Salvo
Kayıtlı Üye
Özet:
Günümüzde hızla değişen müşteri istekleri ve yoğun rekabet sonucu ürün ömürleri çok kısalmıştır. Böylesine çetin koşullar karşısında alışılmış tasarım ve imalat teknolojileri yetersiz kalmış, bu ihtiyacı gidermek üzere yeni kavram ve yöntemler doğmuştur. Bunlardan biriside mekatronik mühendisliği kavramıdır. Mekatronik; makine mühendisliği, elektrik/elektronik mühendisliği ve bilgisayar teknolojisinin eş amaçlı tümleşik bir yapıda gerçekleştirilmesi ve uygulamasıdır.
Mekatronik tasarı
m tekniği ardışık tasarım yerine daha çok eşamaçlı ürünlerle sonuçlanan tasarımı düzenlemek için tümleşik bir yaklaşıma dayanır. Mekatronik yaklaşımın asıl bileşimi ağırlıklı olarak sistem modeli kullanımına, tasarım ve prototip aşamaları yoluyla simülasyona dayanır. Çünkü model birçok disiplinden mühendisler tarafından kullanılacağı ve değiştirileceği için sanal sezgisel çevrede programlanması özellikle önemlidir. Mekatronik sistemlerin gelişiminde ilk adım müşteri ihtiyaçlarını ve sistemin birleştirildiği teknik çevreyi analiz etmektir. Genel olarak yedi ana başlık altında toplanan Mekatronik Tasarım Süreci bir sera tasarımına uygulanmış ve sistemin bir prototipi başarıyla geliştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Mekatronik, Tasarı
m, Prototip
1.Giriş
Mekatronik kelimesi son yıllarda güncelliğini, bir üründe veya işlemde elektronik donanımı ve bilgisayar yazılımını makine mühendisliği ile birleştiren mühendislik alanı için hem bir odak noktası hem de bir başlık sağlayarak kazanmıştır.1mı için kullanılan bir yöntemdir.2 Yöntem, bilim veya disiplinin belli bir dalında çalışanlar tarafından kullanılan uygulamaların, işlemlerin ve kuralların bir derlemesidir.2Bu tanımın sonucunda mekatronik sistem; elektrik, makine, bilgisayar bilimi ve bilgi teknolojisi gibi dört temel disiplini ve disiplinler arası konuları kapsayan tümleşik bir yaklaşımdır.
Mekatronik, elektromekanik ürünlerin optimal tasarı
2. Mekatronik Tasarım
Sistem mühendisliği olarak bilinen mühendislik dalı ilk tasarım için eşzamanlı yaklaşımı kullanır.2 Bu anlamda mekatronik, sistem mühendisliği yaklaşımının genişletilmiş hali olarak düşünülebilir. Fakat mekatronik, tasarıma ışık tutmak için bilgi sistemleriyle desteklenir ve bütün tasarımı daha kapsamlı hale getirmek yalnızca başlangıç tasarım aşamasına değil tasarımın bütün aşamalarına uygulanır. Ürünlerin ve işlemlerin üretimi ve tasarımı için bilgi sistemleriyle birlikte mekanik, elektrik ve bilgisayar sistemlerinin bütününde bir sinerji vardır. Sinerji, parametrelerin doğru birleşimiyle üretilir; bu demektir ki son ürün tüm parçalardan daha iyi olabilir. Mekatronik ürünler daha önce sinerjili birleşim olmaksızın başarılması çok zor olan performans özellikleri göstermekteydiler. Mekatronik tasarımın temel bileşenleri Şekil 1’de gösterilmiştir
Şekil 1. Mekatronik Tasarımın Temel Bileşenleri
Literatür bu öz temsili benimsemesine rağmen daha açık fakat daha karmaşık temsili şekil 2’de gösterilmiştir.
Şekil 2. Mekatronik Tas
Mekatronik, bilgi sistemlerini fiziksel sistemlere uygulamanın sonucudur. En sağ nokta noktalı bloktaki fiziksel sistem aktuatörler, algılayıcılar ve gerçek zaman arayüzlerinin yanı sıra mekanik, elektrik ve bilgisayar sistemlerini de içerir. Literatürde bu blok elektromekanik sistem olarak adlandırılır.
