KR102134308B1 - 중련 운행 방식의 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

중련 운행 방식의 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 기관차 및 복수의 견인대상차를 포함하여 중련 방식으로 운행하는 철도 차량에 설치된 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템 및 방법이 제공되며, 무선 분산 제어 시스템은, 철도 차량의 선두에 배치된 주 제어 기관차의 추진 및 제동을 제어하며 주 제어 기관차와 분리되며 후단에 배치된 피 제어 기관차로의 무선 통신 신호를 전송하는 주 제어 기관차 제어 장치, 적어도 하나의 피 제어 기관차에 탑재되어 피 제어 기관차의 운행 제어를 처리하며 주 제어 기관차 제어 장치로부터의 무선 통신 신호를 수신하는 피 제어 기관차 제어 장치, 및 임의의 견인대상차에 탑재되어 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치 사이에서 상기 무선 통신 신호를 전달하는 중계 장치를 포함하며, 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치는 각각 기설정된 비상 제동 상태 발생 시 해당 상황에 대한 정보를 무선 통신 신호로서 상대 기관차에게 전달하여 제동을 분산 제어한다.

Description

중련 운행 방식의 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템 및 방법{WIRELESS BASED DISTRIBUTED POWER/BRAKING CONTROL SYSTEM FOR COUPLED HAUL TRAIN AND METHOD THREROF}
본 발명은 중련(重連, sequence coupling) 운행하는 전기 철도차량에서의 기관차 무선 분산 제어 시스템 및 방법에 대한 것이다.
기존의 철도 차량은 최선두에 배치된 1량 또는 2량의 기관차를 통해 나머지 차량(객차 또는 화차)을 견인하는 방식이었다.
도 1은 종래의 화물 기관차 시스템을 도시한 도면이다.
도 1의 (a)에서와 같이, 종래의 화물 기관차는 선두의 1량의 기관차를 통해 나머지 화차를 견인하는 방식이었다. 이처럼 열차의 선두에 배치된 1량의 기관차를 통해서는 최대 40량의 화차를 연결하여 운행할 수 있었다. 또한, 도 1의 (b)에서와 같이 또 다른 종래의 화물 기관차는 선두의 2량의 기관차를 통해 나머지 화차를 견인하는 방식으로서, 1량의 기관차를 사용하는 방식에 비해 좀 더 많은 최대 80량의 차량을 운행할 수 있었다.
도 1의 (b)에서와 같은 중련 제어 방식의 화물 기관차에서는, 유선 또는 무선을 통해 2량의 기관차를 분산 제어할 수 있다. 이러한 경우, 기관차 이외의 화차들은 공기 관으로만 연결되어 있어, 기관차에서 제동을 실시할 경우 열차의 후미로 갈수록 제동 딜레이가 발생한다.
따라서, 둘 이상의 기관차를 중련 운행할 경우 제동 딜레이 뿐 아니라, 제동 시간 및 거리 또한 감소시킬 수 있는 분산 제어 방법이 필요하다. 또한, 기관차에서 비상 제동 상황이 발생할 경우 복수의 기관차에서 안전하게 비상 제동을 처리할 수 있는 무선 분산 제어 방법이 필요하다.
한편, 중련 운행하는 철도 차량의 경우 음영 지역 또는 절연 지역 등에서 기관차 간에 추진/제동에 대한 제어 정보가 제공되어야 한다. 기존의 철도 차량은 운행 요구 사항에 따라 운행 구간의 음영지역을 미리 파악하여 해당 지상 구간에 중계기를 설치하는 방식을 사용하였다. 이에 따라 지상 장치 운영을 위한 인프라 구축 및 유지보수가 발생한다는 단점이 있었다.
따라서, 지상 장치를 운영하지 않고도 철도 차량 자체적으로 추진/제동에 대한 제어 정보가 공유 및 통신될 수 있는 온 보드 리피터(on board repeater)를 적용한 무선 분산 제어 방법이 필요하다.
