ENDÜSTRİYEL HABERLEŞMEDE ARAYIŞLAR

 

Kuşkusuz ‘Endüstriyel Haberleşme’ alanında gelişme yönündeki arayışlar sürüyor. Bu arayışlara örnek olarak, akademik düzeyde yapılan çalışmalardan bir-iki örnek vermek yerinde olacaktır.

İlk örneğimiz, Gazi Üniversitesi Öğretim Üyeleri Seyfettin Vadi, Naki Güler, Ramazan Bayındır’ın Kasım 2014 tarihli Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, Cilt 2/Sayı1’de yayımlanan “Endüstriyel Alanlarda Kullanılan Veri İletim Tekniklerinin Karşılaştırılması” başlıklı çalışması.
 
Çalışmanın ‘Giriş’ bölümü şöyle:
 
“Otomasyon sisteminde sensör, aktüatör, valf, röle vb. elemanlar, programlanabilir lojik kontrolör ve bilgisayarlarla haberleşmektedir. Böylece bilgi akısı sağlanarak veri toplama (data acquisition), veri isleme, veri analizi işlemleri gerçekleştirilmektedir. Bu işlemler birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ve kompleks yapıya sahip sistemlerin kullanılma gereksinimi cihazlar arası iletimi zorunlu kılmıştır. Endüstriyel sistemlerde de geliştirilen donanımsal yapılar ile bilgisayar arasında veya iki donanımsal yapıyı kontrol eden kontrolörler arasında iletişim kurulabilmektedir. Bu sistemler birbirleri ile etkileşimli olarak çalışmakta ve böylece tümleşik bir altyapı mimarisi oluşturmaktadır. Üretim tezgahları, bant sistemleri ve robotik sistemlerde kontrolörler arası iletişim sıklıkla görülmektedir. Bilgisayar üzerinden aygıt kontrol sistemleri de günümüzde yaygınlaşan alanlardandır. Özellikle enerji izleme sistemleri ve bilgisayar arayüzü üzerinden cihazların kontrol edilmesi endüstriyel sistemlerde kullanılmaktadır[1/Kevin M. Middaugh].
 
Uygulamaların vazgeçilmez bir parçası olan endüstriyel iletişim teknikleri hakkında literatürde birçok başarılı çalışma bulunmaktadır. Middaugh, endüstriyel sistemlerde veri iletiminin önemini vurgulayarak uygulama tipine göre karşılıklı veri alıs verisi yapan modelleri incelemiştir. Yaptığı çalışmada yerel alan ağı Ring, Bus yöntemlerinin avantaja ve dezavantajlarını açıklayarak veri iletiminde dikkat edilmesi gerekenleri vurgulamıştır. Ayrıca, fiziksel bağlantı koşullarının veri iletimindeki önemini açıklamıştır [1/ Kevin M. Middaugh]. Decotignie, zamana bağımlı periyodik çalışan sistemler ve dış olaylara bağımlı çalışan sistemler üzerinde yaptığı çalışmada klasik yerel alan ağı yöntemi ile gelişmiş yerel alan ağı yöntemini karsılaştırarak klasik yöntemde oluşan sorunları açıklamıştır. OSI (Open Systems Interconnection) modeli üzerinden yaptığı açıklamalar ile geliştirilmiş yerel alan ağ sisteminin avantajlarını gerçek zamanlı çalışan bir endüstriyel ağ üzerinde göstermiştir [2/ Jean-Dominique Decotignie]. Dzung ve arkadaşları günümüzün popüler konularından olan endüstriyel ağlarda veri güvenliği üzerine yaptıkları çalışmada, iletişim protokollerinin güvenlik seviyelerini karşılaştırmışlardır. Ayrıca iletişim protokollerinin güvenlik sınırlarını açıklayarak güvenli veri akış bölgelerini göstermişlerdir [3/ Proceedings of the IEEE, Vol. 93]. Schuermann ve arkadaşları kablosuz iletişim tekniği ve endüstriyel kontrol sistemlerinin tümleşik yapısını açıklayarak mikrokontrolörler ile bilgisayar arasındaki veri akısını katman modeli üzerinden göstermişlerdir. Yapılan çalışma ile çoklu mikrokontrolör ve tek merkezli yönetim arasındaki veri akısı Bluetooth ve ZigBee teknolojileri üzerinden detaylandırılmıştır [4/ Jimmy Kjellsson, Anne Elisabeth Vallestad, Richard Steigmann, and Dacfey Dzung]. Hashim, ethernet tabanlı endüstriyel iletişim tekniğini kullanarak yaptıkları tümleşik kontrol sisteminde sensörler, programlanabilir lojik kontrolör, SCADA sisteminden oluşan bir hiyerarşik yapıda veri akısı ve işlem basamaklarını incelemişlerdir. Gerçekleştirdikleri bilgisayar etkileşimli uygulamada veri iletimini ve cihazların adreslenmesini basamak basamak anlatmışlardır. Programlanabilir lojik kontrolör ile örnek bir çalışma yaparak uygulamada sonucunda elde ettikleri verileri sunmuşlardır [5/ Volker Schuermann, Thorsten Mann, Aurel Buda, Joerg F. Wollert,]. Literatürdeki çalışmalardan görüldüğü gibi haberleşme sistemleri endüstriyel sistemlerde sıklıkla kullanılmaktadır. Endüstriyel sistemlerde kullanılan haberleşme yöntemleri çalışmanın amacı doğrultusunda farklı alanlarda kullanılmaktadır. Bu yüzden, haberleşme mevcut sistemin amacına uygun, güvenli ve sürekli bir şekilde çalışması gerekmektedir. Oluşabilecek hata, gecikme ya da kesinti çok büyük tehlikelere yol açmakta ve üretimlerin durmasına neden olmaktadır. Bu durum haberleşme protokollerinin önemini ortaya koymaktadır. Bu haberleşme yöntemleri temelde kablolu, kablosuz olarak ikiye ayrılmaktadır.
 
