KR102094256B1 - 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선로를 따라 운행하는 열차의 존재유무를 검지 및 궤도의 절손을 검지하는 것은 물론 열차가 자동으로 운전되거나, 운전자가 수동으로 운전시에도 운전자에게 운행에 필요한 각종 정보를 지상에서 차상으로 전송하여 주는 궤도회로장치로써, 기존의 검증이 불가능한 단순한 코드형태를 전송하는 장치가 아닌, 현대의 고속화 고밀도 운행에 필요한 각종 다양한 정보와 전송되는 정보의 안전성을 담보할 수 있도록 표준 CRC-32와 같은 검증정보를 포함하는 텔레그램을 연산 및 처리하고 지상에서 차상으로 전송하는 장치이다.
Description
본 발명의 실시예는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선로상을 운행하는 열차의 위치 검지, 궤도의 절손검지기능에 부가하여 열차를 자동으로 제어하는 차상의 자동열차제어장치가 요구하는 열차 운행에 필요한 각종 정보를 검증이 불가능한 단순한 코드형태가 아닌 검증 정보를 포함한 텔레그램 형식으로 궤도를 통해 지상에서 차상으로 전송이 가능하도록 한 것이고, 이로 인해 궤도회로 장치의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시키므로 사용자들의 다양한 욕구(니즈)를 충족시켜 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.
주지하다시피 궤도회로장치의 기본 원리는 열차가 운행하는 궤도를 전기적 전송통로로 이용하여 일정구간마다 구획을 나누고, 각 구역의 끝단에 송신기와 수신기를 설치한다. 송신기에서 발생한 신호는 전도체인 궤도를 따라 전류가 흘러 수신기에 도달하게 되면 수신기는 수신신호의 정당성 검사를 하여 정당한 신호일 경우 계전기를 동작(Energize)시켜 해당 구간에는 열차가 없다는 것을 표시한다.
해당구간에 열차가 진입하면 전도체인 차축을 통해 송신기와 수신기사이의 전도체인 궤도가 중간에서 단락이 되어, 송신기에서 발생한 신호는 차축을 통해 다시 송신기로 돌아가게 되며, 수신기에는 송신기 발생신호가 도달하지 못하게 되며, 수신기는 궤도계전기의 전원을 차단하여 off시킴으로써 해당구간에 열차가 존재함을 표시하여 후속열차가 진입하지 못하도록 방호하며, 궤도가 절손되었을 때는 송신기에서 발생한 신호가 수신기로 전달이 되지 않으므로 열차가 존재하는 것과 동일한 동작으로, 열차의 진입을 방호할 수 있다.
이러한 기능으로 선로상에 열차가 존재하는지, 궤도가 절손된 곳은 없는지 검지하고 열차운전자에게 전방 열차 존재 유무를 궤도회로에 연결된 신호기(혹은 기타 신호보안설비)를 통해 운전자에게 육안으로 확인할 수 있도록 하고 있으며, 운전자는 신호기를 확인하면서 열차의 속도를 가감속하여 열차의 속도를 제어함으로써 전방열차/후속열차와의 충돌 및 추돌을 방지하면서 안전하게 운행할 수 있다.
그러나 현대의 열차는 점점 고속화, 고밀도화되면서 운전자 휴먼에러(Human Error)를 방지할 필요가 점차 커지게 되었으며, 열차를 제어하는 운전자의 보조운행수단으로써는 물론 열차를 완전히 자동화 운행을 할 수 있도록 필요한 정보를 지상에서 전송하여 주는 단계에 이르렀다. 전송수단은 다양한 매체가 있으나, 그중 궤도회로 장치는 연속적으로 끊임없이 지상에서 차상으로 정보를 전송할 수 있는 장점이 있어, 대부분의 열차속도제어에는 궤도회로가 이용되고 있다.
열차가 궤도회로 구간에 진입하면 이를 검지하여 차상에서 열차제어에 필요한 정보를 포함한 신호를 송신기에서 발생시키고 이 신호를 궤도에 투사하여 전류가 흐르게 하면 전도체인 궤도를 중심으로 전기장이 발생하며, 이 전기장의 변화를 차량의 최전방 차축보다 더 앞의 위치에 설치되는 차상안테나를 통해 차상에서 검지할 수 있다. 이 신호를 수신한 차상장치는 운행에 필요한 열차운행용 정보로 가공하여 사용한다.
이러한 운행에 필요한 정보를 생성하는 지상장치를 지상ATC(Automatic Train Control)장치라고 하고, 차상에 설치되는 장치를 차상 ATC라고 한다. 궤도회로장치는 지상에 설치되는 지상 ATC장치로써 속도코드 혹은 열차제어정보를 생성하는 장치와 연결되어 해당 정보를 차상장치로 전송한다.
한편, 도 1 에 도시된 외부장치인 속도정보연산/생성장치는 입력된 전방궤도회로 장치의 궤도계전기 상태를 입력 혹은 조합하여 속도코드를 연산하고, 궤도회로와 실선으로 연결된 스위칭 소자중 지시하여야 할 속도코드 회선만을 ON(Logic Active, C1~Cn중 1회선)시켜 궤도회로에 차상으로 전송하여야할 여러 가지 속도를 지시하는 방식으로 동작한다.
