T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PLC İLE AKILLI TRAFİK KONTROLÜ BİTİRME ÇALIŞMASI EREN BULUT TAHİR İŞBAKAN MAYIS 2011 TRABZON

2 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PLC İLE AKILLI TRAFİK KONTROLÜ BİTİRME ÇALIŞMASI EREN BULUT TAHİR İŞBAKAN TEZ DANIŞMANI PROF.DR.SEFA AKPINAR MAYIS 2011 TRABZON

3 ÖNSÖZ Karayolunda güvenli bir trafik akışının elde edilmesi, çoğunlukla kavşaklarda doğru bir sinyalizasyon yapılmasına bağlıdır. Günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte birçok trafik sinyalizasyonu kontrol sistemi ortaya çıkmıştır. Gün geçtikçe artan trafik sorunları beraberinde trafik kontrolünün ve sinyalizasyonunun kamera ve bilgisayar sistemleri ile tek bir merkezden kontrol edilmesi ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Fakat bu sistemlerin maliyeti ve yetkili kişilerin sürekli kontrol merkezlerinde bulunma gerekliliği göz önüne alındığında farklı kontrol sistemlerine eğilim olmuştur. Tüm bunlar trafik sinyalizasyonu ve dolayısıyla trafik akışını kontrol edecek en makul sistemlerin otomatik kontrol sistemleri olduğunu ortaya çıkarmıştır. PLC (Programlanabilir Lojik Kontrolör), kurulumunun kolay ve böyle sistemler için oldukça kullanışlı olması nedeniyle trafik sinyalizasyonunda çoğunlukla tercih edilen bir mikro denetleyicidir. Trafik yoğunluğunun fazla olmadığı bölgelerde, trafikte seyir eden bir aracın, trafik kontrollü bir kavşağa gelmesi halinde diğer yönlerden araç gelmediği takdirde kırmızı ışıkta beklemesi hem zaman hem de yakıt kaybına neden olmaktadır. Yapılan bu çalışmada tasarlanan akıllı trafik kontrolü simülasyonu ile yukarıda belirtilen soruna bir çözüm yolu bulunması hedeflenmiştir. Ayrıca bu çalışmanın gerçek sistemlere uygulanması ile trafik kurallarının daha uygulanabilir hale gelmesi ve trafik akışının hızlandırılması amaçlanmıştır. Her şeyden önce bizleri bugünlere getiren ailelerimize, bu çalışmada bizden yardımlarını esirgemeyen sayın hocamız Prof. Dr. Sefa AKPINAR a, malzeme temininde bizlere yardımcı olan bölüm başkanı sayın Prof. Dr. İ. Hakkı ALTAŞ hocamıza ve mühendislik fakültesi dekanı Prof. Dr. Alemdar BAYRAKTAR hocamıza teşekkürü bir borç biliriz. Eren BULUT & Tahir Burak İŞBAKAN Trabzon 2011 II

4 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ... II İÇİNDEKİLER... III ÖZET... V SEMBOLLER VE KISALTMALAR... VI ÇALIŞMA TAKVİMİ... VII 1. GİRİŞ PLC ( Programlanabilir Lojik Kontrolör) PLC nin Avantajları PLC ile Röleli sistemlerin karşılaştırılması PLC ler ile bilgisayarlı kontrol sistemlerinin karşılaştırılması İhtiyaç duyulan PLC nin seçimi PLC nin Birimleri ve İşlevleri Giriş Birimi Çıkış Birimi Merkezi İşlem Birimi (CPU) Mikroişlemci Birimi Bellek Birimi Güç Kaynağı Diğer Birimler PLC nin programlanma mantığı Ladder Diyagram ( Merdiven Diyagramı) Normalde Açık Kontak... 8 III

5 Sayfa No Normalde Kapalı Kontak Çıkış (Sanal Röle) Zamanlayıcılar Kapamada gecikmeli zamanlayıcılar (TON) Kapamada Gecikmeli Kalıcı Tip (Toplamalı Tip) Zamanlayıcılar (TONR) Açmada Gecikmeli Zamanlayıcılar(TOFF) Set ve Reset Komutları Trafik Sinyalizasyonu Trafik Sinyalizasyonunun Faydaları YAPILAN ÇALIŞMALAR Kavşak Tasarımı Kavşak Tasarımında Kullanılan Trafik Işıkları Tasarımda Kullanılan Sensörler Çalışmada Kullanılan PLC Çalışmada Kullanılan PLC Programı Yapılan Çalışmanın S7-200 Simulatöründe Testi Yapılan Çalışmadaki Programının Simatic S7-200 Dilinde Yazılması SONUÇLAR ÖNERİLER KAYNAKLAR IV

