Rulman yağlama sistemi test otomasyonu ve arayüzü geliştirilmesi
Test automation and interface development for bearing lubrication system
Yazar: İSMAİL ATİZ
Danışman: PROF. DR. HAYRİYE KORKMAZ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Enerji, havacılık ve otomotiv gibi yüksek güçlü döner ekipmanların kullanıldığı sektörlerde, basınç ve sıcaklık kontrol kabiliyetine sahip endüstriyel yağlama sistemleri kritik bir rol oynar. Enerji santrallerinde gaz ve buhar türbinlerinin güvenilirliği, özellikle rulman ve kontrol sistemi arızaları nedeniyle önemlidir. Bu arızalar genellikle yağlama problemlerinden kaynaklanır, bu nedenle türbin yağlama güvenilirliği prosedürleri bakım planlarının temel bir bileşeni olmalıdır. Havacılık sektöründe, uçak motorlarının rulmanları yüksek hız ve sıcaklık koşullarında çalıştığından yağlama sistemleri bu zorlu koşullarda bile etkili performans göstermelidir. Otomotiv sektöründe ise yağlama sistemleri motor ve transmisyon sistemlerinin verimli çalışmasını sağlar ve aşınmayı önler.
Bu çalışmada, ekipman arızalanma riskini azaltma, rulman ömrünü uzatma ve enerji verimliliğini artırma amacıyla tasarlanan bir basınçlı yağlama sistemi geliştirilmiştir. Sistemin tasarımı, elektriksel planlama, veri toplama ve kontrol & otomasyon işlevlerini kapsamaktadır. Siemens S7-1200 serisi PLC ve NI cDAQ ürünleri ile gerçek zamanlı kontrol sağlanmış ve PID kontrol algoritmaları uygulanmıştır. Basınç, sıcaklık ve debi sensörleri kullanılarak kritik parametreler sürekli izlenmiş ve kaydedilmiştir. Veri toplama işlemi NI cDAQ aracılığıyla yüksek çözünürlükte gerçekleştirilmiş ve LabVIEW yazılımı ile analiz edilmiştir. HMI paneli ile operatörlere pano üzerinden kullanım imkânı sunulmuş, uzaktan erişim ve gelişmiş analizler de sağlanmıştır.
Ana bulgular, tasarlanan sistemin ekipman arızalanma riskini azalttığını, rulman ömrünü uzattığını ve enerji verimliliğini artırdığını göstermektedir. Temiz ve sürekli yağ beslemesi sayesinde ekipman ömrü uzatılmış ve sistem kullanılabilirliği artırılmıştır. Rüzgâr türbinlerinde rulmanlar, tüm türbinin ömrü boyunca iletim verimliliği ve kararlılığı üzerinde önemli etkiye sahiptir. Türbin yağlama güvenilirliği programı, her enerji santralinin bakım programının ayrılmaz bir parçası olmalıdır.
Bu sistem, yüksek güçlü döner ekipmanların arızalanmasını önleyerek güvenliği artırır ve bakım maliyetlerini düşürür. Siemens PLC ve NI cDAQ ürünleri ile sağlanan gerçek zamanlı kontrol, sistemin sürekli izlenmesini ve performansının optimize edilmesini sağlar. TDMS formatında yüksek çözünürlükte veri kaydı, sistem performansının detaylı analiz edilmesine ve uzun vadeli iyileştirmelere olanak tanır. Sistem, kontrol kaybı veya arıza durumlarında otomatik olarak tepki vererek mekanik arızaların önüne geçer. Bu sayede, sistemin genel güvenilirliği artırılmış ve operasyonel kesintiler minimize edilmiştir.
Literatürdeki çalışmalar, yağlama sistemlerinin performansını optimize etmek için çeşitli stratejiler önermiş ve endüstriyel uygulamalardaki önemini vurgulamıştır. Bizim çalışmamız da aynı amaçla, en uygun ürünler ve tasarımla sistem optimizasyonuna odaklanmıştır. Ancak, mevcut çalışmalarda gerçek zamanlı kontrol ve veri kaydı yetenekleri genellikle yeterince ele alınmamıştır. Bizim çalışmamız, Siemens S7-1200 PLC ve NI cDAQ ürünleri kullanılarak geliştirilmiş olup, gerçek zamanlı kontrol ve yüksek çözünürlükte veri kaydı yetenekleriyle bu boşlukları doldurmayı hedeflemektedir.
Sonuç olarak, bu yağlama sistemi, döner ekipmanlar için ideal bir yağlama ve soğutma çözümü sunmaktadır. Gerçek zamanlı kontrol ve veri kaydı ile olası arızalar önceden tespit edilmiştir. Ayrıca, sistemin enerji verimliliği ve ekipman ömrünü uzatma gibi önemli avantajlar sunduğu belirlenmiştir. Gelecekte yapay zekâ ve makine öğrenimi tekniklerinin kullanılması ile sistem performansının daha da artırılması hedeflenmektedir.

Abstract:
In different areas such as energy, aviation, and automotive, where high-power rotating equipment is used, industrial lubrication systems with pressure and temperature control capabilities play a critical role. The reliability of gas and steam turbines in power plants is particularly crucial due to bearing and control system failures, often stemming from lubrication problems. Therefore, turbine lubrication reliability procedures should be a fundamental component of maintenance plans. In aviation applications, lubrication systems must perform effectively even under the challenging conditions of high speed and temperature, as the bearings in aircraft engines operate in such environments. In automotive sector, lubrication systems ensure the efficient operation of engines and transmission systems and prevent wear.
In this study, a pressurized lubrication system was developed to reduce the risk of equipment failure, extend bearing life, and improve energy efficiency. The system design includes electrical planning, data acquisition, control, automation and monitoring functions. Simulation based control of oil pressure and temperature was achieved using Siemens S7-1200 series PLC and NI cDAQ products, with PID control algorithms applied. Critical parameters such as pressure, temperature, and flow were continuously monitored and loged. Data acquisition was performed at high resolution through NI cDAQ and analyzed with LabVIEW software. The HMI panel provided operators with control via the panel, as well as remote access and advanced analysis capabilities.
The main findings indicate that the designed system reduces the risk of equipment failure, extends bearing life, and improves energy efficiency. Clean and continuous oil supply extends equipment life and increases system availability. Bearings in wind turbines significantly impact transmission efficiency and stability throughout the turbine's lifespan. Thus, turbine lubrication reliability programs should be an integral part of every power plant's maintenance schedule.
This system enhances safety and reduces maintenance costs by preventing failures in high-power rotating equipment. Real-time control provided by Siemens PLC and NI cDAQ products allows continuous monitoring and optimization of system performance. High-resolution data recording in TDMS format enables detailed analysis of system performance and long-term improvements. The system responds automatically in the event of control loss or failure, preventing mechanical breakdowns. This increases the overall reliability of the system and minimizes operational interruptions.
Existing studies propose various strategies to optimize the performance of lubrication systems and emphasize their importance in industrial applications. Our study similarly focuses on system optimization with the most suitable products and design. However, existing studies often do not adequately address real-time control and data loging capabilities. Our study aims to fill these gaps by developing a system using Siemens S7-1200 PLC and NI cDAQ products with real-time control and high-resolution data loging capabilities.
In conclusion, this pressurized lubrication system offers an ideal lubrication and cooling solution for rotating equipment. Real-time control and data loging enable the early detection of potential failures. Furthermore, the system offers significant advantages such as improved energy efficiency and extended equipment life. In future works, it is aimed to include further enhancing system performance through the use of artificial intelligence and machine learning techniques.