KR0186119B1

KR0186119B1 - 철도신호용 바이틀입력 인터페이스 회로 및 방법

Info

Publication number: KR0186119B1
Application number: KR1019950038718A
Authority: KR
Inventors: 조용기
Original assignee: 이희종; 엘지산전주식회사
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR970020826A

Abstract

본 발명은 철도신호 시스템에 사용되는 입력회로에 관한 것으로, 종래의 철도신호 인터페이스회로는 바이틀기능이 구비되어 있지 않아 입력회로가 동작중에 고장이 발생되는 경우 출력단에서 그 상황을 인지할 수 없게 되고, 고장상태에서의 입력데이타가 곧바로 프로세서에 입력되어 진위여부를 확인할 수 없는 결함이 있었는바, 본 발명은 이를 해결하기 위하여, 일반 로직구성의 회로에 바이틀개념을 도입하여 바이틀인터페이스회로를 구성하고, 프로세서(304)에서 그 바이틀인터페이스회로에 일련의 바이너리신호를 공급하면서 체크라인을 통해 출력신호를 확인하여 입력신호에 대한 반전신호가 출력되면 인터페이스를 정상으로 판정하고, 일정레벨의 신호가 지속적으로 출력되면 현장기기의 에러로 판정하도록 하였다.

Description

철도신호용 바이틀입력 인터페이스 회로 및 방법

제1도는 일반적인 철도신호 제어시스템의 필드입력 인터페이스회로도.

제2도는 본 발명의 적용부위를 보이기 위한 철도제어시스템의 전체 블록도.

제3도는 제2도의 전자연동장치에 대한 상세 블록도.

제4도는 제3도에서 바이틀입력 인터페이스부의 일실시 예시 회로도.

제5도의 (a)는 구동라인에 공급되는 신호의 파형도.

(b) 및 (c)는 체크라인에 출력되는 신호의 파형도.

제6도는 본 발명 철도신호용 바이틀입력 인터페이스 방법에 대한 신호 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200A : 사령설비 200B : 현장설비

201 : 메인컴퓨터 202 : 서브컴퓨터

203 : 선택기 204 : 입출력장치

205 : 콘트롤러 206 : 엘디피

207 : 중앙데이타전송장치 208,210,212 : 모뎀

209,211 : 단말데이타전송장치 213 : 전자연동장치

400A : 제1바이너리신호처리부 400B : 제2바이너리신호처리부

400C : 체크라인신호 출력부

본 발명은 철도신호 시스템에 사용되는 입력신호의 처리기술에 관한 것으로, 특히 바이틀(Vital) 원리를 이용하여 입력 포인트회로에 대한 고장-안전(Fail-Safe)기능 이외에도 필드전원에 이상이 발생될 때 입력내용을 확인할 수 있도록한 철도신호용 바이틀입력 인터페이스 회로 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 바이틀입력 인터페이스회로는 산업전자의 자동화시스템을 비롯하여 각종 산업분야에 널리 적용되는 기술이며, 특히 철도신호 제어시스템에서의 전철기, 신호기등과 같은 교통제어기의 동작을 제어하는 연동장치 제어시스템에 적용하는데 유용하다. 본래 철도신호의 운영 및 제어시스템은 바이틀 및 고장-안전 특성을 가져야 하는데, 여기서 바이틀 개념이란 고장이 발생되었을 때 고장에 대한 보호운영과 이 고장에 대해 제한적인 동작이나 안정된 상태를 유지하는 기능을 의미한다.