6 ÖZET Nüfus yoğunluğunun fazla olmadığı kırsal kesimlerde veya kalabalık nüfuslu kentlerde trafik yoğunluğunun az olduğu zamanlarda, trafikte seyir eden bir aracın trafik kontrollü bir kavşağa gelmesi halinde diğer yönlerden bir araç gelmediği halde kırmızı ışıkta belirli bir süre beklemesi vakit ve enerji kaybına neden olmaktadır. Yapılan bu çalışmada PLC ile akıllı trafik kontrolü simülasyonunu gerçekleştirilerek, diğer yönlerden gelen araç olmadığı halde kırmızı ışıkta yakalanan araçların uzun süre beklemeden geçmesi sağlanmıştır. Bu, herhangi bir yolda kırmızı ışığa yakalanan bir araç olduğunda, bu kavşaktaki diğer tüm yönleri ve aracın geldiği yönü sensörler vasıtasıyla kontrol ederek, diğer yönlerden araç gelmediği takdirde PLC ye yazılan program sayesinde bekleyen aracın bulunduğu ve onun güzergahındaki tüm trafik ışıkları kırmızı ışıktan yeşil ışığa çevrilerek sağlanmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde PLC ile ilgili temel bilgilere yer verilmiştir. PLC nin yapısı, giriş çıkış bağlantıları ve programlanmasında kullanılan yapılar hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde ise simülasyonda kullandığımız kavşak tasarımı ve bu kavşaktaki trafik ışıklarının kontrolünü sağlayan PLC programından bahsedilmiştir. Son bölümde ise yapılan bu çalışmada elde edilen çıkarımlar değerlendirilmiş ve bu çalışmanın gerçek uygulamalarda nasıl yapılması gerektiğinden bahsedilmiştir. V

7 SEMBOLLER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış olan semboller ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Semboller V mv A ma ᵒ C cm cm 2 Açıklama volt milivolt amper miliamper santigrad derece santimetre santimetrekare Kısaltmalar AC DC Led PVC PLC CPU PC Açıklama Alternatif Akım (alternating current) Doğru Akım (direct current) Işık yayan diyot (Light emitting Diode) Poli Vinil Klorür (polyvinyl chloride) Programlanabilir Lojik Kontrolör Merkezi İşlemci Birimi (Central Process Unit) Bilgisayar (Personal Computer) VI

8 Çalışma Takvimi VII Çalışma için teorik araştırma yapılması Çalışmada kullanılacak malzeme seçimi için araştırma yapılması MART NİSAN MAYIS HAZİRAN Hafta Hafta Hafta Hafta Hafta Hafta Hafta Hafta Hafta Hafta 1. Hafta X X X X Uygun malzeme seçimi ve sipariş edilmesi Kullanılan malzemler hakkında teorik araştırma X X X X X Pratik çalışma X X X X Bitirme kitabı hazırlanması X X Sunum X

9 1.GİRİŞ 1.1. PLC ( Programlanabilir Lojik Kontrolör) PLC kısaltması, ingilizce yazılışı olan Programmable Logic Controller kelimelerinin baş harflerinden oluşmuştur. İlk defa 1969 yılında otomotiv sanayinde üretim bantlarının otomatik kontrolünde kullanılmıştır. Günümüzde de endüstriyel otomasyon sistemlerinin önemli bir alanını oluşturan kumanda ve geri beslemeli kontrol sistemleri PLC ler ile gerçekleştirilir. Modüler yapısı ile de kapasite artırımı çok kolay yapılabilmektedir. Ayrıca mini, mikro ve hatta nano tiplerde üretilen çok küçük PLC ler de özellikle makine otomasyonu için idealdir[1]. PLC ler aritmetik ve özel matematiksel işlemlerin yapılmasını sağlayan komutlar içermektedir. Komut kümesinin gelişmesi ile daha karmaşık kumanda ve kontrol işlemleri yapılabilmektedir. PLC lerin en yaygın olarak kullanıldığı alanlar endüstriyel otomasyon sistemlerinin kumanda devreleridir. Bilindiği gibi kumanda devreleri yardımcı röle, kontaktör, zaman rölesi ve sayıcı gibi elemanlarla gerçekleşen devrelerdir. Günümüzde bu tür devrelerin yerini aynı işlevi sağlayan PLC li kumanda sistemleri almıştır. PLC ler endüstriyel otomasyon sistemlerinde doğrudan kullanıma uygun özel giriş ve çıkış birimleri ile donatılmışlardır. Girişe basınç, seviye, sıcaklık algılayıcıları ve buton gibi iki değerli lojik bilgi taşıyan elemanlar, çıkışa ise kontaktör, selenoid valf gibi kumanda devre elemanlarının sürücü elemanları doğrudan bağlanabilir. PLC ler lojik, sıralama, sayma, veri işleme, karşılaştırma ve aritmetik işlemler gibi fonksiyonları programlama desteğiyle girişleri değerlendirip çıkışları atayan, bellek, giriş/çıkış, CPU ve programlayıcı bölümlerinden oluşan entegre cihazlardır[2]. PLC temel olarak; a) Bir sayısal işlemci bellek, b) Giriş ve çıkış birimleri, c) Programlayıcı birimi, d) Besleme güç kaynağı gibi temel kısımlardan oluşmaktadır. Şekil 1.1 de PLC nin blok diyagramı verilmiştir.

