mekatronik konusunda çalışmak isteyen makina mühendisinin ise mekanik tasarım ve imalat bilgisinin yanı sıra basit elektrik teknolojisi, analog-dijital elektronik, instrumentasyon ve ölçüm teknikleri, pnömatik ve hidrolik sistemler, bilgisayar programcılığı, mikroişlemci teknolojisi ve otomatik denetim prensiplerini bilmesi gerekir.

Mekatronik tek başına bir disiplin olmayıp genel anlamda mekanik ve elektriksel olayların bir disiplin çerçevesinde modern mühendislik işlemlerinde uygulanmasıdır. Başka bir deyişle; mekatronik yeni bir mühendislik dalı değil, ancak farklı mühendislik dallarının beraber çalışmasını gerekli bulan bir düşüncedir. Chrysler firmasının teknik işlerden sorumlu yöneticisi Thomas S. Moore ‘Mekatronik altyapısına sahip makina mühendislerinin yönetici olma şansları daha yüksektir. Mekatronik makina mühendisinin gelecekteki kariyeridir.’ XeRox firmasının stratejik programlardan sorumlu genel müdür yardımcısı olan John F. Elter ise ‘Bizim için biraz makina bilen bilgisayar mühendisinden, bilgisayar bilen makina mühendisleri daha değerlidir.’ cümleleri ne demek istediğimizi daha iyi anlatmaktadır. [13-16]

KAYNAKÇA

1. Histand M. B., Alciatore D. G., ‘Introduction to Mechatronics and Measurement Systems’, 1999, McGraw Hill Inc.

2. Wolfram S., ‘Analitical Robotics and Mechatronics’, 1995, McGraw Hill Inc.

3. Fraser C., Milne J., ‘Integrated Electrical and Electronic Engineering for Mechanical Engineers’, 1994, McGraw Hill Inc.

4. Acar M., ‘Mechatronics Education and Training’, Mechatronics Design and Modelling Workshop, November 15-19, 1993, TUBİTAK-MODİSA, s.11-21.

5. Çetinel M., Mühendis ve Makina Dergisi, Ekim 2000, Sayı: 489, Cilt: 41, s.. 29-31.

6. Erden A., II. Ulusal Hidrolik-Pnömatik Kongresi ve Sergisi, Kongre Bülteni. ªubat-Mart 2001, s. 10-11.

7. Venuvinod P. K., Chan L. W., Lenug D. N. K., Rao K.P., ‘Development of the First Mechatronics Engineering Degree Course in the Far East”, Mechatronics, Vol. 3, No: 5, s. 537-541, 1993.

8. Janocha H., ‘Mechatronics from the Point of View of German Universities’, Mechatronics, Vol.3, No: 5, s. 543-558, 1993.

9. Parkin R. M., ‘De Montfort University-A Centre for Mechatronics’, Mechatronic Design and Modeling Workshop, November 15-19, 1993, TUBİTAK-MODİSA,s.1-9.

10. Salminen V., Verho A., Laurila T., ‘The Finnish Mechatronics Program-Educational, Research and Industrial Applications’, Mechatronics, Vol. 2, No: 3, s. 221-230, 1992.

11. ‘Mechatronics Education In the U.S.A, Mechatronics, Special Issue, Vol.5, s 721-845, Pergamon Press, October 1995.

12. Rizzoni G., Keyhani A., ‘Design of Mechatronic Systems: An Integrated Interdepartmental Curriculum’’, Mechatronics, Vol.5, No:7, s 845-853, 1995

13. Shoureshi R., Meckl P. H., ‘Teaching MEs to use Microprocessors’, Mechanical Engineering, April 1994, s 71-76.

14. Ashley S., ‘Getting a Hold on Mechatronics’, Mechanical Engineering, May 1997, s 60-63.

15. Fukuda T., Arakawa T., ’Intelligent Systems: Robotics versus Mechatronics’, Annual Reviews in Control 22, 1998, s13-22

16. Craig K., Stolfi F., ‘Teaching Control System Design Through Mechatronics: Academic and Industrial Perspectives’, Mechatronics 12-2002, s 371-381.

--------------------------------------------------------------------------------

IMALATTA CAD/CAM SİSTEMLERİNİN FONKSİYONLARI VE KULLANILMASI

1980 ‘lerde bilgisayarın NC (Numerical Control) kontrol üniteleri (entegre devreler) yerine kullanılmaya başlaması ile CNC (Computer Numerical Control) sistemleri daha kullanışlı bir hale gelmiş ve doğru parça üretimini sağlamıştır. Grafik ekranda tasarlanmak istenilen parçanın analitik modeli oluşturulup gerekli manipulasyonlar yapıldıktan sonra, değişik şekillerde üretimi yapılabilmektedir. Bu şekilde ürün tasarımında kısa geliştirme zamanları ve düşük maliyetler elde etmek mümkün olabilmektedir. Bunun yanında bilgisayar ortamında analiz ve simulasyon imkanları kullanılarak daha doğru ve güvenilir tasarımlar yapılabilmektedir.

Bilgisayar sistemlerinin imalatta ,primitifler kullanılarak nesneler yaratma, tanımlama, analiz ve tasarımın optimizasyonu gibi işlerde kullanılması CAD (Computer Aided Design) olarak adlandırılır. Bu sistemler yazılım ve donanım kısımlarından oluşur. Yazılım olarak, parçaların gerilme-uzama analizinin yapılabildiği programlar, mekanizmaların dinamik cevapları, ısı transferi hesapları ve NC parça programlama gibi modüller olabilir. CAM (Computer Aided Manufacturing), bilgisayar sistemlerinin planlama, yönetme ve bir imalat işleminin kontrolünün direk veya endirek bilgisayar arayüzeyi kullanılarak yapılması gibi işlemler için imalatta kullanılmaktadır.

