KR100651192B1 - 전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템 - Google Patents

전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서와; 상기 속도센서를 통해 검출되는 펄스를 전압으로 변환하는 주파수/전압 변환부와; 상기 주파수/전압 변환부의 아날로그 출력신호를 디지털신호로 변환시켜 주는 A/D 변환부와; 철도차량의 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부와; 상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하는 카운터와; 펄스수에 대비되는 주행거리를 산출하여 그 위치를 검출하는 위치정보 검출부와; 마스콘이 추진측으로 작동되는지를 검출하는 추진신호 검출부와; 마스콘이 제동측으로 작동되는지를 검출하는 제동신호 검출부와; 마스콘이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 읽어들이는 PWM값 입력부와; 상기 추진 및 제동신호 검출부에서 출력되는 추진 및 제동전압을 컴퓨터가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 DC/DC 변환부와; 상기 PWM값 입력부에서 출력되는 추진 및 제동량 신호를 100분율로 환산하여 변환시켜 주는 제 1 신호변환기와; 각각의 냉각용 전동기에 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출부와; 각각의 냉각용 전동기에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와; 상기 전압 및 전류 검출부에서 출력되는 전압 및 전류를 직류전압으로 변환시켜 주는 제 2 신호변환기와; 상기한 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 기억함과 동시에 냉각용 전동기의 고장 발생시 그 시점에서의 속도와 위치 및 마스콘의 상태 정보와 함께 냉각용 전동기들의 고장상태 정보를 기억 및 출력하는 컴퓨터로 구성한 것이다.
따라서, 전기철도차량의 주행에 따른 최적의 운행 스케쥴 계획을 수립할 수 있을 뿐만 아니라 냉각용 전동기들의 고장 발생시 신속하고 정확하게 조치할 수 있어 안전성과 냉각장치 구동에 대한 신뢰성을 대폭 증대시킬 수 있는 것이다.
냉동 전동기, 마스콘, 속도, 위치

Description

전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템 {A system of hindrance diagnose of electromotor for cooling in electrical railway}
도 1은 본 발명 시스템의 블럭 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 속도센서 2 : 주파수/전압 변환부
3 : A/D 변환부 4 : 차속 검출부
5 : 카운터 6 : 위치정보 검출부
7 : 마스콘 8 : 추진신호 검출부
9 : 제동신호 검출부 10 : PWM값 입력부
11,12 : DC/DC 변환부 13 : 제 1 신호 변환기
14 : 냉각용 전동기 15 : 전압 검출부
16 : 전류 검출부 17 : 제 2 신호변환기
18 : 컴퓨터 19 : 모니터
20 : 유선 통신 인터페이스 21 : 무선 통신 인터페이스
22 : 철도운행 관리 시스템
본 발명은 전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기철도차량의 추진 및 제동을 제어하는 마스콘 정보와 각 차량에 설치된 냉각용 전동기들의 상태정보를 속도 및 위치 정보와 함께 컴퓨터로 입력받아 특정 냉각용 전동기에서 고장이 발생할 경우 어느 위치에서 어느 정도의 속도로 주행중인지를 마스콘의 상태와 함께 정확하게 모니터링 할 수 있도록 발명한 것이다.
일반적으로 철도차량에 있어서 안전성과 신뢰성 확보를 위해 가장 중요한 것은 각 전장품의 성능특성을 확인하는 것이라고 할 수 있다.
따라서 각 전장품의 성능 및 기능을 확인하기 위해 관련 기업이나 연구소에서는 많은 노력을 기울여왔다.