10 2 Algılayıcılar, Anahtar, Buton Giriş Birimi İşlemci Çıkış birimi Kontaktör, Selenoid bobini Programlama Cihazları Şekil 1.1. PLC nin blok yapısı 1.2. PLC nin Avantajları PLC'lerin, daha önce kullanılan klasik sistemler ile karşılaştırıldığında bir çok avantajı vardır. Eski sistemlerin getirdiği birtakım zorluklar bugün PLC'lerin yaygınlaşması ile aşılmıştır. PLC sistemleri önceki sistemlere göre daha az yer kaplamaktadır. Dolayısıyla kontrol sisteminin yer aldığı dolap ya da pano boyutları oldukça küçülmektedir. Sınırlı alanlarda kontrol mekanizmasının kurulması imkanı ortaya çıkmıştır. Sistem için sarf edilen kablo maliyetleri nispeten daha azalmıştır. Ayrıca PLC sisteminin kurulmasının kolay olması ve kullanıcıya, kurulu hazır bir sistemin üzerinde değişiklik ve ilaveleri kolayca yapabilme esnekliğinin sağlanması, PLC'lerin giderek yaygınlaşmasına ve endüstride her geçen gün daha fazla kullanılmalarına neden olmuştur[2]. 1.3.PLC ile Röleli sistemlerin karşılaştırılması Özet olarak PLC ile Röle maddeler halinde aşağıdaki gibi karşılaştırılabilir : a) PLC ile daha karmaşık kontrol işlemleri yapılabilir, dolayısıyla endüstriyel otomasyona rölelere göre daha uygundur. b) PLC ler daha güvenilir ve daha uzun ömürlüdürler. c) PLC ler daha hızlı çalışırlar ve gürültü sorunu yoktur. d) PLC ler daha az bağlantıya ihtiyaç duyarlar, bu yüzden röle kullanılan sistemlere göre kablo maliyeti daha düşüktür.

11 3 e) PLC li sistem daha uzun süre bakımsız çalışır ve ortalama bakım onarım süresi daha azdır. f) Teknik gereksinimler değişip arttıkça PLC li sistem az bir değişiklikle ya da hiçbir değişikliğe gereksinim duyulmadan yeniliğe adapte edilebilirken röleli sistemde bu oldukça zordur. g) PLC ler daha az bir yer kaplar ve enerji harcarlar. h) Endüstriyel bir süreç üzerinden yapılan bir değerlendirmede PLC ler ile yapılan kontrol işlemleri daha ucuzdur. i) PLC ler matematiksel işlem yapma, sayma, geciktirme, kayıt etme, kaydırma yeteneklerine sahiptirler[1-3] PLC ler ile bilgisayarlı kontrol sistemlerinin karşılaştırılması Özet olarak PLC ile PC hakkında şunlar söylenebilir: a) PLC li sistem endüstriyel ortamdaki yüksek düzeydeki elektriksel gürültü elektromanyetik parazitler, mekanik titreşimler, yüksek sıcaklıklar, nemli, yağlı ve kirli ortamlar gibi olumsuz koşullar altında çalışabilir. b) PLC lerin yazılımları kontrol ve kumanda için gerekli programın yapımına müsaittir. Endüstriyel amaçlı PC ler bu özelliğe sahip olmasına rağmen normal PC ler bu özelliğe sahip değildir. Ancak uygun uyuşum program ve devreleri ile bu PC lerde PLC görevi yapabilirler. c) PLC ler üretilirken özellikle kontrol ve kumanda yeteneği üzerinde durulur. Bu amaçla statik anahtarlar ve statik rölelerle donatılmışlardır. Bunlarda merkezi işlemci birimi tarafından belleğine yerleştirilmiş özel bir program yardımıyla açılıp ve kapatılır. Bununla birlikte PLC nin çıkış birimlerindeki cihazlar durdurulur veya çalıştırılır. d) Ayrıca PC tabanlı sistemin, güncel teknolojideki yeniliklere adapte olabilmesi açısından kullanım süresi daha kısadır. e) PLC de arızlara teşhis koyma ve arızayı giderme PC lere göre daha kolaydır. 1.5.İhtiyaç duyulan PLC nin seçimi PLC yi seçerken ele alınması gereken hususlar aşağıda maddeler hallinde sıralanmıştır.