Kablolu haberleşme yüksek hızlarda büyük boyutlu verilerin taşınmasında daha çok kullanılmaktadır. Kablosuz haberleşme ise hem sosyal haberleşmede hem de endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır. Kablosuz haberleşme, sanayide donanım karmaşasını ortadan kaldırdığı için kablolu haberleşmeye göre daha çok tercih edilmektedir.
 
Bu çalışmada endüstriyel alanda kullanılan kablolu haberleşme yöntemlerinden olan PLC(Power Line Communication), RS232, RS485 ve kablosuz haberleşme yöntemlerinden olan RF(Radio of Frequency), GPRS, Bluetooth, Zigbee haberleşme yöntemleri hakkında bilgi verilmiş olup birbirlerine göre avantajları ve dezavantajları anlatılacaktır.”
 
Metnin devamında, ‘ Veri İletim Teknikleri’ bölümde şöyle deniliyor:
 
“Endüstriyel alanlarda kullanılan donanımsal ve yazılımsal mimarilerin haberleşmesi kablolu ve kablosuz olarak yapılmaktadır. Sistem gereksinimlerine göre iletişim çeşitleri belirlenerek çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Fakat iletişimdeki mimari yapı ve veri iletimi belirli şartlar sağlanılarak gerçekleştirilmektedir.
 
Karmaşık yapıya sahip ağ modellerinde, güvenli ve doğru bir veri akısı sağlamak için uluslar arası standartlar organizasyonu tarafından OSI referans modeli önerilmektedir. Bu modeline göre veriler 7 basamakta kodlanıp gönderilmekte ve aynı şekilde 7 basamakta tekrar çözülerek ilk veriye ulaşılmaktadır. Veri gönderme kısmında ilk katman uygulama katmanıdır ve verilerin ilk çıkış katmanıdır. Yedi katmandan oluşan bu veri gönderme işleminin her basamağında temel veriye üst bilgi eklenir. Eklenen üst bilgilerle fiziksel katmana 7 parçadan oluşan bir veri gönderilir ve fiziksel katman bu tümleşik veriyi alıcı tarafa herhangi bir ağ yapısına ait fiziksel düzenek ile gönderir. Alıcı bölümde elde edilen bu veri, üzerinde 7 katmanın üstbilgilerinin bulunduğu bir veridir ve bu hali ile kullanılmamaktadır. Göndericiye ait ilk veriyi elde etmek için göndericide eklenen üst bilgiler aynı yapı tersten isletilerek ilk haline çevrilir. Böylece göndericinin iletmek istediği veri değişmeden alıcıya ulaşmış olur[1-3/ Kevin M. Middaugh- Proceedings of the IEEE, Vol. 93]. Endüstriyel alanda kullanılan haberleşme yöntemleri kablolu ve kablosuz olmak üzere iki grupta incelenmektedir.
 
2.1. Kablolu Haberleşme Yöntemleri
 
2.1.1. PLC ( Power Line Carier )
 
EHİ ( Enerji Hattı İzleme ) sistemlerini düzenlemek için geliştirilmiş ortak bir standart bulunmamaktadır. Gönderilecek veri, belirli bir frekanstaki radyo işaretleri ile modülasyon işlemine tabi tutularak, enerji iletimi için kullanılan bakır iletkenlere güçlendirilerek enjekte edilmektedir. Enerji hattı üzerinde oluşturulan bu veri tasıma tekniği PLC olarak adlandırılmaktadır. PLC
sistemlerinde kullanılan frekans bandı ve modülasyon tekniği haberleşmenin verimliliği ve hızı açısından önemlidir. Elektrik hatları üzerinden 3kHz ile 500kHz aralığında dar bant iletişim yapılmaktadır. AC EHİ uygulamalarında genellikle 1.6 MHz – 80 MHz frekans bandı kullanılmaktadır. Bu frekanslar, Orta Frekans (300KHz - 3MHz), Yüksek Frekans (3MHz – 30MHz) ve Çok Yüksek Frekans (30MHz – 300Mhz) spektrumlarındadır. PLC haberleşmesi genellikle uzun mesafeli ve düşük hızlarda veri ve ses iletişimi için kullanılmaktadır. Gelişmekte olan dünya ülkeleri ve ülke toplulukları enerji hattı üzerinden haberleşme sistemleri kurmakta ve bu konular üzerine çalımsalar yapmaktadır. Uzakdoğu ve Avrupa ülkeleri enerji hattı üzerinden farklı frekans bantları kullanarak enerji izleme ve kontrol işlemlerini gerçekleştirmektedirler.
 
