Search

Su, hayatın ve canlılığın devamı için dünyadaki en önemli elementlerden biridir. Artan teknolojik imkanlara rağmen iklim değişikliği, hızlı kentleşme, nüfus artışı ve sanayileşme nedenleri ile su kaynakları üzerinde oluşan baskı artmaktadır. Günümüzde su kuruluşlarının en önemli sorun ve sorumluluğu; her bireye yeterli, ulaşılır ve sağlıklı içme suyunun teminidir. Kaynaktan alınan suyun alıcılara temiz ve güvenilir şekilde ulaştırılması için dezenfeksiyon işlemi gereklidir. İçme suyu şebekelerinde dezenfektan olarak sıvı ve gaz klor uygulamaları yaygın olarak kullanılmaktadır. Klor, suyla yayılan hastalıkların önlenmesinde oldukça etkili olmasına rağmen, sudaki doğal organik maddelerle reaksiyona girerek insan sağlığına zararlı kimyasal bileşiklerin, dezenfeksiyon yan ürünlerinin (DYÜ) oluşmasına yol açabilmektedir.İçme suyu şebekelerinde düşük ve yetersiz seviyelerdeki klor konsantrasyonları sisteme girebilecek kirlilikleri dezenfekte edemeyerek sağlık açısından riskler oluşturabilir. Bu nedenle, başlangıçta sisteme verilecek klor miktarı büyük önem taşımaktadır. Ancak, klorun şebeke içerisinde tamamen tükenmesi gibi, yüksek miktarda klor dozlaması da, DYÜ oluşumu açısından, arzu edilmeyen bir durumdur. Dolayısı ile dezenfeksiyonun klor ile sağlandığı içme suyu şebekelerinde, bakiye klor konsantrasyonlarının belirli seviyelerde tutulmasına ve klor konsantrasyonlarının yönetimi konusunda daha etkili çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu noktada, içme suyu şebekelerinde klor yönetiminde modelleme çalışmaları ve ara klor istasyonları kullanımı önem kazanmaktadır. Bu doktora çalışmasının amacı, kalite kısıtlamaları göz önüne alınarak içme suyu şebekelerinde ara klorlama istasyon sayılarının belirlenmesi ve maliyet açısından değerlendirilmesidir. Bu amaçla, tez çalışması kapsamında ara klor istasyonlarının lokasyonlarını ve bu lokasyonlarda uygulanması gereken klor konsantrasyonlarını belirleyen bir yaklaşım ortaya konulmuştur. Yaklaşım, hazırlanan kodlar aracılığı ile US-EPA tarafından geliştirilen açık kaynak kodlu EPANET model programına entegre şekilde çalışan bir yazılım haline getirilmiştir.Geliştirilen yazılım, kalite ve yaklaşım kısıtlarına bağlı olarak şebekenin tamamında klor konsantrasyonlarını iyileştirmeyi hedeflemektedir. Yazılım kullanıcı tarafından belirtilen sınırlar içinde tüm seçenekleri tarayan bir yaklaşımla çözüm üretmektedir. Bu yaklaşım, `tam arama` veya `kapsamlı arama` şeklinde adlandırılmaktadır. Yaklaşım kullanılarak şebekenin tamamında ve tüm zamanlarda klor konsantrasyonunu kullanıcının belirleyeceği aralık değerler arasında tutacak ara klor istasyon sayısı ve lokasyonu belirlenmektedir. Böylece yaklaşım, şebekede klor azlığı nedeni ile oluşabilecek riskleri ortadan kaldırmanın yanı sıra sadece kaynakta klor verilmesi nedeni ile oluşan yüksek miktarda klor kullanımını azaltmak konusunda katkı sağlamaktadır. Tez çalışması için geliştirilen yazılım gerçek ve sentetik şebekeler üzerinde test edilmiştir. Bu amaçla, Antalya içme suyu şebekesinin genel hidrolik durumu ve SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition- Uzaktan Kontrol ve Veri Toplama) verileri ile Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) verileri göz önüne alınarak Antalya ili içme suyu şebekesinin yaklaşık %10'unu oluşturan Yeşilbayır Su Deposundan beslenen Yeşilbayır şebekesi çalışma bölgesi olarak seçilmiştir. Tez çalışması kapsamında ilk olarak ASAT Genel Müdürlüğü ile yapılan ortaklaşa çalışmalarda Yeşilbayır şebekesi giriş ve çıkış debileri kontrol altına alınmıştır. Söz konusu şebeke sistemine ait mevcut CBS verileri güncellenerek ve bölgede bulunan SCADA bilgilerinden faydalanılarak bölgenin hidrolik ve su kalitesi modelleri oluşturulmuştur. Model programı olarak EPANET modeli kullanılmıştır. Sahada gerçekleştirilen klor ve basınç ölçümleri, laboratuvar çalışmaları ile SCADA verileri kullanılarak model kalibrasyon ve verifikasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ek olarak, klor ana akım bozunma katsayısının belirlenmesi ve bölgenin su kalitesi hakkında fikir edinmek amacı ile laboratuvar çalışmaları yapılmıştır.Yine tez çalışması kapsamında, içme suyu şebekelerinde oluşturulacak ara klor istasyonları için yaklaşık maliyetin belirlenmesi amacı ile çalışmalar yapılmıştır. Bu aşamada içme suyu şebekelerinde SCADA sisteminin bulunması ve bulunmaması durumları ayrı ayrı ele alınmıştır. Water is one of the most important elements in the world for the survival of life and vitality. Despite the increasing technological capabilities, the pressure on the water resources is increasing because of climate changing, rapid urbanization, increasing population and industrialization reasons. The most important problem and responsibility of the water organizations is to provide adequate, accessible and healthy drinking water for each individual.Disinfection process is required to ensure that the water taken from the source is clean and reliable for drinking. Applying liquid (sodium hypochlorite) and gas chlorine as a