3. Mekatronik Tasarım Süreci
Mekatronik, hem bir tasarım felsefesi hem de mühendislik tasarımında tümleşik bir yaklaşımdır. Mekatronik, disiplinler arası fikirler ve tekniklerin simülasyonu yoluyla sinerjiyi yükseltmek için uygun koşullar sağlar.2 Tipik mekatronik sistemler algılayıcıları kullanarak teknik çevreden veri ve bilgi toplarlar. Bir sonraki aşama, birleştirilmiş bir şekilde sistemin bütün alt başlıklarını kapsaması için model ve tasarım metotlarını ayrıntılı bir şekilde kullanmaktır. Mekatronik sistem tasarımında ilk adım müşteri ihtiyaçlarını ve sistemlerin birleştirildiği teknik çevreyi analiz etmektir. Buna göre Mekatronik Tasarım Süreci yedi başlık altında toplanabilir.
İhtiyaçlar
süreci belki bir müşteriden belkide alıcıdan gelen ihtiyaçlarla başlar. Bu durum, potansiyel müşterilerin ihtiyaçlarını anlamak için yapılan Pazar araştırmaları tarafından belirlenebilir.
Problemin Analizi
m geliştirmede ilk aşama, problemin doğru doğasını bulmaktır. Örneğin, onu analiz etmektir. Problemin iyi bir şekilde analiz edilmesi, problemin tam olarak tanımlanamaması ve ihtiyacı karşılamayacak tasarımlar üzerinde boşa zaman kaybına yol açacağından dolayı önemlidir.
Teknik Ayrı
Olası Çözümlerin Belirlenmesi
Bu dönem “kavramsal konum” olarak adlandırılır. Yaklaşık boyutlar, şekiller, materyaller ve fiyat gibi istenen fonksiyonların her birinin elde edilmesinin yolunu göstermek için yeterli detayda çözülen taslak çözümler hazırlanır. Bu aynı zamanda daha önceden benzer problemler için neler yapıldığının ortaya çıkmasını da ifade eder. Tekerleği yeniden icat etmenin anlamı yoktur.
Uygun Çözümün Seçilmesi çeşitli çözümler değerlendirilir ve en uygun olanı seçilir.
DetaylıBir Tasarımın Üretilmesi Bu bölümde seçilen tasarı mın detayları çalıştırılmalıdır. Bu bir tasarımın en iyi detaylarına karar vermek için prototiplerin üretilmesini gerektirebilir.
Çalışan Çizimlerin Üretilmesi Seçilen tasarım, aletin yapılabilmesi için daha sonra çalışan çizimlere ve elektrik devre diyagramlarına çevrilir.
Tasarı m sürecinin her aşaması aşama aşama takip edilecek diye düşünülmemelidir. Bazen bir önceki aşamaya dönmek ve daha çok üzerinde çalışmak gerekebilir. Bu yüzden, olası çözümlerin üretilmesi aşamasında, geriye gitme ve problemin analizini yeniden gözden geçirmek gerekebilir.
4. Tekniğin Bir Sera Sistemine Uygulanması
4.1. İhtiyaçların Hazırlanması ve Tasarım Fonksiyonlarının Belirlenmesi Tekniği Tasarı in sera sistemine uygulanmasında öncelikle sera sisteminin kontrol edilmesi ihtiyacı belirlenmiştir. Yapılan araştırmada şu sonuçlara varılmıştır; Seralar için en önemli husus çevre şartlarının sağlanmasıdır. Özellikle kış aylarında sera içindeki sıcaklık, bitkinin gelişmesi için gerekli nominal değerler içinde olmalıdır. Bu sağlandığında bitkinin gelişmesinin hızlanmasıyla birlikte ürünün kalitesi de artmaktadır. Ekilen her bitkinin gereksinimlerini sürekli karşılamak, insan bazında zaman ve enerji kaybına neden olmaktadır. Ayrıca sulama, havalandırma veya ilaçlama aşamasındaki gecikmeler bitkinin gelişimini yavaşlatmakta, verimi ve ürünün kalitesini düşürmektedir. İşte bu nedenlerden dolayı seranın kontrolüne ihtiyaç duyulmaktadır.m geliştirme aşamasında önce problem en ince ayrıntılarına kadar analiz edilmiş ve sistemin ihtiyaçları belirlenmiştir. Bu özellikler aşağıda sıralanmıştır.lacak olan tasarımda sera içersindeki sıcaklığın, ekilecek bitkiye göre yetiştirme süresince sabit veya günlere göre değişen değerlerde tutulması sağlanacaktır.m, sıcaklığın eksi değerlere düşmemesini sağlayarak soğuktan dolayı oluşacak donmayı da önleyecektir.ca yaz aylarında meydana gelen aşırı sıcaklara karşı sera içersindeki havanın normal değerlere düşürülmesi için gerekli olan soğutma sistemini(fanları) çalıştıracaktır.ayarında sera içersindeki sıcaklık ölçülerek istenen değerin altında olması halinde ısıtma sistemini devreye sokacaktır.
