KR100588049B1 - 철도차량에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를위한 차량신호 측정장치 - Google Patents

철도차량에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를위한 차량신호 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기철도에서 집전장치의 측정시스템에 차량으로부터 출력되는 각종 신호를 입력받는 다른 측정장치를 연결하고, 이를 통하여 집전장치 자체의 측정시스템을 통한 분석 뿐 만 아니라 차량으로부터 제공되는 다른 신호와의 입출력에 대한 정확한 분석이 가능하도록 하는 전기철도에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 고전압 환경 하에 철도차량의 지붕에 각각 설치되는 동시에 집전장치의 전,후 집전판과 가선이 접촉하는 힘을 측정하는 접촉력 측정용 로드셀, 집전장치의 다수개 위치별 가속도 움직임의 크기를 측정하는 가속도 측정용 가속도계, 열차 주행시 속도 증가에 따라 바람으로 인해 발생하는 양력의 크기를 측정하는 양력 측정용 로드셀로부터 출력되는 각종 측정신호를 입력받아 텔레메트리를 통해 송신하는 텔레메트리 송신부와, 상기 텔레메트리 송신부로부터 각종 측정신호를 수신하여 실내에 설치되는 데이터 수집부와 차량신호 측정부로 출력하는 텔레메트리 수신부와, 철도차량의 지붕에 설치되어 화상데이터를 모니터링하는 비디오 모니터와, 열차의 주행속도, 주행거리 및 가선 입력전압 등을 감지하는 감지부와, 상기 텔레메트리 수신부와 감지부를 통해 다수개의 채널별로 전송받는 측정신호를 분리하고 열차속도와 측정된 순서대로 분석 및 저장하는 데이터 수집부와, 집전장치의 측정시스템을 통한 분석 및 차량으로부터 제공되는 각종 신호를 입력받아 판토그래프에 대한 분석이 가능하도록 연결 구성된 차량신호 측정부를 포함하여 구성된 것으로서, 집전장치의 이선이나 아아크 발생이 차량에 끼치는 영향을 정확히 파악할 수가 있고, 또한 가선전류와 접촉력과의 비교를 통하여, 이선율을 전기 및 기계적으로 상호 비교 분석이 가능하게 되어 이선으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
집전장치, 판토그래프, 텔레메트리, 인터페이스

Description

철도차량에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치{Signal measurement system for interfacing current collection apparature in a train}
도1은 본 발명에 따른 집전장치 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치의 블록 구성도.
도2는 도1의 상세 블록 구성도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 텔레메트리 송신부 20: 텔레메트리 수신부
30: 데이터 수집부 40: 차량신호 측정부
50: 인터페이스 회로부
본 발명은 철도차량에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기철도에서 집전장치의 측정시스템에 차량으로부터 출력되는 각종 신호를 입력받는 다른 측정장치를 연결하고, 이를 통하여 집전장치 자체의 측정시스템을 통한 분석 뿐 만 아니라 차량으로부터 제공되는 다른 신호와의 입출력에 대한 정확한 분석이 가능하도록 하는 전기철도에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치에 관한 것이다.
철도차량을 이용한 교통시스템은 다른 대중교통 수단이 한계에 이르면서 그 수요가 날로 증가하고 있는 추세이다.
철도차량에 대한 공급이 증가함과 동시에 안전성과 신뢰성에 대한 확보가 그 어느 때보다도 더 절실히 요구되고 있다.
철도차량에 부착 설치되는 집전장치는 철도차량의 안전성과 신뢰성을 크게 좌우하는 전장품 중의 하나이다.
이와 같은 집전장치는 가선으로부터 열차의 운행에 소요되는 교류 25kV의 전기에너지를 받아 공급하는 장치로서 집전(current collection)성능은 물론, 가선과의 기계·전기적인 인터페이스 성능이 차량시스템과 시설물의 안전성에 지대한 영향을 미치게 된다.