상기 ATC 궤도회로 장치의 속도코드 변환부는 정해져 있는 주파수표에서 선택하거나 혹은 기타의 방법으로 저주파수를 선택하게 되면, 연결된 여러 실선중 ON(Logic Active)이 되어 있는 회선에 해당하는 저주파수를 발생시켜 OOK(On Off Keying) 변조부로 전달한다.
도 2 에 도시된 OOK변조부는 해당 신호에 맞게 궤도회로 구역별로 사전에 정해지는 반송주파수와 합성하여 OOK변조를 한다. 즉 속도코드가 High(Logic Active)이면 반송파를 출력하고 Low(Logic Negate)이면 반송파를 차단하는 동작을 반복하여 속도코드와 반송파를 합성하고 변조한다.
합성 및 변조된 신호는 궤도를 통해 멀리 전송될 수 있는 크기로 증폭을 하는 신호증폭부를 거치게 되며, 송신매칭부는 송신 신호가 손실없이 궤도로 입사될 수 있도록 신호증폭부와 궤도간의 임피던스 매칭을 한다.
궤도로부터 수신한 신호는 수신필터부를 거쳐 해당 궤도구간에서 사용하는 반송파만을 여파하여 OOK 복조부로 전달한다. OOK 복조부는 여파된 수신신호를 검파하여 속도코드로 복조한다.
복조된 신호는 수신판독부에서 코드주파수와 수신레벨을 판독하여 정상적인 수신신호 및 코드주파수로 판별되면 계전기 구동부에서 궤도계전기를 구동시키게 된다. 궤도계전기의 접점은 다른 구역의 궤도계전기들과 조합하여 속도코드를 연산할 수 있도록 외부장치가 상태를 읽어가게 된다.
열차가 궤도구간내로 진입하게 되면 외부장치로부터 해당 궤도에 적절한 속도코드가 재계산되어 속도코드 회선에 실리게 되고 궤도에 입사된 신호의 OOK 신호의 전류 변화에 의한 전기장의 변화를 통해 차상 ATC안테나로 유기된다.
차상ATC장치는 이 신호를 궤도를 통해 수신되는 수신신호의 복조과정과 유사한 과정을 통해 속도코드 신호를 복조하여 운전자에서 정보를 표출하거나, 차상 속도제어 및 자동 차량 운행, 비상 정지등의 자동열차제어에 사용한다.
| 코드번호 | 발진주파수 | 제한속도 |
| C1 | 3.2㎐ | Yard Mode |
| C2 | 5.0㎐ | 25㎞/h |
| C3 | 6.6㎐ | 40㎞/h |
| C4 | 8.6㎐ | 60㎞/h |
| C5 | 10.8㎐ | 70㎞/h |
| C6 | 13.6㎐ | 80㎞/h |
| C7 | 16.8㎐ | Yard Cancel |
| C8 | 20.4㎐ | 예비 |
종래 궤도회로는 표1과 같이 단순한 속도코드형식을 사용함으로써 열차의 운행 안전에 위해가 발생할 수 있는 소지가 각 단계에서 발생할 수 있다.
외부장치에서 속도코드를 발생시킬 때 속도코드 선택 논리나 전기적 잡음에 의해 회선의 On/Off상태에 변화가 발생하거나, 속도코드 변환부의 회로소자의 고장으로 인해 전달받은 회선이 아닌 다른 회선의 속도로 오인하여 처리할 가능성이 높다. 물론 이를 위해 이중 입력을 받거나 하는 방법으로 안전성을 높이지만 그 한계가 분명하다.
또한 지상장치 내부안에서는 송신된 신호가 궤도를 통해 수신필터부로 전달되어 복조과정을 거친 후 속도코드변환부에서 발생한 신호와 복조된 신호를 비교하여 동일한 신호인지 비교하여 확인후 전송된 신호가 맞는지 확인할 수 있지만, 차상에서는 비교할 수 있는 자원이 없이 지상으로부터 각종 전기적 잡음이 발생하는 환경을 통해 유도된 신호를 복조하여도 원 신호와 동일하다는 보증을 하기 어려하며, 이를 보완하기 위해 복조주파수의 오류한계 범위(예를 들면 다음 속도코드와 충분히 여유가 있는 주파수범위)를 지정하는 방식으로 분류하고 있지만, 지상에서 차상으로 전송시에 발생할 수 있는 신호왜곡, 복조과정에서의 신호왜곡 등이 발생할 가능성은 항상 내포하고 있다.
이에 따라 잘못된 신호로 복조될 시 열차의 차상ATC장치는 정확한 속도코드가 아닌 오류속도코드로 열차를 자동제어할 수 있어 열차제어에 심각한 오동작이 발생할 수도 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 아래와 같은 선행기술문헌들이 개발되었으나, 여전히 상기한 종래 기술의 문제점을 일거에 해결하지 못하는 커다란 문제점이 발생 되었다.
본 발명은 상기와 같이 열차의 차상 ATC장치에서 사용되는 속도코드 방식의 전송/복조 오류로 인해 발생할 수 있는 안전에 위해가 되는 요소를 제거하고자 안출한 것이다.