CAD/CAM sisemleri imalatta, tasarım, analiz, işlem planlama, parça programlama, program doğrulama, parça işleme, ve muayene gibi fonksiyonları etkin ve doğru bir şekilde yerine getirebilmektedir. Bu çalışmada bilgisayarın kullanıldığı imalat metodlarından en önemlileri incelendi. İmalat ile CAD/CAM sistemlerinin entegrasyonunun nasıl yapılabileceği ve imalatın, uygulanan metoda göre hangi aşamasında ve ne şekilde kullanılabileceği araştırıldı. CAD/CAM fonksiyonlarının ilgili imalat metoduna uygulanmasının hangi aşamalarda yapılabildiği incelendi. İncelenen imalat metodları ; plastik enjeksiyon, dövme, ekstrüzyon, sac şekillendirme ve hızlı prototip imalatı. Bu uygulama alanlarında CAD/CAM sistemleri, karmaşık parçaların kolay bir şekilde tasarlanması, analizin yapılabilmesi ve doğru bir şekilde kalıp imalatının yapılabilmesini sağlamaktadır.

NC ve CNC Sistemlerinin Temelleri

Sayısal Kontrol (Numerical Control-NC)

II. Dünya savaşı sırasında, karmaşık ve daha doğru parça üretiminin sağlanabilmesi artan ihtiyaca cevap verebilmek için metal kesme endüstrisi hızla gelişmiştir. 1952 yılında ilk olarak üç eksenli bir makina (Cincinnati Hydrotel Milling Machine) geliştirildi. Dijital kontrollü bu tezgah ve teknolojisi NC olarak adlandırıldı. İlk gözlenen avanlajları, karmaşık parçaların daha doğru imali ve kısa üretim zamanları idi

NC Gelişimi

İlk NC kontrolörü için 1950 ‘lerde vakum tüpler kullanıldı. Bunlar oldukça büyük parçalardı. 1960 ‘larda dijital kontrollü transistörler kullanıldı. Üçüncü gelişme olarak da NC kontrolörü olarak entegre devre çipleri (chip) kullanılmaya başlanıldı. Bunlar, daha az pahalı, güvenilir ve küçük elemanlardı. En önemli gelişme, kontrol üniteleri yerine bilgisayarın kullanılması oldu (1970 ‘lerde). Böylelikle CNC (Computer Numerical Control) ve DNC (Direct Numerical Control) sistemleri ortaya çıktı.

CNC, DNC

CNC, basit NC fonksiyonlarını sağlayabilen ve bir karar veren bilgisayar sistemi bulunduran tek makinalardan oluşan sistemdir. DNC, bazı işleme sistemleri tek bir bilgisayardan kontrol edilir. CNC çok daha yaygın hale gelmiştir. Çünkü, Esnek olması ve daha ucuz yatırımlar gerektirmesi. Uygulama alanları; işleme, kaynak ve laser ışını ile kesmedir.

Donanım

Servoamplifier ’lar, transducer ‘ler, devreler ve arayüzey yazılımlarından oluşur.

CNC Sistem Yazılımları Parça Programı Servis Programı Kontrol Programı Parça Programı: Genel olarak parça geometrisi ve teknolojik bilgileri içerir. Parçanın geometrisini yani takım yolunu ve kesme şartlarını tanımlar. Dönme hızı, ilerleme hızı, kesme hızı ve soğutma sıvılarını ve takım seçimlerini kapsar.

Servis Programı : Kontrol , düzeltme ve parça programını düzeltme gibi işlemleri yapıldığı ortamdır.

Kontrol Programı : Parça programını giriş bilgileri olarak alıp bunları sinyal halinde hareket elemanlarına iletme işini yapar. CNC kontrolleri özellikle 1980 ‘lerde daha güçlü ve kullanımı kolay bir hale gelmiştir. Test ve simulasyon gibi modüllerin eklenmesi ile daha güvenli işlem yapabilme olanağı sağlanmıştır. Modern makina konrolleri yerel ağlarla (Local Area Network-LAN) diğer sistemler ile bilgi alış-verişi yapabilmektedir. Bu şekilde esnek imalatlar sistemlerin gelişmesi kolaylaşmıştır.

NC sistemleri, tornalama, frezeleme, delme, taşlama, delik genişletme ve EDM makinalarında başarı ile uygulanmaktadır.

Genel olarak kullanım alanları üç ana grupta toplanabilir.

İşleme Merkezi : Birkaç iş aynı tezgahta yapılabilmektedir. Freze, delme ve delik genişletme gibi… Tornalama Merkezi : Otomatik takım değiştirme sistemini de kapsayan tornalam işlemlerinin yapıldığı tezgah… Diğer NC makinalar : kaynak makinaları, çizim makinaları, muayene sistemleri, EDM, Laserle kesme gibi….

NC ‘nin Temelleri

Tipik bir NC ve CNC sistemi parça programına ihtiyaç duyar. Bu program bloklar halinde düzenlenir. Her blok sayısal bilgi içerir. Bu bilgiler parça geometrisi ve teknolojik bilgileri içerir.

Klasik işleme ile NC sistemi karşılaştırıldığında;

Kasik yöntemde, bir oparatör parçayı istenilen şekilde işler. Kesme işlemi oparatörün görmesi ve karar vermesi ile gerçekleştirilir. NC sistemde tecrübeli bir oparatöre ihtiyaç yoktur. Yalnızca işlemlerin monitörden izlenmesi gereklidir. Bunun yanında parçanın tezgaha bağlanması ve alınması gereklidir.

