KR100766824B1 - 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치 - Google Patents

철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압의 전기를 이용한 철도를 운영하기 위해 설치하는 변전소에 설치된 전기설비(전자식배전반 등)를 운용하기 위해 다양한 통신 프로토콜(HARRIS/LANDIS/VALMET/DNP 등)을 구비하여 전기설비로부터 현장정보를 취득,분석하여 상위 제어소(HOST)로 데이터를 송신하고 제어명령을 수신받아 원활한 운영이 되도록 전기설비를 제어의 조작을 수행하는 멀티프로토콜을 구비한 통신제어장치에 관한 것으로, 32비트로 연산하는 씨피유와 메모리를 각각 메인연산장치와 보조연산장치로 교차 연계된 이중화로 구성하여 상위 호스트(HOST)와 통신으로 데이터를 연계하고, 각각의 입출력모듈로부터 검출된 데이터 값을 내부버스와 고속통신채널(RS485)등을 통해 이벤트/상태/아날로그 값으로 수집하여 상위호스트(HOST)로 보고하거나 상위호스트(HOST)로 하달된 제어명령을 하위장치에 하달하여 제어하는 연산모듈과, 상기 연산모듈과 버스(BUS)로 인터페이스를 하여 상위의 호스트(HOST)와 통신하는 시리얼모듈과, 객납랙 내에 구성되고, 장치 간에 전기신호가 통하는 경로의 기능을 갖는 백플레인과, 외부에서 인가된 전원을 각각의 모듈에 전원을 공급하는 파워모듈과, 현장설비의 접점상태를 감시하고, 8포인트 상태로 데이터를 입력받으며, 지정된 접점상태 감시 및 이벤트(Event)를 발생하는 디지털입력모듈과, 상기 연산모듈에서 내려준 제어명령에 따라, 모듈에 장착된 보조릴레이를 제어출력은 구동하여 현장설비를 제어하는 디지털출력모듈과, 8포인트 아날로그 데이터로 입력받아 디지털 데이터로 변환하여, 상기 연산모듈에 디지털 데이터를 전송하는 아날로그입력모듈과, 광통신망을 이용하여 상위 호스트(HOST) 또는 하위장치와 광통신하도록 하는 광전송모듈과, 상기 각각의 입력 또는 출력모듈의 입출력상태와 각각의 이력정보를 현시 및 데이터베이스의 정보를 표시 및 설정하는 엠엠아이(MMI)모듈과, 상위 호스트(HOST)의 모뎀과 접속하여, 모듈형 디지털 통신제어장치와 호스트(HOST)의 데이터를 연계하는 통신모뎀모듈을 포함하여 구성하여, 실시간으로 각각의 입출력모듈로부터 이벤트(Event)/상태/아날로그 데이터를 수집하여 상위 호스트(HOST)로 보고하거나 상위호스트(HOST)로부터 내려온 제어 명령을 수행하고, 과전류나 과전압 또는 외부의 힘에 의해 메인연산제어장치에 에러가 발생하면 그에 대응하는 보조연산제어장치에서 시스템 제어를 동일하게 제어하여, 시스템을 제어할 시 발생하는 안전사고를 미연에 방지함과 시스템에러가 발생하여도 신속한 대응이 이루어지도록 하고, 시스템의 그 구성이 블록단위의 모듈로 구성하여, 시스템장치의 부피가 현저하게 작아 취급이 용이하고, 각각의 모듈의 분해조립이 용이하여 유지보수하기 매우 편리하며, 시스템장치의 업그레이드 및 확장성이 좋은 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치를 제공한다.
