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

Proje Künyesi

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.

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

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)

Proje Görselleri

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.

Anklaşman sistemlerinde yüksek güvenlikli endüstriyel röleler kullanılabilir mi? Yoksa sadece sistem seviyesinde sertifikalandırılmış SIL 4 rölelere mi izin var? Bu soru, sektörde yaygın bir kavram kargaşasına işaret eder. Cevap basit değildir: Kullanımın spesifik mimari şartları vardır.

Teorik Arka Plan

Güvenlik Rölelerinin İki Dünyası

Demiryolu güvenliğinde röle seçimi, tasarım felsefesine ve sertifikasyona bağlıdır. İki ana kategori vardır:

Hayati (Vital) Röleler

Bu röleler, demiryolu sinyalizasyonunun altın standardıdır ve yüzyıllık mühendislik mirasına dayanır.

Yerçekimi Güvenliği (Örn: Mors Smitt N.S1):

• Bobin enerjisi kesildiğinde kontakların açılması pürüzsüz bir yay kuvvetine değil, bizzat yerçekimine emanet edilir.
• Yay yorulabilir veya kırılabilir, ancak yerçekimi asla kaybolmaz.
• Bu nedenle röleler her zaman tasarımda belirtilen belirli bir dikey yönde monte edilmek zorundadır.

Karbon-Gümüş Kontak Teknolojisi (Örn: Clearsy RS4):

• Kontak uçlarından biri gümüş, diğeri karbon (grafit) alaşımlı malzemeden üretilir.
• Karbon yapısı gereği gümüşe kaynamaz; bu durum kontakların yapışmasını metalürjik olarak engeller.
• Kontak yapışması fiziksel olarak neredeyse imkansız hale getirilir.

Endüstriyel Emniyet Röleleri: Zorlamalı Kılavuzlama

EN 61810-3 (eski EN 50205) standardına göre üretilen bu röleler, tamamen farklı bir güvenlik stratejisi izler. Dold, Finder ve Arteche gibi firmaların bu sınıfta endüstri standardı haline gelmiş ürünleri mevcuttur.

Mekanik Bağlantı Prensibi:

• Normalde Açık (NO) ve Normalde Kapalı (NC) kontaklar mekanik bir çubukla (tarak) birbirine kilitlenmiştir.
• Bir NO kontak yüksek akımdan ötürü yapışırsa, mekanik çubuk NC kontağın kapanmasını ve sistemin güvensiz duruma geçmesini fiziksel olarak engeller.
• Standardın gereği olarak kontaklar arasında en az 0.5 mm boşluk garantisi sağlanır.

Kritik Fark:

Bu röleler yapışmanın metalürjik olarak gerçekleşmesini önlemez; sadece yapışma gerçekleştiğinde bu durumu kontrolcüye haber verir.

Bobin Enerjisi Kesilir Yay Gücüyle Kontak İtilir

Kontak Yapıştı mı?

Kontak AÇILIR
(Normal Durum)

NC Kontak AÇIK Kalır(Mekanik Arıza) PLC Algılar veSistemi KİLİTLERHayırEVET!

VITAL RELAY

Bobin Enerjisi Kesilir Çapa YERÇEKİMİ ile Düşer Karbon-Gümüş Kontak Açılır

GÜVENLİ DURUM

Araştırma Detayı: Kök Neden Analizi

Saha Senaryosu: Anklaşman Panolarında Röle Seçimi

Bir EPC (Mühendislik, Tedarik ve Kurulum) yüklenicisi, elektronik anklaşman projesinde röle seçimi yapmaktadır. İki seçenek masadadır:

Maliyet Farkı: Sahadaki birim başı maliyet farkı yaklaşık 10 kattır. Kritik Soru: Tasarımda Seçenek B kullanılabilir mi?

Neden Endüstriyel Röleler Tek Başına SIL 4 Değil?

Çıkarım: Endüstriyel emniyet röleleri kendi başlarına SIL seviyesine sahip değildir. Ancak teşhis kapsama oranı %99 olan yedekli bir mimaride (1oo2 yedeklilik ve geri okuma bağıntısı ile) CENELEC SIL 4 standartlarında bir sistemin parçası olarak kullanılabilirler.

Mimari Çözüm ve Operasyonel Mantık

Pazarda iki farklı güvenlik mimarisi mevcuttur. Biri güvenliği “satın almayı”, diğeri ise güvenliği “inşa etmeyi” temel alır.

Yaklaşım A: Bileşen-Seviyesi Mimari

Temsilci: Clearsy RS4 Serisi

Bu yaklaşım, ürünün kendisini sertifikalı bir kara kutu olarak konumlandırır. Röle, donanım tasarımı ve üretim aşamasında SIL 4 şartlarına göre tasarlanmış, dahili yedekliliğe ve fail-safe yeteneğine sahip mühürlü bir ünitedir.