Yapı
Tasarı
Ayrı
Kış
Sera içersindeki bitkilerin nemlendirilmesi, ortam neminin her an ölçülmesi ve nemlendirme sisteminin devreye alınmasıyla sağlanacaktır.
Bir sonraki aşamada bu ihtiyaçları yerine getirecek olan mekatronik sistem için algılayıcı, işlemci ve aktuatör seçimleri yapılmıştır.
Tasarım için algılayıcı seçiminin ekonomik olması dikkate alınarak sıcaklık ve nem parametreleri için iki ayrı algılayıcının kullanılmasının yerine her iki algılayıcıyı içinde birleştiren E+E ELEKTRONIK firmasının EE09 tipi algılayıcısı seçilmiştir. EE09 tipi algılayıcının teknik özellikleri Çizelge 1’de, terminal bağlantıları da Şekil 3’de gösterilmiştir.
Çizelge 1. EE09 algılayıcının teknik özellikleri
%0-100 nem ve 0-50oC sıcaklıkta çıkış değerleri 0-10 volt
Minimum yüklenme direnci 10 k W
Kaynak gerilimi
15-35 V DC / 24 V AC ±%20
Kaynak akı mı < 10 mA
Sıcaklık aralığı -5 ile +55 arasında
Şekil 3. EE09 Algılayıcı Bağlantı Uçları
Tasarımın geri beslemeli kontrol devresi için analog giriş-çıkış birimlerini ve matematiksel işlemleri gerektirmesi işlemci seçimi için Siemens marka S7-200 PLC’nin seçilmesine neden olmuştur. S7-200 PLC’nin dijital girişli olması ve kullanılan algılayıcı çıkışının da analog olması tasarımda yine Siemens marka EM235 tipi Analog giriş-çıkış modülünün kullanılmasını gerektirmiştir. Kullanılan EM235 Analog giriş-çıkış modülü 4 analog girişe ve 2 dijital çıkışa sahiptir. Modülün bağlantı terminalleri Şekil 4’de gösterilmiştir
Şekil 4. EM235 Anolog Modül Terminal Bağlantıları
Ayrıca tasarımda o anda okunan sıcaklık ve nem değerlerinin görüntülenebilmesi için S7-200 PLC’ler için bir test ekranı ve operatörü olan Siemens marka TD 200 kullanılmıştır. TD 200’de 9 adet tuş bulunmaktadır. Bu tuşlardan 5 tanesi mesaj oluma ve onay tuşu, 4 tanesi ise kullanıcı tarafından fonksiyon ataması yapılabilen tuşlardır.
4.2. Prototip Üretimi ve Çalıştırılması
Sera tasarımı için ihtiyaçlar hazırlandıktan ve bu ihtiyaçları yerine getirecek olan algılayıcılar, işlemci ve aktuatörler seçildikten sonra gerçek sistemin bir prototipi üretilmiştir. Prototip, birbirini tamamlayan iki parçadan oluşmaktadır. Bunlardan birincisi Şekil 5’de gösterilen sera şartlarının yapay olarak sağlandığı parçadır. İkincisi ise, Şekil 6’de gösterilen kontrol setidir.
