T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK – ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

PLC İLE AKILLI TRAFİK KONTROLÜ

BİTİRME ÇALIŞMASI

EREN BULUT

179942

TAHİR İŞBAKAN

179960

MAYIS 2011

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK – ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

PLC İLE AKILLI TRAFİK KONTROLÜ

BİTİRME ÇALIŞMASI

EREN BULUT

179942

TAHİR İŞBAKAN

179960

TEZ DANIŞMANI

PROF.DR.SEFA AKPINAR

MAYIS 2011

TRABZON

II

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

III  

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ .................................................................................................................................. II

İÇİNDEKİLER .................................................................................................................... III

ÖZET ..................................................................................................................................... V

SEMBOLLER VE KISALTMALAR ................................................................................. VI

ÇALIŞMA TAKVİMİ ........................................................................................................ VII

1. GİRİŞ ................................................................................................................................ 1

1.1. PLC ( Programlanabilir Lojik Kontrolör) ....................................................................... 1

1.2. PLC’nin Avantajları ...................................................................................................... 2

1.3. PLC ile Röleli sistemlerin karşılaştırılması ..................................................................... 2

1.4. PLC’ler ile bilgisayarlı kontrol sistemlerinin karşılaştırılması ...................................... 3

1.5. İhtiyaç duyulan PLC’nin seçimi ..................................................................................... 3

1.6. PLC’nin Birimleri ve İşlevleri ......................................................................................... 4

1.6.1. Giriş Birimi .................................................................................................................. 4

1.6.2. Çıkış Birimi .................................................................................................................. 5

1.6.3. Merkezi İşlem Birimi (CPU) ........................................................................................ 6

1.6.4. Mikroişlemci Birimi ..................................................................................................... 6

1.6.5. Bellek Birimi ................................................................................................................ 6

1.6.6. Güç Kaynağı ................................................................................................................. 7

1.6.7. Diğer Birimler .............................................................................................................. 7

1.7. PLC’nin programlanma mantığı ..................................................................................... 7

1.7.1. Ladder Diyagram ( Merdiven Diyagramı) ................................................................... 8

1.7.1.1. Normalde Açık Kontak ............................................................................................. 8

IV  

Sayfa No

1.7.1.2. Normalde Kapalı Kontak .......................................................................................... 8

1.7.1.3. Çıkış (Sanal Röle) ..................................................................................................... 9

1.8. Zamanlayıcılar ................................................................................................................ 9

1.8.1. Kapamada gecikmeli zamanlayıcılar (TON) .............................................................. 10

1.8.2. Kapamada Gecikmeli Kalıcı Tip (Toplamalı Tip) Zamanlayıcılar (TONR) ............. 10

1.8.3. Açmada Gecikmeli Zamanlayıcılar(TOFF) ............................................................... 10

1.9. Set ve Reset Komutları .................................................................................................. 10

1.10. Trafik Sinyalizasyonu ................................................................................................. 11

1.10.1. Trafik Sinyalizasyonunun Faydaları ........................................................................ 11

2. YAPILAN ÇALIŞMALAR ............................................................................................. 12

2.1. Kavşak Tasarımı ............................................................................................................ 12

2.2. Kavşak Tasarımında Kullanılan Trafik Işıkları ............................................................. 13

2.3. Tasarımda Kullanılan Sensörler .................................................................................... 14

2.4. Çalışmada Kullanılan PLC ............................................................................................ 16

2.4.1. Çalışmada Kullanılan PLC Programı ......................................................................... 16

2.4.2. Yapılan Çalışmanın S7-200 Simulatöründe Testi ...................................................... 22

2.4.3. Yapılan Çalışmadaki Programının Simatic S7-200 Dilinde Yazılması ..................... 22

3. SONUÇLAR .................................................................................................................... 25

4. ÖNERİLER ...................................................................................................................... 26

5. KAYNAKLAR ................................................................................................................. 27

V

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.

VI

SEMBOLLER VE KISALTMALAR

Bu çalışmada kullanılmış olan semboller ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda

sunulmuştur.

Semboller Açıklama

V volt

mV milivolt

A amper

mA miliamper

ᵒ C santigrad derece

cm santimetre

cm2 santimetrekare

Kısaltmalar Açıklama

AC Alternatif Akım (alternating current)

DC Doğru Akım (direct current)

Led Işık yayan diyot (Light emitting Diode)

PVC Poli Vinil Klorür (polyvinyl chloride)

PLC Programlanabilir Lojik Kontrolör

CPU Merkezi İşlemci Birimi (Central Process Unit)

PC Bilgisayar (Personal Computer)

MA

RT

N

İSA

N

MA

YIS

H

AZ

İRA

N

Çalışma Takvimi

3.

Haf

ta

4.

Haf

ta

1.

Haf

ta

2.

Haf

ta

3.

Haf

ta

4.

Haf

ta

1.

