KR101635918B1 - 고속 전동 열차의 진동 분석에 의한 위험 예방 시스템 - Google Patents

고속 전동 열차의 진동 분석에 의한 위험 예방 시스템 Download PDF

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윤영태
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 고속 전동 열차의 진동 분석에 의한 위험 예방 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 실시간으로 고속 전동 열차에서 발생되는 진동을 분석하여 위험의 예측이 가능하도록 하는 위험 예방 시스템에 관한 것이다. 위험 예방 시스템은 다수 개의 전동 대차(T)의 각각에 설치된 적어도 2개의 진동 센서(13); 상기 다수 개의 전동 대차(T)의 각각에 설치되어 단순 진동 분석을 하면서 상기 적어도 2개의 진동 센서(13)로부터 전송된 진동 정보를 전송하는 클라이언트 유닛(14); 각각의 클라이언트 유닛(14)으로부터 전송된 상기 진동 정보를 기초로 복합 진동 분석을 하는 메인 서버(12); 및 상기 클라이언트 유닛(14) 및 메인 서버(12)로부터 분석된 데이터를 기초로 위험도를 분석하는 위험도 예측 유닛(261)을 포함한다.

Description

고속 전동 열차의 진동 분석에 의한 위험 예방 시스템{System for Preventing Risk From Occurring by Analyzing Vibration}
본 발명은 고속 전동 열차의 진동 분석에 의한 위험 예방 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 실시간으로 고속 전동 열차에서 발생되는 진동을 분석하여 위험의 예측이 가능하도록 하는 위험 예방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 고속철도란 여객 철도의 일종으로 기존의 철도 차량에 비하여 빠른 차량을 의미하고 200 km/h 이상 또는 250 km/h 이상의 속도로 운행될 수 있도록 설계된 철도를 말한다. 철도는 철 차륜으로 이루어지거나 또는 자기 부상 방식으로 이루어질 수 있다. 철 차륜으로 운행되는 고속철도는 전동기로 차륜을 회전시켜 궤도를 달리는 방식이 사용되고 전차선에서 전력을 공급받아 차량으로 전달하는 팬터그래프(pantograph), 전차선에서 공급받는 전력의 전압을 변환시켜 전동기의 고정자 및 회전자에 전달하는 주변압기, 주변압기에서 전달되는 전압을 전동기 고정자에 전달하여 회전 자장을 발생시키는 모터 블록 및 모터 블록의 전력을 회전자를 통해 차륜으로 전달하는 보조 블록으로 이루어진 전동차; 모터 블록으로부터 전달되는 전류 및 주파수에 따라 출력을 발생시키는 견인 전동기(traction motor), 플렌지를 이용하여 견인 전동기와 결합된 감속기, 차체와 대차 사이의 상대 운동을 허용하도록 감속기와 차축 기어 감속 장치 사이에 위치하는 트리포드(tripod) 및 입력 기어와 차축 기어로 이루어지고 동력을 차축으로 전달하는 차축 치자 감속 장치로 이루어진 동력 대차; 그리고 차체의 하중을 지지하면서 견인력과 제동력을 전달하기 위한 관절 대차를 포함할 수 있다.
고속 철도는 전기에 의하여 운행되고 운행 시스템이 기간산업 형태가 되므로 차량 상태 또는 운행 상태에 대한 감시는 대형 안전사고의 발생을 방지하기 위하여 필수적으로 이루어져야 하고 자동으로 이루어지는 것이 유리하다. 그리고 이와 같은 감시는 실시간으로 이루어지는 것이 유리하다.
고속 철도의 전동 대차에 사용되는 감속 장치의 경우 주기적으로 점검하여 운행 과정에서 발생될 수 있는 결함을 방지하도록 하고 있다. 그러나 점검 주기에 비하여 부품이 빠르게 손상이 되면 운행 위험이 발생될 수 있고 그리고 부품 마모가 느리게 진행되면 불필요하게 부품이 교체될 수 있다는 문제점을 가진다.