Parça programı manuel olarak veya bilgisayar destekli bir dilde (Automatically Programmed Tool Language-APT) yapılabilir.

NC ve CNC makinalarda her eksen hareketi ayrı bir tahrik devresi ile kontrol edilir. Tahrik için bir DC motor, hidrolik aktuatör veya step motor kullanılabilir. Bunların seçimi istenilen güce göre değişir.

Her hareket ekseninin ayrı bir kontrol çevrimi vardır. CNC sistemlerde iki tür kontrol devresi vardır.

Kapalı kontrol devresinde mevcut pozisyon ile istenilen pozisyon karşılaştırılıp aradaki hata 0 (sıfır)‘a getirmeye çalışır. Bu negatif bir geribesleme türüdür. Kontrol ünitesinden çıkan sinyaller, bir komparatör yardımıyla motora verilir; motor ve iletim sistemi kızakla birlikte harekete geçer. Sezgi elemanı sürekli olarak kızağın gerçek konumunu ölçer ve komparatöre geri gönderir, burada gerçek değer ile istenilen konum karşılaştırılır. Farka göre motor yavaşlatılır ve ya hızlandırılır.

Açık kontrol devresinde motora verilen sinyaller, motora ve buna bağlı olan ilerleme sistemini harekete geçirir ve kızak istenilen konuma gelir. Burada hareketi kontrol eden bir sezgi elemanı yoktur. Kızağın tam olarak istenilen konuma gelmesi bu sistemde ancak step motor ile mümkündür

NC Sistemlerinin Avantajları NC sisteminde insan faktörü azaltılarak hatalar minumum seviyeye indirilebilir. Bu sistemde bir oparatör bir kaç makineye bakabilir.

Klasik metotda bir adımdan diğer adıma geçerken bir duraklama yaşanır. Çünkü oparatör kesmenin doğru olup olmadığını anlamak için ölçüm yapmak zorundadır. Oparatörün yorulması ile üretim hızı düşer. NC sistemde böyle bir problem yoktur. Çünkü doğruluk her zaman numerik kontrolle sağlanır.

NC sisteminde yüksek doğrulukta parça üretilebilir. Karmaşık parçalar kolay ve doğru bir şekilde üretilebilir.

Tam bir esneklik Yüksek doğruluk Karmaşık parçaların imali Kısa üretim zamanı Yüksek verimlilik Programlama Elle manuel olarak yapılan G-kodu çıkarma APT gibi programlama dilleri Grafik etkileşime dayanan CAM Modele dayanan sayısal (digitizing) tekniği Diyalog sistemi gibi yöntemler Manuel veya APT kullanılarak yapılabilir. Programlama işlemi şu an kullanılan CAD/CAM sistemlerinde otomatik olarak gerçekleştirilir.

APT dili (Automatically Programmed Tools) : Bir NC program elde etmek için bilgisayar dilinde yazılan ve bilgisayar tarafından işlenen talaş kaldırma işleminin bir ifadesidir. APT dili günümüzde kullanılan CAD/CAM sistemlerinin temelini oluşturmaktadır.

APT programı esasen CLDATA (CL=cutter location) denilen ve takım yolunu belirten genel bir çözüm verir. Bu çözüm postprosesör denilen bir işlemle, çeşitli kontrol sistemlerine sahip CNC tezgahlarına uygulanır.

APT programlama dili şu kısımlardan oluşur.

Program komutları Geometrik komutlar Teknolojik komutlar Takım hareket komutları Matematiksel komutlar Yardımcı komutlar Postprosesör komutları 600 kelimeden fazla kelime içerir. Bunlar kullanılarak parça tanımlanır. Bazıları şunlardır; POINT, PLANE, CIRCLE, CYLINDER, ELLIPS, HYPERB, CONE ve SPHERE…

Program satırları genel olarak komut kelimesi ve konum bilgilerini içerirler.

APT dilinde programlamanın üç dezavantajı vardır.

Programcı APT dilinin yapısını ve komutlarını öğrenmek zorundadır. Programcı mühendislik çizimlerini okuyabilmek ve parça geometrisini APT dili için tanımlamak zorundadır. Programcı programladığı takım yolunu kafasında canlandırmalıdır. Sistem Yapısı – Kontrol Tipleri CNC sistemleri PTP (Point to Point) ve CP (Continuous Path/Contouring Systems) olarak ikiye ayrılabilir.

Tipik bir PTP sistemi CNC delme makinasında görülebilir. Delme operasyonunda, makinanın tablası delinecek nokta tam olarak takımın altına gelene kadar hareket eder ve sonra delik delinir. Takım sayısal olarak tanımlanan noktaya hareket eder durur. Adım bittiğin noktaya haraket eder.

CP ve CNC makinalarda, eksen hareketi gerçekleştirilirken takım işleme devam eder (frezede olduğu gibi..). Tüm eksenlerin hareketi eş zamanlı ve farklı hızlarda hareket edebilir.

Adaptif Kontrol (Adaptive Control-AC)

Bazı CNC tezgahların donatıldığı AC sistemi; tezgahı belirli bir parametreye göre optimum şekilde çalıştırır. Ek bir kontrol sistemi olan AC sınırlayıcı ve optimal olmak üzere iki gruba ayrılır. Sınırlayıcı adaptive kontrol (AC Constrain –ACC) sisteminde, talaş kaldırma işlemini etkileyen bir faktör, belirlenen bir değerde sabit tutulmakta aynı anda diğer faktörler sınırlanmaktadır. Sabit tutulan faktör: kesme kuvveti, motor gücü, yüzey kalitesi vb. olabilir. Bu değer sistem için reserans değerdir. Optimal Adaptif Kontrol (ACO) sisteminde maksimum verimlilik veya minumum işleme maliyeti gibi faktörere bağlı olarak belirlenen optimum kesme hızı, optimum takım ömrü veya aşınması gibi bir kriter tayin edilir ve tezgahın çalışması bu kitere göre gerçekleştirilir.

