KR102277497B1 - 철도 차량용 입출력 제어 장치 - Google Patents

Abstract

철도 차량용 제어기에 연결되는 입출력 제어장치에 관한 기술이 개시된다. 철도 차량용 입출력 제어 장치에서 단말로 연결된 네트워크 케이블을 통해 입출력 신호와 동작 전원이 전달된다. 네트워크 케이블로 동작 전원을 공급하는 전원 공급부는 내부에서 입출력이 회로적으로 분리된다. 추가로, 입출력 제어 장치 내부에 전원을 공급하는 전원 공급 회로도 내부에서 입출력이 회로적으로 분리된다.

Description

철도 차량용 입출력 제어 장치{IO control apparatus for railway vehicle}

제어기, 특히 철도 차량용 제어기에 연결되는 입출력 제어장치에 관한 기술이 개시된다.

철도 차량에서 고객의 편의와 안전을 위한 개량 기술들이 적용되고 있다. 수동으로 열고 닫던 문은 스위치에 의해 개폐되는 자동문으로 바뀌고 있다. 자동문 근처에서 일어나는 사고를 막기 위해 각종 센서들이 설치되었다. 화장실에도 자동문 뿐 아니라 전기적인 스위치로 작동되는 급수 장치나, 배수구, 히터들이 추가되고 있다. 또 철도 차량 중 모터 차량은 모터 구동을 제어하기 위한 제어기와, 그에 부수되는 각종 센서들을 포함하고 있다. 이러한 센서나 액츄에이터가 고장을 일으키면 차량을 이용하는 승객들에게 불편을 끼치거나 사고로 이어질 수 있으므로 고장을 사전에 예측하기 위한 고장 예측 기술이 적용되고 있다.

제안된 발명은 철도 차량의 여기 저기 흩어져 설치된 센서나 액츄에이터 혹은단말 기기들과 네트워크를 통해 연결되어 그 신호를 수집하여 고장 예측을 처리하는 지능형 계산 요소에 전달하기 위한 입출력 제어 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.

나아가 제안된 발명은 철도 차량에 공급되는 고전압이나 서지 전압으로부터 철도 차량 내의 센서나 액츄에이터를 보호할 수 있는 철도 차량용 입출력 제어 장치를 제시하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

나아가 제안된 발명은 철도 차량 내의 센서나 액츄에이터로부터 신호를 수집하면서 전원을 공급해줄 수 있는 철도 차량용 입출력 제어 장치를 제시하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

제안된 발명의 일 양상에 따르면, 철도 차량용 입출력 제어 장치에서 네트워크 케이블을 통해 입출력 신호와 동작 전원이 전달된다.

또 다른 양상에 따르면, 네트워크 케이블로 동작 전원을 공급하는 전원 공급부는 내부에서 입출력이 회로적으로 분리된다. 추가로, 입출력 제어 장치 내부에 전원을 공급하는 전원 공급 회로도 내부에서 입출력이 회로적으로 분리된다.

철도 차량의 고장을 예측하거나 진단하기 위해 새로운 센서를 추가할 때 그 전원 공급이 종종 문제가 된다. 제안된 발명에 따라, 별도의 전원선 시공 없이 네트워크 케이블을 시공하는 것 만으로 철도 차량의 기존 장치에 센서를 부가할 수 있다. 나아가 전원을 공급하는 전원 공급 장치가 이중으로 회로 분리됨에 따라 서지 고전압에 의한 회로 손상을 방지한다.

도 1은 일 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치에서 고정 커버를 제거한 상태를 도시한다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치에서 본체 모듈을 도시한다.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치에서 본체 모듈에 체결되는 네트워크 모듈을 하부에서 바라본 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.

전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 또는 타 실시예의 구성 요소들과 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 기재 내용 혹은 제안된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치의 외관을 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치에서 고정 커버를 제거한 상태를 도시한다. 도 3은 도 1의 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치에서 본체 모듈을 도시한다. 도 4는 도 1의 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치에서 본체 모듈에 체결되는 네트워크 모듈을 하부에서 바라본 도면이다. 도 1 내지 도 4에서 대응되는 구성은 동일한 도면부호로 참조되었다. 도 1 내지 도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치의 외관을 설명한다.