열차 차축 감시와 관련된 선행기술로 특허공개번호 10-2013-0060816 광섬유 에프비지 센서를 이용한 연속식 열차 차축 감시 시스템 및 방법이 있다. 상기 선행기술은 열차의 축 상에서 발생한 온도 및 진동을 측정하는 FBG 센서로 이루어진 측정 수단과, 상기 측정 수단에서 측정된 광섬유 FBG 센서의 브래그 격자의 파장 변화량을 진동에 의한 동적 변형율과 온도로 환산하여 지상의 열차 축상 관리 서버로 전송하는 신호처리수단을 포함하는 연속식 열차 차축 감시 시스템에 대하여 개시한다.
철도 차량용 대차의 감시와 관련된 선행기술로 특허공개번호 10-2009-0069471 철도차량용 대차의 피로도 감시 장치 및 이를 이용한 철도 차량 보호 방법이 있다. 상기 선행기술은 철도 차량용 대차의 각 구성요소에 설치되는 다수 개의 가속도 센서와, 상기 가속도 센서에서 측정된 가속도 값을 디지털화하는 입력신호 변환부와, 상기 입력신호 변환부에서 디지털화된 가속도 값을 주파수 영역의 진동특성으로 변환하는 디지털 신호 처리부와, 상기 디지털 신호 처리부를 통해 입력된 진동 특성을 분석하는 마이크로프로세서를 포함하는 철도 차량용 대차의 피로도 감시 장치에 대하여 개시한다.
실질적으로 진동은 다양한 위치에서 다양한 형태로 발생될 수 있고 진동의 발생원의 선정 및 각각의 진동 발생원으로 발생되는 진동의 분석 방법이 실시간 위험 예측을 위하여 주요한 인자가 될 수 있다. 상기 선행기술은 진동원에 따른 진동 분석 및 그에 따른 위험 예측 방법에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행문헌1: 특허공개번호 10-2013-0060816(한국철도기술연구원, 2013년11월30일 공개) 광섬유 에프비지 센서를 이용한 연속식 열차 차축 감시 시스템 및 방법 선행문헌2: 특허공개번호 10-2009-0069471(한국철도기술연구원, 2009년07월01일 공개) 철도차량용 대차의 피로도 감시 장치 및 이를 이용한 철도 차량 보호 방법
본 발명의 목적은 서로 다른 진동원에 의하여 발생되는 진동을 실시간으로 분석하여 고장 예측 및 위험 예측이 가능하도록 하는 고속 전동 열차의 진동 분석에 의한 위험 예방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 위험 예방 시스템은 다수 개의 전동 대차의 각각에 설치된 적어도 2개의 진동 센서; 상기 다수 개의 전동 대차(T)의 각각에 설치되어 단순 진동 분석을 하면서 상기 적어도 2개의 진동 센서로부터 전송된 진동 정보를 전송하는 클라이언트 유닛; 각각의 클라이언트 유닛으로부터 전송된 상기 진동 정보를 기초로 복합 진동 분석을 하는 메인 서버; 및 상기 클라이언트 유닛 및 메인 서버로부터 분석된 데이터를 기초로 위험도를 분석하는 위험도 예측 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 메인 서버로 환경 변수를 전송하는 환경 변수 유닛 및 위치 정보를 전송하는 위치 변수 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 클라이언트 유닛으로 전송된 데이터는 단순 처리 유닛을 통하여 메인 서버로 전송되거나 또는 직접 메인 서버로 전송되고 그리고 메인 서버는 단순 처리 유닛을 경유하여 전송된 데이터에 대하여 위험 수준을 결정하여 클라이언트 유닛으로 전송한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 적어도 2개의 진동 센서는 대칭 위치에 설치되는 적어도 한 쌍의 진동 센서를 포함하고, 상기 한 쌍의 진동 센서에서 측정된 누적 데이터의 대칭성에 의하여 대차의 이상 여부가 판단된다.
