KR100798136B1 - 특정구간으로 열차의 진입을 방지하는 에이티에스의 지상자 제어장치 및 에이티에스 지상자 제어장치를 이용한 이선진입 차단방법 - Google Patents

특정구간으로 열차의 진입을 방지하는 에이티에스의 지상자 제어장치 및 에이티에스 지상자 제어장치를 이용한 이선진입 차단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전차선이 설치되지 않은 진로구간으로 전기기관차의 진행신호를 현시하는 경우 전방의 전철기 조건에 따라 운행선로 우측에 설치된 전기기관차용 열차자동정지장치(AUTOMATIC TRAIN STOPPER: 이하 ATS라 한다.)의 지상자가 기관차에 부착된 ATS 차상자로 정지신호를 전송하게 함으로써, 전차선이 설치되지 않은 구간으로 전기기관차가 진입하는 것을 방지하기 위한 전기기관차용 ATS지상자 제어부 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본원발명에 의하면 신호기 전방에 위치한 전철기 조건에 따라 전기기관차용 ATS를 사용하여 전기기관차가 전차선이 설치되지 않은 구간으로 진입하기 전에 정지되도록 함으로서, 전차선이 설치되지 않은 구간으로 전기기관차가 진입함에 따라 야기되는 궤도계전기 및 신호제어장치 등과 같이 선로(60)에 연계되어 있는 각종 신호보안 설비가 선로를 타고 유입되는 이상고압에 의해 훼손(소손)되거나, 펜타그래프와 같은 각종 기계설비가 외부의 물리적 충격에 의해 파손되는 등과 같은 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
이선진입, 전철기조건, 전기기관차용 ATS 지상자, 속도조사식 ATS 지상자, 전차선, 전차선 미설치 구간

Description

특정구간으로 열차의 진입을 방지하는 에이티에스의 지상자 제어장치 및 에이티에스 지상자 제어장치를 이용한 이선진입 차단방법{An controller for ATS balise and the method thereof}
도 1은 종래에 운용되고 있는 ATS지상자(30, 40)의 제어흐름도이다.
도 2는 종래의 선로(60)내에 전기기관차용 ATS지상자(30)가 설치된 상황도이다.
도 3은 도 1의 전기기관차용 ATS지상자회로(30)의 일 구성 예를 나타낸 회로도이다.
도 4는 종래의 전기기관차용 ATS지상자제어부(30)회로의 실 예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 전기기관차용 ATS지상자(30)의 동작과정을 ATS전반의 동작과정과 연계하여 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따라 운용되는 ATS지상자(130, 140)의 제어흐름도이다.
도 7은 본원발명에 따른 선로(60)내에 전기기관차용 ATS지상자(130)가 설치된 상황도이다.
도 8은 본 발명에 의한 전기기관차용 ATS지상자(130)회로의 일 구성 예를 나타낸 회로도이다.
도 9는 본 발명에 따라 진로구성에 관련된 전철기(20)방향조건을 추가 구성한 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)회로의 실 예를 나타낸 회로도이다.
도 10은 전기기관차용 ATS지상자(130)의 동작과정을 ATS전반의 동작과정과 연계하여 나타낸 순서도이다.
< 도면의 부호에 대한 간단한 설명 >
10:신호기 11:신호기제어단자함
20:전철기 21:전철기제어단자함
30, 130:전기기관차용 ATS지상자(ATS-S2형)
31, 131:전기기관차용 ATS지상자 신호발생부
32, 132:전기기관차용 ATS지상자 제어부
40, 140:디젤기관차용 ATS지상자(ATS-S1형)
41, 141:디젤기관차용 ATS지상자 신호발생부
42, 142:디젤기관차용 ATS지상자 제어부
50:기관차(열차) 60:선로
61:비전차선로 62:전차선로
RLS1:제1계전기스위치 RLS2:제2계전기스위치
RLP:제3계전기스위치
C1:제1콘덴서 C2:제2콘덴서
본 발명은 전차선이 설치되지 않은 구간으로 전기기관차가 진입을 시도하게 되는 경우 전방의 전철기(20) 조건에 따라 운행선로 우측에 설치된 전기기관차용 ATS 지상자가 기관차에 부착된 ATS 차상자로 정지신호를 전송하게 함으로써, 전차선이 설치되지 않은 구간으로 전기기관차가 진입하는 것을 방지하게 하기 위한 전기기관차용 ATS의 지상자 제어부 및 그 제어방법에 관한 것이다.
ATS는 열차의 전방 운전속도를 지시함으로써 열차운전의 안전을 확보하는 신호보안 장치이다. 즉, 기상조건의 악화로 시계가 좋지 않아 신호를 확인할 수 없게 되거나, 기관사의 착각, 불가항력적인 육체적 장애 등의 원인으로 신호기(10)가 표시하는 지정속도에 따라 열차를 운행하고 있지 않을 때, 기관사에게 경보를 울려주고 일정시간이 경과하여도 확인동작이 행해지지 않는 경우에는 자동적으로 비상제동장치를 작동하여, 안전하게 열차를 정차시킴으로서 선행열차와의 추돌사고를 방지하기 위한 장치를 말한다.
상기한 ATS 장치를 제어방식별로 구분하면, 정지신호에만 동작하는 점제어식 ATS-S1형과, 열차의 속도를 조사하여 신호가 지시하는 제한속도 이상으로 일정시간 초과하는 열차에 대하여 ATS가 동작하는 속도조사식 ATS-S2형으로 나누어진다.