이와 관련하여, 대한민국등록특허 제 1081843호(철도차량의 네트워크 통신 장치)에는, 철도차량들을 연결하는 통신선로를 통하여 네트워크상의 데이터를 송수신하는 트랜시버부; 상기 트랜시버부로부터 전달받은 데이터를 증폭하여 출력하는 리피터; 및 상기 리피터로부터 데이터를 읽어들이고 쓰기 작업을 수행하는 통신 제어부를 포함하고, 상기 트랜시버부는 상기 리피터에 상호 독립적으로 연결된 제1 트랜시버와 제2 트랜시버로 이루어지고, 상기 제1 트랜시버와 상기 제2 트랜시버를 연결시켜 상기 제1 트랜시버와 상기 제2 트랜시버 간의 데이터 직접 전달을 매개하기 위한 바이패스 릴레이부를 더 포함하고, 상기 리피터는 상기 트랜시버부로부터 전달받은 데이터를 상기 통신 제어부로 전달하는 동시에 상기 트랜시버부를 거쳐 상기 통신선로를 통하여 네트워크상에 재출력하는, 일반적인 철도차량 네트워크 통신 장치가 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 중련 운행하는 전기 철도 차량에서 기관차에 대한 무선 분산 제어를 처리하는 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른, 복수의 기관차 및 복수의 견인대상차를 포함하여 중련 방식으로 운행하는 철도 차량에 설치된 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템은, 상기 철도 차량의 선두에 배치된 주 제어 기관차의 추진 및 제동을 제어하며, 상기 주 제어 기관차와 분리되며 후단에 배치된 피 제어 기관차로의 무선 통신 신호를 전송하는 주 제어 기관차 제어 장치; 적어도 하나의 피 제어 기관차에 탑재되어, 피 제어 기관차의 운행 제어를 처리하며, 상기 주 제어 기관차 제어 장치로부터의 무선 통신 신호를 수신하는 피 제어 기관차 제어 장치; 및 임의의 견인대상차에 탑재되어, 상기 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치 사이에서 상기 무선 통신 신호를 전달하는 중계 장치를 포함한다. 이때, 상기 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치는 각각, 기설정된 비상 제동 상태 발생 시 해당 상황에 대한 정보를 상기 무선 통신 신호로서 상대 기관차에게 전달하여 제동을 분산 제어한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 중련 운행하는 철도 차량의 전기 기관차에 설치된 제어 장치는, 상대 전기 기관차와 적어도 하나의 통신 방식으로 무선 통신 신호를 송수신하는 무선 통신기; 철도 차량을 추진하는 추진기; 철도 차량을 제동하는 제동기; 상기 추진기 및 제동기의 동작을 제어하는 제어기; 및 상기 무선 통신기와 인터페이싱되며, 접점이 오픈되면 비상 제동이 체결되는 비상 루프 회로를 포함한다. 이때, 상기 무선 통신기를 통해 상기 상대 전기 기관차로부터 비상 상태 발생에 따른 무선 통신 신호가 수신되면, 상기 비상 루프 회로의 오픈을 통해 비상 제동 체결을 수행하고, 상기 무선 통신기는 기설정된 비상 상태 발생 시 상기 상대 전기 기관차의 제어 장치로 비상 상태 발생에 따른 무선 통신 신호를 전송하며, 상기 무선 통신 신호에 기초하여 상기 상대 전기 기관차에서 비상 루프 오픈을 통해 비상 제동 체결이 수행된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른, 복수의 기관차 및 복수의 견인대상차를 포함하여 중련 방식으로 운행하는 철도 차량에 설치된 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템을 통한 전기 기관차 무선 분산 제어 방법은, 상기 철도 차량의 선두에 배치된 주 제어 기관차 제어 장치 및 후단에 배치된 피 제어 기관차 제어 장치 간에, 상기 철도 차량 내 비상 루프의 접점 정보를 무선 통신 신호로서 송수신하는 단계; 상기 주 제어 기관차 제어 장치 또는 피 제어 기관차 제어 장치 중 어느 하나로부터 비상 제동 상태 발생에 따른 무선 통신 신호를 상대 기관차 제어 장치로 전송하는 단계; 상기 비상 제동 상태 발생에 따른 무선 통신 신호를 수신한 기관차 제어 장치가 해당 기관차에 대한 비상 제동 체결을 수행하고, 상기 비상 제동 체결 확인 정보를 상대 기관차 제어 장치로 전송하는 단계; 및 상기 비상 제동 체결 확인 정보를 수신한 기관차 제어 장치가 해당 기관차에 대한 비상 제동 체결을 수행하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치 간에 송수신되는 상기 무선 통신 신호는, 상기 복수의 기관차 사이에 배치된 상기 견인대상차 중 임의의 견인대상차에 설치된 중계 장치를 통해 송수신된다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 중련 운행하는 철도 차량 내 비상 제동 상황 발생 시 기관차 간에 무선 통신을 통해 비상 제동을 상호 제어하여, 비상 제동 체결을 안전하게 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 중련 운행하는 철도 차량에서 선단에 배치된 주 제어 기관차와 후미에 배치된 피 제어 기관차 사이의 견인대상차에 설치된 중계 장치를 사용함으로써, 두 기관차 간에 무선 통신 신호의 중계 거리를 넓힐 수 있어 장대열차와 같은 대규모 열차에서 거리 제한 문제를 극복할 수 있다.
