ENDÜSTRİYEL OTOMASYON SİSTEMLERİNİ TANIYALIM
Otomasyon sistemlerinin en önemli kısmını, bu sistemlere büyük esneklik veren programlanabilen cihazlar oluşturmaktadır ve bu cihazların temelini de mikroişlemciler ya da mikrodenetleyiciler oluşturmaktadır. Gerçekte PLC’ler mikroişlemciler ya da mikrodenetleyiciler kullanılarak gerçekleştirilmiş cihazlardır.
PLC 'ler sahadaki dağıtılmış giriş-çıkış ünitelerinin mantıksal programlanması ile derleyici ve karar verici üniteler olmakla kalmayıp, zaman içerisinde saha algılayıcılarındaki gelişmelere paralel olarak komple otomasyon çözümleri sunmaktadır.(SCADA)
Hızlı gelişen endüstri uygulamalarında yaygın olarak kullanılan PLC cihazları ile yapılan endüstriyel otomasyon uygulamaları röleli ve PC kontrollü sistemlere göre çok ekonomik ve hızlıdır. Endüstriyel otomasyon sistemleri, en küçük biriminin amaca uygun çalışmasını düzenlediği gibi, bütün üretim sistemleri arasında veri iletişimi imkanı sağlayarak daha üst düzeyde yönetim ve planlama için gerekli bilgi tabanını oluşturur. Bu nedenle PLC'ler kendilerine oldukça geniş kullanım alanları bulmuştur.
Bunlardan bazıları enerji dağıtım sistemleri, karmaşık fabrika otomasyonları, asansör sistemleri, konveyörler, motor hız kontrolü vb. endüstrinin hemen hemen her alanında rahatlıkla kullanılabilen PLC‘ler ile yapılan otomasyon sistemleri röleli ve bilgisayarlı (PC) sistemlere göre bir çok avantaja sahiptir. Bunlardan bazıları şöyle sıralanabilir;
• Daha üst düzeyde bir otomasyon sağlanır
• PLC'li sistem daha uzun süre bakımsız çalışır ve ortalama bakım süreleri daha azdır.
• Teknik gereksinimler arttıkça PLC'li sistem az bir değişiklikle ya da hiç bir değişiklik gereksinimi duyulmadan yeniliğe adapte edilebilir.
• PLC'ler daha az yer kaplar ve çok az enerji harcarlar.
• PLC’li sistemler endüstri ortamlardaki yüksek elektriksel gürültü, elektromagnetik parazitler, mekanik titreşimler, yüksek sıcaklıklar gibi olumsuz koşullar altında çalışabilir.
• Teşhis yazılımlarıyla hatalar kolayca bulunabilirEndüstriyel Otomasyon Sistemleri (EOS)

Rölelerin yerini PLC'lerin, mimik panel ve recorderların yerini PC'lerin almasıyla yeni bir boyut kazanan Endüstriyel Otomasyon Sistemleri, üretimin tüm alanlarında başarıyla uygulanmaktadır.

Üreticilerin rekabet edebilen kalite ve fiyatlara gereksinimleri, bu sistemlerden beklentileri de arttırmaktadır. Artık yalnızca üretmek yeterli olmamakta; neyin, ne kadar, ne sürede, ne kalitede, hangi girdilerle üretildiğinin bilinmesi gerekmektedir. Bu beklentiler donanımdan daha çok SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) yazılımlarında etkisini göstermektedir. Başlangıçta, yalnızca insan makina arabirimi (MMI - Man Machine Interface) olarak düşünülen SCADA yazılımları; PLC'lerden aldığı verileri görselleştiren, PLC'lere veri gönderen, alarm ve geçmişe yönelik verileri depolayan ve basit rapor özellikleri olan yazılımlar iken günümüzde üretim yönetim ve bilgi sistemi (MMI - Manufacturing Management Information) haline gelmişlerdir. İnsan makina arabirimi özellikleri (HMI- Human Machine Interface) gelişmiş, iletişim çağının gereklerine uygun olarak internet hatta mobil telefonlar bile bu arabirimin birer parçası olmuştur. AKÇAM, endüstriyel otomasyon alanında konusunun önder firması E.O.C. ile çözüm ortağı olarak çalışmakta ve SCADA uygulama yazılımları yapmaktadır .
Endüstriyel otomasyon