disinfectant in the drinking water is common in use. Although chlorine is highly effective in preventing waterborne diseases, it can also react with natural organic matters in water, leading to the formation of chemical compounds, disinfection byproducts (DBP), which are harmful to human health.Low and inadequate concentrations of chlorine in drinking water networks can pose risks to health by failing to disinfect contaminants that may enter the system. For this reason, the amount of chlorine to be given to the system at the beginning is a matter of great importance. However, high concentrations of chlorine is undesireable as like as complete depletion of the chlorine in the network, especially in terms of DBP formation. Hence, in drinking water networks where disinfection is provided by chlorine, more efficient researchs are needed to keep residual chlorine concentrations at certain levels and to manage chlorine concentrations. At this point, modeling studies about chlorine management in drinking water networks and the use of booster chlorine stations are gaining importance.The aim of this PhD study is to determine the number of chlorine booster stations in drinking water networks considering quality constraints and to evaluate them in terms of cost. For this purpose, an approach has been established to determine the locations of chlorine booster stations and the chlorine concentrations to be applied in these locations. The approach has been transformed into a software through codes that were integrated with the open-source EPANET model program developed by US-EPA.The developed software aims to improve chlorine concentration in the entire drinking water network, depending on quality and approach constraints. The software produces a solution by an approach that scans all options within the limits specified by the user. This approach is called `exhaustive search`. Using the approach, the number and location of chlorine booster stations and the concentration of chlorine in the entire network at all times were determined. Thus, in addition to eliminating the risk of chlorine depletion in the network, the approach also contributes by reducing high concentration of chlorine applied at the source.The software developed within the thesis study has been tested on real and synthetic networks. For this purpose, taking into consideration the general hydraulic situation of Antalya drinking water network and the data of SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) and Geographical Information Systems (GIS), The Yeşilbayır network which constitutes about 10% of the drinking water network of Antalya province was selected as a study area. Within the scope of the thesis, first and foremost, with the cooperation of the General Directorate of ASAT, the entry and exit flows of the Yeşilbayır network was taken under control. The existing GIS data of the network system has been updated and the hydrological and water quality models of the region have been created by the use of the SCADA data in the region. EPANET model program have been used to model the networks. Model calibration and verification studies were carried out using chlorine and pressure measurements performed on the field, laboratory studies and SCADA data. In addition, laboratory studies have been carried out for understanding the water quality of the region and determining the chlorine bulk reaction coefficient.Within the scope of the PhD thesis, studies were made for determining the approximate costs of the chlorine booster stations to be installed in the drinking water networks. At this stage, the presence and absence of the SCADA system in drinking water networks were handled separately. 207

ÖZETHİDROLİK BİR SİSTEMİN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE MODELLENMESİ VE KATSAYILARI GENETİK VE PARCAÇIK SÜRÜ ALGORİTMALARI İLE OPTİMİZE EDİLMİŞ PID İLE KONTROLÜBu tez çalışmasında, Marmara Üniversitesi Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Bölümü Pnömatik ve Hidrolik Laboratuarında bulunan eğitim setlerinden biri olan hidrolik motor kontrol sisteminin yapay sinir ağları ile modellenmesi ve PID kontrolör ile kontrol edilmesi amaçlanmıştır. PID kontrolörün parametrelerinin optimal değerlerini bulmak için genetik algoritma ve parçacık sürü optimizasyonu yöntemlerinin kullanılması amaçlanmıştır.Bir sistemin yapay sinir ağları ile modelleme için sistemin davranışının bilinmesi gerekmektedir. Bunun için sisteme belli giriş değerleri verilmiş ve bu değerlere karşılık sistem çıkışları elde edilerek giriş-çıkış veri seti oluşturulmuştur. Bu veri seti kullanılarak sistem için farklı gizli katman nöron sayılarına ve geçmiş mod sayılarına sahip modeller oluşturulmuştur. Bu farklı modellerin açık çevrim çıkışları ile sistemin açık çevrim çıkışı arasındaki regresyon değeri 1’e en yakın olan model, sistemin dinamik modeli olarak seçilmiştir. Sistemin gerçek zamanlı kontrolü için görsel programlama ile sistemin kontrol yazılımı geliştirilmiştir. Sistem ve model farklı referanslarda çalıştırılmış