RAYLI SİSTEM ÜRÜN GELİŞTİRME FAALİYETLERİ

RAYLI SİSTEM ÜRÜN GELİŞTİRME FAALİYETLERİ

TREN KONTROL VE YÖNETİM SİSTEMİ GELİŞTİRME PROJESİ

ASELSAN Tren Kontrol ve Yönetim Sistemi öncelikli olarak operatör kaynaklı hataları asgariye indirmek için otomatik hız kontrolü, makinist tarafından gönderilen taleplerin uygulanması, araç içi ve araçlar arası haberleşme koordinasyonu, alt sistemlerin izlenmesi vb. işlevleri sağlamaktadır.

Ayrıca sistem, tek bir noktadan trenin merkezi yönetimini sağlayarak; acil durum sistemleri, güç sistemleri, kapı sistemleri, aydınlatma, iklimlendirme, yolcu bilgilendirme ve anons sistemlerini koordine etmektedir.

Tren kontrol ve yönetim sistemlerinin en önemli ve en kritik bileşenlerinden biri tren kontrol ve yönetim bilgisayarıdır. Kapı, düşük gerilim, orta gerilim ve yüksek gerilim yönetimi kompresör gibi sistemleri kontrol etmektedir.

ASELSAN Tren Kontrol ve Yönetim Sistemi’nin kritik bileşenlerinden ASELSAN Tren Kontrol ve Yönetim Bilgisayarı; mimarisi, güvenilirlik algoritmaları, donanımı ve gömülü yazılımı tümüyle özgün olarak geliştirilmiştir.

TREN KONTROL YÖNETİM SİSTEMİ (MİLLİ EMU)

ASELSAN Milli EMU TKYS Çözümü

ASELSAN Tren Kontrol ve Yönetim Sistemi (TKYS), raylı sistem araçlarında kullanılmak üzere tasarlanmış olan bir bilgisayar sistemi olup trenin genel kontrol, yönetim ve tanı işlemlerini yerine getirmektedir. TKYS; donanım, işletim sistemi, kontrol ve izleme uygulamalarından oluşmaktadır. Sistemin ana fonksiyonları aşağıda belirtilmiştir.

1. Tren üzerindeki sensörlerden ve çevre elemanlarından alınan verileri işlemek ve alınan komutlar dahilinde çevre elemanlarını kontrol etmek

2. HMI (Human Machine Interface) arayüzünü kullanarak operatörden alınan komutları işlemek ve operatör tarafından ihtiyaç duyulan verileri operatöre göstermek

3. İşlenen verileri gerçek zamanlı olarak kaydetmek

4. Diyagnostik işlemleri gerçekleştirmek ve gerekli uyarıları operatöre iletmek

5. Diyagnostik verilerin servis yazılımı üzerinden atölye personeline göstermek

TKYS hız gösterimi, fren sistem durumlarının izlenmesi, tren genel yönetimi, sinyalizasyon sistemi ile entegrasyon, tren içi ve trenler arası haberleşme koordinasyonu gibi işlevleri sağlayabilecek yapıdadır. Ayrıca sistem, trenin merkezi yönetimini sağlayarak; acil durum sistemleri, güç sistemleri, kapı, aydınlatma, iklimlendirme, yolcu  ilgilendirme ve eğlence sistemlerini koordine edebilmektedir. Kullanıcı tarafından bir komut aldığında herhangi bir sebeple işlemi gerçekleştiremiyorsa bu durumu kullanıcıya haber vermektedir. Sürücü, arıza durumlarında sistem hakkında bilgilendirilebilmektedir.

TKYS, bilgi edinimi ve aktarılmasını sağlayan ve trene monte edilmiş cihazların çoğunun işlemlerini kontrol eden, yöneten akıllı bir sistemdir:

• İzleme ve kontrol cihazları sistem ile doğrudan arayüzlendirme,

• Performans, güvenlik ve güvenilirlik gereklilikleri düzeyinde trenin yönetimi için zorunlu işletme fonksiyonları yerine getirme,

• Trenin işletimi için personele destek sağlama,

• Merkezi bakım için destek sağlama,

• Farklı konfigürasyonlarda tekrar kullanılması için modüler yapıda tasarım (3’lü, 4’lü, 5’li, 6’lı tren seti konfigürasyonları),

• Kuplaj fonksiyonu ile iki tren setinin birleştirilebilmesi,

• Farklı konfigürasyonlarda tren setleri ile kuplaj yapılabilme (3+4, 5+5, 5+3 vb.)

• Ekipman ve cihazların işletilmesi hakkında detaylı bilgileri içeren geçmiş verileri sağlama.

