Değerli blog takipçileri,son paylaştığımız iki yazımızda elektrikli raylı sistemlerin genel bilgilerinden,sinyalizasyon-elektrifikasyon sistemlerinden bahsetmeye sizlere faydalı bilgiler vermeye çalıştık.
Yazı dizimizin bu son kısmında ise elektrikli trenlerde kullanılan koruma ve kontrol sistemlerinden bahsedeceğiz.Teknoloji geliştikçe ulaşım sistemlerinde çeşitli yenilikler karşımıza çıkmakta.Özellikle de kontrol ve güvenlik alanında çeşitli adımlar atılarak raylı sistemlerin güvenirliği ve kullanım kolaylığı sağlanması hedeflenmiştir.
Dünyaya baktığımızda raylı sistemleri özellikle de elektrikli raylı sistemleri kullanan ülkeler her geçen gün bu teknolojilerine bir yenisini daha ekliyorlar.Bizlerin de ülke olarak bu sistemlere daha fazla yatırım yapmamız ve daha fazla vakit ayırmamız gerekir.Konumuza girmeden son birşey daha belirtmek istiyorum,özellikle Avrupa ülkelerinde çalışan raylı sistemlerde hem devlet hem de özel şirketler söz konusu.Bu şekilde yapılacak olan yatırımların hacmi daha da üst sıralara çıkıyor.
1.TREN KORUMA VE KONTROL SİSTEMLERİ
Tren kontrol sistemleri; bir hat üzerindeki trenlerin zaman, sıklık ve kapasitelerinin optimize edilmesi, personel tasarrufu, trafik emniyeti ve etkin tren işletmeciliğini sağlayan sistemlerdir. Demiryolu işletmeciliğinde emniyetli ve verimli bir tren trafiğinin sağlanması amacıyla farklı tren kontrol sistemleri geliştirilmiş olup bunlardan bazıları (ATS) otomatik tren durdurma, (ATP) otomatik tren koruma, (ATC) otomatik tren kontrolüdür.
ERTMS/ETCS Avrupa demiryolu trafik yönetim sistemi/Avrupa tren kontrol sistemi birçok gelişmiş Avrupa ülkesinde kullanılan sinyal sistemlerinden biri olup ülkemizde de Ankara-İstanbul hızlı tren projesi 1. etap kısmında üretici firma tarafından tesis edilmeye başlanmıştır.
Ayrıca demiryollarında elektrikli ulaşımın yapıldığı bölgelerde kurulan SCADA sistemi sayesinde güzergâhta bulunan tüm donanımların kumanda ve kontrolünden yatırım planlamasına çevre kontrol ünitelerinden yardımcı işletmelere kadar bütün birimlerin kontrolü ve gözetlenmesi sağlanabilir.
Gelin şimdi bu konulara biraz göz atalım:
1.1 OTOMATİK TREN DURDURMA SİSTEMİ (ATS)
ATS, ingilizce “Automatic Train Stopping” kelimelerinin baş harfleridir. Otomatik tren durdurma anlamına gelir. ATS, otomatik tren durdurma sistemi, trafiğin elektrikli sinyallerle idare edildiği hat kesimlerinde kırmızı gösteren sinyalin çeşitli nedenlerle izinsiz olarak geçilmesi hâlinde, güvenli tren trafiğini sağlamak amacı ile treni otomatik olarak durduran ve hızı kontrol eden sistemdir.Resim 1.1 de ATS sisteminin ekipmanları görülmektedir.
Sistem yapı olarak yol boyu ve araç donanımlarından oluşmaktadır. Otomatik fren sistemi(ATS), hat boyuna konulan bobin devresi ile çeken araçlara konulan ATS kabin cihazından meydana gelen bir sistemdir.
Kabin cihazı da kabin bobini, ATS kontrol devresi, takometre, gönderici devresi, kumanda paneli, fren tertibatı elektrik bağlantı devresi gibi kısımlardan oluşur. ATS, sinyal bildirisine göre trenin hızını kontrol ederek trenin hızının azaltılması veya durdurulması için makinisti uyarır ve bu uyarıya uyulmaması hâlinde treni otomatik olarak durdurur.
Araç ve yol boyundaki sistemler aşağıdaki blok diyagramda gösterilmektedir (şekil 1.1).
ATS sistemi loko ve yol boyu ekipmanları ile bir bütün olarak çalışır.Alıcı ve verici tertibatlar sürekli birbiriyle haberleşme halindedir.Bu sayede trenin o anki bilgileri merkezde toplanır.