본 발명에 따른 시스템은 서로 다른 진동원의 진동을 비교 및 분석하는 것에 의하여 오작동 예측성이 높아지도록 하면서 이와 동시에 다양한 환경 변수를 고려하는 것에 의하여 예측 오류가 감소되도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 시스템은 클라이언트 및 서버 시스템에 의한 측정 시스템으로 인하여 전체적인 구조가 간단해지도록 하면서 작동의 신뢰성이 높아지도록 한다는 장점을 가진다.
도 1a는 본 발명에 따른 위험 예방 시스템이 고속 열차에 설치된 실시 예를 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 위험 예방 시스템에서 진동 데이터가 분석되는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 위험 예방 시스템의 전체 구성에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 위험 예방 시스템의 구체적인 구성에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 위험 예방 시스템에서 진동 센서 및 클라이언트의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 위험 예방 시스템이 고속 열차에 설치된 실시 예를 도시한 것이고, 그리고 도 1b는 본 발명에 따른 위험 예방 시스템에서 진동 데이터가 분석되는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 고속 전동 열차(E)의 진동 분석에 의한 위험 예방 시스템은 다수 개의 대차(T)의 각각에 설치된 적어도 2개의 진동 센서(13); 상기 다수 개의 대차(T)의 각각에 설치되어 단순 진동 분석을 하면서 상기 적어도 2개의 진동 센서(13)로부터 전송된 진동 정보를 전송하는 클라이언트 유닛(14); 각각의 클라이언트 유닛(14)으로부터 전송된 상기 진동 정보를 기초로 복합 진동 분석을 하는 메인 서버(12); 및 상기 클라이언트 유닛(14) 및 메인 서버(12)로부터 분석된 데이터를 기초로 위험도를 분석하는 위험도 예측 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 시스템이 적용되는 고속 전동 열차(E)는 예를 들어 시속 250 km 이상이 되는 열차를 의미하지만 다양한 형태의 전동 열차(E)에 본 발명에 따른 시스템이 적용될 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 시스템은 열차의 종류에 의하여 제한되지 않으며 예를 진동 센서가 설치되는 관절 대차 또는 연접 대차와 같은 대차를 가진 임의의 열차에 적용될 수 있다.
고속 전동 열차(E)의 차량은 예를 들어 동력 대차와 같은 대차(T)에 의하여 연결될 수 있고 진동 센서(13)를 포함하는 센서는 각각의 대차(T)에 설치될 수 있다. 진동 센서(13)는 적어도 2개가 하나의 대차(T)에 설치될 수 있고 필요에 따라 온도 센서 또는 윤활 센서가 설치될 수 있다. 적어도 2개의 진동 센서(13)가 설치되는 것은 서로 다른 위치에서 발생되는 진동을 분석하는 것에 의하여 정확한 진동 원인을 찾아내는 한편 일시적으로 발생하는 진동 또는 대차(T)의 불량으로 인한 진동의 분석이 가능하도록 하기 위한 것이다. 적어도 2개의 진동 센서(13)가 설치되는 방법에 대하여 아래에서 다시 설명된다.
클라이언트 유닛(14)은 각각의 대차(T)에 설치될 수 있고 그리고 예를 들어 고속 전동 열차(E)의 객차의 아래쪽에 설치될 수 있다. 각각의 대차(T)에 클라이언트 유닛(14)이 설치되는 것은 각각의 대차(T)에 설치되는 진동 센서(13)로부터 전달되는 진동 정보를 일차적으로 클라이언트 유닛(14)에서 분석되도록 하기 위한 것이다. 진동 센서(13)는 클라이언트 유닛(14)에 직접 연결되고 그리고 클라이언트 유닛(14)은 각각의 대차(T)에서 발생되는 진동을 일차적으로 분석하는 것에 의하여 위험 예측 수준이 높아지는 한편 하나의 대차(T)에서 발생되는 진동 정보가 연속적으로 동일한 클라이언트 유닛(14)에서 분석되는 것에 의하여 진동 분석의 정확성과 효율성이 높아질 수 있다. 예를 들어 클라이언트 유닛(14)은 해당 대차(T)에서 예측되는 않은 범위의 진동이 주기적으로 또는 특정 위치에서 발생되는 경우 이를 메인 서버(12)로 바로 전송할 수 있고 메인 서버(12)는 위험 수준을 높일 수 있다.
