i

ii

ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR

Sürekli gelişen ve yenilenen teknolojik üretimler, daha kaliteli ve ihtiyaca daha çabuk

cevap vermesi bakımından makinalar aracılığı ile otomatik olarak yapılmaktadır.

Böylece daha seri üretilen, kaliteli, hata oranı çok daha az ürünler elde edilmektedir.

Endüstri alanın bu üretimler sırasında işlemler PLC denilen mikroişlemci tabanlı

denetleyiciler ile denetlenmektedir. Ayrıca bu alandaki endüstriyel uygulamalarda

üretilmek istenilen ürün veya yapılmak istenilen işlem yaptırılabilmesi için kamera

kullanımı ve buna bağlı olarak görüntü işleme teknikleri oldukça önem arz etmektedir.

Bu alanda çalışma yapmamıza olanak sağlayan ve gerekli laboratuvar desteğini

esirgemeyen değerli hocam Yrd. Doç. Dr. Sıtkı ÖZTÜRK’ e, çalışmamızda bizden

yardımlarını esirgemeyen ve motivasyonumuzu en yüksek seviyede tutan değerli

araştırma görevlileri Melih KUNCAN ve Kaplan KAPLAN hocalarıma ve bu güne

kadar her zaman yanımda olan kıymetli aileme teşekkürlerimi sunarım.

Haziran-2015 Fatih EROL

iii

İÇİNDEKİLER

ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR ..................................................................................................... ii

İÇİNDEKİLER ..................................................................................................................... iii

ŞEKİLLER DİZİNİ……………………………………………………………………...v

TABLOLAR DİZİNİ…………………………………………………………………. vii

ÖZET .................................................................................................................................. viii

ABSTRACT ......................................................................................................................... ix

1. GİRİŞ ................................................................................................................................. 1

2. SİSTEM ÇALIŞMASI VE SİSTEM ELEMANLARININ TANITILMASI ................ 3

2.1. Sistem Elemanlarının Tanıtılması ................................................................................... 5

2.1.1. S7-1200 PLC ........................................................................................................... 5

2.1.2. Servo Motorlar ........................................................................................................ 7

2.1.3. Servo Motor Sürücü ................................................................................................. 8

2.1.4 Sistemde Kullanılan Algılayıcılar Hakkında Genel Bilgiler ..................................... 11

2.1.5 Logitect C270 HD Webcam .................................................................................... 11

3. ...MATLAB VE PLC KONTROLLÜ SİSTEMİN OPC TEKNOLOJİSİ ÜZERİNDEN

GERÇEK ZAMANLI HABERLEŞMESİ ......................................................................... 13

3.1 TIA PORTAL Programı .......................................................................................... 13

3.1.1. TIA PORTAL ........................................................................................................ 13

3.1.2. TIA PORTAL Programı ile S7-1200 Kurulumu ..................................................... 13

3.1.3. S7-1200 PLC’nin Konfigürasyonu ......................................................................... 15

3.1.4. S7-1200 İstasyonu Ekleme ..................................................................................... 15

3.1.5. Ethernet Portunun IP Adresinin Değiştirilmesi ....................................................... 16

3.1.6. Kullanıcı Programı Oluşturma .............................................................................. 16

3.1.7 Ağ Kartının IP Adresini Değiştirme ........................................................................ 17

3.1.8 S7-1200 PLC Programının Derlenmesi Ve Yüklenmesi.......................................... 17

3.2 OPC (Open Process Control) ......................................................................................... 19

3.2.1 OPC Uyumlu Yazılımlar ......................................................................................... 20

3.2.2 OPC Sunucusu Olan Donanımlar ............................................................................ 20

3.2.3. TIA PORTAL’da İstasyon Eklenmesi .................................................................... 21

3.2.4. TIA PORTAL’da OPC Server Ekleme ................................................................... 22

3.2.5. TIA PORTAL’da IE Genaral Ethernet Arayüzü Ekleme ......................................... 23

3.2.6. OPC Station Yapılandırma Ayarları ....................................................................... 23

iv

3.2.7. S7 Bağlantısını Yapılandırma................................................................................ 25

3.2.8. S7 Bağlantısı ........................................................................................................ 25

3.2.9. S7 Bağlantılarının Görüntülenmesi ve Değiştirilmesi ............................................ 26

3.2.10. PC İstasyon Ayarlarının Yapılandırması Derlenmesi ve Yüklenmesi ................... 27

3.2.11. OPC Scout V10’da .............................................................................................. 29

3.3 MATLAB ORTAMINDA OPC BAĞLANTISI ............................................................. 31

4. PLC YAZILIMI .............................................................................................................. 32

4.1 S7-1200 PLC ile Servo Motor Kontrolü ......................................................................... 32

4.1.1.Motor Kontrol Projesi Oluşturma ve Konfigürasyonunu yapma............................... 32

4.2 TIA PORTAL Main Blok Yazılımı................................................................................ 36

5. GANTRY ROBOTUN JOYSTİC İLE MANUEL KONTROLÜ ............................... 43

6. KARAKTER TANIMA.................................................................................................. 45

6.1.Veri Tabanı ................................................................................................................... 47

6.2Karakter Tanıma Aşamasının Adım Adım Anlatımı........................................................ 48

7. SONUÇLAR ................................................................................................................... 51

KAYNAKLAR .................................................................................................................... 53

v

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 1.1 : Sistem kontrolünün genel blok diyagramı ......................................................... 2

Şekil 2.1 Gantry Robot Sisteminin Genel Görünümü ........................................................ 3

Şekil 2.2 : Matlap Guide ....................................................................................................... 4

Şekil 2.3 : S7-1200 PLC [6] ................................................................................................. 6

Şekil 2.4 : PLC blok şeması[6] ............................................................................................. 6

Şekil 2.5 : PLC Çalışma Döngüsü........................................................................................ 7

Şekil 2.6 : Sistemde Kullanılan Servo Motor ve Çalışma Modları .................................... 8

Şekil 2.7 : ServoMotor Sürücüsü ......................................................................................... 8

Şekil 2.8 : Servo sürücü konum çalışma modu konfigürasyonu[7] ................................... 9

Şekil 2.9 : Servo sürücü kontrol kartı[7]............................................................................ 10

Şekil 2.10 : Endüktif algılayıcının şematik gösterimi ....................................................... 11

Şekil 2.11 : Logitect C270 Webcam[5] ............................................................................. 12

Şekil 3.1 : Proje Oluşturma................................................................................................ 14

Şekil 3.2 : Projeye İsim Girme .......................................................................................... 14

Şekil 3.3 : Açılan projeye geçiş ......................................................................................... 14

Şekil 3.4 : Yeni aygıt ekleme ............................................................................................ 15

Şekil 3.5 : Kullanılan PLC seçimi ..................................................................................... 15

Şekil 3.6 : S7-1200 Ağ Ayarları ........................................................................................ 16

Şekil 3.7 : Program bloğu ekleme ..................................................................................... 16

Şekil 3.8 : Ağ kartının IP adresini değiştirme .................................................................. 17

Şekil 3.9 : PLC yazılımın derlenmesi ................................................................................ 17

Şekil 3.10 : PLC'ye programın download edilmesi........................................................... 18

Şekil 3.11 : " Extendeddownloadtodevice " penceresi ................................................... 18

Şekil 3.12 : Load Preview Penceresi ................................................................................. 19

Şekil 3.13 : Load Results Penceresi ................................................................................... 19

Şekil 3.14 : PC İstasyonu ekleme ....................................................................................... 21

Şekil 3.15 : PC İstasyonu seçimi ........................................................................................ 22

Şekil 3.16 : PCstation iç bölümleri .................................................................................... 22

Şekil 3.17 : TIA PORTAL için OPC server seçimi .......................................................... 23

Şekil 3.18 : TIA PORTAL için IE General seçimi ........................................................... 23

Şekil 3.19 : İstasyon Yapılandırma Sembolü ................................................................... 24

Şekil 3.20 : StationConfiguration Editor penceresinin ilk hali ........................................ 24

Şekil 3.21 : Station Configuration Editor penceresine IE general ve OPC server

eklenmiş hali ........................................................................................................................ 25

Şekil 3.22 : S7 bağlantı sayfası ......................................................................................... 25

Şekil 3.23 : S7 Bağlantısının OPC Server Özellikleri Bölümü ........................................ 26

Şekil 3.24 : S7 Bağlantısının OPC Server Aktif Edilmesi................................................ 26

Şekil 3.25 : S7 Bağlantısının OPC Server Görünür Oldu Görüntüsü .............................. 27

Şekil 3.26 : PC Station derleme.......................................................................................... 27

Şekil 3.27 : PC Station yükleme işlemi ............................................................................. 28

vi

Şekil 3.28 : "Extendeddownloadtodevice " penceresi .................................................... 28

Şekil 3.29 : "Loadpreview" penceresi ................................................................................ 28

Şekil 3.30 : StationConfiguration Editor penceresi........................................................... 29

Şekil 3.31 : OPCSimaticNET penceresi ............................................................................ 29

Şekil 3.32 : S7_Verbindung_1" klasörünün görüntülenmesi ........................................... 30

Şekil 3.33 : Oluşturulan item’ler ........................................................................................ 31

Şekil 3.34 : Matlab Ortamında OPC Ayarlama Kodu ...................................................... 31

Şekil 4.1 : "Technologyobject" e nesne eklenmesi ........................................................... 32