현재 열차의 운행 빈도가 높은 수도권 구간에서는 전기기관차용으로는 ATS-S2형을, 그리고 디젤기관차용으로는 ATS-S1형으로 구분 지으며, 각각 열차에는 차장자를 탑재하고 운행 선로(60) 내의 좌측에는 ATS-S1형(이하 디젤기관차용 ATS지상자라 한다.)을 우측에는 ATS-S2형(이하 전기기관차용 ATS지상자라 한다.)을 같이 설치하여 운용하고 있다.
상기한 ATS 지상자가 설치된 노선을 운행하는 ATS차상장치 탑재 차량은 전방의 신호정보를 차상장치가 지상자의 공진주파수를 전달 받음으로써 현재 운전 중인 열차의 속도와 전달받은 지정속도를 비교하여 열차가 지정속도 이상으로 운행할 경우에는 상술한 바와 같이 제동장치에 의해 급제동시키게 된다.
현재 일반적으로 운용되고 있는 전기기관차용 ATS와 디젤기관차용 ATS가 설치된 선로(60)구간의 구성을 도 1내지 도 4를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래에 운용되고 있는 ATS지상자의 제어흐름을 나타낸 블록도이고, 도 2는 종래의 전기기관차용 ATS지상자(30)와 디젤기관차용 ATS지상자(40)가 병행 설치된 선로(60)의 구성을 나타내는 도이다.
먼저 도 1과 도 2를 참조하여 현재 운용되고 있는 ATS의 구성상황의 일 실시예를 설명하면,
종래의 ATS 구성은, 가차가 운행하는 운행선로와 신호를 제어하기 위한 궤도회로로서의 기능을 동시에 수행하는 선로(60)와;
상기 선로(60)상에서 객차나 화차에 연결되어 구동력을 부여하는 한편, ATS 지상자와의 교신을 수행하기위한 차상장치(미도시)를 탑재하고 있는 열차(50)(디젤 및 전기기관차와 그에 의해 유도되는 무동력차량을 포함하는 것으로서 여기에서는 필요에 따라 기관차, 전기기관차, 열차 등으로 표현된다.)와;
운전사령실에서 취급자의 제어명령을 소정의 계전기로 입력받고, 전철기(20)의 방향을 전환하게 하는 전기신호를 전철기(20)로 출력하는 전철기제어단자함(21)과;
선로(60)의 분기점에 설치되고 상기 전철기제어단자함(21)의 출력신호에 따라 선로의 방향을 전환하는 전철기(20)와;
전방 선로 구간 내 운전속도를 표시하기 위해 신호 취급자의 제어 명령을 소정의 계전기로 입력받고, 신호기(10)로 전기신호를 출력하는 신호기제어단자함(11)과;
차량이 운행하는 선로(60)의 옆에 위치하고 상기 신호기제어단자함(11)의 출력신호에 따라 구간 내 열차(50)의 운행 속도를 표시등으로 알려주는 신호기(10)와;
상기 신호기(10)에 표시되고 있는 속도정보를 신호기제어단자함(11)의 계전기로부터 입력받고, 입력받은 속도에 해당하는 주파수를 출력하는 전기기관차용 ATS지상자(30)와;
상기 신호기(10)에 표시되고 있는 속도정보를 신호기제어단자함(11)의 계전기로부터 입력받고, 입력받은 속도에 해당하는 주파수를 출력하는 디젤기관차용 ATS지상자(40)로; 구성된다.
여기서 상기 전기기관차용 ATS지상자(30)의 보다 상세한 구성을 도 1내지 도3의 회로를 참조하여 보다 상세히 살펴보면,
선로(60)상에 위치하고 콘덴서와 코일로 이루어져 LC공진회로를 구성하며, 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)의 가변된 정전용량에 따라 정해진 주파수를 ATS차상자로 송신하는 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)와;
상기 신호기제어단자함(11)으로부터 신호기(10)의 속도정보를 입력으로 하는 온/오프 계전기스위치와 상기 소정의 계전기스위치로 구성된 회로에 따라 정전용량을 변경하는 콘덴서로 이루어지고, 이와 같이 구성된 회로는 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)의 콘덴서(C)에 병렬로 접속되며, 소정의 제어신호에 의해 정전용량을 가변시켜 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)의 출력주파수를 변경하는 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)로; 구성된다.
또한 상기 디젤기관차용 ATS지상자(40)는,
선로(60)상에 위치하고 콘덴서와 코일로 이루어져 LC공진회로를 구성하며, 디젤기관차용 ATS지상자제어부(42)의 가변된 정전용량에 따라 정해진 주파수를 ATS차상자로 송신하는 디젤기관차용 ATS지상자신호발생부(41)와;
상기 신호기제어단자함(11)으로부터 신호기(10)의 속도정보를 입력으로 하는 온/오프 계전기스위치와 상기 소정의 계전기스위치로 구성된 회로에 따라 정전용량을 변경하는 콘덴서로 이루어지고, 이와 같이 구성된 회로는 상기 디젤기관차용 ATS지상자신호발생부(41)의 콘덴서(C)에 병렬로 접속되며, 소정의 제어신호에 의해 정전용량을 가변시켜 디젤기관차용 ATS지상자신호발생부(41)의 출력주파수를 변경하는 디젤기관차용 ATS지상자제어부(42)로; 구성된다.