• Çalışma Prensibi: Entegratör, röleyi standart endüstriyel röle mantığıyla sürer. Ürünün güvenlik kanıt dosyası doğrudan üretici tarafından sağlanmıştır.
• Kablolama: Sadece çekici bobin ve iletim kontak uçları bağlanır. Harici bir kontrol kablosuna veya emniyet PLC’si tarafında özel bir izleme yazılımına ihtiyaç duymaz.
• İç Mekanizma: Röle içindeki mekanizma ve yerçekimi konfigürasyonu, kontakların yapışma riskini kendi içinde elimine eder.

Ticari Denklem:

•  Tak-Çalıştır: Entegratör için mühendislik yükü ve Bağımsız Emniyet Değerlendiricisi (ISA) onay süreci minimumdur.
•  Maliyet: Tekil birim maliyet son derece yüksektir (~500€).
•  Tedarik Zinciri: Tek veya çok kısıtlı tedarikçiye (Monopol) tam bağımlılık yaratır.

Yaklaşım B: Sistem-Seviyesi Mimari

Temsilciler: Arteche, Finder, Dold (Zorlamalı Kılavuzlu Röleler)

Bu yaklaşım, standart emniyet rölelerini zeki bir sistem mimarisi ile bir araya getirerek SIL 4 hedefine ulaşmayı amaçlar. Güvenlik, raftan alınan üründe değil; tasarlanan devrenin bütününde gizlidir.

• Çalışma Prensibi: Tek bir röle kullanmak yerine, birbirine elektriksel olarak seri bağlı, en az iki adet cebri kılavuzlu kontaklı röle kullanılır (1oo2 Mimarisi).
• Kablolama ve İzleme:
  • Seri Güvenlik: İkili röle setinin NO kontakları sahaya giden yüke seri bağlanır. Rölelerden biri yapışsa bile diğeri devreyi keserek hatayı sönümler.
  • Geri Okuma (Readback): Rölelerin kapalı (NC) kontakları güvenlik PLC’sinin dijital giriş kartına (DI) bağlanarak rölelerin mekanik durumu anlık izlenir.
• Denetim Lojiği: Emniyet PLC’si, sahaya sürme komutunu göndermeden önce mutlaka NC kontaklarının durumunu doğrular. Eğer sahaya enerji verilmediği halde kontak açık görünüyorsa (bir yapışma sendromu), sistem sürüşü reddeder ve güvenli duruma kitlenir.

Ticari Denklem:

•  Maliyet Etkin: Birim maliyetlerin düşüklüğü sayesinde projelerde %90’a varan CAPEX tasarrufu sağlanır.
•  Esneklik: Herhangi bir EN 61810-3 (EN 50205) uyumlu standart ürün kullanılabilir.
•  Mühendislik Yükü: Devre tasarımı, kablolama karmaşası ve nihai sistemin güvenlik kanıt sorumluluğu tamamen entegratör mimarın omuzlarındadır.

Sonuç

Karar Matrisi

Özet Çıkarımlar:

• “SIL 4 Röle” kavramı “SIL 4 Sistem” demek değildir: Tek bir bileşen donanımsal olarak SIL 4 etiketine sahip olabilir, ancak sistem mühendisliği bütüncül bir yaklaşımdır.
• Yerçekimi vs. Yay Gücü: Vital rölelerin emniyeti fiziki değişmez doğa kanunlarına dayanırken; endüstriyel emniyet röleleri kusurun yakalanması için dış bir diagnostik zekaya ihtiyaç duyar.
• Maliyet ile Sorumluluk Takası: Ucuz bileşen seçimi, yüksek mühendislik sorumluluğu ve ISA denetimi getirirken; pahalı bileşen konforlu ve stressiz bir entegrasyon sunar. Tedarik zinciri stratejisi, firmanın mühendislik özgüveniyle doğrudan orantılıdır.

Referanslar

• EN 61810-3: Electromechanical elementary relays – Relays with forcibly guided contacts
• EN 50129: Railway applications – Communication, signalling and processing systems
• Mors Smitt N.S1 Technical Documentation
• Clearsy RS4 Functional Safety Guidelines
• HIMA SILworX Application Notes

İlgili Bağlantılar

 İlgili Makale: → Stratejik Analiz: Demiryolu Sinyalizasyonunda CENELEC SIL 4 Röle Tedarik Stratejileri ve Pazar Dinamikleri

Son güncelleme: Mart 2026 | Versiyon: 1.1

Demiryolu sinyalizasyon projelerinin en kritik güvenlik bileşenlerinden biri olan SIL 4 güvenlik röleleri, pazar yapısı itibarıyla ciddi tedarik riskleri ve maliyet baskıları oluşturmaktadır. Bu rapor, mevcut pazarın tekel yapısını, “Bileşen-Seviyesi” ve “Sistem-Seviyesi” olmak üzere iki ana mimari yaklaşımı ve bu yaklaşımların 5 yıllık Toplam Sahiplik Maliyeti (TCO) üzerindeki etkilerini analiz etmektedir.

