GERÇEK ZAMANLI ÇALIŞAN BĐR TRAFĐK KONTROL SĐNYALĐZASYON SĐSTEMĐNĐN PLC TABANLI UYGULAMASI VE PC ÜZERĐNDEN ĐZLENMESĐ

Transkript

1 MYO-ÖS Ulusal Meslek Yüksekokulları Öğrenci Sempozyumu EKĐM 2010-DÜZCE GERÇEK ZAMANLI ÇALIŞAN BĐR TRAFĐK KONTROL SĐNYALĐZASYON SĐSTEMĐNĐN PLC TABANLI UYGULAMASI VE PC ÜZERĐNDEN ĐZLENMESĐ ÖZET Seyfettin VADĐ Emre KARAKUŞ Şerdan YILDIZ Teknik Eğitim Fakültesi Gazi Üniversitesi ANKARA Günümüzde çok farklı trafik kontrol sistemleri bulunmaktadır. Artan trafik problemleri, bir trafik kavşağının kontrolünün yanında kavşağın, trafik yoğunluğuna göre farklı şekillerde çalışma imkânı sağlayan ve bilgisayardan takip edilmesi (izlenmesi) gibi ihtiyaçları ortaya çıkarmıştır. Bu makalede PLC tabanlı bir trafik kavşağının gerçek zamanlı olarak ve günün faklı zamanlarında trafik yoğunluğu göz önünde bulundurularak araç geçiş sürelerinin belirlenmesi ve kavşağın durumunun bilgisayar ara yüz programı ile izlenmesi gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak günün değişen saatlerine göre trafik sinyalizasyonunda araç geçiş süreleri değiştirilerek kavşakta meydana gelen yoğunluk azaltılmış, daha rahat ve güvenli bir trafik akışı sağlanmıştır. Anahtar Kelimeler: PLC, TD 200, Trafik Kontrol, Simülasyon 1. GĐRĐŞ Kent içi karayolu ulaşımının performansı, büyük ölçüde karayolu trafiğinin kontrolünde elde edilen başarıya, karayolu trafiğinin kontrolündeki başarı ise, sinyalizasyon kavşaklarda doğru bir sinyal zamanlamasının yapılmasına bağlıdır [1]. Günümüzde çok farklı trafik kontrol sistemleri bulunmaktadır. Artan trafik problemleri, bir trafik kavşağının kontrolünün yanında kavşağın, trafik yoğunluğuna göre farklı şekillerde çalışma imkânı sağlayan ve bilgisayardan takip edilmesi (izlenmesi) gibi ihtiyaçları ortaya çıkarmıştır. Bu ihtiyaçlar doğrultusunda çok önemli mevkilerdeki trafik kavşakları bir merkezden kontrolü ya da kameralı sistemler ile izlenmesi mümkündür. Ancak bu sistemler çok maliyetli ve kişilerin sürekli kontrol ünitesinde bulunmasını gerektiren sistemlerdir. Bunun yerine trafik akışını kontrol edecek otomatik yapılar tercih edilir. Bunların en önemlisi ve en çok kullanılanı, yapımı ve kurulumu basit Programlanabilir Lojik Kontrolörler (PLC) ve mikrodenetleyicilerdir. 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 bilgisi taşıyan elemanlar, çıkışa ise kontaktör, selenoid valf gibi kumanda devre elemanlarının sürücü elemanları doğrudan bağlanabilir [9]. PLC ler genellikle endüstriyel otomasyon, sera kontrol, trafik kontrol sistemlerinde olmak üzere birçok yerde kullanılırlar [3-5, 9, 12]. Mikrodenetleyiciler ise minimum kullanım alanının önemli olduğu TV sistemlerinde, kameralarda, cep telefonlarında, telefon santrallerinde, otomobillerde kontrol mekanizmalarında, fotokopi cihazlarında, fax-modemlerde, oyuncaklarda ve çeşitli haberleşme cihazlarında, kontrol sistemlerinde sayılamayacak kadar pek çok alanda kullanılmaktadırlar [13]. 1