Şekil 4.2 : "Technologyobject" e nesne eklenmesi ........................................................... 33

Şekil 4.3 : PTO Eklenmesi.................................................................................................. 33

Şekil 4.4 : Pulse, yön ve birim ayarları .............................................................................. 34

Şekil 4.5 : Servo Motor Devir Bilgileri ............................................................................ 34

Şekil 4.6 : X Axes Sınır Anahtar Bilgileri ......................................................................... 35

Şekil 4.7 : Motorun Hareket İvmeleri ................................................................................ 35

Şekil 4.8 : Motora Home İşleminin Öğretilmesi ............................................................... 36

Şekil 4.9 : OB1 Bloğu X Eksen Servosu için Yazılan Kod .............................................. 38

Şekil 4.10 : OB1 Bloğu Y Eksen Servosu için Yazılan Kod............................................ 40

Şekil 4.11 : OB1 Main Bloğu Servo Motor Durum Bilgileri ........................................... 41

Şekil 4.12 : Havalı Piston ve Vakum Çalışması................................................................ 42

Şekil 5.1 : Sistemin Joystick Kontrolü Sırasında Çekilmiş Görüntü ............................... 43

Şekil 5.2 : Matlap Joystick Kodu ...................................................................................... 44

Şekil 6.1 : Sistem İşleyiş Algoritması ................................................................................ 45

Şekil 6.2 : Sistem Akış Diyagramı ..................................................................................... 46

Şekil 6.3 : Hazırlanan Matlab Guide ................................................................................. 47

Şekil 6.4 : Veri Tabanı ........................................................................................................ 47

Şekil 6.5 : Görüntü İşleme Akış Diyagramı ...................................................................... 48

Şekil 6.6 : Kameradan Görüntü Alma Kodu ..................................................................... 48

Şekil 6.7 : Kameradan Alınan Anlık Görüntü .................................................................. 48

Şekil 6.8 : Kırpılmış Görüntü ............................................................................................. 49

Şekil 6.9 : RGB2GRY İşleminden Sonraki Görüntü ........................................................ 49

Şekil 6.10 : Eşikleme ve Ters Dönüşüm Sonucu Oluşan İmge ........................................ 49

Şekil 6.11 : İmgenin Boşluk Doldurma ve Açma İşleminden Sonraki Hali .................. 50

Şekil 6.12 : “K” harfinin Etiketi ......................................................................................... 50

Şekil 7.1 : Siyah Zemin Üzerinde Bulunan Harfler .......................................................... 51

Şekil 7.2 : İsim Yazdırma Sonucunun Görüntüsü ........................................................... 52

vii

TABLOLAR DİZİNİ

Tablo 1 : Servo sürücünün pin konfigürasyonu[7] ..................................................................... 9

Tablo 2 : Analog giriş sinyalleri[7] .......................................................................................... 10

Tablo 3 : Darbe giriş sinyalleri[7] ............................................................................................ 10

Tablo 4 : OPC sürücüsü olan donanımlar [7] ........................................................................... 21

Tablo 5 : OPCİtemleri ............................................................................................................. 30

viii

GÖRÜNTÜ İŞLEME İLE 3 EKSENLİ ROBOT MEKANİZMASI ÜZERİNDE

NESNE AYIRT EDİLMESİ VE SIRALANMASI

ÖZET

Bu çalışmada kartezyen robot olarak bilinen gantry robotun düşey eksen üzerine monte

edilmiş bir kamera vasıtasıyla, siyah bir zemin üzerindeki karakterlerin görüntü işleme

yöntemi kullanılarak tanınması ve ara yüz üzerinden girilen metnin, siyah zemin

üzerindeki karakterleri kullanaraktan gantry robot vasıtasıyla yazdırma işlemi üzerinde

çalışılmıştır. Siyah zemin üzerindeki karakterler veri tabanı ile karşılaştırılarak analiz

edildikten sonra, her karakterin merkez koordinat noktası bulunmuştur. Ara yüz

üzerinden girilen metindeki her karakter, siyah zemin üzerindeki ilgili karakter ile

Matlab ortamında eşleştirilmiştir. Merkez koordinat noktası bilinen eşleşmiş her

karakter vakum tutucu ile tutulmuş ve bu karakterlerin taşıma işlemi gantry robot

vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. Karakterlerin belirlenen konumlara taşıma işlemi S7-

1200 PLC ve servo sürücü kartlar kontrolünde servo motorlar yardımıyla yapılmaktadır.

Matlab ve S7-1200 PLC’nin haberleşmesi Simatic OPC programı alt yapısı ile

gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sistemin manuel kontrolü için Joystick uygulaması

yapılmıştır.

Anahtar kelimeler: S7-1200, TIA PORTAL, Görüntü işleme, OPC

ix

ABSTRACT

In this study, it is worked about printing by using the characters on the black ground via

gantry robot and to define the characters on the black ground by using the technic of

image processing of the gantry robot that is known as Cartesian robot by the medium of

a camera that is set up on the vertical axis. After the characters on the black ground are

analyzed by comparing with data base, the coordinate degree of each character is found.

Each character that is printed on the interface is matched with the relating characters on

the black ground. Each character that coordinate degree is known and matched with

something is attached with a vacuum holder and the system of this character's removal

process is carried out thanks to gantry robot. The removal process of characters to the

places that has already defined is performed under the control of S7-1200PLC and servo

card and with the help of servo motors. The system of correspondence with MATLAB

and s7-1200 PLC is became reality with basis of Simatic OPC program. Additionally,

joystick praxis is used in order to control its manual .

1

1. GİRİŞ

Robot denildiği zaman akla ilk etapta, insan gibi yürüyen, insan davranışları sergileyen,

daha da önemlisi insan gibi düşünen ve karar verebilen insansı makineler gelmektedir.

Bu da robotların tasarımında canlıların yapısından ilham alındığını göstermektedir.

Robot denildiğinde akla ilk gelen insansı robotlar olmasına karşın kartezyen robotlarda

bu yapı yoktur. Kartezyen robotlar birbirine dik eksenlerden meydana gelmektedir.

Gantry robotlar da bir kartezyen robot türüdür. Gantry robotları kartezyen robotlar

içinde ayırt eden özellik iki taşıyıcı eksene sahip olmalarıdır. Bu robot konfigürasyonu

en kısıtlı hareket kapasitesine sahip robot tasarımıdır. Bir kartezyen koordinat

sisteminde, koordinat sistem merkezinin yeri, ilk iki bağlantının birleşme yerinin

merkezidir. Robotun merkezine doğru yapılan hareketler dışında merkez hareket

etmemektedir, yani robotun merkezi sabittir denilebilir. Üç doğrusal eksenden meydana

gelen kartezyen robotlar endüstriyel uygulamalarda ve imalat amaçlı olarak yaygın

olarak kullanılmaktadır. Kartezyen robotların paketleme, lojistik, freze, lazer, plazma,

oksi asetilen kesme makineleri, su jeti ile kesme, elektro erezyon gibi uygulama alanları

bulunur [1].

Günümüzde sayısal görüntü işleme ve görüntü tanıma teknolojisi birçok faklı alanda

kullanılmaktadır. Bu teknolojinin diğer bir kullanım sahası da elbette ki endüstridir.

Özellikle montaj sanayinde gelişen robot ve yapay zekâ tekniği sayesinde üretim hızla

otomatikleşmektedir. Endüstride kullanılan düzgün şekillerin tanımlanması ve bu

şekillerin rotasyonlarının konumların ve alanların tanımlanması yeni endüstriyel

uygulamaların önünü açacaktır. Günümüzde görüntü işleme ile yapılan uygulamaların

çeşitliliği her geçen gün artmaktadır. Plaka okuma sistemleri, yüz tanıma uygulamaları,

parmak izi tanıma uygulamaları, iris tanıma uygulamaları gibi uygulamalar günümüzde

görüntü işlemenin sıkça kullanıldığı alanlara örnek olarak verilebilir [2].

Sayısal görüntü işleme ve kartezyen robotun birleştirildiği bu sistemde PLC kontrollü

ve pnömatik tahrikli kombine bir uygulama gerçekleştirilmiştir. Kartezyen robotun X ve

Y eksenlerindeki hareketi iki adet servo motor tarafından sağlanmaktadır. Sistemde

2

kullanılan iki motoru sürmek için iki adet sürücü kullanılmaktadır. Sürücüler PLC

üzerinden kontrol edilmekte ve PLC de Matlab ile yazılan bir program ile gerekli

bilgileri almaktadır. Şekil 1.1’de sistemin genel blok diyagramı görülmektedir.

Şekil 1.1 : Sistem kontrolünün genel blok diyagramı

Şekil 1.1’de görülen blok diyagram sistemin genel çalışma prensibinin anlaşılması için

gösterilmiştir. Kameradan alınan anlık görüntü Matlab ortamında işlenmektedir. Matlab

Guide arayüzüne girilen metin veri tabanı ile karşılaştırılıp analiz işleminden sonra

gerekli koordinat noktaları Simatic OPC programı ile PLC’ye gönderilmektedir. PLC’de

ilgili çıkışlarını aktif yaparak vakum tutma ve taşıma işlemlerinin kontrolünü

gerçekleştirmektedir.

Yapılan bu çalışma endüstri alanında benzer bir çok uygulamada kullanılabilmektedir.