클라이언트 유닛(14)은 파워 케이블(P)과 같은 케이블에 연결될 수 있고 그리고 랜 케이블(L)에 의하여 메인 서버(12)와 연결될 수 있다.
메인 서버(12)는 각각의 클라이언트 유닛(14)으로부터 전송된 진동 데이터를 분석하고 그리고 오작동 또는 위험도를 예측하는 기능을 가질 수 있다. 메인 서버(12)는 각각의 클라이언트 유닛(14)으로부터 전송된 진동 데이터를 정밀하게 분석하고 그리고 분석하는 과정에서 온도 센서 또는 윤활 센서와 같은 센서로부터 전송된 데이터를 활용할 수 있다. 또한 예를 들어 습도, 온도, 경사도, 해발 고도 또는 주위 환경과 같은 다양한 환경 데이터를 참조하여 각각의 클라이언트 유닛(14)으로부터 전송된 진동 데이터를 분석하는 한편 예를 들어 위성 항법 장치(GPS)로부터 전송되는 위치 또는 속도 정보를 참조할 수 있다. 실질적으로 전동 열차의 궤도는 미리 결정되어 있고 속도는 고속 전동 열차(E) 자체에서 측정될 수 있다. 그러므로 실질적으로 위치 정보 또는 고속 전동 열차(E)가 위성 항법 장치(GPS)로부터 위치 정보 또는 속도 정보를 수신할 필요성은 크지 않다. 그러나 예를 들어 클라이언트 유닛(14)으로부터 위험 진동 수준이 전송되는 경우 정확한 위치 정보 및 순간 속도 정보가 요구될 수 있다. 이와 같이 위성 항법 장치(GPS)로부터 정보는 특정 상황과 관련되어 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 대차(T)의 불량 또는 작동 오류를 탐색하는 한편 그에 따른 위험을 예측하고 그에 따라 적절하게 대응할 수 있도록 한다. 그리고 위에서 설명이 된 것처럼, 클라이언트 유닛(14)에 의하여 1차적으로 위험 예측이 되고 그리고 메인 서버(12)에 의하여 최종적으로 위험도가 결정될 수 있다. 메인 서버(12)에서 결정된 위험도는 디스플레이 장치를 포함하는 감시 유닛(11)에 전송되어 표시될 수 있고 그리고 그에 따라 적절한 대응 수단이 만들어질 수 있다. 본 발명에 따르면, 위험도는 우선적으로 클라이언트 유닛(14)에서 그리고 최종적으로 메인 서버(12)에 의하여 판단될 수 있다. 이와 같은 과정에 도 1b에 도시되어 있다.
