VERİ TOPLAMA SİSTEMLERİ

1.1Veri Toplama Sistemlerinin Temel Prensipleri

Veri toplama sistemleri çeşitli işaretlerin ölçülmesi, işlenmesi ve kaydedilmesi için günümüzde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Şekil 1.1 de veri toplama sistemlerinin genel blok şeması görülmektedir.

Şekil 1.1 Sayısal veri toplama sisteminin genel blok şeması

Sensorlar, fiziksel parametreleri veri toplama sisteminin algılayabileceği şekle (elektriksel işarete) dönüştürürler. Örnek olarak sıcaklık, basınç ve hız gibi büyüklüklerin gerilim, akım ve frekansa dönüştürülmesi verilebilir.
İşaret şekillendirici, sensor yardımcı devresi olup uyarı gerilimi, dengeleme gerilimi ve kalibrasyon elemanlarından oluşur.
Çoğullayıcı veya tarayıcı,a analog işaretlerin zaman düzleminde sıra ile dönüştürme-ölçme devresinin girişine verilmesini sağlar.
İşaret dönüştürücü, analog işareti analog-sayısal dönüştürücüsünün kabul edebileceği şekle dönüştürür. Örnek olarak kullanılan termoçiftlerin ürettiği alçak seviyeli elektromotor geriliminin kuvvetlendirilmesi için gerekli olan yükselteç devreleri gösterilebilir. Sensorlar değişik amaçlarla kullanıldıklarından işaret dönüştürücüsünde kullanılacak ölçme yükselteçlerinin programlanabilir tipten olması daha uygundur.
Analog-sayısal dönüştürücü, analog gerilimini sayısal koda dönüştüren bir devredir. Analog-sayısal dönüştürücüsünün çıkışı göstergeye verilebilir, bir sonraki işlemler için kullanılabilir veya sayısal kaydediciye iletilebilir.
Yardımcı cihaz, sistemin çalışması için gerekli olan programları ve sayısal işleme cihaz devrelerini içermektedir. Yardımcı fonksiyon olarak doğrusallaştırma, filtreleme veya başka bir işlem olabilir. Bu fonksiyonlar, ayrık cihazlar veya kontrolörler ile gerçekleştirilebilir.
Sayısal kaydedici, sayısala verileri kağıt, manyetik bant vb. üzerine kaydetmek için kullanılır.
Zaman düzleminde işaret dönüşümü iki farklı şekilde yapılmaktadır. Bunların birinde ölçülecek her bir parametre arka arkaya bir analog çoğullayıcı üzerinden uygun devrelere verilerek koda dönüştürülür ve ana kontrolöre verilir veya kod şeklinde başka bir noktaya iletilir (Şekil 1.2).



Şekil 1.2 Merkezi kontrollü veri toplama sistemi

Merkezi kontrollü veri toplama sisteminde sensorlerin çıkış işaretlerinin sorgulanması adresleme biriminden verilen adreslere göre yapılır. Sorgulanan işaret koda dönüştürüldükten sonra adresleme biriminden gelen komutla diğer sensorlerin sorgulanmasına geçilir.
Diğer veri toplama sistemlerinde ise ölçülecek olan bütün parametreler aynı zamanda paralel olarak koda dönüştürülür ve daha sonra bir sayısal çoğullayıcı yardımı ile ana kontrolöre veya başka bir noktaya iletilir (Şekil 1.3)


Şekil1.3 Merkezi kontrollü olmayan veri toplama sistemi

Merkezi kontrolörü olmayan veri toplama sisteminde tüm kanallar aynı anda sorgulanır ve tüm sensorlerin çıkış işaretleri paralel olarak koda dönüştürülerek mikroişlemciye verilir. Mikroişlemcide elde edilen sonuçlar sayısal çoğullayıcı üzerinden ana kontrolöre ve diğer noktalara ulaştırılır.
Bu iki sistem avantaj ve dezavantajlarına göre karşılaştırıldığında bazı parametrelerin her iki sistem için benzer olması gerektiği görülmektedir. Bu parametreler:

Sistemin maliyeti
Kanal sayısı
Kanala göre örnekleme hızı
Maksimum dönüşüm hızı
Örnekleme çözünürlüğü
Örnekleme doğruluğu
Kanal belleğinin kapasitesi
şeklinde sıralanabilir.