Metal kesme işlemleri için AC sistemi CNC ‘nin mantıksal bir uzantısıdır. CNC sistemlerinde takım ve iş parçası arasındaki mesafe kontrol edilir. Parça programcısı kesme hızı ve ilerleme hızını belirlemek zorundadır. Bu kesme parametrelerinin tanımlanması tecrübenin yanında iş parçası, takım malzemesi, makina özellikleri, soğutma etkileri gibi faktörlerin bilinmesine bağlıdır. Kesme parametrelerinin seçimi direk olarak ekonomiklik faktörünü, ürünün boyutsal doğruluğunu, yüzey düzgünlüğünü, takım aşınma oranını ve takımın kırılmasını etkiler. AC ‘da bu üretim ve ürün kalitesine bağlı faktörlerin işleme sırasında iyileştirilebilir. Bu işlem değişkenlerinin gerçek zamanlı olarak ölçülerek kontrol edilir 2. CAD/CAM Sisteminin Fonksiyonları

CAD/CAM teknolojisi tasarım ve imaltın daha büyük entegrasyonu yönünde gelişmektedir.

CAD, bilgisayar sistemlerinin primitifler kullanarak nesneler yaratma, tanımlama, analiz ve tasarımın optimizasyonu gibi işlerde kullanılmasıdır. Bu sistemeler yazılım ve donanım kısımlarından oluşur. Yazılım olarak, parçaların gerilme-uzama analizinin yapılabildiği programlar, mekanizmaların dinamik cevapları, ısı transferi hesapları ve NC parça programlama gibi örnekleri verilebilir.

CAM, bilgisayar sistemlerinin planlama, yönetme ve bir imalat işleminin kontrolünün direk veya endirek bilgisayar arayüzeyi kullanılarak yapılması gibi işlemlerde kullanılmasıdır.

Tasarım Analiz Çizim İşlem Planlama Parça Programlama Program Doğrulama Parça İşleme Muayene Tasarım : Tasarımcı kafasındaki fikirleri bir grafik ekranına yansıtabilir. Eş parçaların uygunluğu görülebilir. Parametrik tasarım gerçekleştirilebilir (Örneğin AutoLISP). Değişken parametreler girilerek istenilen tasarım parametrik olarak elde edilebilir.

Analiz olanakları : Üç boyutlu model küçük parçalara bölünüp sonlu elemanlar yöntemine (Finite Element Method -FEM) göre analizi yapılabilir.

FEM ile gerçek işlemede ortaya çıkan sıcaklık ve gerilme gibi faktörlerin simulasyonu gerşekleştirilebilir. Bunda amaç, daha kısa geliştirme süreleri ve düşük maliyettir. FEM ile ürün veya model üzerinde yapılması gerekli denemeler bilgisayar ortamına kaydırılmış olur. Bu maliyeti düşüren bir etkendir.

Kütle özellikleri : Otomatik olarak çevre uzunlukları, alan, ağırlık merkezi ve istenilen bir kesit için kütle atalet momentleri elde edilebilir. Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) : FEM ile mekanik bileşen ve yapıların lineer statik, dinamik, ısı transferi ve potansiyel akış davranışları modellenip analiz edilebilir. FEM aynı zamanda fiziksel ve matematk problemleri de temsil eder ve belli yaklaşımlar dahilinde fakat kabül edilebilir çözümler sağlayan numerik metodlar kullanılır. FEM temel olarak üç safhadan oluşur.

1. Ön işlem : Model geometrisinin geliştirilmesi, fiziksel özellikler ve malzeme özelliklerinin belirlenmesi, yükler ve sınır şartlarının tanımlanması ve modelin kontrol edilmesi

2. Çözüm : Lineer statik, lineer dinamik, ısı transferi ve potansiyel akış analizinin yapıldığı kısım

3. Son işlem : Gerilim ve hasarın görülebildiği ve maksimum müsaade edilebilir hasar, malzeme statik ve yorulma mukavemetleri gibi sonuçların kritik değerlerle karşılaştırılabildiği safhadır.

Karmaşık parçalara bile uygulanabilir. Kullanım tecrübe gerektirmez. FEM sistemi şekillendirme uzmanlarının terminolojisine sahiptir.

Şekillendirmede malzeme akışını izleyebilmek için uygulanır. Parça üzerindeki gerilme ve genleşmelerin dağılımı hesaplanabilir. Malzeme akış hızları ve sıcaklık dağılımı elde edilebilir. Simulasyon ile daha sonradan çıkabilecek hatalara göre takım tasarımının yapılabilmesi. Plastik genleşmenin dağılımı ile bölgesel sertliklerin hesaplanabilmesi. Üretilen parçaya göre optimizasyon stratejisi geliştirilebilir. Çok kademeli işlemlerde kademe optimizasyonu yapılabilir. Çizim : Tasarlanan parça primitifler kullanılarak grafik ekranda oluşturulabilir.

İşlem Planlama (Computer Aided Process Planning -CAPP) : Her parça ailesi için standart bir işlem planı yapılır. Bu plan bilgisayarda saklanır. Daha sonraki aynı aileye ait yeni parçalar için bu plan kullanılır.