철도, 전기설비, 배전반제어, 통신장치, 프로토콜, 이중화, 모듈

Description

철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치{Do multi-function communication control device for control railroad electrical system}
도 1은 본 발명 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치에 따른 구성을 보인 구성도
도 2는 본 발명 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치에 따른 실시예를 보인 예시도
도 3은 본 발명에 따른 객납랙에 구성된 엠엠아이(MMI)모듈을 보인 예시도
<도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 연산모듈 20: 시리얼모듈 30: 백플레인
40: 파워모듈 50: 디지털입력모듈 60: 디지털출력모듈
70: 아날로그입력모듈 80: 광전송모듈 90: 엠엠아이모듈
100: 통신모뎀모듈
본 발명은 고전압의 전기를 이용한 철도를 운영하기 위해 설치하는 변전소에 설치된 전기설비(전자식배전반 등)를 운용하기 위해 다양한 통신 프로토콜(HARRIS/LANDIS/VALMET/DNP 등)을 구비하여 전기설비로부터 현장정보를 취득,분석하여 상위 제어소(HOST)로 데이터를 송신하고 제어명령을 수신받아 원활한 운영이 되도록 전기설비를 제어의 조작을 수행하는 멀티프로토콜을 구비한 통신제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간으로 각각의 입출력모듈로부터 이벤트(Event)/상태/아날로그 데이터를 수집하여 상위 호스트(HOST)로 보고하거나 상위호스트(HOST)로부터 내려온 제어 명령을 수행하고, 과전류나 과전압 또는 외부의 힘에 의해 메인연산제어장치에 에러가 발생하면 그에 대응하는 보조연산제어장치에서 시스템 제어를 동일하게 제어하여, 시스템을 제어할 시 발생하는 안전사고를 미연에 방지함과 시스템에러가 발생하여도 신속한 대응이 이루어지도록 하고, 시스템 장치의 그 구성이 블록단위의 모듈로 구성하여, 시스템장치의 부피가 현저하게 작아 취급이 용이하고, 각각의 모듈의 분해조립이 용이하여 유지보수하기 매우 편리하며, 시스템장치의 업그레이드 및 확장성이 좋은 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 철도의 전력공급은 한국전력 변전소로부터 전기를 철도관리 변전소로 수전 받아 철도의 변전소내의 수배전반을 통하여 필요한 개소에 전력을 공급한다.
이때 상기 수배전반 설비들은 원활한 운영을 위해 감시제어 및 계측을 위하여 1차적으로 전력기기 및 디지털보호계전기에 관련된 모든 정보를 수집하여 전력 제어(SCADA)장치로 송신하는 역할을 하게 된다.
그러나 전력제어(SCADA)장치와 디지털보호계전기간의 정보의 불합치(다제작사제품, 즉, 프로토콜의 불일치)로 전력감시제어에 관련된 정보의 전송이 원활하지 못한 사항을 해소하기 위하여 디지털통신장치(프로토콜변환외 기타기능수행)를 중계장치로하여 전력제어(SCADA)장치와 디지털보호장치간의 정보를 송수신하도록 하여야만 하였다.
또한 전기철도의 고속화, 대형화에 따른 대량수송 및 고속화를 위해 철도 노선을 전철화하는 철도 개량사업이 활발히 진행되고 있으며, 이런 철도시스템의 빠른 변화의 중심에는 전기분야의 첨단기술이 존재하고 있으며, 이 분야의 에너지 공급원인 변전설비의 역할은 시스템의 신뢰도 및 안정성 향상에 중요한 영향을 미치고 있다.
이러한 변전설비의 기술발전은 전기철도의 발전에 핵심적인 역할을 담당하고 있는데, 전력공급 시스템에서의 변전소는 전력망의 최적 운용과 전력시스템 신뢰성 확보라는 궁극적 개념의 충족을 위해 보다 발달된 IT 기술의 접목과 새로운 전력기기를 중심으로 발전하고 있다.
각종 센서가 내장된 주요 기기들은 공급전력에 대한 정보와 더불어 자신의 상태 정보를 디지털 제어시스템으로 전송하며 이들은 정보의 총화로 전력IT의 핵심 기술로써 그 가치와 중요성이 더해가고 있는 실정이다.
따라서 변전소내 전력공급시스템을 감시제어 및 계측하기 위한 부분장치이며 변전소내의 주요기기를 전력네트워크와 접목을 위한 핵심장치로서 기능을 수행하고 있다.