Ülkemizde de PLC sistemi kullanılmaktadır. 50 Hz’ de enerji taşıyan nakil hattının üzerine 50 kHz – 500 kHz aralığında yüksek frekanslı bilgi sinyali aynı hat üzerinden gönderilmektedir. Gönderilen sinyaller alıcı tarafta çözümlenilerek anlamlı veriler haline getirilmektedir. Sekil 1’de bir PLC sisteminin blok yapısı gösterilmiştir[6-7/ W. Hashim,S. Dzulkifly,N.A Abd Ghafar, A.F. Ismail, K. Abdullah- Gerd Bumiller, Thilo Sauter, Gerhard Pratl, Albert Treytl].
 
2.1.2. RS-485
 
RS485 simetrik ve çok noktalı bağlantıya ihtiyaç duyulan uygulamalarda kullanılır. Simetrik haberleşmede iki veri hattı arasındaki diferansiyel gerilim ölçülür. Sinyal aktarımı yapılan bir noktadan gelen voltaj farkı negatif olduğunda sinyal yüksek (HIGH), pozitif olduğunda düşük (LOW) olarak kabul edilir. RS485 ile teknik olarak 32 alt sisteme bağlantı yapılabilir. Bundan daha fazla noktaya bağlantı yapılması tavsiye edilmemektedir. Otomasyonun karmaşıklaşmasıyla birlikte kullanılan tahrik/kontrol ve algılama elemanlarının sayısı artmış ve buna bağlı olarak konvansiyonel terminal kablo bağlantılı projeler hem isçilik bakımından yüksek maliyetli, hem de operasyon esnasında hata bulma / giderme açısından verimsiz olmaya başlamıştır. Daha az kablo ile daha fazla veri taşıyabilen ve veriyi sadece iletmekle kalmayıp durum/konum bilgisini de aynı hat üzerinden gönderebilen seri haberleşme protokolleri bu ihtiyaca cevap olarak karsımıza çıkmaktadır[18,19/ Ken Masica- Yu-Kai Chen, Yung-Chun Wu, Chau-Chung Song, and Yu-Syun Chen].
 
2.1.3. Modbus
 
Modbus 1979 yılında Modicon firması tarafından geliştirilmiş, sunucu istemci tabanlı olarak endüstride kullanılan akıllı cihaz olarak tabir edilen aygıtların haberleşmesi için geliştirilmiş bir protokoldür. Modbus protokolü tamamen açık ve günümüzde birçok endüstri kuruluşlarındaki yapıda kullanılan bir protokoldür. Farklı yapılardaki cihazlar Modbus ile haberleşebilmektedir[20/Bhatt, U ; Verma, HK, Kumar, A]. Modbus çoklu sahip/köle (master/slave) sistemlerini izlemek ve aygıtları programlamak için, akıllı cihazları (PLC, inverter vb.), algılayıcılar ve diğer aygıtları birbirleri ile haberleştirmek için veya alan içerisindeki cihazları uzaktan bilgisayar yada insan makine ara yüzleri ile kontrol edebilmek için kullanılabilir. Modbus cihazlardan verilerin alındığı ve bu verilerin bir merkezde toplanabildiği bir endüstriyel ağ sistemidir. Modbus açık bir protokoldür. Bunun anlamı farklı üreticiler bu protokole uygun cihazları herhangi bir ücret ödemeksizin üretebilir ve bu protokolü kullanabilirler. Bu nedenle günümüzde endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Modbus’ın esnekliği yüksektir. Sadece akıllı cihazlarla (PLC, Mikrobilgisayar) değil de gelişmiş senyörlere de direkt olarak uygulanabilmektedir[21,22/ Niv Goldenberg, Avishai Wool-B. Dutertre. Forma].
 
2.1.4. Profibus
Profibus(Process Field Bus) genis kapsamlı üretim ve proses otomasyonu için tasarlanmış üreticiden bağımsız açık saha bus standardıdır. Profibus haberleşme sistemi Siemens’inde içinde bulunduğu birçok programlanabilir lojik kontrol üretici firma tarafından geliştirilen ve standart olarak kabul edilen bir ağ sistemidir. PROFIBUS DP (dezentrale peripherie) otomasyon cihazı ile merkezi olmayan cihazlar arsında hızlı bir şekilde ver alış verişimi sağlayan bir haberleşme sistemidir. Özellikle programlanabilir lojik kontrolörün merkezde, çevre birimlerinin (slave) çalışma sahasında (isin yapıldığı yerde) olduğu durularda iletim hatlarının oluşturulması çok kolay bir şekilde gerçekleştirilmektedir. Profibus, OSI referans modeline yönelik bir protokol mimarisidir. Etkili bir haberleşme protokolü olan DP, kullanıcı arabirimi olarak 1. ve 2. katmanları kullanır[23-25/ U. Lindqvist and P. A. Porras- Piotrowski, A; Nieszporek, T].
 