Şekil 5. Yapay Sera Ortamı
Şekil 6. Deney Seti
Tasarımın ihtiyaçlarını gerçekleştirmek için yazılan PLC programı ise dört bölümden oluşmaktadır. Bunlardan üç tanesi alt program olup bu programlar ana program işletilirken sırayla sürekli çağırılıp işletilmektedir. Sıcaklık ve nem alt programında genel olarak aynı işlemler yapılmaktadır. Sıcaklık için analog giriş-çıkış modülünün bir girişinden, nem için ise başka bir girişinden alınan analog bilgiler PLC içerisinde değişken bellek bölgelerine taşınmakta, burada reel sayıya çevrilmektedir. Aynı zamanda nem ve sıcaklık bilgilerinin görülebilmesi için TD200 ekranına mesaj yazılmakta, bu kapsamda sıcaklık bilgisi TD200’den okunurken nem bilgisi ekrandan silinerek yerine sıcaklık bilgisi getirilmekte, nem bilgisi için ise sıcaklık bilgisi ekrandan silinmektedir. Data Blok bölümünde, sıcaklık ve nem kontrolü için maksimum ve minimum değerler, üst kontrol sınırı ve alt kontrol sınırı girilmekte, ilgili alt programda analog modülden okunan bilgiler bu değerlerle karşılaştırılmaktadır. Karşılaştırma sonucunda algılayıcıdan gelen bilgi üst sınır olarak ayarlanan değerin üstüne çıktığı zaman PLC’nin işlemle ilgili mesaj TD200’den izlenebilmektedir. Aynı şekilde karşılaştırma sonucu küçük olduğu zaman PLC’nin yapacağı işlem TD200’den izlenebilmektedir. Örneğin sıcaklık için algılayıcıdan gelen bilgi üst sınır olarak ayarlanan değerin üstüne çıktığında PLC fanları devreye sokacak, aynı zamanda TD200’den fanlar devrede mesajı görülecektir. Algılayıcıdan gelen bilgi alt sınır olarak ayarlanan değerin altına düştüğünde PLC ısıtıcıyı devreye sokacak, aynı zamanda TD200’de ısıtıcılar devrede mesajı görülecektir. Nem için ise, algılayıcıdan gelen bilgi alt sınır olarak ayarlanan eğerin altına düştüğünde PLC sulama sistemini devreye sokacak, aynı anda TD200’de sulama yapılıyor mesajı görülecektir.
Mekatronik, hem bir tasarım felsefesi hem de mühendislik tasarımında birleşik bir yaklaşımdır. Mekatronikte temel faktör tasarım süreci çerçevesinde bu alanların birleşimidir. Yöntem, disiplinlerarası fikirler ve tekniklerin simülasyonu yoluyla sinerjiyi yükseltmek için uygun koşullar sağlar. Böylece teknik olarak karmaşık durumlara yeni çözümler için katalitik etki sağlamış olur.
Eğer bir ürün Mekatronik Tasarım Tekniği ile birleştirilirse çarpıcı sonuçlara ulaşılabilir. Mekatronik Tasarım Tekniğinin kullanımıyla daha çok verimlilik, yüksek kalite, geri besleme sistemi ve ürün güvenirliliği sağlanır. Algılayıcıların ve karmaşık bir sistemdeki kontrol sistemlerinin birleşimi ana giderleri azaltır, yüksek derecede esneklik sağlar ve yüksek derecede makine kullanımıyla sonuçlanır. Bu amaçları başarabilecek Mekatronik Tasarım Tekniğini uygulamak için organizasyonun, zaman içinde değişen yarının ihtiyaçlarının, veri fonksiyonlarının, kontrolün ve aletlerin birleşiminin tasarımın başında hesaba katılması gerekmektedir. Tekniğin uygulama alanlarından ve örnek olarak verilen sistemin tasarımında sağladığı avantajlardan da anlaşılacağı gibi sistem tasarımı alanında tekniğin etkinliği ve gelecekte daha da önem kazanacağı gözardı edilemez bir gerçektir.
ntıların Hazırlanması Analizi takiben, gereksinimlerin özellikleri hazırlanabilir. Çözümde yer alan kısıtlamalar ve tasarımın kalitesine karar verecek olan kriterler problemi ifade edecektir. Problem ortaya koyulurken, tüm gerekli özellikleri ile birlikte tasarımın gerektirdiği tüm fonksiyonlar belirlenmelidir. Bu yüzden, gerekli hareketin kütlesi, boyutları, çeşitleri ve değişim alanı ve de elemanların doğruluğu, giriş ve çıkış koşulları, arayüzleri, güç koşulları, operasyon çevreleri, ilgili standartlar, uygulama kodları hakkında bir rapor olabilir.