그리고 도면상에서 상기 선로(60)는 디젤기관차가 이동하기 위한 비전차선로(61)와, 전기기관차에 운전용 전력을 공급하기 위하여 선로를 따라 전차선이 설치된 전차선로(62)로 구분하고 있으나, 실제로 전차선은 전차선로가 가설된 구간을 의미하며, 비전차선로(61)는 전차선로의 가설 여부에 관계없이 모든 선로가 여기에 해당된다.
상기 디젤기관차용 ATS지상자(40) 및 전기기관차용 ATS지상자(30)의 일반적인 회로구성은 동일하며, 각 ATS지상자(30, 40)의 회로는 본원발명을 설명하기 위한 특정 회로구성으로 간략화 하여 도 3과같이 나타내었으며, 그 중 본원발명과 관련된 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)의 실 예를 도 4에 도시하였다.
그리고 본원발명은 전기기관차용 ATS 지상자제어부(32)의 구성 및 동작에 관한 것이므로 여기에서는 전기기관차용 ATS 지상자제어부(32)를 중심으로 그 구성 및 동작과정을 설명하기로 한다.
먼저 3가지의 색(녹색, 노란색, 적색)으로 3가지의 운전형태(진행, 주의, 정지)를 나타내는 전기기관차용 ATS지상자(30)의 일실시예를 도 3의 회로로 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 전기기관차용 ATS지상자(3)회로의 일 구성 예를 나타낸 회로도이다.
전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)의 주파수를 변경하기 위해 제1콘덴서(C1), 제2콘덴서(C2)와 상기 신호기(10)에 표시되고 있는 속도정보를 신호기제어단자함(11)으로부터 입력받는 제1 및 제2계전기스위치(RLS1, RLS2)로 구성되고, 이와 같이 구성된 회로는 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)의 콘덴서(C)에 병렬로 접속되며 온/오프계전기스위치(RLS1, RLS2)로 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)의 정전용량을 가변 하는 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)와;
선로(60)내 좌측에 위치하고 콘덴서(C)와 코일(L)로 LC공진회로를 구성하며, 상기 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)의 정전용량을 입력받고, ATS차상자로 주파수를 출력하는 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)로; 구성된다.
상기와 같이 구성된 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)의 동작을 살펴보면,
먼저, 상기 신호현시조건이 "정지"를 나타내는 신호이면, 제1 및 제2계전기스위치(RLS1, RLS2)가 모두 오프(OFF)상태를 유지하게 되고, 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)의 정전용량의 변화가 없어지게 되므로 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)는 자체정전용량으로 정지신호에 상응하는 130KHz의 공진주파수를 발생한 다.
한편, 상기 신호현시조건이 "진행"을 나타내는 신호이면, 제1계전기스위치(RLS1)와 제2계전기스위치(RLS2)가 온(ON)상태를 유지하게 되고, 제1콘덴서(C1)와 제2콘덴서(C2)가 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)의 콘덴서(C)에 병렬 접속되어 공진주파수 98KHz를 발생한다.
반면, 상기 신호현시조건이 "주의"를 나타내는 신호이면, 제1계전기스위치(RLS1)는 오프(OFF)되고, 제2계전기스위치(RLS2)는 온(ON)되며, 제2콘덴서(C2)만이 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)의 콘덴서(C)에 병렬 접속되어 공진주파수 114KHz를 발생한다.
상기와 같이 구성된 전기기관차용 ATS지상자(30)의 동작과정을 ATS전반의 동작과정과 연계하여 도 5에 따라 설명하면 다음과 같다.
먼저 운전사령실의 취급자는 신호구간 내 열차의 진입을 위한 진로를 취급한다. <S1 단계>
상기 제어 명령에 따른 진로구성을 위해 전방 전철기(20)는 운전사령실의 취급자가 원하는 진로방향으로 전환된다.<S2단계>
선로(60)의 진로 구성이 완료되면, 신호기제어단자함(21)(엄밀히 말하면 신호기제어단자함(21)내의 계전기)가 동작하여 신호현시 조건을 신호기(10)와 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)로 출력한다.<S3단계>
이어서 신호기제어단자함(11)으로부터 출력된 신호를 수신한 신호기(10)는 신호현시조건에 부합하는 신호(여기에서는 장내신호이므로 진행신호가 된다)를 표시한다.<S4단계>
이와 동시에 신호기제어단자함(11)(엄밀히 말하면 신호기제어단자함(11) 내의 계전기)로부터 신호현시 조건을 수신한 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)는 신호현시조건이 정지신호인지 여부를 판단한다.<S5단계>