Gerçekleştirilen bu çalışma ile gerek parça karakter analizi yapma gerekse, analiz

sonucu aranan parçanın bulunması ve taşınması gibi işlemler gerçekleştirilebilir. Başka

bir uygulama olarak, Z eksenine lazer başlık takılıp, görüntü işleme algoritmasının

geliştirilmesi ile plazma ile lazer kesim mekanizması yapılabilir.

Bu çalışmada ilk olarak deney düzeneği ve sistem çalışması anlatılmış, daha sonra

sistemde kullanılan malzemeler hakkında detaylı bilgi verilmiştir. Daha sonraki

aşamalarda TIA PORTAL programı ve OPC programı tanıtılmış ve gerekli

konfigürasyonundan işlemleri anlatılmıştır. Bir sonraki adım olarak PLC yazılımına ve

görüntü işleme tekniğini detaylı bir şekilde anlatılarak sonuç bölümüne yer verilmiştir.

3

2. SİSTEM ÇALIŞMASI VE SİSTEM ELEMANLARININ TANITILMASI

Şekil 2.1’de verilen deney düzeneği Kocaeli Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği

Bölümü sensör laboratuvarında yer almakta olup bu çalışmadaki uygulamalar, söz

konusu düzenek üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Şekil 2.1 Gantry Robot Sisteminin Genel Görünümü

MATLAB GUIDE ORTAMI

4

Şekil 2.1’deki deney düzeneğinde görüntü alabilmek için bir adet USB kamera

kullanılmıştır. Siyah zemin üzerindeki cisimlerin görüntüsünü kuş bakışı görebilmek

için sistemin üst kısmına monte edilmiştir. Bu kamera vasıtasıyla USB bağlantı

üzerinden bilgisayara aktarılmıştır. Sistemde aktarılan görüntüye bağlı olarak hareketi

yapmak için 2 adet servo motor bulunmaktadır. Bu servo motorlar, gantry robotun X ve

Y, yani yatay ve düşey hareketini sağlamaktadır. Bu servo motorları sürebilmek için iki

adet sürücü mevcuttur. Z eksen, yani dikey eksendeki hareket ise pnömatik bir sistem

vasıtasıyla sağlanmaktadır. Bu sistem hem düşey eksendeki hareketi sağlamakta hem de

cisimlerin tutulmasını sağlamaktadır. Deney düzeneğindeki pnömatik sistem 24V ile

tahrik edilen 5/2 valf ve vakum tutucudan oluşmaktadır. Sistemin hava kuvveti bir adet

kompresör tarafından karşılanmaktadır.

Sistemde bulunan motorların kontrolünü sağlayan sürücü kartları, bir adet Siemens S7-

1200 serisi PLC ile tetiklenmektedir. Deney düzeneğinde S7-1200 PLC tercih

edilmesinin en temel nedenleri ise, PLC kumanda devresi tasarımının çabuk ve kolay

gerçekleşmesi, bilgisayarlar ve diğer kontrolörlerle OPC haberleşme olanağı olması ve

arıza ihtimali daha düşük olmasıdır.

Sistem matlap ortamında kullanıcı için oluşturulan Şekil 2.2’de ki matlap guide arayüzü

üzerinden kontrol edilmektedir. Matlab Guide arayüzünden sistemin hem manuel

kontrolü hem de metin yazdırma işlemleri gerçekleştirilebilmektedir.

Şekil 2.2 : Matlap Guide

Şekil 2.2’nin sol üst bölmesinde bulunan ‘MANUEL KONTROL’ sekmesinden gantry

robotun ileri-geri (X eksen) ve sağ-sol (Y eksen) yönlerinde hareket edebilmektedir.

5

Sistemin X ve Y eksen hareketleri servo motorlar ve sürücüler vasıtasıyla

yapılmaktadır. Ayrıca piston aşağı-yukarı (Z eksen) hareketi ve vakum çalıştır-durdur

hareketleri bu bölümden manuel olarak yapılabilmektedir. Sistemin Z eksen hareketi

pnomatik bir valf yardımı ile sağlanmaktadır. Sistemin hava ihtiyacı maksimum 5 barlık

hava kuvvetine sahip kompresörden sağlanmaktadır. ‘KONUM KONTROL’

bölmesinde ise gantry robot istenilen X ve Y koordinat eksenlerine gidebilmektedir.

‘Görüntü işleme Kontrol’ bölmesinde ise anlık görüntü çekme, bu görüntüyü işleme

işlemleri yapılmaktadır. Ayrıca bu bölmeye girilen kelime gantry robot vasıtasıyla

yazdırılmaktadır. Matlab ile PLC’nin haberleşmesi Simetic OPC program altyapısı

kullanılarak yapılmıştır. OPC programı ile server veya istemci eklenmesi ve

konfigurasyon ayarları ileriki bölümlerde ayrıntılı olarak anlatılacaktır. Sistemin

kontrolü S7-1200 PLC ile kontrol edilmektedir. S7-1200 PLC TIA PORTAL programı

ile programlanmıştır. TIA PORTAL programında proje oluşturma ve konfigurasyon

ayarları da ileriki bölümlerde ayrıntılı olarak anlatılacaktır. Ayrıca sistemin manuel

kontrolü için bir de joystick uygulaması yapılmıştır. Bu uygulama sayesinde

2.1. Sistem Elemanlarının Tanıtılması

Bu bölümde gantry robot sisteminde kullanılan elemanların tanıtımı, elemanların

özellikleri ve sistemde ne işe yaradıkları anlatılmıştır.

2.1.1. S7-1200 PLC

SIMATIC STEP7 Basic V11 projelendirme yazılımı, S7-1200 Mikro PLC ve SIMATIC

HMI Basic panellerin basit ve hızlı programlanması, haberleştirilmesi ve devreye

alınmasını sağlar. Mikro PLC'nin merkez ünitesine esnek genişleme opsiyonları

sağlayacak şekilde farklı tipte I/O ve haberleşme modülleri takılabilir. Sistem;

projelendirme yazılımı, kontrolörler ve HMI üniteleri arasında kolay bağlantı ve

haberleşmeiçin PROFINET portuna sahiptir.[4]

CPU' ların genel özellikleri;

Her CPU üzerinde 1, CPU1214C üzerinde 2 adet PROFINET portuna sahiptir.

Bit işlem zamanı 85ns' dir.

Kalıcı hafıza alanı 10Kbyte' tır.

Her CPU' da 4 adet 100 kHz PTO mevcuttur.

CPU' ların çalışma ortam sıcaklığı -20oC ile +60oC arasındadır.

6

Firmware güncellemesi PROFINET portu üzerinden yapılabilir[4].

Şekil 2.3 : S7-1200 PLC [6]

Endüstriyel otomasyon devrelerinde PLC’nintercih edilmesinin başlıca nedenleri olarak,

kontrol devresinin işlevi yazılımla sağladığından, kontrol devresini tasarlamak, röleli bir

devrenin tasarımından daha kolay olması, röleli kontrol devrelerine göre çok az yer

kaplaması, Arıza yapma ihtimali azdır. Bir PLC için arızalar arası ortala yaklaşık 8000

saat olması, kötü çevre koşullarında, özellikle tozlu ortamlarda, röleli kumanda

devrelerine göre daha güvenli olması gösterilebilir.

Şekil 2.4’de bir PLC’ye ait blok şeması gösterilmiştir.

Şekil 2.5 de PLC’nin çalışma çevrimi verilmiştir. Bilgisayar programları yaptıkları

işleri, sırasıyla ve birbiri ardınca test edilen belli mantık işlemlerine göre yerine

getirirler. Fakat PLC’ler için durum biraz daha farklıdır. PLC devamlı bir çevrim

halindedir. Bütün komutlar sırasıyla işletilir ve PLC stop yapana kadar çevrim devam

eder. PLC programının tamamı bilgisayar dillerinde döngü adı verilen kısımlar gibidir.

Şekil 2.4 : PLC blok şeması[6]

7

PLC programı yüksek seviyeli programlama dillerinde While/Wend konumları arasında

yazılmış program parçalarına benzer şekilde çalışır. Fakat PLC programının işlem tarzı

itibariyle, biraz farkı vardır. PLC’ de program aynı anda birkaç olayı gerçekleştirebilir.

Dolayısıyla birbirinden bağımsız olayların dolayısıyla komutların aynı anda işletilmesi,

yeni bir olay bitmeden diğerine başlaması gerekir. Bu iş için en ideal işleyiş tarzı, bir

döngü içine bütün komutları yazmak ve döngüyü de bütün olayların en iyi şekilde

kontrolü için döngüyü mümkün olan en yüksek hızda çalıştırmaktır.[4]

Şekil 2.5 : PLC Çalışma Döngüsü

2.1.2. Servo Motorlar

Gantry robotun X ve Y eksenlerinde hareketini sağlamak amacıyla iki adet servo motor

kullanılmaktadır. Bu motorlar Metronix firması tarafından üretilen Any Pack serisi

motorlardan APM-SB04AEK modeli motorlardır. Aşağıda, Şekil 2.6 ’da kullanılan

servo motora ait bilgiler gösterilmiştir. Model ismindeki her karakterin motorun

özelliklerini tanımlayıcı bir görevi vardır.

Şekil 2.6’da ki resimde servo motora ait çalışma modları bulunmaktadır. Bu modlara

göre servonun kontrolü otomatik olarak veya manuel olarak kontrol edilebilmektedir.

