TIA Selection Tool ile Hareket Kontrol Uygulaması I Rulo Konveyor

Konveyor sistemler denildiği zaman ilk olarak aklımıza malzemeleri bir konumdan diğerine taşıyan, üretim merkezlerinde fabrikalarında sıklıkla kullanılan mekanik taşıma araçları gelir. Konveyorler özellikle nesnelerin yatay veya eğimli ortamlarda taşınması amaçlı kullanılabilir. Örneğin yiyecek ve içecek fabrikalarında üretilen ürünler paketlenmek üzere hatlarda konveyörler ile taşınabilirler. Havaalanında bavul taşınması kadar geniş bir kullanım alanı mevcuttur.



Tarihsel gelişmesine kısaca bakacak olursak ilk konveyör kayışlar 1795 yılında kullanmıştır. O dönemde ihtiyaç tarım ürünlerini gemiye yüklemekti. Deri kayışlar ahşap yataklarda kullanılır ve el manivelasıyla yani manuel olarak kullanılırdı. Aradan 200 yıldan fazla geçse de sistem benzer kaldı. Ardından buhar makineleri ortaya çıktıktan sonra konveyör sistemleri hızlıca adapte oldu. Buhar gücüyle çalışan ilk konveyörler 1804 yılında İngiltere gemisinde kullanıldı. 20.yy da ise endüstriyel devrim ile birlikte konveyör teknolojinde gelişmeleri şu şekilde sıralayabiliriz. 1991'de çelik konveyörler çakıl taşı ve kömür gibi dökme malzemeleri taşımak için İsveç’te üretildi. 1905’te maden taşımacılığında verimlilik arttırmak için yer altı konveyörleri hayata geçirildi. 1908’de ise bilyalı rulmanların kullanıldığı rulolu konveyör sisteminin patenti alındı. Hayvan kesimhaneleri de etleri taşımak amacıyla konveyör sistemleri kullanıyor ve verimliliği arttırıyordu. Henry Ford bu sistemden ilham alarak 1913 yılında Model T montaj hattında kullandı ve bu verimlilik artışı ile bir araç üretimini 24 saniyeye düşürdü. Bununla birlikte maliyet düşüşü herkesin araç sahibi olabilmesine olanak verdi ve konveyör sistemi 1920'li yıllardan itibaren fabrikalarda standart haline geldi.

Bu uygulama notunda inceleyeceğimiz kayışlı konveyör sistemleri, iki veya daha fazla kasnaktan (bazen tambur ismi de kullanılır) oluşur ve bunların etrafında dönen kapalı bir taşıma ortamı döngüsü vardır. Kasnaklardan birisine elektrik motoru ile güç verilir ve malzeme ileri doğru hareket ettirilir. Bir redüktör yardımı ile devir istenilen seviyeye getirilerek (düşürülerek) tork arttırılır. Değişken frekans sürücüleri (VSD) kullanılarak enerji tasarrufu sağlanır ve istenilen hızda dönme sağlanılabilir. Enerji tasarrufu, dijitalleşme ve diagnostic konusunda daha gelişmiş kontrol imkanı vermesi ile VSD kullanımı oldukça artmıştır. Günümüzde dijital tool’lar hayatımızı her alanda kolaylaştırmaktadır. Siemens'in TIA Selection Tool yazılımı istenilen sisteme en iyi uyum sağlayabilecek elektrik motorunu ve sürücüyü seçebilmemize olanak tanır. İstenilen hız, istenilen ağırlığı taşımak için sisteme girilen bilgiler doğrultusunda sisteminize en uygun motor sürücü çiftini seçebilmenize yardımcı olur. TIA Selection Tool yardımıyla uygulamanıza uygun motor, sürücü ve redüktör seçimi yapabilmek için uygulamayı tanıtmaya çalışacağım. TIA Selection Tool yazılımında 1 numaralı kısımda daha önceden hazırladığımız projeleri görebilir. 2 numaralı kısımda ise yeni projemizi oluşturmak üzere New Device seçeneğine tıklayabiliriz.





Konveyor uygulaması için motor, sürücü seçimi yapacağımız için Drive Technology seçeneğini seçebiliriz. Açılan ekranda Drive Dimensioning seçebiliriz.




