Emniyet Kontrolörleri – Muhammet Işık https://muisik.com Endüstriyel Çözm Mimarı Thu, 19 Mar 2026 21:29:56 +0000 tr hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.9.4 https://muisik.com/wp-content/uploads/2026/01/cropped-favicon-32x32.png Emniyet Kontrolörleri – Muhammet Işık https://muisik.com 32 32 Safety-Critical HMI Sistemlerinde Fieldbus Entegrasyonu https://muisik.com/tr/safety-critical-hmi-sistemlerinde-fieldbus-entegrasyonu/ Thu, 19 Mar 2026 18:39:44 +0000 https://muisik.com/?p=2400 ANSYS SCADE Display platformunda tasarlanan HMI ekranlarının, sahadaki HIMA HiMatrix F35 güvenlik PLC’leri ile Modbus TCP/IP üzerinden haberleşmesini sağlayan C99 tabanlı standart bir middleware.

Kapsam: SCADE’in kapalı döngü yapısı ile kontrol katmanı arasında veri alışverişini sağlamak amacıyla geliştirilmiş, zero-copy prensibiyle çalışan bir entegrasyon uygulaması.

Proje Künyesi

Parametre

Değer

Kategori

Sistem Entegrasyonu

Teslimat Tipi

Embedded Middleware

Durum

Proof of Concept / Akademik Bildiri Yayınlandı

Rol

Embedded Systems Developer

Ölçek / Kapsam

Lokal Haberleşme (4 Hat Kesimi, 6 Sinyal, 1 Makas)

Mevcut Durum ve Sorun

Bağlam: İTÜ Raylı Sistemler Laboratuvarı’ndaki anklaşman simülasyon sisteminin endüstriyel standartlara uygun HMI yapısına taşınması. Kritik Sorunlar: SCADE Display kapalı sistem mimarisi nedeniyle HIMA PLC’ler ile Modbus haberleşmesi kurulamaması ve dinamik saha konfigürasyonu eksikliği.

Bileşen

Durum / Gereksinim

HMI Platformu

SCADE Display içerisinde yerleşik (native) Modbus arayüzünün bulunmaması

Kontrol Katmanı

HIMA HiMatrix F35 PLC’ler ile Modbus TCP/IP üzerinden haberleşme zorunluluğu

Saha Konfigürasyonu

Her istasyon için değişen IP/port ve register haritalarının (runtime) yönetimi

Sistem Boyutu

4 hat kesimi, 6 sinyal, 1 makas ve 4 rotadan oluşan lokal anklaşman devresi

Çözüm Mimarisi ve Aksiyon

Mimari Yaklaşım

💡 Mimari Kısıt Değerlendirmesi: SCADE platformu DO-178C / EN 50128 sertifikasyon bütünlüğünü korumak adına tüm asenkron dış ağ operasyonlarından arındırılmış “kapalı bir sistem” tasarım felsefesine sahiptir. Bu nedenle laboratuvardaki fiziksel PLC entegrasyonu için doğrudan dışarıdan asenkron çalışan bağımsız bir middleware katmanının geliştirilmesi zorunlu olmuştur.

SCADE’in ürettiği kod ile libmodbus arasında bir C99 middleware wrapper katmanı tasarlandı:

Haberleşme Akışı

Uygulanan Metodoloji

  • Zero-Copy Entegrasyon: SCADE ana döngüsüne doğrudan hook yaparak kopya maliyetini ortadan kaldırdık.
  • Dinamik Konfigürasyon: Saha kurulumunda yeniden derleme gerektirmemek için 3 bölümlü INI dosyası kullandık.

Güvenlik mekanizması: Eksik veya bozuk konfigürasyon dosyası algılandığında, sistem varsayılan ayarları (localhost bağlantısı) otomatik oluşturur ve kaydeder.

  • Auto-Reconnection: Endüstriyel ortamlarda bağlantı kopmaları kaçınılmazdır.
  • Değişim Algılama (Change Detection): Ağ trafiğini optimize etmek için batch read ve selective write stratejisi uygulandı.

Mimari Karar: HMI donanımlarında fiziksel olarak eşzamanlı çoklu komut işleme durumu kısıtlı olduğundan, çıkışlar sıralı bir döngüde değerlendirilir. Bu yapısal tercih, gereksiz fieldbus trafiğini (network flooding) engeller.

  • Thread-Safe Logging: Kritik sistemlerde her olay kaydedilmelidir.

Anklaşman Kapsamı

Bileşen

Adet

Detay

Hat Kesimi (TC)

4

TC01–TC04

Sinyal (SN)

6

Giriş + çıkış sinyalleri

Makas (SW)

1

Normal / Reverse

Rota (RT)

4

RT01–RT04 kombinasyonları

Örnek rota: RT01: SN01E → TC01 → TC04 → TC02 → SN02E (Makas: Normal)

Emniyet Kuralı: Kritik tasarım ilkeleri gereği, sistem tarafından açıkça talep edilmeyen tüm sinyaller varsayılan olarak kısıtlayıcı duruma (kırmızı) geçecek şekilde kurgulanmıştır.

Sonuçlar ve Operasyonel Kazanımlar

Sayısal Kazanım: (PoC düzeyinde laboratuvar testlerinde elde edilen potansiyel değerler)

Metrik

Değer / Durum

Döngü Süresi

~8ms ortalama gecikme

Bağlantı Yönetimi

Hata durumunda otomatik yeniden bağlanma (auto-reconnect)

Konfigürasyon

Parametrik yapı sayesinde derlemeden bağımsız devreye alma

Ağ Trafiği

Change detection algoritmaları ile yalnızca değişen register’ların aktarımı

Doğrulama

HIMA HiMatrix F35 PLC (SILworX) ve fiziksel test yatağı üzerinde doğrulama

Proje Görselleri

  • Model train layout in spacious room

İlgili Bağlantılar

📂 Kaynak Kod: Github/ansys-scade-modbus-integration-middleware 
🔗 TOK 2025 Bildiriyi İndir: SCADE Modbus Bildiri (PDF)

Yazarlar: Dora Demir¹, İbrahim Can Kolotoğlu², Muhammet Işık², Serhat Boynukalın³, Mehmet Turan Söylemez²
¹ İTÜ Elektronik ve Haberleşme Müh. | ² İTÜ Kontrol ve Otomasyon Müh. | ³ İTÜ Lisansüstü Eğitim Enstitüsü

Bu çalışma, İTÜ EEF Raylı Sistemler Laboratuvarı’nda gerçekleştirilmiş ve Türkiye Otomatik Kontrol 2025 (TOK 2025) konferansında yayınlanmıştır.

]]>