Demiryolu Ulaşım Güvenliği için Makinist Uyarım Sistemi Kavramsal Tasarımı ve Simülasyonu

Öz

Bu çalışmada, demiryollarında güvenli yolculuk için deray anını tespit ederek makiniste bilgi veren bir sistemin kavramsal tasarımı gerçekleştirilmiş olup sistem aynı zamanda bir bilgisayar programı ile simüle edilmiştir. Buna göre bir elektronik devre çizim programı (Proteus ISIS Labcenter Electronics 7.7 SP2) yardımı ile kavramsal tasarıma ait bir devre çizilmiştir. Devre üzerinde, treni temsilen sinyal üreteci; titreşimlerin ve kapasitif değerlerin algılandığını temsil eden butonlar, alınan sinyallerin yükseltildiği opamplı yükselteç devresi, iki algılayıcıdan da alınan verilere göre makiniste bilgi gönderilmesine karar verecek olan bir karşılaştırıcı (VE kapısı), sinyallerin izlendiği dijital osiloskop ve deray algılandığında makinist uyarımında kullanılacak sesli/ışıklı uyarım sistemi (buzzer) bulunmaktadır. Demiryolu titreşimleri ve oluşan frekans aralıkları için ilgili literatür göz önüne alınarak simülasyon devresinde sinyal üreteci frekansı 1,5KHz ve genliği ise 5v üçgen dalga DC şeklinde ayarlanmıştır. Eşik değer olarak 2.5v seçilmiştir. Buna göre karşılaştırıcı çıkışındaki değer, her iki algılayıcıdan da bilgi alındığı anda aktif olmuştur. Simülasyona göre deray 300 ms sürmüş ve 1/3 saniye gibi kısa bir sürede tespit edilerek çıkış birimleri aktif edilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre önerilen kavramsal modelin gerçek hayatta başarılı bir şekilde kullanılabileceği ve böylece deray kaynaklı tren kazalarının önüne geçebileceği öngörülmüştür. Bunun neticesi olarak da ölümlü / yaralanmalı / maddi kayıplı kazaları engellenerek ülkemize tren ile güven ile ulaşım konusunda yeni bir literatür kazandırılacağına inanılmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Demiryolu
• Deray
• Vagon
• Haberleşme
• Kontrol Sistemleri
• Mikrodenetleyici

Conceptual Design and Simulation of Railway Machinist Excitation System for Transportation Safety

Öz

In this study, a conceptual design of a system that provides information to the mechanic by detecting the derailment moment for safe travel in railways has been realized and the system has also been simulated via a computer program. Accordingly, a circuit belonging to the conceptual design was drawn with the help of an electronic circuit drawing program (Proteus ISIS, Labcenter Electronics 7.7 SP2). The signal generator representing the train on the circuit; the buttons representing the detection of vibrations and capacitive values, the opamp amplifier circuit in which the received signals are amplified, a comparator (AND gate) that will decide to send information to the machine according to the data received from both sensors, the digital oscilloscope where the signals are monitored and the audible / light stimulation system to be used in the mechanic warning when the derails are detected are available. Considering the relevant literature for railway vibrations and the frequency ranges that occur, the signal generator frequency in the simulation circuit was set as 1.5 KHz and the amplitude as 5v triangle wave DC. Accordingly, the value at the comparator output became active when the information was received from both sensors. According to the simulation, derilment lasted 300ms and was detected in a short time like 1/3 second and the output units were activated. According to the simulation results, it was predicted that the proposed conceptual model could be used successfully in real life, thus preventing train accidents caused by deray. As a result of this, it is believed that a new literature will be brought to our country on safe transportation by train by preventing accidents with death / injury / financial loss.