12 4 a) PLC nin, çıkış birimlerine bağlanmış olan kontrol ettiği cihazların gerektirdiği gücü karşılayabilme yeteneğine sahip olması gerekir. b) PLC lerin programlama konsolu olmalı bunun yanında PC de de program yapma imkanı olmalıdır. c) PLC nin giriş-çıkış kontak sayısı ve tipleri ihtiyacı karşılayacak türden olmalıdır. d) Analog ve Dijital giriş-çıkışa olan ihtiyacı PLC nin karşılayabiliyor olması gerekir. e) Aynı işlevi gerçekleştiren ve aynı kaliteye sahip farklı fiyatları olan PLC lerden ucuz olanın tercih edilmesi. f) PLC nin, ihtiyaç duyulan bellek tipini ve kapasitesini karşılayacak yetenekte olmalıdır. g) Kullanacak programlama dilinin PLC de bulunması gerekir.( Ladder, Boolen, Grafset) h) PLC nin, kendi arızasını kendi ihbar eden ( ışıklı, sesli uyarı ) ve arızaların en kısa zamanda, en kısa çabayla giderilebilecek yetenekte olması gerekir. i) PLC nin diğer PLC veya PC ler ile haberleşme yeteneğine sahip olması gerekir. j) PLC nin kullanım klavuzunun yeterli olması PLC nin kullanımı hakkındaki bütün bilgileri içermesi gerekir. 1.6.PLC nin Birimleri ve İşlevleri PLC, üç temel birimden oluşur.bunlar giriş birimi,çıkış birimi ve merkezi işlembirimi (CPU) dir. Ayrıca hafıza (bellek), güç kaynağı, diğer birimler ve programlayıcı birim de olmalıdır Giriş Birimi Kontrol edilen sistemle ilgili algılama ve kumanda elemanlarından gelen elektriksel işaretleri lojik gerilim seviyelerine dönüştüren birimdir. Kontrol edilen sisteme ilişkin basınç, seviye, sıcaklık algılayıcıları, kumanda düğmeleri ve yaklaşım sensörleri gibi elemanlardan gelen iki değerli işaretler (0 veya 1) giriş birimi üzerinden alınır. Gerilim seviyesi V DC veya V, V AC değerlerinde olabilir.

13 5 Şekil 1.2. de V AC gerilim ile uyarılan bir giriş birimi devresi verilmiştir. PLC giriş birimi devresine gelen bir işaretin lojik 1 ve lojik 0 kabul edildiği alt ve üst sınırlar mevcuttur. Şekil 1.2. PLC nin giriş birimi[1] Çıkış Birimi PLC ler de üretilen lojik gerilim seviyelerindeki işaretleri, kontrol edilen sistemdeki kontaktör, röle, selenoid gibi kumanda elemanlarını sürmeye uygun elektriksel işaretlere dönüştüren birimdir. Bu kısımda optokuplörler yardımı ile +5V DC gerilim, iş elemanlarının çalışma gerilimi olan +24 DC veya 220V AC gerilimlere dönüştürülür. Şekil 1.3 de PLC nin çıkış birimi verilmiştir.

14 6 Şekil 1.3. PLC nin çıkış birimi[1] Merkezi İşlem Birimi (CPU) İşlemci, PLC sistem programı altında kullanıcı programını yürüten, PLC nin çalışmasını düzenleyen ve bu işlemleri yapmak için gerekli birimleri bulunan bir elemandır. İşlemci bütün mantık işlemlerini ve hesaplamaları yaparak programın derlemesini ve çalışmasını yürütür. Bu birim güç kaynağı, bellek modülleri, giriş ve çıkış birimleri arasındaki haberleşmeyi sağlar. CPU, mikroişlemci, bellek ve güç kaynağı alt birimlerinden oluşmaktadır Mikroişlemci Birimi Bu alt birimin görevi matematiksel ve lojik işlemleri yapmaktır Bellek Birimi Bu alt birimin görevi verileri ve bilgileri saklamak ve gerektiğinde bunları ilgili birimlere göndermektir. Altı tip bellek(hafıza) birimi vardır.

15 7 a) RAM (Random Access Memory) Bellek : Bu bellek PLC nin enerjisi kesildiği zaman taşımakta olduğu program bilgisini kaybeder.ancak PLC deki DC batarya kullanıcı programının CPU dan silinmesini engeller. b) ROM (Read Only Memory) Bellek : Bu bellek PLC nin enerjisi kesildiğinde hafızasında bulunan veri ve bilgileri kaybetmez, her türlü koşulda saklı tutar. Ayrıca ROM a yüklenmiş olan program çalışma esnasında değiştirilemez ve silinemez. c) PROM : Programlanabilir ROM olup kullanıcı bir defaya mahsus olmak üzere programlar ve daha sonra silinemez. d) EPROM : Silinebilir PROM olup üstünde bulunan bir pencereden ultraviyole ışın ile yüklü olan program silinebilir. e) EEPROM : Elektrik ile silinebilir EPROM olarak tanımlanabilir. Daha hızlı ve daha kolay bir şekilde silme işlemi gerçekleştirilir. f) NOVRAM (Nonvolatile RAM) : Enerji kesildiğinde bilgisi kaybolmayan bir bellek türü olup EEPROM ve RAM ın kombinasyonudur Güç Kaynağı AA kaynağından alınan güç DA ya dönüştürülerek PLC nin ilgili birimleri beslenir. Enerji kesilmesi anında PLC yi besleyen yedek güç kaynağına ihtiyaç vardır. PLC, pil veya akü ile dâhili olarak veya şebeke gerilimi ile beslenir. Şebeke gerilimi 110 / 220 V AC veya 12 / 24 V DC olan tipleri vardır Diğer Birimler PLC ler de giriş-çıkış birimleri dışında, yüksek hızlı sayıcı, kesme işreti girişi, analog giriş ve analog çıkış gibi birimler de bulunur. Yüksek hızlı sayıcılar ve kesme işareti girişleri, PLC tarama süresinden daha hızlı değişen işaretlerin algılanıp değerlendirilmesi amacıyla kullanılır PLC nin programlanma mantığı PLC de programlamayı üç değişik şekilde yapmak mümkündür.

