KR20010086637A - 지능형 도로교통제어 시스템 - Google Patents

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KR20010086637A
KR20010086637A KR1020000008121A KR20000008121A KR20010086637A KR 20010086637 A KR20010086637 A KR 20010086637A KR 1020000008121 A KR1020000008121 A KR 1020000008121A KR 20000008121 A KR20000008121 A KR 20000008121A KR 20010086637 A KR20010086637 A KR 20010086637A
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Abstract

본 발명은 분산형 PLC를 이용한 지능형 도로교통제어 시스템에 관한 것으로서, 지능형 교통신호 제어프로그램과 현장 데이터베이스를 메모리에 저장하고 시간 지연 방식 및 원격 관제 센터에 의한 교통 신호등의 제어기능을 수행하는 주 제어부, 교통제어 현장에 설치되어 운용되는 지역 제어시스템과 상기 관제 센터 사이에 정보와 제어신호를 송신 및 수신하며 상기 지역제어시스템에 연결되는 교통량 측정 장치에서 얻어지는 교통량 정보를 관제 센터에 전송하는 통신기능을 수행하는 통신 제어부, 일정 비트 래치를 사용하여 상기 주 제어부의 구동신호와 신호등의 교류전원을 분리하여 교류전원에 의한 시스템의 영향을 차단하는 신호등 구동부, 키보드 입력으로 상기 주 제어부의 상태 및 각종 정보를 표시하는 디스플레이 및 키보드부, 상기 신호등 출력의 정상 및 오류를 감시하기 위하여 신호등의 구동 출력신호와 실제 신호등의 점등상태를 비교하는 신호등 감지 및 모순 검지부 및 상기 주 제어부에 연결되어 교통제어 시스템에 보조 신호등, 보조 제어 입력 및 보조 출력을 제어하는 프로그램 가능 논리 제어부(PLC)로 이루어져 선로의 수를 감소시킴에 따른 시스템의 설치 및 유지비용의 절감과 유지보수를 간편하게 할 수 있는 효과를 가진다.

Description

지능형 도로교통제어 시스템{Intelligent traffic controller system}
본 발명은 분산형 프로그램 가능 논리 제어부(Programmable Logic Controller, 이하 PLC라 칭함)를 이용한 지능형 도로교통 제어 시스템에 관한 것이다.
현재 우리 나라의 교통상황은 국민소득의 증대와 산업의 발달로 인한 자동차 및 육로를 이용한 교통수단의 개체 증가로 엄청난 교통 체증을 겪고 있으며, 특히 출퇴근 시간이나 주말의 교통상황을 보면 그 상황이 더욱 심각한데, 이러한 교통 체증으로 인한 정신적 경제적 손실(연간 2,200억원/서울의 경우)은 이루 헤아릴 수 없으며, 교통 체증으로 인한 대기오염도 이미 심각한 상황에 이르러 있다.
그 예로 경부 고속도로 운행시 서울 근교의 경사진 구간의 상공은 마치 화재가 난 모습을 나타내고 있는 실정이며, 또한 서울 시내의 대기오염 상태는 오래 전부터 언급되고 있는 부분으로 교통 체증 현상은 운전자를 심리적으로 불안하게 하고, 많은 교통사고를 유발하는데, 교통사고는 인적 피해(연간 3조 8,254억원) 뿐만 아니라 막대한 재산 피해(연간 1조 8,785억원)를 낳고 있으며, 또한 교통체증은 에너지 손실과 자연폐해 등 수많은 피해를 가져오고 있다.
이러한 교통체증은 충분한 도로망 확충과 교통 시설의 발달로 해결할 수 있으나 우리 나라의 경우 협소한 국토와 건설비, 도로 부지의 막대한 경비를 감당할 수 없어 이를 쉽게 해결할 수 없게 하고 있으므로 현재 우리 국가로서 택할 수 있는 최선 처리방식으로 지속적인 도로망 확충과 교통량 흐름을 최대화할 수 있는 기술개발에 역점을 두고 있다.
교통량 흐름을 극대화 할 수 있는 기술 개발로 지능형 교통신호 시스템 개발을 들 수 있는데, 현재 우리 나라에서 이용하는 교통신호 제어기의 주기능을 PLC가 담당하고 있지만 이는 대부분 외국 제품을 수입하여 이용하고 있으며, 그 PLC의 가격은 한 대당 150만원에 상당하여 결과적으로 제어기의 가격이 고가로 설정됨에 따라 본 발명의 제품을 상용화 개발 기술을 통하여 실지 도로에 적용할 수 있는 상품을 개발하고 관련 상용화설계, 제작 및 시험 기술의 확보, 또한 상기 PLC를 제어하는 소프트웨어의 개발이 요구되고 있다.
