Kontrol pada mesin bor sistemleri

KONTROL SİSTEMLERİ
Temel Kavramlar ve Terimler
1.1 Giriş : Kontrol sistemleri çevremizde her yerde hatta içimizdeler. Çoğu karmaşık
kontrol sistemleri insan bedeninin fonksiyonlarının içindedir. Ayrıntılı bir kontrol
sistemi beynin hypothalamus unda yer alır ve vücut sıcaklığını fiziksel aktivitelerdeki
değişiklere rağmen 37 C de tutar.
İğneye iplik geçirmek ve araba kullanmak insan bedeninin karmaşık kontrolör olarak
fonksiyon yaptığı iki şekildir. Gözler iğnenin ve ipin ya da otomobilin ve yolun
merkezinin yerini bulan sensördür. Karmaşık bir kontrolör,beyin, iki pozisyonu
karşılaştırır ve istenen sonucun elde edilmesi için hangi işlemlerin yerine getirilmesi
gerektiğini belirler. Vücut kontrol hareketini ipi hareket ettirerek ya da direksiyonu
çevirerek gerçekleştirir. Günlük hayatta ortalama bir insanın yaptığı çoğu
muhakemelerin otomatik kontrolörde yeniden üretilmesi çok zor olur.
Kontrol sistemleri evlerde, okullarda, ve diğer çeşitlerdeki binalarda ısıyı ayarlar.
Aynı zamanda yiyeceklerin ve servislerin üretimlerini de etkilerler.
Bir kontrol sistemi istenilen sonucu ya da değeri koruyan herhangi bileşenler
grubudur. Çok çeşitli bileşenler tek kontrol sisteminin parçası olabilirler; elektrik,
elektronik, mekanik, hidrolik, pnömatik, insan ya da bunların herhangi bir
kombinasyonu. İstenilen sonuç sistemdeki bir değişkenin değeridir, örneğin,
otomobilin yönü, odanın ısısı, tankın sıvı seviyesi, ya da borudaki basınç. Değeri
kontrol edilen değişken kontrol edilen değişken olarak adlandırılır.

Kontrolü gerçekleştirmek için, sistemde kontrol edilen değişkeni etkileyebilen başka
bir değişken olmalıdır. Çoğu sistemlerin böyle değişkenleri vardır. Böyle değişkenler
işletilen değişken olarak adlandırılır.
Kontrol Sisteminin Tanımı : Bir kontrol sistemi sistemdeki diğer değişkenin değerini
işleterek istenilen sonucu koruyan bileşenler grubudur.
1.2 Blok Diyagramlar ve Transfer Fonksiyonları : Tek bir kontrol sisteminde bir çok
çeşitte bileşen ya da tamamen farklı bileşenleri olan iki sistem bulmak çok da olağan
dışı olmamasına rağmen herhangi bir kontrol sistemi her bir bileşenin
karakteristiklerini tanımlayan matematiksel ifadeler kümesi olarak tanımlanabilir.Çok
çeşitli kontrol problemi –makine aygıtları, servomekanizmalar, uzay araçları, trafik,
hatta ekonomi- aynı matematiksel metotlarla analiz edilebilir. Her bileşenin önemli
özelliği sistemdeki etkisidir. Blok diyagram her bileşenin sadece bu önemli özelliğini
tutan bir kontrol sistemi gösterim metodudur. Sinyal hatları şekil 1.1 de görüldüğü
gibi bileşenin giriş ve çıkış sinyallerini gösterir.

1

Enerji Kaynağı

Giriş Sinyali

Control
Sistemi
Bileşeni

Çıkış Sinyali

Şekil 1.1 Bir bileşenin blok gösterimi. Enerji kaynağı çoğu blok
diyagramlarda gösterilmez. Buna rağmen, çoğu bileşen giriş sinyalinin
yükseltilmesini mümkün yapmak için harici enerji kaynağına sahiptir.
Blok Diyagramlar : Blok diyagram sinyal yolunu gösteren hatlarla bağlı bir kontrol
sistemindeki her bileşenin blok gösteriminden oluşur. Şekil 1.2 otomobil kullanan bir
insanın çok basit blok diyagramını göstermektedir. Sürücünün görme duyusu iki giriş
sinyali sağlar: otomobilin yeri ve yolun merkezinin yeri. Sürücü iki pozisyonu
karşılaştırır ve otomobilin doğru yerini koruyacak direksiyon durumunu belirler.
Kararı uygulamak için, sürücünün elleri ve kolları direksiyonu yeni yere hareket
ettirir. Otomobil direksiyondaki değişikliğe karşılık gelen yöndeki değişiklikle cevap
verir. Kısa bir zaman geçtikten sonra, yeni yön otomobili yeni konuma hareket ettirir.
Böylece, direksiyonun konumundaki değişiklikle otomobilin konumundaki değişiklik
arasında zaman gecikmesi vardır. Bu zaman gecikmesini otomobilin blok

gösteriminin matematiksel eşitliği içerir.
Blok diyagramdaki döngü kontrolün esas kavramını belirtir. Otomobilin gerçek
konumu istenilen pozisyonu korumak için gerekli düzeltmeyi belirlemede kullanılır.
Bu kavram geri besleme olarak adlandırılır, ve geri beslemeli kontrol sistemleri de
kapalı-döngü kontrol sitemleri olarak adlandırılır. Geri beslemesi olmayan kontrol
sistemleri açık-döngü kontrol sistemleridir, çünkü onların blok diyagramlarında
döngü yoktur ve gerçek durum, düzeltme hareketini belirlemek için kullanılmaz.

Input

Output
Driver

Yolun
ortasındaki
çizginin yeri

Otomobil
Direksiyonun açısal
pozisyonu

Otomobilin pozisyonu

Şekil 1.2 Otomobil kullanan insanın basitleştirilmiş blok diyagramı
Transfer Fonksiyonları: Bileşenin en önemli karakteristiği giriş sinyali ile çıkış
sinyali arasındaki ilişkidir. Bu ilişki bileşenin transfer fonksiyonu ile açıklanır.
2

Transfer fonksiyonu çıkış sinyalinin giriş sinyaline bölümü olarak tanımlanır.
Çoğunlukla çıkış sinyalinin Laplace transformunun giriş sinyalinin Laplace
transformuna bölümüdür. Şekil 1.3 te, giriş derecesini T ile gösterirsek, çıkış
gerilimini V ve transfer fonksiyonunu da H o zaman H = V/T ve V = HT olur.
Böylece, eğer giriş sinyalini ve transfer fonksiyonunu biliyorsak o zaman çıkış
sinyalini girişi transfer fonksiyonu ile çarparak hesaplayabiliriz.
Isı

Termocouple
(Isıl Çift)

C

Elektriksel
Gerilim (mV)

Şekil 1.3 Kontrol Sistemi Bileşenlerinin Blok Gösterimi
Transfer fonksiyonu iki parçadan oluşur. Bir parça girişle çıkış arasındaki büyüklük
ilişkisidir. Diğer parça da girişle çıkış arasındaki zamanlamadır. Örneğin, büyüklük
öyle olabilir ki çıkış girişin iki katı büyüklüğündedir ve zamanlama ilişkisi de
girişteki değişikliğe karşılık gelen çıkıştaki değişiklik iki saniye gecikmelidir.
Eğer bileşen doğrusal ise ve giriş sinyali sinüsoidal sinyalse, büyüklük ilişkisi
kazançla ve zamanlama da faz farkıyla ölçülür. Şekil 1.4 sinüsoidal girişli doğrusal
bileşeni göstermektedir. Bileşenin kazancı çıkış sinyalinin genliğinin giriş sinyalinin
genliğine oranına eşittir.
çıkış sinyalinin genliği
Kazanç = ---------------------------------------giriş sinyalinin genliği
Bileşenin faz farkı çıkış sinyalinin faz açısından giriş sinyalinin faz açısının
çıkarılması ile elde edilir.
Faz farkı = çıkış faz açısı – giriş faz açısı
Giriş
A sin (wt + )

