Otomasyon araçlarının türleri nelerdir?

Otomasyon alanına yeni başlayan birçok kişi, sahada ilk kez bu kadar çok sayıda enstrümanla karşılaştığında bunalmış hisseder.

Basınç göstergeleri, termometreler, akış ölçerler, seviye ölçerler, kontrol vanaları, vericiler, PLC'ler, DCS'ler, alarmlar ve analizörler gibi isimlerle, bunları nasıl kategorize edecekleri konusunda kafalarının karışması kolaydır.

Gerçekte, otomasyon enstrümantasyonu o kadar karmaşık değildir. Saha perspektifinden bakıldığında, öncelikle tek bir amaca odaklanır: proses parametrelerini ölçmek, iletmek, görüntülemek ve kontrol etmek — gerektiğinde alarm ve ekipman koruması sağlamak.

Fonksiyona göre otomasyon enstrümanları genellikle altı ana kategoriye ayrılabilir:

Saha ölçüm enstrümanları, saha kontrol enstrümanları, saha aktüatörleri, ekran ve kayıt enstrümanları, düzenleme/kontrol enstrümanları ve özel ölçüm enstrümanları.

I. Otomasyon enstrümanları ne işe yarar?

Otomasyon enstrümanları sadece "değer okuyan" cihazlar değildir.

Tam bir kontrol döngüsünde, ölçüm enstrümanları saha parametrelerini toplar, kontrolör analiz ve hesaplamaları yapar, aktüatör eylemleri gerçekleştirir ve ekran/kayıt enstrümanları operatörlere veri sunar ve sistem için saklar.

Örneğin bir sıcaklık kontrol döngüsünü ele alalım: bir termokupl veya direnç termometresi sıcaklığı ölçer; bir sıcaklık vericisi sinyali bir PLC'ye veya DCS'ye gönderir; kontrolör gerekli tepkiyi hesaplar ve bir sinyal çıkarır; ve son olarak, bir kontrol vanası buhar, sıcak su veya soğuk su akışını ayarlar.

Bu nedenle, enstrümanlar izole bir şekilde var olmaz. Sahada sorun giderme yaparken, sadece tek bir göstergeye odaklanılamaz; enstrüman, tüm kontrol döngüsünün bağlamında analiz edilmelidir.

II. Saha ölçüm enstrümanları

Saha ölçüm enstrümanları, otomasyon sistemleri için veri kaynağı görevi görür. Ölçümler yanlışsa, sonraki ekran, kayıt ve kontrol fonksiyonları da tehlikeye girecektir.

Yaygın saha ölçüm enstrümanları arasında sıvı seviyesi, basınç, sıcaklık ve akış ölçenler ile gaz ve sıvı analiz enstrümanları bulunur.

Seviye enstrümanları, depolama tanklarındaki, kulelerdeki, reaktörlerdeki ve silolardaki sıvı seviyelerini, malzeme seviyelerini veya arayüz konumlarını ölçmek için kullanılır. Yaygın türler arasında manyetik flap seviye göstergeleri, şamandıralı seviye göstergeleri, radar seviye ölçerler, ultrasonik seviye ölçerler, kapasitif seviye ölçerler, diferansiyel basınç seviye ölçerler ve seviye anahtarları bulunur.

Basınç enstrümanları, boru hatlarındaki, kaplardaki ve ekipmanlardaki basıncı, diferansiyel basıncı veya vakum seviyelerini ölçmek için kullanılır. Yaygın türler arasında basınç göstergeleri, basınç vericileri, diferansiyel basınç vericileri, basınç sensörleri ve basınç anahtarları bulunur. Basınç göstergeleri öncelikle saha okumaları için, basınç vericileri uzaktan sinyal iletimi için ve basınç anahtarları alarm ve kilitleme fonksiyonları için kullanılır.

Sıcaklık enstrümanları, bir ortamın veya ekipman yüzeyinin sıcaklığını ölçer. Yaygın türler arasında bimetalik termometreler, cam termometreler, termokupllar, dirençli sıcaklık dedektörleri (RTD'ler), sıcaklık vericileri, sıcaklık anahtarları ve kızılötesi termometreler bulunur. Termokupllar yüksek sıcaklık uygulamaları için uygunken, RTD'ler düşük ila orta sıcaklık ölçümleri için daha uygundur.

Akış enstrümanları, gazların, sıvıların veya buharın akış hızını ölçer. Yaygın türler arasında elektromanyetik, girdap, türbin, ultrasonik, kütle, orifis plakası ve değişken alan (rotametre) akış ölçerler bulunur. Seçim, ortamın, akış aralığının, basınç ve sıcaklığın, viskozitenin, iletkenliğin ve düz boru gereksinimlerinin dikkatli bir şekilde doğrulanmasını gerektirir.