한편 교통신호 제어기의 주기능을 담당하고 있는 상기 PLC를 제어하는 명령어로는 니모닉 방식, 랜덤 다이어그램 방식, 로직 심벌 방식, 부울대수 방식 및 기계어 방식 등이 이용되는데 이 방식들은 제품마다 조금씩 다른 명령어나 언어를 사용하고 있기 때문에 이 분야에 종사하는 몇몇 기술자들의 전유물이 되어 있으며 A/S의 경우 많은 어려움을 겪고 있다.
따라서 이 분야에 오랜 경험이 없더라도 쉽게 상기 PLC에 접근할 수 있도록 일반적인 고급언어에 의하여 제어기 및 각 장치의 기능을 실현하고 그 기능을 제어할 수 있는 소프트웨어의 개발이 절실히 요구되며, 제어기와 주변장치를 통합한 시스템의 제어 및 통신 소프트웨어의 자체 개발은 하드웨어의 자체 개발 이상의 필요성을 가진다.
또한 교통신호 제어기의 통신 처리방식이 병렬연결로 되어 있어 속도는 빠르지만 신호등 설치시 많은 전선이 요구되고 공사비의 상승 요인이 되고 있어 그 처리방식의 새로운 개발이 요구되며, 이를 실현하기 위한 제어 시스템내의 제어기는 다수의 PLC, 교통량 측정기 등의 교통신호 제어 주변장치 등과 공통 통신선을 이용한 직렬 다중 접속 방식으로 연결하여 병렬형 통신방식보다 선로의 수를 크게 줄이고 장치의 추가가 용이하도록 하여야 한다.
현재 이용하고 있는 교통신호 제어기는 제어 부분과 모순 검지기의 부분이나뉘어져 제어기의 역순으로 모순 검지기를 개발하여 이용하고 있는데, 이처럼 분리된 제어기와 모순 검지기는 제품의 가격을 상승시킬 뿐만 아니라 보수에도 여러 가지로 어려움을 증가시키는 단점을 갖는다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 일체형 제어 모순 검지기의 개발이 요구되는데, 제어기와 모순 검지기의 하드웨어는 동일하며 프로그램에 의하여 그 기능을 실현하도록 하여 유연성 있는 시스템의 개발이 필요하다.
기존의 PLC는 대체로 4개 이상의 요소로 구성되어 상당히 많은 공간을 차지하며 또한 복잡한데, 이러한 형태의 제어기는 설치할 때 무겁고 많은 면적이 요구되기 때문에 지상에 설치해야 하지만 이렇게 지상에 설치하면 많은 먼지와 오물의 유입으로 인하여 수명을 단축시킬 뿐만 아니라 오동작을 일으키기 쉽다.
이에 따라 제어기를 소형화 및 단순화하여 신호기 지지대에 매달아 설치하면 제어기의 부식이나 오동작으로부터 보호할 수 있으며, 또한 교차로의 주위를 보다 깨끗하게 조성할 수 있으므로 제어기의 소형화 및 단순화가 요구되는데, 지금까지는 개회로 형태의 신호 제어를 했지만 제한된 도로에서 최대한의 교통 소통을 이루려면 도로의 확장뿐만 아니라 소프트웨어의 개발이 요구되는, 즉 도로 위의 교통 상황을 짧은 시간 내에 알고리즘에 반영하는 폐회로 신호 제어가 요구되며, 또한 현 상황을 인지하고 최적화할 수 있는 제어기는 여러 가지의 센서가 필요한데 들어오는 입력을 실시간 분석하여 제어 알고리즘에 이용하도록 설계되어야 하고, 하드웨어로도 이 모든 것을 적용할 수 있는 환경 조성이 요구된다.