Önemli Bulgular

• Pazar Tekeli: “Tak-çalıştır” (Bileşen-Seviyesi) SIL 4 röle pazarı, tek bir üreticinin (Clearsy) hakimiyetindedir; bu durum yüksek maliyet ve tedarik bağımlılığı yaratmaktadır.
• Mimari Değişim Fırsatı: Endüstriyel röleler ve güvenlik PLC’leri ile kurgulanan “Sistem-Seviyesi” mimari, ilk yatırım mühendislik maliyetine rağmen, uzun vadede %50’nin üzerinde maliyet avantajı sunmaktadır.
• Kritik Dönemeç: Pazar dönüşümünün önündeki en büyük engel teknik değil, güvenlik kanıt dosyasının (Safety Case) hazırlanması sorumluluğunun tedarikçiden entegratöre geçmesi ve bu yeni modelin idareye kabul ettirilmesidir.

Pazar Yapısı ve Ürün Ekosistemi

Demiryolu güvenliğinde kullanılan röleler, sertifikasyon ve tasarım felsefelerine göre üç ana kategoride değerlendirilmelidir.

Ürün Kategorizasyon Matrisi

Pazarın Teknik Taksonomisi ve Ürün Aileleri

Demiryolu sinyalizasyon pazarındaki röle teknolojileri, güvenlik mekanizmalarının kaynağına göre iki ana sınıfa ayrılır. Bu ayrım, satın alma stratejisini ve mühendislik yükünü doğrudan belirler.

Hayati (Vital) Röleler

Temsilci: Clearsy RS4 Serisi Pazarın konfor alanı olarak nitelendirilen bu ürün grubu, güvenliği fiziksel yasalarla garanti altına alır.

• Teknik Temel: Yerçekimi ile Güvenli Durum ilkesi. Bobin enerjisi kesildiğinde, kontakların açılması yay kuvvetine değil, yerçekimine ve kütle ağırlığına emanettir.
• Sertifikasyon: Bileşen tek başına SIL 4 sertifikalıdır.
• Ticari Karakteristik: Çok yüksek birim maliyet ve tek kaynağa bağımlılık.

Endüstriyel Emniyet Röleleri

Temsilciler: Arteche FF, Dold OA, Finder 7S Serisi Bu bileşenler, sistem seviyesi mimarinin temel yapı taşları niteliğindedir.

• Teknik Temel: EN 50205 standardına uygun cebri kılavuzlu kontak yapısı ve yay geri dönüşlü mekanizma.
• Kısıt: Tek başlarına SIL 4 değildirler. Kontak yapışma riskine karşı dışarıdan aktif izleme gerektirirler.
• Ticari Karakteristik: Düşük birim maliyet ve çoklu tedarikçi alternatifi.

Sistem Seviyesi Mimari (Stratejik Alternatif)

Bu yaklaşım, bir ürün değil, bir mühendislik metodolojisidir.

• Felsefe: Tasarım Yoluyla Güvenlik.
• Uygulama: Birden fazla endüstriyel emniyet rölesi yedekli bir mimaride (Ör. 1oo2) birleştirilir.
• Güvenlik Katmanı: Donanımın açığını yazılım kapatır. Güvenlik PLC’si üzerinden kurulan geri okuma döngüsü ile sistem, bileşen seviyesi SIL 4 rölelerle eşdeğer güvenlik seviyesine ulaştırılır.

Mimari Paradigma: Güvenlik Nerede Konumlanıyor?

İki yaklaşım arasındaki temel fark, güvenliğin satın alınan fiziksel bir bileşene mi hapsedildiği, yoksa sistem tasarımının bütününe mi yayıldığıdır.

Yaklaşım A: Bileşen-Seviyesi Güvenlik (Clearsy Modeli)

Bu model, sertifikalı kara kutu prensibine dayanır.

• İçsel Denetim: Tüm teşhis, yedeklilik ve güvenlik mantığı, fabrikayı terk etmeden önce mühürlü ünitenin içine gömülmüştür.
• Entegratörün Rolü Pasiftir: Entegratör sadece “Aç/Kapa” komutunu gönderir. Rölenin kontağının yapışıp yapışmadığını, bobinin sağlığını veya iç mekanizmayı düşünmek zorunda değildir. Ürün bunu kendi içinde halleder.
• Sonuç: Güvenlik bir ürün olarak satın alınır.