Bazı yeni parçalar için düzeltme gerekebilir. Bu parçanın standartdan farklı olması durumunda yapılır.

Parça Programlama : Parça geometrisi tanımlanarak bir veri tabanı oluşturulur. Parça programı otomatik olarak oluşturulur. Program Doğrulama :

CNC tezgah sahiplerinin NC programlarının hazırlanmasından sonra üretime geçmeden önce daima zihinlerinde bir soru işareti kalır. “NC program gerçekten istenildiği gibi çalışacak mı?” Bu sorunun cevabını alamk için genelde yapılan işlem, deneme kesimi yapmaktır. Bu işlem şirket için yüksek maliyetlidir ve büyük zaman kaybıdır. Kesim zamanı, kesim maliyeti ve herhangi bir hatada hatanın giderilmesi kalıp üreicilerine masrafı çok fazladır. Bu deneme kesimine son verecek en iyi çözüm yapılmış NC programın bir simülasyonunun izlenmesidir. Çıkarılan parça programının işleme sokulmadan önce simulasyonunun izlenmesi yararlıdır. Muhtemel büyük hatalar bu şekilde önlenebilir.

Parçanın grafik gösterimi tel kafes, katı model veya gölgelendirilmiş imaj şeklinde olabilir. Genelde takım yolu simulasyonunda parçanın tel kafes gösterimi kullanılır.

Parça İşleme : CAD/CAM sistemleri oparatör için açıklamalar yönünden destekler. Bu bilgiler işleme ayarlarını (ilerleme ve hızlar) içerir. İleri bazı sistemlerde bu işlem grafik formatta yapılır.

Muayene : Karmaşık yüzeylere sahip parçaların muayenesinde kullanılır. Takımın aşınması geri beslemeli bir kontrol devresi ile gözlenebilir.

İşlemede CAD/CAM Kullanılmasının Yararları

Parçanın istenilen açıda grafik ekranda görülebilmesi. İstenilen boyutun çabukça elde edilmesi Analiz yapabilme imkanı Anlaşılabilir çizimlerin oluşturulabilmesi. Perspektif ve diğer görünümlerin kolay elde edilebilmesi. Farklı renklerin kullanılabilmesi NC parça programının yapılabilmesi Parça doğruluğun arttırılması 3. Otomotiv Sektöründe CAD/CAM Uygulaması

Otomobil üreticileri bilgisayar tabanlı sistemleri kullanarak ürün kalitesini arttırmak ve kısa geliştirme zamanları elde etmeyi umarlar.

Ürün Geliştirme Sistemleri :

Tasarım işi öncelikle fikir oluşturma (conseptualization) ile başlar ve ürün planlama ile devam eder. Bir otomobil temel üç bölümden meydana gelir. Bunlar; Motor bölümü, arka bagaj ve yolcu bölümü. Gövde resimleri model oluşturmada (prototip) kullanılır. Bu prototipler test edilir ve test sonuçları geribeslemeli olarak parça resimlerinde gerekli değişikliklere kadar gider.

Genelde TEST aşamasının daha düşük maliyette ve kısa zamanda yapılabilmesi için ANALİTİK MODEL üzerinde yapılacak ANALİZ ve SİMULASYON işlemleri daha büyük önem taşır.

Enjeksiyon Kalıbı Tasarımında CAD/CAM Uygulaması

Seri üretimi yapılacak bir termoplastik malzemenin kalıbı çok önemlidir. Ve tasarımının doğru olması gerekmektedir. CAD/CAM entegrasyonu ile bu işlem daha kolay ve ucuz bir şekilde yapılabilmektedir. Bütün işler üretilecek parçanın CAD resminin oluşturulması ile başlar. Değişik katı model oluşturma ve yüzey modelleme işlemleri ile parça tasarımı kolaylıkla yapılabilir.

Parça tasarlandıktan sonra üretimi için kalıp tasarımına geçmek gerekir. Ancak bu plastik enjeksiyon üretiminin başarılı olup olamayacağının başan bilinmesinde yarar vardır. Aksi halde imal edilecek pahalı kalıplar ve seçilecek plastik malzeme başarısız kalabilir. Bu nedenle parça tasarımı sonrası imalatın bir benzetimini (simulasyonunu) yapmak gerekebilecektir. Bu tür çalışmalar için geliştirilmişözel programlar vardır (C-Mold, MoldFlow). Programın kullanılması için parçanın üzerine bir ağ geçirmek (meshing) gerekir.

Aynı şekilde ve önceki şekillerde plastik malzemenin kalıp boşluğuna enjekte edileceği ve kullanıcı tarfından seçilen yer ise belirlenmiştir. Şimdi sıra plastik enjeksiyon işleminin benzetimine gelmiştir. Burada kalıp boluğuna zamana bağlı olarak erimiş plastik malzemenin nasıl dolduğunu görmemiz yararlı olacaktır.

Benzetim çalışması ile kalıbın tamamen doldurulup doldurulamayacağı kontrol edilmiş olur. Bunun yanında kalıp dolduğunda parça üzerindeki sıcaklık dağılımını da görebilmeleri yaralı olmaktadır. İmalat hızının yüksek olması parçanın kısa zamanda kalıptan çıkarılması gibi faktörler bunu gerektirir. Plastik enjeksiyon işleminde sıvı ve sıcak olan plastiğin kalıp boşluğunun her tarafını doldurması istenir. Yani parçanın tam olarak elde edilemesi gerekir. Bunun için enjeksiyon basıncının iyi ayarlanması gerekir. Kalıp tasarımcılarının bu nedenle basınıç dağılımını da incemeleri gerekebilir. Bunuda programdan elde edebilirler.