그러나, 현재의 PC형 디지털통신장치는 일체형 범용컴퓨터제품으로 구성되어 외란(SURGE, NOISE등)으로부터 취약하며 장애발생시 시스템 전체를 분해하여 보수하는 문제점 및 디지털입력(DI), 디지털출력(DO), 아날로그입력(AI)에 대한 계측이 불가하여 전력운영에 대한 종합적인 분석이 불가한 문제점이 있었다.
따라서 본 발명 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치는 상기한 제반 문제점을 해소하기 위해 전기설비의 원활한 운영을 위해 실시간으로 각각의 입출력모듈로부터 이벤트(Event)/상태/아날로그 데이터를 수집하여 상위 호스트(HOST)로 보고하거나 상위호스트(HOST)로부터 내려온 제어 명령을 수행하고, 과전류나 과전압 또는 외부의 힘에 의해 메인연산제어장치에 에러가 발생하면 그에 대응하는 보조연산제어장치에서 시스템 제어를 동일하게 제어하여, 시스템을 제어할 시 발생하는 안전사고를 미연에 방지함과 시스템에러가 발생하여도 신속한 대응이 이루어지도록 하고, 시스템의 구성이 블록단위의 모듈로 구성하여, 시스템장치의 부피가 현저하게 작아 취급이 용이하고, 각각의 모듈의 분해조립이 용이하여 유지보수하기 매우 편리하며, 시스템장치의 업그레이드 및 확장성이 우수한 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치를 제공함을 그 목적으로 하고 있다.
이와 같은 본 발명 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치를 살펴보면 다음과 같다.
철도의 전기설비를 제어하는 멀티프로토콜을 구비한 통신제어장치에 있어서,
32비트로 연산하는 씨피유와 메모리를 각각 메인연산장치(11)와 보조연산장치(12)로 교차 연계된 이중화로 구성하여 상위 호스트(HOST)와 통신으로 데이터를 연계하고, 각각의 입출력모듈로부터 검출된 데이터 값을 내부버스와 고속통신채널(RS485)등을 통해 이벤트/상태/아날로그 값으로 수집하여 상위호스트(HOST)로 보고하거나 상위호스트(HOST)로 하달된 제어명령을 하위장치에 하달하여 제어하는 연산모듈(10)과;
상기 연산모듈(10)과 버스(BUS)로 인터페이스를 하여 상위의 호스트(HOST)와 통신하는 시리얼모듈(20)과;
객납랙 내에 구성되고, 장치 간에 전기신호가 통하는 경로의 기능을 갖는 백플레인(30)과;
외부에서 인가된 전원을 각각의 모듈에 전원을 공급하는 파워모듈(40)과;
현장설비의 접점상태를 감시하고, 8포인트 상태로 데이터를 입력받으며, 지정된 접점상태 감시 및 이벤트(Event)를 발생하는 디지털입력모듈(50)과;
상기 연산모듈(10)에서 내려준 제어명령에 따라, 모듈에 장착된 보조릴레이를 제어출력은 구동하여 현장설비를 제어하는 디지털출력모듈(60)과;
8포인트 아날로그 데이터로 입력받아 디지털 데이터로 변환하여, 상기 연산모듈(10)에 디지털 데이터를 전송하는 아날로그입력모듈(70)과;
광통신망을 이용하여 상위 호스트(HOST) 또는 하위장치와 광통신하도록 하는 광전송모듈(80)과;
엘씨디디스플레이와 설정터치스크린을 구성하여 각각의 입력 또는 출력모듈의 입출력상태와 각각의 이력정보를 현시 및 데이터베이스의 정보를 표시 및 설정하는 엠엠아이(MMI)모듈(90)과;
상위 호스트(HOST)의 모뎀과 접속하여, 모듈형 디지털 통신제어장치와 호스트(HOST)의 데이터를 연계하는 통신모뎀모듈(100);을 포함하여 구성한다.