상기 사항을 이루고자 본 발명은, 일정 비트 프로세스를 이용하여 개발한 지능형 교통신호 제어기에 이용되는 제어기, PLC, 모순 검지기의 상용화 하드웨어를 제어하기 위한 상용 소프트웨어 프로그램을 개발하여 종합적인 교통정보를 수집 및 제어할 수 있는 도로교통 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 지능형 교통신호 제어프로그램과 현장 데이터베이스를 메모리에 저장하고 시간 지연 방식 및 원격 관제 센터에 의한 교통 신호등의 제어기능을 수행하는 주 제어부와, 교통제어 현장에 설치되어 운용되는 지역 제어시스템과 상기 관제 센터 사이에 정보와 제어신호를 송신 및 수신하며 상기 지역제어시스템에 연결되는 교통량 측정 장치에서 얻어지는 교통량 정보를 관제 센터에 전송하는 통신기능을 수행하는 통신 제어부와, 일정 비트 래치를 사용하여 상기 주 제어부의 구동신호와 신호등의 교류전원을 분리하여 교류전원에 의한 시스템의 영향을 차단하는 신호등 구동부와, 키보드 입력으로 상기 주 제어부의 상태 및 각종 정보를 표시하는 디스플레이 및 키보드부와, 상기 신호등 출력의 정상 및 오류를 감시하기 위하여 신호등의 구동 출력신호와 실제 신호등의 점등상태를 비교하는 신호등 감지 및 모순 검지부 및 상기 주 제어부에 연결되어 교통제어 시스템에 보조 신호등, 보조 제어 입력 및 보조 출력을 제어하는 프로그램 가능 논리 제어부(PLC)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도로교통 제어 시스템은 시제품의 개발 및 도로 현장 시험 등의 결과를 토대로 하여 관제형 도로교통 제어 시스템을 위한 상품으로 상용화할 수 있는 지능형 교통신호 제어기와 PLC를 개발하고 실제 도로상에 시스템을 설치, 운용할 수 있도록 하며, 상기 시제품과 상용 제품을 개발하는 과정에서 얻은 독자적인 하드웨어 및 시스템의 설계, 제작 및 시험 기술, 시스템의 운용을 토대로 한 현장 데이터의 수집과 독자적인 제어 소프트웨어 제작 기술을 확보하여 이를 지능형 교통제어 시스템뿐만 아니라 도로교통 관련 분야에 기술 및 제품을 응용할 수 있게 한다.
상기 상용 교통신호 제어 시스템은 VME(Versa Module Euro) 버스 규격으로 개발하였으며, 기능의 대부분을 소프트웨어에 의하여 실현함으로써 시스템의 하드웨어를 유연성 있도록 구성하여 시스템의 유지, 보수 및 기능의 수행(Upgrade)을 크게 향상시켜 시스템의 기능을 다양하고 추후 기능 변경을 소프트웨어에 의하여 처리할 수 있도록 설계하여 저렴하고 신속한 시스템의 기능 보완 및 성능 향상이 가능하도록 하였다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 교통제어 시스템 구성도,
도 2a 에서 도 2f 는 본 발명에 따른 시스템 주변장치 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 주 제어부 110 : 관제 시스템
120 : 통신 제어부 130 : 교통량 측정부
140 : 루프검지부 150 : 디스플레이 및 키보드부
160 : 신호등 구동부 170 : 신호등 감시 및 모순검지부
180 : 신호등 190 : 프로그램 가능 논리 제어부
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 교통제어 시스템 구성도로서, 지능형 교통신호 제어 프로그램과 현장 데이터베이스를 메모리에 저장하고 시간 지연(Time Of Day, 이하 TOD라 칭함) 방식 및 원격 관제 센터에 의한 교통 신호등의 제어기능을 담당하는 주 제어부(100)와, 교통제어 현장에 설치되어 운용되는 본 지역 제어 시스템과 상기 관제 시스템(110) 사이에 정보 및 제어신호를 송신 및 수신하며 지역 제어기에 연결되는 교통량 측정 장치에서 얻어지는 교통량 정보를 관제 센터에 전송하는 통신 기능을 담당하는 통신 제어부(120)와, 일정 비트 래치(Latch)를 사용하여 상기 주 제어부의 구동신호와 신호등의 교류(AC)전원을 분리하여 교류전원에 의한 시스템의 영향을 차단하는 신호등 구동부(160)와, 키보드 입력에 의하여 상기 주 제어부의 상태 및 각종 정보를 표시하는 디스플레이 및 키보드부(150), 상기 신호등 출력의 정상 및 오류를 감시하기 위하여 신호등의 구동 출력신호와 실지 신호등의 점등상태를 비교하는 신호등 감지 및 모순 검지부(170) 및 상기 주 제어부에 연결되어 교통제어 시스템에 보조 신호등, 보조 제어 입력 및 보조 출력을 제어하는 PLC부(190)로 이루어져 있다.