상기 신호현시조건이 "정지"를 나타내는 신호이면, 앞서 설명한 바와 같이 전기기관차용 ATS지상자(30)의 회로 작용으로 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)는 정지신호에 상응하는 130KHz의 공진주파수를 발생한다.<S6단계>
한편, 상기 신호현시조건을 판단하는 단계(S5단계)에서 신호현시 조건이 "진행"및 "주의"를 나타내는 신호이면, 앞서 설명한 바와 같이 전기기관차용 ATS지상자(30)의 회로 작용으로 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)는 해당 신호조건에 상응하는 공진주파수(98, 114KHz)를 발생한다.<S7단계>
이때, 열차가 전기기관차용 ATS지상자(30)를 통과하게 되면, <S8단계>
열차(기관차)에 탑재된 차상자(미도시)는 전기기관차용 ATS지상자(30)의 위를 지나면서 지상자로부터 전송된 공진주파수를 수신하여 판독하고,<S9단계>
열차의 속도가 비상제동상황인지(즉 열차가 지정속도를 초과하여 운행하고 있는지)여부를 판단한 다음,<S10단계>
비상제동상황이면(즉 130KHz의 공진주파수가 수신되면)비상벨을 울리고 열차를 정지시키는 등의 비상제동절차를 수행하고,<S11단계>
그렇지 않으면 계속해서 전기기관차용 ATS지상자(30)로부터 수신되는 주파수를 판독하는 단계로 이동한다.<S12단계>
이상과 같은 과정을 거쳐서 열차가 지정된 속도 이상으로 운행을 할 때, 이를 기관사에게 경고하는 한편, 기관사가 후속조치를 취하지 않을 경우 열차를 비상제동시킴으로서 열차의 안전운행을 확보할 수 있게 된다.<S13단계>
그러나 상기와 같이 구성된 종래의 ATS운영방식에서는, 전기기관차가 비전차선로(61)(전차선이 설치되어 있지 않은 구간)로 진입하는 것을 차단할 수 있는 수단이 없기 때문에, 신호취급자나 기관사의 착오로 인해 전기기관차가 비전차선로(61)로 진입하게 되면, 전차선의 고압전류가 신호선로 및 궤도회로 등을 타고 흘러 신호제어계통에 있는 많은 전자기기들을 일시에 소손시키는 중대한 장애를 일으킬 뿐만 아니라, 펜타그래프가 전차선로(62)를 이탈하면서 펜타그래프와 전차선로(62)가 파손되는 등 전력공급 계통에도 악영향을 미침으로서, 열차의 운행에 막대한 지장을 초래하게 되고, 이와 아울러 여객의 안전을 위협할 뿐만 아니라 그와 같은 장애를 복구하는데 많은 시간과 비용을 지출하게 하는 문제가 발생한다.
현재 수도권을 포함한 많은 구간에서 국내 철도교통의 특성상 전기기관차와 디젤기관차가 동시에 운행되고 있고 많은 구간에서 전차선이 설치되지 않은 비전차선로(61)가 설치되어 운용되고 있다. 이와 같은 상황 하에서 모든 차선에서 운전이 가능한 디젤기관차의 경우 전차선로(62) 구간으로 진입하여도 아무런 문제가 발생 하지 않지만, 전기기관차가 비전차선로(61)(전차선이 설치되어 있지 않은 구간)로 진입하게 되면, 위에서 언급한 바와 같은 많은 문제들이 야기되어 철도교통의 원활한 소통에 많은 지장을 초래한다.
바로 위와 같은 이유 때문에 전기기관차가 비전차선로(61) 구간으로 진입되는 것을 인위적으로 금지시키고 있고 이의 이행을 담보하기 위해 수시로 관계자들에게 교육을 시키고 있으나, 이는 오직 운전사령실과 기관사의 주관적이고 개인적인 판단에 의존하는 후진적인 사고방지책에 지나지 않을 뿐이어서 사고의 발생을 근본적으로 차단하는 해결책이 되지는 못하고 있다.
따라서 이러한 사고 위험 구간에서 신호취급자의 부주의로 인하여 전차선이 설치되지 않은 구간으로의 진로제어 취급을 하게 되면, 취급 제어 명령에 따라 해당 진로의 전철기(20)가 전환되고 신호기는 해당선로로 진행조건을 현시하게 되며, 이어서 기관사가 이를 인지하지 못하고 전차선이 설치되지 않은 구간으로 전기기관차를 진입(이선진입)시키게 되면, 위에서 언급한 문제들이 발생하게 되어 열차운행에 막대한 지장과 재산상의 피해를 초래하게 된다.
또 실제로 현장에서는 이와 같은 사고가 자주 발생하고 있다.(1996년 서울역 이선진입사고 및 2006년 의정부역 이선진입사고)
그러므로 상기와 같은 문제를 오직 운전사령실의 신호 취급자나 기관사의 주관적 판단에 맡기지 않고 이를 자동으로 제어할 수 있는 시스템의 개발의 필요성이 절실히 요구된다.
본원 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
기존 신호기(10) 정보만을 입력받아 사용되던 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)에 전차선이 설치된 방향의 전철기(20) 방향 조건을 추가로 구성하여 전기기관차용 ATS지상자(30) 및 차상자의 동작조건을 구성함으로써,
신호제어실에서 잘못된 판단으로 전기기관차를 전차선이 설치되지 않은 구간으로 진로현시를 하거나, 기관사의 오인으로 비전차선로(61) 구간으로 전기기관차가 진입할 경우,
ATS 지상자를 동작시킴으로서 전차선이 설치되지 않은 구간으로 전기기관차가 진입되는 것을 방지하기위한 ATS 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본원발명의 기술적 구성을 도 6및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따라 운용되는 ATS지상자의 제어흐름을 나타낸 블록도이 고, 도 7은 본원발명에 따른 선로(60) 내에 전기기관차용 ATS지상자(130)가 설치된 상황도이다.