이와 같은 본 발명의 구성 및 실시예를 도면에 도시된 바와 같이 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 구성을 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실시예를 보인 예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이 철도의 전기설비를 제어하는 멀티프로토콜을 구비한 통신제어장치를 구성하는데, 블록단위의 모듈로 구성하여, 상기 각각의 모듈을 객납랙에 결합하여 하나의 시스템을 구성한다.
연산모듈(10)은 32비트로 연산하는 씨피유와 메모리를 각각 메인연산장치(11)와 보조연산장치(12)로 교차 연계된 이중화로 구성하여 상위 호스트(HOST)와 통신으로 데이터를 연계하고, 각각의 입출력모듈로부터 검출된 데이터 값을 내부버스와 고속통신채널(RS485)등을 통해 이벤트/상태/아날로그 값으로 수집하여 상위호스트(HOST)로 보고하거나 상위호스트(HOST)로 하달된 제어명령을 하위장치에 하달하여 제어하는데, 로컬버스(Local BUS)의 메인(MASTER) 기능을 수행하고, ASYNC 통 신포트를 6개 이상 내장하며, 프로그램용 플래쉬(Flash) 메모리와 데이터용 에스디램(SDRAM) 메모리를 구성하여, 운영 데이터베이스 저장하고, 실시간 클록(Real Time Clock) 기능을 자체 배터리로 수행한다. 상기 연산모듈은 실시간 오퍼레이터 시스템(RTOS)으로 운영되며, 다수개의 엘이디(LED)를 구성하여 그 동작상태를 엘이디(LED)의 점등으로 나타낸다.
시리얼모듈(20)은 상기 연산모듈(10)과 버스(BUS)로 인터페이스를 하여 상위의 호스트(HOST)와 통신하도록 하는데, 보조 로컬버스(Local BUS SLAVE)의 기능을 수행하고, ASYNC 통신포트를 6개 이상 내장하고 있으며, 프로그램용 플래쉬(Flash) 메모리와 데이터용 에스디램(SDRAM) 메모리를 구성하여 운영 데이터베이스에 저장한다.
그리고 실시간 클록(Real Time Clock) 기능을 자체 배터리(Battery)로 수행하게 되고, 왓치독 칩(Watch-Dog Chip)을 내장하며, 다수개의 엘이디(LED)를 구성하여 그 동작 상태를 엘이디(LED)의 점등으로 나타낸다.
백플레인(30)은 객납랙 내에 구성되고, 장치 간에 전기신호가 통하는 경로의 기능을 갖고, 파워모듈(40)은 외부에서 인가된 전원을 각각의 모듈에 전원을 공급한다.
디지털입력모듈(50)은 현장설비의 접점상태를 감시하고, 8포인트 상태로 데이터를 입력받으며, 지정된 접점상태 감시 및 이벤트(Event)를 발생하는데, 로컬버스(Local bus)에 의해 버스액세스(BUS Access)하고, 포인트 용량은 8 Points를 사용한다.
입력신호는 Dry Contact로 입력되며, 서지(Surge) 및 외란 방지를 위해 포토커플러(Photo Coupler)를 절연하고, 알씨 로우패스필터(Low-Pass Filer)를 구성하며, 다수개의 엘이디(LED)를 구성하여 엘이디(LED)의 점등으로 그 동작상태를 알린다.
디지털출력모듈(60)은 상기 연산모듈(10)에서 내려준 제어명령에 따라, 모듈에 장착된 보조릴레이를 제어출력은 구동하여 현장설비를 제어하는데, 로컬버스(Local bus)에 의해 버스액세스(BUS Access)하고, 포인트 용량은 8 Points를 사용한다.
출력접점용량으로는 AC 125V / 1A, DC 12 V / 5A로 출력하고, 릴레이(Relay)에 의한 1,2차 분리하여 모듈을 절연하며, 다수개의 엘이디(LED)를 구성하여 엘이디(LED)의 점등으로 그 동작상태를 알린다.
아날로그입력모듈(70)은 아날로그 데이터로 입력받아 디지털 데이터로 변환하여, 상기 연산모듈(10)에 디지털 데이터를 전송하는데, 8포인트 상태로 아날로그 데이터를 입력받으며, 다수개의 엘이디(LED)를 구성하여 엘이디(LED)의 점등으로 그 동작상태를 알린다.
