KR101952120B1 - 철도차량의 배선절감장치 - Google Patents

철도차량의 배선절감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 운행 제어를 위해 사용되는 전기, 신호선 등의 차내 배선을 줄이도록 하는 배선절감장치를 제안한다. 이러한 배선절감장치는, 철도차량의 운전객차에 마련된 운전석 데스크에 모듈 형태로 장착되는 원격 입출력장치와, 상기 철도차량의 각 객차에 구비된 배전반에 모듈 형태로 장착되는 배전반 입력장치 및 배전반 출력장치를 포함하게 된다. 그리고 이러한 원격 입출력장치, 배전반 입력장치 및 배전반 출력장치는 운전석 데스크 및 배전반의 딘레일에 장착되기만 하면 TCN 통신망으로 상호 연결되는 구성이다. 따라서 본 발명은 철도차량에 사용되는 기존의 배선 구조를 절감할 수 있어 철도차량의 개량 또는 유지보수가 용이해지는 이점이 있다.

Description

철도차량의 배선절감장치{Reduction of wiring in a Railroad vehicle}
본 발명은 철도차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량의 객차 내부 또는 각 객차 상호간의 송수신되는 신호 중 일부를 TCN 이더넷 통신 방식으로 구현하여 기계적인 접점 구성을 최소화함으로써 철도차량의 배선을 충분히 절감하도록 하는 철도차량의 배선절감장치에 관한 것이다.
철도차량은 운전자(기관사)가 승차하는 전동차(운전객차)에 다수의 객차(승객객차)를 연결한 상태에서 운행하게 되는데, 이때 상기 운전객차와 다수의 승객객차에는 조명장치, 전동문의 개폐장치, 공조장치의 작동 및 제어를 위해 배전반이 설치된다. 그리고 상기 운전객차에는 철도차량을 전반적으로 운전하기 위한 운전석 데스크가 마련되어 있다.
상기 배전반에는 기계적인 접점방식으로 구동하는 많은 릴레이 및 스위치 등이 장착된다. 그리고 이러한 릴레이 및 스위치로 연결되는 전기나 각종 신호선 등의 배선을 이용하여 객차내에 설치된 각종 장치들을 연결하거나 다른 객차와의 연결을 도모한다.
그러나 현재 철도차량에 설치된 배전반의 경우 열차운행을 제어하기 위한 각종 전기 및 신호선 등의 차내 배선이 대략 2500 ~ 3000 접점 내외로 구성된다는 점에서, 배선이 복잡하기 때문에 철도차량의 개량 또는 유지보수시 많은 비용과 시간이 요구될 수밖에 없다. 또한 그만큼 배선이 복잡하다는 것은 배선오류에 의한 성능결함 발생이 더 많다는 것도 의미한다.
그리고 이러한 배선오류 발생시 작업자가 직접 배전반에서 작업을 하게 되는데 배선의 복잡함으로 인하여 작업자의 작업 수행능력이 문제시 될 수 있고, 이 경우 차량 유지보수가 지연되거나 개선이 안되는 문제가 있다. 이러한 배전반의 수리 등의 지연은 철도차량의 운행과 직접적으로 연관되기 때문에 철도차량의 운행에도 어느정도 차질이 예상된다.
따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 철도차량의 전기 및 신호, 그리고 각종 제어 등과 관련된 차내 배선을 최소화함으로써 철도차량의 운영 및 유지보수가 용이해지도록 하는 철도차량의 배선절감장치를 제공하는 것이다. 그리고 이러한 본 발명의 목적은 객차 내부의 배선 및 다른 객차와의 연결을 위한 배선 일부를 TCN 이더넷 통신으로 구현함으로써 달성할 수 있는 것이고, 이때 신호의 송수신을 위한 장치들은 모듈화하여 배전반에 쉽게 탈부착할 수 있도록 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는, 철도차량의 운전석 데스크에 모듈 형태로 장착되는 원격 입출력장치; 그리고 상기 철도차량의 각 객차에 구비된 배전반에 모듈 형태로 장착되는 배전반 입력장치 및 배전반 출력장치를 포함하고, 상기 원격 입출력장치, 배전반 입력장치 및 배전반 출력장치가 딘레일에 장착 완료되면 TCN 통신망으로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 배선절감장치를 제공한다.