Gaz analiz enstrümanları, gaz bileşimini ve konsantrasyonunu tespit eder. Pazardaki yaygın türler arasında oksijen analizörleri, yanıcı gaz dedektörleri, zehirli gaz dedektörleri, kızılötesi gaz analizörleri, termal iletkenlik gaz analizörleri, lazer gaz analizörleri ve gaz kromatografları bulunur.

Sıvı analiz enstrümanları, pH, iletkenlik, bulanıklık, konsantrasyon, yoğunluk, viskozite, çözünmüş oksijen, KOİ ve amonyak azotu gibi parametreleri ölçer. Bu enstrümanlar nispeten yüksek bakım gerektirir; temizlik, kalibrasyon ve numune alma hatlarının denetlenmesi temel görevlerdir.

III. Saha Kontrol Enstrümanları

Saha kontrol enstrümanları, saha sinyal işleme, sinyal dönüştürme ve yerel kontrol işlemlerinden sorumludur.

Yaygın türler arasında pnömatik, elektrikli ve hidrolik kontrol enstrümanları bulunur.

Pnömatik kontrol enstrümanları sıkıştırılmış havayı güç kaynağı olarak kullanır; nispeten basit yapılara sahiptirler ve patlamaya dayanıklı uygulamalarda değerli olmaya devam ederler. Elektrikli kontrol enstrümanları elektrik sinyallerini kullanır, bu da onları PLC'ler, DCS'ler ve denetleyici bilgisayarlarla entegre etmeyi kolaylaştırır. Hidrolik kontrol enstrümanları yüksek çıkış gücü sağlar ve tipik olarak ağır yük veya yüksek itme uygulamalarında kullanılır.

Bu enstrümanları seçerken temel faktörler arasında giriş/çıkış sinyalleri, kontrol doğruluğu, tepki hızı, güç kaynağı koşulları, patlamaya dayanıklılık dereceleri, saha ortamı ve sistem arayüzleri bulunur.

IV. Saha Aktüatörleri

Saha aktüatörleri, kontrol döngüsünde fiziksel eylemi gerçekleştiren bileşenlerdir.

Kontrol sistemi bir komut verdikten sonra, aktüatör vanaları, damperleri, savak kapaklarını veya diğer mekanik yapıları ayarlayarak akış hızı, basınç, sıvı seviyesi veya sıcaklık gibi proses koşullarını değiştirerek komutu yerine getirir. Yaygın aktüatör cihazları arasında pnömatik, elektrikli ve hidrolik kontrol vanaları; kapatma vanaları; kelebek vanalar; küresel vanalar; sürgülü vanalar; aktüatörler; vana pozisyonerleri ve akıllı vana pozisyonerleri bulunur.

Saha bakımı sırasında, aktüatörün basitçe açılıp kapanıp kapanmadığının ötesine bakılmalıdır. Ayrıca düzgün çalışma, doğru konumlandırma, normal geri bildirim sinyalleri, uygun tepki süreleri ve arıza emniyeti konumunun proses gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığı da kontrol edilmelidir.

Birçok kontrol dalgalanması, kontrolör parametre ayarlarından değil, vana takılması, yanlış pozisyonerler, kararsız hava besleme basıncı veya yavaş aktüatör tepkisi gibi sorunlardan kaynaklanır.

V. Ekran ve Kayıt Enstrümanları

Ekran ve kayıt enstrümanları, saha parametrelerini, ekipman durumunu ve alarm bilgilerini gösterirken aynı zamanda kritik verileri saklar.

Yaygın örnekler arasında dijital ekranlar, analog ekranlar, ekran-kontrolörler, çok noktalı tarayıcılar, kağıt tabanlı kaydediciler, kağıtsız kaydediciler, dokunmatik ekranlı HMI'lar, operatör istasyonu terminalleri ve sesli/görsel alarm cihazları bulunur.

Dijital ekranlar tek noktalı parametre izleme için uygundur. Ekran-kontrolörler alarm ve temel kontrol fonksiyonlarını içerebilir. Kağıtsız kaydediciler, sıcaklık, basınç, akış ve seviye gibi parametrelerdeki eğilimleri izlemek için idealdir. HMI'lar ve operatör istasyonları görsel arayüzler, parametre yapılandırması, alarm izleme ve ekipman operasyonu için kullanılır.

Temel seçim kriterleri arasında giriş sinyalleri, ekran yöntemleri, kayıt aralıkları, depolama kapasitesi, iletişim arayüzleri, alarm çıkışları ve güç kaybı koruması bulunur.

VI. Düzenleme ve Kontrol Enstrümanları

Düzenleme ve kontrol enstrümanları, otomatik düzenleme, mantıksal kontrol, sıra kontrolü ve güvenlik korumasını ele alan otomasyon sisteminin "beyni" olarak hizmet eder.