2.1.5. MPI (Multipoint Interface)
MPI (Multipoint Interface) haberleşme sistemi özellikle işlemciler arası haberleşme işlemlerinde çok yoğun olarak kullanılır. Konfigürasyon ve kullanımı oldukça basittir. İki damarlı (profibus) kablosu bir kablo ve MPI bağlantı bağlayıcısı(konektör) dışında bir donanıma ihtiyaç duymazlar. Haberleşme kablosu (profibus kablosu) MPI hattına, programlama cihazı bağlantı kablosu (MPI kablosu) bağlanıyormuş gibi bağlanmaktadır. Maksimum 32 adet katılımcı bağlanabilir ve iletim hattı uzunluğu en fazla 50 metre olabilir, 50 metrenin üzerindeki mesafeler için RS 485 yükseltici kullanmak gerekir. Her yükseltici hat uzunluğu 1000 metreye kadar çıkarabilir. Toplam 10 yükseltici kullanılabilmektedir. İletim hattının başlangıç ve bitiş noktalarındaki bağlayıcılara ise sonlama direnci konmalıdır[26-28/ Xia, LL, Qiu, C, Fu, ZL, Pan, XY- Seno, L; Tramarin, F; Vitturi, S].
 
2.1.6. RS232 Standardı
RS232 genellikle iki nokta arasında asimetrik haberleşme yapıldığı durumlarda kullanılmaktadır. +3/+15V aralığı yüksek (HIGH) sinyal, -3/-15V aralığı düşük(LOW) sinyal olarak kabul edilir. Bu standart genellikle kişisel bilgisayarlarda kullanılmaktadır. Seri iletişim gerçekleştiren cihazlar arasında bu tür asenkron iletişimi sağlamak amacıyla geliştirilen bir haberleşme standardıdır. RS-232 standardı ilk olarak 1962 yılında çıkmıştır. Daha sonra 1969 yılında RS-232c standardı ortaya çıkmıştır. RS-232D standardı ise 1987 yılında RS-232C standardının geliştirilmesiyle ortaya çıkmıştır. Aynı zamanda bu standart EIA-232-D olarak da adlandırılmaktadır[29-30/ He, JZ ; Zhao, ZX ; Zhong, ZN- Zhao, XM].
 
2.2. Kablosuz Haberleşme Yöntemleri
 
2.2.1. RF
Teknolojinin gelişmesiyle birlikte kablosuz iletişim ile yapılan çalışmaların sayısı artmaktadır. Kurulum maliyetinin azalması, kablolama hatalarının azalması, kopma olmaması ve donanım karmaşıklığının ortadan kalkması kablosuz iletişimin avantajlarındandır. Bu iletişim teknolojilerinden biri de RF (Radio frequency)’dir. RF iletişim teknolojisi elektromanyetik dalgalar yoluyla gerçekleşmektedir. Bu dalgalar belirli bir frekans bandı aralığında iletim sağlamaktadır. Radyo dalgalarının elektromanyetik spektrum üzerindeki frekans dağılımı ve bant aralıkları Şekil 2’de gösterilmiştir. Radyo dalgaları 10 kHz ile 3000 GHz frekans aralığını kapsamaktadır. Fakat bu aralığın belirli bölümlerini kullanmaktadır. Örneğin, günümüzde firmalar HF, VHF, UHF EHF frekanslı radyo dalgalarını elektrik şebekelerinde, telemetre, telekontrol, tele-koruma ve şebeke işletimi için kullanmaktadır[8/Filipe Pacheco, Maksim Lobashov, Miguel Pinho, Gerhard Pratl].
 
RF haberleşme yöntemi, araçlarda merkezi kilit sistemleri, ev otomasyon sistemleri, güvelik sistemleri ve garaj kapıları vb. gibi daha çok basit uygulamalarda yaygın olarak kullanılmamaktadır. Basit uygulamalar için kullanılan 433 MHz ve 860 MHz frekans bandında çalışan kablosuz haberleşme sistemleri lisans gerektirmemektedir. Geniş bant kablosuz iletişim sağlayan sistemler 2.4 – 2.8 GHz frekans bölgesinde çalışmaktadır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan Wifi tekniklerine ait ayrıntılar Tablo 1’de verilmiştir. Tablodan görüldüğü gibi geniş bant sistemlerde amaca yönelik olarak hız, mesafe ve uygulama bölgelerine göre sınıflandırılmıştır[8-9/ Filipe Pacheco, Maksim Lobashov, Miguel Pinho, Gerhard Pratl- Yuksel, M.E., Zaim, A. H.].
 