도 1은 종래의 화물 기관차 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중련 운행 방식의 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기관차 제어 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중련 운행 방식의 전기 기관차 무선 분산 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중련 운행 방식의 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기철도차량은, 둘 이상의 기관차(機關車, locomotive)를 포함하는 중련 운행 방식의 철도차량이다. 이때, 기관차는, 동력(動力)을 발생하는 원동기를 포함하며, 견인대상차(즉, 객차 및 화차 등)를 견인할 수 있도록 추진 및 제동을 수행하도록 제작된 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기철도차량은, 두 개의 전기 기관차(electric locomotive)(100, 200)에 의해 견인대상차(도 2에서는, "화차"인 것을 설명함)(300)가 견인되는 구조일 수 있다. 이때, 전기철도차량의 선두에 배치된 기관차를 주 제어 기관차(main control locomotive)(100)라하고, 후미에 배치된 기관차를 피 제어 기관차(controlled locomotive)(200)라 하며, 주 제어 기관차(100)와 피 제어 기관차(200)의 사이에는 복수의 화차(300)가 배치된다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템(40)이 설치된 전기철도차량은 80량이되, 총길이 1.2km인 철도차량일 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템(40)은, 주 제어 기관차(100)에 설치된 주 제어 기관차 제어 장치(110), 피 제어 기관차(200)에 설치된 피 제어 기관차 제어 장치(210), 및 임의의 화차(300)에 설치되며 주 제어 기관차 제어 장치(110)와 피 제어 기관차 제어 장치(210) 간의 무선 통신 신호를 중계하는 중계 장치(310)를 포함한다.
도 2에서는, 거리상 주 제어 기관차(100)와 피 제어 기관차(200) 사이의 중간에 위치하는 화차(300')에 중계 장치(310)가 설치된 것을 나타내었으나, 중계 장치(310)가 설치되는 위치(즉, 화차의 순서) 및 개수는 한정되지 않는다. 또한, 중계 장치(310)는 배터리를 사용하는 포터블 중계기일 수 있으며, 철도 차량 내 임의의 전원 장치로부터 유선으로 전원을 공급받는 것 또한 가능하다.
이처럼, 무선 분산 제어 시스템(40)에 중계 장치(310)가 추가됨에 따라, 연결 열차(즉, 견인대상차)의 수량을 증가시키고, 음영 지역에서의 통신 신뢰성을 확보할 수 있다.
주 제어 기관차 제어 장치(110)는 철도차량의 선두에 배치된 주 제어 기관차(100)의 운행(즉, 추진 및 제동)을 제어하며, 피 제어 기관차(200)와의 비상 제동에 관련된 무선 통신 신호를 송수신한다.
피 제어 기관차 제어 장치(210)는 철도 차량에 배치되는 적어도 하나의 피 제어 기관차(200) 별로 탑재되어, 피 제어 기관차(200)의 운행(즉, 추진 및 제동)을 제어하며, 주 제어 기관차 제어 장치(110)와의 비상 제동에 관련된 무선 통신 신호를 송수신한다.
이때, 주 제어 기관차 제어 장치(110) 및 피 제어 기관차 제어 장치(210)는 각각, 기설정된 비상 제동 상황 발생 시 해당 상황에 대한 정보를 무선 통신 신호로서 상대 기관차에게 전달하여, 비상 제동을 분산 제어한다.
또한, 주 제어 기관차 제어 장치(110) 및 피 제어 기관차 제어 장치(210)는 서로 직접적으로 무선 통신하거나, 또는 중계 장치(310)를 통해 무선 통신 신호를 전달할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기관차 제어 장치의 구성 및 동작에 대해서 좀 더 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기관차 제어 장치의 블록도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 주 제어 기관차 제어 장치(110)는 제어기(111), 추진기(112), 제동기(113), 비상 루프 회로(114), 무선 통신기(115) 및 디스플레이(116)를 포함한다. 또한, 피 제어 기관차 제어 장치(210)는 제어기(211), 추진기(212), 제동기(213), 비상 루프 회로(214), 무선 통신기(215) 및 디스플레이(216)을 포함한다.