8

Şekil 2.6 : Sistemde Kullanılan Servo Motor ve Çalışma Modları

2.1.3. Servo Motor Sürücü

Servo motor sürücü olarak Metronix firmasının üretmiş olduğu APD-VS04NA4 serisi

AnyPack Serisi Servo sürücü kullanılmaktadır. Bu sürücü standart ip bir

sürücüdür.Servo motorda N karakteri artımlı tip enkoderkullanılmıştır.Bu sürücü ile en

fazla 400 W gücünde bir motor sürülebilir.[7]

Servo sürücüler uygulamanın gereksinimlerine göre farklı modlarda

çalışabilmektedirler. Bu modlar aşağıda belirtilmiştir.

1. Konum Çalışma Modu

2. Hız Çalışma Modu

3. Tork Çalışma Modu

4. Hız/Tork Çalışma Modu

5. Hız/Konum Çalışma Modu

6. Konum/Tork Çalışma Modu[7]

Şekil 2.7 : ServoMotor Sürücüsü

9

Gerçekleştirilen uygulamada servo motor sürücüleri konum çalışma modunda

çalıştırılmıştır. Konum çalışma modunda, PLC’lerservo sürücüye motoru sürmesi için

gereken darbe sinyallerini göndermektedir. Servo sürücünün enkoder tipine göre motora

gelen belirli sayıda darbe sinyallerine göre motor bir tam dönüşünü tamamlar. Şekil

2.8’de konum çalışma modu konfigürasyonu gösterilmektedir.

Şekil 2.8 : Servo sürücü konum çalışma modu konfigürasyonu[7]

Sürücünün ileride farklı çalışma modlarında kullanımına imkân sağlamak amacı ile

üzerindeki anahtarlar vasıtasıyla çalışma modunu değiştirebilen bir kart bulunmaktadır.

Bu kart ile farklı modlarda çalışma işlemlerini daha pratik hale getirmek amaçlanmıştır.

Tasarlanmış olan kart üzerinde bulunan 12 adet anahtar ile servo sürücünün çalışma

modu ve aktif ya da deaktif olma durumu ayarlanabilmektedir.

Aşağıdaki tablolarda servo sürücünün çalışma moduna göre pinkonfigürasyonu

gösterilmektedir.

Tablo 1 : Servo sürücünün pin konfigürasyonu[7]

10

Tablo 2 : Analog giriş sinyalleri[7]

Tablo 3 : Darbe giriş sinyalleri[7]

Şekil 2.9’deservo sürücü kontrol kartı gösterilmektedir. Kart üzerinde yapılan

bağlantılara göre pin numaraları görülmektedir.

Şekil 2.9 : Servo sürücü kontrol kartı[7]

11

2.1.4 Sistemde Kullanılan Algılayıcılar Hakkında Genel Bilgiler

Sistemde altı adet endüktif sensör kullanılmıştır. Bunlardan 2 tanesi sistemin başlangıç

konumunu belirtmek için X ve Y eksenlerindedir. Robotun çalışma alanını sınırlamak

amacıyla sistemde dört adet endüktif sensör kullanılmıştır. Sensörlerden ikisi Y

ekseninde konum algılama işlemi yaparken diğer ikisi de X ekseninde konum algılama

işlemini gerçekleştirmektedir. İki adet sensör de acil durumlarda sistemin raydan

çıkmaması için konumlanmıştır.

Şekil 2.10 : Endüktif algılayıcının şematik gösterimi

Sistemde endüktif algılayıcılar kullanılmaktadır. Endüktif algılayıcılar metale

duyarlıdır. Sensör, bobin,osilatör, tetikleme ve çıkış katlarından oluşur. Bobin kısmında

oluşturulan endüktif alan içine giren bir metal,osilasyonun genliğini etkiler. Gantry

mekanizma üzerine yerleştirilmiş olan metallerin konumu ayarlanarak çalışma sahası

kapasitesi oranında küçültülebilir ya da arttırılabilir.

Endüktifsensörlerin normalde açık ve normalde kapalı olmak üzere iki çeşidi mevcuttur.

Sistemde kullanılan endüktifsensör normalde kapalı tip endüktifsensördür. Sürekli

çalışmada çıkışında 24V görülürken, algılama anında çıkışında 0V ölçülür. Sensörlerin

beslemesi PLC üzerinden sağlanmaktadır.

Algılayıcılar robotun konumunu algılayarak sınırlara eriştiği bilgisini PLC’ye

gönderirler ve ‘artık darbe sinyali gönderme’ şeklinde bilgilendirirler.

Sensörlerinüzerinde ki kahverengi kablo 24V girişi, mavi kablo toprak bağlantısı ve

siyah kablo da algılayıcı çıkışı olarak görülmektedir. Siyah kablo bilginin okunacağı

kontaklara bağlanmıştır.

2.1.5 Logitect C270 HD Webcam

Teknik Özellikler:

*Önerilen sistemde HD görüntülü arama (1280 X 720 piksel)

*Görüntü yakalama: En çok 1280 X 720 piksel

*Fotoğraflar: 3.0megapiksele kadar (yazılım destekli)

12

*Gürültü azaltma teknolojisine sahip yerleşik mikrofon

*Yüksek Hızlı USB 2.0 sertifikalı (önerilen)

*Görüntü ve fotoğraf yakalama

Şekil 2.4’de sistemde kullanılan kamera resmedilmiştir.[5]

Şekil 2.11 : Logitect C270 Webcam[5]

13

3. MATLAB VE PLC KONTROLLÜ SİSTEMİN OPC TEKNOLOJİSİ

ÜZERİNDEN GERÇEK ZAMANLI HABERLEŞMESİ

Bu bölümde Simatic OPC programı kullanılarak PLC ve Matlab programının nasıl -

haberleştirileceği anlatılmaktadır. İlk olarak S7-1200 PLC’nin programlanmasını

sağlayan TIA PORTAL programı hakkında genel bilgi verilmiş ve TIA PORTAL’da

proje oluşturma ve ardından konfigürasyon yapılandırılması anlatılmıştır. Daha sonra

Simatic OPC haberleşme programı tanıtılmış ve OPC konfigürasyon işlemlerine yer

verilmiştir. Bu bölümde anlatılan işlemlerden sonra PLC ve Matlap haberleşmesi

gerçekleşmekte ve geriye sadece Matlab programın run etme işlemi kalmaktadır.

3.1 TIA PORTAL Programı

Projenin gerçekleştirilmesinde Siemens S7-1200 serisi PLC kullanılmış ve PLC’nin

programlanması TIA PORTAL programı ile gerçeklenmiştir.Bu bölümde TIA PORTAL

hakkında bilgi verilmiş ve TIA PORTAL’da proje oluşturma, konfigürasyon yapma gibi

konulara değinilmiştir.

3.1.1. TIA PORTAL

S7-1200, S7-400 ve S7-300 serisi PLC’leri programlamak için kullanılan siemens’ in

yeni nesil editörüdür. Sadece PLC programlamakla kalmaz, aynı zamanda WINCC

BASIC programını barındırdığı için operatör panel tasarımı da sağlar. Temel

programlama tekniklerinin yanında ileri düzey programla teknikleri için de gelişmiş

özellik ve komutlar sağlar. BASIC sürümü sadece S7-1200 serisini programlarken

profesiyonel sürümü S7-1200, S7-400 ve S7-300 PLC’ leri de destekler. [3]

3.1.2. TIA PORTAL Programı ile S7-1200 Kurulumu

TIA PORTAL programında proje oluşturmak için TIA PORTAL açıldıktan sonra çıkan

ekran üzeinde ‘createnewproject’ ikonu seçilir. ‘Project name’ alanına proje ismi girilir.

Şekil-3.1’ de çıkan ekran gösterilir. Şekil 3.2’ te gösterildiği gibi ‘create’ ikonu

tıklanarak proje oluşturulur

14

Şekil 3.1 : Proje Oluşturma

Şekil 3.2 : Projeye İsim Girme

‘projectwiev’ ikonu tıklanarak oluşturulan proje açılır. Şekil 3.3’ te açılan projeye geçiş

gösterilmektedir.

Şekil 3.3 : Açılan projeye geçiş

15

3.1.3. S7-1200 PLC’nin Konfigürasyonu

TIA PORTAL programı kullanılarak S7-1200 yapılandırılmaktadır. Kullanıcı bu

program aracılığıyla kendi CPU’sunu ister otomatik ister ise manuel olarak programda

tanıtabilir. Daha sonra kullanıcı kendi programını oluşturulur ve OPC sunucu S7

bağlantısı kullanılarak, hangi verinin izleneceği tanımlanır.

3.1.4. S7-1200 İstasyonu Ekleme

Şekil 3.4’de gösterildiği gibi, proje ağacında, “Addnewdevice” maddesinde çift

tıklanarak “Addnewdevice” penceresi açılır.

Şekil 3.4 : Yeni aygıt ekleme

Çalışma alanındaki “PLC” butonuna tıklanır. “PLC > SIMATIC S7-1200 > CPU“

uzantısından, kullanacağımız kontrolör seçilir. Şekil 3.5’da gösterildiği gibi “OK”

butonuna basılarak seçilen S7-1200 CPU projeye eklenir.

Şekil 3.5 : Kullanılan PLC seçimi

16

3.1.5. Ethernet Portunun IP Adresinin Değiştirilmesi

PLC tanıtıldıktan sonra ‘Devices’ alanı altında ‘Devices&network’ ikonu çift tıklanır.