G

Çıkış
B sin (wt + )

Şekil 1.4 Doğrusal bileşenin kazanç ve faz farkı
Giriş, çıkış ve transfer fonksiyonunu göstermekte en uygun yöntem kompleks
sayılardır (polar formda). Şekil 1.4 te, giriş A ve çıkış B kompleks sayısı ile

3

gösterilir. Transfer fonksiyonu, G, çıkış B  yi giriş A ya bölerek aşağıdaki gibi
elde edilir:
G = B / A = (B/A) -
Böylece transfer fonksiyonu, G, büyüklüğü bileşenin kazancı, B/A olan ve açısı da
çıkışın fazı eksi girişin fazı olan kompleks bir sayı ile gösterilir.
Bir bileşenin kazancı çoğunlukla çıkışın genliğindeki değişimin girişin genliğindeki
karşılık gelen değişime oranı olarak açıklanır.
Kazanç

=

çıkış genliğindeki değişim
-------------------------------giriş genliğindeki değişim

Böylece girişin her bir 1 V değişimine çıkışta 10 V üreten bir yükselteç volt başına
10 V luk kazanca sahiptir (V/V). Girişteki her 1V luk değişime karşılık karşılık
dakikada 1000 dönüş (rpm) hızında değişim üreten bir DC motorun kazancı 1000
rpm/V tur. Her 1 C sıcaklık değişimine karşılık 0.06 mV luk çıkış değişimi üreten bir
thermocouple ın 0.06 mV/C kazancı vardır.
Bir bileşenin verilen bir frekanstaki kazanç ve faz farkı o bileşenin o frekanstaki
frekans cevabı olarak adlandırılır.
Örnek 1.1 : Bir doğrusal sistem bileşenine 5.3V tepe genlikli ve 30  faz açılı 0.5 Hz
sinüsoidal sinyal girişi vardır. Bileşenin 14 miliamper tepe genlikli ve 25  faz açılı
çıkışı vardır. Bu şartlar için kazancı, faz farkını ve transfer fonksiyonunu belirleyin.
Çözüm :
Kazanç = 14 mA/5.3 V
= 2.64 mA/V
Faz farkı

= 25 – 30
= -5
Transfer fonk = 2.64 -5 mA/V

4

1.3 Açık-Döngü Kontrol : Bir açık-döngü kontrol sistemi kontrol hareketini belirlemek
için gerçek sonuçla istenilen sonucu karşılaştırmaz. Bunun yerine, istenilen sonucu
elde etmek için daha önceden bir çeşit ayarlama prosedürüne ya da hesaplamasına
göre belirlenmiş değerler kullanılır.
Şekil 1.5 te gösterilen ayarlı kadranlı iğne valfi açık-döngü kontrol sisteminin bir
örneğidir. Kalibrasyon eğrisi çoğunlukla çeşitli kadran ayarları için akış oranını
ölçerek elde edilir. Kalibrasyon eğrisinde belirtildiği gibi, değişik kalibrasyon
çizgileri değişik basınç damlaları için elde edilir. Örneğin F2 akış oranı isteniyor ve S
ayarı kullanılıyor. Valfin karşısındaki basınç düşüşü P2 ye eşit olduğu sürece akış
oranı da F2 olarak kalacaktır.
Kurşunun ateşlenmesi de açık-döngü kontrol sistemine başka bir örnektir. İstenilen
sonuç kurşunu boğanın gözüne yönlendirmektir. Gerçek sonuç ise silah ateşlendikten
sonra kurşunun yönüdür. Açık-döngü kontrol silahın boğanın gözüne nişanlandığı ve

tetiğin çekildiği anda meydana gelir. Kurşun bir kere namludan çıktıktan sonra artık
kendi başınadır. Aniden bir bora ortaya çıkarsa, yön değişir ve hiçbir düzeltme
mümkün olmaz.
Açık-döngü kontrolün en büyük avantajı kapalı-döngü kontrolden daha ucuz
olmasıdır. Çünkü gerçek sonucu ölmek gerekli değildir. Buna ek olarak kontrolör çok
daha basittir çünkü hataya dayalı düzeltme hareketi gerekmez. Dezavantajı ise
beklenmeyen durumların sebep olduğu hatalar düzeltilmez. Çoğunlukla insan
operatör elle değişen durumlara karşı hatayı yavaş yavaş düzeltmelidir. Bu durumda
insan operatör döngüyü geri besleme sinyali sağlayarak kapatmaktadır.
1.4 Kapalı-Döngü Kontrol Geri Besleme : Geri besleme gerçek sonuçla istenilen sonuç
arasındaki farkı ölçme ve bu farkı kullanarak gerçek sonucu istenilen sonuca doğru
sürme hareketidir. Sinyal kontrol edilen sistemin çıkışından başlar ve girişinde sona
erer. Kontrolörün çıkışı kontrol edilen sistemin girişidir.Böylece ölçülen sinyal değeri
kontrol edilen sistemin çıkışından girişine beslenir. Kapalı-döngü terimi geri besleme
yolu tarafından yaratılan bu döngüden bahsetmektedir.
Kapalı-döngü kontrol sistemlerinin blok diyagramları şekil 1.6 ve 1.7 de
gösterilmiştir. Şekil 1.6 servo mekanizmaların tasarımında, 1.7 de iş kontrol
sistemlerinin tasarımında kullanılır.
Geri Besleme Kontrol Sistemi Tarafından Gerçekleştirilen İşlemler:
Ölçüm: Kontrol edilen değişkenin değerini ölçme

Karar: Hatayı hesaplama (istenilen değer eksi ölçülen değer) ve hatayı
kontrol hareketi oluşturmada kullanma
İşletme: Kontrol hareketini işteki herhangi değişkendeki hatayı azaltacak şekilde
işletmek için kullanma
Hata bulucu

İleri yol
bileşenleri

Şekil 1.6 da, R (reference) referans, servo kontrol sistemine giriştir, ve kontrol edilen
değişkenR (controlled variable) C de çıkıştır.
Referans
Kontrol Edilen Değişken C
Giriş



C
G = -----E

5

Hata
E = R-Cm

+

Çıkış

-

Asıl geri besleme
Cm

Cm
H = -----C
Geri besleme yolu
bileşenleri

Şekil 1.6 Kapalı-döngü servo kontrol sistemi blok diyagramı
Hata (Error) = Referans (Reference) – Kontrol Edilen Değişken, Ölçülen
(Controlled Variable, Measured)
E = R - Cm
Kontrol Edilen Değişken = Hata X Sistem Transfer Fonksiyonu
(Controlled Variable)
(Error) (System Transfer Function)
C = EG
Kontrol Edilen Değişken, Ölçülen = Kontrol Edilen Değişken X Ölçen Cihazın
Transfer Fonksiyonu
Cm = CH
C = (R - Cm)G
C = (R - CH)G
C + CGH = RG
C(1+GH) = RG
C = G
------- ---------R
1 + GH

(1.1)