또한 본 발명은 속도코드를 발생시키는 장치에서부터 차상으로 전송되기까지 발생하는 신호의 왜곡을 통한 오류발생 가능성을 줄이기 위한 것이다.
그리고 본 발명은 속도코드 연산 및 생성장치로부터 정상적이고 안전한 속도코드만을 전송할 수 있도록 검증을 할 수 있는 통신방식을 적용한 것이다.
특히 본 발명은 전기적 잡음에 강하며 상대적으로 안정적인 전송이 가능한 통신 인터페이스(Interface)를 사용한 것이다.
아울러 본 발명은 단순한 속도코드만이 아닌 고속화, 고밀도화 열차운행에 필요한 각종 정보를 포함하여 전송하여 차상ATC장치가 다양한 정보를 수신할 수 있도록 한 것이다.
더하여 본 발명은 차장 ATC 장치가 수신받은 속도코드를 포함한 각종 정보가 정당한 정보인지를 검증할 수 있는 검증코드를 적용한 것이다.
본 발명은 상기한 기술적 사상을 통해 열차의 안전한 운행과 고속, 고밀도 운행에 필요한 정보를 제공할 수 있도록 하였다.
이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 열차 운행에 필요한 각종 정보를 검증이 불가능한 단순한 코드형태가 아닌 검증 정보를 포함한 텔레그램 형식으로 궤도를 통해 지상에서 차상으로 전송이 가능하도록 한 송신부와 수신부가 구비되되, 상기 송신부는, 지상에서 차상으로 전송될 텔레그램을 외부장치로부터 전류루프 통신방식으로 수신하거나, 외부장치에서 텔레그램이 수신되지 않거나 사전에 정해진 고정 텔레그램을 발생시킬 수 있는 텔레그램 수신부; 텔레그램 수신부와 연결되며, 궤도로 전송하는 신호를 만들어 내기 위해 텔레그램을 복수개의 MCU(Micro Control Unit)가 각각 수신하여 검증하고 검증된 텔레그램을 비교면서, 수신한 텔레그램이 동일하고 정당성이 확보된 텔레그램만을 선택하여 해당 텔레그램을 반송파와 연산하는 MCU(Micro Control Unit); MCU와 연결되며, 궤도를 통해 수신기까지 전달될 수 있도록 충분한 신호레벨까지 FSK 방식으로 변조된 신호를 보내는 신호증폭부; 및 신호증폭부와 연결되며, 신호증폭부에서 증폭된 신호를 최대효율로 궤도로 입사시키기 위해 임피던스 매칭을 하는 송신매칭부;가 포함되고, 상기 수신부는, 궤도로부터 인입된 FSK변조신호를 상측파만을 분리하는 상측파 필터부와, 하측파만을 분리하는 하측파 필터부; 상측필터에서 나온 신호롤 검파하여 복조하는 상측파복조부와, 하측필터에서 나온 신호를 복조하는 하측파복조부; 상측파복조부에서 복조된 신호를 검증하는 상측검증부와, 하측파복조신호를 검증하는 하측검증부와, 상측과 하측에서 검증된 신호가 동일한지 비교 검증하는 상하측수신 텔레그램 비교부; 검증 및 비교과정을 거쳐 정당성이 검증된 텔레그램이 수신되면 계전기를 구동하기 위해 각자의 연산결과로 각각 1/2출력만큼의 계전기 구동신호를 만들어 내는 복수개로 구성된 MCU(Micro Control Unit); 및 장치의 오동작 혹은 MCU의 랫치업, 홀딩, 예상치 못한 연산오류와 같은 고장이 발생할 수 있는 경우에도 궤도계전기는 반드시 무여자될 수 있도록 한 계전기 구동부;가 포함됨을 특징으로 하는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 열차 운행에 필요한 각종 정보를 검증이 불가능한 단순한 코드형태가 아닌 검증 정보를 포함한 텔레그램 형식으로 궤도를 통해 지상에서 차상으로 전송이 가능하도록 한 송신부와 수신부가 구비된 다정보 전송 ATC(Automatic Train Control) 궤도회로 장치의 제어방법을 제공하되, 궤도를 운행하는 열차의 위치검지 및 레일의 절손을 검지하고; 열차의 속도제어정보 및 기타 운행에 필요한 각종 정보의 안전성을 확보할 수 있도록 기존의 검증불가능한 단순 코드형태가 아닌 표준 CRC-32 혹은 검증 데이터와 열차운행에 필요한 텔레그램 정보를 실행하고; 외부장치로부터 전송받거나 혹은 내부자체에 내장된 것을 사용하여 지상에서 차상 열차제어장치로 전송함을 특징으로 하는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치의 제어방법을 제공한다.
상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 기존의 단순한 속도코드 전송방식을 개선하여 열차의 자동운행을 위한 정보를 텔레그램 형태의 정보를 지상에서 차상으로 전송하기 위해 발명된 것이다.
또한 본 발명은 전송매체 및 전송방식을 개선함으로써 안전하고 안정적으로 차상으로 신호를 전달할 수 있도록 한 것이다.