Tren kontrol ve yönetim sistemini geliştirirken aşağıdaki konularda çalışmalar yapılmıştır.

• Müşteri ile uyumlu çalışarak, müşterinin isteklerine göre HMI ekran tasarım, kontrol sistemleri tasarım, algoritma tasarım vb. geliştirmeleri gerçekleştirilmiştir. Geliştirme süreçlerinde müşteriyle sürekli bilgi alışverişinde bulunulmuştur.

• Dünyada kabul görmüş standartlar uygun tasarım yapılmıştır. EN 50155, UIC-612, EN 50125, EN 61375, EN 45545, EN 50126, EN 50128 vb. standartlarından alınan gereksinimler ile müşteri gereksinimleri harmanlanarak tasarım geliştirilmiştir.

• Tasarım sürecinde sistemin modüler olmasına, bakım yapılabilirliğinin kolay olmasına, güvenilir olmasına, trenin kesintisiz bir şekilde çalışabilmesi için yedekli yapıda olmasına, diğer alt bileşenler ve sistemlerle uyumlu çalışabilmesine ve kullanımının kolay olmasına dikkat edilmiştir.

SİSTEM EKİPMANLARI

TKYS’yi oluşturan tüm ekipmanların listesi aşağıda verilmiştir.

• CCU (Central Control Unit - Merkezi Kontrol Birimi): Her sürücü kabini için birer adet merkezi kontrol ve kayıt ünitesi

• RIOM (Remote Input Output Module): Sürücü kabini, orta araçlar için uzaktan erişimli I/O modülleri

• HMI: Her sürücü kabini için ikişer adet kontrol ve diyagnostik monitörleri

• MVB (Multifunctional Vehicle Unit) tekrarlayıcı: Orta araçlar için gerekli olması durumunda MVB tekrarlayıcı

• WTB (Wired Train Bus) ağ geçidi birimi: Her sürücü kabini için MVB/WTB dönüştürücü TKYS sistem içi bağlantı kabloları ve konektörleri

Sistem yedekli yapıda olacak şekilde tasarlanmıştır. Yedekliliğe sahip ekipman hatalarının tanınması durumunda çalışan ekipmana otomatik olarak geçiş sağlanabilmektedir. Sistemdeki RIOM ve CCU bağlantıları da dahil olmak üzere yedekli yapıdadır. RIOM sayıları platformdaki ihtiyaca göre değişebilmektedir.

Tren iletişim ağına bağlı tüm akıllı ve akıllı olmayan üniteler CCU ile kontrol edilebilmektedir. Farklı yerlere dağıtılmış farklı üniteler TCN (Train Communication Network) tren veri yolunu kullanmaktadır ve bu veri yolu IEC 61375-1 standartları ile uyumludur. Trende TCN’i desteklemeyen cihazlar mevcut ise seri haberleşme arayüzü (CAN)  kullanılarak ana sisteme bağlantı sağlanmaktadır. Ayrıca, iletişim ağına ilave üniteler eklenerek sistemi genişletmek mümkün olmaktadır. Yeni kurulumu yapılan üniteyi tespit etmek ve iletişim kurabilmek için veri yolu konfigürasyonu ve uygulama yazılımının güncellenmesi gerekmektedir.

Buna ilave olarak TKYS dijital ve analog fiziksel bağlantılı arabirimlerle tren mantık devresi ve alt cihazlarla irtibatlıdır. Bu ara birimler izleme ve spesifik kontroller gibi ana işlevleri yerine getirmede TKYS’yi desteklemektedir.

Sürücü kabinindeki CCU (MKB) olaylar, arızalar ve araç statüsü ile ilgili bilgileri kendi iç veri tabanında derleyip saklayabilmektedir. Arıza bilgileri HMI ile gösterilebilmekte veya uzun vadeli kayıt ve bağlantısız ilave analizler için de bilgisayar üzerinden çalıştırılan servis yazılımına ethernet bağlantısı ile yüklenebilmektedir.

Sistemde kullanılan bütün donanımlar EN 50155 standardına uygundur. Sistemin en önemli ünitesi olan CCU ve RIOM birimleri ASELSAN öz kaynakları kullanılarak standartlara göre geliştirilmiş ve özgün bir tasarıma sahiptir. CCU üzerinde bulunacak modüller aşağıda listelenmiştir.