상기와 같이 구성된 시스템 각부의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 주 제어부(100)는 16비트 마이크로 프로세서를 중심으로 설계되었으며, 사용된 프로세서는 186계열의 V55 마이크로 콘트롤러를 사용하였으며 롬(ROM) 128K, 롬(ROM) 128K를 장치한 주 제어부 프로그램을 실장하여 시스템의 실시간 제어를 위하여 100msec 단위로 신호등의 출력을 점검하며 실시간 정보는 배터리가 내장된 실시간 클럭(Real Time Clock, 이하 RTC라 칭함) 회로를 사용하여 정전시에도 실시간 정보를 유지하도록 설계되어 FM 라디오 시보에 의하여 시간을 교정하며 제어기들의 시간 차이를 매 시간마다 보정할 수 있도록 하며, 4개의 통신포트에 의하여 현장 데이터의 수신, 시스템의 동작 상태의 감시 기능을 수행하고 직렬 통신 포트를 통해 통신 제어부와 연결되며 신호등의 출력데이터를 결정하여 신호등 구동부에 출력하며 키보드 조작에 의하여 다양한 정보를 디스플레이부에 표시하고, 또한 신호등 감시부 및 모순 검지부와 연결되어 현재 신호등 출력의 모순여부를 감시하고, 상기 직렬 통신포트를 통해 보조 신호등 및 입출력을 위한 PLC들과 연결되며, 공통선 통신 방식에 의한 다중 접속 방식을 사용하여 여러 개의 PLC를 연결하여도 통신선로의 수는 4개를 유지하여 선로의 수를 크게 줄이고 시스템의 설치, 운용 및 유지 보수가 매우 용이하다.
또한 상기 통신 제어부(120)는 하드웨어가 상기 주 제어부와 동일하며 실장되는 프로그램에 의하여 주 제어부와 다른 기능을 갖는데, 하드웨어를 동일하게 설계하고 실장되는 프로그램에 의한 기능을 다양하게 하여 하드웨어의 신축적인 기능을 실현함으로써, 하드웨어의 종류와 부품 수를 줄일 수 있음에 따라 생산 원가, 시스템의 유지 보수 및 기능을 크게 향상시킬 수 있으며, 4개의 직렬 통신 포트를 통하여 상기 주 제어부와 연결되고 또한 상기 통신 포트를 통하여 PLC를 연결하며 교통제어 현장의 다양한 요구조건을 만족할 수 있는 신축적인 시스템의 구성이 가능하도록 하고, 관제 센터와 데이터 및 제어 명령어의 송신 및 수신을 수행하며 1200bps로부터 38600bps까지의 다양한 전송 속도에 의한 비동기 직렬 통신방식을 이용하여 모뎀과 전용선을 거쳐 원격 컴퓨터와 연결된다.
다음 상기 신호등 구동부(160)는 8비트 래치(Latch)를 사용하여 상기 주 제어부(100)에서 4개의 차량용 신호등과 2개의 보행자용 신호등을 위하여 6비트의 신호등 구동 출력신호를 받아 SSR 보드에서 110/220V의 전원을 구동하며, 보행자 신호등의 4가지 음성안내 신호를 선택하기 위하여 2비트의 신호를 할당하여 최대 8 거리의 도로교통 신호등을 제어할 수 있도록 8개의 8비트 래치를 사용하였으며, 이는 24V 구동(Driver) 칩을 사용하여 주 제어부의 구동신호와 신호등의 교류 전원을분리하여 교류 전원에 의한 시스템의 영향을 차단시킨다.
그리고 상기 디스플레이 및 키보드부(150)의 표시장치는 16자 X2 행의 LCD 표시장치를 사용하여 영문과 숫자를 표시하며, 상기 키보드는 키보드 및 LED 디스플레이 콘트롤러를 사용하여 키보드 입력시 채터링(Chattering) 현상에 의한 오류를 방지하였으며 LED를 사용하여 현재 제어되고 있는 현시와 시스템의 정상 작동, 오류, 플레싱, 수동 조작 등의 상태를 표시한다.
상기 신호등감시 및 모순검지부(170)는 오류감시를 신호등의 전압과 전류를 감지함으로 수행되는데, 신호등 전원의 전압과 전류를 모두 감시하고 이를 다시 8비트 A/D 변환기를 이용하여 신호등의 실지 출력 전압 및 적정 여부를 감시함으로써 시제품에서 파악된 문제점을 개선하고 안정된 기능을 수행하며, 또한 상기 주 제어부(100)에서 출력되는 신호등 구동 신호와 현재의 신호등의 실지 출력을 비교함으로써 신호등 출력의 모순 여부와 함께 자세한 모순정보를 얻을 수 있도록 한다.