ve sonuçları karşılaştırılmıştır. Son olarak sistem yüklü çalıştırılmıştır ve sistemdeki kontrolörün etkisi incelenmiştir.ABSTRACTMODELLING A HYDRAULIC SYSTEM USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS AND CONTROLLING WITH PID ALGORITHM COEFFICIENTS OPTIMIZED BY GENETIC AND PARTICLE SWARM ALGORITHMS In this thesis, modeling a hydraulic motor control system by artificial neural networks and controlling it with PID controller is aimed. As a control system, hydraulic motor experiment set in Marmara University, Department of Electronic Computer Education, Pneumatic and Hydraulic Laboratory is used. To find optimal values of the PID controller parameters, genetic algorithm and particle swarm optimization methods is intended for use. The behavior of the system has to be known for dynamic modeling by artificial neural networks. For this, system has been run by certain inputs and output data of system are used to compose input-output data set. With these data set models are created containing different numbers of hidden layers’ neurons and different numbers of previous mode. It is chosen as a dynamic model of system, which regression value between open loop responses of these different models and real system output, is closest to one. For real time control of the system, a control software is designed in visual programming platform. The system and the model are run with different references and their results are compared. Finally, the system is run with loaded conditions and observed by means of controller effect in the system.

The source of the hazard which is the main factor of disasters can be made by naturally or man. These are generally independent sources, but sometimes reason of one hazard such as flood can be both naturally and man-made. Certainly, all examples in our country and the world show that, the fail of constructed structures on the rivers (e.g. dam, embankment) produce a very large amount of water and damage more than the normal river floods. In this study, based on cofferdam of Çokal Dam breaching which occurred in 16 November 2007 on the Kavak River (Çanakkale), 1D modeling of probable Çokal Dam break take in the account tectonic properties of the area and analyzing of the flood risk have been done. For these purposes, Digital Elevation Model (DEM) gathered contours from 1:25000 scaled topographic maps and GPS points, high and medium resolution satellite images, hydrological soil data gathered from soil maps scaled 1:25000, precipitation and discharge data in 30 years, technical properties of structures on the Kavak River and field measurement have been used as a database. All these data is processed and analyzed using Geographic Information System (GIS), Hec-GeoRAS and HEC-RAS hydraulic models and hydrologic model. Hence, Çokal Dam break modeling based on cofferdam breach modeling reveals that probable flood after the dam-break will affect Evreşe Plain and the people which get livelihood from the plain. General probable lost in agricultural product after probable flood reaches TL 12 million. Thus, as a result of human interventions to the nature will cause great harm to himself again., Afetlerin oluşmasında önemli etkiye sahip tehlikeler, doğa kaynaklı olabildikleri gibi insan kaynaklı da olabilmektedir. Bunlar genelde birbirinden bağımsız tehlike türleri iken bazen taşkınlar gibi kaynağını hem doğadan hem insandan alan tehlikeler olarak da karşımıza çıkmaktadır. Şüphesiz ki ülkemizdeki ve dünyadaki örneklerin tamamı ortaya koymuştur ki, insan kaynaklı olarak akarsular üzerine inşaa edilen yapıların (baraj, set vb.) bir şekilde zarar görmesiyle sonuçları normal taşkınlardan da fazla olmuştur. Bu çalışmada, 16 Kasım 2007'de Kavak Deresi (Çanakkale) üzerindeki Çokal Barajı menba batardosunda meydana gelen çökmenin oluşturduğu taşkına bağlı olarak, günümüz itibariyle halen yapımına devam edilen Çokal Barajı'nın sahanın tektonik özellikleri de gözönünde tutularak, olası çökmesinin tek boyutlu (1D) hidrolik modellemesi yapılmış ve buna bağlı taşkın risk analizi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada altlık verileri, 1:25000 ölçekli topografik eşyükselti eğrisi ve saha GPS verileriyle üretilmiş Sayısal Yükselti Modeli (SYM), yüksek ve orta çözünürlüklü uydu görüntüleri, hidrolojik toprak verileri, 30 yıllık yağış ve akım verileri, Kavak Dere üzerindeki yapılara ait teknik özellikler ve arazi ölçümleri oluşturmaktadır. Bütün bu altlık veriler Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS), Hec-GeoRAS ve HECRAS hidrolik modelleri ve hidrolojik modellerde kullanılmış ve analiz edilmiştir. Sonuç olarak, menba batardosu çökme modeli temelinde oluşturulan Çokal Barajı çökme modeli göstermiştirki, olası baraj çökmesi sonucunda oluşacak taşkın, Evreşe Ovası ve buradan geçimini sağlayan insanlar için büyük zararlar ortaya çıkartacaktır. Sadece tarım ürünleri üzerindeki genel tahmini kayıplar 12 milyon TL yi bulmaktadır. Böylelikle insanın doğaya yapmış olduğu müdahale sonucunda yine insanın kendisi büyük zararlar görecektir.