Günümüzde hızla değişen müşteri istekleri ve yoğun rekabet sonucu ürün ömürleri çok kısalmıştır. Böylesine çetin koşullar karşısında alışılmış tasarım ve imalat teknolojileri yetersiz kalmış, bu ihtiyacı gidermek üzere yeni kavram ve yöntemler doğmuştur. Bunlardan biriside mekatronik mühendisliği kavramıdır. Mekatronik; makine mühendisliği, elektrik/elektronik mühendisliği ve bilgisayar teknolojisinin eş amaçlı tümleşik bir yapıda gerçekleştirilmesi ve uygulamasıdır.
Mekatronik tasarı
m tekniği ardışık tasarım yerine daha çok eşamaçlı ürünlerle sonuçlanan tasarımı düzenlemek için tümleşik bir yaklaşıma dayanır. Mekatronik yaklaşımın asıl bileşimi ağırlıklı olarak sistem modeli kullanımına, tasarım ve prototip aşamaları yoluyla simülasyona dayanır. Çünkü model birçok disiplinden mühendisler tarafından kullanılacağı ve değiştirileceği için sanal sezgisel çevrede programlanması özellikle önemlidir. Mekatronik sistemlerin gelişiminde ilk adım müşteri ihtiyaçlarını ve sistemin birleştirildiği teknik çevreyi analiz etmektir. Genel olarak yedi ana başlık altında toplanan Mekatronik Tasarım Süreci bir sera tasarımına uygulanmış ve sistemin bir prototipi başarıyla geliştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Mekatronik, Tasarı
m, Prototip
1.Giriş
Mekatronik kelimesi son yıllarda güncelliğini, bir üründe veya işlemde elektronik donanımı ve bilgisayar yazılımını makine mühendisliği ile birleştiren mühendislik alanı için hem bir odak noktası hem de bir başlık sağlayarak kazanmıştır.1mı için kullanılan bir yöntemdir.2 Yöntem, bilim veya disiplinin belli bir dalında çalışanlar tarafından kullanılan uygulamaların, işlemlerin ve kuralların bir derlemesidir.2Bu tanımın sonucunda mekatronik sistem; elektrik, makine, bilgisayar bilimi ve bilgi teknolojisi gibi dört temel disiplini ve disiplinler arası konuları kapsayan tümleşik bir yaklaşımdır.
Mekatronik, elektromekanik ürünlerin optimal tasarı
2. Mekatronik Tasarım
Sistem mühendisliği olarak bilinen mühendislik dalı ilk tasarım için eşzamanlı yaklaşımı kullanır.2 Bu anlamda mekatronik, sistem mühendisliği yaklaşımının genişletilmiş hali olarak düşünülebilir. Fakat mekatronik, tasarıma ışık tutmak için bilgi sistemleriyle desteklenir ve bütün tasarımı daha kapsamlı hale getirmek yalnızca başlangıç tasarım aşamasına değil tasarımın bütün aşamalarına uygulanır. Ürünlerin ve işlemlerin üretimi ve tasarımı için bilgi sistemleriyle birlikte mekanik, elektrik ve bilgisayar sistemlerinin bütününde bir sinerji vardır. Sinerji, parametrelerin doğru birleşimiyle üretilir; bu demektir ki son ürün tüm parçalardan daha iyi olabilir. Mekatronik ürünler daha önce sinerjili birleşim olmaksızın başarılması çok zor olan performans özellikleri göstermekteydiler. Mekatronik tasarımın temel bileşenleri Şekil 1’de gösterilmiştir
Şekil 1. Mekatronik Tasarımın Temel Bileşenleri
Literatür bu öz temsili benimsemesine rağmen daha açık fakat daha karmaşık temsili şekil 2’de gösterilmiştir.
Şekil 2. Mekatronik Tas
Mekatronik, bilgi sistemlerini fiziksel sistemlere uygulamanın sonucudur. En sağ nokta noktalı bloktaki fiziksel sistem aktuatörler, algılayıcılar ve gerçek zaman arayüzlerinin yanı sıra mekanik, elektrik ve bilgisayar sistemlerini de içerir. Literatürde bu blok elektromekanik sistem olarak adlandırılır.