그리고 본 발명은 단순 속도코드에서 텔레그램의 형태의 다양한 정보의 전송이 가능하도록 하여 열차의 자동열차운전에 다양한 정보를 활용할 수 있어 다양한 방식으로 열차자동제어에 사용할 수 있다.
또한 본 발명은 각종 검증코드를 통해 열차제어를 위한 각종 정보들은 안전하게 열차로 전송할 수 있다.
그리고 본 발명을 통해 현대의 고속화, 고밀도화된 열차의 운영에 필요한 정보의 안전성과 신뢰성을 대폭 향상시킬수 있다.
따라서 본 발명은 사용자의 다양한 필요에 따라 여러 가지 정보를 선택하여 적용이 가능하므로 매우 유용하게 이용할 수 있을 것이다.
이하에서는 이러한 효과 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 종래의 궤도회로장치로써 외부장치에서 생성한 속도코드를 ATC궤도회로가 처리하는 궤도로 송신하고, 궤도로부터 수신한 신호를 복조하여 궤도계전기를 구동하는 일련의 처리 과정 및 구조을 나타낸 블럭 구성도.
도 2 는 종래의 속도코드 형태의 변조파형으로써 OOK 변조방식으로 사용하고 있다. 차상에서는 이 신호를 검출하여 속도제어의 정보로 사용하는 파형도.
도 3 은 본 발명의 텔레그램 다정보 전송이 가능한 ATC 궤도회로장치의 블록도이며 텔레그램의 검증 및 변조, 비교는 MCU(Micro Controll Unit)을 적용하여 소프트웨어로 처리함을 나타낸 블럭 구성도.
도 4 는 전송되어질 데이터의 텔레그램 비트열이 FSK변조된 신호의 형태를 나타낸 파형도.
도 5 는 송신부의 MCU부를 이중 MCU를 적용하여 처리하는 부분으로 텔레그램 검증 및 FSK출력신호를 생성함에 있어 두 개의 연산결과가 동일할 시에만 출력하도록 한 블럭 구성도.
도 6 은 수신부의 MCU부를 이중 MCU를 적용하여 처리하는 부분으로 수신되어 복조된 신호를 상측파와 하측파로 구분하여 LPF(Low Pass Filter)처리후 FSK 복조를 하고 두 신호로부터 텔레그램을 복원하여 텔레그램을 검증하고 이상이 없을 시 이중CPU의 상하측 계전기 구동신호를 각각 출력하도록 한 블럭 구성도.
도 7 은 속도코드를 텔레그램 형식으로 전송하기 위해 적용한 전기적 규격인 전류루프 통신의 전기적 통신레벨과 검출 Data를 나타낸 회로도.
도 8 은 계전기구동부의 블록도로써 ATC궤도회로장치의 오동작이나 고장으로 인해 궤도계전기가 임의로 오작동하지 않도록 발명된 방식을 설명한 회로도.
도 2 는 종래의 속도코드 형태의 변조파형으로써 OOK 변조방식으로 사용하고 있다. 차상에서는 이 신호를 검출하여 속도제어의 정보로 사용하는 파형도.
도 3 은 본 발명의 텔레그램 다정보 전송이 가능한 ATC 궤도회로장치의 블록도이며 텔레그램의 검증 및 변조, 비교는 MCU(Micro Controll Unit)을 적용하여 소프트웨어로 처리함을 나타낸 블럭 구성도.
도 4 는 전송되어질 데이터의 텔레그램 비트열이 FSK변조된 신호의 형태를 나타낸 파형도.
도 5 는 송신부의 MCU부를 이중 MCU를 적용하여 처리하는 부분으로 텔레그램 검증 및 FSK출력신호를 생성함에 있어 두 개의 연산결과가 동일할 시에만 출력하도록 한 블럭 구성도.
도 6 은 수신부의 MCU부를 이중 MCU를 적용하여 처리하는 부분으로 수신되어 복조된 신호를 상측파와 하측파로 구분하여 LPF(Low Pass Filter)처리후 FSK 복조를 하고 두 신호로부터 텔레그램을 복원하여 텔레그램을 검증하고 이상이 없을 시 이중CPU의 상하측 계전기 구동신호를 각각 출력하도록 한 블럭 구성도.
도 7 은 속도코드를 텔레그램 형식으로 전송하기 위해 적용한 전기적 규격인 전류루프 통신의 전기적 통신레벨과 검출 Data를 나타낸 회로도.
도 8 은 계전기구동부의 블록도로써 ATC궤도회로장치의 오동작이나 고장으로 인해 궤도계전기가 임의로 오작동하지 않도록 발명된 방식을 설명한 회로도.
본 발명에 적용된 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치 및 그 제어방법은 도 3 내지 도 8 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
먼저, 본 발명은 외부장치와 속도코드를 전달하기 위해 연결이 되는 여러 가닥의 실선회선을 줄이고, 직렬통신 방식을 적용한다.
또한 본 발명은 정보를 단순 ON/OFF 형식이 아닌 텔레그램(Telegram) 형태로 전송함으로써 속도코드외에 열차운행에 필요한 다양한 정보들을 전송할 수 있도록 발명하였다.