이때, 주 제어 기관차 제어 장치(110) 및 피 제어 기관차 제어 장치(210)에 각각 포함된 구성들은, 대응하는 구성끼리 동일 또는 유사한 동작을 처리한다. 이에, 편의상 도 3에서는 주 제어 기관차 제어 장치(110)의 구성을 대표로 설명하도록 한다. 단, 주 제어 기관차 제어 장치(110) 및 피 제어 기관차 제어 장치(210) 간에 분산 및 연동 처리되는 동작들에 대해서는 두 장치의 구성을 구분하여 설명하도록 한다.
제어기(111)는 철도차량제어유닛(Car Control Unit, CCU)으로서, 일종의 열차 종합 관리 장치이다. 제어기(111)는 직렬 전송선을 각 차량에 있는 터미널과 연결시켜 차내 장치들을 집중적으로 제어 및 모니터링한다. 그리고 제어기(111)는 추진기(112) 및 제동기(113)의 동작을 제어한다. 또한, 제어기(111)를 통해 철도차량의 운전사 지원 및 차량 상태 현시 기능을 위한 각종 데이터가 디스플레이(115)를 통해 출력된다.
추진기(112)는 견인 장치(Traction Unit, TU)로서, 피 제어 기관차(200)의 추진기(212)와 분산하여 철도 차량의 견인대상차들을 견인하는 추진력을 제공한다.
제동기(113)는 브레이크 장치(Braking Unit, BU)로서, 피 제어 기관차(200)의 제동기(212)와 분산하여 철도 차량을 제동시킨다. 이때, 제동기(113)는 전기 제동 및 공기 제동을 병용하여 철도 차량을 제동할 수 있다.
제동 장치로서 전기와 공기를 병용하는 철도 차량에서는, 전기적으로 제동 지령을 이행하여 전기 지령을 공기압 지령으로 변환하여 차량을 정차시킨다. 이때, 다시 제동을 풀려면 제동관의 공기압을 변경해야 하기 때문에 긴 시간을 필요로 한다.
참고로, 철도 차량의 공기 제동에는 상용(常用)과 비상용(非常用)의 2종류가 있으며, 비상 제동(非常制動, emergency brake)은 긴급시에 사용하여 최단거리에서 열차를 멈추게할 목적으로 응답성이 빠르고 제동력이 크다.
제동기(113)는 피 제어 기관차(200)의 제동기(213)와 분산하여 비상 제동을 수행하되, 이를 위해 비상제동 루프(EB Loop) 회로를 통해 비상 제동을 수행할 수 있다.
비상 루프 회로(114)는 철도 차량에 대해 공기 제동을 통한 제동을 수행하되, 긴급 시 비상 제동(emergency brake, EMBR) 체결을 실시하여 최단 거리에서 철도차량을 멈추게 한다. 비상 루프 회로(114)를 통한 비상 제동 체결 시, 제동기(113)는 상용 제동보다 강력한 제동(예: 만제동(full braking))을 출력한다.
무선 통신기(115)는 견인과 관련된 분산 제어를 위해 추진 및 제동에 관련된 각종 제어 정보 및 운행 상태 정보를 피 제어 기관차 제어 장치(210)와 무선 송수신한다.
즉, 무선 통신기(115)는 주 제어 기관차 제어 장치(110)에서 발생된 무선 통신 신호를 피 제어 기관차 제어 장치(210)로 전송한다. 그리고 무선 통신기(115)는 피 제어 기관차 제어 장치(210)로부터 무선 통신 신호를 수신한다. 이때, 무선 통신기(115)는 제어기(111) 또는 제동기(113)로 비상 제동 신호를 전달한다.
무선 통신기(115)는 피 제어 기관차 제어 장치(210)의 무선 통신기(215)와 직접 무선통신하거나 또는 중계 장치(310)를 통해 피 제어 기관차 제어 장치(210)와 무선통신한다.