2.2.2 GPRS
Verilerin mevcut GSM şebekeleri üzerinden 28.8 kbps’den 115 kbps’e kadar varan hızlarda iletilmesine imkan veren paket radyo prensibine dayalı mobil iletişim servisidir. Aralıklı, periyodik olmayan verilerin iletiminde ve küçük veri miktarlarının sık iletiminde yaygın olarak tercih edilmektedir. Sistemler arasında veri iletişimin sağlanmasında standart OSI modeli kullanılmaktadır. Bu model, Fiziksel katman, Veri Bağlantısı, Ağ, Tasıma, Oturum, Sunum ve Uygulama katmanından oluşmaktadır. Yedi katmandan oluşan bu modele göre veriler katmanlardan geçerek hedef noktaya iletilir. GPRS, kablosuz LAN olarak OSI modelinin fiziksel katmanı ile veri bağlantısı katmanında yer almaktadır. Kablosuz LAN (802.11x ailesi) için IEEE ve ETSI (The Eureopean Telecommunication standards Institute) tarafından belirlenen uluslararası standartlar oluşturulmuştur[10,11( Lee, SS ; Kim, B ; Kim, JY .; Choi, S ; Kim, C.- ] Kutlu, A.]. 802.11x standardında ilk olarak 1 veya 2 Mbps’lik çalışma hızları ön görülmüştür. Daha sonra geliştirilen 802.11b ve 802.11a standartlarında çalışma hızları 11 Mbps, 54 Mbps’e kadar çıkarılmıştır. Verilen bu hızların, kablosuz ağlar için brüt hızlar olduğundan aslında veri aktarımı daha düşüktür. Bu sebeple kablosuz ağ cihazları birbirleriyle karsılaştırılırken aktarım basarımı göz önüne alınmalıdır. Tablo 2’de 802.11x standartlarının fiziksel aktarım oranı (brüt aktarım oranı) ve veri aktarım oranı (net aktarım oranı) verilmiştir[11-12/ Kutlu, A.- Mullner, R., Ball, C.F., Ivanov, K., Treml, F., Spring, G.].
 
Kablosuz yerel alan ağların (Wireless Local Area Network) sınıflandırılması ve bu sınıfların veri aktarma hızlarının karsılaştırılması Tablo 3’te görülmektedir.
 
Zigbee, RF ve Bluetooth kablosuz haberleşme yöntemleri iletişim hızlarının düşük, haberleşme mesafelerinin kısa, veri güvenliğinin düşük olması, gürültü ve kar, sis, yağmur gibi hava koşullarından olumsuz etkilenmesinden dolayı daha çok basit uygulamalarda tercih edilmektedir. Hücresel sistemler olarak da adlandırılan GSM, hızla büyüyen ve talep edilen bir telekomünikasyon ürünü olmasının yanında teknolojik altyapısının güncel olması GPRS servislerinin kullanımını artırmaktadır. Ayrıca, elektromanyetik gürültü ve hava koşulları gibi çevresel etmenlerden çok az etkilendiği için kablosuz haberleşmede daha çok tercih edilmektedir. GPRS haberleşme yöntemi, GSM şebekesinin çekim gücü olduğu her bölgede çok fazla donanım altyapısı gerektirmeden düşük maliyette, yüksek oranda veri güvenliği sağlayarak kaliteli bir haberleşme imkânı sunmaktadır. Özellikle yerleşim yerlerinden uzak dağlık bölgeler dâhil tüm alanlarda mesafe ve altyapı kısıtlaması olmadan haberleşme imkânı sunduğu için internete ve diğer haberleşme yöntemlerine göre üstünlük sağlamaktadır[12/ Mullner, R., Ball, C.F., Ivanov, K., Treml, F., Spring, G.].
 
2.2.3. Bluetooth
2.45 GHz ISM bandında iletişim kuran Bluetooth teknolojisi kısa mesafeli kişisel bir iletişim tekniğidir. 24 Mbps seviyelerine kadar veri aktarımına izin verebilen bu iletişim yöntemi günümüzde cep telefonu vb. aygıtlar arasında veri alışverişi yapmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Kısa mesafede veri alışverişi, aygıtlar arası senkronizasyonun uzun sürmesi ve aynı anda kullanılabilecek aygıt sayısının az olması Bluetooth teknolojisinin kullanım alanlarını kısıtlamaktadır[13,14/ Pribylov, V.P., Rezvan, I.I.- ] Moon, SE ; Choi, NJ ; Lee, HK ; Lee, J ; Yang, WS].
 