Eşitlik (1.1) kapalı-döngü kontrol sisteminin transfer fonksiyonudur. İleri yol transfer
fonksiyonu (G) yükselticiler, jeneratörler, motorlar gibi sistem bileşenlerinin tümünü
içerir. Geri besleme yolu transfer fonksiyonu (H) ise genellikle kontrol edilen değişkeni
hata bulucunun girişine uygun sinyale çeviren pasif cihazdır.
Bazen asıl geri besleme sinyali tersine çevrilir ve hata sinyalini oluşturmak için referans
sinyaline eklenir. Pozitif geri besleme için transfer fonksiyonunu çıkarın.
C = G
------ -------

6

R
Çözüm:

Giriş

İleri yol
bileşenleri

Hata bulucu

Referans R

C
G = -----E


Hata
E = R-Cm

+

1 - GH

Kontrol Edilen Değişken C
Çıkış

+

Asıl geri besleme
Cm

Cm
H = -----C
Geri besleme yolu
bileşenleri

E = R + Cm
C = EG
Cm = CH
C = (R + Cm)G
C = (R + CH)G
C - CGH = RG
C(1-GH) = RG
C = G
------- ---------R
1 - GH

(1.2)

Şekil 1.7 de ayarlama noktası (setpoint SP) süreç kontrol sistemine giriş, ve kontrol
edilen değişken ( C ) de çıkıştır. Geri besleme yolu bir bileşenden oluşur, transfer
fonksiyonu H olan ölçüm cihazı. İleri yolun ise transfer fonksiyonları sırasıyla
Gc,Gm,Gp olan üç bileşeni (kontrol biçimleri (control modes), işleten eleman
(manipulating element) ve süreç(process)) vardır. Üç bileşenin toplam ileri transfer
fonksiyonu bu durumda üçünün çarpımına eşittir:
G = Gc Gm Gp

Kontrolör
Hata bulucu
Ayarlama noktası
SP

İleri yol
bileşenleri

Rahatsızlık
değişkenleri
Kontrol Edilen
Değişken C

7

Giriş



+

Hata
E = SP-Cm

-

V
Gc = ----V
E
Kontrol biçimleri

M
Gm = ---V
İşleten eleman

M

C
Gp = ---M
Süreç

Çıkış

Cm
H = -----C
Kontrol edilen değişkenin
Ölçüm
cihazı
ölçülen değeri Cm

Şekil 1.7 Kapalı-döngü süreç kontrol sistemi blok diyagramı
Kontrol sisteminin performansı ayarlama noktasıyla (SP) kontrol değişkeninin ölçülen
değerinin (Cm) karşılaştırılmasına dayanır çoğunlukla. C yerine Cm nin kullanılmasının
nedeni Cm ölçülebilirdir fakat C değildir. Bu durumda Cm /SP kapalı-döngü süreç kontrol
sistemi transfer fonksiyonu:
E = SP - Cm
C = EG
Cm = CH
Cm = EGH
Cm = (SP - Cm ) GH
Cm + Cm GH = (SP)GH
Cm (1 + GH) = (SP)GH
Cm = GH
------- -------SP 1 + GH

(1.3)

Eşitlik 1.3 kapalı-döngü süreç kontrol sisteminin transfer fonksiyonudur. Aşağıda Şekil
1.7 deki bileşenlerin tanımı verilmektedir:
Süreç : Şekil 1.7 deki süreç bloğu içinde bir değişkenin kontrol edildiği cihaz tarafından
gerçekleştirilen her şeydir. Süreç kontrolör ve son kontrol elemanı dışındaki kontrol
edilen veya süreç değişkenini etkileyen her şeyi içerir. Örneğin ev ısıtma sisteminde,
süreç ev ve içindekilerdir. Bu süreçteki en önemli iki değişken dış duvarların ısı direnci
ve içerdeki hava ve eşyaların ısı kapasitesidir.
Ölçüm Cihazı : Ölçüm cihazı ya da sensör kontrol edilen değişkenin değerini hisseder ve
kullanılabilir bir sinyale dönüştürür. Ölçüm cihazı tek blok olarak gösterilmesine rağmen
asıl hissetme elemanı ve sinyal dönüştürücüden meydana gelir.

8

Şekil 1.8 sıcaklık çevirici cihazının giriş/çıkış eğrisini göstermektedir. Buradaki asıl
hissetme elamanı thermocouple, bir direnç elamanı, termistör olabilir. Sinyal çevirici asıl
elemanın çıkışını alır ve elektrik akımı sinyali üretir. Örneğin, thermocouple sıcaklığı
milivolt sinyaline çevirir, thermocouple çevirici de milivolt sinyali 4 – 20 mA arasında
elektrik akımına çevirir. Direnç elemanı sıcaklığı direnç değerine dönüştürür ve direnç
dönüştürücü de direnç değerini elektrik akımı sinyaline dönüştürür. Diğer asıl
elemanlarda aynı şekilde ele alınır.
Kontrolör : Kontrolör hata bulucu ve kontrol biçimlerini uygulayan birimi içerir. Hata
bulucu kontrol edilen değişkenin ölçülen değeri ile istenilen değerin (ya da ayarlama
noktası) arasındaki farkı hesaplar. Fark hata olarak adlandırılır ve aşağıdaki formülle
hesaplanır:
Hata = Ayarlama noktası – Kontrol değişkeninin ölçülen değeri
veya
E = SP – C
Kontrol biçimleri hatayı, hatayı azaltacak eğilimde kontrolör çıkışına veya kontrol
hareketine çevirir. En yaygın üç kontrol biçimi oransal biçim(P proportional mode),
integral biçim (I integral mode), türevsel biçim (derivative mode).
Oransal biçim (P), üç biçimin en basitidir. Hataya oranlı kontrol hareketi üretir. Eğer hata
küçükse, oransal biçim küçük kontrol hareketi üretir. Eğer hata büyükse, oransal biçim
büyük kontrol hareketi üretir. Oransal biçim hatanın kazanç sabiti K ile basitçe
çarpılmasıyla elde edilir.
Integral biçim (I), hata ısrar ettiği sürece düzeltici etkisini artırmaya devam eden kontrol
hareketi üretir. Eğer hata küçükse, integral biçim düzeltmeyi yavaşça artırır. Eğer hata
büyükse, integral hareket düzeltmeyi çok daha hızlı bir şekilde arttırır.
Türevsel biçim (D), hatanın değişimine oranlı kontrol hareketi üretir. Örneğin, hata hızlı
bir şekilde artıyorsa, kısa zamanda büyük hata olacaktır. Türevsel biçim bu gelecekteki
hatayı önlemek için hatanın değişim hızına bağlı düzeltme hareketi üretir.
Oransal biçim yalnız başına ya da herhangi bir ya da ikisi ile kombinasyon şeklinde
kullanılabilir. Integral biçim yalnız başına kullanılabilir fakat nerdeyse hiç kullanımı
yoktur. Türevsel biçim ise yalnız başına kullanılamaz. Genel biçim kombinasyonları: P,
PI, PD ve PID.
İşleten Elaman : İşleten eleman kontrolör çıkışını işletilen elemanı düzenlemek için
kullanır ve iki parçadan oluşur. İlk parça işletici (actuator) ve ikinci parça da son kontrol
elemanıdır. İşletici kontrolör çıktısını son kontrol elemanı üzerinde harekete çevirir ve
son kontrol elemanı direk olarak işletilen değişkenin değerini değiştirir. Valfler,

9

damperler, fanlar, ısıtma elemanları, pompalar işleten eleman örnekleridir. Ev ısıtma
sistemindeki yakıt akışını kontrol eden valf işleten elemanın başka bir örneğidir.
Pnömatik kontrol valfi süreçlerde işleten eleman olarak sıklıkla kullanılır. İşletici
(actuator) yaya karşı çalışan hava yüklü bir diyaframdan oluşur. Hava basıncı 3 psi dan
15 psi a çıktıkça, valfin gövdesi açıktan kapalıya ya da kapalıdan açığa hareket eder.

