PLC kullanarak kesir dereceli PID kontrollerin otomatik ayarı
Automatic adjustment of fractional PID controllers using PLC
Yazar: MOHAMMAD AMEEN AHMAD
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMET ALİ ARSERİM
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde, teknolojinin hızla ilerlemesiyle birlikte endüstriyel otomasyon sistemleri daha önemli hale gelmiştir. Endüstriyel otomasyon sistemlerinde üretilen ürünler başta sağlık, gıda güvenlik, ulaşım gibi hayatın her alanında yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Gıda sektöründe kullanılan Isıtma Havalandırma ve İklimlendirme(Heating Ventilation and Air-Conditioning(HVAC)), gıdaların ısısının tazleğinin korunması için kullanılan en önemli sistemlerden biridir. Bununla birlikte endüstriyel otomasyon sistemlerinde var olan süreçlerin kontrolü çok önemlidir. Bilinen ve uygulanan en eski kontrol yöntemi Oransal İntegral Türevsel(Proportional Integral Derivative(PID)) kontrol yöntemidir. PID kontrolörün tasarımı ve uygulanmasının kolay olması ve hızlı cevap vermesi nedeniyle çok fazla tercih edilmektedir. Ancak doğadaki çoğu sistem nonlineer olup buna ilaveten tam dereceli integral ve türevsel denklemlerle ifade edilemezler. Çoğunlukla bu sistemler lineerlestirilir veya tam dereceli türev ve integral içeren denklemlerle ifade edilir. Bu yüzden kesir dereceli bir sistemin kesir dereceli kontrolörlerle kontrol edilmesi sistem cevabı üzerinde iyileştirmeler sağlayabilir. PID ve FOPID uygulamalarında en iyi kontrol parametrelerin bulunması için Parçaçık Sürü Optimizayonu (Particle Swarm Optimisation(PSO)) gibi optimizasyon yönteleri kullanılabilir. PSO algoritmasında bir sürüdeki bireylerin yiyecek, korunma gibi amaçlar için yaptığı hareketleri taklit eder. Bunun yanı sıra günümüz endüstriyel otomasyon sistemlerinde Programlanabilir Lojik Kontrolörler(Programmable Logic Controller(PLC)) kullanılmaktadır. PLC'nin en büyük avantajı kumanda işlemlerinin yanı sıra kontrol, veri toplama, izleme ve haberleşme işlemleri de yapılabilmektedir. MATLAB programı ve bileşeni olan Simulink modelleme yazılımı gereçke hayattaki sistemlerin davranışlarını analizde kullanılan önemli bir mühendislik programıdır. Simulink programıyla simülasyon yapılabildiği gibi PLC veya farklı donanımlarla birlikte kullanılarak sistemin simüle edilip kontrol mekanizmasının donanımda çalıştırıldığı durumlarda sözkonusudur. Bu tez çalışmasının kapsamında bir HVA sisteminin kesir dereceli kontrol uygulamasının yapılması hedeflenmiştir. HVAC sistemini kontrol edecek FOPID'in parametreleri PSO algoritmasıyla belirlenmiştir. Bununla birlikte HVAC sistemi olarak MATLAB/Simulink programında daha önceden var olan bir model kullanılmıştır. Bu sistemin kontrolü olarak kullanılacak FOPID ise PLC'de simüle edilmiştir. Elde edilen sonuçlar bu modelin önerilen yöntemle kontrol edilmesi için uygun görülmektedir.

Abstract:
Today, with the rapid advancement of technology, industrial automation systems have become more important. Products produced in industrial automation systems are used extensively in all areas of life, especially in health, food safety, transportation. Heating Ventilation and Air-Conditioning (HVAC), which is used in the food sector, is one of the most important systems used to maintain the freshness of food. However, the control of existing processes in industrial automation systems is very important. The oldest known and applied control method is the Proportional Integral Derivative (PID) control method. The PID controller is highly preferred because it is easy to design and implement and responds quickly. However, most systems in nature are nonlinear and in addition, they cannot be expressed by integral and differential equations of full degree. Often these systems are linearized or expressed in terms of integral and differential equations. Therefore, controlling a fractional order system with fractional order controllers can improve the system response. To find the best control parameters for PID and FOPID applications, Optimization methods such as Particle Swarm Optimization (PSO) can be used. The PSO algorithm mimics the movements of individuals in a swarm for purposes such as food and protection. In addition, Programmable Logic Controllers (PLC) are used in today's industrial automation systems. The biggest advantage of PLC is that control, data collection, monitoring and communication operations can be performed as well as control operations. MATLAB program and its component Simulink modeling software is an important engineering program used in analyzing the behavior of systems in material life. Simulation can be done with the Simulink program, as well as in cases where the system is simulated and the control mechanism is operated in the hardware by using PLC or different hardware. Within the scope of this thesis, it is aimed to implement a fractional degree control application of a HVA system. The parameters of the FOPID to control the HVAC system are determined by PSO algorithm. However, a pre-existing model in MATLAB/Simulink program was used as the HVAC system. The FOPID to be used as the control of this system was simulated on a PLC. The results obtained are suitable for controlling this model with the proposed method.