Endüstri 4.0 ile uyumlu modüler yapılı akıllı sensör tasarlanması
Designing of a modular smart sensor compatible with industry 4.0.
Yazar: FARIS BIN SAJJAD ALI SHAH
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL TEMİZ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Arduino etkinlikleri = Arduino activities ; Endüstri 4.0 = Industrial 4.0 ; İletişim protokolleri = Communication protocols

Özet:
Endüstri 4.0, üretim teknolojilerin dijitalleştirilmesi sonucu endüstriyel üretimin dijital dönüşümüne yönelik stratejik bir girişimdir. Literatür taramaları ve piyasa analizi yapıldığında, endüstriyel otomasyon sistemlerin çok açık bir şekilde hız kesmeden yayıldığını görebiliyoruz. Üretimin otomatikleştirilme kapsamında, günümüzde en yaygın kullanılan potansiyel otomasyon teknolojilerden biri sensörlerdir. İnsan gözlerin, beyine görsel veri sağladığı gibi, sensörler de kontrol sistemine dijital/analog verileri sağlarlar ve üretim tesisleri istisnai olarak otomatik hale getirmek için yapı taşı niteliğinde bir rol oynarlar. Dolayısıyla Endüstri 4.0 sanayi devrimini bir adım öne taşımak için geleneksel mesafe ölçer lazer sensörünün özelliklerine yenilik getirilmiştir. 

Sensörler, endüstriyel üretim uygulamarında meydana gelen konum, uzunluk, yükseklik gibi fiziksel nicelikleri algılamaya, çeşitli dönüşümleri saptamaya, analiz etmeye, ölçmeye ve işlemeye olanak tanırlar. Endüstriyel uygulamalar pazarında birçok sensör türü mevcuttur. Örneğin, yakınlık sensörleri, konum sensörleri, kuvvet sensörleri vs. Bu sensörler görevlerini yerine getirmek için yapılarında kullanılan teknolojiye göre, optik veya ultrasonik gibi, sınıflandırılabilirler. Haberleştikleri cihaza nicelikleri aktarma teknolojisine göre, analog (4-20 mA / 0-10V aralığı) veya dijital (0-1 bit şekli) olarak da sınıflandırılabilirler. Bu çalışmada, analog optik yakınlık sensörü üzerinde geliştirme çalışmaları yapılmıştır. 

Akıllı Fabrikalar Endüstri 4.0. sanayi devrimin çok önemli elemanlar arasında yer alırlar ve akıllı fabrikalar haberleşme ağlarıyla birbirine bağlı üretim elemanları ile meydana gelirler. Bu çalışmanın amacı, analog optik yakınlık sensörün yapısına bir haberleşme protokol özelliğini katarak ve bazı akıllı özellikler ile donatarak akıllı sensör haline getirmektir. Böylece mesafe ölçme gereksinimi duyulan endüstriyel uygulamaları modüler bir biçimde ele alınarak, daha kısa sürede, hassasiyette ve daha akıllı bir biçimde gerçekleştirilmiş olacaktır. Sensörün yapısı, PLC (programlanabilir lojik denetleyici) ile hızlı ve hassas bir şekilde iletişim kurması için ek bir mikro denetleyici ve ethernet iletişim protokolü ile donatılmıştır. Bazı zorunlu ayarlar için LCD entegre edilmiştir. Bu ayarlar PC GUI ile de yapılabilmektedir. Sensör mesafe ölçtüğünde analog sinyalini mikro denetleyiciye aktarır ve analog sinyalinin anlamlı dönüşümleri mikro denetleyicide yapılarak PLC'ye sadece bir dijital sinyal aktarılabilir. Bu dijital sinyalin tekabül ettiği eşik değer gerçek zamanlı PLC tarafından ethernet haberleşme protokol üzerinden de değiştirilebilecek.

Abstract:
Industry 4.0 is a strategic initiative to transform industrial production through digitization of the potentials of new technologies. When literature review and market analysis are made, we can clearly see that industrial automation systems are spreading without slowing down. Nowadays, one of the most widely used potential automation technologies in the scope of automating the production are sensors. As the human eyes provide visual data to the brain, in the same 	way sensors provide digital/analog data to the control system and play a vital role in automating production facilities exceptionally. Therefore, in order to take the industry 4.0 industrial revolution one step further, the features of the traditional distance measuring laser sensor have been innovated.

Sensors allows us to detect, analyze, measure quantities such as position, length, height and process various transformations that occur in industrial production applications. Many types of sensors are available in the industrial applications market. For example, proximity sensors, position sensors, force sensors etc. These sensors can also be classified according to the technology used in their structure, such as optical or ultrasonic technology, to perform their task. We can also classify the sensors as analog (4-20 mA / 0-10V) or digital (0-1 bit) sensors, according to the technology they use to transfer the quantities to the devices they communicate with. In this study, developments are carried out on the analog optical proximity sensor.

Smart Factories take place among the very important elements of the industrial revolution Industry 4.0. and smart factories are formed with production elements connected to each other through communication networks. The aim of this study is to turn the analog optical proximity sensor into a smart sensor by adding a communication protocol feature to its structure and develop it with some smart features. Thus, industrial applications that need distance measurement will be handled in a modular way, and they will be carried out in a shorter time, with precision and in a smarter way. The structure of the sensor is equipped with an additional microcontroller and ethernet communication protocol to communicate quickly and precisely with the PLC (programmable logic controller). LCD is integrated for some mandatory settings. These settings can also be made with the PC GUI. When the sensor measures distance, it transfers the analog signal to the microcontroller, and only one digital signal can be transferred to the PLC by making meaningful conversions of the analog signal in the microcontroller. The threshold value corresponding to this digital signal can also be changed also real-time by PLC over the Ethernet communication protocol.