Şekil 1.9 Pnömatik kontrol valfinin iki mümkün hareketi vardır: hava-açma ve
hava kapama.
Değişken İsimleri : Kontrol edilen değişken ( C ) kontrol edilmesi gereken süreç
çıkış değişkenidir. Bir süreç kontrol sisteminde, kontrol edilen değişken üretimin
kalitesinin iyi ölçümü olmalıdır. En yaygın kontrol edilen değişkenler pozisyon, hız,
sıcaklık, basınç, seviye ve akış oranıdır.
Ayarlama noktası (SP) kontrol edilen değişkenin istenilen değeridir.
Ölçülen değişken (Cm) kontrol edilen değişkenin ölçülen değeridir. Ölçme araçlarının
çıktısıdır ve genellikle kontrol edilen değişkenin gerçek değerinden küçük
miktarlarda farklıdır.
Hata (E) ayarlama noktasıyla kontrol değişkeninin ölçülen değeri arasındaki farktır.
Şu formülle hesaplanır: E = SP – Cm.
Kontrolör çıktısı (V) kontrol edilen değişkenin ölçülen değerini ayarlanmış değere
doğru sürmeye çalışan kontrol hareketedir. Kontrol hareketi hata sinyaline (E) ve
kontrolörde kullanılan kontrol biçimlerine dayanır.
İşletilen değişken (M) kontrol edilen değişkenin istenilen değerini elde etmek için son
kontrol elemanı tarafından düzenlenen değişkendir. İşletilen değişken kontrol edilen
değişkende değişiklik yapabilmelidir. İşletilen değişken sürecin giriş değişkenlerinden
biridir. Süreçteki yükteki değişiklikler dengeli şartları korumak için işletilen
değişkende değişiklikleri gerektirmektedir. Bu yüzden işletilen değişkenin değeri
süreç üzerindeki yükün ölçüsü olarak kullanılır.
Rahatsızlık değişkenleri (D) kontrol sistemi tarafından kontrol edilmeyen ve kontrol
edilen değişkeni etkileyen süreç giriş değişkenleridir. Rahatsızlık değişkenleri süreç

10

üzerindeki yükü değiştirebilirler bu yüzden kapalı-döngü kontrol sisteminin
kullanılma nedenidirler.
Kapalı-döngü kontrolün temel avantajı sürecin daha doğru kontrolünü sağlamasıdır.
Dezavantajları ise: (1) kapalı-döngü kontrol açık-döngü kontrolden daha pahalıdır, ve
(2) kapalı-döngü kontrolün geri besleme özelliği sistemin tutarsız olmasına yol
açabilir.
1.5 Kontrol Sistemi Çizimleri : The Instrument Society of America “Instrument Symbols
and Identifications”, ANSI/ISA-S5.1-1984 adında bir standart hazırlamıştır. Bu
standart araca herhangi bir referans gerektiği durumda kullanılmaya uygun kimlik
kodu ve sembolleri içerir.
Yuvarlak sembol balon olarak adlandırılır ve genel araç sembolüdür. Araç balonun
içine yerleştirilen kodla tanımlanır. Kimlik kodu üstte fonksiyonel kimliği altta da
döngü kimliğinden oluşur. Fonksiyonel kimliğin ilk harfi kontrol döngüsünün
başlangıç değişkenini veya ölçümünü tanımlar (akış, seviye, basınç, sıcaklık gibi). Üç
ek harfe kadar aracın fonksiyonel adı kullanılabilir (kaydedici, kontrolör, valf gibi).
Şekil 1.10 süreç kontrol çizimindeki standart sembollerinin ve kimlik kodlarının
kullanımını göstermektedir. Süreç su ve şurup karışımını karıştırır ve ısıtır.. Bu
sistemin kimlik numaraları 101,102 ve 103 olan üç tane kontrol döngüsü vardır.
Döngü 101 ilk harfle tanımlandığı üzere seviye (Level) kontrol döngüsüdür. Her
kodun tanımı aşağıdaki gibidir:

Şekil 1.10 Karıştıran ve ısıtan sistem araç çizimi
LT-101
Seviye Nakledici, Çevirici (Level Transmitter)
Tanktaki sıvı seviyesini ölçmek için şamandıra kullanır ve
sinyali 4-20mA aralığında elektrik akımına çevirir.
LIC-101 Seviye-Belirleme Kontrolörü (Level-Inticating Controller)

11

Seviye naklediciden gelen mili amper sinyali 4-20 mA aralığında kontrol
sinyali üretmek için kullanır.
LY-101 Pnömatik Çeviriciye Seviye Akımı (Level Current to Pneumatic Conv.)
Kontrolörden gelen akım çıkışını 3-15 pound inch kare başına (pounds per
square inch) aralığında pnömatik sinyale çevirir.
LV-101 Seviye Kontrol Valfi (Level Control Valve)
Çeviriciden gelen pnömatik sinyali seviye kontrol valfinin gövdesini
ayarlamak için kullanır.
TT-102 Sıcaklık Nakledici, Çevirici (Temperature Transmitter)
Karıştırma tankını terk eden ürünün sıcaklığını hissetmek için doldurulmuş
ampul kullanır ve sinyali 4-20mA araslığında elektrik akımına dönüştürür.
TIC-102 Sıcaklık-Belirleme Kontrolörü (Temperature-Indicating Controller)
Sıcaklık çeviriciden gelen mili amper sinyali 4-20 mA arasında kontrol
sinyali oluşturmak için kullanır.
TV-102 Sıcaklık Kontrol Valfi (Temperature Control Valve)
Sıcaklık kontrolöründen gelen mili amper sinyali sıcaklık kontrol valfinin
gövdesini konumlandırmak için kullanır.
AT-103 Analiz Nakledici, Çevirici (Analysis Transmitter)
Üründeki şurup konsantrasyonunu hisseder ve 4-20mA aralığında elektrik
akımına dönüştürür.
ARC-103 Analiz Kayıt Kontrolörü (Analysis Recording Controller)
Analiz naklediciden gelen mili amper sinyali 4-20mA aralığında kontrol
sinyaline dönüştürür.
AV-103 Analiz Kontrol Valfi (Analysis Control Valve)
Analiz kontrolörden gelem mili amper sinyali analiz kontrol valfinin
gövdesini konumlandırmak için kullanır.
1.6 Doğrusal Olmama Durumları : Çoğu kontrol sistemi analiz ve tasarımı sistemdeki
tüm bileşenlerin doğrusal olduğu varsayımıyla yapılır. Gerçekte, bileşenlerde
meydana gelen doğrusal olmama durumunun çeşitli farklı şekilleri vardır. Bu
bölümde doğrusallığı, doğrusal olmama durumunu, histerezis, ölü bant ve doyma.
Doğrusallık, şekil 1.11a da gösterildiği üzere bileşenin giriş çıkış eğrisinin
mükemmel düz çizgi olduğu durumdur. Doğrusallık terimi de I/O grafiğinin doğru
çizgiye ne kadar çok yaklaştığını ifade eder.
Ölü bant, çıkışta gözlenebilir bir değişiklik oluşturmayan girişin değiştirilebildiği
değerler aralığıdır. Şekil 1.11c ölü bantlı bileşenin I/O grafiğini göstermektedir.
Histerezis, verilen giriş için çıkışın daha önceki girişlerin geçmişine dayanmasına
neden olan doğrusal olmama durumudur. Histerezisi olan bir bileşenin I/O grafiği
giriş bir değerden ikinci değere değiştiğinde ve tekrar birinci değere döndüğünde bir
döngü oluşturur (Şekil 1.11d).
Doyma, bileşenin çıkışı için değer aralığındaki sınırlamaları anlatır (Şekil 1.11e).
Bütün bileşenler giriş sınır değerlerinin ötesinde artırıldığında (ya da azaltıldığında)