Otomasyon yada endüstriyel otomasyon ('automation' eski yunancada 'self dicated') endüstriyel makinelerde ve proseslerde insan operatorlerin yerini almasiyla bilgisayarın kullanılmasidir. Mekanikleşmede bir adımdır. Otomasyonun görünen yüzü endüstriyel robotiktir. Bazi avantajlari: tekrarlanabilirlik, daha iyi kalite kontrol, israfın engellenmesi, yeni iş sistemleri ile bütünleşme, üretimin artması ve insana dayalı iş gücünün azaltılmasıdır. Bazı dezavantajlar ise yüksek başlangıç maliyetleri ve sürekli bakım maliyetleridir.

1960'lardan itibaren bilgisayar sistemleri endüstriyel otomasyonda kullanılmaya başlanmıştır. Otomasyonda kullanılan güçlendirilmiş özel bilgisayarlara genelde PLC (Programmable Logic Controller/Programlanabilen Mantık Denetleyicisi) adı verilir. Bu bilgisayarlar sensorler ile girislerinden veri alip, cikislari ile olayları tetikler ve sistemleri harekete geçirir.

İnsan-makine arayüzleri (Human-Machine Interface HMI) genelde PLC'ler ile haberleşmek için kullanılır. Ör: sıcaklık ve basınç değerlerinin görüntülenmesi ve ayarlanması gibi.

Otomasyonun önemi sosyal konular içinde büyüktür. Bunların arasında en önemlisi, otomasyonun iş ve işsizliğe olan etkisidir.

Gömülü Sistemler

Bir gömülü sistem esasında, kontrol ettiği cihazla tümleşmiş özel amaçlı bir bilgisayar sistemidir. Gömülü sistemlerin pc'lerden farklı olarak bazı özel gereksinimleri ve ön tanımlı görevleri yerine getirebilme kabiliyetleri vardır.

Gömülü sistemlere örnekler:
-atm cihazları (automatic teller machines)
-cep telefonları
-network ekipmanları (router, firewall vs.)
-bilgisayar yazıcıları
-disk sürücüleri
-motor denetleyicileri ve abs sistemleri
-ev otomasyonu ürünleri (termostat, klima, güvenlik sistemleri)
-elektronik ev eşyaları (mikrodalga fırın, çamaşır makinasi, tv, dvd player)
-savunma sistemleri, uçaklarıdaki ve füzelerdeki uçuş kontrol sistemleri
-medikal ekipmanlar
-ölçüm sistemleri (osiloskop, spektrum anizörü, enerji analizörü)
-kişisel sayısal asistanlar (pda)
-endüstriyel otomasyon ve izleme sistelmerindeki plc'ler
-playstation tarzı oyun konsolları

Gömülü sistemlerin en önemli özellikleri düşük güç tüketimi ve düşük maliyetleridir. Çünkü pek çok gömülü sistem 10bin yada milyon adetlerde üretilir. Gömülü sistemlerde genelde yavaş bir işlemci ve küçük hafıza boyutları kullanılır. Sebep : tabiki maliyetleri düşürmek.

Yavaşlık sadece işlemci saat hızının düşmesi anlamında algılanmamalıdır. Bilgisayar sisteminin tüm mimarisi sadeleştirilerek ve basitleştirilerk maliyetleri düşürmek için gömülü sistemlerde kullanılır.

Gömülü sistemlerdeki yazılımlar, donanım kısıtlarına rağmen genelde gerçek-zamanlı (real-time) çalışırlar. Genelde işletim sistemi, disk sürücüsü, klavye yada ekranları olmaz. bir flash sürücü mekaniksel olarak dönen bir disk sürücüsünün yerini, basit bir kaypad bir klavyenin yerini, küçük bir lcd'de pcdeki ekranın yerini alabilir.