상기 원격 입출력장치, 배전반 입력장치 및 배전반 출력장치와 TCN 통신망으로 연결되는 제어장치가 더 포함된다.
상기 원격 입출력장치, 배전반 입력장치 및 배전반 출력장치는 전원 변환부와 연결되고, 상기 전원 변환부는 입력전원인 DC 100V를 사용전원인 DC12V로 변환하여 상기 원격 입출력장치, 배전반 입력장치 및 배전반 출력장치로 공급한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 철도차량의 운전석 데스크 및 배전반에 사용되는 각종 신호선 등의 배선을 줄이는 대신 이를 모듈형태로 배전반에 쉽게 탈부착 한 후 TCN 이더넷 통신으로 신호 전송이 가능하도록 구성하고 있다. 따라서 철도차량의 배선의 복잡한 구조에서 어느 정도 탈피할 수 있어 철도차량의 개량 또는 유지보수가 더 원활하게 이루어지는 효과가 기대된다.
또한 철도차량의 운전객차 및 승객객차, 각 객차들 간의 통신이 TCN 이더넷 통신으로 이루어지는 통신 네트워크의 단일화가 가능하다는 점에서 철도차량의 제작비용 절감을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 배선절감장치가 채용된 철도차량의 전체 구성도
도 2는 도 1의 배선절감장치들이 TCN 이더넷 네트워크 게이트웨이를 매개로 연결된 상태를 보인 구성도
도 3은 도 1의 원격 입출력장치의 구성과 함께 파워보드 및 제어장치와 연결된 상태의 구성도
도 4은 도 1의 배전반 입력장치의 구성과 함께 파워보드 및 제어장치와 연결된 상태의 구성도
도 5는 도 1의 배전반 출력장치의 구성과 함께 파워보드 및 제어장치와 연결된 상태의 구성도
다음에는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 철도차량의 배선절감장치를 설명하기 위한 철도차량의 전체 구성도이다. 이를 보면, 철도차량은 운전객차(1) 및 승객객차(2)로 구분되고, 통상 철도차량의 전후방에 운전객차(1)가 마련되고, 이러한 운전객차(1) 사이에 다수의 승객객차(2)들이 연결되는 구성이다.
본 발명에 따르면 운전객차(1)와 승객객차(2)에 배선절감장치가 구비된다. 상기 배선절감장치는 실질적으로 각 객차에 마련된 배전반(5)의 구성을 개선한 것이라 할 수 있을 것이다. 또한 이러한 배선절감장치는 운전객차(1)의 운전석 데스크(3)에도 적용된다.
운전석 데스크(3)에는 각종 조작스위치나 상태를 표시하는 램프 등이 설치되는데, 이러한 운전석 데스크(3)에 원격 입출력장치(Smart-RTE I/O)(10)가 모듈 형태로 장착된다. 상기 원격 입출력장치(10)는 운전실 데스크(3)와 객차(1,2)의 배전반(5,6)과 이더넷 TCN((Train Communication Network) 통신망으로 연결하여 진단 결과, 입출력 포트의 감시 및 제어기능을 제공하게 된다.
운전객차(1) 및 승객객차(2)의 배전반(5,6)에는 배전반 입력장치(Smart Digital Input)(14)과 배전반 출력장치(Smart Digital Output)(16)가 장착된다. 이러한 배전반 입력장치(14) 및 배전반 출력장치(16)도 모듈 형태로서 배전반에 장착과 증설이 용이하다.
