Hanchul Shin
1. 서 론 1.1 연구의 배경 및 목적
철도는선로
,
차량,
기계,
전기,
신호,
토목등의많은설비를이용하여승객
,
화물등을안전하고정확하게 수송하 는교통수단으로서항상 정상적인기능을유지해야 안정된 수송을할 수있다.
특히철도차량의 고장은수송에큰 영 향을미치므로승객에대한서비스저하방지를위해서는차 량의 높은 신뢰성이 요구된다.
기존의전동차에서는
TCMS
에저장된각종정보가플래시메모리카드나노트북
PC
를매개체로하여정보를수집하고 있으며이것은많은수작업을필요로하는노동집약적정비 구조를지니고있으므로각종데이터전송에대한신속정확 성향상과이에대한유지보수비용에대한절감이필요하 다.
따라서본연구에서는고성능컴퓨터와통신기술발달로 실시간관리를할수있는무선전송장치를통하여데이터 를전송하는무선전송시스템을도입함으로써주요고장뿐 만아니라주행중에발생한각종이벤트기록을통계분석 피드백과정을거쳐신속한고장처치는물론예방기능까지 확대적용한열차정보수집장치의개선방안을제시하였다.
2. 열차종합제어 관리 장치 구조 2.1 개요
TCMS
는소프트웨어기술과데이터커뮤니케이션기술을이용한 중앙집중식 차내 정보제어
(Centralized Control of
On-Board Information)
를위한마이크로컴퓨터로구성된시스템이다
.
또한TCMS
는 직렬전송선을차량에있는터미널과 연결시켜장치들을집중적으로 제어하고모니터하는열 차종합정보관리시스템으로써
TCMS
에기록된 고장기록과 운행기록 자료들은차량의유지보수및검수에필요한중요 한 자료로저장한다.
이렇게저장된 자료는무선전송장치 를 이용한무선통신방식으로차량에기록된데이터들을지상 장치로전송한다
. TCMS
무선지상장치의 주요구성은무선랜안테나
(Access Point)
와서버컴퓨터이며TCMS
무선 지상장치사용의 효용성과데이터수집을위한수집시 간 단축과데이터 송수신의안전성및 정확성확보와유지 보수요원들의편의성등으로차량과의데이터송수신에대 한 신뢰성을 제공한다
.
Fig. 1
은TCMS
가로컬인터페이스컴퓨터(Local Interface Computer), ATP/ATO SYSTEM,
제동제어장치(Brake Control Unit),
전기제어장치(Electronic Control Unit)
및 무선 전송 장치등의주요장치와인터페이스하고있는구성도이다.[1]
Abstract
Because contemporary rolling stock system is complex and highly advanced, and it builds mutual interface, it is necessary to manage maintenance of rolling stock systematically. This study present a case, which shows how to adopt and apply RTD(Remote Transmission Device) integrated to train information collection device. After the train service is complete and the train enters the main subway station, various kinds of information collected from TCMS(Train Control Monitoring System) is transmitted to train depot information collection device through RTD. This study suggests that RTD integrated to train information collection device helps build an effective rolling stock maintenance system by improving reliability of data transmission and cutting maintenance costs.
Keywords
: Remote Transmission Device, Train Control Monitoring System
초 록 현대의 도시철도차량 시스템은 복잡하고 첨단화 되어 있으며
,
상호 인터페이스 체계를 구축하고 있는 차량 유지보수시스템의 체계적인 종합관리가 필요하다.
본 연구는 무선 전송 장치를 이용하여 전동차 정보 자 동 수집 장치를 도입 적용한 사례에 대한분석 결과이다.
무선전송 장치는 차량기지로 입고한 전동차 열차종합 제어장치에 수집된 각종 정보를 무선 통신으로 데이터를 전송함으로써 유지보수 비용절감과 데이터전송의 신 뢰성 향상 효과가 있으며 이러한 무선 전송 장치를 도입 적용하여 기존의 열차정보수집 방법을 개선한 운용 사 례를 제시한다.