다음으로 상기 PLC부(190)는 우리 나라의 다양한 도로여건을 고려하여 본 교통제어 시스템에 보조 신호등, 보조 제어 입력 및 보조 출력을 제어하기 위한 소형 PLC를 개발함으로써 여러 개의 소형 PLC를 연결할 수 있으며, 이 경우 연결되는 PLC의 수에 따라 통신 선로의 수가 증가에 따른 PLC의 증가 및 변경의 불가능을 해결하기 위해 공통 통신선로를 이용한 다중 접속 방식을 개발하여 여러 개의 PLC를 공통선로에 연결함으로써 PLC를 추가하여도 선로를 추가할 필요없이 기존의 공통선로에 연결할 수 있어 시스템에 PLC를 추가 또는 변경이 간단하게 되며, 따라서 시스템을 유연하게 구성할 수 있으며 선로의 수가 대폭 감소되므로 시스템의 설치 및 유지비용이 대폭 절감될 수 있으며 유지 보수도 매우 간편하게 되는데, 공통선로에 연결되는 상기 PLC들(191, 192, 193)은 구성에 따라 상기 주 제어부(100) 또는 통신 제어부(120)에 9600bps의 전송 속도의 비동기 직렬 통신 방식으로 연결되며 7비트의 ID에 의하여 서로 구분된다.
도 2a 에서 도 2f 는 본 발명에 따른 시스템 주변장치 구성도로서, 각 주변장치의 구성을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 신호등의 출력을 제어하는 부분으로 시간지연(TOD) 제어방식 뿐만 아니라 프로그램 변경에 의하여 다양한 알고리즘의 제어 방식을 수용할 수 있도록 설계된 상기 주 제어부(100)는, 16비트 마이크로프로세서로 제어기능의 수행 및 외부 통신포트 기능을 수행하는 제 1 중앙처리부(이하 CPU라 칭함)(101), 상기 제 1 중앙처리부에 각각 연결되어 모니터(MONITOR) 및 운용시스템(Operating System, 이하 OS라 칭함) 프로그램을 저장하는 제 1 운영체계 저장부(OS-ROM)(102), 상기 제 1 중앙처리부에 연결된 각 장치의 제어프로그램을 저장하는 프로그램 저장부(103), 현장 교통제어 데이터베이스를 저장하는 데이터베이스 비휘발성에스램(NVSRAM)(104), 각 장치의 처리결과를 저장하는 작업용 메모리인 제 1 램(RAM)(105), 날짜와 시간 등의 실시간 정보를 제공하는 실시간 클럭부(RTC)(106), 외부 장치와의 통신포트 기능을 수행하는 제 1 비동기형 송수신부(USART)(107), 자동, 수동 및 표시장치 등의 부가 외부 입출력부(108a)와 연결되어 모순검지기로부터 신호등 모순정보를 입력하는 제 1 병렬 포트부(Port)(108),신호등 구동부(160)와 연결되어 신호등 구동출력을 위한 데이터 버스(bus) 출력을 수행하는 버스 구동부(Driver)(109)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 주 제어부는, 상기 제 1 중앙처리부(CPU)(101)에 연결된 데이터베이스 NVSRAM(104)을 통해 신호등 출력 데이터베이스를 검색 및 현장 교통제어 데이터베이스를 저장 및 수정하고, 상기 RTC(106)로부터 실시간 날짜와 시간을 제공받으며, 데이터베이스 NVSRAM(104)에서 신호등 출력 결정 및 출력을 처리하고, 부가 입출력부(108a)에 접속된 병렬 포트(108)로부터 모순검지기의 신호등 출력의 모순여부에 따른 동작을 수행하며, 램(105)을 통해 자동 및 수동의 동작을 결정하며, 보행자용 음성 신호제어 등 각종 부가 출력과 입력을 제어하고, 상기 통신 제어부에 의한 관제시스템과 원격으로 연결한다.
또한 지역 제어 시스템과 관제 센터 사이에서의 교통량 정보에 대한 통신기능을 수행하는 상기 통신 제어부(120)는, 모니터 및 운용시스템 프로그램을 저장하는 제 2 운영체계 저장부(OS-ROM)(122)와, 통신프로그램을 저장하는 제 2 프로그램 저장부(123) 및 작업결과를 저장하는 작업용 제 2 메모리 램(124), 상기 각 장치에 대한 제어기능의 수행 및 외부 통신포트 기능을 수행하는 제 2 중앙처리부(121) 및 상기 제 1 중앙처리부(101)로부터의 정보를 받아 통신 제어부와 주 제어부, 교통정보 수집부 및 관제 시스템과 연결되도록 하는 제 2 비동기형 송수신부(USART)(125)로 구성된다.