Çıkan ekranda S7-1200 ün ethernetprotuna tıklanarak alt kısımda çıkan ’Ethernet

Addresses’ ikonundan PLC için IP adres bilgisi girilir. Ve ‘ Addnewsubnet’ ikonu

tıklanarak S7-1200 bağlantısı için subnet ‘PN/IE_1’ seçilir. Şekil 3.6’ de S7-1200 ağ

ayarları görsel olarak gösterilmektedir.

Şekil 3.6 : S7-1200 Ağ Ayarları

3.1.6. Kullanıcı Programı Oluşturma

Proje ağacında, Şekil 3.7’de gösterilen “Program blocks” alt dosyalarındaki Main

bölümüne girilerek istenilen program yazılır.

Şekil 3.7 : Program bloğu ekleme

17

3.1.7 Ağ Kartının IP Adresini Değiştirme

Windows işletim sisteminde, Ağ Bağlantıları ayarlarından, Şekil 3.8’da gösterildiği

gibi, ağ kartının IP adresi 192.168.1.10 olarak değiştirilmiştir.

Şekil 3.8 : Ağ kartının IP adresini değiştirme

3.1.8 S7-1200 PLC Programının Derlenmesi Ve Yüklenmesi

Proje navigasyonundaPLC’nin üzerine tıklayınız. Şekil 3.9 ki araç çubuğundaki

"Compile" düğmesine tıklayın. Donanım yapılandırması ve S7-1200 yazılımı

derlenmektedir.

Şekil 3.9 : PLC yazılımın derlenmesi

18

PLC yazılımı derleme işlemi yapıldıktan sonra hata alınmadıysa Şekil 3.10’de ki adım

uygulanır. "Extendeddownloadtodevice" ekranında aşağıdaki adımlar gerçekleştirlir:

PG/PC ara yüz tipi

PG/PC ara yüz

Alt ağ bağlantısı

Şekil 3.10 : PLC'ye programın download edilmesi

Şekil 3.11’de "Compatibledevices in targetsubnet" penceresinin altında aygıtımız

şeçilir ve "Load" butonuna tıklanır.

Şekil 3.11 : " Extendeddownloadtodevice " penceresi

19

Bu adımdan sonra Şekil 3.12’deki "Loadpreview" penceresi ekrana gelicektir.Burdan

‘Realtech’yapısı seçilir. Aygıta yükleme yapılabilemesi için "Stop all" seçilip yükleme

yapılması gerekmektedir. Seçili cihazın içine aygıt ayarları yüklenir. (S7-1200 CPU).

Seçili aygıtın içine yazılım yüklenir ve "Load" butonuna basılır.

Şekil 3.12 : Load Preview Penceresi

Şekil 3.13’de “LoadResult” penceresinde PLC’yedownloadmodunun bitmesiyle PLC

tekrardan çalışır vaziyete getirmek için “Start all” seçilir ve Finish butonuna basılarak

PLC hazır hale gelir.

Şekil 3.13 : Load Results Penceresi

3.2 OPC (Open Process Control)

Geleneksel kontrol sistemleri kapalı, kendine özgü haberleşme yapıları içermektedir. Bu

tip kontrol sistemlerinde sahadaki verileri değişik birimler arasında dağıtmak imkansız

20

olmasa bile oldukça zahmetli ve masraflı bir uğraştır. Hatta çoğu zaman otomasyona

geçmiş sistemlerden elde edilen veriler manuel olarak (tekrar el ile yazıya geçirilerek)

işletmede bu verilere ihtiyaç duyulan yerlere aktarılıp, bu kısımlarda da tekrar

elektronik ortamlara aktarılmaktadır.

Bu durum fabrikalar için ya az verilerle işletmenin idaresini sürdürmek ya da gerekli

verileri toplamanın hem iş gücü hem de verimlilik açısından kayıplara neden olması

anlamına gelmektedir. Oysa OPC standardı sayesinde, isşletmeniz ağına bağlı (işletim

sistemi farkı gözetmeksizin) herhangi bir bilgisayarınızdan sahanızda bulunan ve bu

standardı destekleyen herhangi bir donanımla haberleşmeniz son derece kolay

olmaktadır. Özel donanım gerektirmeden, işletmenizde bulunan Ethernet alt yapısını

kullanarak sahadan topladığınız verileri bir OPC Server' dan okuyabilir, bu verileri

istediğiniz kaynağa iletebilirsiniz. İster operatör ekranlarına, isterseniz raporlama ve

bakımda kullanılmak üzere bir veritabanına, isterseniz işletme müdürünün masasındaki

bir Excel dosyasına iletebilirsiniz[6].

Projede OPC bilgisayar ile PLC haberleşmesinde kullanılmaktadır. MATLAB

ortamında işlenen görüntü sonucunda elde edilen hız bilgisini S7-1200’ e iletmek için

kullanılmaktadır.

3.2.1 OPC Uyumlu Yazılımlar

Günümüzde OPC uyumlu yazılımlar, bir başka deyişle, OPC ara yüzüne sahip olan

yazılımların sayısı hızla artmaktadır. Bu konuda derneğin ağ sitesi olan

www.opcfoundation.org adresinde arama yapılabilir ve OPC İstemci veya OPC Sunucu

olan yazılımlar görüntülenebilir. Bu yazılımların birçoğu SCADA, IMS, MES

programları gibi doğrudan süreci etkileyen uygulamalar olduğu gibi, ofis

programlarından, veri tabanı programlarına ve hatta akademik alanda çok sık kullanılan

MATLAB programına kadar uzanmaktadır[6]. Bu sayede MATLAB ile fiziksel

donanımlar arasında, canlı veri alış verişi sağlanmış olmaktadır.

3.2.2 OPC Sunucusu Olan Donanımlar

OPC’nin artan önemi ve kendini ispatlamış güvenli alt yapısı nedeniyle, bugün,

endüstriyel otomasyon donanımı üreticileri arasında OPC Sunucu yazılımı olmayan

marka kalmamıştır. Öyle ki, donanım üreticileri haricinde bir çok yazılım firması da

21

piyasada bulunan donanımlar için OPC sunucusu üretmektedir. Bu firmalar OPC

sunucu geliştirmeden önceleri ürüne özel sürücü geliştiren firmalardır. OPC’nin esnek

çalışma mantığı sayesinde, geçmişte geliştirdikleri sürücülerini genel bir sürücü haline

getirmişlerdir. Tablo 4’de OPC Sunucusu bulunabilecek bazı donanımlar listelenmiştir.

Dikkat edilirse hemen hemen tüm üreticiler OPC Sunucu yazılımı çıkarmışlardır.[6]

Tablo 4 : OPC sürücüsü olan donanımlar [7]

3.2.3. TIA PORTAL’da İstasyon Eklenmesi

TIA Portal yapılandırmasını içeren projeyi S7-1200 istasyonunun içerisine girin. Proje

ağacında, Şekil 3.14’de alandan "Yeni cihaz ekle(Addnewdevice)" öğesini çift tıklatın

Şekil 3.14 : PC İstasyonu ekleme

"Yeni ekle cihaz(Addnewdevice)" iletişim kutusu açılır. Çalışma alanında "PC

sistemleri" düğmesine tıklayın. Sırasıyla "PC sistemleri > PC genel > ve PC istasyonu

22

seçeneklerini seçin” .Proje için "PC Station" adlı bir bilgisayar istasyonu eklemek için

"Tamam" düğmesine tıklayın.

Şekil 3.15 : PC İstasyonu seçimi

3.2.4. TIA PORTAL’da OPC Server Ekleme

TIA PORTAL’da OPC serverekliyebilmek için sol bölümdeki ‘PC station’ sekmesinin

içinde Şekil 3.16’de gösterilen ‘Device configuration’ sekmesi tıklanır.

Şekil 3.16 : PCstation iç bölümleri

Bu adımdan sonra sağ bölümde oluşan ‘Hardware catalog’ kısmından Şekil 3.17 de ki

‘OPC server’ tıklanır.

23

Şekil 3.17 : TIA PORTAL için OPC server seçimi

3.2.5. TIA PORTAL’da IE Genaral Ethernet Arayüzü Ekleme

TIA PORTAL’da OPC serverekliyebilmek için sol bölümdeki ‘PC station’ sekmesinin

içinde şekil 5.3’de gösterilen ‘Device configuration’ sekmesi tıklanır. Bu adımdan sonra

sağ bölümde oluşan ‘Hardware catalog’ kısmından Şekil 3.18’ de ki ‘IE General’ seçilir.

Şekil 3.18 : TIA PORTAL için IE General seçimi

3.2.6. OPC Station Yapılandırma Ayarları

Görev çubuğundaki istasyon yapılandırma sembolü çift tıklanır. İstasyon yapılandırma

penceresi açılır. Şekil 3.19’ da istasyon yapılandırma sembolü gösterilmektedir.

24

Şekil 3.19 : İstasyon Yapılandırma Sembolü

İstasyon içine gerekli eklemelerin yapılması için istasyon sembolüne tıklanır. Açılan

iletişim penceresinin birinci kısmına tıklanır ve ardından ‘Add’ butonuna basılır. Açılan

pencereden IE general seçilir ve bağdaştırıcı olarak ‘Realteck …’ seçilir. Daha sonra

Şekil 3.20’de ki aynı pencereden ikinci kısım tıklanır ve tekrardan ‘Add’ butonuna

basılarak OPC server seçilir.

Şekil 3.20 : StationConfiguration Editor penceresinin ilk hali

Böylece şekil 3.21’de görüldüğü gibi IE general ve OPC server eklenmiş olur.