주요어 : 무선전송장치통신
,
열차종합제어장치,
열차정보수집장치,
지상무선정보장치†교신저자
:
한양대학교대학원기계공학과E-mail : [email protected]
2.2 주요 기능
TCMS
는열차제어및운용기능,
차상신호장치,
고전압장 치,
추진제어장치,
보조전원장치,
제동장치,
공기압축기,
차 체전기장치및신호장치등의제어와감시기능을수행하며,
자 동검사기능으로 출고전 검사,
일상검사,
월상검사를수행 한다.
지속적으로열차내주요장치의상태를감시하고발생하 는 모든고장정보를기록하며
,
고장이발생하기전과발생 한 후 주요장치의 상세한동작 데이터및 열차운행정보를기록한다
.
주요장치들의고장내용은TC(Train Computer),
혹은
CC(Car Computer)
의비휘발성메모리에저장되고,
저장된고장은
TCMS
화면장치에서볼수 있으며,
무선 송수신장치로전송되어직렬통신을통해노트북컴퓨터로옮 겨 저장할 수 있다
.
또한고장표시기록은각
TC
에500
개를표시할수있고 표시된고장은발생된순서,
즉FIFO (First In First Out)
구 조로저장되고 리셋이없는경우가장 최근에발생한500
개의 데이터를 저장한다
.
3. 열차정보 수집 장치의 주요 역할 3.1 무선 전송 장치
차량의무선 전송 장치는
TC
로 부터운행정보,
고장 정 보등을주기적으로수신하여차량기지내무선안테나검지시 기록된데이터를송신한다
. TCMS
와무선전송장치의인터페이스는
RS-485
직렬전송,
전송속도38.4 kbps
이며,
TCMS
는매1
초마다현재의무선전송장치상태감시,
열차운행기록및고장정보송신
,
고장정보데이터를수집한다.
TCMS
와무선 전송 장치와의데이터송수신을수행하는인터페이스개요는
Fig. 2
와 같다.
최근전자기술의발전은차량의유지보수체제에 변화를가져와 유지보수의신뢰성 향상을목적으로차량시스템의많은부분에새로운전자기 술이 도입되었다
.
그러나시스템의
Block Box
화가진행되고노후의진행정도의판단도곤란한상황으로종래의해체수리
,
소모부품 교환 이라는검사수리방법으로는 효율적인유지보수를할 수가없다.
이와같은배경에서신조차량에서는TCMS
장 치가 탑재되고,
고장상태의기록,
기기상태의기록 등상태 감시기록을부가하고,
만일전자기기에고장이발생한경 우에는신속정확한처리와함께설계에피드백을하는 상 태 보전의 체계가 불가결하게 되었다.
기존의 시스템은TCMS
장치의기록내용을IC CARD
에입력하기위해각차량을순회해야하며주요고장만을입력수집하는체계인
GDMS(Ground Data Maintenance System)
이므로 효율적인유지보수를수행할수없었다
.
이에반해서울지하철9
호선에는
Fig. 3
과같이 무선전송장치시스템을구축하여 열차정보 수집 장치를 개선하여 적용하였다
.
3.2 지상 설비 기기
지상기기는서버
, AP
제어기,
광통신장치,
허브등으로구성되어있다
.
열차운행정보전송장치시스템은1
개 편성당2
대의차상무선장치가장착된TCMS
의차상신호를무선정보 수신을하는
AP
제어기와기록정보조회역할을수행 하는 고정형단말기가탑재된지상무선 전송장치시스템 으로구성되었다.
열차운행정보지상모니터시스템은TCMS
에수집된열차운행과관련된자료를지상장치의서버에수 신하여 저장한후수시로 열차운행정보를지상의사용자가 검색 및 출력을 할 수 있도록 하였다
.
열차운행정보전송장치에대한지상설비는차상무선전 송장치와차상안테나를통한자료를지상무선전송장치
,
광통신장치
,
전원공급기,
상태표시판및회로보호용차단기등 Fig. 1 TCMS와 주요장치와의 인터페이스Fig. 2 TCMS와 무선 전송 장치와의 인터페이스 회로도
Fig. 3 TCMS와 IC카드와의 인터페이스 개략도
으로구성된 지상설비를거쳐광케이블로서버까지 전송한 다
.