Tasarımcı tüm bu bilgileri kullanarak homojen bir dağılım sağlayabilir. Gerekli hallerde enjeksiyon noktası birden fazla verilebilir, kalıbı soğutma/ısıtma yöntemleri düzenlenebilir, yolluklar uygun şekilde tasarlanabilir.

Dövme ve Sıcak Ekstrüzyonda CAD/CAM Uygulamaları

Klasik dövme kalıbı tasarımında deneysel çalışmalar, tecrübe gibi faktörler öne çıkar. Son gelişmelerle bilgisayar destekli metodlar kullanılarak dövme yükü ve gerilmenin tahmini, ön şekillendirilmiş kalıpların tasarımı, kalıpların CNC tezgahlarda imali gibi konularda etkinlik sağlanmıştır.

Tasarım ve ekstrüzyon kalıplarının imalat maliyetlerini düşürmek için bilgisayar destekli sistemler geçilmiştir. Elde edilmek istenilen noktalar şunlardır: Kalıp tasarımı işlemini bilimsel temellere oturtmak yüksek verimlilik, optimum malzeme dayanımı ve maksimum verimlilik için optimum kalıp tasarımı, imalat aşamasının kısaltılması ve NC işleme teknikleri ile kalıp maliyetini düşürmek..

--------------------------------------------------------------------------------

DAĞITIM ŞEBEKELERİNDE SELEKTİF KORUMA

Enerji dağıtım sistemlerinde ülkemizde en yaygın olarak kullanılan besleme şekli dağıtım şebekesini bir ring yapısı oluşturarak kurmak ve bu ringi açık çalıştırarak radyal yapı ile istasyonları beslemektir. (Bkz. Şekil 1).

Ş ekil 1

Açık ring çalışmada, koruma rölesi olarak aşırı akım röleleri kullanılmaktadır. Koruma sisteminin zaman kademelendirmesi sağlıklı koşullarda ringin açık çalışacak noktasının belirlenmesi sonrasında oluşturulur. Ancak bu dağıtım şeklinde hat üzerinde meydana gelen arızalar sonrasında ringin açık noktası değişir, ve bunun sonucunda da radyal besleme yapısı mevcut şeklinden yine radyal bir başka yapıya dönüşür. Bu durumda selektivite bozulmuş olur ve oluşan arızalarda arızaya en yakın röle yerine çok uzaktaki bir başka röle açabilir. Dolayısıyla bu durumdan arıza hiç ile ilgisi olmayan tüketiciler etkilenmiş olur.

Halbuki doğru koruma röleleri kullanarak, kapalı ring çalışamayan sistemler kapalı ring olarak çalışabilirler. Bu sayede hem oluşan arızalarda sadece arızalı bölüm şebekeden izole edilir, hem de ringin kapalı olması sayesinde sistemde enerji kesintisi yaşanmamış olur

Kapalı ring sitemlerde kullanılan en yaygın koruma röleleri yönlü aşırıakım röleleridir. Ancak yönlü aşırıakım röleleri radyal yapıdan gözlü yapıya geçildiğinde veya ring üzerindeki istasyon sayısı zaman kademelendirmesi yapamayacak boyuta gelindiğinde ilave birtakım özel ek teçhizatlara gereksinim duyarlar. Sonuç itibarıyla ortaya üç değişik çözüm çıkmaktadır. Yönlü aşırıakım röleleri, Hat diferansiyel röleleri ve Mesafe koruma röleleri.

--------------------------------------------------------------------------------

DİNAMİK KOMPANZASYON

Kontaktörlü sistemlerle reaktif güç ihtiyacının değişimine yeteri kadar hızlı cevap verilemeyen ve anahtarlama transientlerinden dolayı zarar görme riski olan sistemlerde, kontaktör yerine tristör kullanılarak oluşturulmuş kompanzasyon sistemleri “Dinamik Kompanzasyon Sistemleri” olarak isimlendirilmektedir.

Dinamik Kompanzasyon Sistemlerinin uygulama alanları sebepleri ile birlikte aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

Hızlı Değişen Yükler: Değişken yüklerin anahtarlama sıklığının yüksekliği konvensiyonel kompanzasyon sistemlerinin yetersiz kalacağı uygulamalarda (vinç, matkap vb) kompanzasyon sisteminin hızlı devreye girip çıkmasının sağlanması için kullanılabilir.

Büyük Güçlü Motorların Yol Alması: Enerji besleme sisteminde doğrudan bağlı, büyük güçlü motorların yol almaları sırasında, büyük reaktif akım bileşeninin kompanze edilmesi amacıyla kullanılabilir.

Fliker Kompanzasyon: Yük değişimlerinden dolayı gözde oluşan parlaklık dalgalanması etkisinin giderilmesi için kullanılabilir.

Hassas yükler: Yarı iletken elemanların üretimi gibi hassas uygulamalarda, kontrol merkezi bilgisayar sistemlerinin enerji sistemindeki anahtarlamalardan dolayı oluşabilecek aşırı gerilimlerden etkilenmemesi için dinamik kompanzasyon sistemleri kullanılabilir.

--------------------------------------------------------------------------------

TRİSTÖR MODÜLÜ

Dinamik kompanzasyon sistemlerinde anahtar eleman olarak kullanılan tristör modülleri harmonik filtre reaktörü ile veya reaktörsüz uygulamalarda kullanılabilmektedir. Tristör modüllerinin paralel çalışması ise yüksek devreye grime akımlarının sınırlandırılması nedeniyle sadece reaktörlü uygulamalarda mümkün olabilmektedir.

