Yeraltı maden tesisleri için PLC ve SCADA tabanlı otomasyon sistemi tasarımı
PLC and SCADA based automation system design for underground mine facilities
Yazar: MEHMET EMİN ÜNSAL
Danışman: DOÇ. DR. ERDEM İLTEN
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Arduino etkinlikleri = Arduino activities ; PLC = Programmable logic controller ; SCADA = SCADA

Özet:
Bu tez çalışmasında, yeraltı maden tesislerinde iş güvenliğinin ve verimin arttırılması, muhtemel kazaların azaltılması amaçlanarak PLC ve SCADA tabanlı zehirli gaz ölçüm sistemi ve erken uyarı mekanizması tasarlanmıştır.
Zehirli gazlar olan karbonmonoksit (CO), metan (CH4) ve hidrojen sülfür (H2S) ile sıcaklık, oksijen (O2) ve toz yoğunluğu değerleri ilgili sensörler vasıtasıyla Arduino MEGA kartının analog girişleri üzerinden okunmaktadır. Sensör verileri ethernet üzerinden PLC-SCADA sistemine gerçek zamanlı olarak aktarılmaktadır. Tasarlanan SCADA ekranı üzerinde tüm sensör değerleri anlık olarak izlenebilmektedir. Ayrıca sistemin alarm durumuna geçip geçmediği ve havalandırma sisteminin çalışıp çalışmadığı da aynı ekran üzerinden kontrol edilebilmektedir.
Yeraltı kömür madeni yönetmeliğine göre maden havasında %19'dan az oksijen, %2'den fazla metan, 50 ppm (%0.005) değerinden fazla karbonmonoksit ve diğer tehlikeli gazların bulunduğu yerlerde çalışma yapılması uygun değildir. 8 saatlik çalışma için izin verilen en yüksek hidrojen sülfür oranı 20 ppm'dir (%0.002). Bu kurallar dikkate alınarak hazırlanan algoritma sayesinde erken uyarı mekanizması oluşturulmuştur.
Tüm sensörler laboratuvar ortamında ayrı ayrı test edilmiş, gerekli kalibrasyon işlemleri tamamlanmıştır. Daha sonra, tasarlanan PLC tabanlı SCADA sisteminin testleri de laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. SCADA sistemi ile ortam sıcaklığı, oksijen ve zehirli gazların maden havasındaki yoğunluğu ile ortamdaki toz miktarı gerçek zamanlı olarak başarılı bir şekilde görüntülenmektedir. Erken uyarı mekanizması için yapılan laboratuvar testlerinin de başarılı şekilde sonuçlandığı görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, a PLC and SCADA-based toxic gas measurement system and early warning mechanism are designed with the aim of increasing occupational safety and efficiency in underground mining facilities and reducing possible accidents.
The toxic gases carbon monoxide (CO), methane (CH4) and hydrogen sulfide (H2S), as well as temperature, oxygen (O2) and dust density values are read by analog inputs of the Arduino MEGA board via the relevant sensors. Sensor data is transferred to the PLC-SCADA system in real-time via Ethernet. All sensor values can be monitored instantly on the designed SCADA screen. In addition, it can be checked on the same screen whether the system is in alarm mode or not and whether the ventilation system is working.
According to the underground coal mine regulations, it is not appropriate to work in places where the mine air contains less than 19% oxygen, more than 2% methane, more than 50 ppm (0.005%) carbon monoxide and other hazardous gases. The highest allowable hydrogen sulfide content for 8 hours of operation is 20 ppm (0.002%). Thanks to the algorithm prepared taking these rules into consideration, an early warning mechanism was created.
All sensors have been tested individually in a laboratory environment and the necessary calibration procedures have been completed. Later, the tests of the designed PLC-based SCADA system were carried out in a laboratory environment. With the SCADA system, the ambient temperature, the concentration of oxygen and toxic gases in the mine air, and the amount of dust in the environment are successfully displayed in real-time. Laboratory tests for the early warning mechanism also completed successfuly.