또한, 무선 통신기(115)는 철도 운행시 전파 환경에 의한 통신 두절에 대한 안전 대책으로써 두 개 이상의 주파수 대역(즉, 복수의 무선 통신 채널) 및 통신 방식을 적용하여 무선 통신 신호를 전달한다.
예를 들어, 무선 통신기(115)는 통신 방식으로서 LTE 방식과 WLAN 방식을 혼용할 수 있으며, 그 주파수 대역으로서 LTE 통신에서 사용하는 주파수 대역과 WLAN 통신에서 사용하는 2.4 GHz 및 5GHz를 사용할 수 있다. 즉, 도 3에서와 같이, 무선 통신기(115)는 LTE 송수신기 및 WLAN 듀얼 송수신기를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 피 제어 기관차 제어 장치(210)의 무선통신기(215)는 LTE 송수신기 및 WLAN 듀얼 송수신기를 각각 포함하여 구성될 수 있으며, 중계 장치(310)는 LTE 라우터 및 WLAN 리피터로 구성될 수 있다.
참고로, 종래의 철도 차량의 무선 장치는 400MHz 대역을 사용함으로써 전파 도달 거리가 최소 4km 정도에 불과하였으나, 본 발명의 일 실시예에서는 LTE 대역 및 2.4/5GHz 대역의 무선 통신을 수행함으로써 데이터 전송량 측면에서 매우 유리할 뿐만 아니라 중계 장치(310)를 통해 전파 도달 거리 또한 넓힐 수 있다.
또한, 전기 철도 차량의 운행 시 다른 선로에서 교행하는 타 열차와 주파수 간섭을 방지하기 위하여, 무선 통신기(115)는 사용하는 통신 프로토콜에 무선 장치 인식 기술을 적용하거나 또는 방향성 안테나를 사용할 수 있다. 즉, 무선 통신기(115)는 송신하는 무선 통신 신호에 서비스 세트 식별자(Service Set Identifier, SSID)를 추가하여 통신 대상을 정의할 수 있으며, 또한 중계 장치(310) 및 피 제어 기관차 제어 장치(210)의 무선 통신기(215)의 안테나 중 적어도 하나와 빔포밍할 수 있다.
한편, 무선 통신기(115)는 제어기(111), 추진기(112), 제동기(113) 및 비상 루프 회로(114)와 각각 직간접적으로 인터페이싱된다.
이때, 무선 통신기(115)는 차량 내 비상 루프 회로의 접점과 인터페이싱되어, 차량의 추진기/제동기/제어기(종합제어장치), 주간 제어기(master controller) 및 출입문 등의 장치에서 문제 발생시, 차량을 정차시켜 운행 안전을 확보한다. 또한, 차량 운행을 다시 기동 출발시키기 위해서는, 무선 통신기(115)에서 비상 루프 접점을 연결(즉, 클로즈)해 주어야 한다.
즉, 본 발명의 일 실시예가 적용된 철도차량은 열차의 안전 확보를 위하여 차량 내 안전 루프(비상 루프 회로)가 구성되어 있다. 이때, 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템(40)의 경우, 주 제어 기관차 및 피 제어 기관차 제어 장치(110, 210)를 통해 분산 제어를 수행하므로, 열차의 양끝에 위치한 기관차 내부 장치 등에 의한 오류 발생 상황을 무선으로 송수신한다.
이하에서는, 주 제어 기관차(100) 또는 피 제어 기관차(200)에서 발생된 비상 제동 상태를 각 기관차 제어 장치(110 또는 210)가 인지하여, 상대 기관차로 비상 제동 상태 발생에 따른 정보를 전송하는 방법에 대해서 설명하도록 한다.
주 제어 기관차(100)에서 비상 제동 상태가 발생된 경우를 설명하도록 한다.
주 제어 기관차 제어 장치(110)에서, 무선 통신기(115)는 주 제어 기관차(100)의 비상 루프 접점에 온(ON)된 상태(즉, 비상 루프 회로(114) 접점에 인터페이싱하는 상태)에 따른 무선 통신 신호를 지속적으로 피 제어 기관차 제어 장치(210)의 무선 통신기(215) 측으로 전송한다. 그와 동시에, 피 제어 기관차 제어 장치(210)에서도 무선 통신기(215)가 피 제어 기관차(200) 상의 비상 루프 접점에 온(ON)된 상태에 따른 무선 통신 신호를 주 제어 기관차 제어 장치(110)로 지속적으로 송출한다. 이때, 두 기관차의 무선 통신기(115) 및 무선 통신기(215)는 각각 중계 장치(310)를 통해 상대 기관차 제어 장치(110 또는 210)의 무선 통신기(115 또는 215) 측으로 무선 통신 신호를 전송할 수 있다.