도 1b를 참조하면, 센서 유닛(141)으로부터 발생된 데이터는 메모리(142)에 저장될 수 있다. 센서 유닛(141)은 예를 들어 진동 센서(13), 윤활 센서, 온도 센서, 속도 센서 또는 위치 센서와 같은 다양한 센서를 포함할 수 있고 적어도 2개의 진동 센서(13)를 포함할 수 있다. 메모리(142)에 저장된 정보는 직접 전송 유닛(144)으로 전송되거나 또는 단순 처리 유닛(Simple Signal Processor)(143)을 경유하여 필터링이 된 데이터가 전송 유닛(144)으로 전송될 수 있다. 단순 처리 유닛(143)은 필터 멤버, 검색 멤버 및 비교 멤버를 포함할 수 있고 필터 멤버는 일정 주파수 이상 또는 일정 주파수 이하의 진동수를 선택하는 역-밴드 패스 필터(band reject filter)와 같은 것이 될 수 있다. 그리고 검색 멤버는 메모리부터 유사 진동수가 발생된 시각 및 위치를 검색하는 기능을 가질 수 있다. 그리고 비교 멤버는 검색 멤버로부터 검색된 결과에 기초하여 위험도를 결정하고 그리고 전송 유닛(144)으로 전송할 수 있다. 전송 유닛(144)은 예를 들어 TCP/IP 통신 프로토콜을 사용하여 수신 유닛(121)으로 2종류의 데이터를 전송할 수 있다. 2종류의 데이터는 각각 수신 유닛(121)을 거쳐 복합 처리 유닛(122)으로 전송될 수 있다. 복합 처리 유닛(122)은 우선적으로 단순 처리 유닛(143)을 경유하여 전송된 데이터를 처리한다. 복합 처리 유닛(122)은 해당 데이터가 다른 클라이언트(14)로부터 전송되었는지, 일정 주기로 전송된 것인지 또는 환경 변수로 인한 것인지 여부를 판단하여 위험도를 최종적으로 결정한다. 그리고 필요에 따라 감시 유닛(11)으로 전송하여 디스플레이를 하거나 또는 경보를 발생시킬 수 있다. 단순 처리 유닛(143)을 통하여 전송되어 위험도가 결정된 진동 데이터에 대하여 위험 수준(R-L)이 결정될 수 있다. 그리고 위험 수준이 결정된 진동 데이터는 클라이언트 유닛(14)의 메모리(142)에 저장될 수 있고 이후 단순 처리 유닛(143)의 검색 멤버 및 비교 멤버에 의하여 위험도 결정 과정에서 사용될 수 있다.
복합 처리 유닛(122)은 센서 유닛(141)의 로 데이터(raw data)를 정밀하게 분석하게 되고 그리고 분석 과정에서 환경 변수 또는 윤활 데이터 또는 온도 데이터와 같은 것이 활용될 수 있다. 복합 처리 유닛(122)에 의하여 정밀하게 분석된 결과는 저장이 되고 그리고 필요에 따라 특정 진동 데이터에 대하여 위험 수준이 결정되어 클라이언트 유닛(14)의 메모리(142)에 저장될 수 있다.
센서 유닛(141)에서 획득된 진동 데이터를 포함하는 데이터는 다양한 방법으로 분석될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
아래에서 진동이 발생되어 분석되는 과정에 대하여 설명된다.
도 2a는 본 발명에 따른 위험 예방 시스템의 전체 구성에 대한 실시 예를 도시한 것이고, 그리고 도 2b는 본 발명에 따른 위험 예방 시스템의 구체적인 구성에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a를 참조하면, 고속 전동 열차의 대차에서 발생되는 측정 데이터는 적어도 2개의 진동 센서(131, 132)에서 발생되는 진동 데이터, 온도 측정 모듈(16)에서 발생되는 온도 데이터 및 윤활 측정 모듈(17)에서 발생되는 윤활유 관련 데이터를 포함한다. 위에서 설명이 된 것처럼, 각각의 대차에서 탐지된 측정 데이터는 각각의 클라이언트 유닛(22)으로 전송될 수 있고 클라이언트 유닛(22)은 FPGA 모듈(Field-Programmable Gate Array) 형태가 될 수 있다. 위에서 설명이 된 것처럼, 클라이언트 유닛(22)은 하나의 대차에 대한 누적 정보를 가지면서 하나의 대차에 대하여 메인 서버(21)와 별도로 진동 데이터를 분석하는 기능을 가질 수 있다. 그리고 이와 동시에 진동 데이터, 온도 데이터 및 윤활 데이터를 메인 서버(21)로 전송하는 기능을 가진다. 하나의 대차에 대한 진동 데이터를 누적시키는 한편 별도로 대차의 진동 데이터를 분석하도록 하는 것은 위험 예측을 신속하게 할 수 있으면서 각각의 대차에 대한 정확한 진동 분석이 가능하도록 한다는 이점을 가진다. 메인 서버(21)는 예를 들어 고속 전동 열차의 전방 및 후방에 각각 설치될 수 있지만 메인 서버(21)의 설치 위치는 특별히 제한되지 않는다.