Haf

ta

2.

Haf

ta

3.

Haf

ta

4.

Haf

ta

1. H

afta

Çal

ışm

a iç

in t

eori

k

araş

tırm

a yap

ılm

ası

X

X

Çal

ışm

ada

kull

anıl

acak

mal

zem

e se

çim

i iç

in

araş

tırm

a yap

ılm

ası

X

X

Uygun m

alze

me

seçi

mi

ve

sipar

iş e

dil

mes

i

X

X

VII

Kull

anıl

an m

alze

mle

r

hak

kın

da

teori

k

araş

tırm

a

X

X

X

P

rati

k ç

alış

ma

X

X

X

X

B

itir

me

kit

abı

haz

ırla

nm

ası

X

X

Sunum

X

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.

2

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.

Algılayıcılar, Anahtar, Buton

Çıkış birimi

Giriş Birimi

İşlemci

Programlama Cihazları

Kontaktör, Selenoid bobini

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].

1.4. 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.

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.

1.6.1. 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 24 – 48 V DC veya 100-120V, 200-220 V AC

değerlerinde olabilir.

5

Şekil 1.2. de 200-240V 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].

1.6.2. 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.

6

Şekil 1.3. PLC’nin çıkış birimi[1].

1.6.3.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.

1.6.4. Mikroişlemci Birimi

Bu alt birimin görevi matematiksel ve lojik işlemleri yapmaktır.

1.6.5. Bellek Birimi

Bu alt birimin görevi verileri ve bilgileri saklamak ve gerektiğinde bunları ilgili

birimlere göndermektir. Altı tip bellek(hafıza) birimi vardır.

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.

1.6.6. 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.

1.6.7. 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.

1.7. PLC’nin programlanma mantığı

PLC’de programlamayı üç değişik şekilde yapmak mümkündür.

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.

1.7.1. 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.

1.7.1.1. 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

1.7.1.2. 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,

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

1.7.1.3. 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

10

c) Açmada gecikmeli zamanlayıcılar

1.8.1. 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.

1.8.2. 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..

1.8.3. 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.

1.9. 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.

11

1.10. 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.

1.10.1. 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.

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.

2.1. Kavşak tasarımı

Kavşak 68x60 cm2’lik bir zemin üzerine tasarlanmıştır. Bu tasarımda yollar 8 cm

genişliğindedir. Yol kenarındaki refüjler 1,5x1 cm2 boyutlarında tasarlanmıştır. İki

bölünmüş yol arasındaki açıklık 13 cm olup, yolların kesiştiği kavşak 13x13 cm2

olacak

şekilde boyutlandırılmıştır. Tasarlanan kavşağın benzetimi Şekil 2.1’de verilmiştir.

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 cm2’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.

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.

15

Tablo 2.1 Kullanılan optik sensörün teknik özellikleri

Şekil 2.3. Kullanılan sensörün görüntüsü

Hissetme mesafesi (Sn) 0 - 150 mm

Çalışma gerilimi (V) 10 - 30 V dc

Anahtarlama akımı (Ia) 200 mA

Anahtarlama frekansı (f) 100 Hz

Kalıntı gerilimi (Vk) < 2.5 V dc max.

Akım istemi < 15 mA, 24 V dc

Histerezis (% Sn) < %10

Durum göstergesi Kırmızı led

Korumalar Ters bağlantı, aşırı yük ve kısa devreye

karşı korumalıdır.

Çalışma sıcaklığı -25 – 60

Koruma sınıfı IP67

Gövde malzemesi Siyah plastik

Bağlantı 2m PVC kablo

16

2.4. 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].

2.4.1. 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.

17

18

19

20

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.

22

16. adımda T33 zamanlayıcısının sürelerini karşılaştırma komutunu kullanarak, tali

yolların yeşil ışıklarının yanması sağlanır.

2.4.2. 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

2.4.3. 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.

23

24

Şekil 2.7. S7-200 dilinde programın yazılması

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.

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.

5. KAYNAKLAR

[1] Çetin, R., “S7-200 PLC’lerle Otomasyon”, Ankara, Türkiye, 1-167, 2005.

[2] http://tez2.yok.gov.tr/ Baran, L., “Üç Fazlı Asenkron Motorun Güç Katsayısının

Kontrolü ve İzlenmesi”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek

Lisans Tezi, Ankara, Türkiye, 17-23, 2009.

[3] Teközgen, E., “PLC ve Uygulamaları”, Birsen Yayınevi, İstanbul, Türkiye, 1-45.

[4] http://tez2.yok.gov.tr/ Demirci, O., “ Akıllı Trafik Sinyalizasyonu”, Kocaeli

Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli, Türkiye, 1-4, 2007.

[5] Ayfer, M.Ö., “Trafik Sinyalizasyonu”,Karayolları Genel Müdürlüğü Matbaası

Ankara,Türkiye, 40-46, 1977.