지상안테나는안테나와취부금구로구성되었으며지상 설비의설치용자재는전원케이블,
광케이블및관로설비등 이며,
지상전송장치와지상안테나는현장여건에적합 하 도록 설치용 자재로 구성하였다.
Fig. 4
는TCMS
와지상전송장치가탑재된설비기기와의인터페이스 개요도이다
.[1]
지상전송장치와네트워크로구성된
AP
전송기는열차운 행정보전송장치를관리하고무정전전원공급장치는UPS
와 배터리랙으로 분리하며
UPS
는 자립형랙으로 입력변 압기,
순변환부,
역변환부,
출력변압기,
제어회로부,
동기절 체부,
수동바이패스 스위치,
운영판넬등으로구성하고 배 터리랙은배터리를 수납한다.
시스템랙은 서버, AP
제어 기,
광통신장치,
허브,
상태표시판,
전원배전반을설치하는 랙으로사용한다.
사업소설비의설치용자재는RJ-45
콘넥터
, STP
케이블,
전원케이블과각컴퓨터부속기기로구성하였다
.
열차운행정보전송장치의사업소설비는열차운행정보지 상전송장치가장착된지상설비와광통신장치
, AP
제어기, UPS
와 허브로시스템랙과고정형단말기등이장착된사업 소설비와의데이터전송을광케이블을이용서버로전송된 다.
본선을운행 중인열차의 각종데이터를
9
개의항목으로 분류하여 매1
초마다 차량운행에 대한데이터전송과 운행거리에따라작동된역행
/
제동작용값과 인버터제어값,
ATC Real Mode
및Operation Mode
등이포함된 운행기록정보와전동차내에서상호인터페이스를하고있는장비의
고장발생시고장발생시점과고장내역및열차의궤적에따 른 속도등을기록한다
.
또한출발전 시험,
일상,
월상시험 결과치정보
, ATC, TCMS
와 장치간통신,
제동장치,
램프
,
공기조화시스템,
보조전원장치테스트결과를기록한차 상시험기록 장치외에승객하중을 응하중으로표시한승객 하중기록,
출입문 취급 등에 대한 정보를 기록한다.
Fig. 5
는 열차운행정보지상전송장치에서 전송된각종열차운행자료가지상사무소에구축된서버까지광케이블로 전송되는 시스템을 블록다이아그램으로 나타낸 것이다
.
차상정보수신장치인
TCMS,
차상무선전송장치와지상 정보수신장치인
AP
제어기송수신부와서버에걸쳐정 보 수집을 기록한다.
즉
TCMS
에서는전동차량의고장및운행기록등운행중발생된이벤트를차상무선전송장치로보내어수신된정 보를저장하고지상장치인
AP
제어기수신부와AP
제어기 송신부및 서버를검수정보시스템과연계처리한다.
차량기지내유치선로를
4
개의영역으로구분설치하여TCMS
네 트워크를구성하여검사고내에AP
제어기설치하였다.
차상 무선 전송장치와무선통신을 통하여열차운행정보를수신 하는지상무선장치는수신된열차운행정보를광통신장치 를 거쳐 사업소설비의 서버로 보내진다.
3.3 지상 무선 장치
지상무선전송장치유치선은자립형이고
,
검수고는벽취부형으로설치하였으며
,
유치선의지상무선전송장치는 콘크리트기초 위에 기초볼트로 하였다.
Fig. 6
은지상서버와무선전송장치간의열차운행정보및고정정보를전송하는방식을보여주는개념도이다
.[3]
서버 의 기능은차상의무선 전송장치에서전송하는열차운행정 보를수집 및데이터베이스에저장후 관리를한다.
차량기Fig. 4 (a) TCMS의 지상설비, (b) TCMS의 기지설비
Fig. 5 블록시스템
지 내 지상안테나설치위치는총
6
개의AP
중 유치선군에AP1,
검수고에AP2~AP5,
시운전선에AP6
로배치하였다.
열차운행정보는패킷의크기가
100Kbyte
로 제한되므로n
개로분할하여지상서버로전송한다
.
만약k
번째전송에서지 상서버로부터의 응답이부정 응답이었을경우k
번째에 해 당하는데이터만을재전송한다.
이는약2Mbyte
의 데이터 를 재전송하는데 소요되는 시간을 단축하기 위함이다.