그리고 본 발명은 전기적 결합방식으로는 전압으로 제어되는 단순한 실선신호의 신호왜곡을 보완하고자 다양한 환경의 산업현장에서 표준으로 사용되고 있는 전류루프 통신규격을 적용하여 접촉불량에 선로저항값의 변화에 따른 신호 왜곡, 전송거리에 따른 전압강하, 전기적 노이즈에 대한 왜곡에 강하며, 단선 검지 등을 판별할 수 있도록 하였다.
또한 본 발명은 텔레그램의 정보의 정당성을 검사할 수 있도록 텔레그램에 정보검증용 검사코드를 부여하여 전송된 정보의 왜곡으로 인한 오동작 가능성을 해소하고, 텔레그램의 통신속도 향상을 위해 일반 통신 텔레그램의 한 프레임 내에 존재하는 프레임의 시작, 끝, 명령코드등을 제거하고 Bit단위 데이터를 사용하여 전송하여 전송속도를 고속화 하였다.
그리고 본 발명은 OOK(On Off Keying)변조가 아닌 FSK변호를 통해 상측파와 하측파를 구분하여 복조하고 비교함으로써 전송받은 정보의 안전성 및 안정성을 한층 높였다.
상기한 본 발명의 기술적 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 열차 운행에 필요한 각종 정보를 검증이 불가능한 단순한 코드형태가 아닌 검증 정보를 포함한 텔레그램 형식으로 궤도를 통해 지상에서 차상으로 전송이 가능하도록 한 송신부(10)와 수신부(20)가 구비된 다정보 전송 ATC(Automatic Train Control)(100) 궤도회로 장치가 구비된다.
이때 본 발명에 적용된 상기 송신부(10)는 다음과 같이 구성된다.
즉, 본 발명은 지상에서 차상으로 전송될 텔레그램을 외부장치로부터 전류루프 통신방식으로 수신하거나, 외부장치에서 텔레그램이 수신되지 않거나 사전에 정해진 고정 텔레그램을 발생시킬 수 있는 텔레그램 수신부(11)가 구비된다.
또한 본 발명은 상기 텔레그램 수신부와 연결되며, 궤도로 전송하는 신호를 만들어 내기 위해 텔레그램을 복수개의 MCU(Micro Control Unit)가 각각 수신하여 검증하고 검증된 텔레그램을 비교면서, 수신한 텔레그램이 동일하고 정당성이 확보된 텔레그램만을 선택하여 해당 텔레그램을 반송파와 연산하는 MCU(Micro Control Unit)(15)가 구비된다.
이때 본 발명에 적용된 상기 MCU(Micro Control Unit)(15)에는 FSK(Frequency shift Keying)방식으로 변조하는 DSP(Digital Signal Processing, 디지털 시그널 프로세싱)을 하는 프로그램이 내장됨이 바람직하다.
그리고 본 발명은 상기 MCU와 연결되며, 궤도를 통해 수신기까지 전달될 수 있도록 충분한 신호레벨까지 FSK 방식으로 변조된 신호를 보내는 신호증폭부(16)가 구비된다.
또한 본 발명은 상기 신호증폭부와 연결되며, 신호증폭부에서 증폭된 신호를 최대효율로 궤도로 입사시키기 위해 임피던스 매칭을 하는 송신매칭부(17)가 구비된다.
한편, 본 발명에 적용된 상기 수신부(20)는 다음과 같이 구성된다.
즉, 본 발명은 궤도로부터 인입된 FSK변조신호를 상측파만을 분리하는 상측파 필터부(21)와, 하측파만을 분리하는 하측파 필터부(22)가 구비된다.
또한 본 발명은 상측필터에서 나온 신호롤 검파하여 복조하는 상측파복조부(23)와, 하측필터에서 나온 신호를 복조하는 하측파복조부(24)가 구비된다.
그리고 본 발명은 상측파복조부에서 복조된 신호를 검증하는 상측검증부(26)와, 하측파복조신호를 검증하는 하측검증부(27)와, 상측과 하측에서 검증된 신호가 동일한지 비교 검증하는 상하측수신 텔레그램 비교부(28)가 구비된다.
아울러 본 발명은 검증 및 비교과정을 거쳐 정당성이 검증된 텔레그램이 수신되면 계전기를 구동하기 위해 각자의 연산결과로 각각 1/2출력만큼의 계전기 구동신호를 만들어 내는 복수개로 구성된 MCU(Micro Control Unit)(25)가 구비된다.
더하여 본 발명은 장치의 오동작 혹은 MCU의 랫치업, 홀딩, 예상치 못한 연산오류와 같은 고장이 발생할 수 있는 경우에도 궤도계전기는 반드시 무여자될 수 있도록 한 계전기 구동부(29)가 구비된다.
이때 상기 계전기 구동부(29)는 정격 계전기 전압의 1/2씩 출력을 할 수 있도록 절연회로가 포함됨이 바람직하다.
한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.