이와 같이 집전장치는 차량의 성능에 직접적으로 영향을 주는 장치이기 때문에 단품시험, 완성차시험, 본선시운전 시험 등과 같은 기준을 마련하여 철저하게 시험을 실시하고 있다.
그러나 종래에는 집전장치의 여러 성능을 검증하기 위해서는 열차주행시 안전성 측면에서 가선에 미치는 판토그래프(pantograph)의 운동 영향 즉, 가선에 대한 집전장치의 물리적인 거동 특성 등에만 중점을 두고 분석해왔기 때문에 가선전류를 통한 이선율을 구하는 것과 같은 다른 신호와의 인터페이싱에 많은 어려움이 뒤따랐다.
더욱이 집전장치는 가선으로부터 안정적으로 전력을 공급받아 차량에 제공하는 주요한 기능을 담당하고 있는 중요성에도 불구하고, 종래에는 판토 그래프에 대한 측정을 위하여 접촉력, 온도 등에만 중점을 두고 측정해 왔기 때문에 판토그래프의 이선이나 아아크 발생으로 인한 차량의 영향을 파악하는데 많은 어려움이 뒤따르는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 그의 목적은 통상의 판토그래프 측정장치에 차량신호 측정장치를 연결함으로서 차량신호 측정장치에서 집전장치와 관련된 여러 신호를 입력받을 수 있게 되어 판토그래프에 대한 정확한 분석이 가능하도록 하는 철도차량의 집전장치 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고전압 환경 하에 철도차량의 지붕에 각각 설치되는 동시에 집전장치의 전,후 집전판과 가선이 접촉하는 힘을 측정하는 접촉력 측정용 로드셀, 집전장치의 다수개 위치별 가속도 움직임의 크기를 측정하는 가속도 측정용 가속도계, 열차 주행시 속도 증가에 따라 바람으로 인해 발생하는 양력의 크기를 측정하는 양력 측정용 로드셀로부터 출력되는 각종 측정신호를 입력받아 텔레메트리를 통해 송신하는 텔레메트리 송신부와, 상기 텔레메트리 송신부로부터 각종 측정신호를 수신하여 실내에 설치되는 데이터 수집부와 차량 신호측정부로 출력하며, 인터페이스 기능을 수행하기 위한 인터페이스 회로부를 구비한 텔레메트리 수신부와, 철도차량의 지붕에 설치되어 화상데이터를 모니터링하는 비디오 모니터와, 열차의 주행속도, 주행거리 및 가선 입력전압 등을 감지하는 감지부와, 상기 텔레메트리 수신부와 감지부를 통해 다수개의 채널별로 전송받는 측정신호를 분리하고 열차속도와 측정된 순서대로 분석 및 저장하는 데이터 수집부와, 집전장치의 측정시스템을 통한 분석 및 차량으로부터 제공되는 각종 신호를 입력받아 판토그래프에 대한 분석이 가능하도록 연결 구성된 차량신호 측정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 데이터 수집부와 차량신호 측정부의 동작의 안전성을 위해 무선 구내 정보 통신망(Wireless LAN) 방식을 적용함으로서, 하드웨어(H/W) 케이블이 격리되는 구조로 구성되며, 화상 모니터링 시스템과 물리량 측정시스템으로 구분하여 독립적으로 가동되면서 측정 환경 데이터인 열차속도 데이터 등은 공유할 수 있도록 구성되며, 가선으로부터의 여러 신호들은 텔레메트리를 통해 송,수신하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 인터페이스를 위한 회로부는, 무선 구내 정보 통신망(Wireless LAN)내의 안테나를 통해 입력받은 물리량 측정신호를 물리량의 변화 추이를 판단할 수 있는 아날로그 신호로 변환시키는 D/A 보드와, 상기 D/A 보드로부터 처리된 아날로그 형태의 물리량 측정신호를 데이터 분석/측정용 컴퓨터와 통신하기 위하여 제어 기능을 수행하는 입,출력(D I/O) 보드와, 상기 무선 구내 정보 통신망, D/A 보드 및 입,출력 보드등 모든 보드의 동작을 총괄적으로 제어하는 중앙처리장치(CPU) 보드와, 인터페이스 회로부 내의 각 모듈들의 하드웨어 연결 및 데이터 통신/교환을 지원하는 백프레인 보드와, 측정된 디지털신호에 포함된 잡음 신호를 제거하고 송신된 16개 채널의 판토그래프 물리량 측정신호를 실제 물리량과 동일한 크기의 값으로 인식할 수 있도록 