• Güç çevrim modülü

• Merkezi işlemci modülü

• Dijital arayüz modülü

• Analog arayüz modülü

• CAN arayüz modülü

• MVB arayüz modülü

• Ethernet anahtarlama modülü

• WTB ağ geçidi

Merkezi işlemci modülü yeni nesil işlemci ile çalışmaktadır. Merkezi işlemci modülü üzerinde yer alan kalıcı ve geçici bellekler uygulama yazılımının gereklerini karşılayabilecek büyüklükte DDR3 ve SDRAM sahiptir. CCU üzerinde en az 30 günlük sürekli çalışma bilgisini saklayabilecek kayıt modülü yer alacaktır.

SİSTEM ARAYÜZLERİ

Sistemin kullandığı iç ve dış arayüzlere ait bilgiler aşağıdaki tabloda listelenmiştir.

TKYS SİSTEMİNİN ARAYÜZÜ OLAN ALT SİSTEMLER

TKYS, demiryolu uygulamalarında, demiryolu taşıtlarında kullanılan ekipmanın kontrolünü ve izlenmesini sağlayan modüler dağıtılmış bir bilgisayar sistemidir. TKYS, aşağıdaki alt sistemleri/alt birimleri izlemekte, kontrol etmekte veya yönetmektedir:

• Kapı Kontrol Sistemi

• İç Aydınlatma

• Dış Aydınlatma

• Yolcu Bilgi Sistemi

• HVAC (Heat Ventilation Air Conditioning)

Sistemi

• HMI Yönetimi

• CCTV (Close Circuit Television) Sistemi

• Fren

• Çekiş

• Hava Kompresör Yönetimi

• Batarya Şarjör

• Transformatör

• Yangın Algılama Sistemi

• Yardımcı Konvertör

• Ana Devre Kesici

• Orta Gerilim Kontaktörleri

• Yüksek Gerilim Kontaktörleri

• Otomatik Hız Kontrolü

• Pantograf

• Motor Soğutma Sistemi

• Kumlama Sistemi

• Boden Yağlama

• Tuvalet

• ERTMS (European Rail Traffic Management System)

TKYS FONKSİYONEL MİMARİSİ

TKYS, birbiri ile ilişkili olan ve belli sistem gereksinimlerini yerine getiren alt sistemlerden oluşmaktadır. Alt sistemler, aralarındaki arayüzler üzerinden veri paylaşımı yapmakta ve bu verileri kullanarak sistem fonksiyonlarını gerçekleştirmektedirler. Sistem haberleşme mimari yapısı aşağıda gösterilmiştir.

Tren haberleşme mimarisinden görüldüğü gibi CCU’lar, HMI’lar ve servis yazılımı uygulaması yüklü bilgisayarlar ile Ethernet üzerinden haberleşmektedir.

CCU’ların MVB haberleşmesi ile bağlı olduğu birimler; tüm RIOM’lar, TCU’lar (Traction Control Unit), BCU’lar (Brake Control Unit), WTB ağ geçidi birimleri, MVB tekrarlayıcı ve olay kaydedici birimidir.

Her tren setinde bir araçta bulunan RIOM birimi HVAC, PASPIS (Passenger Announcement System/ Passenger Information System), FDU (Fire Detection Unit), Tuvalet, Kapı İç kapı alt sistemleri ile CAN üzerinden haberleşmektedir. CAN haberleşme ağı üzerinden RIOM’a gelen veri ilgili RIOM üzerinden CCU birimine gönderilmektedir.

RIOM birimleri tren üzerinden gelen kablolu sinyallerin CCU’ya gönderilmesinden sorumludur.

5’li tren seti üzerinde 32 birim (TKYS, RIOM, CER, Fren ve WTB/MVB Gateway) MVB ile, 61 birim (Klima, Kapı, Yolcu Bilgilendirme, Yangın Algılama, Tuvalet) TKYS sistemi üzerinden haberleşmektedir.

SISTEM YAZILIMLARI

Sistemde kullanılan CCU, RIOM ve HMI donanımları içerisinde uygulama yazılımları koşmaktadır. Milli EMU tren kontrol ve yönetim sistemi için HMI yazılımı, merkezi kontrol algoritması/yazılımı, uzak giriş/çıkış modül yazılımı ve servis yazılımının geliştirilmesi gerçekleştirilmiştir.

CCU YAZILIMI

Merkezi kontrolün yapıldığı, tren bilgilerinin değerlendirilerek algoritmaların koştuğu ve makiniste gösterilecek olan verilerin değerlendirilmesinin yapıldığı yazılımdır.

RIOM YAZILIMI

Uzak giriş çıkış birimi yazılımı tren üzerinde dağıtık birimlerden, sistemlerden bilgilerin toplanması ve tren yönetimi için gerekli olan çıkış sinyallerinin alt birim veya  sistemlere gönderilmesini sağlayan yazılımdır. Donanımdaki kartlar ihtiyaca göre konfigüre edilebilmektedir. Yazılım ise konfigürasyon dosyası üzerinden yeni birim konfigürasyonuna uygun hale hızlı bir şekilde getirilebilmektedir.

HMI YAZILIMI

HMI Yazılımı makinistin treni konforlu ve güvenli olarak kullanabilmesi için ihtiyacı olan tüm bilgiyi sunmak üzere UIC 612 standardına göre tasarlanmıştır. Dokunmatik ekran üzerinden sayfalar arası geçiş yaparak alt sistem izlemesi ve bazı kontrolleri HMI üzerinden yapabilmektedir. HMI üzerinden “Sürücü” ve “Bakım” modları arasında geçiş yapılabilmektedir. Bu sayede kullanıcı özelliğinin değişmesi ile sayfalarda görüntülenecek veriler ve kontrollerin detayları sınırlandırılmakta veya serbest bırakılmaktadır.

SERVİS YAZILIMI

Servis yazılımı, Windows 10 ve üzeri işletim sistemine sahip bilgisayarda çalışan bakım personeline destek olan bir ara yüzdür. Servis yazılımı özellikleri:

• Yazılım Yükleme,

• CCU yazılımının haberleştiği birimlere ait bilgileri gösterme,

• Arıza kayıtlarını okuma,

• CCU yazılımının çalışma parametrelerini okuma,

• CCU yazılımının çalışma parametrelerini değiştirme,

• CCU/RIOM çıkışlarını simüle edebilme

TKYS KUPLAJ FONKSİYONU

Akuple tren setlerinde TKYS, tren setlerinin algılanması ve iş birliği yapabilmesi için önemli bir rol oynamaktadır. TKYS, bir tren setindeki tüm araçların kontrolünü sağlamakta ve bu araçlar arasında haberleşmeyi koordine etmektedir. Aşağıda, ASELSAN TKYS çözümünün akuple tren setlerindeki çalışma şekli hakkında bilgi verilmiştir:

Tren Algılama ve Tanıma: TKYS, her bir aracın varlığını otomatik olarak algılamaktadır. HMI konfigürasyonunu otomatik olarak akuple olan trenlere göre güncellemektedir. Bu, trenlerin tespit edilmesini ve uygun şekilde yönetilmesini sağlamaktadır.

Haberleşme ve Veri Aktarımı: TKYS, araçlar arasında haberleşmeyi sağlamaktadır. Kablolu WTB haberleşme protokolünü kullanarak araçlar arasında veri aktarımı gerçekleştirilmektedir. Bu sayede, araçlar arasında bilgi alışverişi yapılabilmekte ve koordinasyon sağlanmaktadır.

Kontrol ve Yönetim: TKYS, tren dizisindeki tren setlerinin kontrolünü sağlamaktadır. TKYS, trenlerden gelen verilere dayanarak optimal çalışma koşullarını sağlamak için algoritmalara dayalı kararlar almaktadır.

Hata Tespiti ve Teşhis: TKYS, trenlerdeki hataları tespit teşhis etmektedir. Sensörler aracılığıyla araçların durumunu izlemekte ve arıza veya anormallik durumunda ilgili uyarıları üretmektedir. Bu sayede, bakım ihtiyaçları belirlenmekte ve hızlı müdahale sağlanmaktadır.

TKYS, akuple tren setlerindeki araçlar arasında sürekli olarak veri alışverişi yaparken, bunları analiz etmekte ve gerekli kontrolleri sağlamaktadır. Böylece, tren setinin tüm araçlarının senkronize bir şekilde çalışmasını ve güvenli bir şekilde seyahat etmesini sağlamaktadır.

HAFİF RAYLI ARAÇLAR İÇİN ÇEKİŞ SİSTEMİ GELİŞTİRME PROJESİ VE ANKARA METRO ARAÇLARI MODERNİZASYONU

Tramvay ve Metro araçlarında kullanılmak üzere, özgün çekiş/kontrol sistemi geliştirmek amacıyla ASELSAN tarafından Hafif Raylı Araçlar için Çekiş Sistemi Geliştirme Projesi, yürütülmüştür.

Proje kapsamında Çekiş Sistemi, Tren Kontrol ve Yönetim Sistemi algoritma ve yazılımları ile birlikte Yardımcı Güç Sistemi tümüyle özgün olarak geliştirilmiştir.

Projede araç platformu olarak, Ankara Büyükşehir Belediyesi EGO Genel Müdürlüğü ile ASELSAN arasında yapılan bir iş birliği protokolü kapsamında Ankara Metrosu 3’lü metro araç seti kullanılmaktadır. Yenilenen metronun tüm statik ve dinamik devreye alma faaliyetleri başarı ile tamamlanmıştır.

HİBRİIT MANEVRA LOKOMOTİFİ GELİŞTİRME PROJESİ

TCDD Taşımacılık A.Ş filosunda bulunan bir adet DE11000 manevra lokomotifinin prototip olarak modernize edilmesi maksadıyla çalışmalar yapılmıştır. Modernizasyon sonucunda, işletme ve bakım maliyetleri daha az, akustik gürültü ve zararlı emisyon değerleri daha düşük olan Hibrit Manevra Lokomotifine (HML) dönüşüm hedeflenmiştir.

Modernizasyon faaliyetleri kapsamında mevcut DE11000 tipi lokomotifin yalnızca bojisi ve şasisi kullanılmaktadır. Lokomotif üzerindeki diğer tüm alt sistemler ve birimler yeniden tasarlanmakta veya tedarik edilmektedir. Proje kapsamında;

• Lokomotifin, uluslararası standartlara (UIC-505, UIC-612, UIC-651, EN-45545, EN50126, EN50128, EN-50129, EN- 50155) uygun olarak tasarımının yapılması,

• Operatör kabininin, her iki yönde kolay kullanımı sağlayacak şekilde, ortaya taşınması,

• Ergonomik operatör konsolu tasarımının yapılması,

• Lokomotifin modern iç-dış endüstriyel ve mekanik tasarımlarının yapılması,

• Tren Kontrol ve Yönetim Sistemi, Cer Sistemi (Cer Motoru İnvertörü, Yardımcı Güç Ünitesi, Buck&Boost Konvertörü), Çekiş Bataryası ve Batarya Yönetim Sistemi özgün tasarımı ve üretimi,

• İleri seviye kontrol algoritmaları ile çalışma modları ve senaryoların tanımlanarak geliştirilmesi,

• Lokomotif üzerindeki mevcut cer motorlarının sistem tasarımına uygun olarak yeniden tasarlanması ve test edilmesi,

• Dizel jeneratör seti, fren sistemi, soğutma sistemi ve araç üstü batarya şarj sistemi gereksinimlerinin sistem tasarımına göre oluşturulması,

• Sistem elektrifikasyon ve kablaj tasarımının yapılması,

• Pnömatik hat tasarımının yapılması

faaliyetleri ASELSAN tarafından yürütülmüştür.

Hibrit Manevra Lokomotifi Geliştirme Projesinin en önemli bileşenlerinden biri olan Cer Sistemi’nin sorumluluğunu ASELSAN üstlenmiştir. Bu kapsamda, cer motorlarının kontrolü için Cer Sürücüsü, Çekiş Bataryası güç aktarımı için Buck&Boost Konvertör ve araç üzeri 3x400VAC, 1x230VAC ve 24VDC gerilim ihtiyaçlarının karşılanması için Yardımcı Güç Ünitesi geliştirilmiştir. Tasarımı ve üretimi ASELSAN’a ait olan Cer Sistemi, DSP tabanlı kontrol elektroniği, yeni nesil IGBT ve SiC MOSFET teknolojisi ile  modüler mimariye sahiptir.

İleri ve esnek kontrol algoritmaları sayesinde, farklı tipteki AC motorlar yüksek verimlilikte ve hassasiyette kontrol edilebilmektedir. Rejeneratif frenleme, kayma/kızaklama giderme, paralel AC motor kontrolü, yedekli çalışma, yüksek akım ve gerilim koruması ve yüksek verimli anahtarlama teknikleri özgün olarak geliştirilen algoritmalar arasında yer almaktadır.

Hibrit Manevra Lokomotifi Geliştirme Projesinin diğer önemli bileşenlerinden Tren Kontrol ve Yönetim Sistemi donanım ve yazılımı da ASELSAN tarafından geliştirilmiştir.

Modüler yapıda tasarlanan Tren Kontrol ve Yönetim Sistemi bilgisayarı raylı ulaşım araçları için kabul görmüş standartlarca (IEC61508, EN50155 Tren Kontrol ve Yönetim Sistemi gibi) tariflenen güvenilirlik seviyelerine sahip olup; mimarisi, kontrol, güvenilirlik algoritmaları, donanımı ve gömülü yazılımı ile tümüyle özgün olarak geliştirilmektedir.

TKYS, modüler yapısı sayesinde, haberleşme ara yüz ihtiyacına göre (Örnek: I/O sayısı ve tipleri) yapılandırılabilmektedir.