Ekstrüzyon makinesi sıcaklık kontrolü

Bu yüksek lisans tezinde endüstriyel otomasyon sektöründe sıkça kullanılan ısıl sistemlerden olan ekstrüzyon makinesinin sıcaklık kontrolüyle ilgili pratik bir çalışma sunulmuştur. Bu amaçla, laboratuar ortamında bulunan bir set PWM sinyali kullanılarak Siemens Simatic S7-1500 PLC aracılığıyla katı hal rölesi üzerinden kontrol edilmiştir. Tez kapsamında ilk olarak üzerinde çalışılan sistemin modeli elde edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla sisteme farklı sıcaklıklarda %5 ile %20 arasında değişen PWM sinyalleri gönderilmiş ve açık çevrim yanıtları üzerinden ısıtma ve soğutma sistem modelleri bulunmuştur. Daha sonra,elde edilen bu sistem modellerinden yararlanılarak oda sıcaklığından 170°C ye kadar değişmek üzere, 30°C aralıklarla ısıtma ve soğutma sistem modelleri saptanmış ve bir çizelgede gösterilmiştir. Belirlenen 25 adet sistem modeli için PI kontrolör tasarlanması uygun bulunmuş, bu amaçla MATLAB yazılımı bünyesindeki "PID Tuner" uygulaması kullanılmıştır. Basit bir ara yüzle sürekli ve geçici hal yanıtları üzerinde istenilen düzenlemeyi yapmaya izin veren bu uygulama ile tüm ısıtma modellerine uygun kontrolör tasarımı yapılmış, ayrıca bulunan parametreler gerçek sistem üzerinde denenerek ince ayar yapılmıştır. Bu noktada hem ısıtma hem de soğutma için iki serbestlik dereceli kontrolörler kullanılmış ve tasarımda serbestlik payı artırılmıştır. Endüstride PID kontrolör tasarımı için kullanılan bir diğer yöntem olan otomatik ayarlama yazılımları da tez kapsamında değerlendirilmiş, genel çerçevede çalışma prensipleri ile nasıl kullanıldıkları açıklanmaya çalışılmıştır. Bunun ardından, belirli sıcaklıklar için yazılım kullanılarak kontrolör parametreleri elde edilmeye çalışılmış ve sonuçlar kaydedilmiştir. PI ve PID olmak üzere iki farklı kontrolör tasarım yetisine sahip yazılım ile öncelikle PI, sonrasında ise PID kontrolör tasarımı yapılmıştır. Isıl sistemler için beklenildiği üzere PI kontrolörleri ile daha iyi bir cevap elde edilmiş, PID kontrolörün ise yüksek aşım ve uzun yerleşme zamanına sahip olduğu görülmüştür. Matematiksel model yardımıyla ve otomatik ayarlama yazılımı kullanarak elde edilen kontrolörlerin tasarlanması ve denenmesinden sonra tüm kontrolörlerin sisteme entegresi işlemine geçilmiştir. Bu amaçla SCL dilinde bir fonksiyon yazılmış ve kontrolör parametreleri bu fonksiyona girilmiştir. Fonksiyon iki önemli göreve sahip olup, bunlardan ilki istenen sıcaklık değerinin değişiminde kontrolör katsayılarının sisteme otomatik olarak girilmesidir. Kullanım kolaylığı açısından kolaylık sağlayan bu yöntemle birlikte fonksiyonun bir diğer görevi de parametre değişimi esnasında kontrol çıkışının darbeli olmaması amacıyla bir yumuşatma işlemi uygulanmasıdır. Tüm bu işlemlerden sonra kısa bir senaryo belirlenmiş ve hem otomatik ayarlama yazılımı hem de matematiksel modeller yardımıyla elde edilen kontrolörler birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarına göre gerek otomatik ayarlama yazılımı ile gerekse model yardımıyla bulunan PI kontrolörler ciddi ölçüde iyi sonuçlar vermiş, yine yazılım vasıtasıyla bulunan PID kontrolörler ise ısıl sistemlerin genelde aşımlara izin vermemesi sebebiyle uygun bulunmamıştır. Matematiksel model üzerinden tasarlanan kontrolörlerin, otomatik ayarlama yazılımı ile elde edilenlerden en büyük farkı ise esnek bir seçim şansı sunması ve model sayesinde sistem hakkında büyük bir bilgi sahibi olunmasıdır. Otomatik ayarlama ile bulunan parametreler üzerinde değişiklik yapıldığında istenmeyen sonuçlar ortaya çıkabilirken, bu durum matematiksel model yardımıyla ortadan kaldırılmıştır.