증폭하는 DT 필터 앰프와, 장래 용량/기능 확장에 대비한 예비슬롯을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 기초하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 집전장치 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치의 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 고전압 환경 하에 철도차량의 지붕에 각각 설치되는 동시에 집전장치의 전,후 집전판과 가선이 접촉하는 힘을 측정하는 접촉력 측정용 로드셀(1), 집전장치의 다수개(7개) 위치별 가속도 움직임의 크기를 측정하는 가속도 측정용 가속도계(2), 열차 주행시 속도 증가에 따라 바람으로 인해 발생하는 양력의 크기를 측정하는 양력 측정용 로드셀(3)로부터 출력되는 각종 측정신호를 입력받아 텔레메트리(telemetry)를 통해 송신하는 텔레메트리 송신부(10)와, 상기 텔레메트리 송신부(10)로부터 각종 측정신호를 수신하여 실내에 설치되는 데이터 수집부(30)와 차량신호 측정부(40)로 출력하며, 인터페이스 기능을 수행하기 위한 인터페이스 회로부(50, 도2에 도시)를 구비한 텔레메트리 수신부(20)와, 철도차량의 지붕에 설치되어 화상데이터를 모니터링하는 비디오 모니터(4)와, 열차의 주행속도, 주행거리 및 가선 입력전압 등을 감지하는 감지부(5)와, 상기 텔레메트리 수신부(20)와 감지부(5)를 통해 다수개(14개)의 채널별로 전송받는 측정신호를 분리하고 열차속도와 측정된 순서대로 분석 및 저장하는 데이터 수집부(30)와, 상기 텔레메트리 수신부(20)와 감지부(5)(즉, 집전장치의 측정시스템)를 통한 분석 및 차량으로부터 제공되는 각종 신호를 입력받아 판토그래프에 대한 분석이 가능하도록 연결 구성된 차량신호 측정부(40)를 포함하여 구성된 것이다.
즉, 본 발명은 차량의 실내에 설치되는 데이터 수집부(30)와 차량신호 측정부(40)의 동작의 안전성을 위해 무선 구내 정보 통신망(Wireless LAN) 방식의 무선데이터 송·수신 방식을 적용함으로서, 하드웨어(H/W) 케이블이 격리되는 구조로 구성되며, 화상 모니터링 시스템과 물리량 측정시스템으로 구분하여 독립적으로 가동되면서 측정 환경 데이터인 열차속도 데이터 등은 공유할 수 있도록 구성되며, 가선으로부터의 여러 신호들은 텔레메트리를 통해 송,수신하도록 구성되어 있다.
도 2는 도1의 상세 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 집전장치 측정시스템과 차량신호 측정부 간의 인터페이싱을 행하는 인터페이스 회로부의 상세 블록 구성도를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 상기 텔레메트리 수신부(20)에 내부에 구성되어 인터페이싱을 행하는 인터페이스 회로부(50)는, 무선 구내 정보 통신망(Wireless LAN)(100)내의 안테나를 통해 입력받은 물리량 측정신호(0∼5V의 디지털형태의 신호)를 물리량의 변화 추이를 판단할 수 있는 아날로그 신호로 변환시키는 D/A 보드(51)와, 상기 D/A 보드(51)로부터 처리된 아날로그 형태의 물리량 측정신호(16채널)를 데이터 분석/측정용 컴퓨터와 통신하기 위하여 제어 기능을 수행하는 입,출력(D I/O) 보드(52)와, 상기 무선 구내 정보 통신망(100), D/A 보드(51) 및 입,출력 보드(52)등 모든 보드의 동작을 총괄적으로 제어하는 중앙처리장치(CPU) 보드(53)와, 인터페이스 회로부 내의 각 모듈들의 하드웨어 연결 및 데이터 통신/교환을 지원하는 백프레인 보드(54)와, 측정된 디지털신호에 포함된 잡음신호를 제거하고 송신된 16개 채널의 판토그래프 물리량 측정신호(0∼5V)를 실제 물리량과 동일한 크기의 값으로 인식할 수 있도록 증폭하는 DT 필터 앰프(55)와, 장래 용량/기능 확장에 대비한 예비슬롯(56)을 포함하여 구성된 것이다.