그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치 및 그 제어방법의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명은 신호보안설비중 선로를 따라 운행하는 열차 위치 감시, 선로의 절단여부 감시 및 자동 혹은 수동으로 열차를 운행하기 위한 선로 정보 및 열차 제어 정보를 지상장치로부터 차상으로 전송하기 위한 수단으로 사용되는 열차자동제어장치(Automatic Train Control)중 지상설비인 궤도회로 장치로써, 열차감시 및 선로절단 여부등의 기본적인 기능을 포함한 기본기능과, 차상에서 열차자동제어장치가 열차를 운행하기 위해 필요한 다양한 지상제어정보를 조합하여 구성한 텔레그램을 지상에서 차상으로 전송이 가능하도록 하였으며, 각 모듈의 동작상태 등 유지보수에 필요한 각종 정보를 모듈의 전면에 표시하고 궤도회로별 모니터 및 원격감시용 모니터에 표시하도록 발명하여, 일반 철도, 도시철도, 고속철도 등 열차가 운행하는 모든 구간에서 적용이 가능하도록 하였다.
이하에서 본 발명의 작용효과를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 열차 운행에 필요한 각종 정보를 검증이 불가능한 단순한 코드형태가 아닌 검증 정보를 포함한 텔레그램 형식으로 궤도를 통해 지상에서 차상으로 전송이 가능하도록 한 송신부(10)와 수신부(20)가 구비된 다정보 전송 ATC(Automatic Train Control) 궤도회로 장치의 제어방법을 제공하되, 궤도를 운행하는 열차의 위치검지 및 레일의 절손을 검지하고; 열차의 속도제어정보 및 기타 운행에 필요한 각종 정보의 안전성을 확보할 수 있도록 기존의 검증불가능한 단순 코드형태가 아닌 표준 CRC-32 혹은 검증 데이터와 열차운행에 필요한 텔레그램 정보를 실행하고; 외부장치로부터 전송받거나 혹은 내부자체에 내장된 것을 사용하여 지상에서 차상 열차제어장치로 전송함을 특징으로 하는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치의 제어방법을 제공한다.
특히 본 발명은 상기 다정보 전송 ATC 궤도회로장치를 통해 전송되는 텔레그램 검증 및 각종 처리의 신뢰성 및 안전성을 높이기 위해 복수개의 MCU(Micro Control Unit)를 사용하여 각각 별도로 동일한 연산 및 처리하고 생성된 정보의 합치성을 비교/검사하여 일치할 경우에만 궤도로 전송되는 신호를 출력함이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 복수개의 MCU(Micro Control Unit)를 채용하여 궤도를 통해 송신측에서 전송되어진 텔레그램 신호를 수신하여 여파 및 복조된 신호를 동일하게 전달받고, 각각의 MCU에서는 텔레그램에 존재하는 잡음을 제거하는 LPF와 FSK신호 복조 및 텔레그램 정보를 복원하여 상호간에 비교검증을 하고 동일한 처리결과 일시에만 계전기를 구동할 수 있는 신호를 출력할 수 있도록 함이 바람직하다.
그리고 본 발명에 적용된 상기 다정보 전송 ATC 궤도회로는 복수개의 입력을 사용하며, 각 입력신호별로 입력계전기 구동에 필요한 전압레벨의 1/2씩만 생성이 되도록 하고, 절연된 트랜스포머를 통해 각 1/2씩 합쳐서 계전기 구동전압이 생성되도록 하여 MCU 오류 및 예기치 못한 고장 발생시에도 계전기가 동작되지 않도록 구동회로가 이루어짐이 바람직하다.
한편, 도 4 는 본 발명 장치에서 송수신하는 텔레그램의 FSK변조파형의 예를 나타낸 것으로써, x텔레그램의 비트가 “1”일때는 FH(Frequency High)주파수를, "0"일때는 “FL(Frequency Low)를 사용한다.
또한 도 5 는 송신부(10)의 MCU부를 이중 MCU를 적용하여 처리하는 프로그램에서 수행되는 내용으로, 두 개의 MCU에 동일한 텔레그램 신호가 입력된다. 입력된 텔레그램은 검증부분에서 신호를 상호비교하고 동일한 데이터 일 경우, 각각 FSK로 변조하여 상측 MCU와 하측MCU에서 발생된 신호가 동일할 시 출력을 한다.
상기 사용하는 텔레그램 정보구성의 일례는 다음 표2와 같다.
한편, 본 발명에 적용된 도 6 은 수신부(20)의 MCU부를 이중으로 적용하여 처리하는 프로그램에서 수행되는 내용으로, 복조된 신호를 상측파와 하측파로 구분하여 입력된 신호를 전달 경로상 발생할 수 있는 잡음을 제거할 수 있는 LPF단을 통과시킨 후 FSK 복조를 하고, 두 신호로부터 텔레그램을 복원하여 텔레그램을 검증하고 이상이 없을 시 이중 CPU의 상하측 계전기를 구동하는데 신호를 각각 출력하도록 하고 있다.
이때 상기 FSK복조 및 텔레그램 검증은 각각의 MCU에서 동시에 처리하며, Ch.a MCU에서 처리된 신호는 Ch.b로 전달되고 Ch.b는 자기가 복조 및 검증한 텔레그램과 Ch.a로부터 전달받은 신호들을 비교하여 동일할 경우 계전기를 구동하여도 된다는 신호인 계전기인에이블 신호를 Ch.a로 전달한다.