3. Mekatronik Tasarım Süreci
Mekatronik, hem bir tasarım felsefesi hem de mühendislik tasarımında tümleşik bir yaklaşımdır. Mekatronik, disiplinler arası fikirler ve tekniklerin simülasyonu yoluyla sinerjiyi yükseltmek için uygun koşullar sağlar.2 Tipik mekatronik sistemler algılayıcıları kullanarak teknik çevreden veri ve bilgi toplarlar. Bir sonraki aşama, birleştirilmiş bir şekilde sistemin bütün alt başlıklarını kapsaması için model ve tasarım metotlarını ayrıntılı bir şekilde kullanmaktır. Mekatronik sistem tasarımında ilk adım müşteri ihtiyaçlarını ve sistemlerin birleştirildiği teknik çevreyi analiz etmektir. Buna göre Mekatronik Tasarım Süreci yedi başlık altında toplanabilir.
İhtiyaçlar
süreci belki bir müşteriden belkide alıcıdan gelen ihtiyaçlarla başlar. Bu durum, potansiyel müşterilerin ihtiyaçlarını anlamak için yapılan Pazar araştırmaları tarafından belirlenebilir.
Problemin Analizi
m geliştirmede ilk aşama, problemin doğru doğasını bulmaktır. Örneğin, onu analiz etmektir. Problemin iyi bir şekilde analiz edilmesi, problemin tam olarak tanımlanamaması ve ihtiyacı karşılamayacak tasarımlar üzerinde boşa zaman kaybına yol açacağından dolayı önemlidir.
Teknik Ayrı
Olası Çözümlerin Belirlenmesi
Bu dönem “kavramsal konum” olarak adlandırılır. Yaklaşık boyutlar, şekiller, materyaller ve fiyat gibi istenen fonksiyonların her birinin elde edilmesinin yolunu göstermek için yeterli detayda çözülen taslak çözümler hazırlanır. Bu aynı zamanda daha önceden benzer problemler için neler yapıldığının ortaya çıkmasını da ifade eder. Tekerleği yeniden icat etmenin anlamı yoktur.
Uygun Çözümün Seçilmesi çeşitli çözümler değerlendirilir ve en uygun olanı seçilir.
DetaylıBir Tasarımın Üretilmesi Bu bölümde seçilen tasarı mın detayları çalıştırılmalıdır. Bu bir tasarımın en iyi detaylarına karar vermek için prototiplerin üretilmesini gerektirebilir.
Çalışan Çizimlerin Üretilmesi Seçilen tasarım, aletin yapılabilmesi için daha sonra çalışan çizimlere ve elektrik devre diyagramlarına çevrilir.
Tasarı m sürecinin her aşaması aşama aşama takip edilecek diye düşünülmemelidir. Bazen bir önceki aşamaya dönmek ve daha çok üzerinde çalışmak gerekebilir. Bu yüzden, olası çözümlerin üretilmesi aşamasında, geriye gitme ve problemin analizini yeniden gözden geçirmek gerekebilir.
4. Tekniğin Bir Sera Sistemine Uygulanması
4.1. İhtiyaçların Hazırlanması ve Tasarım Fonksiyonlarının Belirlenmesi Tekniği Tasarı in sera sistemine uygulanmasında öncelikle sera sisteminin kontrol edilmesi ihtiyacı belirlenmiştir. Yapılan araştırmada şu sonuçlara varılmıştır; Seralar için en önemli husus çevre şartlarının sağlanmasıdır. Özellikle kış aylarında sera içindeki sıcaklık, bitkinin gelişmesi için gerekli nominal değerler içinde olmalıdır. Bu sağlandığında bitkinin gelişmesinin hızlanmasıyla birlikte ürünün kalitesi de artmaktadır. Ekilen her bitkinin gereksinimlerini sürekli karşılamak, insan bazında zaman ve enerji kaybına neden olmaktadır. Ayrıca sulama, havalandırma veya ilaçlama aşamasındaki gecikmeler bitkinin gelişimini yavaşlatmakta, verimi ve ürünün kalitesini düşürmektedir. İşte bu nedenlerden dolayı seranın kontrolüne ihtiyaç duyulmaktadır.m geliştirme aşamasında önce problem en ince ayrıntılarına kadar analiz edilmiş ve sistemin ihtiyaçları belirlenmiştir. Bu özellikler aşağıda sıralanmıştır.lacak olan tasarımda sera içersindeki sıcaklığın, ekilecek bitkiye göre yetiştirme süresince sabit veya günlere göre değişen değerlerde tutulması sağlanacaktır.m, sıcaklığın eksi değerlere düşmemesini sağlayarak soğuktan dolayı oluşacak donmayı da önleyecektir.ca yaz aylarında meydana gelen aşırı sıcaklara karşı sera içersindeki havanın normal değerlere düşürülmesi için gerekli olan soğutma sistemini(fanları) çalıştıracaktır.ayarında sera içersindeki sıcaklık ölçülerek istenen değerin altında olması halinde ısıtma sistemini devreye sokacaktır.
