Laboratuvar Otomasyonuna Yönelik Ölçme / Kontrol Sistemi ve PC Yazılımları

 AMAÇ:Ölçme ve kontrol kavramları günlük hayatta, birçok  laboratuvar uygulamasında  kullanılır.  Geliştirilen sistem, piyasada satılan PLC  ye (Programlanabilir Lojik Kontrolcü)  benzer. Amaç alınan ölçüm sonuçlarına göre  belirlenen şartlarda diğer sistemleri kontrol etmektir.  Çoğu cihazda ölçme imkanı varken, kontrol imkanı bulunmamaktadır. Dolayısıyla karmaşık deneyler yapmak problem oluşturmaktadır. Geliştirilen cihaz laboratuvar deneylerine yönelik programlanabilir ölçme yanında kontrol imkanı da sağlayan  cihazdır. Farklı amaçlar için programlanarak kullanılabilir.  RS422/ RS232 arabirimleri sayesinde deney bilgisayar kontrollü olarak gerçekleştirmek ve sensör datalarını kaydetmek mümkündür.

Ölçme ve kontrol sistemini tanımak için ölçüm ve sensör kavramlarını incelemek gerekir.

ÖLÇÜM NEDİR? Meydana gelen herhangi bir oluşumun bir özelliğine dayanarak tanımlanması olayıdır. Ölçüm her alanda geçerliliği olan bir kavramdır. Bir kişinin boyunun ölçüsü, ağırlığının ölçüsü, okumuş olduğu dersten almış olduğu not, psikolojik yapısı, saçının rengi bile genel anlamda bir ölçüm kriteridir. Yukarda bahsedildiği gibi bir kişinin tanımlanması için bu örneklere benzer bir çok kriter göz önüne alınarak değerlendirmesi, ölçümü yapılabilir.

ÖLÇÜM ALETLERİ VE ÖLÇME TEKNİĞİ: Ölçme, bir büyüklüğün sayısal değerini saptamaktır ve bu saptama sonucu ölçü aletinde okunan değere ölçümdeğeri denilir. Herhangi bir ölçü aleti tarafından gösterilen ölçüm değerini uygun etolon bir değer ile karşılaştırarak eşitleme işlemine kalibrasyon denilir. Etolon değerler hiç hata payı bulunmayan standart değerlerdir.

SENSÖRLER : Sensörler, çeşitli fiziksel büyüklükleri hissedip bunlardan ölçülebilir çıktılar üreten elemanlardır. Hissedilen fiziksel büyüklükler uzunluk, kütle, zaman, sıcaklık, ışık gibi temel büyüklükler olabileceği gibi hız, debi, ivme, kuvvet, basınç, ısı, yoğunluk, ph,  gibi türetilmiş büyüklüklerde olabilir. Sensörler ölçüm yaptığı fiziksel özelliğe göre adlandırılırlar. (Mekanik, Optik, Manyetik, Termal sensörler  vb.)

Laboratuvar ve küçük cihazların otomasyonunu için tasarlaran P1 de; 4 adet analog sensör girişi, 4 adet optik yalıtımlı dijital giriş, ve 4 adet 220volt röle kontrollü çıkış vardır. Ayrıcı RS422 ve RS232 PC haberleşme arabirimi vardır. Belirlenen koşullarda ve parametrelerde çalışmasını sağlamak içinde PC yazılımı vardır.
Şekil [2].

Şekil [2]

A] Sensör Girişleri 
B] CPU ve Sayısal Dönüşüm
C] 4×16 LCD Ekran
D] Progr

am Konnektör
E] RS422/RS232 PC arabirim konnektörü
.

ÖRNEK #1 KİMYA  ALANINDA UYGULAMA ÖRNEĞİ

Sıvıların belirli oranlarda karıştırılması (Dozajlama), veya elde edilen ölçüm sonuçlarına göre sıcaklık, pH, eC, değerlerinin sabit tutulması,kimya ziraat ve gıda alanlarında çoğu zaman karşımıza çıkar. Aşağıda Şekil [4] de A B C olarak isimlendirilen 3 ayrı sıvı ölçülen pH, eC, ve sıcaklık (t) değerlerine göre otomatik olarak karıştırılırken, Karışımın istenen sıcaklıkta tutulması içinde, ısıtıcı sistem tarafından kontrol edilir. Sensörlerden alınan sayısal değerler  kontrol yazılımı Labo V1.0 tarafında tarih saat ve voltaj değerleri ile birlikte kaydedilir. Bu değerler daha sonraki araştırmalar veya uygun parametrelerin belirlenmesi işleminde kullanılır.

Şekil [4]

Ziraat ve Biyoloji alanlarındaki çalışmalarda kontrollü ortamlara ihtiyaç duyulur. Özellikle bitki yetiştirme, köklendirme, ve deneme seralarının kontrolünü amaçlayan BİO1 kontrollü bir ortam sağlamak amacıyla, ortamdan aldığı sıcaklık ve nem bilgileri doğrultusunda ısıtıcı ve fanları otomatik olarak çalıştırır. Ayrıca bitkinin ihtiyaç duyduğu su ve besin maddeleri bitkiye otomatik olarak sistem tarafından verilir. Uzun süren deneyler için bilgisayar arabirimi sayesinde sensör ve çalışma bilgileri kaydedilir. 