Siemens hareket kontrol çözümleri konusunda oldukça geniş bir portföy sunar. TIA Selection Tool’da ihtiyaca uygun ürünler yapılandırma için gerekli özellikler seçildikçe ihtiyaca en uygun hareket kontrol ürünleri seçilebilecektir. Uygulama ihtiyaçlarını Configure kısmına tıklayarak başlayabiliriz.

Uygulamada gerekli olacak Supply System farklı olabilir. Kurulumun yapılacağı yere göre 230V Single-phase ya da 400 Volt Three-phase ihtiyacı olabilir. Ayrıca Single Drive veya Multi Drive seçilebilir. Biz bu uygulamada asenkron motor ve direct redüktör kullanacak olalım.







Tüm bu konfigürasyonlar yapıldıktan sonra Possible Solutions bölümünde hangi sürücü ailesi, motor ailesi ve redüktör ailesi ürün grubundan seçimler yapabileceğimizi filtreleyebiliriz. Seçimlerimizi tamamladıktan sonra Go to Drive overview butonu ile konfigürasyonumuza devam edebiliriz.





Tia Selection Tool üzerinden yapılan konfigürasyonlarda önce Add Load seçeneği tıklanır ve girilmesi gerekli parametreler girilir. Bu parametreler ile yükün atalet momenti hesaplanır. İkinci olarak her sizing uygulamasında hareket profili girilir. Ardından uygulamaya uyan motor seçildikten sonra uygun sürücü seçilebilir. Bu adımları sırası ile yapalım.



TIA Selection Tool yazılımında birçok hazır mekanik sistem bulunmaktadır. Bunlar vidalı mil, kayış veya zincir konveyörler , kremiyer miller, rotary table’lar olabilir. İstenirse bu uygulamada yapacağımız gibi tasarım aşamasında Siemens NX gibi uygulamalarda hesaplanmış Tork, hız bilgileri alınabilir ve uygulamaya girilebilir. Yani hazır mekanik sistemleri uygun değil ise Additional load types seçeneği seçilebilir.



Mekaniği seçtikten sonra ilk olarak yapmamız gereken Required (zorunlu) değerleri girmektir.



Steady Payload kısmına taşınacak yük girilmelidir. Örneğin bir paketleme makinesi konveyörü düşünelim; max 20 paket çikolata taşınacak alan var ve paket 100 gr ise 2kg girilebilir ya da intralogistic alanında bir konveyör ise benzer şekilde yük hesabı yapılabilir. Bir diğeri ise tekerlek çapı değeridir. Tekerleğin çapı alınan yolu etkileyecektir. Motora bağlı olan redüktör var ise 1 tur atması konveyör tekerlek yarıçapı r ise 2π^r kadar olacaktır. Bu hem atalet momentini hem de birazdan gireceğimiz hareket profilini etkileyecektir. Bu çap ve aynı zamanda redüktör oranı istediğimiz hıza çıkabilmemiz için gerekli rpm dönüş hızı değerini etkileyecektir. Ayrıca tekerleğin atalet momentini hesaplayıp 3 ile gösterilen kısma giriyoruz. Uygulamada taşınacak yükün ağırlığı ya da ulaşılması gereken hız gibi bilgilere bakılarak çoğu uygulamada redüktör ihtiyacı olup olmadığı değerlendirilir. TIA Selection Tool yazılımında 4 No'lu kısımda görebileceğiniz Transmission sekmesinde girilen redüktör oranı ile yapılan hız ve tork hesabı yenilenir ve yeni redüktör oranında motorun dönmesi gereken rpm değerini görebiliriz.

 

Örneğin bu uygulamada speed ratio 10 olarak belirleyelim. Yani motor 10 tur atınca redüktör 1 tur atmış olsun. Bu parametreleri girdikten sonra tüm sizing uygulamalarında bir sonraki yapmamız gereken şey hareket profili oluşturmaktır.



Hareket profilini girmek yol, hız ve ivme değerlerini uygulama gerekliliklerini karşılayacak şekilde yazılıma uygulamaktır. Bir konveyör uygulamasında en çok yüklenme kalkış anında olacağı için nispeten uzun süreli bir hareket girebiliriz. Örneğin 5.000.000 mm’lik bir hareket uygun motoru bulabilmek için yeterli olacaktır. Vmax/Vend kısmına 2000 mm yazabiliriz. Motor bir tur attığında tamburun çevresi kadar yol alacak ve istenen hızlara ivmelere ulaşıldığında motor mili 955 rpm’lık bir dönüş hızında dönecektir.