상기 구성에 따른 통신 제어부(120)는 주 제어부(100), 교통량 측정부(110) 및 관제시스템(130)과 연결하며 원격 제어 및 교통정보 전송 등의 기능을 수행한다.
다음 교류전원에 의한 시스템의 영향을 차단하는 상기 신호등 구동부(160)는 신호등에 동작상태에 대한 데이터를 저장하는 신호등 데이터 버퍼(161), 상기 저장된 데이터를 받아 신호등(163) 작동을 위한 교류(AC)전원을 구동하는 솔리드 스테이트 릴레이부(SSR)(162), 구동 전원의 전압 및 전류를 감시하는 전류 감지부(Current Transformation, 이하 CT라 칭함)(164), 감지된 전압 및 전류를 제공받는 모순 검지부(165)로 이루어져 있다.
상기와 같이 구성된 신호등 구동부(160)는 상기 주 제어부(100)의 버스 구동(Driver) 부분을 통하여 신호등 구동을 위한 TTL 레벨(Level)의 신호를 받아 이를 교류(AC) 220V 신호로 구동하여 신호등을 점멸하며, 또한 신호등의 전압과 전류를 감지하여 이를 모순 검지부(170)로 제공한다.
또한 상기 디스플레이 및 키보드부(150)는 키보드 입력에 의하여 상기 주 제어부의 상태 및 각종 정보를 표시하는 디스플레이부(152) 및 키보드(153)를 제어하는 주 제어부(100)와 연결된 키보드 및 디스플레이 제어 칩(151)으로 이루어져, 상기 키보드(153)에 의하여 상기 주 제어부(100)의 동작을 제어하고, 데이터베이스를 입력 및 수정하며, 저장된 데이터베이스 내용을 검색하고 표시하는 기능을 수행한다.
상기 주 제어부(100)에 연결된 신호등 감시 및 모순검지부(170)는, 모니터 및 운용시스템 프로그램을 저장하는 제 3 운영체계 저장부(OS-ROM)(172), 통신 프로그램을 저장하는 제 3 프로그램 저장부(173), 작업의 처리결과를 저장하는 작업용 메모리인 제 3 메모리 램(174), 상기 각 장치를 제어하는 16비트 마이크로프로세서로 제어기능 및 외부통신포트로서의 기능을 수행하는 제 3 중앙처리부(CPU)(171), 상기 CPU를 통해 신호등의 전압, 전류를 감시하는 전압, 전류 감시부(175), 상기 전압, 전류 감시부의 데이터의 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 신호등 구동부로 전달하는 신호 다중화부(176), 상기 제 3 중앙처리부(171)로부터 신호등 출력감시에서 모순발생시 주 제어부로 통보하는 제 2 병렬포트부(177)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 신호등 감시 및 모순검지부(170)는 신호등 출력의 모순 여부를 감시하고, 신호등의 전압 및 전류를 감시하여 모순 발생시 주 제어부(100)로 통보하여 상태변화 신호(Flashing) 기능을 발생하도록 한다.
다음 상기 주 제어부에 연결되어 교통제어 시스템에 보조 신호등, 보조 제어 입력 및 보조 출력을 제어하는 PLC부(190)는 상기 주변장치들의 신호를 입력 및 출력하는 입·출력 포트(Port)(192, 193), 상기 입출력된 신호를 상기 주 제어부(100)로 연결하는 제 4 중앙처리부(CPU)(191)로 이루어져, 소형 프로세서에 의해 보조 입출력을 수행하며, 필요에 따라 여러 개의 PLC부를 공통선호에 연결하는 기능을 수행한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 상용화 기술 개발로 예상되는 파급효과를 기술적, 경제적, 사회적 분야로 나누어 기술하면 다음과 같다.
먼저, PLC의 상용화개발로 인한 기술적인 효과를 살펴보면 다음과 같다.