Firmware, gömülü donanımlarda çalışan yazılıma denir ve rom/flash hafıza yada IC (tümleşik devre) yongası içinde bulunabilir.

Gömülü sistemler, 100% güvenilir, hata yapmayan, yıllarla ölçülebilen uzun zaman peryodlarında çalışabilecek şekilde tasarlanır. Burda yazılımın önemli çok büyüktür. Donanımdaki hatalar kolaylıkla tespit edilirken, firmware hataları daha zor ayıklanabilir. Ayrıca yazılımın donanımı tekrar başlatma (reset/restart) özelliği mutlaka bulunmaldır çünkü gömülü sistemleri insanların ulaşamayacağı yerlerde çalışmak zorunda olabilir (petrol kuyusu içindeki bir sistem yada bir uzay aracındaki veya uydudaki bir sistem gibi). Yıkıcı bir veri bozulması durumunda firmware kırılacak ve sistem duracaktır. Bu gibi durumlarda genelde yazılımdaki önlemlerin yanı sıra yazılımı destekleyen donanımsal bazı restart sistemleri geliştirilmiştir. Bekçiköpeği zamanlayıcısı (watchdog timer) yazılımda gelen bir hata durumunda sistemi yeniden başlatarak prosesin aksamasını önlemektedir.

Gömülü sistemler pek çok CPU mimarisinde tasarlanabilir. Şu an için Intel/AMD x86 mimarisi, apple/motorola/ibm powerpc ise apple machintosh mimarisi üzerinedir.

Daha genel bir gömülü sistem konfigrasyonu ise yonga üzerinde sistemlerdir (system on chip). Bir uygulamaya özel tümleşik devre (application-specific integrated circuit/ASIC), IC tasarımna entellektüel özelliğin dahil edilerek üretilmesiyle elde edilen işlemcidir.

Tipik bilgisayar programcıları gibi gömülü sistem tasarımcıları da derleyici, assembler ve hata ayıklayıcı kullanırlar. Bu yazılım araçları pek çok kaynaktan elde edilebilir: bu pazarda özelleşmiş yazılım firmlarından, GNU yazılım geliştirme araçlarından port edilerek (cross-compiler: http://www.kegel.com/linux/embed/ ), eğer gömülü sistemdeki işlemci pc'dekinin bir türevi yada akrabasıysa geleneksel pclerdeki yazılım araçlarıda kullanılabilir.

Gömülü sistemlerin genelde işletim sistemleri yoktur yada özelleşmiş gömülü işletim sistemleri bulunabilir. Bunlara genelde gerçek-zamanlı işletim sistemleri (RTOS) adı verilir.

Hata ayıklama genelde dahili devre emulatorü (in-circuit emulator/ICE) veya mikrodenetleyicinin dahili mikrokodlarına kesme yapabilen bazı ayıklayıcılarla yapılır.

İlk kayda değer modern gömülü sistem apollo yolgösterme bilgisayarıdır (Apollo Guidance Computer). Ay uçuçlarında görev yapan CSM ve LM modüllerinde rehberlik sistemi olarak çalışmışlardır. Esasında bu sistem Apollo projesinin en riskli aldımlarından biridir. Bunun yaninda, ilk endüstriyel seri üretim (mass production) gömülü sistemler ise Minuteman misillerinde kullanılmıştır.

Gömülü sistemlerinden tasarımlarında mikroişlemci yada mikrodenetleyici kullanılır. Her gömülü sistemde bir başlangıç kodu (start-up code) bulunur. Açılış esanısında kesmeleri devre dışı bırakır, elekronik sistemi yapılandırır, bilgisayar sistemini (ram, cpu ve yazılımı) test eder ve ardından uygulama yazılımının kodlarını başlatır. Kısa zamanlı besleme hatalarından dolayı, gömülü sistem kendini tekrar başlatır. Genelde yeniden başlatma işlemi saniyenin onda biri kadar bir sürede gerçekleşmelidir.