2 Yapılan literatür taramasında trafik ışıklarının kontrol sistemi, PLC kullanılarak dizayn edilmiştir ve trafik ışıklarının otomatik kontrolü güvenli bir şekilde sağlanmıştır [2]. Bununla birlikte diğer bir çalışmada RFID (Radio Frequency Identification) kullanılarak kent trafik kontrol sisteminin ihtiyacını karşılayan, ve kontrol merkezi olmayan bir sistem ile ileri seviye teknolojisi kullanılarak trafik bilgileri elde edilerek bir trafik simülasyon örneği yapılmıştır [3]. Diğer bir çalışmada Petri ağları kullanılarak trafik kontrolü yapılmıştır [4]. Bir başka uygulama bekleyen kuyruğun uzunluğuna ve polis deneyimine dayanarak bulanık mantık kontrol teorisi kullanılmıştır ve uygulama ile trafik ışık kontrolünün zamanlama süresi kuyruğun uzunluğuna göre belirlenmiştir [5]. Ayrıca basit ve ekonomik şekilde bir kavşağın trafik ışıklarının kontrolü kablosuz sensör ağına dayalı bulanık mantık teorisi kullanılarak yapılmıştır. Trafik akışı, tek-eksenli manyetik algılayıcılar tarafından tespit edilir ve kablosuz sensör ağı tarafından kontrol merkezine iletilir. Vasıtaların bekleme zamanını azaltmak için yeşil ışıklar sırasında geçen zaman geliştirilen dinamik bulanık mantık algoritma ile tespit edilip, trafik yoğunluğuna göre araçların bekleme ve geçiş süresi ayarlanılmıştır [6]. Bu çalışmada ise, bir trafik kavşağının kontrolü PLC tabanlı olarak yapılmıştır. Trafik ışıkların kontrolü gerçek zamanlı olarak çalıştırılmak istenmiştir. Bunun için PLC nin gerçek zamanlı olarak çalıştırılmış ve trafik ışıklarının kontrolü günün farklı saatlerine göre çalışma süreleri belirlenmiştir. Ayrıca araç geçiş ve durma süreleri kavşağın bulunduğu mevki ve yoğunluğuna göre TD 200 operatör paneli kullanılarak ya da tasarlanan bilgisayar ara yüz programı kullanılarak araç geçiş ve duraklama sürelerinin güncellenmesi yapılmaktadır ve trafik ışıklarının durumu bu ara yüz programı yardımı ile bilgisayar ekranından izlenmektedir. 2. PROGRAMLANABĐLĐR LOJĐK KONTROLÖR (PLC) Programlanabilen Lojik kontrol (PLC ) bilgisayar esaslı bir cihazlardır. Đlk defa 1969 yılında otomotiv sanayinde üretim bantlarının otomatik kontrolünde kullanılmıştır. Bu bantlara ardışık bazı hareketleri yaptıran otomasyon sistemleri önceleri zaman röleleri, limit şalterleri, savıcılar vb. gibi birçok elektromanyetik cihazdan oluşmaktadır. Otomotiv sanayinde ilk kullanılan PLC yi General Motor Fabrikaları için sonradan ismi MODICON olan Bedford Associates geliştirmiştir. Bu ilk PLC Hard Hat veya 084 olarak tanıtılmıştır. Bu 084 ismi, sistemin geliştirilmesi sırasında seksen dört modifikasyon yapılmasından kaynaklanmıştır li yılların başında sistem üzerine yapılan gelişmeler devam etmiş ve 1972 de 184 modeli ve bir süre sonra da 384 modeli geliştirilmiştir. 184 ve 384 modelleri mevcut PLC lere çok benzer şekilde çalışmaktaydılar [7]. PLC kontrol üniteli makineler şu anda otomobil, tekstil, ilaç, elektrik, elektronik, gıda, paketleme, cam işleme sanayilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır [8]. Đlk ticari PLC nin endüstride başarı ile uygulamasından sonra Allen Bradley, General Electric, GEC, Siemens, Westinghouse, Panasonic gibi firmalar orta maliyette yüksek performanslı PLC ler üretmişlerdir [7, 8] PLC nin Yapısı 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 bilgisi taşıyan elemanlar, çıkışa ise kontaktör, selenoid valf gibi kumanda devre elemanlarının sürücü elemanları doğrudan bağlanabilir. 2

3 Bir PLC temel olarak; Bir sayısal işlemci bellek Giriş ve çıkış birimleri, Programlayıcı birimi, Besleme güç kaynağı gibi temel kısımlardan oluşmaktadır [9]. Şekil 1. PLC nin ana birimleri ve içyapısı Merkezi işlem birimi, sinyal belleğinden giriş değerlerini okur. Program belleğine yüklenmiş olan programı yürütür ve sonuç değerlerini çıkış sinyal belleğine iletir. Giriş ve çıkış birimleri ile PLC yardımıyla kontrol edilen sistem arasındaki iletişimi sağlarlar. Kısaca girişlerden aldığı bilgilerle program belleğine yazılmış kodlara göre çıkış bilgilerini yönlendiren kısımdır. Giriş Birimi, sisteme ait ısı, nem, sıcaklık, gaz dedektörü gibi analog ya da buton, röle, switch, sınır anahtarı gibi dijital olarak çalışma bilgilerinin alındığı kısımdır. Çıkış Birimi, girişinden alınan bilgilerin merkezi işlemci biriminde işlem gören bilgiler CPU tarafından çıkış birimine atanır. Çıkış birimi CPU dan gelen bilgilere göre hangi çıkış elamanını çalıştıracağını belirler ve o çıkış elamanı çalışır. Çıkış birimine bağlı elamanlar genellikle başka bir aygıtı çalıştıran röle, kontaktör, selonoid valf ya da uyarı amaçlı buzzer, sinyal lambası olabileceği gibi kare dalgalar ya da PWM sinyaller ile çalışan çeşitli sürme (Motor, Mosfet ) devreleri de olabilir [10, 11] TD 200 Operatör Paneli TD 200 oporatör paneli PLC ye mesaj göndermek, PLC ye daha önceden yüklenmiş olan mesajları almak, analog işlemli projelerde ısı, nem, gaz, ışık, zaman gibi değerleri analog olarak girmek veya bu değerleri değiştirmek amacı ile kullanılan kullanıcı PLC etkileşimli bir paneldir [11]. 3