제1도는 일반적인 철도신호 제어시스템에 적용되는 필드입력 인터페이스회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 필드전원(12V)의 정극성단자가 계전기접점(11) 및 저항(R11), 포터커플러(PC)의 포토다이오드(PD)를 순차적으로 통한 후 그 필드전원(12V)의 부극성단자에 접속됨과 아울러 그 접속점이 역방향전류 보호용 다이오드(D11)를 통해 상기 저항(R11) 및 포토다이오드(PD)의 애노드의 접속점에 공통 접속되고, 전원단자(+5V)의 저항(R12)을 통한 후 에미터가 접지된 포토트랜지스터(PT)의 콜렉터에 접속되며, 이 접속점이 구동기(12)를 통해 출력단자(OUT)에 접속되어 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 계전기접점(11)이 단락되는 경우 필드전원(12V)에서 공급되는 전류가 그 계전기접점(11) 및 저항(R11)을 통한 후 포토커플러(PC)의 포토다이오드(PD)를 통해 그 필드전원(12V)의 부극성단자측으로 흐르게 된다. 이에 따라 상기 포토커플러(PC)의 포토트랜지스터(PT)가 온되므로 전원단자(+5V)에서 공급되는 전원이 그 포토트랜지스터(PT)를 통해 접지측으로 연결되며, 이로 인하여 구동기(12)에서 로우 신호가 출력된다.

그러나, 상기 계전기접점(11)이 개방되는 경우 필드전원(12V)의 공급이 차단되므로 상기 포토커플러(PC)의 포토다이오드(PD) 및 포토트랜지스터(PT)가 모두 오프되고, 이로 인하여 상기 전원단자(+5V)에서 공급되는 전원이 구동기(12)에 공급되어 이로부터 하이신호가 출력된다.

여기서, 상기 저항(R11)은 상기 포토커플러(PC)에 공급되는 전류량을 제어하기 위한 전류제한소자로 사용된 것으로, 이에 의해 상기 포토트랜지스터(PT)의 출력전압레벨이 조정되고, 궁극적으로 구동기(12)의 통과-유지 마진(through-hold margin)이 조정된다. 또한, 역방향으로 접속된 상기 다이오드(D11)는 역방향전원에 대해 상기 포토다이오드(PD)를 보호하기 위해 사용된 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 인터페이스회로는 단순히 포토커플러를 이용하여 입력단과 출력단을 전기적으로 분리시킨 것 이외에 별다른 기능이 구비되어 있지 않다. 즉, 바이틀기능이 구비되어 있지 않아 입력회로가 동작중에 고장이 발생되는 경우 출력단에서 그 상황을 인지할 수 없게 되고, 고장상태에서의 입력데이타가 곧바로 프로세서에 입력되어 진위여부를 확인할 수 없는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 일반 로직구성의 회로에 바이틀개념을 도입하여 고장상태에서도 현장기기로 부터의 입력상태 및 이것을 받아들이는 입력장치의 상태를 확인할 수 있는 바이틀입력 인터페이스 회로 및 방법을 제공함에 있다.

제2도는 본 발명의 적용부위를 보이기 위한 철도제어시스템의 전체 구성도로서 이에 도시한 바와같이, 후술할 현장설비(200B)와 네트워크를 구성하고, 중앙제어실(CCR:Central Control Room)에서 컴퓨터를 이용하여 열차의 운행을 총괄적으로 감시하고 제어하는 사령설비(200A)와, 각역마다 설치된 신호분소와 현장에 설치된 장비로서선로(track) 및 역사(sation), 차량등에 설치되어 현장신호설비를 구동시킴으로써 직접적으로 열차의 운행을 제어하고 방호하는 현장설비(200B)로 구성되었다.

제3도는 본 발명의 철도신호용 바이틀입력 인터페이스회로가 적용되는 제2도의 전자연동장치(또는 계전기연동장치)에 대한 전체 블록도로서 이에 도시한 바와같이, 전철기, 신호기, 센서등과 같은 현장기기로 구성되어 바이틀입력을 발생하는 바이틀입력부(301)와, 상기 바이틀입력부(301)를 통해 입력되는 신호를 프로세서(304)에 전달하는 복수개의 바이틀입력인터페이스(302),(303)와, 현장기기 상태입력과 이와 연관하여 입력회로의 상태를 확인할 수 있도록 하기 위하여 구동라인을 통해 상기 바이틀입력인터페이스(302),(303)에 디지탈신호를 출력한 후 체크라인을 통해 확인하는 3중계의 프로세서(304)와, 상기 프로세서(304)의 제어를 받아 바이틀출력부(308)에 제어신호를 출력하기 위한 바이틀출력인터페이스(306),(307)로 구성되었다.