Anahtar Kelimeler

• Railway
• Derailment
• Wagon
• Communication
• Control
• Microcontroller

Kaynakça

1. Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, “Ulaşan ve Erişen Türkiye 2017 Faaliyet Raporu,” 2017. [Online]. Available: https://www.uab.gov.tr/bakanlik-yayinlari [Accessed February 05, 2021]
2. Y. Candemir, “Küreselleşme, teknolojik gelişme ve ulaştırmada yenilikler: dünya ve Türkiye,” TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası VI. Ulaştırma Kongresi, İstanbul, Türkiye, 2005, pp. 13-29
3. TCDD AR-GE Dairesi Başkanlığı, “Emniyet Yönetim El Kitabı,” 2017. [Online]. Available: https://www.tcdd.gov.tr/files/pdf/eyskitap.pdf [Accessed February 05, 2021]
4. B. T. Kayaalp, “Demiryolu araçlarının testlerinde kullanılan laboratuvar ekipmanları: ray simülatörleri,” Demiryolu Mühendisliği, no. 11, pp. 41-51, Jan. 2020
5. TCDD İşletmesi Genel Müdürlüğü, “2009 Yılı Sektör Raporu,” 2009. [Online]. Available: https://www.tcdd.gov.tr/files/istatistik/2009sektorraporu.pdf [Accessed February 05, 2021]
6. T.C. Ulaştırma Bakanlığı, “Ulaştırma ve Haberleşme Terimleri Sözlüğü,” 2011. [Online]. Available: https://www.uab.gov.tr/uploads/pages/kutuphane/a9ed7795d6e394d-5ea04166a902a.pdf [Accessed February 05, 2021]
7. H. Güler, S. Jovanovic, “Demiryollarında hız yükseltilmesi amacıyla yapılması gerekli ön çalışmalar,” 6. Ulaştırma Kongresi, Bildiriler kitabı, İstanbul, Türkiye, 2005, pp. 275-298
8. TCDD Strateji Geliştirme Dairesi Başkanlığı İstatistik ve Analiz Şubesi, “Demiryolları İstatistik Yıllığı2012-2016,” 2017. [Online]. Available: https://www.tcdd.gov.tr/files/istatistik//20122016yillik.pdf [Accessed February 05, 2021]