도2 중 미설명 부호 60은 무선 구내 정보 통신망으로 데이터 처리 및 작동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급장치이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 고전압 환경 하에 집전장치의 전,후 집전판과 가선이 접촉하는 힘을 측정하는 접촉력 측정용 로드셀(1)과, 집전장치의 다수개(7개) 위치별 가속도 움직임의 크기를 측정하는 가속도 측정용 가속도계(2)및 열차 주행시 속도 증가에 따라 바람으로 인해 발생하는 양력의 크기를 측정하는 양력 측정용 로드셀(3)은 철도차량의 지붕에 각각 설치된다. 텔레메트리 송신부(10)는 일체형 박스로 구성되어 상기한 접촉력 측정용 로드셀(1)과, 가속도 측정용 가속도계(2) 및 양력 측정용 로드셀(3)로부터 출력되는 각종 측정신호를 입력받아 텔레메트리(telemetry)를 통해 텔레메트리 수신부(20)로 송신한다.
텔레메트리 수신부(20)는 상기 텔레메트리 송신부(10)로부터 각종 측정신호를 수신하여 실내에 설치되는 데이터 수집부(30)와 차량신호 측정부(40)로 출력한다.
비디오 모니터(4)는 철도차량의 지붕에 설치되어 화상데이터를 모니터링하며, 감지부(5)는 열차의 주행속도, 주행거리 및 가선 입력전압 등을 감지하여 데이터 수집부(30)와 차량신호 측정부(40)로 출력한다.
데이터 수집부(30)는 상기한 텔레메트리 수신부(20)와 감지부(5)를 통해 다수개(14개)의 채널별로 전송받는 측정신호를 분리하고 열차속도와 측정된 순서대로 분석 및 저장한다.
차량신호 측정부(40)는 집전장치의 측정시스템을 통한 분석 및 차량으로부터 제공되는 각종 신호를 입력받아 판토그래프에 대한 분석이 가능하도록 연결 구성된다.
도2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 인터페이스 회로부(50)의 동작을 설명한다.
무선 구내 정보 통신망(Wireless LAN)(100)은 열차 지붕에 설치되어 텔레메트리의 측정신호 송신안테나에서 송신된 16개 채널의 판토그래프 물리량 측정신호(0∼5V의 디지털신호)를 수신하여 랜(LAN) 케이블을 통해 신호를 수신/처리하는 컴퓨터(도시 생략됨)로 수신된 신호를 전송한다.
D/A 보드(51)는 무선 구내 정보 통신망(Wireless LAN)(100)내의 안테나를 통해 입력받은 물리량 측정신호(0∼5V의 디지털형태의 신호)를 물리량의 변화 추이를 판단할 수 있는 아날로그 신호로 변환시킨다.
입,출력(D I/O) 보드(52)는 D/A 보드(51)로부터 처리된 아날로그 형태의 물리량 측정신호(16채널)를 데이터 분석/측정용 컴퓨터와 통신하기 위하여 제어 기능을 수행한다.
중앙처리장치(CPU) 보드(53)는 무선 구내 정보 통신망(100), D/A 보드(51) 및 입,출력 보드(52)등 모든 보드의 동작을 총괄적으로 제어한다.
백프레인 보드(54)는 인터페이스 회로부 내의 각 모듈들의 하드웨어 연결 및 데이 터 통신/교환을 지원한다.