16 8 a) Ladder diyagram(merdiven diyagramı) b) Komut listesi ile yapılan programlama(stl=statement list editor) c) Fonksiyon blok diyagramı (FBD) ile programlama Bu programlar arasında en çok kullanılanı Ladder diyagramıdır. Bu programda devrenin çalışmasını izlemek daha kolaydır. Bu program gerçek bağlantıyı verir. PLC Ladder diyagramıyla hazırlanan bir projeyi, STL ve FBD yazılımlarına kendiliğinden çevirmektedir. Program hangi yöntemle yazılırsa yazılsın diğer yazılım şekillerini bilgisayar ekranından görmek mümkündür. Ancak bu uygulama her marka PLC de yoktur Ladder Diyagram ( Merdiven Diyagramı ) Ladder diyagramı ile programlama, açık kapalı kontak simgeleri ile mantıksal ilişkinin gösterildiği bir programlama dilidir. Elektriksel kumanda devrelerine benzediğinden en yaygın olarak kullanılan programlama dilidir Normalde Açık Kontak Normalde açık kontak lojik 1 işaretini aldığında kontağını kapatır. Normalde açık bir kontak kontağını kapattığında enerji akışı olur. Seri bağlandığı zaman, normalde açık kontak, takip eden ladder elemanı ile lojik olarak AND lenmiş olur. Paralel bağlandığında ise OR mantığı kullanılmış olur. Şekil 1.4 de normalde açık kontağın Ladder diyagramdaki gösterimi verilmiştir. Şekil 1.4. Normalde açık kontak Normalde Kapalı Kontak Normalde kapalı kontak lojik 0 değerini aldığında enerji akışına izin verir. Lojik 1 değerini aldığında ise kontağını açarak enerji akışına izin vermez. Seri bağlandığı zaman,

17 9 normalde kapalı kontak, takip eden Ladder elemanı ile lojik olarak AND lenmiş olur. Paralel bağlandığında ise OR mantığı kullanılmış olur. Şekil 1.5 de normalde kapalı kontağın Ladder diyagramdaki gösterimi verilmiştir. Şekil 1.5. Normalde kapalı kontak Çıkış (Sanal Röle) Ladder diyagramında merdiven basamağının en sonundaki elemandır. Bu eleman enerjilendiğinde PLC nin ilgili çıkışındaki işlemi devreye sokar. İki veya daha fazla röle birbirlerine seri bağlanamaz, ancak paralel bağlanabilirler. Şekil 1.6 da çıkış kontağının Ladder diyagramdaki gösterimi verilmiştir. Şekil 1.6. Çıkış(Sanal Röle) 1.8.Zamanlayıcılar Zaman gecikmesi üreten sisteme zamanlayıcı adı verilir.otomatik kontrol sistemlerinde bir işlemden diğer bir işleme geçiş, zamanlayıcı elemanlarının belirledikleri süre ile gerçekleştirilebilir. Bu tür kumandalara süreç kontrollü kumanda veya zamana bağımlı kumanda adı verilir. Zamanlayıcı içeriği 16 bitlik bir veri alanında tutulur ve zamanlayıcı durumu aynı simgelerle adreslenen 1 bitlik bir veri alanında bulunur. Zamanlayıcı adresleri ile ilgili bir işlem yapılırken uygulanan komuta bağlı olarak zamanlayıcı içeriği yada zamanlayıcı biti kullanılır. Örneğin, 1 bitlik işlem yapan komutlar yürütüldüğünde zamanlayıcı biti, 16 bitlik işlem yapan komutlar yürütüldüğünde zamanlayıcı kaydedicisi içeriği (16 bit) ile ilgili işlem yapılır[1,3]. Genellikle üç tür zamanlama elemanı kullanılır. a) Kapamada gecikmeli zamanlayıcılar b) Kapamada gecikmeli kalıcı tip zamanlayıcılar