그리고 도시된 바와 같이 운전객차(1)의 운전석 데스크(3)에 마련된 원격 입출력장치(10)와 객차(1,2)의 배전반(5,6)에 장착되는 제어장치(Smart PLC CPU)(12), 배전반 입/출력장치(14,16)들은 서로 TCN 이더넷 통신으로 연결되고 있다. 이러한 연결방식은 기존의 배전반에 기계적인 접점으로 이루어진 구성을 대체할 수 있어 배선 절감을 할 수 있는 장점을 제공할 수 있을 것이다. 이하에서는 상기한 원격 입출력장치(10), 배전반 입력장치(14) 및 배전반 출력장치(16)를 배선절감장치라 칭하기로 한다. 즉 이러한 장치들은 실질적으로 철도차량의 배선을 절감하는 모듈 형태로 제공되기 때문이다.
여기서, 상기 배전반(5,6)에 마련된 원격 입출력장치(10), 배전반 입/출력장치(14,16)에는 이를 자체적으로 제어하는 CPU(10a, 14a, 16a)가 마련되며, 이러한 CPU(10a, 14a, 16a)가 제어장치(Smart PLC CPU)(12)와 TCN 이더넷 통신을 하는 것이다.
이와 같은 상기한 배선절감장치들이 TCN 이더넷 네트워크 게이트웨이를 매개로 연결된 구성은 도 2에 도시하였다. 도시된 바와 같이 원격 입출력장치(10), 배전반 입/출력장치(14,16)가 모듈방식으로 운전석 데스크(3) 및 배전반(5,6)에 장착되는데, TCN 이더넷 네트워크 게이트웨이를 매개로 하여 서로 연결되는 방식이다. 물론 상호간의 연결은 TCN 이더넷 통신방식이 적용된다. 즉 상기 TCN 이더넷 네트워크 게이트웨이가 TCN 이더넷 통신방식을 지원하는 것이라 보면 된다.
여기서 상기 도 1 및 도 2를 보면 상기 배선절감장치들의 자체적인 검사정보나 상태, 설정 기능 등을 확인하는 장치로서 현시장치(20)가 더 구비됨을 알 수 있다. 그러나 이러한 현시장치(20)는 테스트(test)를 위한 장치로서 배선절감장치가 철도차량에 모두 설치된 상태에서는 운영되지 않는다.
다음에는 상기한 배선절감장치들, 즉 원격 입출력장치(10), 배전반 입/출력장치(14, 16)의 세부 구성을 순서대로 살펴본다.
상기 원격 입출력장치(10)는 운전실 데스크(3)의 조작스위치나 상태 표시램프 등 접점방식의 운전실 입출력을 TCN 이더넷 통신을 통하여 무접점 제어하는 장치로서 이더넷 TCN 통신으로 자체적인 진단 결과, 입출력포트 감시 및 제어기능을 제공한다. 즉 TCN 이더넷 통신망을 통해 철도차량의 내부 시스템에 연결된다. 이러한 원격 입출력장치(10)는 도 3에 도시하고 있는 바와 같이 전원공급을 위한 파워부(101), 입력 디지털 신호를 처리하는 입력신호 처리부(102) 및 입력신호 로직부(103), 출력 디지털 신호를 처리하는 출력신호 처리부(104) 및 출력신호 로직부(105)를 포함하여 구성된다. 상기 입력신호 로직부(103) 및 출력신호 로직부(105)는 제어장치(12)와의 디지털 신호 전송을 위해 제공되는 인터페이스라고 할 수 있다.
파워부(101)는 전원입력포트로 인가되는 100V DC 전원을 그대로 사용하는 것이 아니고 DC-DC 컨버터(30)를 통해 변환된 DC 12V를 사용전원으로 공급한다.
그리고 원격 입출력장치(10)에는 16개의 디지털 입력포트, 과전류 보호회로가 내장된 16개의 디지털 출력포트가 구비된다. 이러한 디지털 입/출력포트를 통하여 운전실 데스크(3)의 각종 스위치나 램프 조작 신호의 동작여부 등을 확인할 수 있게 된다. 이를 위해서 원격 입출력장치(10)는 각종 신호 및 제어신호를 송수신하기 위해 CPU(10a)를 구비하고 있다. 상기 CPU(10a)는 후술하는 배전반 입력장치(14) 및 배전반 출력장치(16)에도 그 구성이 동일하게 적용되기 때문에 아래에서 설명하기로 한다.