도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치는 본체 모듈(10)과, 네트워크 모듈(30)을 포함한다. 본체 모듈(10)에는 기본 통신 포트(13)가 구비된다. 도시된 실시예는 한 개의 기본 통신 포트(13)를 구비하고 있지만, 복수개가 구비될 수도 있다.

본체 모듈(10) 상부에는 네트워크 모듈(30)이나 하나 이상의 입출력 모듈(50)을 체결할 수 있는 복수의 버스 커넥터들(11-1, 11-2)이 구비된다. 도시된 실시예에서, 버스 커넥터 2개를 가지고 있지만, 더 많은 수로 구비될 수도 있다. 네트워크 모듈(30)의 하단에는 본체 모듈(10)의 버스 커넥터(11-1)에 삽입되는 제1 플러그인 버스(31)가 구비된다. 네트워크 모듈(30)의 하우징 내부에는 회로 기판이 구비된다. 버스 커넥터(11-3)의 다수의 삽입공에 각각 삽입되는 다수의 단자들의 절곡된 일단이 이 회로 기판에 고정되며, 그 타단은 하방을 향하여 연장 돌출되어 있다.

일 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치는 입출력 모듈(50)을 더 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 입출력 모듈(50)은 네트워크 모듈(30)과 유사한 구조 및 외관을 가진다. 그러나, 네트워크 모듈(30)은 다른 입출력 모듈(50)과 많이 다른 형태를 가질 수 있고 본체 모듈에 일체로 구성될 수도 있다. 통상 입출력 제어 장치에서 입출력 모듈(50)은 용량에 따라 다수개가 체결될 수 있다. 입출력 모듈(50)의 하단에는 본체 모듈(10)의 버스 커넥터(11-3)에 삽입되는 제2 플러그인 버스가 구비된다. 입출력 모듈(50)의 하우징 내부에는 회로 기판이 구비된다. 버스 커넥터(11-3)의 다수의 삽입공에 각각 삽입되는 다수의 단자들의 절곡된 일단이 이 회로 기판에 고정되며, 그 타단은 하방을 향하여 연장 돌출되어 있다.

일 양상에 따라, 네트워크 모듈(30)과 입출력 모듈(50)을 본체에 단단히 고정하기 위해 고정 커버(15)가 구비된다. 고정 커버(15)는 네트워크 모듈 및 입출력 모듈을 외부에서 꼭 감싸면서 그 하부 측면이 본체 모듈의 상부에 나사 체결에 의해 고정된다. 이에 의해 커넥터에 체결되는 네트워크 모듈과 입출력 모듈이 철도 차량의 진동에도 불구하고 본체 모듈과 단단히 체결 상태를 유지하고 전기적인 연결을 안정적으로 유지할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 철도 차량용 입출력 제어 장치의 구성을 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 철도 차량용 입출력 제어 장치는 본체 모듈(10)과, 네트워크 모듈(30)을 포함한다. 본체 모듈(10)은 본체 직류-직류 변환부(110)를 포함한다. 본체 직류-직류 변환부(110)는 그 제1 입력단에 외부로부터 직류 전력, 예를 들면 직류 100V가 공급된다. 이 직류 전력은 철도 차량이 챠량 외부 급전선에서 공급된 전력을 변압기를 통해 변환한 것이다. 도시된 실시예에서, 본체 직류-직류 변환부(110)는 입력된 직류 100V를 직류 24V로 다운 변환시키며, 1차측과 2차측이 회로 분리된다. 이에 따라 외부로부터의 직류 전력에 실려올 수 있는 위험한 서지 전압이 본체 직류-직류 변환부(110)에서 차단될 수 있다. 일 실시예에서, 본체 직류-직류 변환부(110)는 2개의 직류-직류 변환회로가 트랜스포머를 개재하여 연결되는 회로로 구현된다. 트랜스포머를 통해 고전압이 인가되는 본체 본류-직류 변환부(110)의 회로 분리가 공고해질 수 있다.