Bu iki sistemden hangisinin seçileceği çeşitli parametrelere bağlıdır. Önemli faktörlerden biri de sistemin doğruluğu ile maliyeti arasındaki ilişkidir. Doğruluk yüksek oldukça sistemin maliyeti de yükselir. Bu durumda analog çoğullayıcılı sisteme öncelik verilmektedir. Sistemde kullanılan ADC’nin çözünürlüğü 6 ile 8 arasında olduğunda analog çoğullayıcılı sistemin kullanılması daha uygundur. Çözünürlük daha düşük olduğunda sayısal çoğullayıcılı sistemin kullanılması daha uygundur. İkinci bir faktör ise sistemin hızı ve maliyeti arasındaki ilişkidir. Sistemdeki ADC’nin dönüşüm hızı yüksek olduğunda sistemin maliyeti de yüksek olur. Bu durumda analog çoğullayıcı özelliklerine olan ilgi de artar. Bundan dolayı bazen hızı yüksek olmayan ADC ile paralel yapılı sistemin kullanılması daha uygun olabilir.
Merkezi kontrollü veri toplama sistemleri modülünün kanal sayısı şekil 1.4’te gösterildiği gibi girişe çoğullayıcılar ekleyerek arttırılabilir.

Şekil 1.4 Çoğullayıcı ilave edilerek kanal sayısının arttırılması

Yukarıda belirtilen kısıtlamalar sayısal çoğullayıcılarda da mevcuttur. Ancak bu kısımların sistemin doğruluğuna etkisi yoktur. Çünkü kanalların komutasyonu sayısal formda yapılır. Büyük kapasiteli veri toplama sistemleri için anaog ve sayısal çoğullama karışımı daha uygundur.

Veri toplama sisteminin yapısının seçiminde ölçülecek işaret kaynaklarının iç direncinin ve işaretlerin genlikleri önemlidir. Ölçülen işaretlerin geniş dinamik aralıkta ve değerde olduğunda şekil 1.1’de gösterildiği gibi analog çoğullayıcısından sonra programlanabilir yükselteç ile Örnekleme ve Tutma devresi bağlanmalıdır. Böyle bir sistem, entegre devre şeklinde 16 girişli işaretlerin ölçülmesi için modül olarak üretilmektedir.

Sonuç olarak çoğullayıcılı sistemin, ölçülecek işaret kaynaklarının birbirine yakın yerlerde olması halinde kullanılması uygundur. Aksi halde bağlantı iletkenlerinde kayıplar meydana gelir. Sayısal çoğullayıcılı sistemde bu eksiklikler yoktur ve işaret kaynakları birbirinden farklı uzaklıklarda olabilir. Çok yüksek doğruluğa sahip olan veri toplama sistemini oluşturmak için analog çoğullayıcı yerine karşılaştırıcılar içeren basamak eğimli analog-sayısal dönüştürücüler kullanılır.

Karşılaştırıcıların birer girişine ölçülen işaret ve diğer girişine DAC’nin çıkış işareti uygulanmıştır. Başla komutu ile kontrol devresi, DAC’nin çıkış işaretini basamak şeklinde değiştirir. Karşılaştırıcılarda her bir giriş işareti ile DAC’nin çıkış işareti karşılaştırılır. Kontrol devresinin yardımı ile her bir kanaldaki işaretin ölçülmesinde elde edilen kod uygun yazmaçlara kaydedilir veya başka noktalara iletilir.

VERİ TOPLAMA SİSTEMLERİ

“Endüstride kalitenin ve kapasitenin arttırılması, üretim maliyetlerinin düşürülmesi ve çevre sağlığının korunabilmesi, ancak üretimin her noktasındaki fiziksel değerlerin anında izlenmesi ve değerlendirilmesiyle mümkündür.

Bu fikir yeni değildir. Ancak ilerleyen teknoloji, izleme ve değerlendirme tekniklerinin de gelişmesine yardımcı olmaktadır. Bugün birçok fabrikada; sıcaklık, nem, basınç, seviye oksijen, pH, hız, devir, ağırlık, akış, durum, zaman, adet vb. gibi fiziksel değerler bilgisayar tarafından çok hızlı taranmakta, periyodik raporlar hazırlanmakta, alarm durumunda operatör çok çabuk olarak uyarılabilmektedir.

Her alanda olduğu gibi bu alanda da kişisel bilgisayarlardan yararlanılması veri toplama sistemine çok önemli avantajlar eklemektedir. Bütün veriler bir veya birden fazla kişisel bilgisayarın ekranından kolayca izlenebilmekte, bilgiler saklanabilmekte ve bu bilgiler çeşitli paket programlarla daha detaylı olarak değerlendirilebilmektedir.”