Yapı
Tasarı
Ayrı
Kış
Sera içersindeki bitkilerin nemlendirilmesi, ortam neminin her an ölçülmesi ve nemlendirme sisteminin devreye alınmasıyla sağlanacaktır.
Bir sonraki aşamada bu ihtiyaçları yerine getirecek olan mekatronik sistem için algılayıcı, işlemci ve aktuatör seçimleri yapılmıştır.
Tasarım için algılayıcı seçiminin ekonomik olması dikkate alınarak sıcaklık ve nem parametreleri için iki ayrı algılayıcının kullanılmasının yerine her iki algılayıcıyı içinde birleştiren E+E ELEKTRONIK firmasının EE09 tipi algılayıcısı seçilmiştir. EE09 tipi algılayıcının teknik özellikleri Çizelge 1’de, terminal bağlantıları da Şekil 3’de gösterilmiştir.
Çizelge 1. EE09 algılayıcının teknik özellikleri
%0-100 nem ve 0-50oC sıcaklıkta çıkış değerleri 0-10 volt
Minimum yüklenme direnci 10 k W
Kaynak gerilimi
15-35 V DC / 24 V AC ±%20
Kaynak akı mı < 10 mA
Sıcaklık aralığı -5 ile +55 arasında
Şekil 3. EE09 Algılayıcı Bağlantı Uçları
Tasarımın geri beslemeli kontrol devresi için analog giriş-çıkış birimlerini ve matematiksel işlemleri gerektirmesi işlemci seçimi için Siemens marka S7-200 PLC’nin seçilmesine neden olmuştur. S7-200 PLC’nin dijital girişli olması ve kullanılan algılayıcı çıkışının da analog olması tasarımda yine Siemens marka EM235 tipi Analog giriş-çıkış modülünün kullanılmasını gerektirmiştir. Kullanılan EM235 Analog giriş-çıkış modülü 4 analog girişe ve 2 dijital çıkışa sahiptir. Modülün bağlantı terminalleri Şekil 4’de gösterilmiştir
Şekil 4. EM235 Anolog Modül Terminal Bağlantıları
Ayrıca tasarımda o anda okunan sıcaklık ve nem değerlerinin görüntülenebilmesi için S7-200 PLC’ler için bir test ekranı ve operatörü olan Siemens marka TD 200 kullanılmıştır. TD 200’de 9 adet tuş bulunmaktadır. Bu tuşlardan 5 tanesi mesaj oluma ve onay tuşu, 4 tanesi ise kullanıcı tarafından fonksiyon ataması yapılabilen tuşlardır.
4.2. Prototip Üretimi ve Çalıştırılması
Sera tasarımı için ihtiyaçlar hazırlandıktan ve bu ihtiyaçları yerine getirecek olan algılayıcılar, işlemci ve aktuatörler seçildikten sonra gerçek sistemin bir prototipi üretilmiştir. Prototip, birbirini tamamlayan iki parçadan oluşmaktadır. Bunlardan birincisi Şekil 5’de gösterilen sera şartlarının yapay olarak sağlandığı parçadır. İkincisi ise, Şekil 6’de gösterilen kontrol setidir.