12

bir doyma sınırına erişir. Örneğin, bir kontrol valfi işleticideki basınç 3 ten 15 e
yükseldikçe kapalı durumdan açık duruma geçer. Fakat valf basınç 3 ün altına
düşürülse de kapalı kalır. Basınç 15 in üstüne çıkarılsa da açık kalır. Bu durumda valf
basınç 3 psi ın altında ve 15 psi ın üstünde olduğu zaman doyuma ulaşır deriz.
1.7 Otomatik Kontrolün Faydaları : Kontrol sistemleri toplumda gittikçe daha önemli
olmaktadır. Biz onlara hayatın onlarsız hayal edilemez uzantıları olarak dayanırız.
Otomatik kontrol yetenekli işçileri rutin işlerden kurtararak ve her işçinin yaptığı iş
miktarını artırarak her işçinin verimliliğini artırmıştır. Kontrol sistemleri üretilenlerin
kalitesini geliştirir ve birbirinin aynı olmasını sağlar. Hoşlandığımız bir çok ürünün
otomatik kontrolsüz nerdeyse üretilmesi imkansızdır. Özet olarak otomatik kontrolün
faydaları aşağıdaki bölümlere ayrılır:
1. Artırılmış verimlilik
2. Geliştirilmiş kalite
3. Artırılmış etkinlik
4. Güç yardımı
5. Güvenlik
6. Konfor ve hayatı kolaylaştırma
1.8 Yük Değişimleri : Bir kontrol sistemi kontrol edilen değişkenin istenilen değerini
korumak için süreç tarafından kaybedilen enerji veya materyal karşısındaki süreç
tarafından kazanılan enerji veya materyali dengede tutmalıdır. Çoğunlukla, materya
ya da enerji kaybı süreç üzerindeki yüktür ve işletilen değişken dengeleyen materyal
ya da enerjiyi sağlamalıdır. Buna rağmen, bazen de tam tersi durumlar da söz
konusudur ve işletilen değişken materyal ya da enerji kaybını sağlamalıdır.
İçerideki ısıyı istenilen seviyede tutmak için, ev ısıtma sistemi ısıtıcının sağladığı ısı
karşısında ev tarafından kaybedilen enerjiyi dengelemelidir. Isı kaybı kontrol sistemi
üzerindeki yüktür ve ısıtıcıya sağlanan enerji işletilen değişken tarafından ayarlanır.
Seviyeyi istenilen değerde korumak için, sıvı-seviyesi kontrol sistemi çıkış akış
miktarı karşısındaki giriş akış miktarını dengelemelidir. Çıkış akış miktarı sistem
üzerindeki yüktür ve giriş akış miktarı işletilen değişkendir.
İstenilen oda sıcaklığını korumak için, klima sistemi oda tarafından kazanılan ısıya
karşı klimanın uzaklaştırdığı ısıyı dengelemelidir. Oda tarafından kazanılan ısı sistem
üzerinde yüktür ve klimanın uzaklaştırdığı ısı da işletilen değişken tarafından
düzenlenmektedir.
Bir süreç üzerindeki yük işletilen değişkende yansıtılır. Bu yüzden, işletilen
değişkenin değeri süreç üzerindeki yükün ölçüsüdür. Her yük değişimi işletilen
değişkende karşılık gelen bir değişiklikle sonuçlanır ve sonuç olarak da son kontrol
elemanında karşılık gelen ayar değişikliğine.
Kontrol sistemi üzerindeki yük dengeyi korumak için süreç tarafından herhangi bir
zamanda gerek duyulan işletilen değişkenin değeri tarafından ölçülür.

13

Kontrol sistemi üzerindeki yük sabit kalmaz. Kontrol edilen değişkeni etkileyen
herhangi bir kontrol edilemeyen değişken yük değişimine sebep olabilir. Her yük
değişimi kontrol edilen değişkeni istenilen değerde korumak için işletilen değişkende
karşılık gelen değişikliği gerektirir. Bir kapalı-döngü kontrol sistemi işletilen
değişken üzerindeki gerekli değişikliği otomatik olarak yapar, açık-döngü kontrol
sistemi gereken değişikliği yapmaz.
Yük değişimine neden olabilen çeşitli kontrol edilemeyen durum vardır. Bunlara
örnek:
1. Kontrol edilen ortam tarafından istekteki değişiklik. Örneğin, evin kapısını
kışın açmak içerideki sıcaklığı istenilen değerde tutmak için daha fazla ısı
gerektirir. Kapıyı kapatmak da daha az ısı gerektirir. Her ikisi de yük
değişimidir.
2. İşletilen değişkenin kalitesindeki değişim. Örneğin, yakıcıya giden yakıtın ısı
içeriğindeki değişim yakıcıya sağlanan yakıtın oranında değişikliği gerektirir.
3. Çevre koşullardaki değişim. Örneğin dışarıdaki sıcaklık düşerse ev içindeki
istenilen sıcaklığı korumak için daha fazla ısı gerekir.
4. Süreçte emilen ya da sürece sağlanan enerji miktarındaki değişim. Örneğin,
evde büyük miktardaki ısıyla kuzinede yemek hazırlamak. Bu durumda
ısıtıcıdan istenilen sıcaklığı korumak için daha az ısıya ihtiyaç olacaktır.

2.1 Giriş : Kontrol sistemleri çeşitli şekillerde sınıflandırılır. Geri beslemenin kullanılıp
kullanılmamasına bağlı olarak, açık-döngü veya kapalı-döngü şeklinde
sınıflandırılırlar. Sinyallerin doğasına dayanarak, analog veya dijital olarak
sınıflandırılırlar. Ayarlama noktasının sabit ya da değişken olmasına göre de
düzenleyici ya da takip eden olarak ayrılırlar. Kullanıldıkları endüstriye göre süreç

14

kontrol sistemleri ve makine kontrol sistemleri. Süreç yiyecek, petrol, kimyasal
maddeler, elektrik gibi ürünler üreten endüstrileri tanımlar. Makine kontrol ise
parçalar yapan ve otomobil, uçak, bilgisayar gibi ürünleri birleştiren endüstrilere
denir. Süreçten ürünün akışına bağlı olarak da devamlı ya da yığın olarak
sınıflandırılırlar. Kontrolörlerin nerede bulunduğuna baglı olaraksa dağıtık ya da
merkezi olarak gruplandırılırlar.
Kontrol Sistemlerinin Sınıflandırılması
1. Geri besleme
a) Kullanılmaz – açık-döngü
b) Kullanılır – kapalı-döngü
2. Sinyal tipleri
a) Devamlı – analog
b) Ayrık – dijital
3. Ayarlama Noktası
a) Nadiren değişen – düzenleyici sistem
b) Sıklıkla değişen – takip eden sistem
4. Endüstri
a) Süreç kontrol
1) Devamlı sistemler
2) Yığın sistemler
b) Makine kontrol – Ayrık-parça üretimi
1) Nümerik kontrol sistemleri
2) Robot kontrol sistemleri
5. Kontrolörlerin yeri
a) Merkezi kontrol
b) Dağıtık kontrol
6. Diğer kategoriler
a) Servo mekanizmalar
b) Sıralı kontrol
1) Olay-sıralı kontrol
2) Zaman sıralı kontrol
c) Programlanabilir kontrolörler
2.2 Analog ve Dijital Kontrol : Kontrol sistemindeki sinyaller iki genel kategoriye
ayrılır:analog ve dijital. Analog ve dijital sinyallerin grafiği Şekil 2.2 de
gösterilmektedir.
Bir analog sinyal devam eden biçimde değişir ve sınırları içinde herhangi bir değer
alabilir. Dijital sinyal ayrık biçimde değişir ve sınırları içinde sadece belirli ayrık
değerler alabilir.