도 4에는 배전반 입력장치(14)의 구성, 그리고 그 배전반 입력장치(14)가 파워보드 및 제어장치와 연결된 상태를 보인 구성도가 도시되어 있다. 상기 배전반 입력장치(14) 역시 객차 내의 배전반(5,6)의 딘레일에 끼워져서 장착되면 TCN 이더넷 통신망을 통해 철도차량의 내부 시스템에 연결되는 구성이고 이러한 TCN 이더넷 통신을 이용하여 진단결과, 입출력포트의 감시 및 제어기능을 수행한다.
그리고 배전반 입력장치(14)는 파워보드에 마련된 DC-DC 컨버터(30)에 의해 DC 12V로 변환된 전원을 내부 구성에 공급하는 파워부(141), 디지털 입력포트를 통해 입력되는 입력신호를 처리하는 입력신호 처리부(142) 및 입력신호 로직부(143)를 포함하고 있다. 이러한 구성을 가지는 배전반 입력장치(14)도 상기 배전반 입력장치(14)의 동작을 제어하도록 마련된 CPU(14a)와 연결되어 각종 신호 및 제어신호를 송수신한다.
도 5에는 배전반 출력장치(16)의 구성, 그리고 그 배전반 출력장치(16)가 파워보드 및 제어장치와 연결된 상태를 보인 구성도가 도시되어 있다. 상술한 도 4의 배전반 입력장치(14)와 마찬가지로 배전반 출력장치(16) 역시 객차 내의 배전반(5,6)의 딘레일에 끼워져서 장착되면 TCN 이더넷 통신망을 통해 철도차량의 내부 시스템에 연결되는 구성이고 이러한 TCN 이더넷 통신을 이용하여 진단결과, 입출력포트의 감시 및 제어기능을 수행하게 된다.
또한 배전압 출력장치(16)도 DC 100V 전원이 파워보드에 마련된 DC-DC 컨버터에 의해 변환된 DC 12V를 공급받아 내부 구성으로 제공하는 파워부(161), 디지털 출력포트를 통해 출력되는 출력신호를 처리하는 출력신호 처리부(162) 및 출력신호 로직부(163)를 포함하고 있다. 이러한 구성을 가지는 배전반 출력장치(16)도 상기 배전반 출력장치(16)의 동작을 제어하도록 마련된 CPU(16a)와 연결되어 각종 신호 및 제어신호를 송수신한다.
그리고 상기의 배전반 입력장치(14) 및 배전반 출력장치(16)는 TCN, 통신기능이 내장된 모듈형태이기 때문에 디지털 입/출력포트의 확장이 용이하다는 이점이 있다.
한편 원격 입출력장치(10) 및 배전반 입/출력장치(14,16)와 연결되어 제어기능을 수행하는 CPU(10a, 14a, 16a)의 구성은 도 3 내지 도 5를 참조하지만 모두 동일한 구성임에 유의한다. 물론 CPU(10a, 14a, 16a)은 원격 입출력장치(10), 배전반 입/출력장치(14,16)의 각각의 고유 기능을 제어할 것이다. 도시된 도 3 내지 도 5를 보면, CPU(10a, 14a, 16a)는 블록단위로서 파워부(121), CPU부(122), 메모리(123), 입/출력부(124)를 포함하는 구성이다.
파워부(121)는 DC-DC 컨버터(30)를 통해 변환된 12V를 사용전압으로 공급하는 역할을 한다. 그리고 메모리(123)는 데이터를 저장하고 입/출력부(124)는 상기 원격 입출력장치(10) 및 배전반 입/출력장치(14,16)와의 신호 송수신을 담당하는 역할을 한다. 이러한 CPU(10a, 14a, 16a)의 기능은 고유 기능을 제어하는 CPU부(122)가 전반적으로 담당한다. CPU부(122)는 이외에도 TCN 통신상태의 설정 및 제어기능 등도 수행한다.