직렬 연결 통신 방식의 PLC를 개발 상용화함으로써 교통 제어기를 설치할 때 연결 전선의 숫자를 현저히 줄일 수 있고, 교통량 측정 장치 등의 교통 신호 시스템 주변 장치를 용이하게 추가할 수 있으며, 시스템을 단순화 및 소형화시킬 수 있음에 따른 분산 제어 방식의 이용을 통해 공장 자동화나 대형 건물의 자동 제어에 있어서 그 기대되는 효과가 크며, 특히 제어해야 할 센서와 서브시스템의 수가 증가할수록 이용가치가 증가하며, 또한 언어를 고급언어인 C언어에 의한 표준화를 수행함으로써 그 동안 그 분야에 오랫동안 종사하여 명령어에 익숙한 기술자들의 전용물인 PLC를 C언어와 같은 고급 언어로 제어할 수 있음으로서 이러한 어려움을 해결하고 표준화할 수 있으며, 적응 제어기를 상용화하여 설치함으로써 현저한 교통 소통량의 증가를 가져올 수 있으며, 단순한 기술개발에서 더 나아가 실용화를 위한 상용 제품을 위한 하드웨어의 설계, 제작 및 시험 기술을 개발하며 실지 도로망에 설치하기 위한 소프트웨어의 개발은 도로교통 관련 산업의 상용 기술 개발에 큰 기여를 할 수 있다.
다음 경제적인 효과를 보면, 현재 우리 나라에 설치된 교통 제어기의 숫자는 이만여 개 이상이며, 한 대당 150만씩 수명을 5년으로 계산하면 연간 60억원 이상의 경비가 소요되는데 본 발명을 통해 개발된 PLC의 가격은 약 20만원 정도로 예상되므로 28억원 이상의 경제적 효과를 가져올 수 있고, 또한 수출까지 고려한다면 그 효과를 더욱 크리라 예상할 수 있으며, 제어 시스템의 유연성 있는 하드웨어 설계 및 기능 실현 소프트웨어의 자체 개발은 교통신호 제어 외에 대형 건축물의 자동관리시스템, 엘리베이터 작동, 기계 설비의 자동화 등 다양한 분야에 이용이 가능해 이러한 부분까지 고려한다면 경제적인 효과는 더욱 증가할 뿐만 아니라 적응 제어기를 이용함으로 얻어지는 교통 체증 감소로 인한 에너지 절감, 노동력 절감, 교통사고 감소, 환경 오염 감소 등 그 경제적 효과는 돈으로 환산할 수 없을 정도로 엄청나다.
다음으로 사회적 효과로는, 교통 체증 감소로 인한 정신적인 피해의 감소, 공기 오염의 예방으로 인한 환경 보호, 에너지 소비의 감소로 인한 일류자원 보호, 교통사고 방지로 인한 국민 행복의 유지 등을 들 수 있다.

Claims (14)

  1. 교통량 흐름을 극대화하기 위한 교통신호 시스템에 있어서,
    지능형 교통신호 제어프로그램과 현장 데이터베이스를 메모리에 저장하고 시간 지연 방식 및 원격 관제 센터에 의한 교통 신호등의 제어기능을 수행하는 주 제어부;
    교통제어 현장에 설치되어 운용되는 지역 제어시스템과 상기 관제 센터 사이에 정보와 제어신호를 송신 및 수신하며 상기 지역제어시스템에 연결되는 교통량 측정 장치에서 얻어지는 교통량 정보를 관제 센터에 전송하는 통신기능을 수행하는 통신 제어부;
    일정 비트 래치를 사용하여 상기 주 제어부의 구동신호와 신호등의 교류전원을 분리하여 교류전원에 의한 시스템의 영향을 차단하는 신호등 구동부;
    키보드 입력으로 상기 주 제어부의 상태 및 각종 정보를 표시하는 디스플레이 및 키보드부;
    상기 신호등 출력의 정상 및 오류를 감시하기 위하여 신호등의 구동 출력신호와 실제 신호등의 점등상태를 비교하는 신호등 감지 및 모순 검지부; 및
    상기 주 제어부에 연결되어 교통제어 시스템에 보조 신호등, 보조 제어 입력 및 보조 출력을 제어하는 프로그램 가능 논리 제어부(PLC)로 이루어진 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주 제어부는
    소정 비트 마이크로프로세서로 제어기능의 수행 및 외부 통신포트 기능을 수행하는 제 1 중앙처리부와;
    상기 중앙처리부에 연결되어 모니터(Monitor) 및 운영시스템(OS) 프로그램을 저장하는 운영체계 저장부(OS-ROM)와;
    상기 중앙처리부에 접속되어 세부 장치에 대한 제어프로그램을 저장하는 롬(ROM)과;
    상기 중앙처리부에 연결되어 현장의 교통제어 데이터베이스를 저장하는 비휘발성에스램(NVSRAM)과;
    상기 각 장치의 처리결과를 저장하는 작업용 메모리인 램(RAM)과;
    중앙처리부에 접속되어 날짜와 시간의 실시간 정보를 제공하는 실시간 클럭부(RTC)와;
    상기 중앙처리부에 연결되어 외부장치와의 통신포트 기능을 수행하는 비동기형 송수신부(USART)와;
    중앙처리부에 접속되어 자동, 수동 및 표시장치 같은 부가 외부입출력 장치와 연결되어 모순검지기로부터 신호등 모순정보를 입력하는 병렬 포트; 및
    상기 신호등 구동부와 연결되어 신호등 구동출력을 위한 데이터 버스 출력을 수행하는 버스 구동부로 이루어진 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 주 제어부는