도 2b를 참조하면, 센서 유닛(13)으로 발생된 진동 데이터를 포함하는 탐지 데이터는 각각의 클라이언트 유닛(14)으로 직접 전송되고 그리고 필터 유닛(23)에 의하여 필터링이 될 수 있다. 필터 유닛(23)은 대차로부터 발생되는 고유 진동과 작동 상황에 따라 발생되는 진동을 필터링을 하는 기능을 가질 수 있다. 고유 진동과 작동 상황에 따른 진동을 구분은 예를 들어 주파수, 파형 또는 발생 빈도에 의하여 구분될 수 있다. 그리고 구분 기준이 진동 예측 데이터베이스(231)에 미리 저장될 수 있다. 진동 예측 데이터베이스(231)는 대차로부터 예상되는 진동 데이터를 저장할 수 있다. 그리고 이와 같은 진동 데이터는 대차 그 자체의 특성 또는 사용 기간에 따라 결정될 수 있다. 필터 유닛(23)에서 이와 같이 센서 유닛(13)으로부터 전송된 진동 데이터를 구분하는 것은 탐지된 진동 특성이 대차 자체로부터 기인한 것인지 또는 외부 요인으로부터 기인한 것인지 여부를 구분하기 위한 것이다. 예를 들어 특정 진동이 특정 선로 위치에서 발생된다면 이러한 진동 데이터는 진동 예측 데이터베이스(231)에 최초에 저장되어 있지 아니하다. 그리고 모든 클라이언트 유닛(14)에서 발생될 수 있다. 메인 서버(12)는 환경 변수 유닛(24) 및 위치 변수 유닛(25)으로부터 전송된 정보를 기초로 이와 같은 진동을 분석하게 된다. 그리고 환경 변수 또는 위치 변수에 따라 발생된 진동에 해당된다면 데이터베이스 유닛(262)에 저장되고 그리고 환경 변수 또는 위치 변수와 함께 진동 예측 데이터베이스(231)에 저장될 수 있다. 그리고 위험도 분석 유닛(261)에 의하여 위험도가 결정된다. 이와 같은 경우 위험도는 낮은 수준으로 결정되고 경고 유닛(27)에 의하여 경고가 발생되지 않는다. 이와 같이 필터 유닛(23) 및 진동 예측 데이터베이스(231)는 위험 예측을 위한 기초 자료를 제공하는 기능을 가질 수 있다.
환경 변수 유닛(24)은 고속 전동 열차가 운행되는 환경을 대한 데이터를 메인 서버(12)로 전송할 수 있다. 환경 변수 유닛(24)은 예를 들어 온도, 습도 또는 날씨와 같은 것이 될 수 있고 이와 같은 환경 변수는 직접 측정이 되거나 또는 예를 들어 기상청과 같은 외부 기관으로부터 전송될 수 있다. 그리고 그와 같은 환경 변수에 대한 대차, 선로 또는 팬터그래프의 상태와 같은 것이 영향이 진동 분석에 사용될 수 있다. 위치 변수 유닛(25)은 예를 들어 선로의 기울기, 경사도 또는 지리적 위치를 포함하고 그리고 위치 센서, 경사 센서 또는 위성 항법 장치로부터 정보가 얻어질 수 있다. 메인 서버(12)는 이와 같이 필터 유닛(23), 환경 변수 유닛(24) 및 위치 변수 유닛(25)으로부터 전송된 정보에 기초하여 진동을 정밀하게 분석할 수 있고 그리고 그에 따라 발생되는 정보를 데이터베이스 유닛(262)에 저장할 수 있다. 메인 서버(12)에서 분석된 결과는 예측 가능한 진동과 예측되지 않는 진동으로 나누어질 수 있고 그리고 예측 가능한 진동은 진동 예측 데이터베이스(231)에 저장될 수 있다.