Yaygın saha cihazları arasında PID kontrolörler, tek döngülü ve çok döngülü regülatörler, PLC'ler, DCS'ler, FCS'ler, ESD'ler, SIS'ler ve endüstriyel bilgisayarlar bulunur.

PID kontrolörler tipik olarak sıcaklık, basınç, akış ve seviye gibi sürekli parametreleri düzenlemek için kullanılır. PLC'ler genellikle ekipman başlatma/durdurma işlemleri, sıra kontrolü, kilitleme koruması ve ayrık (açık/kapalı) sinyal işleme için kullanılır. DCS'ler, büyük ölçekli sürekli üretim birimlerinin merkezi izlenmesi ve dağıtılmış kontrolü için uygundur. SIS'ler ve ESD'ler öncelikle güvenlik kilitleme ve acil durum kapatmaları için kullanılır; sadece standart kontrol sistemleri olarak ele alınmamalıdır.

Seçim faktörleri arasında kontrol edilen proses, G/Ç nokta sayısı, kontrol stratejisi, iletişim protokolleri, yedeklilik gereksinimleri, güvenlik bütünlüğü seviyeleri (SIL), alarm yönetimi ve uzun vadeli bakım yetenekleri bulunur.

VII. Özel Ölçüm Enstrümanları

Özel ölçüm enstrümanları öncelikle benzersiz parametreleri tespit etmek, ekipman sağlığını izlemek ve saha kalibrasyonu yapmak için kullanılır. Yaygın örnekler arasında şaft titreşim monitörleri, şaft yer değiştirme monitörleri, takometreler, tartım enstrümanları, kalınlık ölçerler, sinyal kalibratörleri, alev dedektörleri, çevrimiçi nem analizörleri, çevrimiçi yoğunluk ölçerler ve ekipman durumu izleme enstrümanları bulunur.

Şaft titreşimini, şaft yer değiştirmesini ve dönüş hızını ölçen enstrümanlar tipik olarak kompresörler, buhar türbinleri, fanlar ve pompalar gibi dönen ekipmanlarda kullanılır. Tartım enstrümanları silolarda, bant kantarlarında ve toplu veya paketleme sistemlerinde kullanılır. Kalınlık ölçerler, plaka, boru ve kap duvarlarının kalınlığını ve kaplama kalınlığını ölçmek için kullanılır. Alev dedektörleri genellikle kazanlarda, ısıtma fırınlarında ve yakıcılarda yanma koruması için kullanılır.

Bu enstrümanları seçmek, ekipman türü, ölçülen parametre, kurulum konumu, tepki hızı, çıkış sinyalleri ve koruma gereksinimleri gibi faktörleri dikkate almayı gerektirir.

VIII. Saha Seçimi ve Kullanımı İçin Temel Noktalar

Otomasyon enstrümanlarını seçerken, sadece model numarası ve fiyata odaklanılmamalıdır.

Öncelikle ölçülecek parametreyi belirleyin; ardından ölçüm aralığını, doğruluğunu, yapım malzemelerini, kurulum yöntemini, güç kaynağını ve çıkış sinyalini belirleyin.

Ortam aşındırıcı ise, ıslanan parçalar uygun malzemeden yapılmalıdır. Yüksek sıcaklıktaki ortamlar için ısı dağılımını, yoğuşmayı, izolasyonu ve termovel'leri göz önünde bulundurun. Ortamın kristalleşmeye veya tıkanmaya eğilimli olması veya safsızlıklar içermesi durumunda, diyaframları, temizlemeyi, yıkamayı veya numune ön işlemeyi düşünün. Önemli titreşimin olduğu alanlarda, braket montajını ve kurulum konumunu göz önünde bulundurun.

Enstrüman hizmete alındıktan sonra, sıfır noktasını, aralığını, kablolamasını, güç kaynağını, topraklamasını, iletişimi, alarm çıkışlarını ve kilitleme durumunu düzenli olarak kontrol edin.

Sahada sorun giderme yaparken şu sırayı izleyin: güç kaynağını, ardından sinyali, ardından kablolamayı, ardından parametre ayarlarını ve son olarak algılama elemanını ve proses koşullarını kontrol edin.

Özet

Otomasyon enstrümanlarının sınıflandırılması, her tür belirli bir işlevi yerine getirdiği için hatırlaması zor değildir.

Örneğin, ölçüm enstrümanları veri toplar; kontrol enstrümanları sinyal işleme yapar; aktüatörler sahada fiziksel eylemler gerçekleştirir; ekran ve kayıt enstrümanları verileri gösterir ve kaydeder; düzenleme ve kontrol enstrümanları kontrol ve kilitlemeleri yönetir; ve özel ölçüm enstrümanları benzersiz parametreleri tespit eder.

Sahada gerçekte çalışırken, bir enstrümanı izole bir cihaz olarak görmeyin. Tüm kontrol döngüsünün bağlamında düşünün ve birçok sorun teşhis etmeyi kolaylaştıracaktır.