그런데, 종래에는 전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단에 대해서는 차량신호와 함께 측정하는 것이 아니라 개별적으로 측정해왔기 때문에 차량상태 변화에 따른 성능평가와 고장진단을 실시하는데 많은 어려움이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 서, 주행중인 전기철도차량에서 각 차량에 설치되어 있는 냉각용 전동기들에 대한 고장진단을 실시할 때 냉동용 전동기들의 각 전압, 전류 뿐만 아니라 차량의 주행속도, 위치 정보, 마스콘의 위치에 따른 추진신호, PWM값 및 제동신호에 대한 정보를 동시에 측정하여 최적의 운행 스케쥴 계획을 수립할 수 있고, 특정 냉각용 전동기에서 고장이 발생되었을 때 보다 신속하고 정확하게 조치할 수 있는 전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 철도차량의 차륜에 설치되어 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서와; 상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스의 주파수를 전압으로 변환하여 주는 주파수/전압 변환부와; 상기 주파수/전압 변환부에서 출력되는 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주는 A/D 변환부와; 상기 A/D 변환부의 출력신호를 입력받아 철도차량의 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부와; 상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하는 카운터와; 상기 카운터의 출력신호를 입력받아 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 그 위치를 검출하는 위치정보 검출부와; 기관사에 의해 조작되는 마스콘이 추진측으로 작동되는지를 검출하는 추진신호 검출부와; 기관사에 의해 조작되는 마스콘이 제동측으로 작동되는지를 검출하는 제동신호 검출부와; 기관사에 의해 마스콘이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 읽어들이는 PWM값 입력부와; 상기 추진 및 제동신호 검출부에서 직류전압으로 출력되는 추진 및 제동전압을 컴퓨터가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 DC/DC 변환부와; 상 기 PWM값 입력부에서 출력되는 추진 및 제동량 신호를 100분율로 환산하여 변환시켜 주는 제 1 신호변환기와; 각 차량에 설치되어 있는 냉각용 전동기들에 공급되는 전압을 검출하는 각각의 전압 검출부와; 각 차량에 설치되어 있는 냉각용 전동기들에 흐르는 전류를 각각 검출하는 전류 검출부와; 상기 냉각용 전동기 전압 및 전류 검출부들로부터 출력되는 전압 및 전류를 컴퓨터가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 제 2 신호변환기와; 상기한 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 기억함과 동시에 특정 냉각용 전동기에서 고장 발생시 그 시점에서의 속도와 위치 및 마스콘의 상태 정보와 함께 해당 냉각용 전동기의 고장상태 정보를 기억 및 출력하는 컴퓨터로 구성하되, 상기 컴퓨터에서는 각종 정보를 모니터에 직접 표시하거나 유무선 통신 인터페이스를 통해 원격지의 철도운행 관리 시스템으로 출력시켜 줄 수 있도록 함으로써 달성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 시스템의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명 시스템은, 철도차량의 차륜에 설치되어 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서(1)와;
상기 속도센서(1)를 통해 검출되는 단속 펄스의 주파수를 전압으로 변환하여 주는 주파수/전압 변환부(2)와;
상기 주파수/전압 변환부(2)에서 출력되는 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주는 A/D 변환부(3)와;
상기 A/D 변환부(3)의 출력신호를 입력받아 철도차량의 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부(4)와;
상기 속도센서(1)를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하는 카운터(5)와;
상기 카운터(5)의 출력신호를 입력받아 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 차량의 위치를 검출하는 위치정보 검출부(6)와;
기관사에 의해 조작되는 마스콘(7)이 추진측으로 작동되는지를 검출하는 추진신호 검출부(8)와;
기관사에 의해 조작되는 마스콘(7)이 제동측으로 작동되는지를 검출하는 제동신호 검출부(9)와;
기관사에 의해 마스콘(7)이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 변환하여 읽어들이는 PWM값 입력부(10)와;
상기 추진 및 제동신호 검출부(8)(9)에서 직류전압으로 출력되는 추진 및 제동상태 전압을 컴퓨터(18)가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 DC/DC 변환부(11)(12)와;
상기 PWM값 입력부(10)에서 출력되는 추진 및 제동량 신호를 100분율로 환산하여 변환시켜 주는 제 1 신호 변환기(13)와;
각 차량에 설치되어 있는 냉각용 전동기(14)들에 공급되는 전압을 각각 검출 하는 전압 검출부(15)와;
각 차량에 설치되어 있는 냉각용 전동기(14)들에 흐르는 전류를 각각 검출하는 전류 검출부(16)와;
상기 전압 및 전류 검출부(15)(16)들에서 출력되는 전압 및 전류를 컴퓨터(18)가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 제 2 신호변환기(17)와;
상기한 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 기억함과 동시에 특정 냉각용 전동기(14)에서 고장 발생시 그 시점에서의 속도와 위치 및 마스콘의 상태 정보와 함께 해당 냉각용 전동기의 고장상태 정보를 기억 및 출력하는 컴퓨터(18)로 구성한 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 컴퓨터(18)는 냉각용 전동기들에 대한 각종 판단정보와 위치와 속도 및 마스콘 상태 정보를 모니터(19)에 직접 표시하거나, 유무선 통신 인터페이스(20)(21)를 통해 원격지의 철도운행 관리 시스템(22)으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명 시스템의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명 시스템 중 철도차량의 차륜에 설치되어 있는 속도센서(1)는 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 계속 발생하여 주파수/전압 변환부(2) 및 카운터(5)로 출력시켜 주게 된다.