지상용컴퓨터의응용프로그램에서차상무선장치와지상 용 컴퓨터간의통신패킷의송수신을통해수행된다
.
이 패킷은
TCP/IP
통신패킷에실려차상무선장치와지상용컴퓨터 간 데이터 통신에 사용된다
.
차상무선장치와지상용컴퓨터간 데이터송수신이지 상과차상간의통신 단절로실패할경우재연결이가능하 며 이 때수신된 데이터는통신 단절이후차상기록을 연 결하여수신을받으며
,
지상의일부AP
의문제로통신이단절된경우에는
AP 1~6
중 연결이가능한AP
와차상무선전송장치가자동으로연결되어기록을수신받도록하였다
.
지상의전체
AP
의 문제로통신송수신이안 될 경우노트북으로직접 차상의무선전송 장치의
TCP/IP Port
로LAN
Cable
을연결하여수신받아서버로업로드하도록하며차상의무선전송 장치또는차상 안테나문제로 통신에러
발생시
Backup
용의무선전송장치와자동연결되어데이터 수신 받도록 하였다
.
TCMS
정보무선수신사항은전동차운행기록,
고장기록,
주행기록
,
사용전력량기록,
승객하중기록,
차상시험기록,
출 입문기록,
입력기록 정보조회및출력이다.
열차운행시스템의화면구성은
Fig. 7
과 같으며매초 마다차량운행결과값정보
,
속도,
거리,
역행/
제동, ATC
정보를보여주는운행기록과출발전시험
,
일상,
월상,
시험결과치정보를구분하며ATC, TCMS
장치 간의통신,
각종하부장치의테스트결과를 나타낸 차상시험기록이다
.
4. 결론 및 향후 연구과제
무선전송장치시스템이구축되지않은기존운영기관에
서는기지로입고한차량의
TCMS
장치기록내용을서버로전송할때유지보수인력이 수작업으로시행하고있다
.
그에따른비용과 데이터전송시 사용하는
PCMCIA
카드용량한계
(4Mbyte)
와물리적인 에러로인한데이터 전송의정확성저하되며이벤트가없을경우데이터를단순다운로드하 였다
.
따라서본연구에서는무선전송장치를이용하여데이터 통신을 하는열차정보수집 장치를개선하여적용함으로써 차량의각종정보를정확하게수집하여관리하고 전동차검 수업무를효율적으로수행가능하게되었다
.
즉절감된인력,
시간및 비용으로보다양질의검수업무와차량이력데이
터를
Database
화하여보다체계적인검수서비스가가능하게되었으며
,
또한운행후 점검, 5
일 점검및 경정비유지보수비용이시스템 구축전후대비 약
6.3%
의절감효과를가져 왔고
,
주요장애발생기기 및주변기기에 대한전 편성 의일제검사의집중관리효과가향상되어데이터전송의정확성은
PCMCIA
카드로 전송대비시스템 구축이후의무선 전송 데이터에 대한 오류는 발생하지 않았다
.
현재서울지하철
9
호선에서는각종운행자료를영업종료 후 차량기지검수고로입고한후에무선으로데이터전송이 가능한시스템으로구축하였으며,
향후무선통신을이용한 열차정보수집장치를개선보완하여열차가운행중인 본 선의전구간에서실시간으로열차의모든데이터를송수신 할 수있는 시스템으로구축하여정보전송의정확성및차 량고장등이례상황발생시즉시 현장조치함과동시에수 집된 자료를통계분석하는 피드백시스템을적용함으로써 동종 장애발생에 대한예방점검까지수행할수 있는종합 적인열차정보수집장치를구축하는연구개발이 필요할것 으로 판단된다.
Fig. 6 지상서버와 무선 전송 장치의 전송시스템
Fig. 7 열차운행시스템
[3] S.H. Han, T.K. Ahn, S.G. Lee. K.S. Lee, K.H. Choi (2000) Reliability Software are Design Techniques of the Train Con- trol and Monitoring System(TCMS) for the Standard type K-
Kidari.
접수일(2010년 5월 7일), 수정일(2010년 6월 16일), 게재확정일(2010년 10월 27일)