1.2 ATS SİSTEMİNİN ÇALIŞMASI
TSİ ve DRS sisteminde trenlerin sinyali izinsiz ve belirlenen hızın üzerinde veya durmadan geçmeleri hâlinde durdurulması için otomatik fren sistemi kullanılır.
Otomatik fren sistemi, bütün sinyallerin yanına ve lokomotiflerin altına konulan magnetlerle (bobinler) gerçekleştirilir. Her sinyalin yanına mutlaka bir magnet konur ayrıca giriş sinyalinin 300 metre gerisinde ikinci bir magnet bulunur. Magnetler sinyallerin sarı ve kırmızı olmasına göre trenin yavaşlaması veya durması için makinisti uyarır. Kırmızı olan bir sinyalin geçilmesinde otomatik fren hemen devreye girerek treni en kısa sürede durdurur.
Trenlere önden veya arkadan verilen destek lokomotiflerin ve kilometreden istasyona geri dönecek lokomotiflerin otomatik fren sistemi, gerekli hava musluğunun veya anahtarının kapatılması ile iptal edilir.
ATS kontrol (hız) komutu ray hattının yan tarafında yer alan bobin devresinden, tren kabinindeki ATS cihazına gönderilir. ATS kabin cihazı, gelen komut bildirisini tutar ve takometre devamlı olarak tren hızını ölçer. ATS kabin cihazı, fren yapılıp yapılmayacağına karar vermek için trenin seyir hâlindeki hızını belirtilen komut hızı ile karşılaştırır (şekil 1.2).
 |
| Şekil 1.2 İstansyon Giriş-Çıkış Esnasındaki Bilgi Alış-Verişi ve Yol Bobini Yerleşimi |
Aşağıda trenin istasyon giriş-çıkışı esnasındaki standart sinyalizasyon bilgileri verilmiştir.Genel itibariyle kurulan raylı sistemlerde bu bilgiler baz alınır.
- Tren yeşil renk bildiri veren bir sinyali geçerse herhangi bir sınırlama ve uyarı söz konusu değildir.
- Tren sarı sinyali geçerken hızı 65 km/saatin üzerinde ise sistem, makinisti sürekli yanan sarı renkli bir ikaz lambası ve uygun tonda sesli alarmla uyarır. Sesli alarm, makinistin 10 saniye içinde butona basmasıyla iptal edilecektir.
- Sarı sinyali geçtiği andan itibaren 20 saniye içinde trenin hızının 65 km/saatin altına düşürülmemesi hâlinde otomatik frenleme gerçekleşir. 65 km/saat sürekli kontrol edilir. Bu hızın üzerine tekrar çıkıldığında otomatik frenleme gerçekleşir.
- Giriş sinyali kırmızı ise giriş sinyalinden 300 metre öne konulmuş hız kontrol magnetinin üzerinden 40 km/saat hızın altında geçmesi gerekir. Aksi hâlde otomatik frenleme uygulanır.
- Sürekli hız kontrolünden çıkma, 65 km/saat hızın altına düşüldükten sonra serbest kalma butonuna basılmak suretiyle sağlanır. Bu durum kaydedilecek ve sarı sinyali geçerken yanan sarı ikaz lambası sönecektir. Ayrıca sürekli hız kontrolünden çıkma 12 km/saat hızın altında da otomatik olarak gerçekleşir.
Şekil 1.3'teki grafikten de anlaşılacağı gibi, eğer sinyal sarı ve trenin hızı 65km/h'den yüksek ise 10 sn. içinde ikazlı bir şekilde hızını düşürmek zorundadır. Eğer makinist sesli uyarı ikazı dikkate almazsa 20 sn. sonra sistem otomatik olarak treni durdurur. Makinist, sesli uyarı ikazları dikkate alırsa tren normal ilerleyişini yaparak duruşunu gerçekleştirir.
Trenin hızları 65 km/h (74,5 khz ) bobini, 40 km/h (81 khz) bobini kontrol eder. En son durdurmayı 100,5 (khz) bobini kontrol eder. Tüm bu trenin hızları araç üzerindeki kontrol panosundaki manyetik sayaca kaydedilir. Buradaki kayıtlara bakıldığında makinistin geçtiği kırmızı ışıklar kayıtlı tespit edilir.