15

Şekil 2.1. Aynı değişkenin dijital ve analog sinyal örnekleri.
Analog kontrol analog sinyalleri kullanan kontrol sistemlerini ve dijital kontrol de
dijital sinyalleri kullanan kontrol sistemlerini ifade eder.
2.3 Düzenleyici ve Takip Eden Sistemler
Kontrol sistemleri nasıl kullanıldıklarına bağlı olarak düzenleyici ya da takip eden
sistemler olarak sınıflandırılırlar. Ayarlama noktası nadiren değişen sistemler
düzenleyici sitemlerdir; esas fonksiyonları kontrol edilen değişkeni istenmeyen yük
değişimlerine karşı sabit tutmaktır. Ev ısıtma sistemi, basınç düzenleyici ve voltaj
düzenleyici, düzenleyici sistemlere örnektir.
Düzenleyici kontrol sistemi kontrol değişkenini sabit bir ayarlama noktasında tutar.
Ayarlama noktasının sıklıkla değiştiği geri besleme kontrol sistemine takip eden
sistem denir. Ana fonksiyonu kontrol edilen değişkeni ayarlama noktası değiştikçe
ayarlama noktasına yakın tutmaktır. Takip eden sistemlerde, ayarlama noktası
referans değişkeni olarak adlandırılır. Anten konumlandırma kontrol sistemi, radar
takip sistemi takip eden sistemlere örnektir.
Takip eden kontrol sistemi kontrol değişkenini değişen ayarlama noktasında tutar.
2.4 Süreç Kontrol
Süreç kontrol süreçteki değişkenlerin düzenlenmesini içerir. Bu bağlamda, süreç
enerji, fiziksel ya da kimyasal özelliklerdeki değişim boyunca istenilen sonucu üreten
materyal ve araçların herhangi bir kombinasyonudur. Devamlı süreç kesintisiz ürün
akışını sağlar. Yığın süreç ise tersine periyodik ve kesintili ürün akışına sahiptir.
Süreç örnekleri, petrol rafinerisi, gübre fabrikası, yiyecek işleme tesisi, şekerleme
fabrikası, ve ev ısıtma sistemi. Süreçte en yaygın kontrol edilen değişkenler sıcaklık,
basınç, akış oranı ve seviyedir. Diğerleri de yoğunluk, renk, pH, sertlik, viskozite
(yapışkanlık, ağdalılık) ve bileşimdir. Çoğu süreç kontrol sistemleri sabit işleme
şartlarını korur bundan dolayı birer ayarlayıcı sistemdirler.
Süreç kontrol sistemi süreçteki bir değişkeni ayarlama noktasında tutar.

16

Süreç kontrol sistemleri açık-döngü ya da kapalı-döngü olabilir fakat kapalı-döngü
sistemler daha yaygındır. Süreç kontrol endüstrisi kapalı döngü sistemler için
standart, esnek süreç kontrolörleri geliştirmişlerdir. Yıllar boyunca bu kontrolörler
pnömatik analog kontrolörlerden elektronik analog kontrolörlere ve mikro işlemci
tabanlı dijital kontrolörlere doğru gelişmişlerdir.
Çoğu süreç kontrolörü bir çok sayıda ortak özelliği paylaşır. Ayarlama noktasının
değerini, süreç değişkenini, analog ya da dijital olarak kontrolör çıktısını gösterirler.
Operatörün ayarlama noktasını ayarlamasına ve otomatik ya da elle kontrol arasında
değişiklik yapmasına izin verirler. Elle kontrol seçildiği zaman, operatörün açıkdöngü kontrol modunda işlenen değişkeni değiştirmesi için kontrolör çıktısını
ayarlamasına izin verirler. Çoğu kontrolör uzaktan ayarlamaya olanak sağlar.
Mikro kontrolörler bir çok ek özellik sağlar, bunlardan bazıları üreticiye özel diğerleri
de üreticiler arasında ortaktır. Kontrol şekilleri seçimleri: P, I, PI, PD ve PID.
Alarmları fark eder ve bildirir.
Analog girişleri kabul eder (dört civarında).
Dijital girişleri kabul eder (üç veya dört).
Birden fazla analog çıkış sağlar (süreç değişkenlerini değiştirmek için kullanılabilir).
Birkaç dijital çıkış sağlar (ısıtma elemanlarını AÇ-KAPA kontrolü için kullanılabilir,
vb.).
Thermocouple dan veya RTD sıcaklık sensöründen direk giriş.
Otomatik veya elle kontrol arasında sarsıntısız geçişi sağlar.
Yerel veya uzak mod arasında sarsıntısız geçişi sağlar.
Kontrolörün ön panel konfigürasyonu.
Uyarlamalı kazanç: Hata, kontrolör çıkışı ve uzak giriş sinyali gibi bazı süreç
değişkenlerinin kombinasyonuna dayanan oransal kazancın otomatik ayarlaması.
Süreç modeli tarafından kendi kendini ayarlama: kontrol biçim parametrelerinin
ayarlama noktasındaki basamak değişikliklerine olan cevabının gözlemlenmesinden
elde edilen modele göre belirlenmesi.
Kendi kendine teşhis: belili tipteki hataları bulma ve bildirme.
Toplama, çıkarma, çarpma, bölme ve karekök alma gibi matematiksel işlemler.
Ana kontrol bilgisayarı ile dijital komünikasyon.
Şekil 2.3 rutin süreç kontrol sistemindeki elektronik analog kontrolörün şematik
diyagramıdır.