Şekil 5. Yapay Sera Ortamı
Şekil 6. Deney Seti
Tasarımın ihtiyaçlarını gerçekleştirmek için yazılan PLC programı ise dört bölümden oluşmaktadır. Bunlardan üç tanesi alt program olup bu programlar ana program işletilirken sırayla sürekli çağırılıp işletilmektedir. Sıcaklık ve nem alt programında genel olarak aynı işlemler yapılmaktadır. Sıcaklık için analog giriş-çıkış modülünün bir girişinden, nem için ise başka bir girişinden alınan analog bilgiler PLC içerisinde değişken bellek bölgelerine taşınmakta, burada reel sayıya çevrilmektedir. Aynı zamanda nem ve sıcaklık bilgilerinin görülebilmesi için TD200 ekranına mesaj yazılmakta, bu kapsamda sıcaklık bilgisi TD200’den okunurken nem bilgisi ekrandan silinerek yerine sıcaklık bilgisi getirilmekte, nem bilgisi için ise sıcaklık bilgisi ekrandan silinmektedir. Data Blok bölümünde, sıcaklık ve nem kontrolü için maksimum ve minimum değerler, üst kontrol sınırı ve alt kontrol sınırı girilmekte, ilgili alt programda analog modülden okunan bilgiler bu değerlerle karşılaştırılmaktadır. Karşılaştırma sonucunda algılayıcıdan gelen bilgi üst sınır olarak ayarlanan değerin üstüne çıktığı zaman PLC’nin işlemle ilgili mesaj TD200’den izlenebilmektedir. Aynı şekilde karşılaştırma sonucu küçük olduğu zaman PLC’nin yapacağı işlem TD200’den izlenebilmektedir. Örneğin sıcaklık için algılayıcıdan gelen bilgi üst sınır olarak ayarlanan değerin üstüne çıktığında PLC fanları devreye sokacak, aynı zamanda TD200’den fanlar devrede mesajı görülecektir. Algılayıcıdan gelen bilgi alt sınır olarak ayarlanan değerin altına düştüğünde PLC ısıtıcıyı devreye sokacak, aynı zamanda TD200’de ısıtıcılar devrede mesajı görülecektir. Nem için ise, algılayıcıdan gelen bilgi alt sınır olarak ayarlanan eğerin altına düştüğünde PLC sulama sistemini devreye sokacak, aynı anda TD200’de sulama yapılıyor mesajı görülecektir.
Mekatronik, hem bir tasarım felsefesi hem de mühendislik tasarımında birleşik bir yaklaşımdır. Mekatronikte temel faktör tasarım süreci çerçevesinde bu alanların birleşimidir. Yöntem, disiplinlerarası fikirler ve tekniklerin simülasyonu yoluyla sinerjiyi yükseltmek için uygun koşullar sağlar. Böylece teknik olarak karmaşık durumlara yeni çözümler için katalitik etki sağlamış olur.
Eğer bir ürün Mekatronik Tasarım Tekniği ile birleştirilirse çarpıcı sonuçlara ulaşılabilir. Mekatronik Tasarım Tekniğinin kullanımıyla daha çok verimlilik, yüksek kalite, geri besleme sistemi ve ürün güvenirliliği sağlanır. Algılayıcıların ve karmaşık bir sistemdeki kontrol sistemlerinin birleşimi ana giderleri azaltır, yüksek derecede esneklik sağlar ve yüksek derecede makine kullanımıyla sonuçlanır. Bu amaçları başarabilecek Mekatronik Tasarım Tekniğini uygulamak için organizasyonun, zaman içinde değişen yarının ihtiyaçlarının, veri fonksiyonlarının, kontrolün ve aletlerin birleşiminin tasarımın başında hesaba katılması gerekmektedir. Tekniğin uygulama alanlarından ve örnek olarak verilen sistemin tasarımında sağladığı avantajlardan da anlaşılacağı gibi sistem tasarımı alanında tekniğin etkinliği ve gelecekte daha da önem kazanacağı gözardı edilemez bir gerçektir.
ntıların Hazırlanması Analizi takiben, gereksinimlerin özellikleri hazırlanabilir. Çözümde yer alan kısıtlamalar ve tasarımın kalitesine karar verecek olan kriterler problemi ifade edecektir. Problem ortaya koyulurken, tüm gerekli özellikleri ile birlikte tasarımın gerektirdiği tüm fonksiyonlar belirlenmelidir. Bu yüzden, gerekli hareketin kütlesi, boyutları, çeşitleri ve değişim alanı ve de elemanların doğruluğu, giriş ve çıkış koşulları, arayüzleri, güç koşulları, operasyon çevreleri, ilgili standartlar, uygulama kodları hakkında bir rapor olabilir.