2.2.4. Zigbee
Zigbee, IEEE 802.15.4 standardında çalışan veri akısının az olduğu yerlerde kullanılan bir kablosuz iletişimdir. Zigbee iletişim cihazları ve tekniğinin çok düşük güç tüketimi, ucuz olması, donanım yapısının basit olması ve veri güvenliği acısından kararlı çalışmaktadır. Bunların yanı sıra veri hızının düşük olması gibi bazı dezavantajları da bulunmaktadır. ZigBee diğer kablosuz ağ yapılarının basitleştirilmiş yapısıdır. Cihazlar arası iletişim mesafesinin kısa olması kullanım alanlarını kısıtlamaktadır. Özellikle ev otomasyonu ve yakın mesafelerdeki aygıtların kablosuz olarak yönetilmesi gereken uygulamalarda tercih edilmektedir. Düşük hızlarda veri alışverişi yapması da aygıtların karmaşık özellikleri yerine lojik olarak başlatılıp durdurulması alanlarında tercih edilme sebeplerindendir. Tablo 4’te Bluetooth teknoloji ile ZigBee teknolojisinin karsılaştırılması verilmiştir[15-17/ Olivo, J.; Carrara, S.; De Micheli, G.- S. Ouni, Z.T. Ayoub].
 
Tablo 4. ZigBee ve Bluetooth Teknolojilerinin Karşılaştırması [16,17]
 
SONUÇ
Verici ve alıcı arasında hızlı, güvenli ve anlaşılabilir veri iletişimi gerçekleştirilebilmesi için kullanılan yazılım ve donanıma göre bazı unsurların belirlenmesi gerekir. Endüstriyel sistemlerde sistemlerin uzaktan kablolu ya da kablosuz veri iletimi ve secimi çok önemlidir. Haberleşme yöntemi seçilirken teknik özellikleri kıyaslanarak secim yapılmaktadır. Mevcut enerji hatları üzerinden yapılan veri iletimi yeni iletim tekniği olduğundan kısa mesafelerde daha kararlı çalışmaktadır. Endüstriyel uygulamalarda, çok sayıdaki sistem arasındaki kesintisiz, hızlı veri iletimi için Profibus yöntemi tercih edilmektedir. Bu yöntem, Modbus, MPI ve RS232 ile veri iletim yöntemlerine göre daha uzun mesafelerde kullanılmaktadır.
Kablo karmaşıklığı önlemek için ise kablosuz haberleşme yöntemleri kullanılmaktadır. Kısa mesafelerde, maliyetinin düşük ve veri sürekliliğinin çok önemli olmadığı uygulamalarda RF ve Bluetooth yöntemi daha çok kullanılmaktadır. Kablosuz veri aktarımı için mesafeler arttıkça kullanılan yöntemde değişmektedir. Uzun mesafelerde ise güvenliğin yüksek olduğu Zigbee kablosuz haberleşme yöntemi tercih edilmektedir…”
 
İkinci örneğimiz ise, Elektrik-Elektronik Mühendisleri Serdar Büyük ve Salih Gök’ün Ekim 2011’de İstanbul’da düzenlenen Endüstriyel Otomasyon Sempozyumu’nda sundukları “Proses Otomasyonunda OPC Teknolojisi” başlıklı bildiri. Aktaralım: 
“1-ENDÜSTRİYEL OTOMASYONDA HABERLEŞME
Endüstriyel otomasyon alanında çalışanlar için farklı marka cihazlardan tek bir ortama veri aktarılması ya da cihazların birbiriyle haberleşmesi çoğu zaman bir engel olmuştur. Cihaz/sistem üreticisi firmaların endüstriyel haberleşmede kendilerine özgü protokoller kullanmaları bu durumun başlıca sebebidir ve hem üreticiler hem de son kullanıcılar bundan olumsuz etkilenmektedir.
 
OPC (OLE for Process Control) kavramı bu alandaki engelleri ortadan kaldırmak için endüstriyel otomasyon sistemleri ve endüstriyel haberleşme sistemleri üreticileri ile otomasyon firmalarının
bir araya gelmesiyle ortaya çıkmıştır.
 
OPC, Microsoft’un Object Linking & Embedding (OLE)/ Component Object Model (COM) standardına dayanır. OLE/COM, Microsoft’un farklı uygulamaları arası bütünleşmeyi hedefleyen nesne tabanlı bir teknolojisidir. OPC ise OLE tabanlı bir haberleşme standardıdır ve farklı otomasyon seviyeleri arasında hızlı ve güvenilir bir bağlantı sağlar. OLE teknolojisinin kullanımıyla OPC, ister yönetim katındaki bir uygulama olsun isterse proses denetiminde kullanılan bir uygulama olsun, farklı uygulamalar arası veri alışverişinin, tanımladığı yöntem ve nesnelerle, standart bir şekilde gerçekleşmesini sağlar. OLE haberleşmenin altyapısını hazırlarken, OPC ile bu temellerin üzerine veri akışının hızının belirlenmesi ve zaman bilgisinin de veriye eklenmesi gibi otomasyon odaklı özellikler eklenir.
 