17

Şekil 2.3 Sıcaklık kontrol sisteminin şematik diyagramı. Sıvı ürünün sıcaklığını
ayarlayan bir analog elektronik kontrolör- örneğin sütün pastörizasyonu. Isı değiştirici
iki adet ortak merkezli tüpten meydana gelir: ürün daha geniş tüpün içerdiği ısıtma
sıvısıyla çevrelenen içteki tüpten geçer. Buhar en yaygın ısıtma akışkanıdır, fakat
sıcak su ve yağ da kullanılır. Kontrol valfi ısıtma akışkanının ürüne geçirilecek ısı
miktarını belirleyen akış oranını değiştirir. Isı değiştiriciden ayrılan ürünün sıcaklığını
sıcaklık nakledici ölçer. Kontrolör ölçülen sıcaklığı ayarlama noktasıyla karşılaştırır
ve ürün sıcaklığını ayarlama noktasında tutmak için kontrol valfini işleten çıktıyı
üretir.
2.5 Servo mekanizmalar: Servo mekanizmalar kontrol edilen değişkenin fiziksel yer veya
hareket olduğu geri beslemeli kontrol sistemleridir. Çoğu servo mekanizmalar çıkış
pozisyonunu giriş referans sinyaline yakın tutmakta kullanılırlar bundan dolayı takip
eden sistemlerdir. Servo mekanizmalar çoğunlukla başka bir kontrol sisteminin
parçasıdır. Robotik kontrol sistemleri robot koldaki her eklem için bir tane olmak
üzere birkaç servo mekanizma içerirler. Sürücü ve otomobil kontrol sistemi
direksiyon sistemi içerir, bu da bir servo mekanizmadır.
Servo mekanizma sistemin bazı parçalarının hareket ya da pozisyonunu kontrol eder.
Servo mekanizma ve kapalı-döngü süreç kontrol sistemi arasında teorik olarak hiç
fark yoktur; her sistemi tanımlamak için aynı matematiksel elemanlar ve aynı analiz
metotları geçerlidir. Buna rağmen, servo kontrol ve süreç kontrol birbirinden
bağımsız geliştikleri için her biri farklı tasarım metotları ve farklı terimler
geliştirmiştir. Servo mekanizmalar genellikle hızlı süreçleri içerir-zaman sabitleri 1
saniyeden az olabilir. Süreç kontrol daha yavaş işlemleri içerir-zaman sabitleri
saniyeler, dakikalar ve hatta saatlerle ölçülür. Servo mekanizmadaki bileşenler
genellikle matematiksel olarak iyi tanımlanmıştır. Süreçlerin ise matematiksel olarak
tanımlanmaları daha zordur. Şekil 2.5 ve 2.6 servo mekanizma örneklerini
göstermektedir.
Şekil 2.5 teki hidrolik pozisyon kontrol sistemi mekanik geri besleme sinyali
sağlamak için bir manivela kolu kullanır. Hidrolik valf nötr pozisyonunda
görünmektedir. Eğer ayar noktası kolu sağa hareket ettirilirse, valf bobini de sağa
hareket eder, böylece hidrolik silindirin sol tarafını basınç portuna ve sağ tarafını da
geri dönüş portuna bağlar. Hidrolik akışkan pistonu ve yükü valf nötr durumuna geri
gelene kadar sağa hareket ettirerek silindirin sol tarafına akar. Manivela kolunu
hareket ettirmek ve hidrolik silindir tarafından kullanılan büyük gücü kontrol etmek
için çok fazla güç gerekmez.
Şekil 2.6 da bir dc motor pozisyon kontrol sistemi örneklenmektedir. Bu sistem bir
anteni ayar noktası girişine uygulanan komut voltajına cevap olarak konumlandırır.
Pozisyon sensörü duraksız 20 lik ölü bölgeli 10 kilo ohm (k) luk potansiyo
metredir. Pozisyon sensörünün voltaj çıkışı anten +170 den -170 ye pozisyonunu

18

değiştirdikçe –V den +V ye doğru gider. Üç direnç ve bir operasyonsal yükseltici de
Rf/Rin kazançlı oransal biçimli (P) kontrolörü oluşturur.
Kontrolörün çıktısı -Rf/Rin kere ayar noktası voltajı (SP) ile ölçülen pozisyon
voltajının (Pm) toplamıdır.
-Rf
Kontrolör çıktısı = -----------(SP + Pm)
Rin

Şekil 2.5 Hidrolik pozisyon kontrol sistemi.
Güç yükselteci kontrolör çıktısını tersine çevirir ve voltajı yükselticinin kazancı kadar
(Ga) yükseltir;
GaRf

19

Güç yükseltici çıkışı = -----------(SP + Pm)
Rin
Güç yükselticisi çıktısı dc motorun uygulanır. Motor hızı armatüre uygulanan voltaja
oranlıdır ve yön de şöyledir; armatür voltajı pozitif olduğu zaman motor anteni –V ye
doğru, armatür voltajı negatif olduğunda ise anteni +V ye doğru sürer. Sonuçta motor
anteni SP ve Pm toplamı sıfır olana dek döndürür.
2.6 Sıralı Kontrol: Sıralı kontrol sistemi bir küme operasyonu daha önceden belirlenmiş
şekilde yerine getiren sistemdir. Otomatik çamaşır yıkama makinesi sıralı kontrolün
bilinen örneğidir: Kontrol sistemi işlemleri kazanı doldurarak, çamaşırları yıkayarak,
kazanın suyunu boşaltarak, çamaşırları durulayarak ve çevirip kurutarak yapar.
Sıralı kontrol sistemi bir operasyonlar kümesini daha önceden belirlenmiş şekilde
gerçekleştirir.
Sıralı kontrol sistemindeki işlemler nasıl başlatılıp bitirildiklerine bağlı olarak
kategorilere ayrılabilirler. Bir işlemi başlatmak ya da bitirmek için kullanılan bir
metot bir olay oluştuğu zamandır. Bu metot için olaya dayalı terimini kullanırız.
Diğer bir metot da işlemleri belli bir zamanda ya da başka bir belirli zamandan sonra
başlatmak ya da bitirmektir. Bu metot için zamana dayalı terimini kullanırız.
Bir otomatik çamaşır yıkama makinesi zamana dayalı sıralı kontrolün bir örneğidir.
Yıkama evresi bir olaya dayalı işlemle başlar-doldurma işlemi biri başlat düğmesine
bastığında başlar ve kazan dolduğunda biter. Buna rağmen geri kalan işlemler
zamanlayıcı ile başlatılır ve bitirilir. Bunlar yıkama, kirli suyu boşaltma, durulama ve
döndürerek kurutma işlemleridir. Çoğu yığın süreç kontrol sistemleri zamana dayalı
sıralı sistemlerdir. Zamana dayalı sistemler şematik diyagramlar ve zamanlama
diyagramları ile tanımlanır. Şematik diyagramlar fiziksel konfigürasyonu zamanlama
diyagramları da sıralı işlemleri gösterir. Otomatik çamaşır makinesinin zamanlama
diyagramı şekil 2.7 de gösterilmiştir.
Trafik sayıcı da olaya dayalı sıralı sistemin basit bir örneğidir. Sayaç yolun kenarına
yerleştirilir, ve sensör de ki bu uzun kauçuk tüptür, yolda karşıdan karşıya gerilir. Her
seferinde bir araç aksi bu kauçuk tüp üstünden geçtiğinde, sayaç sayısını bir artırır.
Böylece bir olay sayacı sürer.

Şekil 2.7 Otomatik çamaşır makinesinin zamanlama diyagramı
2.7 Nümerik Kontrol : Nümerik kontrol bir sıra üretim işlemini kontrol etmek için
önceden belirlenmiş talimatları kullanan sistemdir. Talimatlar manyetik teyp, program
depolamak için kullanılan bellek gibi bir tip giriş ortamında depolanan kodlanmış
nümerik değerlerdir. Talimatlar pozisyon, yön, hız ve kesme hızı gibi şeyleri tanımlar.