25

Şekil 3.21 : Station Configuration Editor penceresine IE general ve OPC server

eklenmiş hali

3.2.7. S7 Bağlantısını Yapılandırma

TIA PORTAL ile matlap haberleşmesi için kullanılan OPC bağlantısında, TIA

PORTAL programında yapılacak bazı önemli adımlar bu bölümde anlatılmaktadır.

3.2.8. S7 Bağlantısı

Proje ağacında, "Aygıtlar ve ağlar" öğesini çift-tıklatın. Cihazları ve ağları düzenleyici

açılır. Ağ görünümüne geçin. Ağ View araç çubuğunda, geçmek için "Bağlantılar"

simgesine tıklayın. Bağlantıları ayarlama moduna geçilir. Şekil 3.22’da ki liste

kutusunda, bağlantı türü olarak "S7 bağlantısı" seçeneğini seçin.

Şekil 3.22 : S7 bağlantı sayfası

26

Ağ görüntüleme grafik alanında, bilgisayar istasyonu OPC sunucuyu tıklatın ve S7 -

1200 CPU bağlayın. Ağ Görünümünde S7 bağlantısı grafik alanında görüntülenir ve

tablo alanında "Bağlantılar" görüntülenir.

3.2.9. S7 Bağlantılarının Görüntülenmesi ve Değiştirilmesi

Ağ görüntüleme grafik alanında, bilgisayar istasyonu OPC sunucuyu tıklatın ve S7 -

1200 CPU bağlayın. Şekil 3.23’deki ‘connection’ sekmesinin altında ‘OPC Server’

tagına tıklayınız. Alt kısımda çıkan ‘Properties’ butonuna tıklayınız

Şekil 3.23 : S7 Bağlantısının OPC Server Özellikleri Bölümü

Bu bölümde şekil 3.24’de ki ekranda bulunan ‘Special connectionproperties’

sekmesinin içinde ki ‘Active connectionestablishienes’ tagını aktif edin.

Şekil 3.24 : S7 Bağlantısının OPC Server Aktif Edilmesi

Bu işlemlerden sonra Şekil 3.25’de ki görüntü elde edilir.

27

Şekil 3.25 : S7 Bağlantısının OPC Server Görünür Oldu Görüntüsü

3.2.10. PC İstasyon Ayarlarının Yapılandırması Derlenmesi ve Yüklenmesi

PC istasyon ayarlarının yapılabilmesi için kodun derlenmesi ve daha sonra PLC’ye

yüklenmesi gereklidir. Bunun için ilk önce Şekil 3.26’de görünen resimdeki PC-Station

sekmesi seçilerek Compile butonuna basılır.

Şekil 3.26 : PC Station derleme

Derlenen bu kod daha sonra Şekil 3.27’daki gibi yükleme işlemine tabi tutulur.

"Extendeddownloadtodevice" ekranında aşağıdaki adımlar gerçekleştirlir:

PG/PC ara yüz tipi

PG/PC ara yüz

Alt ağ bağlantısı

28

Şekil 3.27 : PC Station yükleme işlemi

Şekil 3.28’de "Compatibledevices in targetsubnet" penceresinin altında aygıtımız

şeçilir ve "Load" butonuna tıklanır.

Şekil 3.28 : "Extendeddownloadtodevice " penceresi

Şekil 3.29’daki “Loadpreview” penceresi karşımıza gelir.”Load” butonuna basılır.

Şekil 3.29 : "Loadpreview" penceresi

29

PC Station ayarların yüklenmesinden sonra Şekil 3.30’de ki Station Configuration

Editörü kontrol edilir ve bağlantının gerçekleştiği onay butonları ile test edilir.

Şekil 3.30 : StationConfiguration Editor penceresi

3.2.11. OPC Scout V10’da

OPC Scout V10 programı OPC istemci olarak kullanılır.OPCScout V10 programını

başlatmak için Windows menüden "Start >All Programs >Siemens Automation>

SIMATIC > SIMATIC NET > OPC Scout V10".

Server Explorerda "OPC.SimaticNET" e Şekil 3.31’de görüldüğü gibi çift tıklanarak

OPC server bağlantısı kurulur.

Şekil 3.31 : OPCSimaticNET penceresi

30

Şekil 3.32’de görüldüğü gibi Server Explorer da OPC.SimaticNET içinde "\S7:" altında

S7 bağlantı ismi "S7_Verbindung_1" görüntülenir.

Şekil 3.32 : S7_Verbindung_1" klasörünün görüntülenmesi

OPC itemleri DA olarak oluşturulur. Bu işlemlerin kısa bir özeti olarak, TIA PORTAL

programına gelinerek TIA PORTAL’da yazılan PLC yazılımın derlendikten sonra

PLC’ye yüklenir. Bu işlemden sonra TIA PORTAL içerisinde sol bölümde bulunan ‘PC

station’ derlenmeli ve PLC’ye yüklenmelidir. Yükleme işlemlerinden sonra ‘PLC_1

[CPU 1214C DC/DC/DC]’ ve ‘PC station’ da ‘online’ moduna alınarak PCstation

editörü kontrol edilir. PC Station editöründe bulunan IE general ve PC Server

yazılarının yanında yeşil onay işareti var ise bağlantı başarılı bir şekilde gerçekleşmiş

olur. Bir sonraki adım olarak alt bölümde anlatılan Matlab ortamındaki ayarlar yapılır.

Tablo 5 : OPCİtemleri

31

Şekil 3.33 : Oluşturulan item’ler

3.3 MATLAB ORTAMINDA OPC BAĞLANTISI

Bu bölümde Matlab’da OPC bağlantılarının nasıl yapılacağı anlatılmıştır. Şekil 3.34’de

ki görsel, projenin matlab uygulamasından alınmıştır. Bu bölüm önemli olmakla beraber

uygulaması gayet basittir. Şekil 7.1’i referans alıcak olursak ilk önce bilgisayarımıza

vermiş olduğumuz yerel ağ bağlantısının ip adresini girmekteyiz. Daha sonra OPC

taglarının grup olduğunu belirtmekteyiz. Kodun geri kalan kısmında global olarak

tanımlanan değişkenler, PLC’nin hangi M (memory) hafıza biti ile eşleştirilmişse burda

da aynı hafıza bitinin MX şekli ile eşleştirilmelidir. Örneğin TIA PORTAL’da

motorlara güç vermek için M1.0 biti eşleştirilmişken, Matlapordamında değişken

MX1.0 biti ile eşleştirilmelidir.

Şekil 3.34 : Matlab Ortamında OPC Ayarlama Kodu

32

4. PLC YAZILIMI

Bu bölümde TIA PORTAL programı içerisinde yazılan X ve Y eksen hareketini

sağlayan servo motor yapılandırılması ve Main bloğu içerisine yazılan PLC kodunun

açıklaması yapılmaktadır.

4.1 S7-1200 PLC ile Servo Motor Kontrolü

TIA PORTAL “Motion Control” ara yüzü ile CPU’nun PTO (Pulse Train Outputs

=Darbe dizisi çıkışı) darbe çıkışı kullanılarak servo ve adım motorları sürücüleri

üzerinden kontrol edilebilir. Bu amaçla kullanılacak servo veya adım motorları

sürücülerinin darbe/pals girişli olması gerekir.

4.1.1.Motor Kontrol Projesi Oluşturma ve Konfigürasyonunu yapma

Proje ağacı altından “technologyobject” ile açılan pencereden “Motion” seçilip

gerekirse harekete bir isim verilerek onaylanır.

Şekil 4.1 : "Technologyobject" e nesne eklenmesi

Şekil 4.1’de ki ekrandan PLC_1TecnologobhectsAdd new objects bölümü seçilir.

33

Şekil 4.2 : "Technologyobject" e nesne eklenmesi

Şekil 4.2’de ki gelen pencereden TI_Axis PTO seçilir. Bu pencerenin onaylanmasından

sonra açılan pencerede “Basic parameters içerisinde “Selectionpulsegenerator:”

alanında (<PTO selection>’in yerine) hangi “PTO (Puls Train Output)”kullanılacağı

seçilir.

Şekil 4.3 : PTO Eklenmesi

Seçim sonraında “Pulse_1” için darbe (Q0.0) ve yön (Q0.1) çıkışları için hangi

kanalların kullanılacağı, yine bu amaçla hangi hızlı sayıcının (HSC_1) aktif edildiği

34

atanır. “User UnitUnit of mesurement” alanında parametre ayarları için hangi birim

(mm) kullanılacağı seçilir.

Şekil 4.4 : Pulse, yön ve birim ayarları

Burdaki “PTO”nun aktif edilebilmesinden sonra CPU donanım ayarlarındaki

“PulsgeneratorsPTO” çıkışı otomatik olarak aktif olur. Burada ayrıca bir ayarlama

yapmaya gerek yoktur.

Şekil 4.5 : Servo Motor Devir Bilgileri

Şekil 4.5’de motora ait devir-mesafe ve devir-adım değerleri ayarlanabilmektedir.

“Distanceper motor revulation” alanında da motorun hareket ettirdiği vidalı milin adımı

tanımlanmaktadır. Yani motor bir devir döndüğünde mekanik sistemin ne kadar hareket

ettiği tanımlanmaktadır. “İnvertdirectionsignal” ile motorun dönüş yönü

değiştirilmektedir. Yani motorun “direction” çıkışı terslenmektedir.