도 6 및 도 7에 나타난 본원발명에 따른 ATS구성은,
기차가 운행하는 운행선로와 신호를 제어하기 위한 궤도회로로서의 기능을 동시에 수행하는 선로(60)와;
상기 선로(60)상에서 객차나 화차에 연결되어 구동력을 부여하는 한편, 전기기관차용 ATS지상자(30)와의 교신을 수행하기 위한 차상장치(미도시)를 탑재하고 있는 열차(50)(디젤 및 전기기관차와 그에 의해 유도되는 무동력차량을 포함하는 것으로서 여기서는 필요에 따라 기관차, 전기기관차, 열차 등으로 표현된다)와;
운전사령실에서 취급자의 제어명령을 소정의 계전기로 입력받고, 전철기(20)의 방향을 전환하게 하는 전기신호를 전철기(20)로 출력하고, 전철기(20)의 방향전환이 이루어진 다음 그 결과를 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 출력하는 전철기제어단자함(21)과;
선로(60)의 분기점에 설치되고 상기 전철기제어단자함(21)의 출력신호에 따라 선로의 방향을 전환하는 전철기(20)와;
전방 선로 구간 내 운전속도를 표시하기 위해 신호 취급자의 제어 명령을 소정의 계전기로 입력받고, 신호기(10)및 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 동 신호를 출력하는 신호기제어단자함(11)과;
열차가 운행하는 선로(60)의 옆에 위치하고 상기 신호기제어단자함(11)의 출 력신호에 따라 구간 내 열차(50)의 운행 속도를 표시등으로 알려주는 신호기(10)와;
상기 신호기(10)에 표시되고 있는 속도정보를 신호기제어단자함(11)의 계전기로부터 입력받고, 상기 전철기(20)의 방향정보를 전철기제어단자함(21)의 계전기로부터 입력받으며, 입력받은 전철기(20)방향이 정상진입(전차선로(62)구간진입)인 경우 입력받은 속도에 해당하는 주파수를 출력하고, 그렇지 않고 이선진입(비전차선로(61)구간진입)인 경우는 무조건 정지에 해당하는 주파수를 출력하는 전기기관차용 ATS지상자(130)와;
상기 신호기(10)에 표시되고 있는 속도정보를 신호기제어단자함(11)의 계전기로부터 입력받고, 입력받은 속도에 해당하는 주파수를 출력하는 디젤기관차용 ATS지상자(140)로; 구성된다.
여기서 상기 전기기관차용 ATS지상자(130)의 보다 상세한 구성을 도 6내지 도8의 회로를 참조하여 보다 상세히 살펴보면,
선로(60)상에 위치하고 콘덴서와 코일로 이루어져 LC공진회로를 구성하며, 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)의 가변된 정전용량에 따라 정해진 주파수를 ATS차상자로 송신하는 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)와;
상기 전철기제어단자함(21)으로부터 전철기(20)의 방향정보를 입력받는 온/오프 계전기스위치와, 상기신호기제어단자함(11)으로부터 신호기(10)의 속도정보를 입력받는 온/오프 계전기스위치와, 상기 소정의 계전기스위치로 구성된 회로에 따 라 정전용량을 변경하는 콘덴서로 이루어지고, 이와 같이 구성된 회로는 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 콘덴서(C)에 병렬로 접속되며, 소정의 제어신호에 의해 정전용량을 가변시켜 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 출력주파수를 변경하는 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로; 구성된다.
또한 상기 디젤기관차용 ATS지상자(140)는,
선로(60)상에 위치하고 콘덴서와 코일로 이루어져 LC공진회로를 구성하며, 디젤기관차용 ATS지상자제어부(142)의 가변된 정전용량에 따라 정해진 주파수를 ATS차상자로 송신하는 디젤기관차용 ATS지상자신호발생부(141)와;
상기 신호기제어단자함(11)으로부터 신호기(10)의 속도정보를 입력받는 온/오프 계전기스위치와 상기 소정의 계전기스위치로 구성된 회로에 따라 정전용량을 변경하는 콘덴서로 이루어지고, 이와 같이 구성된 회로는 상기 디젤기관차용 ATS지상자신호발생부(141)의 콘덴서(C)에 병렬로 접속되며, 소정의 제어신호에 의해 정전용량을 가변시켜 디젤기관차용 ATS지상자신호발생부(141)의 출력주파수를 변경하는 디젤기관차용 ATS지상자제어부(142)로; 구성된다.
그리고 도면상에서 상기 선로(60)는 디젤기관차가 이동하기 위한 비전차선로(61)와, 전기기관차에 운전용 전력을 공급하기 위하여 선로를 따라 전차선이 설치된 전차선로(62)로 구분하고 있으나, 실제로 전차선은 급전선로가 가설된 구간을 의미하며, 비전차선로(61)는 급전선로의 가설 여부에 관계없이 모든 선로가 여기에 해당된다고 하는 점은 종래의 기술에서와 같다.
상기와 같이 구성된 본원발명은 종래의 기술과 비교해 볼 때, 전체적인 구성은 종래의 기술과 유사하다. 다만 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)의 동작 조건으로 신호기제어단자함(11)의 신호현시조건 외에, 전철기제어단자함(21)으로부터 제공되는 전철기(20)의 방향조건을 추가로 더 제공받는 다는 점이 다르다.
즉 본원발명의 기술적 특징은 ATS시스템을 구성함에 있어서, 전기기관차의 차상자를 통해 열차를 자동으로 정지시키기 위해 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)로부터 차상자로 출력되는 공진주파수를 결정함에 있어서, 신호기(10)의 신호현시조건에 의해 공진 주파수를 결정하기에 앞서, 먼저 전철기(20)의 방향조건에 의해 진입 여부가 결정되도록 한 다음, 전철기(20)의 방향조건에 정지조건이 포함되어 있지 않을 경우(즉 전철기(20)가 전차선로(62)방향으로 진로설정이 되었을 경우), 비로소 신호기(10)의 신호현시조건에 따라 공진주파수가 최종 결정되어 출력되도록 구성요소간의 결합관계를 변경하는 데 그 특징이 있다.