따라서, 주파수/전압 변환부(2)에서는 상기 속도센서(1)를 통해 검출되는 단속 펄스의 주파수를 아날로그의 전압으로 변환하여 A/D 변환부(3)로 출력시켜 주게 되고, 상기 A/D 변환부(3)에서는 주파수/전압 변환부(2)에서 출력되는 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주게 된다.
그러므로 차속 검출부(4)에서는 상기 A/D 변환부(3)의 출력신호를 입력받아 철도차량의 현재 주행속도가 어느 정도인지를 검출하여 컴퓨터(18)에 전달하게 된다.
한편, 카운터(5)에서는 상기 속도센서(1)를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하여 위치정보 검출부(6)로 보내게 되므로 상기 위치정보 검출부(6)에서는 상기 카운터(5)의 출력신호를 입력받아 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 차량의 위치를 검출하게 된다.
이 때, 상기 위치정보 검출부(6)에서 철도차량의 위치를 파악하는 산출 방법은 철도차량의 차륜이 한바퀴 회전될 때 발생하는 펄스수와 차륜의 원주 길이 데이타를 근거로 하여 상기 카운터(5)에서 입력되는 펄스수에 차륜의 원주길이를 곱하는 형태를 통해 철도차량이 출발하는 시점은 "0"으로 보고 환산하여 현재 철도차량이 몇 Km 지점을 주행하고 있는지를 계속해서 산출하여 그 데이타를 위치 정보로 인지하고 컴퓨터(18)로 전송하게 된다.
또한, 상기와 같이 전기철도차량의 주행중 속도와 위치정보를 계속 검출하여 컴퓨터(18)로 입력시켜 줄 때 이와 동시에 전압 검출부(15)와 전류 검출부(16)에서는 전기철도차량의 각 차량 등에 설치되어 있는 냉각용 전동기(14)들에 공급되는 전압과 그에 흐르는 전류를 각각 검출하여 제 2 신호변환기(17)로 출력시켜 준다.
따라서, 상기 제 2 신호변환기(17)에서는 상기 전압 및 전류 검출부(15)(16)로부터 검출되는 냉동용 전동기의 전압 및 전류를 컴퓨터(18)가 인식할 수 있는 직 류전압으로 변환시켜 주게 된다.
한편, 상기와 같이 전기철도차량의 주행중 추진신호 검출부(8)와 제동신호 검출부(9)에서는 기관사에 의해 조작되는 마스콘(7)의 위치를 파악하여 추진측으로 작동중인지 제동측으로 작동되는지를 검출함과 동시에 PWM값 입력부(10)에서는 기관사에 의해 마스콘(7)이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 변환하여 읽어들이게 된다.
이 때, 추진신호와 제동신호는 72V 직류 전압이므로 컴퓨터(18)가 인식할 수 있는 DC/DC 변환부(11)(12)에서 이를 5V의 직류전압으로 변환시켜 준다.
또한, 마스콘(7)이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 변환하여 읽어내는 PWM값 입력부(10)의 출력신호는 4-96%의 값을 가지게 된다.
따라서, 제 1 신호 변환기(13)에서는 상기 PWM값 입력부(10)에서 출력되는 추진 및 제동량 신호를 100분율로 환산하여 4～96%의 값을 0～100%의 값으로 변환시켜 주게 된다.
한편, 컴퓨터(18)에서는 상기한 각부의 출력신호 즉, 차륜과 마스콘(7)으로부터 읽어들이는 속도, 위치정보, 추진신호, PWM값 및 제동신호를 포함하여 각 냉각용 전동기(14)들의 전압 및 전류값을 실시간으로 읽어들여 자체내에 기억시킴과 동시에 그 내부에 기억된 냉각용 전동기 상태 진단 프로그램을 수행하여 어느 냉각용 전동기(14)에서 고장이 발생되는지의 여부를 판단하게 된다.
상기 컴퓨터(18)에서 주행중인 전기철도차량의 냉각용 전동기(14)들에 대한 상태를 파악한 결과 고장으로 판단된 경우에는 그 시점에서의 속도와 위치 및 마스콘(7)의 상태 정보와 함께 해당 냉각용 전동기(14)의 고장상태 정보를 기억 및 출력시켜 주게 된다.
즉, 상기 컴퓨터(18)에서 주행중인 전기철도차량의 냉각용 전동기(14)들에 대한 상태를 파악한 결과 고장으로 판단된 경우 그 시점에서의 전기철도차량의 현재 주행속도 및 어느 지점을 주행중인지에 대한 위치 정보(KP; Kilo Post)를 읽어들여 자체내에 기억함과 동시에 모니터(19)와 같은 출력장치에 이를 표시해 줌으로써 해당 냉각용 전동기(14)가 고장난 지점에서의 전류 및 전압상태와 마스콘 정보를 포함하여 정확한 위치와 속도 추적이 가능하게 된다.