일 양상에 따라 본체 직류-직류 변환부(110)의 2차측 출력인 제1 출력단은 기본 통신 포트의 통신에 사용되지 않는 단자들로 전기적으로 연결된다. 이에 따라 본체 모듈(10)은 기본 통신 포트(13)에 연결되는 기기, 예를 들면 센서류나 단말과 통신을 연결하면서 동시에 동작 전원을 공급할 수 있다. 이와 같은 PoE(Power Over Ethernet) 기술은 알려진 표준이 있다. 제안된 발명에 적용되는 양상은 이러한 표준을 따를 수도 있지만, 여기서는 기본 통신 포트에 연결되는 단말이 그러한 PoE 표준을 지원하지 않을 수도 있으므로 표준에 따른 제어 없이 단순히 여유 단자로 전력을 공급하기만 한다.

도시된 실시예에서, 네트워크 모듈(30)은 자체 직류-직류 변환부(330)와 네트워크 처리부(310)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 네트워크 모듈(30)의 자체 직류-직류 변환부(330)의 입력단인 제2 입력단은 제1 플러그인 버스(31)를 통해 본체 모듈(10)의 본체 직류-직류 변환부(110)의 제1 출력단에 전기적으로 연결된다. 또 자체 직류-직류 변환부(330)의 출력단인 제2 출력단은 네트워크 모듈(30)의 다른 회로들에 동작 전원을 공급한다. 네트워크 처리부(330)는 이더넷 패킷들의 분배를 처리하는 스위치 기능을 지원한다.

제안된 발명의 또 다른 양상에 따르면, 네트워크 모듈(30)의 자체 직류-직류 변환부(330)의 출력단은 그 입력단과 회로적으로 분리된다. 이에 따라 기본 통신 포트(13)를 통해 서지 전압이나 고전압이 유입될 경우 도 5에서 점선으로 도시된 경로를 따라 버스 커넥터(11)와 제1 플러그인 버스(31)를 통해 유입되는 고전압이 자체 직류-직류 변환부(330)의 1차측에서 차단되어 네트워크 모듈(30)의 내부 회로들이 보호될 수 있다.

추가적으로, 철도 차량용 입출력 제어 장치는 입출력 모듈(50)을 더 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 단지 하나의 입출력 모듈(50)이 도시되었지만, 입출력 제어 장치는 복수의 입출력 모듈(50)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 입출력 모듈(50)은 입출력 통신 포트(510)와, 입출력 직류-직류 변환부(530)를 포함한다. 입출력 통신 포트(510)는 네트워크 모듈(30)의 네트워크 처리부(310)의 포트 중 하나에 연결된다. 이에 따라 입출력 통신 포트(510)에 연결되는 단말은 다른 입출력 모듈에 연결되는 단말들이나 본체 모듈(10)의 기본 통신 포트(13)에 연결되는 단말, 센서들과 이더넷 프로토콜을 통해 통신할 수 있다. 본체 모듈(10)의 버스 커넥터(11)를 통해 네트워크 모듈(30)의 네트워크 처리부(310)의 포트들과 입출력 모듈의 입출력 통신 포트(510)간의 결선이 이루어진다.

도시된 실시예에서, 입출력 모듈(50)의 입출력 직류-직류 변환부(530)의 입력단인 제3 입력단은 제2 플러그인 버스(51)를 통해 본체 모듈(10)의 본체 직류-직류 변환부(110)의 제1 출력단에 전기적으로 연결된다. 또 입출력 직류-직류 변환부(530)의 출력단인 제3 출력단은 입출력 모듈(50)의 다른 회로들에 동작 전원을 공급한다.

제안된 발명의 또 다른 양상에 따르면, 입출력 모듈(50)의 입출력 직류-직류 변환부(530)의 출력단은 그 입력단과 회로적으로 분리된다. 이에 따라 기본 통신 포트(13)를 통해 서지 전압이나 고전압이 유입될 경우 버스 커넥터(11)와 제2 플러그인 버스(51)를 통해 유입되는 고전압이 입출력 직류-직류 변환부(530)의 1차측에서 차단되어 입출력 모듈(50)의 내부 회로들이 보호될 수 있다.