ÖZET Hidrolik sistemlerin endüstrinin birçok alanında kullanıldığı bilinmektedir. Çağımızda baş döndürücü bir hızla gelişen bilgisayar destekli otomasyon sisterderinin de bu alana ilgisi kaçınılmaz olmaktadır. Bu tez çalışmasında elektrohidrolik sürgülü tip dört yollu, üç konumlu yön denetim valfı, iki adet çift etkili silindir, bir adet tek etkili silindir, bir adet ön uyanlı çek valf ve basmç emniyet valfinden oluşan basit bir hidrolik derin çekme pres devresinin matematiksel modeli kurularak bilgisayarda simülasyonu gerçeldeştirilmiştir. Bu amaçla, konu üzerine daha önce yapılan bazı çalışmalar özetlenmiş ve hidrolik güç kontrolü üzerine genel bilgiler verilmiştir. Hidrolik devre elemanları tanıtılmış ve hidrolik akışkanın özellikleri hakkında açıklamalar yapılmıştır. Simülasyonu yapılacak pres devresinin çalışması anlatılıp, sanayide kullanılan presler hakkında bilgiler verilmiştir. Daha sonra simülasyonu yapılacak devrenin özellikleri verilerek valf debi denklemleri çıkartılmış ve sistemin matematiksel modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan matematiksel model sonucunda elde edilen durum denklemlerinin matlab-simulink programında Runge Kutta IV sayısal integrasyon metoduyla çözümü sağlanmış ve konum, hız, debi, basmç grafikleri çizdirilmiştir. Daha sonra çizdirilen açık çevrim diyagramlanndaki verilere bağlı kalınarak hidrolik sistemin hız ve konum kontrolü yapılmıştır. Kontrol aşamasında PD, PI, ivme geribeslemeli, ikili kontrol etkili kontrol algoritmaları kullamlmıştir. Kontrol organlarının ayar değerlerinin hesaplanmasında Ziegler Nichols sürekli titreşim yöntemi kullanılmıştır. Hız kontrolünde PI etkili kontrolörün en iyi cevabı verdiği tespit edilmiştir. Sonuçlar ve önerilerle çalışmanın nasıl geliştirilebileceği tartışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Hidrolik modelleme, hidrolik devre, simülasyon, hidrolik derin çekme presi, kontrol. xı ABSTRACT Hydraulic systems are used in a wide variety of applications in the industry. Computer aided automation systems are connected with this area. In this thesis, the mathematical model and the simulation of a simple deep drawing press which was made of an electrohydraulic three way and four port underlapped valve, two double acting cylinders, one single acting cylinder, pilot operated check valve and a pressure relief valve; were delivered. First of all some studies about this subject were given and hydraulic power control was examined. Hydraulic circuit elements and properties of fluids that were used in hydraulic systems were recognized. The working of the hydraulic circuit of the press was recounted and the variety of presses in the industry were given. After that, the properties of the system were given, valve flow rates and the mathematical model of the system were delivered. State space equations were solved by numerical integration method Runge Kutta IV and velocity, position, flow rates and pressure figures of the system were obtained. After the simulation of open loop responses, velocity and position control of the hydraulic system was done. PD, PI, PD+D2 and on-off control algorithms were applied to the system. To determine the control coefficients, an experimental method developed by Ziegler Nichols was used. Only PI algorithm was used to control velocity. Because the best results were obtained from this control algorithm. At the end, results and proposes were discussed. Keywords: Hydraulic modelling, hydraulic circuit, simulation, hydraulic deep drawing press, control. xu 118