그리고 상기 Ch.a는 Ch.b로부터 계전기 인에이블 신호를 받아 궤도계전기를 구동할 수 있도록 구동신호를 생성하여 Ch.b로 다시 전달하게 되며, 각각의 MCU는 각각 궤도계전기 구동에 필요한 정격전압의 1/2 전압을 궤도계전기로 출력하는 신호를 출력한다.
또한 상기 처리되는 각각의 FSK복조신호를 에서 복조된 입력받아 합성하여 복조하는 부분에서 신호가 동일한지 확인하여 비교하고, 텔레그램 검증시에도 두 신호를 비교하여 각각 생성된 신호를 출력해도 되는지에 대한 계전기 인에이블 신호를 상호비교하여 최종적으로 궤도계전기 상하측 구분하여 1/2씩 구동신호를 출력한다.
또 한편, 본 발명에 적용된 도 7 은 지상에서 차상으로 전송될 정보가 있는 텔레그램을 외부장치로부터 인입받는 통신방식을 나타낸 것으로 전압으로 제어되는 통신방식보다 외부노이즈에 강한 특성을 보이는 전류루프의 통신방식을 사용한다. 또한 통신구성은 1:1로 하여 다른“다정보 전송 ATC궤도회로장치”의 고장으로 인해 영향을 받지 않도록 한다.
이때 궤도회로장치의 텔레그램 수신부에서 생성된 전류는 실선 연결되는 외부장치로 연결되며, 외부장치에는 데이터를 On/Off하기 위해 설치되는 계전기 혹은 전자식 스위칭 소자에 동작에 따라 궤도회로 텔레그램 수신부로 리턴된다. 단 스위치가 off되었을 때는 스위치와 병렬로 연결되는 저항(R)에 의해 일정한 전류가 항상 흐르게 함으로써 통신회선이 단선되지 않았다는 것을 표시한다.
그리고 리턴된 전류는 전류출부와 신호검출부를 통해 3가지 신호로 구분된다. 12mA이상 전류가 검출되었을때는 외부장치의 스위치가 ON되어 닫힌 상태로써 Mark("1")을 표시하고, 외부장치의 스위치가 Off되어 열린 상태로써 저항을 통해 전류가 흐르게 되며, 4mA이상 8mA이하가 검출되었을 때 Space("0")로 인식한다.
만일 통신회선중 단선이 발생하였을 때는 전류가 흐르지 않으므로 2mA이하로 검출되었을 때는 “단선검지정보”를 출력한다.
마지막으로 본 발명에 적용된 도 8 은 궤도구간안에 열차의 존재할 시 장치의 고장 혹은 잘못된 연산등은 물론 어떠한 경우에도 열차가 있는데도 없는 것처럼 동작을 하면 열차의 충돌을 야기할 수 있으므로 반드시 Failsafe동작을 하여야 한다. 그러므로 각각의 MCU에서 계전기 구동전압의 1/2씩 출력을 하여 구동하며 하나의 MCU가 잘못된 동작을 하여도 궤도계전기가 여자되지 않도록 한다.
본 발명 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치 및 그 제어방법의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본원발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 송신부
20: 수신부
100: 다정보 전송 ATC(Automatic Train Control)(100) 궤도회로 장치
10: 송신부
20: 수신부
100: 다정보 전송 ATC(Automatic Train Control)(100) 궤도회로 장치
Claims (7)
- 선로상을 운행하는 열차의 위치 검지, 궤도의 절손검지기능에 부가하여 열차를 자동으로 제어하는 차상의 자동열차제어장치가 요구하는 열차 운행에 필요한 각종 정보를 검증이 불가능한 단순한 코드형태가 아닌 검증 정보를 포함한 텔레그램 형식으로 궤도를 통해 지상에서 차상으로 전송이 가능하도록 한 송신부(10)와 수신부(20)가 구비된 다정보 전송 ATC(Automatic Train Control)(100) 궤도회로 장치에 관한 것으로,
상기 송신부(10)는,
지상에서 차상으로 전송될 텔레그램을 외부장치로부터 전류루프 통신방식으로 수신하거나, 외부장치에서 텔레그램이 수신되지 않거나 사전에 정해진 고정 텔레그램을 발생시킬 수 있는 텔레그램 수신부(11);
텔레그램 수신부와 연결되며, 궤도로 전송하는 신호를 만들어 내기 위해 텔레그램을 복수개의 MCU(Micro Control Unit)가 각각 수신하여 검증하고 검증된 텔레그램을 비교면서, 수신한 텔레그램이 동일하고 정당성이 확보된 텔레그램만을 선택하여 해당 텔레그램을 반송파와 연산하는 MCU(Micro Control Unit)(15);가 구비되되, 상기 MCU(Micro Control Unit)(15)에는, FSK(Frequency shift Keying)방식으로 변조하는 DSP(Digital Signal Processing, 디지털 시그널 프로세싱)을 하는 프로그램이 내장되고,
MCU와 연결되며, 궤도를 통해 수신기까지 전달될 수 있도록 충분한 신호레벨까지 FSK 방식으로 변조된 신호를 보내는 신호증폭부(16); 및
신호증폭부와 연결되며, 신호증폭부에서 증폭된 신호를 최대효율로 궤도로 입사시키기 위해 임피던스 매칭을 하는 송신매칭부(17);가 포함되고,
상기 수신부(20)는,
궤도로부터 인입된 FSK변조신호를 상측파만을 분리하는 상측파 필터부(21)와, 하측파만을 분리하는 하측파 필터부(22);