위험도 예측 유닛(261)은 메인 서버(12)로부터 전송되는 정밀 분석 결과와 클라이언트 유닛(14)으로부터 처리되어 메인 서버(12)로 전송되어 처리된 단순 처리 데이터의 위험도를 결정하는 기능을 가질 수 있다. 위험도 예측 유닛(261)은 메인 서버(12)에 의한 분석 결과에 따라 예측되지 않은 진동에 대하여 위험 수준을 결정할 수 있고 그리고 예측된 진동에 대하여 별도로 위험 수준을 결정하지 않는다. 그리고 위험 수준은 파형, 발생 빈도, 지속 시간 또는 주파수에 따라 미리 결정된 기준에 따라 결정될 수 있다. 그리고 위험 수준에 따라 경고 유닛(27)에 의하여 경고가 발생될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템에서 진동 분석은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 진동 예측 데이터베이스(231)에 저장되는 데이터베이스는 시간의 경과에 따라 갱신될 수 있다. 그리고 위에서 설명을 한 것처럼, 진동 예측 데이터베이스(231)는 위험도를 결정하는 기초 자료가 될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 시스템에서 진동 센서의 개수 또는 측정 위치에 따라 서로 다른 데이터가 얻어질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 위험 예방 시스템에서 진동 센서 및 클라이언트의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3의 (가)를 참조하면, 진동 센서는 대차(T)에 설치될 수 있고 대차에 설치되는 적어도 2개의 진동 센서는 대비되는 진동 데이터가 얻어질 수 있는 위치에 설치될 수 있다. 예를 들어 감속기 센서(311, 312), 휠 센서(331, 332) 또는 몸체 센서(321, 322)가 서로 대비되는 위치에 각각 설치될 수 있다. 그리고 각각의 대비되는 위치에 설치된 센서에서 측정된 진동 데이터가 누적이 될 수 있고 그리고 누적 데이터가 비교될 수 있다. 그리고 누적 데이터가 대칭성을 나타내지 않는다면 대차(T)가 정상 상태가 아닌 것으로 판단될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면. 적어도 2개의 진동 센서는 대칭 위치에 설치되는 적어도 한 쌍의 진동 센서(311과 312, 321과 322 또는 331과 332)를 포함하고, 상기 한 쌍의 진동 센서에서 측정된 누적 데이터의 대칭성에 의하여 대차의 이상 여부가 판단될 수 있다. 다만 진동 센서는 다양한 위치에 설치될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3의 (나)를 참조하면, 클라이언트 유닛(14)은 하우징 내에 배치될 수 있고 그리고 각각의 진동 센서로부터 전달된 신호를 처리하는 위한 처리 유닛(35)이 하우징 내부에 배치될 수 있다. 그리고 하우징은 진동 흡수를 위한 댐퍼(34)를 가질 수 있고 그리고 진동 센서에 대한 연결은 하우징 설치된 커넥터(351)에 의하여 이루어질 수 있다. 이와 같이 댐퍼(34)는 예를 들어 실리콘 또는 고무 소재의 진동 흡수 소재로 이루어질 수 있고 필요에 따라 하우징 자체가 진동 흡수 소재로 형성될 수 있다. 이와 같이 클라이언트 유닛(14)을 진동 또는 다른 충격으로부터 보호하는 것은 클라이언트 유닛(14)을 전동 고속 열차의 아래쪽에 배치하면서 이와 동시에 진동 센서와 직접 연결될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이와 같은 클라이언트 유닛(14)의 구조는 시스템 구조를 간단하게 만들면서 전송되는 데이터의 신뢰성을 높이는 기능을 가질 수 있다.