Pek çok tasarımcı yazılım kontrolünde olan LEDleri kullanarak geliştirme esnasında hataları göstererek üretimde hata ayıklamayı kolaylaştırmışlardır. Yaygın bir kullanım, elektronik sistem reset anında tüm LEDleri kapalı duruma getirir. Uygulama her bir başarımdan sonra ilgili LEDi açar veya duruma göre yanıp sönme efekti verebilir (blink).

Gömülü yazılım mimarileri olarak pek çok farklı yöntem bulunmaktadır.

- Kontrol döngüsü : Bu tasarım metodunda yazılımın basit bir döngüsü bulunur. Bu döngü alt rutinleri çağırır. Her bir alt prosedür yazılımın veya donanımın bir parçasını yönetir. Kesmeler (interrupt), yazılımın kalan kısmı tarafından okunan sayıcıları veya bayrak değişkenlerini değiştirirler.

Basit bir API, kesmeleri aktif veya pasif yapar. İçiçe geçmiş alt prosedürlere çağrı yapar ve dıştakine geri doner. bunlar basit bir çekirdek (kernel) oluşturmanın temel adımlarıdır.

Zamanlayıcılar da ise belli peryotlarda tetiklenen kesmeler vardır. Bir zamanlayıcının süresi dolduğu zaman ilgili alt prosedür çalıştırılır yada bir bayrak değişkeni set edilir.

Donanımların tepkilerimi mutlaka yazılımsal zamanlayıcılar ile kontrol edilmelidir. Donanım sistemleri trilyonda bir defa da olsa hata yapabilirler. ama seri üretimdeki cihazlar için, yazılım ile donanımın kontrol edilme durumu yoksa bu büyük bir sıkıntı oluşturabilir.

Pek çok tasarımcı her bir I/o birimini her döngüde bir kez okumayı ve sonucu bir mantıksal değişkende tutmayı önerir.

Bazı tasarımcılar ise kendi durum makinelerini tasarlayarak sadece bir yada iki şeyi her durum için kontrol eder.

Bu metodun en zayıf yanı, sitemin her hangi bir donanım tetiklemesine karşı ne kadar zamanda tepki verileceğinin garanti edilememesidir.

Interruptlar zorunlu kalınmadığı sürece devre dışı bırakılmamalıdır.

Bir diğer zayıf yan ise, sisteme yeni özellikler ekleneceği zaman yapının aşırı karmaşıklaşmasıyla kodlaanın zorlaşmasıdır. uzun zaman alan algoritmalar dikkatli bir biçimde parçalanarak ana döngü içinde sadece küçük bir parçanın bir miktar çalışması sağlanabilir.

Bu sistemin bir avantajı basit olması ve suçun yüklenebileceği bir işletim sistemi olmamasından dolayı yazılan yazılımın çalışacağının garanti edilmesidir.

-Nonpreemptive multitasking: Bu teknik yukardaki tekniğe çok benzemektedir. tek fark döngünün bir API içinde saklı olmasıdır. Görev dizileri tanımlanır ve her bir görev kendisine ait olan altrutin yığınını alır. sonrasında bir görev boşta durumdayken, özel bir alt prosedur olan idle rutinini çağırır (genelde pause,wait veya yield tarzı).

Bu mimaride bir olay kuyruğu bulunur, bir döngü bu olayları işi bitince kaldırır ve gerekli olan alt rutinleri çağırır.

Avantaj ve dezavantjarları kontrol döngüsü yöntemininkilere benzerdir. ancak sisteme yeni bir yazılım eklemen daha kolaydır.

-Preemptive zamanlayıcılar (timers): Yukardaki sistemlerden birini baz alırız ve bir zamanlayıcı kesmesiyle alt yordamları çalıştıran bir timer ekleriz.

-Diğer teknikler:

-Preemptive tasks
-Office-style operating systems
-Exotic custom operating systems