9. Ö. Akbayır, “Dünya’da ve Türkiye’de demiryolu kazaları nedeniyle meydana gelen ölüm oranlarının karşılaştırılması,” Demiryolu Mühendisliği, vol. 5, pp. 45-52, Haz. 2017
10. Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, Kaza Araştırma ve İnceleme Kurulu, “2017 Yılı Demiryolları Kaza İstatistikleri Kitapçığı,” 2017. [Online]. Available: https://ulasimemniyeti.uab.gov.tr/uploads/pages/istatistikler/20180208-155359-76347-1-64.pdf [Accessed February 05, 2021]
11. Ç. Tabak, “Demiryollarındaki kaza istatistikleri veritabanı, risk azaltma yöntemleri, alınan önlemler ve Avrupa’daki örneklerinin kıyaslanması,” Ulaştırma ve Haberleşme Uzmanlığı Tezi, Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, Ankara, Türkiye, 2014
12. Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, Kaza Araştırma ve İnceleme Kurulu, “Kaza İnceleme Raporu,” 2017. [Online]. Available: https://ulasimemniyeti.uab.gov.tr/uploads/pages/demiryolu/izmir.pdf [Accessed February 05, 2021]
13. Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, Kaza Araştırma ve İnceleme Kurulu, “Kaza İnceleme Raporu,” 2018. [Online]. Available: https://ulasimemniyeti.uab.gov.tr/uploads/pages/demiryolu/elazig.pdf [Accessed February 05, 2021]
14. A. Yılmaz, “Demiryolu üstyapısında balast kirliliği,” Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol. 6, no:1, pp. 11-17, Aralık 2015
15. Millî Eğitim Bakanlığı Raylı Sistemler Teknolojisi, “Raylı sistem araçlarının kumanda ve kontrol devreleri,” 2013. [Online]. Available: https://docplayer.biz.tr/2338708-T-c-milli-egitim-bakanligi-rayli-sistemler-teknolojisi-rayli-sistem-araclarinin-yardimci-devre-elektrik-sistemleri.html [Accessed February 05, 2021]
16. S. Miura, H. Takai, M. Uchida, Y. Fukada, “The mechanism of railway tracks,” Japan Railway & Transport Review (JRTR), vol. 15, pp. 38-45, Mar. 1998
17. A. Erel, S. Dündar, “Derayman olaylarının muhtelif nedenleri ve derayman riskini azaltmak için alınacak önlemler,” 6. Ulaştırma Kongresi, İstanbul, Türkiye, 2005
18. Ö. Kepenek, N. Karaboğa, “Demiryolu ulaşımında vagon kontrol sistemi,” in Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, Malatya, Türkiye, 2013, pp. 1253-125
19. “Tren Gözlem Sistemi” Nov., 2020. [Online]. Available: http://www.lojiport.com/news_detail.php?id=9599 [Accessed November 05, 2020]
20. B. Aydemir, Y. Akgül, E. Tolay, “Demiryolu uygulamalarında vagonların yük ve güvenlik kontrolünün izlenmesi,” International Iron & Steel Symposium, Karabük, Türkiye, 2012
21. G. Karaduman, M. Karaköse, E. Akın, “Ray arızalarının teşhisi için deneysel bir yaklaşım,” in Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, Malatya, Türkiye, 2013, ss:1350 -1355
22. M. Macucci, S. Di Pascoli, P. Marconcini and B. Tellini, "Derailment detection and data collection in freight trains, based on a wireless sensor network," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 65, no. 9, pp. 1977-1987, Sept. 2016, doi: 10.1109/TIM.2016.2556925.
23. C. Arslan, “Raylı taşıtlarda bakım planlaması, deray şartları ve emniyet değerlendirmesi,” Yüksek Lisans tezi, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2011
24. O. Kiyoshi, “Research and developlment for eliminating wheelclimb derailment accidents,” JR East Technical Review, vol. 2, pp. 46-50, 2002
25. M. V. Taciroğlu, “Derayman nedenlerinin araştırılması ve nadal kuramı,” Yüksek Lisans tezi, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 2008
26. Ç. Uyulan, “Demiryolu araçları için yeniden tutunma kontrolünün ve kararlılık analizlerinin yapılması,” Doktora tezi, Mekatronik Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2017
27. L. M. Sweet, R. A. Budell, A. Karmel, D. Lassman, and D. Schulte, “Theory and measurement of derailment quotients,” Vehicle System Dynamics, vol. 12, no. 1-3, pp. 177-178, Jul 2007, doi.org/10.1080/00423118308968752
28. A. Böğrek, H. Sümbül, “Development of driver analysis system to improve driving comfort and to reduce mechanical abrasion in vehicles,” The Journal Of Technical Science, vol. 9, no. 3, pp. 9–14, Nov. 2019, doi:10.35354/tbed.509560
29. H. Sümbül, and A. Böğrek, “Development of the road analysis system to provide the fuel efficiency awareness in the vehicles,” Bilge International Journal of Science and Technology Research, vol. 1, no. 1, pp. 6–9, Nov. 2017
30. Inductive Sensor, “Omron Silindir Endüktif Sensör,” 2021. [Online]. Available: https://tr.rsdelivers.com/product/omron/e2b-m12ks04-wp-b1-2m/omron-m12-x-1-inductive-sensor-barrel-pnp-no/8052567 [Accessed February 5, 2021].
31. Y. Özdemi̇r, “Ray-teker temasında temas parametrelerinin incelenmesi,” Demiryolu Mühendisliği, vol. 11, pp. 1-13, Oca. 2020
32. M. A. Arslan, “Ray teker kontak ilişkisi analizi,” Araştırma Projesi, Tasarım ve İmalat Mühendisliği Anabilim Dalı, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2008
33. V. Arlı, “Demiryolu titreşimlerinin model hat üzerinde çok yönlü analizi,” Doktora tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2009
34. M. Bayraktar, “Raylı taşıtların dingillerinin dinamik analizi,” Doktora tezi, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2010
35. K. Knothe, Gleisdynamik. Ernst&Sohn, Berlin, Germany, 2001