    일정 개수의 비동기 직렬 통신 포트에 의해 현장 데이터의 수신, 시스템의 동작 상태의 감시기능 및 통신제어부와의 연결을 수행하는 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 통신 제어부는
    각 장치에 대한 제어기능의 수행 및 외부 통신포트 기능을 수행하는 제 2 중앙처리부(CPU)와;
    상기 중앙처리부에 연결되어 모니터 및 운용시스템 프로그램을 저장하는 OS-ROM, 통신프로그램을 저장하는 프로그램 롬 및 작업 결과를 저장하는 작업용 메모리 램과;
    상기 중앙처리부로부터 정보를 받아 통신 제어부와 주 제어부, 교통정보 수집부 및 관제 시스템과 연결되도록 외부통신포트로 추가된 USART로 이루어진 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 신호등 구동부는
    신호등의 동작상태에 대한 데이터를 저장하는 신호등 데이터 버퍼와;
    상기 저장된 데이터를 받아 신호등 작동을 위한 교류전원을 구동하는 솔리드 스테이트 릴레이부(SSR)와;
    구동 전원의 전압 및 전류를 감지하는 전류 감지부(CT); 및
    감지된 전압 및 전류를 제공받는 모순 검지부로 이루어진 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 신호등 구동부는
    최대 소정 거리의 도로교통 신호등을 제어할 수 있도록 소정 비트의 래치(latch)를 사용하는 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 래치는
    소정 전압(Volt)의 구동자 칩을 사용하여 상기 주 제어부의 구동신호와 신호등의 교류전원을 분리함으로써 교류전원에 의한 시스템의 영향을 차단하는 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 및 키보드부는
    주 제어부의 동작 제어와 데이터베이스 입력 및 수정과 저장된 데이터베이스내용의 검색과 표시상태 및 각종 정보를 표시하는 키보드 및 디스플레이부와;
    상기 키보드 및 디스플레이부를 제어하는 주 제어부에 연결된 키보드 및 디스플레이 제어 칩으로 이루어진 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 디스플레이부는
    16자 X 2행의 LCD 표시장치를 사용하여 영문과 숫자를 표시할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 키보드부는
    키보드 및 LED 디스플레이 콘트롤러를 사용하여 키보드 입력시 채터링현상에 의한 오류를 방지하고, 상기 LED를 사용하여 현재 제어되고 있는 현시와 시스템의 정상 작동, 오류, 플래싱, 수동조작의 상태를 표시하도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 신호등 감지부 및 모순 검지부는
    모니터 및 운용시스템 프로그램을 저장하는 OS-ROM, 통신 프로그램을 저장하는 프로그램 롬, 작업의 처리결과를 저장하는 작업용 메모리인 램과 연결되어 상기각 장치를 제어함과 동시에 외부통신포트로서의 기능을 수행하는 제 3 중앙처리부와;
    상기 중앙처리부를 통해 신호등의 전압, 전류를 감시하는 전압, 전류 감시부와;
    상기 전압, 전류 감시부의 데이터의 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 신호등 구동부로 전달하는 신호 다중화부와;
    상기 중앙처리부로부터 신호등 출력감시에서 모순발생시 주 제어부로 통보하는 병렬포트로 이루어진 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 신호등 감지부는
    신호등 전원의 전압과 전류를 모두 감시하여 감시한 전압 전류를 8비트 A/D 변환기를 이용하여 신호등의 실지 출력 전압 및 전류값의 적정 여부를 감시하여 안정된 기능을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 프로그램 가능 논리 제어부는
    주변 장치들의 신호를 입력 및 출력하는 입·출력 포트와;
    상기 입출력된 신호를 상기 주 제어부로 연결하는 제 4 중앙처리부로 이루어진 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    여러 개의 상기 프로그램 가능 논리 제어기를 공통선로에 연결하는 공통선로를 이용한 다중 접속 방식을 사용함으로써 시스템에 프로그램 가능 논리 제어기를 추가 및 변경이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 도로교통제어 시스템.
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