18 10 c) Açmada gecikmeli zamanlayıcılar Kapamada gecikmeli zamanlayıcılar (TON) Girişine enerji geldikten bir süre sonra çıkışını aktif yapan yani kontaklarının konumunu değiştiren, girişindeki enerji kesildiğinde ise kontakları hemen konum değiştiren zamanlayıcılardır. Klasik kumandada kullanılan düz zaman röleleri gibi görev yaparlar Kapamada Gecikmeli Kalıcı Tip (Toplamalı Tip) Zamanlayıcılar (TONR) Bu tip zaman rölesinin daha önce açıklanan TON zaman rölesi ile temelde aynı olmasına rağmen aralarında birtakım farklılıklar vardır. Bu farklılık iki zaman rölesinin girişlerine verilen işaretlere verdikleri tepkilerdir. Her iki zaman rölesi de giriş varken sayar, giriş yokken saymaz. Girişinde bir işaret olmadığında TON sıfırlanır. Oysa, TONR sıfırlanmaz, daha önce saydığı zaman değerini saklar. TONR zaman rölesi tekrar enerjilendiğinde önceki saydığı değerin üzerine ekleyerek yeni sayma işlemini gerçekleştirir. TON zaman rölesi tek bir aralığın zaman kontrolü için kullanılırken, TONR birden çok aralığın zaman kontrolünde kullanılır Açmada Gecikmeli Zamanlayıcılar(TOFF) Girişine enerji gelir gelmez çıkışını aktif yapan yani kontaklarının konumunu değiştiren, girişindeki enerji kesildiğinde ise zamanlayıcı sayma işlemini başlatır ayarlanan zaman sonunda kontakları konumunu değiştirir. Klasik kumanda devrelerinde kullanılan ters zaman rölesi gibi çalışır Set ve Reset Komutları Set komutu bir hafıza alanının istenilen bitinden itibaren n adet biti set (lojik 1) yapmak için kullanılır. Set yapılan çıkışlar hafızaya alınır ve reset yapılana kadar aktif durumda kalır. Reset komutu ise bir hafıza alanının istenilen bitinden itibaren n adet biti reset (lojik 0) yapmak için kullanılır.

19 Trafik Sinyalizasyonu Trafik akışının kontrol altına alınması, şoför, sürücü ve yayalara gerekli bilgilerin verilmesi, ikazların yapılması için diğer trafik işaretleri ile birlikte kullanılan ve genel olarak elektrik ve çeşitli renkli ışıklar ile çalışan trafik işaretlerine ışıklı işaret veya sinyal denilmektedir. Trafik akımlarının birbirini kesmeleri halinde, gecikmeleri ve kazaları azaltmak için uygun kontrol sistemi kullanmak gerekir. Alt üst geçitler, dur işaretleri, polisle kontrol gibi tedbirleri ile beraber ışıklı işaretler de mevcuttur ve daha çok kullanılmaktadır. Işıklı işaretler aynı anda bütün akımlara geçit hakkı vermezler. Bugün ışıklı işaretlerde kabul edilen renklerden kırmızı durmak gerektiğini, yeşil yolun açık olduğunu, sarı ise işaret sistemine göre durmayı veya harekete hazır olunmasını ifade etmektedir Trafik Sinyalizasyonunun Faydaları Trafik sinyalizasyonu kullanıldığında sağlanacak yararlar maddeler halinde aşağıda belirtilmiştir[4]. a) Trafik akışı daha düzenli bir hal alır. b) Trafik kazaları azaltılabilir. c) Trafiğin yoğun olduğu taraf zaman zaman durdurularak, trafik akışının zayıf olduğu tarafa da geçiş hakkı verilmiş olur. d) Trafik yoğunluğunun fazla olduğu bölgelerde yayalara da geçiş hakkı sağlanmış olur. e) Trafik kontrolü otomatik olarak yapıldığında söz konusu bölgede trafik akışını kontrol edecek bir görevliye ihtiyaç duyulmaz.

20 2. YAPILAN ÇALIŞMALAR Yaptığımız bu çalışmada PLC ile akıllı trafik kontrolü simülasyonunu gerçekleştirerek, kırmızı ışıkta diğer yönlerden gelen araç olmadığı halde kırmızı ışıkta yakalanan araçların uzun süre beklemeden geçmesini sağladık. Bunu, herhangi bir yolda kırmızı ışığa yakalanan bir araç olduğunda, bu kavşaktaki diğer tüm yönleri ve aracın geldiği yönü sensörler vasıtasıyla kontrol ederek, diğer yönlerden araç gelmediği takdirde PLC ye yazmış olduğumuz program sayesinde bekleyen aracın bulunduğu ve onun güzergahındaki tüm trafik ışıkları kırmızı ışıktan yeşil ışığa çevrilerek aracın beklemeden geçmesi sağlanmıştır. Çalışmanın bu bölümünde simülasyonda kullandığımız kavşak tasarımı, kullanılan trafik ışıkları, sensörler ve trafik ışıklarının kontrolünü sağlayan PLC programından bahsedilmiştir Kavşak tasarımı Kavşak 68x60 cm 2 lik bir zemin üzerine tasarlanmıştır. Bu tasarımda yollar 8 cm genişliğindedir. Yol kenarındaki refüjler 1,5x1 cm 2 boyutlarında tasarlanmıştır. İki bölünmüş yol arasındaki açıklık 13 cm olup, yolların kesiştiği kavşak 13x13 cm 2 olacak şekilde boyutlandırılmıştır. Tasarlanan kavşağın benzetimi Şekil 2.1 de verilmiştir.

21 13 Şekil 2.1. Kavşak benzetiminin kuşbakışı görünümü 2.2. Kavşak Tasarımında Kullanılan Trafik Işıkları Trafik ışıkları, 3V luk kırmızı, sarı ve yeşil ledler kullanarak tasarlanmıştır. Bu ledleri 0,8x10 cm 2 lik bir plaka üzerine, ledlerin negatif ( - ) uçları ortak alınıp, pozitif ( + ) uçları ise kırmızı, sarı ve yeşil için her biri ayrı bir kablo ile çekilmiştir. Bütün led ve kablo bağlantıları lehimleyerek yapılmıştır. Ledler plaka üzerine gerçek trafik ışıklarında olduğu gibi sırası ile alt alta gelecek şekilde kırmızı, sarı ve yeşil olarak konumlandırılmıştır. Şekil 2.2 de tasarlanan trafik ışığı gösterilmiştir.