이를 위해 본원발명에서는 전철기제어단자함(21)과 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)의 사이에 새로운 결합이 이루어지며, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)의 내부회로에 전철기제어단자함(21)으로부터 전철기(20)의 방향정보를 입력받는 제3계전기스위치(RLP)가 새롭게 구성 되는 것이 다.
이렇게 구성된 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)회로의 실 예는 도 9에 보이는 회로와 같으며, 종래의 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)의 실 예를 나타낸 도 4와 비교하면, 도9 에 표시한 바와 같이 정상진입(전차선로(62)진입)가능한 진로에 관련된 전철기(20) 방향정보에 해당하는 접점이 신호기(10) 현시조건을 판단하는 회로의 전단부에 새롭게 형성되는 회로로 구성되어 진다.
한편, 본원발명의 상기 디젤기관차용 ATS지상자제어부(142)의 구성 과 동작과정은 종래의 기술과 동일하며, 본원발명에 의한 전기기관차용 ATS지상자(130)의 회로는 도 8과 같다.
하지만 도 8은 종래 기술에서와 같이 본원발명의 설명을 위해 특정 구성으로 간략화 한 것으로 실제 회로도는 일반적인 전기기관차용 ATS지상자 회로와 동일하며, 다만 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)회로에서 진로에 관련된 전철기(20)방향정보에 해당하는 접점이 추가된 회로가 되며 실 예는 도 9와 같다.
다음으로 본원발명은 전기기관차용 ATS지상자제어부(32)의 구성 및 동작과정에 관한 것이므로 이하 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)의 구성 및 동작과정을 중심으로 설명이 진행될 것이다.
먼저 3가지의 운전형태(진행, 주의, 정지)를 나타내는 전기기관차용 ATS지상자(130)의 일 구성 예를 도 8의 회로로 살펴보면 다음과 같다.
도 8은 본 발명에 의한 전기기관차용 ATS지상자(130)회로의 일 구성 예를 나타낸 회로도이다.
전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 주파수를 변경하기 위해 제1콘덴서(C1), 제2콘덴서(C2)와 상기 전철기(20)의 좌/우 방향 중 하나의 방향(그 방향은 전차선로(62) 구간으로 향하는 전철기(20)방향으로 할 수 있다.)에 대한정보를 전철기제어단자함(21)으로부터 입력받는 제3계전기스위치(RLP)와 상기 신호기(10)에 표시되고 있는 속도정보를 신호기제어단자함(11)으로부터 입력받는 제1계전기스위치(RLS1), 제2계전기스위치(RLS2)로 구성되고, 이와 같이 구성된 회로는 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 콘덴서(C)에 병렬로 접속되어 정전용량을 가변 하는 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)와;
선로(60)내 좌측에 위치하고 콘덴서(C)와 코일(L)로 LC공진회로를 구성하며, 상기 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)의 정전용량을 입력받고, ATS차상자로 주파수를 출력하는 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)로; 구성된다.
이어서 상기와 같이 구성된 본원발명의 동작과정을 도 8을 참조하여 설명한다.
상기 운전사령실에서 취급자의 진로 설정에 따라 전철기(20)의 방향전환이 이루어지면, 동 신호는 전철기제어단자함(21)에 있는 계전기스위치(미도시)의 접점을 타고 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)의 제3계전기스위치(RLP)로 입력된다. 이때, 전환된 전철기(20)의 방향이 비전차선로(61)이면 상기 접점은 오프(OFF)되며 동일 접점이 오프(OFF)되면 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)는 개회로를 이루게 되므로 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)는 자체정전용량으로 정지신호에 상응하는 주파수(130KHz)를 출력하게 된다.
이때, 종래의 기술에서와 같이 신호기(10)는 진행/주의/정지의 3가지로 속도를 구분하고 있고 신호기제어단자함(11)에 내장된 진행/주의/정지 계전기(미도시)로부터 출력된 진행/주의/정지신호를 입력받아 해당 신호를 현시한다.
한편 신호기제어단자함(11)에 내장된 진행/주의/정지의 계전기(미도시)는 신호기(10)로 진행/주의/정지의 신호를 출력함과 동시에 동 신호를 디젤기관차용 ATS지상자제어부(142)와, 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 출력하여 열차의 속도를 제어하기 위한 정보로 활용할 수 있도록 제공한다.
만약 전환된 전철기(20)의 방향이 전차선로(62)이면 상기 제3계전기스위치(RLP)접점은 온(ON)되며 동일 접점이 온(ON)되면 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)는 폐회로를 이루게 되고, 상기 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 입력 받은 신호현시 정보에 따라 제1 및 제2계전기스위치(RLS1, RLS2)가 온/오프 되며, 상기 제1 및 제2계전기스위치(RLS1, RLS2)와 직렬 연결된 제1 및 제2콘덴서(C1, C2)의 정전용량을 변화시킨다. 이와 같이 신호현시에 따라 변화된 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)의 정전용량은 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 콘덴서(C)와 병렬 접속함으로써, 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 공진주파수는 각 신호기(10) 현시정보에 상응하는 주파수(98, 114KHz)를 출력하게 된다.
상기와 같이 전철기(20)방향과 신호기(10)의 신호현시에 따라 공진주파수를 발생하는 과정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
우선 정상진입(전차선로(62)구간진입)인 경우는 정상진입구간 내의 해당 전철기(20) 방향계전기인 제3계전기스위치(RLP)가 온(ON) 되고, 신호기(10)에 현시된 주행속도에 따라 다음과 같이 주파수 공진이 발생된다.