Endüstriden örnekler vererek OPC’nin çalışma şeklini açıklamak daha anlaşılır olacaktır: Örneğin bir Programmable Logic Controller (PLC), Distributed Control Systems (DCS) ya da diğer türde bir kontrolörün içindeki verinin, cihaz kontrolü ve veri izleme için ara yüz işlevi gören Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) yazılımlarında okunması ve kontrolöre verinin yazılması için kontrolörü SCADA’ya tanıtan bir sürücü gereklidir. Her kontrolör üreticisinin haberleşme protokolü farklı olduğundan her SCADA yazılımına özel, her bir kontrolör markasının sürücüsü tasarlanmalıdır. Bu ise emek, zaman ve maddi külfet açısından hem çok kaynak tüketir hem de uygulama safhasında birçok zorluk çıkarır.
 
Ürüne özel sürücü geliştirmeye dayanan bu tür çözümler şu sorunları ortaya çıkarmıştır:
 
• Aynı çalışmanın defalarca tekrarı: Her yazılım geliştirici kendi yazılımı için aynı cihazla haberleşmek için bir sürücü yazmak zorundadır.
• Sürücüler arası uyumsuzluk: Son kullanıcı, bir programda sahip olduğu bir özelliği aynı donanımla haberleşen diğer bir programda bulamayabilir. Zira sürücü geliştirenler kendi programlarıyla direkt olarak ilgili olmayan bazı donanım özelliklerini desteklemeyebilirler.
• Gelecekte donanımda olacak değişikliklere destek: Geliştirilen sürücüler donanım firmalarından bağımsız olarak üretildiklerinden, aynı markanın yeni nesil bir ürünü önceki donanım için yazılmış sürücüyle haberleşmeyebilir.
• Erişim problemi: Farklı iki uygulama farklı sürücüler kullandıklarından dolayı çoğu zaman aynı anda
aynı cihaza erişemezler. 
Şekil 1’de gösterilen örnek bir otomasyon sistemi uygulamasında, OPC’den önce her uygulama yazılımı ürününe özel sürücü geliştirilmesi ve bunun yol açtığı sorunlar ele alınmıştır. Bunun yerine tüm kontrolörlerin standart bir haberleşme uygulamasıyla veri alışverişi yapması daha uygundur. OPC tanımladığı standart arayüzle donanım üreticileri ve yazılım sağlayıcıları arasına belirgin bir çizgi çizmiştir. Artık donanım üreticileri sadece tek bir sürücü geliştirerek –ki bu OPC Sunucu yazılımıdır, piyasada bulunan tüm OPC istemci özelliğine sahip yazılımlarla haberleşebilme özelliğine kavuşmuş olmaktadır. Böylece kaynak ve zamandan tasarruf ve uygulamada birçok kolaylık sağlanabilir. Şekil 2’de OPC kullanımıyla sistemde kullanılan tüm yazılım ve donanımlar için tek ve standart bir arayüz olan OPC arayüzü kullanılarak, ürüne özel sürücülerin tüm dezavantajlarından kurtulmuş olunmaktadır.
 
Şekil 2. OPC’den Sonra Donanım-Uygulama Arası Yapı
 
OPC MİMARİSİ
2.1 Sunucu – İstemci Yapısı
OPC, veri alışverişinde istemci-sunucu yapısını kullanır. Bir OPC sunucusu proses bilgisinin kaynağı olan cihazdan verileri alır ve istemci arayüzü üzerinden kullanıcıya iletir. OPC uyumlu bir istemci, sunucuya bağlanır ve talep ettiği veriye ulaşır. Sistem yapısı genel olarak aşağıdaki gibidir.
 
OPC’nin sağladığı standart arayüz dışında, İstemci-Sunucu (Client-Server) yapısındaki çalışma prensibi donanıma olan erişim problemlerinin önüne geçmiştir. OPC istemcisi olan bir yazılım sahip olduğu standart ara-yüzle aynı anda aynı arayüzü kullanarak farklı markalara ait OPC Sunucu programlarına bağlanabilir ve o programlar aracılığıyla fiziksel donanımla veri haberleşmesinde bulunabilir. 
 
OPC sunucusu, donanıma bağlanarak kullanıcı tarafından belirlenebilecek zaman aralıklarıyla, son değerlerin sorgulamasını yapar ve elindeki verileri günceller. OPC uyumlu istemci ise, sunucuya sorgulamalar göndererek verileri sunucudan istediği sıklıkla çeker.
 
2.2 OPC Standartları
Zamanla, OPC bir standartlar bütünü halini almıştır. Bu standartlardan başlıca olanlar şöyle sıralanabilir:
 
OPC Data Access (OPC DA), OPC Historical Data Access (OPC HDA), OPC Alarm & Events (OPC A&E), OPC Extensible Markup Language (OPC XML) ve OPC Unified Architecture (OPC UA).
 
OPC DA gerçek zamanlı veri akışını, OPC HDA geçmişe yönelik veri kaydının aktarımını, OPC A&E alarm ve olaya yönelik standardı, OPC XML. NET gibi ortamların OPC ile uyumlu ara yüzler geliştirmesini düzenler. OPC UA ise son yayımlanan standart olup, OPC teknolojisinin daha güvenli kullanılabilir olmasını düzenleyen standarttır.
 