Burada tersine mühendislik ile hesabımızın doğru olup olmadığını kontrol edebiliriz. Motor 955 rpm dönüş sağladığında motor miline bağlı redüktör 955/10 tur atacaktır. Ayrıca rpm dakikadaki dönüş sayısını gösterdiği için 955/10 x1/60 formülü ile saniyedeki dönüş sayısını bulabiliriz. Motora bağlı redüktör 1 tur attığında mekanik 2π^r kadar yol alacaktır. Bu da V_max / V_end kısmında yazdığımız değere karşılık gelmelidir. Bu değer 2000 mm/sn idi.

955/10 x 1/60 x400xπ = 2000 mm/sn olacaktır. Peki motorumuzun 955 rpm'de dönmesini sağlamak için motora kaç Hz frekans vermemiz gerekmektedir. Bunu belirlemek için asenkron motorlarda frekan , kutup sayısı ve devir hesabına başvurabiliriz. N(rpm) = (60xf) /2p'dir. Biz uygulamamızda 4 kutuplu bir motor seçeceğiz. Kutup çifti sayımız yani 2p=4 olacaktır. Motora uygulamamız gereken frekans ise 31 Hz olacaktır.

Redüktör oranının değiştirilmesi tabii ki bu değeri değiştirecektir. Speed ratio’yu 5 yaptığımız zaman artık ihtiyacımız olan rpm bu oranda değişecektir. Bu adımı da tamamladığımızda bir sonraki adımda uygun motoru seçebileceğimiz kısma ulaşmış oluruz. Motorlar arasında istediğimiz gruptan seçim yapabilmek için filtreleri kullanabiliriz. İstediğimiz shaft tipine sahip yada istediğimiz aileden ürün seçebiliriz. Biz bu uygulamada Siemens'in redüktörlü motor ailesi olan Simogear 2KJ3 ailesinden seçiyoruz.




Yaptığımız filtreye uygun motorlar listelendiğinde listeden motor seçimi yapılabilir. Seçilen motor ile ilgili bir Chart çıkacaktır. Burada motorun çalışma noktası gibi değerler incelenmelidir. Bu adım tamamlandıktan sonra ise enerji tasarrufu sağlanması açısından çok önemli olarak frekans konvertörleri kullanılabilir. Bu adıma geçebiliriz. Siemens'in frekans konvertörü konusunda oldukça fazla çeşidi vardır. Bu uygulamada kullanılmak üzere V20 seçimi yapabiliriz.



Yazılım sistemimize uygun olan V20’yi seçmemizi sağlayacaktır. Listeden önerilen V20 VSD’yi seçebiliriz, Select Frequency convertor seçeneğine tıklarız.



Dikkat edebileceğiniz üzere seçim yaptığımız her alan yeşil iken Convertor'de warning işareti bulunuyor. Detayını görebilmek için warning işaretine tıklarız ve bir pop-up açılır.



Çıkan uyarıda V20 frekans konventörünün DC Link yükselmesinden korunması amacıyla braking resiztör eklenmesi gerektiği ile uyarı bulunmaktadır. Bunu yapabilmek için üst kısımda bulunan configure seçeneğine tıklamamız gerekmektedir.



Görüldüğü gibi DC Link components’e tıkladığımızda uyarı işareti gider ve konfigürasyon tamamlanmış olur. Görüldüğü üzere projenin son halinde tüm ürünler seçilmiş oldu. Sağ alt kısımda bulunan portal view'e geçiş yapılırsa seçilen ürünler Order List kısmında görülebilir.



Bu uygulama notunda bir konveyör uygulamasında motor seçilirken nelere dikkat etmemiz gerektiğini tartıştık ve yazılıma girdiğimiz değerler ile çıkışta aldığımız değerleri nasıl yorumlamamız gerektiği üzerine düşündük. Uygulamalarınız hakkında sorunuz olması halinde Siemens Hareket Kontrol birimi ile iletişime geçebilirsiniz.


TIA Selection Tool Başlangıç Kılavuzu




Aziz Büyük
Siemens Hareket Kontrol Sistemleri - Ürün Satış ve Pazarlama Sorumlusu
Elektrik Elektronik Mühendisi

SIEMENS San. ve Tic. A.Ş.
Dijital Endüstri
Hareket Kontrol Sistemleri DI MC
hareketkontrol.tr@siemens.com