Acil anlarda veya ATS sisteminin arıza yapması hâlinde (sistem tren sistemi sürekli durduracağından) iptal edilebilir özelliktedir. Bobinler sinyalin 1-2 m önüne monte edilmişlerdir. Direkt sinyallerle bağlantılıdır. Sinyallerin renk bildirilerine uygun olarak magnetler frekans üretir. Tren bu magnetlerin üzerinden geçerken bu frekansı alır ve araç üzerinde bulunan kendi mantık devresinde değerlendirir.
Kendi mantık devresinde kaydedilmiş (65km/h,40km/h) hız trenin miline bağlı takometrenin ölçtüğü hızları karşılaştırır.Burada daki karşılaştırma mekanizması bir nevi PID kontrol sistemi diyebiliriz.Hatta ve hatta kaskad ve ileri beslemeli(cascade and feed-forward) kontrol sistemlerinden de söz edebiliriz.Belirlenen frekanstaki hızlar geçildiğinde otomatik uyarı yapar veya frenlemeyi gerçekleştirir.
Aşağıda ATS sisteminin frenleme tertibatı aktif edildiği frekans ve renk bildirimleri:
74.5 khz = 65 km/h ( sarı renk, yaklaşma sinyali)
81 khz = 40 km/h ( sarı renk, giriş sinyali)
100.5 khz = hemen frenleme (çıkış sinyali)
Bu bilgiler raylı sistemler standartlarında dünyadaki bütün demiryollarında kullanılan sayısal değerlerdir.Bu bilgiler doğrultusunda bütün ATS sistemleri tesis edilir ve devreye alınır.
1.3 ATS SİSTEMİNİN ÜNİTELERİ
ATS sistemi,hem araç içi ekipmanları hem de hat boyu ekipmanları olmak üzere 2 kısımdan meydana gelir.Şimdi bu ekipmanlara biraz göz gezdirelim:
Hat Boyu Magneti ve Sinyali:
Trenlerin emniyetli bir şekilde durabilmelerini sağlayan değişik frekanslarda çalışan pasif (enerji harcamayan) devre elemanlarıdır. Sinyallerin hemen önüne yerleştirilmiştir.Resim 1.2 de hat boyu magneti ve sinyal direğini görebilirsiniz.
Frekansı f = 1/2п√LC göre belirlenmektedir. GR veya YR röleleri enerjilendiğinde veya enerjisiz kaldığında kontaklarını açıp kapayarak frekansları otomatik olarak ayarlamaktadır.
Hat boyu magnetlerindeki bilgilerin sinyal direklerine veya trenden gelen bilgiler ile birlikte merkeze aktarıldıklarını bahsetmiştik.
Peki bu magnetlerde hangi değer bilgi olarak aktarılıyor?
Bilindiği gibi magnetik alan içinde duran veya hareket eden iletkenler üzerinde gerilim ve magnetik kuvvetler oluşur. Yol boyunda duran ve belli frekansta çalışan magnetler manyetik alan oluşturur. Bunun üzerinden belli bir hızla geçen tren manyetik alan çizgilerini değiştirdiğinden üzerindeki magnette gerilim oluşur.
E = d/t( B.S) = B(d/t(S)) = (d/t(B.VL t)) = BLV ( S= V.t) Tren V hızıyla giderken L uzunluğundaki magnetin yüzeyini süpürür başka bir deyimle alanı tarar. Böylece magnette üzerinde oluşan gerilim, tren ne kadar hızlıysa o kadar büyük olur.
E = B.L.V
B: Magnetink alan (weber)
L: Magnetin uzunluğu(m)
V: Trenin hızı (m/sn.) OluĢan bu gerilimin genel denklemi
E = Em Sin (wt+α), ( w= 2IIf)'dir. Buradaki frekans bobindekine eşittir.
Şimdide ATS sisteminin araç içi ekipmanlarına bir göz atalım;
Araç içi ekipmanlar sayesinde ATS sisteminin kontrolü buradan sağlanır.ATS kontrol cihazı osilatörüne ait geri besleme devresini oluşturan bir antendir. Aracın sağ alt veya sol alt kısmına monte edilir (Resim 1.3).
İkaz Göstergesi: NORMAL ve Y olmak üzere iki ikaz göstergesi mevcuttur (Şekil 1-8). Y ikaz göstergesi, ATS kabin cihazı 65 km/saat veya 40 km/saat malumatı aldığı veya otomatik frenleme yapıldığı takdirde yanar. FREE ve RESET butonlarına basılıncaya veya tren hızı 12 km / saatin altına düşünceye kadar bu durum devam eder.
