PLC ile akıllı trafik kontrolü

35 Pages·2011·1.6 MB·Turkish

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
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
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

III
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

IV
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
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)

VI
Çalışma Takvimi

N
A

ZİR afta X
H
A
H 1.

ta X X
f
4. Ha

YIS 3. Hafta X X
A
M
ta X
f
2. Ha

ta X X
f
1. Ha

ta X
f
4. Ha

ta X X
f
AN3. Ha
S
Nİ ta X X
f
2. Ha

fta X X
1. Ha

a
RT 4. Haft
A
M
ta X
f
3. Ha
Çalışma için teorik araştırma yapılması alışmada kullanılacak malzeme seçimi için araştırma yapılması ygun malzeme seçimi ve sipariş edilmesi Kullanılan malzemler hakkında teorik araştırma Pratik çalışma Bitirme kitabı hazırlanması Sunum
Ç U

VII
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

A lgılayıcılar, Kontaktör,

Anahtar, Giriş Çıkış Selenoid
İşlemci
Buton Birimi birimi 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.