 
3. ENDÜSTRİDE OPC UYGULAMALARI
3.1 Kağıt Fabrikasında OPC Uygulaması
OPC teknolojisinin endüstride en yaygın örneği veri izlemedeki kolaylık olarak öne çıkar. Örneğin, Yalova’da bulunan İpek Kâğıt Fabrikası’nın Biyolojik Arıtma tesisinde gerçekleştirilen uygulamada ABB Advant Operatör Kontrol İstasyonunda (OCS) Siemens PLC’den gelen verilerin de izlenmesi istendi. 
 
Talebin klasik yöntemlerle çözülmesi Siemens PLC’den ABB operatör istasyonuna Profibus bağlantısı yapılmasıyla mümkündü. Üstelik ABB kontrolörünün DCS olması nedeniyle, Profibus hattına yapılacak bir ilave için DCS’in, durdurulup başlatılması, dolayısıyla kâğıt makinesinin durması ve hem ABB hem de Siemens kontrolör yazılımlarına müdahale edilmesi gerekliydi. 
 
Bu ise kâğıt prosesi açısından önemli bir maliyet ve zaman kaybı demekti. Bu sorunlardan kaçınmak için Kepware OPC sunucusu ile Siemens PLC’lerdeki veriler Ethernet üzerinden ABB kontrolörünün kurulu olduğu bilgisayara aktarıldı ve Link- Master OPC köprüleme yazılımıyla ABB ve Kepware OPC sunucuları arasında veri alışverişi sağlandı. 
 
Böylece hem tesis durmamış oldu ve hem de iki kontrolörün yazılımlarına müdahaleye gerek kalmadı. Üstelik proje maliyeti klasik yönteme oranla yarıya indi. Sonuçta ABB Advant OCS üzerinde hem ABB kontrolöründen hem de Siemens PLC’lerden gelen veriler izlenebilir hale geldi.
 
3.2 Otomotivde OPC Uygulaması
Bir başka OPC uygulaması örneği ABD’de bir otomobil üreticisinin tedarik zincirini daha pratik bir hale getirme çabası sonucunda geliştirildi. Bu uygulamada üreticinin PLC’lerine hangi malzemeden ne kadar gerektiği bilgisi yazılıyor ve bu bilgi birbirine köprülenmiş iki OPC sunucu ile SQL server veri tabanına iletilerek buradan ilgili malzemenin tedarikçisinin veri tabanına, oradan da yine OPC server ile tedarikçi PLC’lerine iletiliyor. Bu bilgiyi alan tedarikçi PLC’leri gerekli üretimi yapıp otomotiv üreticisine aktarmaktadır. Böylece tedarik zinciri bir otomasyon sistemine bağlanmış olarak daha hızlı ve güvenilir biçimde işlemektedir.
 
4.OPC UA STANDARDI
OPC UA’nın tüm standartları bir araya toplamasının yanında, güvenli bağlantı çözümü sunması da önemli bir özelliğidir. Bilgisayarlar arası veri alışverişine de imkân tanıyan OPC standartları, OPC UA öncesinde Microsoft’un Distributed Component Object Model (DCOM) altyapısını kullanarak uzak bilgisayarların uygulamaları arasında veri alışverişini sağlıyordu. Ancak bunun için, veri alışverişi yapacak bilgisayarlarda bazı Windows kullanıcı izinleri değiştirilir. Bu da bir takım güvenlik açıklarına sebep olabilir. Bu nedenle, OPC UA’da güvenlik mekanizması olarak, veri alışverişi yapacak bilgisayarlarda sertifika modeli uygulanmış, böylece her tür bağlantıya izin verilmesi yerine, belirli kimliğe sahip olan uygulamaların ancak belirli portlardan erişimine izin verilmiştir.
 
5. SONUÇ
OPC, günümüzde kurumsallaşmış tesislerin endüstriyel otomasyon yapılarında hayati öneme sahiptir. Artık OPC sunucu yazılımları, saha verilerinin OPC sunucularına çıktıktan sonra bir veri tabanına kaydedilmesi, ya da bir SCADA yazılımıyla bağdaştırılması gibi işlevleri yapabilmektedir. 
 
Otomotiv örneğinde de görüldüğü gibi, artık sadece saha cihazlarından değil, Open Database Connectivity (ODBC) sürücüsü ile bir veri tabanından hatta Dynamic Data Exchange (DDE) sunucusu- veya bir Excel çalışma sayfasından veri alışverişi yapılabilir. Bu sayede en alt seviyeden en üst seviyeye kadar bütünleşmiş bir otomasyon sistemi ve bilgi akışı mümkündür. OPC teknolojisinin bilinirliği ve uygulamaları ülkemizde son yıllarda giderek artmaktadır.”

Öne Çıkanlar

Endüstri Otomasyon Eksen Yayincilik hizmetidir.