Yaklaşım B: Sistem-Seviyesi Güvenlik (Mühendislik Modeli)

Bu model, mimari denetim prensibine dayanır.

• Dışsal Denetim: Güvenlik, rölenin kendisinde değil, onu yöneten PLC yazılımındadır. Standart endüstriyel röleler kullanılır, ancak bu röleler başıboş bırakılmaz.
• Entegratörün Rolü Aktiftir: Entegratör, geri okuma döngüsü adı verilen bir mekanizma kurmak zorundadır. PLC, röleye komut vermeden önce, rölenin bir önceki komuttan başarıyla dönüp dönmediğini fiziksel olarak kontrol eder.
• Sonuç: Güvenlik bir süreç olarak inşa edilir.

Özet Karşılaştırma: Sorumluluk Matrisi

Ekonomik Analiz ve Kırılma Noktası (TCO)

Yıllık 1000 adetlik bir güvenlik fonksiyonu ihtiyacı baz alınarak yapılan 5 yıllık projeksiyon, iki yaklaşım arasındaki dramatik maliyet farkını ortaya koymaktadır.

Maliyet Verileri

TCO Kırılma Noktası Analizi

Grafik Analizi: Sistem-Seviyesi yaklaşım, tek seferlik mühendislik maliyeti nedeniyle başlangıçta daha yüksek başlasa da, dramatik ölçüde düşük birim maliyetler sayesinde daha ilk yılın içinde kırılma noktasını geçmekte ve 5. yılın sonunda ~1.45 Milyon € tasarruf sağlamaktadır.

Stratejik Öneriler

Pazarın mevcut durumu ve ekonomik analizler ışığında, entegratör firmalar için önerilen hibrit geçiş stratejisi:

Kısa Vade (Savunma): Müşteri ısrarı veya proje aciliyeti olan durumlarda Clearsy kullanımı devam etmelidir. Bu, proje riskini minimize eder.

Orta Vade (Hazırlık): Pilot projelerde Arteche/Dold tabanlı sistem mimarisi uygulanmalı ve bu mimarinin Güvenlik Kanıt Dokümantasyonu (Safety Case) olgunlaştırılmalıdır. Bağımsız Güvenlik Denetçisi (ISA) onayı bu aşamada alınmalıdır.

Uzun Vade (Atılım): Olgunlaşmış ve onaylanmış sistem mimarisi, tüm yüksek hacimli projelerde standart çözüm haline getirilmelidir. Bu, firmanın rekabet gücünü ve kârlılığını maksimize edecektir.

Sonuç

Demiryolu sinyalizasyonunda bileşen bazlı SIL 4 röle kullanımı teknik bir zorunluluk değil, ticari bir konfor alanı tercihidir. Yüksek mühendislik kabiliyetine sahip organizasyonlar için Sistem-Seviyesi yaklaşım, sadece ciddi bir maliyet avantajı değil, aynı zamanda tedarik zinciri bağımsızlığı ve stratejik esneklik sağlayan bir kaldıraçtır.

Dönüşümün anahtarı, teknik çözümün mükemmelliğinden ziyade, bu çözümün güvenilirliğinin müşteriye güvenlik kanıt dosyası ve bağımsız denetçi onayı ile doğru şekilde kanıtlanabilmesidir. Daha önce Türkiye’de faaliyet gösteren FEST gibi markalar, ihtiyaç duyulan bu tip röleleri piyasaya sürerek rekabet etmişlerdir. Bugün yeni bir marka ve oluşumla pek tabi yeniden bu süreç ilerletilebilir.

Son dönemde sahadan yansıyan duyumlar; yerli mühendislik firmalarının kendi emniyet rölesi mimarilerini tasarlayarak CENELEC uyumlu standart çözümleri çok daha rekabetçi ve uygun fiyatlarla Türkiye pazarına sunma hazırlığında olduğuna işaret etmektedir. Bu tür vizyoner girişimlerin, hem dışa bağımlılığı kırması hem de monopolik tedarik zincirini esnetmesi adına başarılı olmasını temenni ediyoruz.

Referanslar

• EN 50129: Demiryolu Uygulamaları – Haberleşme, Sinyalizasyon ve İşlem Sistemleri
• EN 50155: Demiryolu Uygulamaları – Araç Üzerindeki Elektronik Cihazlar
• EN 50205: İnce Kesitli / Cebri Kılavuzlu Kontaklara Sahip Röleler Standardı

İlgili Bağlantılar

 İlgili Makale: → Vital vs. Forcibly Guided: Röle Teknolojilerinin Mühendislik Analizi

Son güncelleme: Mart 2026 | Versiyon: 1.1