Tristör modüllerinin çalışma prensibi L1 ve L3 fazlarının anahtarlanması, L2 fazlarının anahtarlanmaması üzerine kuurlmuş olup, bir fazlı ve üç fazlı uygulamalar için kullanılabilmektedir.

Şekil 1.1. Dinamik Kompanzasyon Sisteminde Bir Kademeye Ait Prensip Şema

Kontrol işaretinin gelmesi ile birlikte tristör modülleri içerisinde tristörlerin akımın sıfırdan geçtiği anlarda devreye girecek şekilde tetikleme işaretleri üretilmekte ve tristörler devreye sokulmaktadır. Tistörlerin devreden çıkması da yine sıfır akımda olmaktadır. Bu şekilde anahtarlama sırasında oluşabilecek geçici aşırı gerilimler önlenmiş olmaktadır.

Kondansatörün devre dışı olduğu sure boyunca kondansatör enerji besleme sisteminin tepe değerinde kaldığından herhangi bir anda tekrar devreye sokulabilir.

--------------------------------------------------------------------------------

Spectrum PowerCC - Dağıtım Yönetim Sistemi (DMS) Modülleri

Bölüm-1

Bir elektrik dağıtım şebekesinde Dağıtım Yönetim Sistem modülleri, tüm sistemin bir kumanda merkezinden izlenmesi ve uzaktan kumandası gibi SCADA operasyonlarının yanında, operatörlere hızlı ve doğru analiz imkanları sağlarlar. Dağıtım yönetim sistemi;

şebekede oluşan farklı durumların (trafonun devre dışı kalması v.b.) analizlerini basit bir şekilde yapabilmesi için araçlar sağlar.
daha fazla güvenilir şebeke durum bilgisi sağlar.
şebeke arızalarından sonra veya planlı aktivitelerin gerçekleştirilmesi için operatörün yapması gereken şebeke operasyonlarını desteklerler.

Bu bölümde Dağıtım Yönetim Sistem modüllerinden, Arıza Yeri Bulma hakkında açıklamalar bulabilirsiniz.
Diğer Dağıtım Yönetim Sistemi uygulamaları şunlardır;
1. Dağıtım Sistemi Güç Akış Yöntemi
2. Devre Dışı Kalma Yönetimi
3. Kısa Devre Hesaplama
4. Volt/Var Kontrol
5. Optimal Fider Konfigürasyonu
6. Ekip Yönetim Sistemi
7. Anahtarlama Prosedür Yönetimi
8. Arıza İzolasyonu ve Restorasyonu

1 Arıza Yeri Bulma (FLOC)
Genel olarak dağıtım sistemleri gözlü ağlar olarak tasarlanmıştır, ancak gözlü ağ içerisinde normalde açık olan bağlantı anahtarları ile radyal besleme sistemleri olarak çalıştırılırlar. Normalde açık olan bağlantı anahtarları, bir arıza durumunda, arızalı bölgenin izole edilmesinden sonra enerjisiz kalan bölgelerin tekrar beslenmesi için kullanılırlar.
Bir arızanın, bir devre kesici gibi birincil koruma cihazı ile hızlı bir şekilde temizlenmesi sonrasında, hata uygun bölümlendirme anahtarlarının açılması yoluyla izole edilir. Enerji daha sonra arızasız ancak devre dışı olan bölümlere bağlantı anahtarlarının kapatılması yoluyla verilebilir. izole edilecek olan arızalı alanın mümkün olduğunca küçük tutulabilmesi için arızalı bölümün tam olarak belirlenmesi istenir.

Arıza Yeri Bulma fonksiyonu, SCADA’dan alınan mevcut gerçek zamanlı veriler temelinde, mümkün olan en küçük arızalı bölümün belirlenmesi için tasarlanmıştır. Arıza Yeri Bulma fonksiyonu tarafından kullanılan yöntemlerden bir tanesi, arıza sıkıştırma yöntemidir ve bu yöntem sistematik deneme anahtarlama işlemlerini gerektirir. Arıza Yeri Bulma fonksiyonunun amacı tam olarak arızanın konumunu bulmak değil, daha çok anahtarlar ve/veya arıza indikatörleri ile sınırlandırılmış olan olası arızalı alanı bulmaktır.

İlgili sistemin doğasına bağlı olarak, arızalar geçici ve kalıcı arızalar biçiminde sınıflandırılabilir. Geçici arızalar normalde kendilerini temizler ve bu tür arızalar Arıza Yeri Bulma fonksiyonu tarafından göz önüne alınmaz. Arıza Yeri Bulma fonksiyonu tarafından işlenen arızalar doğası itibariyle kalıcı arızalardır.

1.1 Arıza Yeri Bulma fonksiyonu için kullanılan giriş bilgileri
1.1.1 Koruma Cihazları
Kalıcı bir arızanın meydana gelmesi üzerine, bir devre kesici, koruma rölesi veya yeniden kapatıcı gibi bir koruyucu cihaz trip edecek ve kendisini kilitleyecektir. Eğer koruma cihazının pozisyonu bir haberleşme ortamı ile uzaktan izlenebiliyorsa, pozisyonu kumanda merkezinde derhal güncellenecektir. Bu tür bilgiler arızalı bölümün konumlandırılması için kullanılacaktır.