Şekil [5] BİO1 Kontrol Cihazı

1– Sulama Sistemi

Şekil [6] Sulama 

Örnek: Set değerleri 60 Dakika durma ve 5 sn sulama olarak ayarlanan sistemde.
Sulama işlemi; 60 dakikada aralıklarda 5 saniye yapılacaktır. Sulama işlemi için sera büyüklüğüne göre debisi uygun olan bir valf seçilmedir. Eğer ki 50 metre karelik bir sera için;   1 litre/sn lik bir valf kullanıldıysa 5 saniye içinde  5 litre su sulama için kullanılacaktır.
Bu tip sulamada, sulama değerleri kullanıcıya kalmıştır. Sistem set değerine göre çalışır.

 B – Otomatik Sulama
Otomatik sulama,  Toprak islaklik veya yaprak ıslaklık   sensöründen gelen bilgiye göre set değerleri kadar sulama işlemini gerçekleştirir. Toprak veya yaprak nem sensöründen sinyal gelmeden sulama işlemi yapılmaz.

C – Bölge Sulama
Bölge Sulama tek bir sulama kanalı ve servo sistem ile sera içindeki farklı bitkilerin farklı sulanması işlemini gerçekleştirir. (Bu sistem için, normal sulama sistemi haricinde ek kontrol sistemi ve modüle ihtiyaç duyulur.)

2- Isıtma Sistemi
BiO 1 (Stokerli Kazan & Elektrikli Isıtıcı & LPG ) Sistemlerinden Herhangi birisini kullanacak şekilde tasarlanmıştır. BiO 1 Elektrikli ısıtma sistemi haricinde, Stokerli Kazan, LPG brüler, ve normal Kömür kazanlarını kontrol edecek şekilde tasarlanmıştır.

3- Soğutma ve Fan Kontrol Sistemi.
BiO 1Sogutma işlemini Isıtma Sistemi üzerinden gerçekleştir. Fan Kontrolü sistemden gelen set sıcaklık ve nem değerleri dahilinde çalışır.

zerinde hareket eden A ve B cisimlerinin çarpışmalarını incelersek. Sistemde değişik kademeli güçlerde üfleme yapabilen bir vakum pompasi ve cisimlerin hızlarını ölçmek için optik dijital algılayıcı sensörler kullanılır.  Şekil [7] 

Çekme deneyi malzemelerin mukavemeti hakkında esas dizayn bil­gilerini saptamak ve malzemelerin özelliklere göre sınıflandırılmasını sağlamak amacı ile geniş çapta kullanılır. Çekme deneyi standartlara gö­re hazırlanmış deney numunesinin tek eksende, belirli bir hızla ve sabit sıcaklıkta koparılıncaya kadar çekilmesidir. Deney sırasında, standart numuneye devamlı olarak artan bir çekme kuvveti uygulandığında, aynı esnada da numunenin uzaması kaydedilir.Şekil [9] Şekil [10]

Çekme deneyi sonucunda numunenin temsil ettiği malzemeye ait aşağıdaki mekanik özellikler bulunabilir.

a. Elastisite modülü
b. Elastik sınırı
c. Rezilyans
d. Akma gerilmesi
e. Çekme dayanımı
f. Tokluk
g. % uzama
h. % kesit daralması

Çekme deneyine tabi tutulan numunenin yukarıda belirtilen öz­elliklerin sıhhatli bir şekilde ortaya çıkarılabilmesi için, alındığı malzemeyi tam olarak temsil edebilmesi şarttır. Ayrıca şu hususların bilinmesi de, sonuçların irdelenmesi bakımından gereklidir. 

Numunenin alındığı malzemenin :

a) imalat şekli 

• Döküm
• Kaynak
• Sıcak dövme veya haddeleme
• Soğuk dövme veya haddeleme

• İmalat şekline göre yönlenme
• Tatbik edilen ısıl işlemler

Deney sonuçlarının irdelenmesinde, numunenin alındığı malzemenin durumu yanısıra, alınan numunede de şu hususları bilinmesi faydalıdır :

• Numunenin alındığı bölgeler
• Numunenin alınış şekli
• Numunenin hazırlanış şekli

Çekme deneyine tabi tutulacak numunelerin şekil ve boyutları stan­dartlarda belirtilmektedir. Deney sonuçlarının belirli bir standarda uy­ma zorunluğu vardır. Sonuçlar, numune boyut ve biçimine göre değişik­lik arz edebilir. Numuneler iki kısımdan ibarettir.

1) Numunenin baş kısımları : Yük tatbik edilmek için tutulan kısımlardır ve diğer bölgeye göre daha büyük boyutludur.

2) Numunenin orta kısmı : Yük tatbik edildiğinde deformasyonun yer alması arzu edilen daha küçük boyutlu bölgedir. Deney sonuçları bu kısımda yapılan ölçmelerle tespit edilir. Numunenin bu kısmında, kesit ile uzunluk arasında belli bir ilişki vardır.