먼저 신호등이 "주의"를 나타내는 때는 제2계전기스위치(RLS2)가 온(ON)되게 된다. 그러면 제2콘덴서(C2)가 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 콘덴서(C)에 병렬 접속되어 주의신호를 나타내는 공진주파수 114KHz를 출력하게 된다.
한편, 신호등이"진행"을 나타내는 때는 제1계전기스위치(RLS1)와 제2계전기스위치(RLS2)가 온(ON) 되게 된다. 그러면 제1콘덴서(C1)와 제2콘덴서(C2)가 전기 기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 콘덴서(C)에 병렬 접속되고 진행신호를 나타내는 공진주파수 98KHz를 출력하게 된다.
반면, 신호등이 "정지"를 나타내는 때는 상기 제1계전기스위치(RLS1)와 제2계전기스위치(RLS2)가 모두 오프(OFF)를 유지하게 되고, 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)는 폐회로가 되므로 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)는 자체정전용량으로 설정된 130KHz의 정지를 나타내는 공진주파수를 출력하게 된다.
하지만, 이선진입(비전차선로(61)구간진입)인 경우는 전철기(20)의 방향을 나타내는 제3계전기스위치(RLP)가 오프(OFF)되고, 이로 인해 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)는 폐회로가 됨으로 신호등이 "진행/주의/정지"를 나타내는 모든 경우에 대해 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)를 이루는 콘덴서(C)와 코일(L)에 의해 설정된 130KHz의 공진주파수를 출력하여 "정지"를 나타내는 신호를 출력하게 된다.
그러면 열차에 탑재된 차상장치의 차상자에서 상기 공진주파수를 검출하고 열차의 이선진입(비전차선로(61)구간진입)을 차단하기위해 비상제동장치를 작동시켜 열차의 진입을 차단하게 된다.
즉 본원발명에서는 신호기(10)의 신호현시조건에 앞서 전철기(20)의 방향정 보 조건을 먼저 부여하여 전철기(20)의 방향이 전차선로(62)로 설정되어 있을 경우에만 신호현시조건에 따라 열차의 진입 여부가 허용되며, 만일 전철기(20)의 방향이 전차선이 가설되어 있지 않은 비전차선로(61)로 설정되어 있을 경우에는 신호현시조건을 판단할 필요 없이 바로 열차의 진입을 차단하게 된다.
이어서 상기와 같이 구성된 전기기관차용 ATS지상자(130)의 동작과정을 ATS전반의 동작과정과 연계하여 도 10에 따라 설명하면 다음과 같다.
먼저 운전사령실의 취급자가 신호구간 내 열차의 진입을 위한 진로를 취급한다. <P1단계>
상기 제어 명령에 따른 실제 진로구성을 위해 전방 전철기(20)는 운전 사령실의 취급자가 원하는 진로방향으로 전환된다.<P2단계>
선로(60)의 진로 구성이 완료되면, 전철기제어단자함(21)(엄밀히 말하면 전철기제어함(21)내의 계전기)은 전철기(20)의 방향정보를 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 출력한다.<P3단계>
이와 동시에 신호기제어단자함(11)(엄밀히 말하면 신호기제어단자함(11)내의 계전기)가 동작하여 신호현시 조건을 신호기(10)와 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 출력한다.<P4단계>
이어서 신호기제어단자함(11)으로부터 출력된 신호를 수신한 신호기(10)는 신호현시조건에 부합하는 신호(여기에서는 장내신호이므로 진행신호가 된다)를 표 시한다.<P5단계>
상기 전철기(20) 방향정보가 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 입력되면 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)는 전차선로(62) 방향인지 여부를 판단한다.<P6단계>
상기 판단결과 비전차선로(61) 방향인 경우 제3계전기스위치(RLP)가 오프(OFF)상태를 유지하게 되고, 앞서 설명한 바와 같이 전기기관차용 ATS지상자(30)의 전기기관차용 ATS지상사제어부(132)는 개방회로가 되므로 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(31)는 정지신호에 상응하는 130KHz의 공진주파수를 발생한다.<P7단계>
그렇지 않고 상기 판단결과 전차선로(62) 방향인 경우 제3계전기스위치(RLP)가 온(ON)상태를 유지하게 되고, 신호기제어단자함(11)(엄밀히 말하면 신호기제어단자함(11) 내의 계전기)으로부터 신호현시 조건을 수신한 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)는 신호현시조건이 정지신호인지 여부를 판단한다.<P8단계>
상기 신호현시조건이 "정지"를 나타내는 신호이면, 상기 P7단계와 동일하게 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)는 정지신호에 상응하는 130KHz의 공진주파수가 출력된다.