4 TD 200 Panelinin Genel Özellikleri Aydınlatmalı LCD 2-satır, 20 karakter/satır, 5 mm karakter yüksekliği Güç gereksinimini S7 200 den sağlar 8 fonksiyon anahtarlama Dayanıklı plastik kasa IP 65 Minimum Micro/Win V4 yazılımla çalışır. Panel dış Ölçüleri: 148 x 76 mm (W x H ) Panel iç ölçüleri: 138 x 68 mm (W x H) Kalınlık: 27 mm [14]. 3. TASARIM Şekil 2. TD 200 Operatör Panelinin Dış Görünümü PLC ile yapılan çalışmaya ait blok diyagram Şekil 3 de verilmiştir. Sistem 4 ana bölümden oluşmuştur. Bu kısımlar; güç kaynağı, PLC yazılımı, sürücü ünitesi ve bilgisayar yazılımından (C# yazılan ara yüz programından) oluşmaktadır Şekil 3. PLC ile yapılan trafik kontrol sisteminin blok diyagramı 4

5 Güç kaynağı kontrol sistemini ve sürücü devresini besleyen ünitedir. PLC, TD 200 operatör panelinden aldığı araç geçiş duraklama süresi bilgilerine göre içerisine yazılmış olan algoritma sayesinde ilgili çıkışları aktif yaparak sürücü devresine bilgi gönderir. Gönderilen bu bilgiye göre sürücü devresi kavşaktaki trafik ışıklarının durumunu belirlemektedir. Aynı zamanda RS232 PC/PPI kablosu ile PC-PLC haberleşme sağlanarak PC ekranında kavşağın durumu izlenmektedir. Program STEP7-Micro/Win 32 programı kullanılarak yazılmıştır. PLC çıkışları 24 V olmasından dolayı trafik ışıklarının kontrolünde sürücü devresi kullanılmıştır PLC Yazılımı Şekil 4. Akış diyagramı 5

6 Sistem çalışmaya başladığında (sisteme enerji verildiğinde) PLC nin gerçek zamanlı olarak çalışabilmesi için gerekli olan zaman saati ayarlaması yapılır. Daha sonra araç geçişduraklama sürelerinin belirlenmesi gerekir. Bu süreler TD 200 OP yardımı ile kullanıcıdan istenir ve ilgili register lara kaydedilir. Kurulum ayarları yapılıp start verildiği anda PLC nin içine gömülmüş olan algoritma işletilmeye başlanır. PLC zaman bilgilerinin gömülü olduğu yani PLC zaman bilgilerinin saklandığı registerlerinden saat ile ilgili olan register, zaman dilimlerinin belirlenmesi için referans alınan saatler ile karşılaştırılarak o an ki araç geçiş-duraklama süreleri, araçların geçiş ve duraklama sürelerinin belirlenmesinde etkili olan timer lerin PT değerine atanır. Burada dikkat edilmesi gereken husus; TD 200 OP den girilen araç geçiş-duraklama bilgilerinin (saniye olarak) timer lerin PT değerine atanırken 10 ile çarpılması gerektiğidir. Her bit timer devreye girdiğinde PLC seri portdan RS 232 PC/PPI kablosu yardımıyla bilgisayara farklı bilgiler gönderir. Bilgisayar (PC) bu bilgileri okur ve yazılmış ve yüklü olan ara yüz programı (algoritma) sayesinde bu bilgileri yordamlayarak anlamlı hale getirir ve kavşakta ki ışıkların durumunun bilgisayar ekranından takip edilmesini sağlar Ara yüz Programı ve Kullanımı Bu ara yüz programı PLC, bilgisayar ve kullanıcı arasındaki iletişimi sağlar. Bu ara yüz programı sayesinde kullanıcı araç geçiş - duraklama sürelerini değiştirebilir ve kavşağın durumunu gözlemler. Ara yüz programı çalıştırıldığında aşağıdaki pencere ekrana gelir. Şekil 5. Kavşağın görüntüsü 6