20

Bir parça program istenilen parçayı üretmek için gereken bütün talimatları içerir. Bir
makine programı istenilen süreci yapmak için gereken bütün talimatları içerir.
Nümerik kontrol makineleri sıkmak, delmek, dikmek, döndürmek gibi işlemleri
yerine getirir.
Nümerik kontrol sistemi bir dizi üretim işlemini kontrol eden bir program kullanır.
Nümerik kontrol (NC) esnek otomasyon olarak tanımlanır programın değiştirilmesi
kolaylığından dolayı. Aynı makine değişik programlar kullanarak çok sayıda değişik
parçalar üretmek için kullanılabilir. Nümerik kontrol işlemi belirli makinede çok
sayıda değişik parça üretilecekse en uygundur. Nadiren devamlı olarak aynı parçanın
aynı makinede üretilmesi için kullanılır. Nümerik kontrol parça ya da süreç
matematiksel olarak tanımlandığında idealdir. Bilgisayar destekli tasarımın (CAD)
artan şekilde kullanılmasından dolayı daha çok süreçler ve ürünler matematiksel
olarak tanımlanır.
NC işlemi istenilen parçanın ya da işin tanımıyla(mühendislik çizimi veya
matematiksel tanımı) başlar. Programcı tanımlamayı parçayı üretmek ya da süreci
yerine getirmek için gereken işlemler sırasını belirlemek için kullanır. Programcı aynı
zamanda kullanılacak aletleri, kesme hızını, besleme oranlarını belirler. Programcı
sembolik programı hazırlamak için özel bir programlama dili kullanır. APT
(Automatically Programmed Tools) bu amaç için kullanılan dillerden biridir. Bir
bilgisayar sembolik programı makine programına dönüştürür.
Bilgisayarlı sayısal kontrol (Computerized Numerical Control CNC) sayısal
bilgisayarın işleme ve depolama yetenkelerinden yararlanmak için geliştirilmiştir.
CNC giriş komutlarını kabul etmek ve parçayı üretmek için gereken kontrol
fonksiyonlarını gerçekleştirmek için adanmış bir bilgisayar kullanır. Buna rağmen,
CNC son yıllarda moda olan bilgisayar entegrasyonlu üretim (Computer
Integrated Manufacturing CIM) tarafından istenilen bilgi değiş tokuşunu sağlamak
için tasarlanmamıştır. CIM deki ana düşünce “doğru bilgiyi-doğru insana-doğru
zamanda-doğru kararı vermesi için almaktır”. “İşin bütün safhalarını – fiyat belirleme
ve sipariş girişinden mühendisliğe, iş planlamaya, finansal raporlama, üretim, ve
teslimata kadar – verimli bir üretim zinciri şeklinde bağla”.
Doğrudan sayısal kontrol (Direct Numerical Control DNC) bilgisayar entegrasyonlu
üretimi kolaylaştırmak için geliştirilmiştir. DNC çok sayıda sayısal kontrol
makinesinin bir merkezi bilgisayara parça programların ve makine programların ortak
veri tabanına gerçek zamanlı erişimi için bağlandığı sistemdir.
2.8 Robotik : Endüstriyel robot materyalleri, parçaları, aletleri, veya diğer cihazları
hareketler sırası yardımıyla belirlenen bir işi gerçekleştirmek için hareket ettirmek
amacıyla tasarlanmış programlanabilir işleticidir. Robotlar parçaları hareket ettirmek,
NC makinelerini yüklemek, ürünleri birleştirmek, kaynak yapmak, boyamak, ürünleri
paketlemek için kullanılır. En yaygın robotik işletici birden altıya kadar hareket

21

ekseni olan (ya da özgürlük derecesi) bir koldur. Şekil 2.10 daki robot kolun altı
eksenli hareketi vardır:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Kol süpürme (orta kısımda sağa ya da sola)
Omuz döndürme (omuzda yukarı veya aşağı)
Dirsek genişletme (dirsekte içeri veya dışarı)
Alçalma veya yükselme açısı (bilekte yukarı veya aşağı)
Sapma (bilekte sağa ya da sola)
Döndürme (bilekte saat yönünde ya da tersi yönde)

Şekil 2.10 İnsan kolundaki hareketleri ikiye katlayan altı hareket eksenli Cincinnati
Milacron T3 robotu.
Bir robot belirli bir işi gerçekleştirmek için hareketler sırası yardımıyla çeşitli
nesneleri hareket ettiren programlanabilir işleticidir.
Başka bir robotik hareket ettirici tipi ise bir fabrikada parçaları bir yerden bir yere
taşımak için programlanmış bir yol kullanan motorlu bir arabadır.
Her hareket eksenin eklemin hareketini yerine getirmek için mekanik bağlarla bağlı
kendi aktüatörü vardır. Aktüatör, pnomatik silindir, pnömatik motor, hidrolik silindir,
hidrolik motor, elektrik servo motor, veya stepping motoru olabilir. Pnömatik
aktüatörler ucuz, hızlı ve temizdir fakat havanın sıkıştırılabilirliği doğruluklarını ve
hareketsiz olarak yükü kaldırma yeteneklerini sınırlar. Hidrolik aktüatörler ağır
yükleri duyarlıkla kaldırabilirler ve yükü hareketsiz tutabilirler fakat pahalı, gürültülü,
nispeten yavaş ve hidrolik akışkan kaçırmaya eğilimlidirler. Elektrik aktüatörler hızlı,
doğru, ve sessiz fakat dişli dizisindeki laçka duyarlığı sınırlayabilir.
Endüstriye robotların üç ana parçası vardır: kontrolör, işletici, ve uç dengeleyici. Uç
dengeleyici işleticiye bilekten eklenen ve parçaları ya da araçları kavramak için
kullanılan mekanik, vakum veya manyetik bir araçtır.
En basit robot tipi açık döngü yakala-ve-bırak (pick-and-place PNP) robotoudur. Bir
PNP robotu bir nesneyi alır ve başka bir yere hareket ettirir. Robotun hareketleri
genellikle sınırlama anahtarları, kam hareketli valfler, veya mekanik duraklarla

22

kontrol edilen pnömatik aktüatörlerle gerçekleştirilir. Kontrolör hareketi bir zamanda
bir eksen boyunca olaya dayalı sırada başlatır. Her hareket hareketi durduran bir
sınıra ulaşılana dek devam eder. Kontrolör daha sonra sıradaki bir sonraki eksendeki
hareketi başlatır. Tipik uygulamalar makine yükleme boşaltma, yığma, ve genel
materyal işleme işlerini içerir. Açık döngü PNP robotları oldukça doğrudurlar fakat
çeşitli eksenlerin koordinasyonları eksiktir.
İkinci seviye robotlar çoğu eksenlerde servo kontrolü kullanırlar ve bir noktadan
diğerine gitmek için programlanabilirler. Eğer yol kritik değilse, robot noktadannoktaya (point-to-point PTP) olarak adlandırılır. Eğer yol kritikse, robot devamlı yol
(continuous path CP) olarak adlandırılır. Bir PTP robotu bir noktadan diğerine hareket
eder ve her noktada bir işlem gerçekleştirir. Tipik PTP fonksiyonları yapıştırma,
delme, kesme, nokta leğimleme gibi işlemleri içerir Bir CP robotu bir noktadan
diğerine belirlenen bir yol üzerinde hareket eder ve yol üzerinde hareket ettikçe bir
işlem gerçekleştirir. Tipik CP işlemleri boya püskürtme, kesme, çizgi leğimleme ve
denetleme gibi işlemleri içerir. İkinci seviye kontrolörler ya programlanabilir
kontrolörlerdir ya da mini bilgisayarlardır.Yaparak öğretme metoduyla
programlanabilirler.
Üçüncü seviye robotlar da bir noktadan noktaya ya da devamlı yolda hareket etmesi
için programlanabilir. Fakat, yaparak öğretme on-line programlamaya ek olarak CRT
ve klavye kullanılarak off-line olarak da programlanabilirler. Bu robotlar sunucu
bi