DT 필터 앰프(55)는 측정된 디지털신호에 포함된 잡음신호를 제거하고 송신된 16개 채널의 판토그래프 물리량 측정신호(0∼5V)를 실제 물리량과 동일한 크기의 값으로 인식할 수 있도록 증폭한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치는 집전장치의 이선이나 아아크 발생이 차량에 끼치는 영향을 정확히 파악할 수가 있고, 또한 가선전류와 접촉력과의 비교를 통하여, 이선율을 전기 및 기계적으로 상호 비교 분석이 가능하게 되어 이선으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (3)

  1. 고전압 환경 하에 철도차량의 지붕에 각각 설치되는 동시에 집전장치의 전,후 집전판과 가선이 접촉하는 힘을 측정하는 접촉력 측정용 로드셀, 집전장치의 다수개 위치별 가속도 움직임의 크기를 측정하는 가속도 측정용 가속도계, 열차 주행시 속도 증가에 따라 바람으로 인해 발생하는 양력의 크기를 측정하는 양력 측정용 로드셀로부터 출력되는 각종 측정신호를 입력받아 텔레메트리를 통해 송신하는 텔레메트리 송신부;
    상기 텔레메트리 송신부로부터 각종 측정신호를 수신하며, 인터페이스 기능을 수행하기 위한 인터페이스 회로부를 구비한 텔레메트리 수신부;
    철도차량의 지붕에 설치되어 화상데이터를 모니터링하는 비디오 모니터;
    열차의 주행속도, 주행거리 및 가선 입력전압을 감지하는 감지부;
    상기 텔레메트리 수신부와 감지부를 통해 다수개의 채널별로 전송받는 측정신호를 분리하고 열차속도와 측정된 순서대로 분석 및 저장하며, 실내에 설치되는 데이터 수집부; 및
    상기 텔레메트리 수신부와 감지부를 통한 분석 및 차량으로부터 제공되는 각종 신호를 입력받아 판토그래프에 대한 분석이 가능하도록 연결 구성되고, 실내에 설치되는 차량신호 측정부
    를 포함하며,
    상기 인터페이스 회로부는, 무선 구내 정보 통신망(Wireless LAN)내의 안테나를 통해 입력받은 물리량 측정신호를 물리량의 변화 추이를 판단할 수 있는 아날로그 신호로 변환시키는 D/A 보드; 상기 D/A 보드로부터 처리된 아날로그 형태의 물리량 측정신호를 데이터 분석/측정용 컴퓨터와 통신하기 위하여 제어 기능을 수행하는 입,출력(D I/O) 보드; 상기 무선 구내 정보 통신망, D/A 보드 및 입,출력 보드의 모든 보드의 동작을 총괄적으로 제어하는 중앙처리장치(CPU) 보드; 인터페이스 회로부 내의 각 모듈들의 하드웨어 연결 및 데이터 통신/교환을 지원하는 백프레인 보드; 측정된 디지털신호에 포함된 잡음신호를 제거하고 송신된 16개 채널의 판토그래프 물리량 측정신호를 실제 물리량과 동일한 크기의 값으로 인식할 수 있도록 증폭하는 DT 필터 앰프; 및 장래 용량/기능 확장에 대비한 예비슬롯을 포함하는
    철도차량에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 수집부와 차량신호 측정부의 동작의 안전성을 위해 무선 구내 정보 통신망(Wireless LAN) 방식을 적용함으로서, 하드웨어(H/W) 케이블이 격리되는 구조로 구성되며, 화상 모니터링 시스템과 물리량 측정시스템으로 구분하여 독립적으로 가동되면서 측정 환경 데이터인 열차속도 데이터는 공유할 수 있도록 구성되며, 가선으로부터의 여러 신호들은 텔레메트리를 통해 송,수신하도록 구성되는
    철도차량에서 집전장치의 측정시스템과의 인터페이스를 위한 차량신호 측정장치.
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