PoC Projeleri İçin: Self-play mimarisiyle hesaplanan ajan profili, deterministik bozucuların bulunduğu test ortamlarında standart analitik verilerle ayarlanan ajanlara (LQR referansları) kıyasla matematiksel olarak daha tutarlı bir hata toleransı (robustness) sağlama potansiyeline sahiptir.

Proje Künyesi

Mevcut Durum ve Sorun

Bağlam: Ters sarkaç sistemleri yapısal olarak kararsız fiziksel sistemlerdir. Dışarıdan mekanik bir müdahale (rekabet) senaryosu gerektiren durumlarda, stabilizasyon ile reaktif hamle planlamasının aynı anda koordine edilmesi problemin boyutunu karmaşıklaştırır. Kritik Sorunlar: Sistem denklemlerinin açık olarak varsayılamadığı esnek operasyon alanlarında salt statik limitlere (LQR gibi) dayanan kalibreler yetersiz kalma eğilimindedir. Modelin yalnızca statik kurallar üzerinden optimize edilmesi (overfitting), dinamik tehditler altında overconfidence sonucu çöküş reaksiyonları gösterir.

Çözüm Mimarisi ve Aksiyon

Mimari Yaklaşım: Eksik tanımlı kontrol ortamlarında oluşabilecek güven sapmalarını (overconfidence) analiz etmek amacıyla, değişken zorluk eğrisi taşıyan 4 fazlı bir eğitim yapısı kurgulanmıştır.

Uygulanan Metodoloji:

Faz 1: Referans Veri Çıkarımı (LQR Simülasyonu)

Amaç: Karşılaştırmalı testler platformu kurmak için temel sistem dinamiklerini haritalamak ve baz yanıtları kaydetmek.

• Dış kütüphane fonksiyonlarına bağımlı olmadan yalın bir LQR kontrolcü bloğu geliştirildi.
• CTMS Michigan modeli temel alınarak özelleştirilmiş test fizik motoru hesaplandı.
• Formüle edilen çıktı matrisleri (state → action) referans model benchmarkı olarak arşivlendi.

Faz 2: Bireysel Stabilizasyon

Amaç: Sistemin hazır bir girdi haritası (supervised learning) kullanmaksızın kendi hata fonksiyonlarıyla stabil kalma yeteneğini optimize etmesi.

• Deep Q-Network (DQN) ağ mimarisine geçiş yapılarak eğitim parametreleri atandı.
• Hesaplama kararlılığını sağlamak için Experience Replay ve Target Network gecikme döngüleri kullanıldı.
• Kısıt mekanizmaları uygulanarak (Reward Shaping): Açının hedef eksenden sapması, eksenel pozisyon hatası ve moment sarfiyatı hesaplanarak sistem filtrelendi.

Faz 3: Gürültü ve Saldırı Dayanıklılığı

Amaç: Kararlılığı test etmek için simülasyon ortamında fiziksel anomalilerin devreye alınması ve eylem uzayının (action space) ikiye ayrılması.

• Deterministik olmayan rastgele darbeler için Poisson dağılımı temelli ek dış kuvvetler (disturbance) yaratıldı.
• Sistem bu süreçte hem mekanik dengeyi muhafaza edip hem de planlı hareket sergileme parametrelerini ağırlıklandırdı.
• Temel “Balance force” değişkeni ile “Attack force” değişkeni bağımsız uzaylarda işlendi.

Faz 4: Modelin Kendi Kendine Dövüşmeyi Öğrenmesi

Amaç: İzole eğitimlerde oluşan overconfidence toleransının karşılıklı baskı altında test edilmesi işlemi.

• Ağda ölçüm standardı sağlamak için iki farklı ajan profili aynı neural network başlangıç ağırlıklarından (weights) türetildi.
• Eğitimin her bir periyodunda iki modül de kendi dengesini hesaba katarken diğer modülün denge fonksiyonunu zorlama mantığını yürüttü.
• Modüller statik bir fonksiyon parametresi yerine dinamik ve kendi tepkisine karşılık veren kopyasıyla simetrik olarak çapraz değerlendirmeye girdi.

Mimari Karar: İki bağımsız sinir ağı bloğu kullanılması kısa eğitim sürelerinde senaryo limitleri içinde “model dominance” olarak adlandırılan asimetrik üstünlük sapmalarına neden olmuştur. Ortak sinir ağı (YSA) topolojisine geçilerek bu hesap karmaşası dengelenmiş ve asimetrik sapmalar limitlere çekilmiştir.

İki Modlu İşletim Şartları:

1. İzole Mod: Eğitim döngüsünün başlarında ortamda rekabet parametreleri inaktif olup sadece kartezyen denge izlemeye alınır.
2. Kombine Mod: Parametreler belli bir olgunluğa geldiğinde denge vektörleri ile eş zamanlı olarak saldırı politikaları da (Q-Values) aktifleştirilir.

Sistemdeki kontrol kaosunu önlemek adına saldırı eylemlerini ifade eden limit tavanı, denge fonksiyonlarına ait limitlerin ~%15’i oranında tutulmuştur. (Denge Toleransı: [-10, +10] N, Saldırı Toleransı: [-1.5, +1.5] N).

Sonuçlar ve Operasyonel Kazanımlar

Test Sonuçları

Simülasyon Görselleri

Demo: Self-Play Mücadele Simülasyonu

İlgili Bağlantılar

 İlgili Yazı: Doğrusal Olmayan Sistemlerde Kontrol Stratejileri: LQR ve Deep RL Karşılaştırması 
 Kaynak Makale PDF: Makina Öğrenmesi Teknikleri Kullanılarak Bir Dövüşen Robotun Eğitilmesi 
 Kaynak Kodu: Github/neural-adaptive-control-simulation

Bu araştırma, İTÜ Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği programı kapsamında yapılmış ve “Makine öğrenmesi teknikleri ile uyarlanabilir eğitim mimarileri” başlığı altındaki bitirme projesi çalışmalarında sunulmuştur.

Son Güncelleme: Ocak 2026

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