제4도는 제3도에서 바이틀입력 인터페이스부(302)의 일실시 예시 회로도로서 이에 도시한 바와같이, 계전기접점(41)을 통해 공급되는 바이틀입력신호에 의해 인에이블되고, 구동라인(DL1)을 통해 입력되는 일련의 바이너리신호를 전달함에 있어서 입력단과 전기적으로 분리시켜 출력하는 제1바이너리신호처리부(400A)와, 계전기접점(41)을 통해 공급되는 바이틀입력신호에 의해 인에이블되고, 상기 제1바이너리신호처리부(400A)로 부터 입력되는 일련의 바이너리신호를 전달함에 있어서 입력단과 전기적으로 분리시켜 출력하는 제2바이너리신호처리부(400B)와, 상기 계전기접점(41)이 단락되어 바이틀입력이 정상적으로 공급될 때 상기 제2바이너리신호처리부(400B)의 출력신호를 반전시키고, 상기 계전기접점(41)이 개방되어 바이틀입력이 입력되지 않을 때 상기 제2바이너리신호처리부(400B)의 출력신호에 관계없이 지속적으로 일정레벨의 신호를 생성하여 체크라인(CL1)에 출력하는 체크라인신호 출력부(400C)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 제5도 및 제6도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

통상적으로 철도제어시스템을 TTC(Total Traffic Control) 또는 CTC(Centralized Traffic Control)라고 칭하며, 이는 열차의 운행감시 및 제어를 끊임없이 계속적으로 지속하기 위해 설비의 각 구성품마다 신뢰성을 제고시킬뿐만 아니라 설비의 2중화 및 기능수행의 2중화등을 통해 전체의 신뢰성을 향상시키고 있으며, 이의 전반적인 동작을 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

사령실내에는 폴트-톨러런트(Fault-tolerent) 시스템인 중앙컴퓨터가 메인컴퓨터(201)와 서브컴퓨터(202)에 의해 2중구조로 구성되어 있으며, 이들은 동일한 기능과 역할을 수행하면서 시스템고장에 대비하여 서로 감시하고 있다.

사령실에는 중앙데이타전송장치(Central Data Transmission)(207)가 설치되어 있어 각 통신채널을 통해 현장의 감시(표시용)정보를 수신하거나 사령실의 제어정보를 현장으로 송신하게 되며, 현장역마다 단말데이타전송장치(Local Data Transmission)(209), (211)가 설치되어 있어 열차운행에 따른 표시정보를 수집하여 상기 중앙데이타전송장치(207)측으로 전송하거나 그 중앙데이타전송장치(207)로 부터 수신한 제어정보를 전자연동장치(213)내에 있는 입출력인터페이스를 통해 제어기기(신호기, 전철기, 스위치, 궤도회로)측으로 전송하여 그 제어기기를 제어하게 된다.

콘트롤러(205)는 상기 중앙데이타전송장치(207)를 통해 수신되는 표시정보를 공급받아 이를 엘디피(Large Display Panel)(206)에 디스플레이하고, 선택기(203)를 통해 메인컴퓨터(201)나 서브컴퓨터(202)의 제어정보를 공급받아 상기 중앙데이타전송장치(207)를 통해 단말데이타전송장치(209),(211)측으로 전송하며, 열차번호에 관한 정보는 상기 엘디피(206)에 디스플레이한다.

상기 콘트롤러(205)는 사령설비의 신뢰성을 재고하기 위한 장비로 활용되기도 하는데 상기 메인컴퓨터(201)가 기능수행에 이상을 보일 때 관리자는 그 콘트롤러(205)에 연결된 엘디피(206)의 푸쉬버튼이나 조작반의 키보드를 이용하여 열차의 기본적인 운전을 제어할 수 있게 된다.