NORMAL ikaz göstergesi; Y göstergesine münhasıran yanar.
İkaz Zili: ATS kabin cihazı 65 km/h bilgisini aldığı veya otomatik frenlemeye geçildiği takdirde çalışmaya başlar. Bu ses makinist, ACK düğmesine basınca kesilir.
ACKNOWLEDGE (Teyit) Butonu: Bu butona basılınca ikaz zilinin sesi kesilir.
FREE (Serbest) Butonu: Bu butona basılmak suretiyle ATS kontrol ünitesinde ezbere tutulan 65 km/saat ve 40 km/saat değerleri iptal edilir. Makinist ilerideki sinyal bildiriminin yeşile döndüğünü gözlemlediğinde bu butona basarak treni serbest hızda kullanabilir.
RUN (İlerle) : Kabin bobini yol boyu bobini üzerinden geçerken bu butona devamlı basmak suretiyle trafik kontrol memuru yetkisi altında kırmızı sinyal geçişi temin edebilir.
RESET (Sıfırlama) Butonu: Tren otomatik frenleme sonucu durdurulduğunda bu butona basılarak fren mekanizması serbest bırakılır.
EMERGENCY (Acil) Butonu: ATS‟ nin bozulması gibi kullanım dışı kaldığı durumlarda bu buton yardımıyla ATS devre dışı bırakılır.
Aşağıdaki blok diyagramda (Şekil 1-9) araç içi ATS sisteminin temel öğelerini görebilirsiniz.
2.OTOMATİK TREN KORUMA SİSTEMİ (ATP)
Gelişen teknolojiyle birlikte sinyal hatalarından dolayı trenlerin çarpışmalarının önlenmesi amacıyla yüksek teknolojiye dayalı sistemler geliştirildi. Bunlardan birisi de ATP‟dir. ATP, ingilizce “Automatic Train Protection” kelimelerinin baş harfleridir.
Otomatik tren koruma anlamına gelir. Trenlerin hızlarını kontrol eden sistem yoldaki sinyallerin tamamlayıcısıdır. Yoldaki sinyalizasyonun verdiği emirleri makinist doğru bir şekilde izlediği ölçüde makinist üzerinde hız kontrolünün direkt bir etkisi yoktur. ATP ancak makinistin eylemleri uygun değil ise trenin kabul edilen azami hızını veya tehlike noktalarını geçmesini önleyecek bir düzeltme yapılması için müdahalede bulunur.
2.1 ATP SİSTEMİNİN YAPISI:
Sistem yapı olarak yol boyu ve araç donanımlarından oluşmaktadır. Otomatik tren koruma sistemi (ATP);
- Yol boyunda bulunan sinyal devreleri ve sinyaller,
- Hat boyu elektronik ünite (LEU),
- Ray devresi ile beraber çalıĢan kod üreticileri
- Çeken araçlara konulan ATP kabin cihazından meydana gelen bir sistemdir.
Kabin cihazı da;
- ATP sinyal kodlarını yakalayan (trenin altına, ilerleyen yönde monte edilmiş ) kod yakalayıcı anten,
- Bilgilerin takip ve kontrol edilerek karşılaştırıldığı işlemci,
- Hızölçer,
- Hızı azaltmaya veya durdurmaya yarayan frenleme sistemi
- Makinistin tüm bilgileri takip ettiği makinist panelinden oluşur.
Bu sistem genel olarak trenin hızını kontrol eder ve trenin gitmesi gereken emniyetli hızla karşılaştırır. Emniyetli hızı oluştururken kırmızı sinyalden trenin uzaklığı, hattın durumu ( eğimi, hız sınırı, kurp vb.) gibi değerler hesaplanır. Eğer bu hesaplanan hız kabinde belirlenmiş hızı geçiyorsa trenin hızını o kesimde belirtilen hıza düşürür veya treni otomatik olarak durdurur.
Burada sinyalleri gösterilmiş olmasına rağmen ATP kullanılan birçok sistemde, hat kenarlarında görülebilir sinyaller yoktur. Çünkü sinyaller sürücü kabin konsoluna direkt olarak aktarılır.
Şekil 2.2‟de gösterildiği gibi ATP ile donatılmış bir hatta her blok kendi track devrelerinin tepesinde elektronik sürat kodunu taşır. Tren sıfır hızı gerektiren bir bloka ya da başka bir trenin bulunduğu bloka girmeye çalışırsa ya da sürat kodu tarafından bildirilmiş müsaade edilen süratin üstünde bir hızda bloka girerse elektronik devreler acil fren işlemini gerçekleştirecektir.