광전송모듈(80)은 광통신망을 이용하여 상위 호스트(HOST) 또는 하위장치와 광통신하도록 한다.
엠엠아이(MMI)모듈(90)은 엘씨디디스플레이와 설정터치스크린을 구성하여 각각의 입력 또는 출력모듈의 입출력상태와 각각의 이력정보를 현시 및 데이터베이스의 정보를 표시 및 설정하는데, ASYNC 통신포트 3개를 구성하고, 프로그램용 플래 쉬(Flash) 메모리와 데이터용 에스디램(SDRAM) 메모리에 운영 데이터베이스를 저장한다.
그리고 네트웍 포트 1개 내장하고, 왓치독 칩(Watch-Dog Chip)을 내장하며, 터치스크린 기능을 가진 7인치 엘시디 디스플레이(LCD Display)를 구성한다. 상기 터치스크린으로 설정제어가 가능하다.
통신모뎀모듈(100)은 상위 호스트(HOST)의 모뎀과 접속하여, 모듈형 디지털 통신제어장치와 호스트(HOST)의 데이터를 연계한다.
그리고 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 엠엠아이(MMI)모듈(90)은 객납랙 정면에 구성하는데, 모듈을 보호하는 케이스몸체 좌우에 손잡이를 구성하고, 상기 엠엠아이모듈에 구비된 엘씨디디스플레이가 케이스몸체 일편에 힌지 결합하여 힌지를 축으로 회동하도록 구성한다.
상기와 같이 본 발명을 구성함으로써 한국철도공사 및 한국철도시설공단에서 시설하는 변전소(역사변전소,구분소,보조구분소등)에 설치되는 원격소장치 및 전자식 배전반과 연동하여 운용될 수 있도록 다양한 통신 프로토콜(HARRIS/LANDIS/VALMET/DNP 등)을 구비한 장치로서, 설비로부터 현장 정보를 취득, 분석하여 상위 제어소의 통신제어장치로 송신하고 통신 제어장치로부터의 제어명령을 수신 받아 적절한 현장기기의 조작을 수행하는 멀티프로토콜용 통신처리장치가 제안되어 전력제어(SCADA)장치로부터 전달되는 명령을 수신한 뒤, 이를 해석하여 적절한 처리를 수행하고, 시스템 하위 디지털전력보호감시제어장치에서 취득한 현장 DATA(DNP 3.0, PROFI-BUS DP, MODBUS등)를 상위시스템(HARRIS, L&G, VALMAT, DNP 3.0)프로토콜으로 변경하여 전송하고, 변전소내 전력공급설비를 감시제어하기 위한 중계장치이며 변전소내의 주요기기를 전력네트워크와 접목을 위한 핵심장치로서 기능을 수행하며 기존 일체형 범용컴퓨터제품의 단점인 외란(SURGE, NOISE등)으로부터 취약하고 장애발생시 시스템 전체를 분해하여 보수하는 문제점 및 기존운용체제(O/S)인 WINDOW를 산업용운용체제(O/S)인 RTOS(REAL TIME OPERATING SYSTEM)을 사용하여 기능을 보완 향상시켜 향후 전력네트워크망의 최적 운용과 전력시스템 신뢰성 확보라는 궁극적 개념의 충족을 위하여 보다 안정되고 COMPACT화하고 기능 모듈형 탈착 구조로 보수에 편리하도록 설계하고 향후 첨단IT기술을 접목이 용이하도록 제품개발시 현재의 디지털통신장치의 미흡한 점을 보완한다.
또한 본 발명은 상기 엠엠아이모듈에 구비된 엘씨디디스플레이의 일편에 각각의 모듈 동작상태를 알리는 엘이디램프를 구성하여, 각각의 모듈의 전원인가 확인, 동작확인, 통신확인이 가능하다.