이와 같은 상황에서 주 제어 기관차(100)에 임의의 장치 문제가 발생하여 비상 제동 신호가 발생되면, 무선 통신기(115)는 피 제어 기관차 제어 장치(210)의 무선 통신기(215)로 비상 제동 발생에 따른 무선 통신 신호(즉, 비상 제동 체결 예고 정보)를 전송한다. 이러한 주 제어 기관차(100) 측의 무선 통신 신호를 수신한 피 제어 기관차 제어 장치(210)의 무선 통신기(215)는, 피 제어 기관차(200)의 비상 루프 오픈(EB Loop Open)을 통해 EMBR 체결을 수행하도록 한다. 이러한 피 제어 기관차(200)에 대한 EMBR 체결 발생 시, 무선 통신기(215)는 EMBR 체결에 따른 무선 통신 신호(즉, 비상 제동 체결 확인 정보)를 주 제어 기관차 제어 장치(110)의 무선 통신기(115)로 전송하고, 이를 수신한 주 제어 기관차 제어 장치(110)의 무선 통신기(115)는 주 제어 기관차(100)의 비상 루프 오픈(EB Loop Open)을 통해 EMBR 체결을 수행하도록 한다.
반면, 피 제어 기관차(200)에서 비상 제동 상태가 발생된 경우, 위의 주 제어 기관차(100)에서 비상 제동 상태가 발생된 경우의 반대의 순서로 무선 통신 및 비상 제동 체결이 수행된다.
한편, 무선 통신기(115)는 피 제어 기관차 제어 장치(210) 측과의 무선 통신이 단절된 경우(즉, 기설정된 응답 시간 동안 통신 상태 유지 확인 메시지가 수신되지 않을 경우), 제어기(111)로 이를 알려 추진기(112)와 제동기(113)를 통한 추진/제동을 정지시키거나, 또는 비상 제동 체결을 수행할 수 있다. 이때, 비상 제동 체결 과정은 앞서 설명한 비상 제동 상태 발생 상황에서와 같이 처리될 수 있다.
이때, 제어기(111)는 이러한 통신 고장 상태를 디스플레이(116)를 통해 운전자 또는 관리자가 확인할 수 있도록 현시한다.
또한, 제어기(111)는 무선 통신기(115)를 통해, 열차가 절연 구간 통과 시 후미의 피 제어 기관차(200)에 대한 주차단기(MCB) 차단 명령을 피 제어 기관차 제어 장치(210)로 전송한다.
이때, 제어기(111)는 아래의 수학식 1을 통해 선두 주 제어 기관차(100)에 대한 MCB 차단 명령을 수신한 시간으로부터 이동거리를 환산하여 후미의 피 제어 기관차(200)에 대한 MCB차단 명령을 처리할 수 있다.
<수학식 1>
이동거리=견인 대상차 길이의 합+이동속도*이동시간+마진(예: 100m)
이하, 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 중련 운행 방식의 전기 기관차 무선 분산 제어 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기관차 무선 분산 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
둘 이상의 기관차 및 해당 기관차들 사이에 배치된 견인 대상차(객차 또는 화차)를 포함하는 철도 차량을 중련 운행함에 있어서, 선두의 주 제어 기관차 제어 장치와 후단의 피 제어 기관차 제어 장치는 각각의 비상 루프 접점 정보를 무선 통신 신호로서 송수신한다(S410).
주 제어 기관차 또는 피 제어 기관차 중 어느 하나에서 비상 제동 상태 발생 시, 해당 기관차 제어 장치로부터 상대 기관차 제어 장치로 비상 제동 상태 발생에 대한 무선 통신 신호(즉, 비상 제동 체결 예고 정보)를 전송한다(S420).
그런 다음, 상대 기관차 제어 장치로부터 비상 제동 상태 발생에 대한 무선 통신 신호를 수신한 기관차 제어 장치는, 해당 기관차의 비상 루프 오픈을 통해 비상 제동 체결을 수행하고 그에 따른 무선 통신 신호(즉, 비상 제동 체결 확인 정보)를 상대 기관차 제어 장치로 응답한다(S430).