상기 엘디피(206)는 여러개의 씨알티로 결합된 멀티비젼방식 또는 소형의 모자이크를 조합한 대형 판넬등으로 구성되는데, 이 엘디피(206)에는 현장선로의 실제 배치도와 유사한 선로 다이아그램이 기본적으로 표시되고, 대형판넬의 경우에는 현장의 열차운전상태를 표시하기 위하여 여러색깔의 램프와 열차번호 또는 시각등을 표시하기 위한 표시창등이 취부되어 있다. 또한, 필요에 따라서는 엘디피(206)에서의 운전제어가 가능하도록 전철기 신호기등에 푸쉬버튼을 취부하기도 한다.

전자연동장치(또는 계전연동장치)(213)는 정거장내의 많은 분기와 선로상에서 원할한 열차운전을 위하여 신호기, 전철기등의 상호간에 전기 또는 기계적인 방법으로 연쇄하는 장치이다. 상기 연동장치는 계전기를 연동순서에 따라 순차적으로 조합한 계전연동장치와 프로세서를 이용하여 로직화한 연동장치가 있는데, 점차 전자연동장치로 대체되고 있는 실정에 있다.

상기 전자연동장치(213)는 열차의 원할한 진행을 위해 진로를 설정함에 있어서, 관련된 전철기나 신호기등이 연동순서에 따라 반드시 올바르게 연쇄적으로 동작되어야 한다. 만약, 그렇지 않은 경우 열차의 탈선이나 충돌등 대형사고를 야기하게 된다. 따라서, 이에 대한 시스템은 다른 시스템보다 고장-안전시스템구조로 설계되어야 하고, 이에 대한 현장기기(신호기, 전철기)와의 인터페이스 로직은 바이틀한 로직으로 구성되어야 한다.

일예로써, 사령실에서 열차의 진로설정을 위해 중앙데이타전송장치(207) 및 단말데이타전송장치(211)를 통해 제어명령이 하달되는 경우 현장상황이 불합리하면 상기 전자연동장치(213)에 무시된다.

제3도 및 제4도를 통해 후술할 철도신호를 위한 바이틀입력 인터페이스회로는 이 전자연동장치(213)의 일부분인 바이틀입력 인터페이스에 관련되어 있다.

한편, 제3도는 본 발명 철도신호용 바이틀입력 인터페이스회로에 대한 주변구성을 보인것으로 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 전체 시스템은 고장-안전을 위해 3중계로 구성하였는데, 여기서, 3중계란 각각의 프로세서유니트가 3개로 구성되어 있어 같은 현장입력을 각기 받아들인 후 내부에서 처리한 결과를 각각 비교하여 그 결과가 서로 일치할 경우에만 출력을 발생하고, 비교결과가 다른 경우 안전한 상태의 출력값을 발생하는 구조를 일컫는 것이다. 또한, 이 출력에 대한 출력구조는 최종의 출력단 장치에서 출력을 발생할 때 그 출력값을 피드백하여 다시 읽어들인 후 초기의 출력명령과 비교하는 바이틀 출력구조를 갖는다.

아울러, 각각의 프로세서유니트에 대한 필드입력은 바이틀입력인터페이스(302)와 같이 바이틀한 입력구조를 가져야만 한다. 즉, 제4도를 통해 후술하는 바와같이 현장기기의 동작전원 루프에 대한 현장기기 상태입력과 이와 연관하여 입력회로의 상태를 확인할 수 있게 프로세서(304)에서 구동라인(DL1)에 디지탈신호를 출력하고, 이것을 체크라인(CL1)을 통해 확인하는 방식으로 입력장치의 상태를 확인하고 실제 전철기, 신호기, 센서등과 같은 현장기기의 상태를 입력하는 구조를 갖는다.