상측필터에서 나온 신호롤 검파하여 복조하는 상측파복조부(23)와, 하측필터에서 나온 신호를 복조하는 하측파복조부(24);
상측파복조부에서 복조된 신호를 검증하는 상측검증부(26)와, 하측파복조신호를 검증하는 하측검증부(27)와, 상측과 하측에서 검증된 신호가 동일한지 비교 검증하는 상하측수신 텔레그램 비교부(28);
검증 및 비교과정을 거쳐 정당성이 검증된 텔레그램이 수신되면 계전기를 구동하기 위해 각자의 연산결과로 각각 1/2출력만큼의 계전기 구동신호를 만들어 내는 복수개로 구성된 MCU(Micro Control Unit)(25); 및
장치의 오동작 혹은 MCU의 랫치업, 홀딩, 예상치 못한 연산오류와 같은 고장이 발생할 수 있는 경우에도 궤도계전기는 반드시 무여자될 수 있도록 한 계전기 구동부(29);가 포함됨을 특징으로 하는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치.
- 삭제
- 청구항 1 에 있어서,
상기 계전기 구동부(29)는,
정격 계전기 전압의 1/2씩 출력을 할 수 있도록 절연회로가 포함됨을 특징으로 하는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치.
- 직렬통신 방식을 적용하고, 텔레그램(Telegram) 형태로 전송하고, 전류루프 통신규격을 적용하고, 텔레그램의 정보의 정당성을 검사하고, 텔레그램의 통신속도 향상을 위함과 아울러 상측파와 하측파를 구분하여 복조하고 비교하기 위해, 열차 운행에 필요한 각종 정보를 검증이 불가능한 단순한 코드형태가 아닌 검증 정보를 포함한 텔레그램 형식으로 궤도를 통해 지상에서 차상으로 전송이 가능하도록 한 송신부(10)와 수신부(20)가 구비된 다정보 전송 ATC(Automatic Train Control) 궤도회로 장치의 제어방법에 관한 것으로,
궤도를 운행하는 열차의 위치검지 및 레일의 절손을 검지하고;
열차의 속도제어정보 및 기타 운행에 필요한 각종 정보의 안전성을 확보할 수 있도록 기존의 검증불가능한 단순 코드형태가 아닌 표준 CRC-32 혹은 검증 데이터와 열차운행에 필요한 텔레그램 정보를 실행하고;
외부장치로부터 전송받거나 혹은 내부자체에 내장된 것을 사용하여 지상에서 차상 열차제어장치로 전송하되,
상기 다정보 전송 ATC 궤도회로장치를 통해 전송되는 텔레그램 검증 및 각종 처리의 신뢰성 및 안전성을 높이기 위해 복수개의 MCU(Micro Control Unit)를 사용하여 각각 별도로 동일한 연산 및 처리하고 생성된 정보의 합치성을 비교/검사하여 일치할 경우에만 궤도로 전송되는 신호를 출력함을 특징으로 하는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치의 제어방법.
- 삭제
- 청구항 4 에 있어서,
상기 복수개의 MCU(Micro Control Unit)를 채용하여 궤도를 통해 송신측에서 전송되어진 텔레그램 신호를 수신하여 여파 및 복조된 신호를 동일하게 전달받고, 각각의 MCU에서는 텔레그램에 존재하는 잡음을 제거하는 LPF와 FSK신호 복조 및 텔레그램 정보를 복원하여 상호간에 비교검증을 하고 동일한 처리결과 일시에만 계전기를 구동할 수 있는 신호를 출력할 수 있도록 함을 특징으로 하는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치의 제어방법.
- 청구항 4 에 있어서,
상기 다정보 전송 ATC 궤도회로는,
복수개의 입력을 사용하며, 각 입력신호별로 입력계전기 구동에 필요한 전압레벨의 1/2씩만 생성이 되도록 하고, 절연된 트랜스포머를 통해 각 1/2씩 합쳐서 계전기 구동전압이 생성되도록 하여 MCU 오류 및 예기치 못한 고장 발생시에도 계전기가 동작되지 않도록 구동회로가 이루어짐을 특징으로 하는 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치의 제어방법.
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| KR1020180085030A KR102094256B1 (ko) | 2018-07-20 | 2018-07-20 | 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치 및 그 제어방법 |
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| KR1020180085030A KR102094256B1 (ko) | 2018-07-20 | 2018-07-20 | 다정보 전송이 가능한 궤도회로 장치 및 그 제어방법 |
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- 2018-07-20 KR KR1020180085030A patent/KR102094256B1/ko active IP Right Grant
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