다양한 클라이언트 유닛(14) 구조가 본 발명에 따른 시스템에 적용될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 시스템은 서로 다른 진동원의 진동을 비교 및 분석하는 것에 의하여 오작동 예측성이 높아지도록 하면서 이와 동시에 다양한 환경 변수를 고려하는 것에 하여 예측 오류가 감소되도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 시스템은 클라이언트 및 서버 시스템에 의한 측정 시스템으로 인하여 전체적인 구조가 간단해지도록 하면서 작동의 신뢰성이 높아지도록 한다는 장점을 가진다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 감시 유닛 12, 21: 메인 서버
13: 진동 센서 14: 클라이언트 유닛
16: 온도 측정 모듈 17: 윤활 측정 모듈
23: 필터 유닛 24: 환경 변수 유닛
25: 위치 변수 유닛 35: 처리 유닛
121: 수신 유닛 122: 복합 처리 유닛
131, 132: 진동 센서 141: 센서 유닛
142: 메모리 143: 단순 처리 유닛
144: 전송 유닛 231: 진동 예측 데이터베이스
261: 위험도 예측 유닛 311, 312: 감속기 센서
321, 322: 몸체 센서 331, 332: 휠 센서
351: 커넥터

Claims (4)

  1. 고속 전동 열차(E)의 진동 분석에 의한 위험 예방 시스템에 있어서,
    다수 개의 전동 대차(T)의 각각에 설치된 적어도 2개의 진동 센서(13);
    상기 다수 개의 전동 대차(T)의 각각에 설치되어 단순 진동 분석을 하면서 상기 적어도 2개의 진동 센서(13)로부터 전송된 진동 정보를 전송하는 클라이언트 유닛(14);
    각각의 클라이언트 유닛(14)으로부터 전송된 상기 진동 정보를 기초로 복합 진동 분석을 하는 메인 서버(12); 및
    상기 클라이언트 유닛(14) 및 메인 서버(12)로부터 분석된 데이터를 기초로 위험도를 분석하는 위험도 예측 유닛(261);을 포함하고,
    상기 클라이언트 유닛(14)에 의하여 전송되는 상기 진동 정보는 필터링이 되어 위험 수준이 결정된 진동 정보가 되고, 상기 메인 서버(12)는 위험 수준이 결정된 진동 정보를 서로 다른 클라이언트(14) 사이에 비교하여 위험도를 최종적으로 결정하고, 센서 유닛(13)의 정보는 메모리(142)에 저장되고, 메모리(142)에 저장된 정보로부터 상기 위험 수준을 결정하기 위한 단순 처리 유닛(143)은 일정 주파수 이상 또는 일정 주파수 이하의 진동을 선택하는 필터 멤버; 필터 멤버에 의하여 선택된 진동과 유사 진동을 메모리(142)로부터 검색하는 검색 멤버; 및 검색 결과에 기초하여 위험도를 결정하는 비교 멤버;로 이루어지고,
    상기 적어도 2개의 진동 센서(13)는 대칭 위치에 설치되는 적어도 한 쌍의 진동 센서를 포함하고, 상기 한 쌍의 진동 센서에서 측정된 누적 데이터의 대칭성에 의하여 대차의 이상 여부가 판단되는 것을 특징으로 하는 고속 전동 열차(E)의 위험 예방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 메인 서버(12)로 환경 변수를 전송하는 환경 변수 유닛(24) 및 위치 정보를 전송하는 위치 변수 유닛(25)을 더 포함하고, 상기 환경 변수 유닛(24) 및 위치 변수 유닛(25)에 의한 예측 가능한 진동은 진동 예측 데이터(231)에 저장되고, 메인 서버(12)는 예측 가능한 진동과 예측되지 않는 진동으로 나누어 상기 위험도를 최종적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 고속 전동 열차(E)의 위험 예방 시스템.












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