이처럼, 본원발명은 운전실 데스크(3)에 모듈 형태의 원격 입출력장치(10)를 장착하고, 아울러 각 객차(1,2)의 배전반(5,6)에도 모듈 형태의 배전반 입/출력장치(14,16)를 장착하며, 이 상태에서 원격 입출력장치(10) 및 배전반 입/출력장치(14,16)는 TCN 통신으로 상호 연결되어 전기 및 각종 신호선, 제어신호를 송수신하면서 진단결과나 감시동작에 따른 결과를 출력하고 있다.
따라서 본원발명의 실시 예에 따르면 철도차량의 배선을 절감할 수 있고, 기계식 전기장치의 전자 통신화가 가능할 것이다. 또한 배전반의 실시간 상태 감시가 가능하기 때문에 자가 진단에 따른 정기적인 유지보수가 불필요할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 운전객차 2: 승객객차
3: 운전석 데스크 5, 6: 배전반
10: 원격 입출력장치(S-RTE I/O) 10a:원격 입출력장치용 CPU
14: 배전반 입력장치(S-Digital Input) 14a: 배전반 입력장치용 CPU
16: 배전반 출력장치(S-Digital Output) 16a: 배전반 출력장치용 CPU
12: 제어장치(S-PLC CPU) 20:현시장치
30: DC-DC Converter
101: 원격입출력장치용 파워부
102: 원격입출력장치용 입력신호 처리부
103: 원격입출력장치용 입력신호 로직부
104: 원격입출력장치용 출력신호 처리부
105: 원격입출력장치용 출력신호 로직부
141: 배전반 입력장치용 파워부
142: 배전반 입력장치용 입력신호 처리부
143: 배전반 입력장치용 입력신호 로직부
161: 배전반 출력장치용 파워부
162: 배전반 출력장치용 출력신호처리부
163: 배전반 출력장치용 출력신호 로직부
121: CPU용 파워부 122: CPU용 CPU부
123: CPU용 메모리 124: CPU용 입/출력부

Claims (2)

  1. 철도차량의 운전석 데스크(3)에 모듈 형태로 장착되며, CPU(10a)에 의하여 16개의 디지털 입력포트, 과전류 보호회로가 내장된 16개의 디지털 출력포트를 통해 운전실 데스크(3)의 각종 스위치나 램프 조작 신호의 동작여부를 확인하는 원격 입출력장치(10);
    상기 철도차량의 각 객차(1,2)에 구비된 배전반(5,6)의 딘 레일에 장착되면 철도차량의 내부 시스템에 연결되며, CPU(14a)의 제어에 따라서 DC 12V로 변환된 전원을 내부 구성에 공급하는 파워부(141), 디지털 입력포트를 통해 입력되는 입력신호를 처리하는 입력신호 처리부(142) 및 입력신호 로직부(143)를 구비하는 배전반 입력장치(14);
    상기 철도차량의 각 객차(1,2)에 구비된 배전반(5,6)의 딘 레일에 장착되면 철도차량의 내부 시스템에 연결되며, CPU(16a)의 제어에 따라서 DC 12V로 변환된 전원을 내부 구성에 공급하는 파워부(161), 디지털 출력포트를 통해 출력되는 출력신호를 처리하는 출력신호 처리부(162) 및 출력신호 로직부(163)를 구비하는 배전반 출력장치(16);
    상기 원격 입출력장치(10), 배전반 입력장치(14), 배전반 출력장치(16)의 자체적인 검사정보나 상태, 설정기능을 확인하는 현시장치(20); 그리고
    상기 원격 입출력장치(10), 배전반 입력장치(14) 및 배전반 출력장치(16)가 운전석 데스크(3)와 배전반(5,6)의 각 딘레일에 장착 완료되면 TCN 통신망으로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 배선절감장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 입출력장치(10), 배전반 입력장치(14) 및 배전반 출력장치(16)는 전원 변환부(30)와 연결되고,
    상기 전원 변환부(30)는 입력전원인 DC 100V를 사용전원인 DC12V로 변환하여 상기 원격 입출력장치(10), 배전반 입력장치(14) 및 배전반 출력장치(16)로 공급하는 철도차량의 배선절감장치.
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