다음으로, 무선 통신 신호 응답을 수신한 기관차 제어 장치는, 해당 기관차의 비상 루프 오픈을 통해 비상 제동 체결을 수행한다(S440).
이상의 단계들에서 무선 통신 신호는 주 제어 기관차 및 피 제어 기관차 사이의 임의의 견인대상차에 배치된 중계 장치를 거쳐 송수신될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 중련 운행 전기 기관차 무선 분산 제어 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
40: 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템
100: 주-제어 기관차 110: 주-제어 기관차 제어 장치
200: 피-제어 기관차 210: 피-제어 기관차 제어 장치
111, 211: 제어기 112, 212: 추진기
113, 213: 제동기 114, 214: 비상 루프 회로
115, 215: 무선 통신기 116, 216: 디스플레이
300: 견인대상차 310: 무선 중계 장치

Claims (8)

  1. 복수의 기관차 및 복수의 견인대상차를 포함하여 중련 방식으로 운행하는 철도 차량에 설치된 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템에 있어서,
    상기 철도 차량의 선두에 배치된 주 제어 기관차의 추진 및 제동을 제어하며, 상기 주 제어 기관차와 분리되며 후단에 배치된 피 제어 기관차로의 무선 통신 신호를 전송하는 주 제어 기관차 제어 장치;
    적어도 하나의 피 제어 기관차에 탑재되어, 피 제어 기관차의 운행 제어를 처리하며, 상기 주 제어 기관차 제어 장치로부터의 무선 통신 신호를 수신하는 피 제어 기관차 제어 장치; 및
    임의의 견인대상차에 탑재되어, 상기 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치 사이에서 상기 무선 통신 신호를 전달하는 중계 장치를 포함하며,
    상기 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치는 각각, 기설정된 비상 제동 상태 발생 시 해당 상황에 대한 정보를 상기 무선 통신 신호로서 상대 기관차에게 전달하여 제동을 분산 제어하는 것이고,
    상기 주 제어 기관차 제어 장치와 상기 피 제어 기관차 제어 장치의 무선 통신이 단절된 경우 비상 제동 체결을 수행하고,
    철도 차량이 절연 구간 통과 시에 상기 피 제어 기관차 제어 장치가 상기 주 제어 기관차 제어 장치로부터 주차단기(MCB) 차단 명령을 수신한 시간으로부터 하기의 [수학식 1]에 따라 이동거리를 환산하여 후미의 상기 피 제어 기관차에 대한 주차단기 차단 명령을 처리하는,
    전기 기관차의 무선 분산 제어 시스템.
    [수학식 1]
    이동거리=견인 대상차 길이의 합+이동속도*이동시간+마진
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 제어 기관차 제어 장치는,
    상기 주 제어 기관차에 대한 비상 제동 체결 예고 정보를 상기 무선 통신 신호로서 상기 피 제어 기관차 제어 장치로 전달하고,
    상기 피 제어 기관차 제어 장치로부터 상기 비상 제동 체결 예고 정보에 대응하여 상기 피 제어 기관차에 대한 비상 제동을 체결한 후 상기 무선 통신 신호로서 전달하는 비상 제동 체결 확인 정보를 수신하고,
    상기 비상 제동 체결 확인 정보가 수신되면, 상기 주 제어 기관차에 대한 비상 제동을 체결하는, 전기 기관차의 무선 분산 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피 제어 기관차 제어 장치는,
    상기 피 제어 기관차에 대한 비상 제동 체결 예고 정보를 상기 무선 통신 신호로서 상기 주 제어 기관차 제어 장치로 전달하고,
    상기 주 제어 기관차 제어 장치로부터 상기 비상 제동 체결 예고 정보에 대응하여 상기 주 제어 기관차에 대한 비상 제동을 체결한 후 상기 무선 통신 신호로서 전달하는 비상 제동 체결 확인 정보를 수신하고,
    상기 비상 제동 체결 확인 정보가 수신되면, 상기 피 제어 기관차에 대한 비상 제동을 체결하는, 전기 기관차의 무선 분산 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치는,
    각각 기설정된 응답 시간 내에 상대로부터 통신 상태 유지 확인 메시지가 수신되지 않을 경우 비상 제동 체결을 처리하는, 전기 기관차의 무선 분산 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 제어 기관차 제어 장치, 피 제어 기관차 제어 장치 및 중계 장치는,
    각각 복수의 주파수 대역의 무선 통신 채널을 사용하여 상기 무선 통신 신호를 송수신하는 것인, 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 주파수 대역은 LTE 통신 방식 및 WLAN 통신 방식 중 적어도 하나의 통신 방식에서 사용하는 주파수 대역인 것인, 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템.