추가적인 양상에 따르면, 입출력 모듈(50)은 디지털 입출력 포트(550)를 더 포함할 수 있다. 디지털 입출력 포트(550)는 제2 플러그인 버스(510)를 통해 본체 모듈(10)의 버스 커넥터(11)의 공통 버스에 연결될 수 있다. 디지털 입출력 포트(550)는 공통 버스에 접근하는 계산 요소, 예를 들면 다른 입출력 모듈의 디지털 입출력 포트에 연결된 마이크로프로세서가 이 디지털 입출력 포트(550)에 연결된 센서나 디바이스를 제어할 수 있도록 지원한다.

이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.

10 : 본체 모듈 11-1,11-2 : 버스 커넥터
13 : 기본 통신 포트 15 : 고정 커버
30 : 네트워크 모듈 31 : 제1 플러그인 버스
50 : 입출력 모듈 51 : 제2 플러그인 버스
110 : 본체 직류-직류 변환부 310 : 네트워크 처리부
330 : 자체 직류-직류 변환부 510 : 입출력 통신 포트
530 : 입출력 직류-직류 변환부 550 : 디지털 입출력 포트

Claims (5)

1. 철도 차량에 설치되어, 다수의 센서 및 단말 기기들과 연결되어 신호를 송수신하는 철도 차량용 입출력 제어 장치에 있어서,
   복수의 버스 커넥터와; 복수의 버스 커넥터들에 연결되고, 다수의 센서나 단말 기기들 중 하나와 연결되는 기본 통신 포트와; 외부로부터 직류 전력이 공급되는 제1 입력단과, 제1 입력단과 회로적으로 분리되어 외부로부터 직류 전력에 실려올 수 있는 서지 전압을 차단하고 상기 복수의 버스 커넥터의 단자들 중 기본 통신 포트의 통신에 사용되지 않는 단자들로 전기적으로 연결되는 제1 출력단을 포함하는 본체 직류-직류 변환부;를 포함하는 본체 모듈과;
   상기 버스 커넥터 중 하나에 삽입되는 제1 플러그인 버스와; 상기 제1 플러그인 버스를 통해 상기 본체 모듈의 기본 통신 포트에 연결되며, 기본 통신 포트를 통해 패킷을 송수신하는 네트워크 처리부와; 상기 제1 플러그인 버스를 통해 본체 직류-직류 변환부의 제1 출력단에 전기적으로 연결되는 제2 입력단과, 제2 입력단과 회로적으로 분리되어 기본 통신 포트를 통해 유입되는 서지 전압을 차단하며 모듈로 전원을 공급하는 제2 출력단을 포함하는 자체 직류-직류 변환부;를 포함하며, 상기 본체 모듈에 체결되는 네트워크 모듈과;
   상기 네트워크 모듈을 외부에서 꼭 감싸면서 그 하부 측면이 본체 모듈의 상부에 나사 체결에 의해 고정되는 고정 커버;
   를 포함하는 철도 차량용 입출력 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 본체 직류-직류 변환부는 :
   트랜스포머를 개재하여 연결되는 2개의 직류-직류 변환회로를 포함하는 철도 차량용 입출력 제어 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 입출력 제어 장치가 :
   상기 버스 커넥터 중 다른 하나에 삽입되는 제2 플러그인 버스와; 상기 제2플러그인 버스를 통해 네트워크 모듈의 네트워크 처리부의 포트에 연결되는 입출력 통신 포트와; 상기 본체 직류-직류 변환부의 제1 출력단에 전기적으로 연결되는 제3 입력단과, 제3 입력단과 회로적으로 분리되며 모듈로 전원을 공급하는 제3 출력단을 포함하는 입출력 직류-직류 변환부;를 포함하는 입출력 모듈;
   을 더 포함하는 철도 차량용 입출력 제어 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 고정 커버가 네트워크 모듈에 추가로 상기 입출력 모듈도 감싸면서 고정되는 철도 차량용 입출력 제어 장치.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 입출력 모듈이 :
   상기 제2 플러그인 버스를 통해 상기 본체 모듈의 버스 커넥터의 공통 버스에 연결되는 디지털 입출력 포트;
   를 더 포함하는 철도 차량용 입출력 제어 장치.
   
   

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