이와 같이 본 발명 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치에 의하면, 실시간으로 전력기기 및 디지털보호계전기로 부터 이벤트(Event)/상태/아날로그 데이터를 수집하여 각각의 모듈을 통해 상위 호스트(HOST)로 보고하거나 상위호스트(HOST)로부터 내려온 제어 명령을 수행하고, 과전류나 과전압 또는 외부의 힘에 의해 메인연산제어장치에 에러가 발생하면 그에 대응하는 보조연산제어장치에서 시스템 제어를 동일하게 제어하여, 시스템을 제어할 시 발생하는 안전사고를 미연에 방지함과 시스템에러가 발생하여도 신속한 대응이 이루어지도록 하는 효과를 가진 것이다.
또한 본 발명은 그 구성이 블록단위의 모듈로 구성하여, 시스템장치의 부피가 현저하게 작아 취급이 용이하고, 각각의 모듈의 분해조립이 용이하여 유지보수하기 매우 편리하며, 시스템장치의 업그레이드 및 확장성이 우수하다.

Claims (3)

  1. 철도의 전기설비를 제어하는 멀티프로토콜을 구비한 통신제어장치에 있어서,
    32비트로 연산하는 씨피유와 메모리를 각각 메인연산장치(11)와 보조연산장치(12)로 교차 연계된 이중화로 구성하여 상위 호스트(HOST)와 통신으로 데이터를 연계하고, 각각의 입출력모듈로부터 검출된 데이터 값을 내부버스와 고속통신채널(RS485)등을 통해 이벤트/상태/아날로그 값으로 수집하여 상위호스트(HOST)로 보고하거나 상위호스트(HOST)로 하달된 제어명령을 하위장치에 하달하여 제어하는 연산모듈(10)과;
    상기 연산모듈(10)과 버스(BUS)로 인터페이스를 하여 상위의 호스트(HOST)와 통신하는 시리얼모듈(20)과;
    객납랙 내에 구성되고, 장치 간에 전기신호가 통하는 경로의 기능을 갖는 백플레인(30)과;
    외부에서 인가된 전원을 각각의 모듈에 전원을 공급하는 파워모듈(40)과;
    현장설비의 접점상태를 감시하고, 8포인트 상태로 데이터를 입력받으며, 지정된 접점상태 감시 및 이벤트(Event)를 발생하는 디지털입력모듈(50)과;
    상기 연산모듈(10)에서 내려준 제어명령에 따라, 모듈에 장착된 보조릴레이를 제어출력은 구동하여 현장설비를 제어하는 디지털출력모듈(60)과;
    8포인트 아날로그 데이터로 입력받아 디지털 데이터로 변환하여, 상기 연산모듈(10)에 디지털 데이터를 전송하는 아날로그입력모듈(70)과;
    광통신망을 이용하여 상위 호스트(HOST) 또는 하위장치와 광통신하도록 하는 광전송모듈(80)과;
    엘씨디디스플레이와 설정터치스크린을 구성하여 각각의 입력 또는 출력모듈의 입출력상태와 각각의 이력정보를 현시 및 데이터베이스의 정보를 표시 및 설정하는 엠엠아이(MMI)모듈(90)과;
    상위 호스트(HOST)의 모뎀과 접속하여, 모듈형 디지털 통신제어장치와 호스트(HOST)의 데이터를 연계하는 통신모뎀모듈(100);을 포함하여 블록단위의 모듈로 구성함을 특징으로 하는 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 엠엠아이(MMI)모듈(90)은 객납랙 정면에 구성하는데, 모듈을 보호하는 케이스몸체 좌우에 손잡이를 구성하고, 상기 엠엠아이모듈에 구비된 엘씨디디스플레이가 케이스몸체 일편에 힌지 결합하여 힌지를 축으로 회동하도록 구성함을 특징으로 하는 철도 전기설비를 제어하는 다기능 통신제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 엠엠아이모듈에 구비된 엘씨디디스플레이의 일편에 각각의 모듈 동작상태를 알리는 엘이디램프를 구성함을 특징으로 하는 철도 전기설비를 제어하는 다기 능 통신제어장치.
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