이렇게 함으로써 프로세서(304)의 입장에서 볼 때 현장기기 즉, 바이틀입력부(301)에서 바로 입력라인을 연결하지 않고 바이틀전원이 공급되고 있는 상태에서 체크라인(CL1)을 통해 읽어들이게 되는 것이다.

이하, 제4도를 참조하여 바이틀입력인터페이스(302)의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도의 프로세서(304)는 현장기기의 정상여부를 확인하기 위하여 구동라인(DL1)을 통해 제5도의 (a)와 같은 바이너리신호 즉, 하이와 로우가 교번되게 나타나는 시퀀스신호를 출력하게 된다.

이때, 현장기기가 정상인 상태 즉, 계전기접점(41)이 단락된 상태라면 체크라인(CL1)에 제5도의 (b)와 같이 약간 지연되고 반전된 시퀀스신호가 출력되는데, 이 출력과정을 설명하면 하기와 같다.

구동라인(DL1)에 하이신호가 공급될 때, 그 하이신호에 의해 포토커플러(PC41)의 발광다이오드(PD41)가 오프되고, 이로 인하여 수광다이오드(PD42) 및 포토트랜지스터(PT41)가 오프된다. 이에 따라 필드전원(12V)이 상기 저항(R41), 계전기접점(41) 및 저항(R43)을 통해 트랜지스터(Q41)의 베이스에 공급되어 그가 온되고, 이에 의해 포토커플러(PC42)의 발광다이오드(PD43)에 전류가 흐르지 않는다.

이에 따라 상기 포토커플러(PC42)의 수광다이오드(PD44) 및 포토트랜지스터(PT42)가 오프되므로 +5V의 터미널전원(V_L)이 저항(R47)을 통해 트랜지스터(Q42)의 베이스에 공급되어 그가 온되고, 이로 인하여 그 트랜지스터(Q42)의 콜렉터에서 로우신호가 출력된다.

그러나, 상기 구동라인(DL1)에 로우신호가 공급될 때, 그 로우신호에 의해 포토커플러(PC41)의 발광다이오드(PD41)가 온되고, 이로 인하여 수광다이오드(PD42) 및 포토트랜지스터(PT41)가 온된다. 이에 따라 필드전원(12V)이 상기 저항(R41), 계전기접점(41) 및 저항(R43)을 통한 후 상기 포토트랜지스터(PT41)를 통해 연결되어 상기 트랜지스터(Q41)의 베이스에 로우신호가 공급되므로 그 트랜지스터(Q41)가 오프되고, 이로인하여 상기 발광다이오드(PD43)에 전류가 흐르게 된다.

이에 따라 상기 포토커플러(PC42)의 수광다이오드(PD44) 및 포토트랜지스터(PT42)가 온되므로 상기 트랜지스터(Q42)의 베이스측에 로우신호가 공급되어 그가 오프되고, 이로 인하여 그 트랜지스터(Q42)의 콜렉터에서 하이신호가 출력된다.

한편, 상기 구동라인(DL1)을 통해 제5도의 (a)와같은 바이너리신호가 공급되고 있는 상태에서 현장기기가 고장상태일 때 즉, 계전기접점(41)이 개방된 상태라면 체크라인(CL1)에 제5도의 (c)와같이 지속적인 로우신호가 출력되는데, 이 출력과정을 설명하면 하기와 같다.

상기 계전기접점(41)이 개방된 상태를 유지하여 필드전원(12V)이 상기 포트커플러(PC41),(PC42)에 공급되지 않고, 이로 인하여 상기 구동라인(DL1)을 통해 공급되는 신호에 관계없이 그 포토커플러(PC41),(PC42)가 오프상태를 유지한다. 이에 따라 상기 터미널전원(V_L)이 상기 저항(R47)을 통해 트랜지스터(Q42)의 베이스에 계속 공급되어 그 트랜지스터(Q42)가 계속 온상태를 유지하므로 그 트랜지스터(Q42)의 콜렉터에 접속된 체크라인(CL1)에는 로우신호가 지속적으로 출력된다.