  7. 둘 이상의 전기 기관차를 통해 중련 운행하는 철도 차량의 전기 기관차에 설치된 제어 장치에 있어서,
    상대 전기 기관차와 적어도 하나의 통신 방식으로 무선 통신 신호를 송수신하는 무선 통신기;
    철도 차량을 추진하는 추진기;
    철도 차량을 제동하는 제동기;
    상기 추진기 및 제동기의 동작을 제어하는 제어기; 및
    상기 무선 통신기와 인터페이싱되며, 접점이 오픈되면 비상 제동이 체결되는 비상 루프 회로를 포함하며,
    상기 제동기는 상기 무선 통신기를 통해 상기 상대 전기 기관차로부터 비상 상태 발생에 따른 무선 통신 신호가 수신되면, 상기 비상 루프 회로의 오픈을 통해 비상 제동 체결을 수행하고,
    상기 무선 통신기는 기설정된 비상 상태 발생 시 상기 상대 전기 기관차의 제어 장치로 비상 상태 발생에 따른 무선 통신 신호를 전송하며, 상기 무선 통신 신호에 기초하여 상기 상대 전기 기관차에서 비상 루프 회로 오픈을 통해 비상 제동 체결이 수행되는 것이고,
    상기 무선 통신기와 상기 상대 전기 기관차의 무선 통신이 단절된 경우 비상 제동 체결을 수행하고,
    철도 차량이 절연 구간 통과 시에 후미 전기 기관차 제어 장치가 선두 전기 기관차 제어 장치로부터 주차단기(MCB) 차단 명령을 수신한 시간으로부터 하기의 [수학식 1]에 따라 이동거리를 환산하여 상기 후미 전기 기관차에 대한 주차단기 차단 명령을 처리하는,
    전기 기관차 제어 장치.
    [수학식 1]
    이동거리=견인 대상차 길이의 합+이동속도*이동시간+마진
  8. 복수의 기관차 및 복수의 견인대상차를 포함하여 중련 방식으로 운행하는 철도 차량에 설치된 전기 기관차 무선 분산 제어 시스템을 통한 전기 기관차 무선 분산 제어 방법에 있어서,
    상기 철도 차량의 선두에 배치된 주 제어 기관차 제어 장치 및 후단에 배치된 피 제어 기관차 제어 장치 간에, 상기 철도 차량 내 비상 루프의 접점 정보를 무선 통신 신호로서 송수신하는 단계;
    상기 주 제어 기관차 제어 장치 또는 피 제어 기관차 제어 장치 중 어느 하나로부터 비상 제동 상태 발생에 따른 무선 통신 신호를 상대 기관차 제어 장치로 전송하는 단계;
    상기 비상 제동 상태 발생에 따른 무선 통신 신호를 수신한 기관차 제어 장치가 해당 기관차에 대한 비상 제동 체결을 수행하고, 상기 비상 제동 체결 확인 정보를 상대 기관차 제어 장치로 전송하는 단계; 및
    상기 비상 제동 체결 확인 정보를 수신한 기관차 제어 장치가 해당 기관차에 대한 비상 제동 체결을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 주 제어 기관차 제어 장치 및 피 제어 기관차 제어 장치 간에 송수신되는 상기 무선 통신 신호는, 상기 복수의 기관차 사이에 배치된 상기 견인대상차 중 임의의 견인대상차에 설치된 중계 장치를 통해 송수신되는 것이고,
    상기 주 제어 기관차 제어 장치와 상기 피 제어 기관차 제어 장치의 무선 통신이 단절된 경우 비상 제동 체결을 수행하고,
    철도 차량이 절연 구간 통과 시에 상기 피 제어 기관차 제어 장치가 상기 주 제어 기관차 제어 장치로부터 주차단기(MCB) 차단 명령을 수신한 시간으로부터 하기의 [수학식 1]에 따라 이동거리를 환산하여 후미의 상기 피 제어 기관차에 대한 주차단기 차단 명령을 처리하는,
    전기 기관차 무선 분산 제어 방법.
    [수학식 1]
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