35

Şekil 4.6 : X Axes Sınır Anahtar Bilgileri

Şekil 4.6’de resmedilen ekranda servo motorun X ekseni boyunca sınır

anahtarlanmasını göstermektedir.

Şekil 4.7 : Motorun Hareket İvmeleri

Şekil 4.7’da X eksenini kontrol eden motorun kalkış ve duruş anlarındaki hız değişimini

göstermektedir.

Şekil 4.8 ‘da motorun X ekseninde home olarak kabul edip referans alacağı anahtar ve

home pozisyon bilgileri girilmektedir.Servo Motor için yapılan bu işlemler X eksenini

kontrol eden servo motor için gerçeklenmiştir. Aynı işlemler birde sınır anahtarlarını

değiştirerek Y eksenini kontrol eden servo motor için yapılmıştır.

36

Şekil 4.8 : Motora Home İşleminin Öğretilmesi

4.2 TIA PORTAL Main Blok Yazılımı

Bu bölümde TIO PORTAL’ın main(OB1) içine yazılan servo motorun hareketini ve

yön kontrolünün yanında pnomatik olarak çalışan ve Z ekseni hareketini

sağlıyanpnomatik başlığın yazılım kodları anlatılmaktadır. Şekil 4.9’deX eksenini

kontrol eden servo motor için yazılmış TIA PORTAL yazılımı bulunmaktadır. Bu

yazılıma göre ilk networkte servo motora güç verilmekte, ikinci networkte servo

motorun home işlemi yapılmaktadır. Üçüncü networkte Matlapgui tarafından manuel

kontrolü için gerekli olan movelog komutuna yer yerilmektedir. Xileri ve

Xgeritag’ımatlap tarafından 0-1(bool) şeklinde gelmektedir. Dördüncü networkte harf

dizme işlemi sırasında kullanılacak olan xpos(harfin merkez noktasının x koordinatı)

bilgisi işlenmektedir. Beşinci networkte de servo motorun sınır anahtarlarını aşması

halinde kendini otomatik olarak durdurmasından sonra tekrar çalışabilmesi için

resetleme işlemi yapılmıştır

37

38

Şekil 4.9 : OB1 Bloğu X Eksen Servosu için Yazılan Kod

Şekil 4.10’da Y eksenini kontrol eden servo motor için yazılmış TIA PORTAL yazılımı

bulunmaktadır. Bu yazılıma göre altıncı networkte servo motora güç verilmekte,

sekizinci networkte servo motorun home işlemi yapılmaktadır. Yedinci networkte

Matlapgui tarafından manuel kontrolü için gerekli olan movelog komutuna yer

yerilmektedir. Yileri ve Ygeritag’ımatlap tarafından 0-1(bool) şeklinde gelmektedir.

Dokuzuncu networkte harf dizme işlemi sırasında kullanılacak olan xpos(harfin merkez

noktasının x koordinatı) bilgisi işlenmektedir. Onuncu networkte de servo motorun sınır

anahtarlarını aşması halinde kendini otomatik olarak durdurmasından sonra tekrar

çalışabilmesi için resetleme işlemi yapılmıştır

39

40

Şekil 4.10 : OB1 Bloğu Y Eksen Servosu için Yazılan Kod

Şekil 4.11’de servo motorlara güç verilip verilmediği, home işlemlerinin yapılıp

yapılmadığı ve servo motorların istenilen konuma varıp varmadığı durumlarının

gerçekleşip gerçekleşmediği bilgileri alınmaktadır. Daha sonra bu bilgiler matlap

ortamında gerek manuel kontrol gerekse harf dizme işlemi sırasında işlenmektedir. İleri

ki bölümlerde bu detay daha ayrıntılı olarak anlatılacaktır.

41

Şekil 4.11 : OB1 Main Bloğu Servo Motor Durum Bilgileri

Şekil 4.12’de TIA PORTAL içindeki havalı piston ve valfin çalışma yazılımı

gösterilmiştir. ‘X_pos_git_on’ ve ‘Y_pos_git_on’ olarak isimlendirilen hafıza bitleri

servo motorlar xpos ve ypos değerlerine giderken ‘1’, xpos ve ypos değerlerine

vardıklarında ‘0’ değerini üretirler. Servoların yerlerine ulaştı bilgisi ‘1’den ‘0’a

düştükleri kısım olmasından ötürü ‘N’i(Negatif) alınmıştır. Her iki servoda yerine

ulaştığında piston 2 saniye süre ile aktif olmakta ve 2 saniyenin sonundavakum işlemi

başlamaktadır. Aynı zamanda sayaç görevi gören MW102 hafızası 1 arttırılmaktadır. 2

saniyenin sonunda motorlar yerine ulaştı bilgisi resetlenir ve Matlap’tan motorlara yeni

xpos-ypos değeri gelir. Motorlar tekrardan meşgul durumuna gelir ve xpos-ypos

yerlerine ulaşındatekrartan ‘X_pos_git_on’ ve ‘Y_pos_git_on’ set olur. Timer tekrardan

çalışır ve MW102 hafızasına tekrar +1 eklenir. 2 saniyenin sonunda TON timer kontağı

kapanır ve MW102 hafızası 2 ile karşılaştırma işlemine tabi tutulur. Bu koşullar

sağlanıyor ise vakum resetlenir ve piston ilk konumuna gelmiş olur. Buradaki olay

kısaca servoların plakayı almak için yola çıkması ile başlar. Plakanın merkez noktasına

ulaşan servolar durur ve piston aşağı iner. Piston 2 saniyeliğine aktif olur ve bu süreden

42

sonra vakumlama işlemi başlıyarak plaka tutulmuş olur. Tutulan bu plaka yeni yerine

taşınarak vakumlama ve piston aktif olma işlemi son bulur.

Şekil 4.12 : Havalı Piston ve Vakum Çalışması

43

5. GANTRY ROBOTUN JOYSTİC İLE MANUEL KONTROLÜ

Bu bölümde üç eksenli gantry robotun manuel olarak joystick kontrolü

gerçekleştirilmiştir.

Şekil 5.1 : Sistemin Joystick Kontrolü Sırasında Çekilmiş Görüntü

Şekil 5.1’de sistemin joystick kontrolü sırasında çekilmiş bir adet görüntüsü

bulunmaktadır. Joystickin ileri-geri, sağa-sola hareketi ile gantry robot X ve Y

eksenlerinde hareket etmektedir. Joystick’in alt bölümündeki buton ile pnomatik sistem

Z ekseni boyunca hareketini gerçekleştirmekte ve B1 butonu ile vakum çalışıp

durdurulmaktadır. Şekil 8.2’de matlapta yazılan joystick kodu açıklamalarıyla beraber

gösterilmiştir.

44

Şekil 5.2 : Matlap Joystick Kodu

45

6. KARAKTER TANIMA

Bu bölümde, beyaz plakalar üzerinde bulunan siyah renkli harflerin ve rakamların

tanıma işlemi USB Webcam kamerası kullanılarak görüntü işleme tekniği ile

gerçekleştirilmiştir. Tanınan bu harfler Matlap Guide ortamında hazırlanan arayüz ile

girilen metin gantry robot vasıtasıyla yazdırılmaktadır. Şekil 6.1’de sistemin genel

algoritması verilmiştir.

Şekil 6.1 : Sistem İşleyiş Algoritması

46

Görüntü işleme, kaydedilmiş olan dijital resim verilerinin bilgisayar yardımı ile

değiştirilmesi ve düzeltilmesi işlemidir. Görüntü işleme, daha çok mevcut görüntüleri

işlemek, diğer bir ifadeyle mevcut resim ve grafikleri, değiştirmek, düzenlemek ya da

iyileştirmek için kullanılır.[9] Bu çalışmada sistemin ana kontrol mekanizması görüntü

işleme metotlarıyla oluşturulmuştur. Motorlar bu işlemler sonucunda elde edilen

bilgilere göre hareket etmektedir.

Şekil 6.2 : Sistem Akış Diyagramı

Şekil 6.2’de sisteme ait akış diyagramı verilmiştir. Gantry robot home işlemini yapması

ile başlangıç konumunu bulur. Şekil 6.3’de ki Matlap Guide ara yüzü aracılığı ile

webcamdan görüntü alınır ve bu görüntü uygun biçimde kırpılarak işlenir. Bu işlem alt

bölümlerde ayrıntılı olarak açıklanıcaktır. Daha sonra Matlap Guide ortamında

webcamdan alınan görüntüde bulunan karakterlerden istenilen herhangi karakter veya

maksimum beş tane olmak şartıyla karakterler girilebilir. Girilen bu karakterler ile

kameradan alınan görüntüde ki karakterler karşılaştırılır ve eşleşen karakterlerin merkez

koordinant noktaları belirlenir. MatlapGuide’de harfleri diz komutu ile plakalar sıra

gantry robot sistemi sayesinde sıraya dizilir.

47

Şekil 6.3 : Hazırlanan Matlab Guide

6.1.Veri Tabanı

Karşılaştırma işlemleri sırasında veri tabanın zenginliği sistemin başarımı ile orantılıdır.

Bu çalışmada da girilebilecek metin göz önünde bulundurularak 42x24 boyutunda sayı

ve harflerden oluşan veri tabanı oluşturulmuştur. Şekil 6.4’de veri tabanı ait harf ve

rakamlar sırası ile resim edilmiştir. Karakter tespiti korelasyon tekniği ile bulunmuştur.