결국, 제3도의 프로세서(304)는 구동라인(DL1)을 통해 제4도와 같이 구성된 바이틀입력인터페이스(302)에 일련의 바이너리신호를 공급하고 체크라인(CL1)을 통해 입력되는 신호를 확인하여 반전된 신호가 입력되면 현장기기를 정상으로 판정하고, 지속적인 로우신호가 입력되면 현장기기를 고장으로 판단하여 에러메시지를 출력하게 된다.

이렇게 발생된 에러메시지는 단말데이타전송장치(211)→모뎀(212),(208)→중앙데이타전송장치(207)→콘트롤러(205)에 공급된 후 다시 한편으로는 엘디피(206)에 전달되어 그 엘디피(206)에 이상상태가 표시되며, 다른 한편으로는 선택기(203)를 통해 메인컴퓨터(201)나 서브컴퓨터(202)가 전달된다.

참고로, 철도신호는 실제 인터페이스회로와 멀리 떨어져 있으므로 환경에 대한 노이즈대책이 있어야 하는데, 과전압에 대한 대책의 일환으로 인터페이스회로의 양단에 바리스터(42)를 연결하였다. 또한, 제4도에서 포토트랜지스터(PT41),(PT42)는 출력전류를 증가시키기 위하여 사용된 것이며, 발광다이오드(D41)는 상기 계전기접점(41)이 단락되어 있음을 나타내기 위하여 사용된 것이고, 다이오드(D42)는 포토커플러(PC41),(PC42)를 보호하기 위하여 사용된 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이, 본 발명은 프로세서에서 구동라인을 통해 인터페이스회로에 일련의 바이너리신호를 공급하고 체크라인을 통해서는 그 인터페이스회로 부터 입력되는 신호를 확인하여 입력장치의 고장/정상상태를 판단할 수 있게 함으로써 현장기기의 고장으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

계전기접점(41)을 통해 공급되는 바이틀입력신호에 의해 인에이블되고, 구동라인(DL1)을 통해 입력되는 일련의 바이너리신호를 전달함에 있어서 입력단과 전기적으로 분리시켜 출력하는 제1바이너리신호처리부(400A)와, 계전기접점(41)을 통해 공급되는 바이틀입력신호에 의해 인에이블되고, 상기 제1바이너리신호처리부(400A)로 부터 입력되는 일련의 바이너리신호를 전달함에 있어서 입력단과 전기적으로 분리시켜 출력하는 제2바이너리신호처리부(400B)와, 상기 계전기접점(41)이 단락상태를 유지할 때 상기 제2바이너리신호처리부(400B)의 출력신호를 반전시켜 체크라인(CL1)에 출력하고, 상기 계전기접점(41)이 개방상태를 유지할 때 상기 제2바이너리신호처리부(400B)의 출력신호에 관계없이 지속적으로 일정레벨의 신호를 생성하여 체크라인(CL1)에 출력하는 체크라인신호 출력부(400C)로 구성한 것을 특징으로 하는 철도신호용 바이틀입력 인터페이스회로.
제1항에 있어서, 인터페이스회로의 양단에 접속한 바리스터(42)를 더 포함시켜 구성한 것을 특징으로 하는 철도신호용 바이틀입력 인터페이스회로.
바이틀입력신호가 제공되는 상태에서 구동라인을 통해 바이틀입력인터페이스에 일련의 바이너리신호를 공급하고 이로부터 입력되는 신호가 반전된 신호인지를 확인하여 그 바이틀입력인터페이스의 정상여부를 판정하는 제1단계와, 상기 바이틀입력인터페이스로 부터 일정레벨의 신호가 지속적으로 출력될 때 현장기기의 에러로 판정하는 제2단계와, 상기 바이틀입력인터페이스 또는 현장기기의 에러메시지가 출력될 때 이를 데이타전송장치를 통해 사령실의 중앙컴퓨터에 전달함과 아울러 엘디피에 디스플레이하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도신호용 바이틀입력 인터페이스방법.