한편, 상기 신호현시조건을 판단하는 단계(P8단계)에서 신호현시 조건이 "진행" 및 "주의"를 나타내는 신호이면, 앞서 설명한 바와 같이 전기기관차용 ATS지상자(130)의 회로 작용으로 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)는 해당 신호조건에 상응하는 공진주파수(98, 114KHz)를 발생한다.<P9단계>
이때, 열차(전기기관차)가 전기기관차용 ATS지상자(130)를 통과하게 되면, <P10단계>
열차(전기기관차)에 탑재된 차상자(미도시)는 전기기관차용 ATS지상자(130)의 위를 지나면서 지상자로부터 전송된 공진주파수를 수신하여 판독하고,<P11단계>
열차의 속도가 비상제동상황인지(즉 열차가 지정속도를 초과하여 운행하고 있는지)여부를 판단한 다음,<P12단계>
비상제동상황이면(즉 130KHz의 공진주파수가 수신되면)비상벨을 울리고 열차를 정지시키는 등의 비상제동절차를 수행하고,<P13단계>
그렇지 않으면 계속해서 지상자로부터 수신되는 주파수를 판독하는 단계로 이동한다.<P14단계>
이상과 같은 과정을 거쳐서 열차가 지정된 속도 이상으로 운행을 할 때, 이를 기관사에게 경고하는 한편, 기관사가 후속조치를 취하지 않을 경우 열차를 비상제동시킴으로서 열차의 안전운행을 확보할 수 있게 된다.<P15단계>
이와 같이 전차선이 설치되지 않은 구간으로 진로가 구성되고 신호기(10)가 현시된 경우 사람의 주관적 판단에 맡기지 않고 자동으로 전기기관차가 진입(이선진입)하기 전에 정지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 ATS지상자 제어부에 전철기(20) 방향정보를 다수 추가 구성함으로써 전차선이 설치되어 있지 않은 구간뿐만 아닌 다른 특정 구간으로의 진입 을 차단하는 수단으로 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 신호기(10)의 신호현시조건에 앞서 전철기(20)의 방향정보 조건을 먼저 부여하여 전철기(20)의 방향이 전차선로(62)로 설정되어 있을 경우에만 신호현시조건에 따라 열차의 진입 여부가 허용되며, 만일 전철기(20)의 방향이 전차선이 가설되어 있지 않은 비전차선로(61)(이선진입)로 설정되어 있을 경우에는 신호현시조건을 판단할 필요 없이 바로 열차의 진입을 차단하기 때문에, 전차선이 설치되지 않은 구간으로 전기기관차의 진입을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한 상기와 같이 신호제어 취급자의 실수로 인해 열차가 이선진입(비전차선로(61)구간진입)을 할 경우 이를 막는 방법이 기존에 존재 하지 않아 사고 발생 시 여객의 안전사고 및 장비의 파손으로 인한 손해가 크게 발생된바, 본 발명으로 인해 안정된 열차 운행을 할 수 있는 이점이 있다. 아울러 신호제어 취급자가 사고에 대한 업무 부담감을 줄일 수 있는 이점도 있다.
또한 기존 철도에 설치되어 사용 중인 전기기관차용 ATS지상자(30)의 구조변경으로 사고를 방지할 수 있음으로 별도의 설치비가 들지 않는 이점도 있다.

Claims (2)

  1. 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)와 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 이루어진 ATS지상자 제어장치에 있어서,
    상기 ATS지상자제어부(132)의 구조는 계전기스위치로 구성된 회로에 따라 정전용량을 변경하는 콘덴서와;
    신호기제어단자함(11)으로부터 신호기(10)의 속도정보를 입력받는 온/오프 계전기스위치와;
    전철기제어단자함(21)으로부터 전철기(20)의 방향정보를 입력받는 온/오프 계전기스위치를; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 특정구간으로 열차의 진입을 방지하는 에이티에스의 지상자 제어장치.
  2. 전기기관차가 전차선이 설치되지 않은 구간으로 진입 시 전기기관차용 에이티에스 지상자 제어장치를 이용하여 열차를 비상제동 하여 열차의 이선진입을 차단하는 방법에 있어서,
    선로를 지나는 열차가 이선진입여부를 판단하는 방법은 운전사령실의 취급자로부터 신호구간 내 열차의 진입을 위한 진로 취급명령을 입력받는 단계와;
    상기 진로취급 명령에 따른 실제 진로구성을 위해 전방 전철기(20)가 진로방향으로 전환되는 단계와;
    선로(60)의 진로 구성이 완료되면, 전철기제어단자함(21)은 전철기(20)의 방향정보를 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 출력하는 단계와;
    이와 동시에 신호기제어단자함(11)이 동작하여 신호현시 조건을 신호기(10)와 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)로 출력하는 단계와;
    상기 전철기(20) 방향정보가 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)내의 온/오프 계전기스위치로 입력되면, 상기 계전기스위치에 의해 전차선로(62) 방향인지 여부를 판단하는 단계와;
    상기 판단결과 비전차선로(61) 방향인 경우 전철기(20)방향을 입력받은 온/오프 계전기스위치가 오프(OFF)상태를 유지하게 되어 전기기관차용 ATS지상사제어부(132)는 개방회로가 되고, 그 결과 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)의 자체 정전용량에 의해 정지신호를 나타내는 130KHz의 공진주파수를 출력하는 단계와;
    그렇지 않고 상기 판단결과 전차선로(62) 방향인 경우 전철기(20)방향을 입력받은 온/오프 계전기스위치가 온(ON)상태를 유지하게 되고, 신호기제어단자함(11)으로부터 신호현시 조건을 수신한 전기기관차용 ATS지상자제어부(132)는 신호현시조건에 따라 정전용량을 가변시켜 전기기관차용 ATS지상자신호발생부(131)가 해당 신호조건에 상응하는 공진주파수(98, 114, 130KHz)를 출력하는 단계를;
    포함하여 구성됨을 특징으로 하는 특정구간으로 열차의 진입을 방지하는 에이티에스 지상자 제어장치를 이용한 이선진입 차단방법.
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