22 14 Şekil 2.2. Trafik ışığı 2.3. Tasarımda Kullanılan Sensörler Bu çalışmadaki sensörler, kavşağa gelen tüm yollardaki araçları kontrol etmek için kullanılmıştır. Çalışmada kontrol edilecek her bir yolun kenarına bir sensör yerleştirmek suretiyle toplamda sekiz sensör kullanılmıştır. Bu sensörler, MEFA SENSÖR firması tarafından üretilen M18 4 telli dc(cisimden yansımalı) plastik gövdeli optik sensörlerdir. Kullanılan sensörün teknik özellikleri Tablo 2.1 de, görüntüsü ise Şekil 2.3 de verilmiştir.

23 15 Tablo 2.1 Kullanılan optik sensörün teknik özellikleri Hissetme mesafesi (S n ) mm Çalışma gerilimi (V) V dc Anahtarlama akımı (I a ) 200 ma Anahtarlama frekansı (f) 100 Hz Kalıntı gerilimi (V k ) < 2.5 V dc max. Akım istemi < 15 ma, 24 V dc Histerezis (% S n ) < %10 Durum göstergesi Kırmızı led Korumalar Ters bağlantı, aşırı yük ve kısa devreye karşı korumalıdır. Çalışma sıcaklığı Koruma sınıfı IP67 Gövde malzemesi Siyah plastik Bağlantı 2m PVC kablo Şekil 2.3. Kullanılan sensörün görüntüsü

24 Çalışmada Kullanılan PLC Bu çalışmada mikrodenetleyici olarak Siemens S7-200 tipi PLC kullanılmıştır. Siemens S7-200 serisi programlanabilir mikro denetleyicileri, maksimum 64 giriş, 64 çıkış noktası bulunan küçük boyutlu otomasyon sistemlerinin kumanda devreleri ve 12 analog giriş, 4 analog çıkış noktası gerektiren geri beslemeli kontrol devrelerinin gerçekleştirilmesi için tasarlanmış bir endüstriyel otomasyon cihazıdır. Bu PLC lerin beslemesi 24 V DC dir. Şekil 2.4 de Siemens S7-200 ün görüntüsü verilmiştir. Şekil 2.4. Siemens Simatic S7-200[1] Çalışmada Kullanılan PLC Programı PLC ile akıllı trafik kontrolü sistemi gerçekleştirilmesi için PLC ye yüklenen programın merdiven diyagramı Şekil 2.5 de gösterilmiştir. Programın yazılımı için Siemens firmasının yazılımı olan V4.0 STEP 7 MicroWIN kullanılmıştır.

25 17

26 18

27 19

28 20

29 21 Şekil 2.5. Yapılan tasarımın ladder diyagramı 1.adımda çıkışı, başla ve durdur butonları ile flip flop devresi üzerinden aktif hale getirebilir veya devre dışı bırakabilriz. 2.adımda ana yollardaki sensörler aracı algıladığında Q0.1 aktif hale gelir. 3.adımda tali yollardaki sensörler aracı algıladığında Q0.2 aktif hale gelir. 4. adımda 5. adımda çıkış aktif olduüunda T33 zamanlayıcısını 47 saniye saymasını sağlanır. 6. adımda ana yoldaki sensörlerden biri veya birkaç tanesi aktif hale geldiğinde T33 zamanlayıcını 36. saniyeden işlemine devam eder. 7. adımda tali yoldaki sensörlerden biri veya birkaç tanesi aktif hale geldiğinde T33 zamanlayıcını 20. saniyeden işlemine devam eder. 8, 9 ve 10. adımda T34 ve T35 zamanlayıcılarını kullnarak yeşil ışıkların 0,5 saniye aralıklarla flaşör yapması sağlanır. 11. adımda T33 zamanlayıcısının sürelerini karşılaştırma komutunu kullanarak, ana yolların yeşil ışıklarının yanması sağlanır. 12. adımda T33 zamanlayıcısının sürelerini karşılaştırma komutunu kullanarak, ana yolların sarı ışıklarının yanması sağlanır. 13. adımda T33 zamanlayıcısının sürelerini karşılaştırma komutunu kullanarak, ana yolların kırmızı ışıklarının yanması sağlanır. 14. adımda T33 zamanlayıcısının sürelerini karşılaştırma komutunu kullanarak, tali yolların kırmızı ışıklarının yanması sağlanır. 15. adımda T33 zamanlayıcısının sürelerini karşılaştırma komutunu kullanarak, tali yolların sarı ışıklarının yanması sağlanır.