7 Süreler güncellenmek istendiğinde tap sekmesi tıklanır ve aşağıdaki pencere ekrana gelir. Şekil 6. Süreleri güncelleme ekranı Değiştirilmek istenen süreler silinip yeni değerler girilir ve süreleri değiştir butonuna tıklandığında süreleri güncelleme işlemi tamamlanmış olacaktır. Eğer süre güncelleme sırasında kutucuklarından biri boş bırakılıp süreleri değiştir butonuna tıklanılacak olursa program aşağıdaki gibi bir uyarı mesajı verecektir. Şekil 7. Süreleri güncelleme hatası 7

8 3.3. Sürücü Ünitesi Kullanılan PLC nin çıkışları 24 volt olduğu için ve bir alıcı çalıştırabilecek kadar güç sağlayamadıkları için sürücü ünitesi olarak röle kontrol devresi tasarlanmıştır. Aktif olan PLC çıkışı transistor ün beyzini enerjilendirir ve transistor iletime geçerek bağlı olduğu röleyi enerjilendirir. Rölenin uçlarına bağlı olan lamba yanar Güç kaynağı Şekil 8. Röle kontrol ünitesinin görüntüsü Güç kaynağı PLC yi ve sürücü ünitesinin gerekli enerji ihtiyacını karşılamaktadır. 4. TEŞEKKÜR Bu bildiri ELK-410 Mesleki Tasarım Dersi kapsamında hazırlanmıştır. Yazarlar sağladığı katkılardan dolayı ders öğretim üyesi Doç. Dr. Ramazan BAYINDIR a teşekkür eder. 5. SONUÇ Yapılan bu çalışma ile günümüzde artan trafik sebebiyle kavşaklarda meydana gelen yoğunluk azaltılmış, daha rahat ve güvenli bir trafik akışı sağlanmıştır. 8

9 6. KAYNAKLAR [1] Akdogan, E., Mikrodenetleyici Kullanarak Kavsak Kontrol Cihazı Tasarımı ve Kontrol Egitiminde Kullanılması, Yüksek Lisans Tezi 121s, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Đstanbul, [2] Yang, L., And XianFeng, C., Design Of Traffic Lights Controlling System Based On PLC And Configuration Technology, International Cofarence On Multimedya Information Metwoking And Security, [3] Seo, G., Yazici, A., Ozguner, Ü., Cho, J., An approach for data collection and Traffic Signal Control in the futuristic city, International Cofarence On Advanced Communication technology, ICAT 2008 [4] Lin L., Nan T., Xiangyang M. and Fubing S., Implementation of Traffic Lights Control Based on Petri Nets, Intelligent Transportation Systems, Proceedinas, IEEE 2003 [5] Chai L., Shen G., Ye W., The Traffic Flow Model For Single Intersection and Its Traffic Light Intelligent Control Strategy, Proceedings Of The 6th World Congress On Intelligent Control And Automation, June 21-23, 2006, Dalian, China [6] Fuqiang, Z., Bo, Y., Yitao, C., Traffic Light Control For A Single Intersection Based On Wireless Sensor Network, The Ninth International Conference on Electronic Measurement & Instruments, ICEMI,2009 [7] Uğur, N., Programlanabilir Kontrolcüler (programmable Logic Controls), KOSGEB, Ankara, 1995 [8] Eraslan, A., Programlanabilir Lojik Kontrol Elemanları, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Đstanbul, 1995 [9] Çolak, Đ., Bayındır, R., Kuruşçu, S., PLC Kontrollü Asansör Eğitim Seti Tasarımı ve Uygulaması, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 23 (1-2) (2007) [10] Coşkun, Đ., Yücedağ, Đ., PLC ve PLC ile Rotoru Sargılı Asenkron Motora Yol Verme. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2 (1998) , Ankara [11] Çetin, R., S7 200 PLC lerle Otomasyon (temel seviye), Haziran 2008, Ankara [12] Taplamacıoğlu Cengiz, M., Saygın, A., Değirmenci, E., Tezcan, C., PLC Cihazı Đle Serada Sıcaklık ve Nem Kontrolünün PID Denetleyiciyle Gerçekleştirilmesi, Elektrik - Elektronik Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu ve Fuarı Bildirileri, ELECO'2002 [13] Çiçek, S., CCS C Đle PIC Programlama, Eylül 2007, Đstanbul 9

10 [14]TD 200 Operatör Paneli Kullanım Kılavuzu 10