Yol Boyunda: Yol boyunda ilerlenen bölümlerin sinyal görüntüleri izlenir ve her bir bölümde bulunan kod üreticisine geçer. Kod üreticisi ray devresine uygun olan kodu gönderir. Kod trenin altına yerleştirilmiş olan anten tarafından sezinlenerek araçtaki bilgisayara gelir. Bu bilgisayar, trenin gerçek hızıyla kodun gerektirdiği hızı karşılaştırır. Büyükse hemen frenleme başlar.
Bekon (Balis)İletimi:Yukarıda anlatılan ATP sisteminde, ATP bilgisinin ray devresinden trene, kodlu ray devresi kullanılarak iletim, raylar vasıtasıyla gerçekleşir.Bu sistem sürekli bir sistemdir. Çünkü bilgi trene her saniyede ulaşmaktadır. Ama bunun da bir sınırı vardır. Uzun ray devreleri olduğunda kayıplar oluşmaktadır. Bunun için ray boyları yaklaşık 350 m'ye düşürülmüştür. Bu cihazlar pahalı olduklarından, hat boyuna belirli aralıklarla yerleştirilen elektronik bekon kullanılır (şekil 2.3).
Sinyal 2 kırmızıdır ve bu sinyalin bekonu Sinyal 1'den önce yerleştirilmiştir. "Bekon 2" daha sonra gelecek olan sinyalin elektronik bobinidir. “Sinyal 2” kırmızı ise bunun bildirimi “Bekon 1”e gelir ve “Tren 2” bunu sezer, bunun için durma komutunu alır ve “Sinyal 2”nin önünde duracak şekilde ayarlıdır.
ATP kod iletimi değişik tasarımlarla trenlerin duracakları şekilde raylardan veya değişik düzenlemeyle radyo dalgalarıyla kabindeki cihaza ulaştırılır (şekil 2.4). Metrolardaki ATP sistemleri de genelde yukarıdaki açıklamaya göre çalışır. Trenler, birbirlerinin hızlarını ATP kodlu kontrol ederek arka arkaya belli mesafelerde çalışır.
2.3 ATP SİSTEMİNİN ÜNİTELERİ
Hat boyunda bulunan sinyal devreleri ve sinyaller, hat boyu elektronik ünite (LEU), ray devresi ile beraber çalışan kod üreticileri ile çeken araçlara konulan ATP kabin cihazından meydana gelen bir sistemdir.
Kabin cihazı da ATP sinyal kodlarını yakalayan trenin altına ilerleyen yönde monte edilmiş olan kod yakalayıcı anten, bilgilerin takip ve kontrol edilerek karşılaştırıldığı işlemci, hızölçer, hızı azaltmaya veya durdurmaya yarayan frenleme sistemi ve makinistin bilgileri takip ettiği makinist panelinden oluşur (şekil 2.6).
Anten: ATP sinyal kodlarını yakalayan trenin altına ilerleyen yönde monte edilmiş olan kod yakalayıcı bir anten bulunur.
İşlemci: Bilgilerin toplandığı takip ve kontrol edilerek karşılaştırıldığı kısımdır.
Hızölçer: Trenin o anki hızını ölçerek ilgili kısımlara bilgiyi ileten kısımdır
Fren Sistemi: İşlemciden aldığı bilgiye göre hızı azaltmaya veya durdurmaya yarayan sistemdir.
Makinist Paneli: Makinistin bilgileri takip ettiği paneldir.
GSM-R: Yol boyundan gelen bilgiler, interloking cihazına iletilir, interloking cihazı ATP balizi ile beraber çalışır. Bilgileri alarak yol boyundaki radyo blokuna iletir. Radyo bloku da öndeki blokun bilgilerini GSM-R cihazına bildirir. Bu cihaz da radyo dalgaları ile trene iletir. Tren, gelen bu bilgilere göre normal ilerleyişini sürdürür veya otomatik frenlemeye geçer ya da hızını düşürür.
Evet sevgili emogençgantep blog takipçileri,bu yazı dizimizde sizlere elektrikli tren sistemlerinden bahsetmeye çalıştık.Umarım herkese faydalı olur.Bir başka yazımızda görüşmek dileğiyle,
Saygılarımla,
Gökhan TERZİ
Elk.Öğr.
EMOGENÇ Gaün Bşk.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder