Demiryolu elektrifikasyon sistemleri için dinamik test ve ölçüm sisteminin gerçekleştirilmesi
Realization of dynamic test and measurement system for railway electrification systems
Yazar: ŞAKİR PARLAKYILDIZ
Danışman: PROF. DR. MUHSİN TUNAY GENÇOĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde demiryolu ulaşımına olan talep giderek artmaktadır. Ülkemizde bu alandaki çalışmalar 2007 yılından sonra hız kazanmıştır. Şu anda Ankara-Konya ve Ankara-Eskişehir hatlarında, hızlı trenler 250 km/saat hıza ulaşarak hizmet vermektedir ve yolculuk süresi ciddi oranda kısalmaktadır. Türkiye'de demiryolu alt yapı çalışmaları devam ederken, yapılan yolların ve tren setlerinin bu hızlara uygunluğu, yol ve yolcu güvenliği açısından büyük önem arz etmektedir. Yol ve yolcu güvenliğini sağlamak için yapılan testler 3 ana başlık altında toplanabilir. Bunlardan birincisi elektrifikasyon hattı üzerinde yapılan kontroller, ikincisi ray profili ölçümleri ve üçüncüsü ise tekerlek – ray etkileşim ölçümleridir. Trenin hareket etmesi için gerekli olan enerji elektrik hattından sağlanmaktadır. Raylı sistem aracının sürekli olarak enerjili olabilmesi için, elektrik hattı ile pantograf arasında sürekli bir temas olmalıdır. Pantograf ve katener arasındaki çok kısa süreli bir temassızlık bile raylı sistem aracını ve içindeki elektronik sistemleri olumsuz olarak etkilemektedir. Bu nedenle pantograf ve katener etkileşimi dinamik ve statik olarak belirli periyotlarla test edilmelidir.
Ülkemizde demiryollarının test ve ölçümleri yurt dışı menşeli firmalara km başına belirli ücretler ödenerek yaptırılmakta veya sistemler bufirmalardan satın alınmaktadır. Bu durum ülke kaynaklarının dışarıya gitmesine neden olmaktadır. Bu çalışmada, yerli donanım ve yazılımlar kullanılarak, yurt dışında yapılan test sistemlerine muadil bir sistemgeliştirilmiştir.
Bu çalışmada, hem NI ürünleriyle uyumu hem de verimli çalışması açısından Labview yazılımı tercih edilmiştir. Yazılımlar yapılırken her bir modül ve birlikte çalışacağı algılayıcılar ayrı ayrı test edilmiş, daha sonra yazılımın içine teker teker entegre edilmiştir. Grafik ara yüzünde; 4 adet yük hücresini eş zamanlı ölçmek ve grafikleri görüntülemek için 4 adet yük hücresi grafiği, 4 adet ivme ölçer algılayıcısını eş zamanlı ölçmek ve grafikleri görüntülemek  için 4 adet ivme ölçer algılayıcısı grafiği, 1 adet dezeksman grafiği, 1 adet toplam kuvveti ölçen grafik, 1 adet GPS verilerinin gösterildiği ekran ve 1 adet de Google maps programıyla entegre, trenin gerçek zamanlı konumunu gösteren harita bulunmaktadır. Algılayıcılar ve GPS cihazından gelen veriler senkron hale getirilmiş olup, csv dosya formatında gerçek zamanlı olarak bilgisayara kaydedilmektedir. Yapılan yazılımda kayıtlar sadece tren hareket ettiğinde alınmakta olup, tren durduğunda herhangi bir kayıt alınmamaktadır. Bu durum hafızada fazla yer işgalinin önüne geçmektedir. Sistem bu haliyle ulusal bazda ölçüm yapan trenlerin kapasite olarak üzerinde olup, Google maps desteği sistemi bir adım ileriye taşımaktadır.
Bu çalışmada, ölçüm sonuçları ek bir yazılım ihtiyacı duyulmayacak şekilde kayıt altına alınmaktadır. Verilerin kaydedilmesinden sonraki aşama ise bunların uzman bir personel tarafından yorumlanması ve hatta arıza olup olmadığının tespit edilmesidir. Bu amaca uygun olarak derin öğrenme algoritmalarından faydalanılmış olup, eğitim sonuçları % 98,54 oranına kadar başarılı olarak test edilmiştir.

Abstract:
Today, the demand for railway transportation is increasing. Studies in this field in Turkey have accelerated after 2007. Currently, high-speed trains operate on Ankara-Konya and Ankara-Eskişehir lines, reaching a speed of 250 km / hour and the travel time is significantly shortened. While rail infrastructure work in Turkey remains , this rate the appropriateness of made roads and train sets are of great importance in terms of road and passenger safety. The tests performed to ensure road and passenger safety can be grouped under 3 main headings. The first of these is the controls on the electrification line. The energy required for the movement of the train is provided from the power line. In order for the rail system vehicle to be continuously energized, there must be continuous contact between the power line and the pantograph. Even a short-term non-contact between the pantograph and the catenary adversely affects the rail system vehicle and the electronic systems inside. For this reason, pantograph and catenary interaction should be tested dynamically and statically in certain periods.
In Turkey, tests and measurements of railways are made by companies of foreign origin by paying certain fees per km or systems purchased from those companies are purchased. This situation causes our country resources to go out. With this work, a system equivalent to the test systems made abroad has been developed with our own hardware and software configuration. Labview software was preferred in the study in terms of both its compatibility with National Instrument products and its efficient operation. While the software was being developed, each module and the sensors it will work with were tested separately and then integrated into the detailed software one by one. Four load cell graphs to measure four load cells simultaneously and display the graphs on the graphical interface, four accelerometric sensor graphs to measure four accelerometer sensors simultaneously and display the graphs on the screen, a detachment graph, a graph measuring total force, There is a screen showing GPS data and one map showing the real time location of the train integrated with Google maps program. The data coming from the sensors and the GPS device are synchronized and saved to the computer in real time in csv file format. In the software, the records are only taken when the train is moving, and no record is taken when the train stops, which prevents extra space occupation. The system is now above the capacity of trains that measure on a national basis, and Google maps support takes the system one step further.
In this study, the measurement results are recorded in csv format that can be accessed by everyone. The next step after saving the data is to interpret them by an expert personnel and even to determine if there is a malfunction. For this purpose, deep learning algorithms were used and the training results were tested successfully up to 98,54%.