30 adımda T33 zamanlayıcısının sürelerini karşılaştırma komutunu kullanarak, tali yolların yeşil ışıklarının yanması sağlanır Yapılan Çalışmanın S7-200 Simulatöründe Testi Şekil 2.6. da gösterilen simülatör yardımıyla programımızı derleyip, koşarak simülatörde hangi kontaklarının enerjilendiğini ve sensörlerin bağlı olduğu kontaklarıda açık veya kapalı konuma getirerek ışıklardaki değişimi gözlemledik. Şekil 2.6. S7-200 için hazırlanan simülasyon program Yapılan Çalışmadaki Programının Simatic S7-200 Dilinde Yazılması Burada yapılan çalışmadaki programın Simatic S7-200 dilinde yazılışı gösterilmektedir. Şekil 2.7. de programın S7-200 de yazılışı verilmiştir.

31 23

32 24 Şekil 2.7. S7-200 dilinde programın yazılması

33 3. SONUÇLAR Günümüz dünyasında nüfusun ve teknolojinin artmasıyla birlikte araç sayısı dolayısıyla da trafik yoğunluğu gittikçe artmaktadır. Trafik yoğunluğunun artışı da beraberinde trafik ışıklarının daha yaygın hale gelmesine neden olmaktadır. Artan trafik ışıkları ise trafiğin yoğun olmadığı zamanlarda, trafik ışıklarında diğer yönlerden araç gelmediği halde araçların gereksiz yere beklemesine, dolayısıyla vakit ve de yakıt kaybına neden olmaktadır. Yapılan çalışmayla araçların gereksiz yere trafik ışıklarında beklemelerini önlemenin mümkün olduğu kanıtlanmıştır. Üzerinde çalışılan prototip gerçek sistemlere uygulanırken daha gerçekçi bir yaklaşımla, kavşaklarda trafik ışıklarının bulunduğu yollarının her birine algılayıcılar belirli aralıklarla dizilerek hem trafiğin yoğun olduğu zamanlarda trafik yoğunluğuna göre ışıkların yanma süreleri belirlenebilir hem de trafiğin yoğun olmadığı zamanlarda araçların gereksiz yere trafik ışıklarında beklemeden geçmeleri sağlanabilir.

34 4. ÖNERİLER Gerçekleştirilen PLC ile akıllı trafik kontrolü simülasyonu ile bir aracın kontrollü bir kavşağa gelmesi halinde, diğer yönlerden araç gelmediği takdirde gereksiz yere kırmızı ışıkta beklemeden geçebileceği kanıtlanmıştır. Bu çalışmanın gerçek sistemlere uygulanabilmesi için, uygulanacak bölgenin şartları çok iyi bilinmelidir. Bu proje nüfusun yoğun olmadığı dolayısıyla trafik yoğunluğunun da fazla olmadığı kırsal bölgelere uygulanacaksa, simülasyonda anlatılan şekliyle gerçek sistemlere uygulanabilir. Ancak bu proje, nüfusun yoğun olduğu ve bununla beraber trafik yoğunluğunun da fazla olduğu kentsel bölgelere uygulanacaksa, farklı bir yöntem izlenmelidir. Böyle bir bölge için trafik ışıkları ile kontrol edilecek kavşaktaki yollarlın tümüne belirli aralıklarla algılayıcılar yerleştirilip, böylece trafiğin yoğun olduğu gündüz saatlerinde trafik ışıklarının farklı yönlerdeki yoğunluklara göre yanma süresi belirlenirken, trafiğin yoğun olmadığı gece saatlerinde ise araçların, diğer yönlerden araç gelmediği takdirde kırmızı ışıkta beklemeden geçmesi sağlanabilir. Burada özellikle bir hususa dikkat edilmelidir. Simülasyonda kavşağa bir araç gelip kırmızı ışığa yakalandığında diğer yönlerde araç yoksa diğer koşullar göz önüne alınmadan ışık yeşile dönüştürülerek, aracın beklemeden geçmesi sağlanmıştır. Oysa gerçek sistemlerde bu şeklide bir yaklaşım çok tehlikeli olabilir. Gerçek sistemlerde trafik kontrollü bir kavşağa gelen araç kırmızı ışığa yakalandığında diğer yönlerden araç gelmiyorsa ve yakın zamanda gelebilecek bir araç kırmızı ışığa yakalanan aracın geçişini tehlikeye düşürecek bir durum teşkil etmiyorsa, kırmızı ışık yeşil ışığa dönüştürülerek aracın belemeden geçmesi sağlanabilir.

35 5. KAYNAKLAR [1] Çetin, R., S7-200 PLC lerle Otomasyon, Ankara, Türkiye, 1-167, [2] Baran, L., Üç Fazlı Asenkron Motorun Güç Katsayısının Kontrolü ve İzlenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Ankara, Türkiye, 17-23, [3] Teközgen, E., PLC ve Uygulamaları, Birsen Yayınevi, İstanbul, Türkiye, [4] Demirci, O., Akıllı Trafik Sinyalizasyonu, Kocaeli Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli, Türkiye, 1-4, [5] Ayfer, M.Ö., Trafik Sinyalizasyonu,Karayolları Genel Müdürlüğü Matbaası Ankara,Türkiye, 40-46, 1977.