1.1.2 Arıza İndikatörleri
Arıza indikatörü, enerji hattı üzerinde kendi konumundan aşağıda bir yerde arıza meydana geldiğinde kontak bilgileri ile bildirimde bulunur. Uygun bir iletişim aracıyla, arıza indikatörleri uzaktan okunabilir ve bunların durumu (ya normal durum ya da bir hatanın meydana gelmesi durumunda alarm durumu) Spectrum PowerCC veri tabanında kaydedilir. Aksi halde, arıza indikatörlerinin durumunun kontrol edilmesi için bulundukları yere bir ekibinin gönderilmesi gerekir. Bu durumda, Spectrum PowerCC veri tabanındaki arıza indikatörü durumu bilgilerinin, manuel olarak operatör tarafından güncellenmesi gerekir. Arıza Yeri Bulma fonksiyonu arıza indikatörlerinin durum bilgilerini analiz için Spectrum veri tabanından çağırır.

1.1.3 Sıkıştırma yöntemi için deneme amaçlı anahtarlama işlemlerinden elde edilen sonuçlar

1.2 Arıza Yeri Bulma çözümleri
1.2.1 Scada Araştırması
Dağıtım sistemi yapısının radyal yapıda olduğu varsayılırsa, arıza yeri bulma mantığı aşağıdaki gözlemlere dayanır:

Koruma cihazının ve/veya bir arıza indikatörünün durumunda meydana gelen normal durumdan alarm durumuna değişim bir hatanın meydana geldiğini gösterir.
Arızanın yeri trip eden koruma cihazından aşağıda olmalıdır.
Koruma cihazları arasında mükemmel bir koordinasyon olduğu varsayılırsa, trip eden koruma cihazının altında ek koruma cihazının olduğu durumlarda, arızanın yeri trip eden koruma cihazı ile hemen altındaki koruma cihazı arasında olmalıdır.
Bir fider üzerinde seri halde bulunan bir grup arıza indikatörü için, arıza indikatörleri iki gruba ayrılabilir – durumu değişenler ve durumu değişmeyenler. Arızanın yeri, durumu değişen en alttaki arıza indikatörü ile durumu değişmeyen en üstteki arıza indikatörü arasında olmalıdır.

Yukarıdaki gözlemler temelinde, arızalar aşağıdaki şekilde konumlandırılır:

Öncelikle, üzerinde bir arıza oluşan fider tanımlanır.

Daha sonra, tarama araçları kullanılarak, mümkün olan en küçük hatalı kesit ve bu kesitin sınır anahtarları belirlenir.
Çok sayıda fider üzerinde çok sayıda arıza varsa, yukarıdaki iki basamağın tekrarlanarak tüm arızalı fiderlere uygulanması gerekir.
Hatalı (çalışmayan) arıza indikatörlerin tanımlanması için sınırlı bir kapsam göz önüne alınmıştır. Örneğin, bir fider üzerinde seri olarak bağlanmış üç arıza indikatörün tesis edildiğini varsayalım. Ortadaki arıza indikatörü arıza akımının geçişini göstermezken diğer iki indikatör bir arıza gösteriyorsa, ortadaki arıza indikatörünün hatalı olduğu kabul edilir.
1.2.2 Sıkıştırma Yöntemi Araştırması
SCADA araştırması ile tanımlanan arızalı bölüm içerisinde uzaktan kumanda edilebilir kesiciler varsa, arızalı bölümün yeri, deneme niteliğinde anahtarlama işlemleriyle daraltılabilir. Sıkıştırma Yöntemi Araştırması çalıştırıldığında, öncelikle arızalı bir fider bölümünü, arıza indikatörlerinden gelen bilgiler temelinde belirler ve daha sonra deneme niteliğindeki anahtarlama işlemleri uygulanır. Sistematik deneme niteliğinde anahtarlama işlemleri iyi bilinen sıkıştırma tekniğine dayanır.
Ana adımlar aşağıdaki şekilde özetlenebilir:

SCADA giriş verileri temelinde, sıkıştırma modülü uygulanacak olan bir anahtarlama prosedürünü belirler.
Operatör önerilen anahtarlama prosedürünü onaylar ya da bu prosedür üzerinde değişiklikler yapar ve daha sonra bu prosedürü uygular.
Belirlenen Koruma cihazının durumunda anahtarlama işlemi nedeniyle meydana gelen herhangi bir değişiklik SCADA aracılığı ile tek hat şemada ekranda operatöre gösterilir. Bu tür sonuçlar sıkıştırma modülüne aktarılır ve incelenecek olan fider bölümü sürekli olarak azaldıkça işlem tekrarlanır. İşlem, araştırılmakta olan fider bölümü içerisinde çalıştırılabilecek hiçbir anahtar olmadığında sona erer.
Sıkıştırma yönteminin uygulanması sırasında, tüm anahtarların çalıştırılmasına izin verilemez. Örneğin, operatör anahtarlama işlemleri için yalnızca uzaktan kontrol edilebilen anahtarları göz önüne almayı seçebilir. Bu tür durumları kapsama dahil etmek için, arıza yeri bulma fonksiyonu aşağıdaki mekanizmayı sağlar:

Anahtarlar normalde kesici ya da ayırıcı olarak gösterilir. Aksi belirtilmediği sürece, bunların uzaktan kontrol edilebildiği varsayılır. Anahtarların uzaktan kontrol edilebilir olmaması halinde, bunlar CBnrc ya da Disnrc olarak gösterilir. dna_config dosyası içerisinde, CB, CBnrc için karşılık gelen anahtarlama cihazı elemanı türleri belirlenebilir. Bu şekilde, arıza yeri bulma fonksiyonu hangi anahtarların uzaktan kontrol edilebildiğini ve hangi anahtarların edilemediğini belirleyebilir.

Enerji İletimi ve Dağıtımı
Enerji Otomasyonu Bölümü

--------------------------------------------------------------------------------

ALINTI