뿐만 아니라, 상기 컴퓨터(18)에서는 유무선 통신 인터페이스(20)(21)가 더 구비되어 있으므로 필요에 따라서는 상기와 같이 검출된 냉각용 전동기들의 전압/전류, 마스콘의 상태정보, 위치 및 속도 정보를 직접 표시하거나, 원격지의 철도운행 관리 시스템(22)에 전송시켜 해당 철도차량이 주행되고 있는 각 차량의 냉각용 전동기(14) 중 어느 특정 냉각용 전동기에서 고장이 발생되었을 때 어느 지점에서 어떤 속도로 추진 및 제동 중 어떠한 원인으로 인해 고장났는지를 정확히 인식하고 빠른 시간내에 필요한 후속 조치를 취할 수 있는 것이다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안 된다.
본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로서, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않고, 다시 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명 시스템에 따르면, 주행중인 전기철도차량에서 냉각용 전동기들에 대한 고장진단을 실시할 때 전동기의 전압, 전류 뿐만 아니라 차량의 주행속도, 위치 정보, 마스콘의 위치에 따른 추진신호, PWM값 및 제동신호에 대한 정보를 동시에 측정하여 컴퓨터내에 기억시킴과 동시에 모니터를 통해 표시 및 원격지로 전송할 수 있도록 함으로써 전기철도차량의 주행에 따른 최적의 운행 스케쥴 계획을 수립할 수 있을 뿐만 아니라 특정 냉각용 전동기에서 고장이 발생될시 신속하고 정확하게 조치할 수 있어 안전성과 냉각장치 구동에 대한 신뢰성을 대폭 증대시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

  1. 철도차량의 차륜에 설치되어 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서와;
    상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스의 주파수를 전압으로 변환하여 주는 주파수/전압 변환부와;
    상기 주파수/전압 변환부에서 출력되는 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주는 A/D 변환부와;
    상기 A/D 변환부의 출력신호를 입력받아 철도차량의 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부와;
    상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하는 카운터와;
    상기 카운터의 출력신호를 입력받아 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 그 위치를 검출하는 위치정보 검출부와;
    기관사에 의해 조작되는 마스콘이 추진측으로 작동되는지를 검출하는 추진신호 검출부와;
    기관사에 의해 조작되는 마스콘이 제동측으로 작동되는지를 검출하는 제동신호 검출부와;
    기관사에 의해 마스콘이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 읽어들이는 PWM값 입력부와;
    상기 추진 및 제동신호 검출부에서 직류전압으로 출력되는 추진 및 제동전압을 컴퓨터가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 DC/DC 변환부와;
    상기 PWM값 입력부에서 출력되는 추진 및 제동량 신호를 100분율로 환산하여 변환시켜 주는 제 1 신호변환기와;
    각 차량에 설치되어 있는 냉각용 전동기들에 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출부와;
    각 차량에 설치되어 있는 냉각용 전동기들에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와;
    상기 전압 및 전류 검출부에서 출력되는 전압 및 전류를 컴퓨터가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 제 2 신호변환기와;
    상기한 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 기억함과 동시에 특정 냉각용 전동기의 고장 발생시 그 시점에서의 속도와 위치 및 마스콘의 상태 정보와 함께 해당 냉각용 전동기의 고장상태 정보를 기억 및 출력하는 컴퓨터로 구성한 것을 특징으로 하는 전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴퓨터는 주행중인 전기철도차량의 특정 냉각용 전동기에서 고장이 발생될 경우 그 시점에서의 속도 및 위치 정보와 마스콘의 추진신호, PWM값 및 제동신호에 대한 정보를 실시간으로 모니터에 출력시켜 주는 것을 특징으로 하는 전기 철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴퓨터는 주행중인 전기철도차량의 특정 냉각용 전동기에서 고장이 발생될 경우 그 시점에서의 속도 및 위치 정보와 마스콘의 추진신호, PWM값 및 제동신호에 대한 정보를 무선 통신 인터페이스를 통해 원격지의 철도운행 관리 시스템에 실시간으로 전송시켜 주는 것을 특징으로 하는 전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴퓨터는 주행중인 전기철도차량의 특정 냉각용 전동기용에서 고장이 발생될 경우 그 시점에서의 속도 및 위치 정보와 마스콘의 추진신호, PWM값 및 제동신호에 대한 정보를 무선 통신 인터페이스를 통해 원격지의 철도운행 관리 시스템에 전송시켜 주는 것을 특징으로 하는 전기철도차량의 냉각용 전동기 고장진단 시스템.
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