Yapılan ölçümler sonucu korelasyon sonucu harfin sağa veya sola maksimum 8 derece

açı yapabilecek kadar başarı sağlamaktadır. Yani veri tabanına sıfır derecelik açı ile

kaydedilen bir karakter, gerçek ortamda maksimum sekiz derece açı yapar ise

tanınabilmektedir. Bu yüzden her karakterin 15 derece ve 15 derece katları ile

döndürülerek kaydedilmiş 24 adet 42x24 matrisinde .bmp uzantısı veri tabanında

bulunmaktadır. 36 karakterin 24 adet resmi veri tabanına kaydedilerek toplamda 864

.bmp uzantılı resim veri tabanına kaydedilmiştir. Böylelikle her karakter her açıdan

tanınmaktadır. Şekil 6.4’de karakterlerin sıfır derece ile çekilerek veri tabanındaki şekli

gösterilmiştir.

Şekil 6.4 : Veri Tabanı

48

6.2Karakter Tanıma Aşamasının Adım Adım Anlatımı

Bu bölümde şekil 6.5’ deki görüntü işleme algoritması adım adım anlatılmıştır.

Şekil 6.5 : Görüntü İşleme Akış Diyagramı

Kameradan çekilen vidyo sırasında şekil 6.6’da ki kod sayesinde anlık görüntü alındı.

Şekil 6.6 : Kameradan Görüntü Alma Kodu

Şekil 6.7’da kameradan alınan anlık görüntü gösterilmiştir.

Şekil 6.7 : Kameradan Alınan Anlık Görüntü

Kameradan alınan görüntü “goruntu=imcrop(goruntu,[ 170 35 730 490])” kodu ile

şekil 6.8’da ki kırpma işlemi sonucu alınan şekle getirilmiştir.

49

Şekil 6.8 : Kırpılmış Görüntü

Şekil 6.8’de ki kırpılan görüntü rgb2gray komutu ile Şekil 6.9’de ki hale gelmiştir.

Şekil 6.9 : RGB2GRY İşleminden Sonraki Görüntü

Daha sonra hem imge treshhold işlemine tabi tutuldu ve ardından imgedeki siyah

pixeller beyaz beyaz pixeller “goruntu =~ im2bw(goruntu, graythresh(getimage))”

komutu ile şekil 6.10’daki hale getirildi.

Şekil 6.10 : Eşikleme ve Ters Dönüşüm Sonucu Oluşan İmge

Bir sonraki adım olarak “goruntu12 = imfill(goruntu,'holes')” imgedeki boşluklar

dolduruldu ve ardından “goruntu = bwareaopen(goruntu,1000)” 1000 pixeldenkucuk

beyaz yerleri siyah hale dönüştürülerek Şekil 6.10’ resim elde edildi.

50

Şekil 6.11 : İmgenin Boşluk Doldurma ve Açma İşleminden Sonraki Hali

Şekil 6.11’da ki ibme “L = bwlabel(goruntu12)” komutu ile etiketleme işlemine tabi

tutuldu. Bu etiketleme işlemine göre bwlabel hazır matlap kodu sütün sütün tarama

yaparak ilk karşılaştığı beyaz pixel ve bu pixele komşu olan tüm beyaz pixellere bir

etiketini vermektedir. Bir etiketine komşu olmayan ve taradığı sütünda beyaz piksel

olan yere sırası ile iki, üç, dört …etiketlerini vermektedir. Bu duruma göre şekil 6.10’da

ki imgede ‘G’ harfi ilk etiket, ‘M’ harfi ikinci etiket, ‘K’ harfi üçüncü, ‘9’ rakamıda

dördüncü etiketi almaktadır. Bu işlem her harf için devam etmektedir.

Şekil 6.12 : “K” harfinin Etiketi

Şekil 6.12’de K harfi için yapılan etiket gösterilmiştir. Yapılan bu etiketlemeden sonra

etiketlerin maksimum ve minimum X ve Y koordinantları belirlenerek her karakter için

yeni imge oluşturdu ve ardından imgedeki her karakter 42x24 matris boyutuna

img_r=imresize(n1,[42 24]); komutu ile dönüştürüldü. Daha sonra tespit edilen her

karakterin merkez koordinantlarını bulma işlemi yapılarak bu merkezler diziye atandı.

Daha sonra Matlap Guide ile girilen karakterler ile imgede bulunan karakterler

korelasyon işlemine tabi tutularak karşılaştırıldı. Korelasyon sonucu MatlapGuide’de

girilen harf ile imgede bulunan aynı harf tespit edilerek merkez noktaları bir diziye

atandı. Bu dizideki merkez noktalara Gantry Robot Sistemi vasıtasıyla gitmesi ve

karakterleri alarak dizme işlemini gerçekleştirilmesi sağlanmıştır.

51

7. SONUÇLAR

Bu çalışmada, Matlap Guide ara yüz üzerinden girilen sayı ve harflerden oluşan

kelimelerin gantry robot vasıtasıyla yazdırma işlemi başarılı bir şekilde

gerçekleştirilmiştir. Sisteme monte edilmiş kameradan alınan görüntüdeki harfler ve

rakamlar, veri tabanı ile korelasyon tekniği kullanılarak karşılaştırılmış ve her bir

karakterin merkez noktası bulunmuştur. Harflerin ve rakamların tezgah üzerine farklı

açılar ile dizilmesi, korelasyon sonucunu büyük oranda etkilemiş buda sistem başarı

oranını büyük oranda başarısızlığa sürüklemiştir. Ancak bu sorun veri tabanının

zenginleştirilmesi ile beraber ortadan kaldırılmış ve sistem başarı oranı %100’e

yaklaşmıştır.

Yazdırma işleminin başlaması ile beraber Simatic OPC programı üzerinden elde edilen

veriler Siemens S7-1200 PLC’ye aktarılmış ve Gantry Robotun kontrolü

gerçekleşmiştir. Robotun kontrolünü sağlayan S7-1200 PLC’nin programlanması TIA

PORTAL üzerinden üzerinden gerçekleştirilmiştir.

Çalışmamızdaki en önemli fonksiyon metin yazdırma seçeneğidir. Bu seçenek

kameranın görüş alanındaki harflere göre anlamlı bir kelime yazma işlemini

yapmaktadır. Şekil 7.1’de görüldüğü gibi masa üzerinde farklı konumlarda ve açılarda

harfler bulunmaktadır

Şekil 7.1 : Siyah Zemin Üzerinde Bulunan Harfler

52

Siyah zemin üzerinde sabit olarak duran bu harflerin içerisinden Matlab Guide ara yüzü

sayesinde ‘FATIH’ ismi yazdırılması istenmiştir. Karakter tarama ve merkez

koordinatları bulma işlemlerinde sonra, gantry robot vasıtasıyla karakterler ilgili yerlere

taşınmış ve Şekil 7.2’de görüldüğü gibi metin başarılı bir şekilde yazılmıştır.

Şekil 7.2 : İsim Yazdırma Sonucunun Görüntüsü

Endüstriyel uygulamalar için yüksek çözünürlükte kameralar ve farklı lensler

kullanılarak, uygulamalarda daha başarılı ve daha hızlı cevapların alınabileceği

belirlenmiştir.

53

KAYNAKLAR

[1] XYZ Kartezyen Robot ve 2-B Cad-Cam Çizici Yazılımı Tasarımı, Cengiz Balta,

Cüneyt Oysu, Zafer Bingül, Sıtkı Öztürk TOK 09, OTOMATİK KONTROL ULUSAL

TOPLANTISI (2009)

[2] http://tr.wikipedia.org//wiki/Görüntü_işleme : ziyaret:27.03.2015

[3] S71200&TIAPORTALhttp://www.bilimsel.com.tr/download/slayt/S71200temel.pdf

:ziyaret: 10.04.2015

[4] PLC Programlama ve S7 1200,Yavuz Eminoğlu, Birsen Yayınevi 1. Baskı, 2014

[5] http://www.logitech.com/tr-tr/product/hd-webcam-c270: ziyaret saatı: 26.05.2015

[6]http://www.softek.com.tr/Endustriyel/Otomasyon/OPC/OPCServer.html ziyaret:

7.03.2015

[7]http://www.efesotomasyon.com/html/mecapion/2_Mecapion%20APDVS%20series

%20Product%20Configuration%20and%20Main%20Function.pdf ziyaret: 14.04.2015

[8] CONNECTING A PC STATION TO S7-1200 USING OPC

http://cache.automation.siemens.com/dnl/TA/TA1ODEyNwAA_39960679_FAQ/39960

679_S7-1200_OPC_SIMATIC-NET_NCM-PC_e.pdf

[9] http://tr.wikipedia.org//wiki/Görüntü_işleme ziyaret: 11.04.2015

[10] http://www.yildiz.edu.tr/~bayram/sgi/saygi.htm ziyaret: 19.04.2015

[11] http://home.anadolu.edu.tr/~lterlemez/vbapps/korkat.pdf ziyaret: 20.04.2015

[12] TheMatworks, “MATLAB OPC ToolboxUser’s Guide”.

[13] www.yildiz.edu.tr/~bayram/fotogrametri/goruntu_esleme.ppt ziyaret: 10.03.2015

[14] www.atasoyweb.net › Sinyal İşleme ziyaret: 10.03.2015

[15] cse.cbu.edu.tr/~tekrei/dosyalar/sunum/gi_r.pdf

[16] fenbildergi.aku.edu.tr/1001/1001(31-38).pdf