KR200374785Y1 - 열차추적방식에 의한 건널목 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본원고안은 전자시스템을 이용한 열차추적에 의해 건널목 구간 내에서의 열차검지, 위치별 경보처리 및 차단기 제어를 수행하고,

외부열차검지장치 및 오동작에 의한 건널목의 무경보·무차단을 방지하는 한편, 열차의 이상진입상태를 판단하여

건널목에서 오류없는 완전한 경보 및 차단기 제어를 수행할 수 있도록 한 열차추적방식에 의한 건널목제어시스템에 관한 것이다.

Description

열차추적방식에 의한 건널목 제어시스템{ Control device for railway crossing by the method of tracking train }

<고안이 속하는 기술분야>

본원고안은 건널목보안장치의 제어장치에 관한 것으로서

이를 보다 상세히 설명하면,

건널목의 경보 및 차단장치를 제어함에 있어서, 전자시스템을 이용한 열차추적에 의해 건널목구간 내에서의 열차검지·위치별 경보처리 및 차단기 제어를 수행하고,

외부열차검지장치 및 오동작에 의한 건널목의 무경보·무차단을 방지하는 한편, 열차의 이상진입상태를 판단하여 건널목에서 오류없는 완전한 경보 및 차단기 제어가 이루어질 수 있도록 하기 위한 열차추적방식에 의한 건널목 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건널목 보안장치(Level-Crossing System)라 함은 철도와 도로가평면 교차하는 개소에 설치하여 사전에 열차의 진입을 통행자에게 인식하게 하여 사고를 방지하기 위한 안전설비를 말한다.

상기 건널목 보안장치는 열차운행 횟수와 도로교통량에 따라 차단기와 경보기가 24시간 동작하거나 건널목 안내원이 근무하는 1종 건널목, 경보기만 동작하는 2종 건널목, 건널목 교통안전표지판만 설치되어 있는 3종 건널목 등으로 분류된다.

상기 1종 및 2종 건널목에 설치된 차단기 및 경보기 등의 동작은 대부분 자동화되어 운용되고 있다. 즉 상기 장치들은 자동으로 열차의 접근을 검지한 후, 자동으로 이를 경보하는 한편, 자동으로 차단기를 작동시켜 건널목을 통행하는 사람이나 차량의 통행을 차단하거나 이를 해제함으로서 건널목의 안전을 확보하고 있다.

상기와 같은 건널목 보안장치들을 구성하는 각종 설비들을 제어함으로서 이들 설비들이 일관성있게 동작되도록 하여 건널목의 안전을 확보할 수 있도록 하는 제어시스템을 건널목 제어시스템이라 한다.

<고안이 속하는 기술분야의 종래 기술>

종래의 기술에 의한 건널목보안장치의 제어시스템의 구성을 도1을 참조하여 설명하면,

기존에 사용되는 건널목 제어시스템의 구성은,

궤도회로를 이용하여 건널목 구간에 진입하는 열차의 유무 및 위치를 검지하는 열차검지장치(110)와;

상기 열차검지장치로부터 수신된 열차검지정보에 의해 동작하며, 이후 건널목보안장치의 동작을 제어하기 위한 소스정보를 제공하는 열차검지계전기(120)와;

보조계전기로 이루어지고, 상기 열차검지계전기와 연동되며, 상기 열차검지계전기의 동작정보를 기초로 하여 경보기의 경보동작 및 차단기의 차단동작을 제어하는 계전기로직(130)과;

상기 계전기로직의 동작에 따라 경보등의 동작을 제어하는 등종제어카드(140)와;

상기 계전기로직의 동작에 따라 음성경보기의 동작을 제어하는 음성경보카드(150)로; 되어 있다.

상기 열차검지장치(110)는 건널목에 접근하는 열차를 검지하기 위한 장치로서, 보통 궤도회로 또는 건널목 제어자를 이용하여 열차의 진입을 검지하게 된다.

보통 건널목 제어시스템에서 건널목 경보장치를 제어하기 위해 채택되는 일반적인 방식으로는

①건널목의 여건에 따라 양쪽 열차접근 시점에서부터 건널목까지 궤도회로를 구성하여 제어하는 궤도회로 방식과

②경보시점과 경보종점에 트랜지스터와 LC발진회로를 이용한 제어자를 설치하여 제어하는 제어자 방식의 두 가지가 있다.

종래의 건널목 제어방식에서는 주로 이 두 방식을 병행하여 사용하고 있으며, 이 방식은 모두 계전기를 이용하여 열차의 접근과 관련된 정보를 단순히 입력받은 후, 그 정보에 따라 계전기 로직을 작동시켜 건널목 경보종(등)을 울려 열차의 접근을 경보하는 한편, 차단기를 승강 또는 하강시켜 통행을 제어하도록 하는 것이다.

상기 궤도회로를 이용하는 연속제어 방법은, 경보 개시점과 경보 종점 사이를 단일 궤도회로로 구성하여 열차의 유무를 검지하는 방식으로서, 회로의 구성이 단순하고 보수 유지가 쉬우며 연속적으로 제어할 수 있어 안전도가 높고 입환차량 등에 의한 제어에 효과적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또한 건널목 제어자를 이용하는 점제어방법은 고주파 발진회로의 궤환회로의 일부로 레일을 사용하여 열차의 유무에 따라 발진 여부를 결정하여 열차를 검지하는 방식으로서, 이 방식은 궤도절연 없이 10m ~ 20m 정도의 제어거리를 가지며, 건널목이 2 ~ 3개소씩 중첩된 구간, 전철구간 등과 같이 궤도회로를 사용하기 곤란한 장소에 사용할 수 있는 장점이 있다.

상기 제어방법은 모두 계전기를 이용하여 열차의 이동정보를 획득한 후, 이와 연동되는 계전기로직에 의해 경보기 및 차단기의 동작을 제어하는 공통점을 가지고 있다.

종래의 제어방식에서 사용하고 있는 계전기의 종류 및 기능과 각 계전기의 평상시의 상태를 일례를 들어 설명하면 다음 표와 같다.

명칭	계전기명	계전기 상태	기능	비고
		평상시			열차 검지시
ADC	하행 경보 시점 계전기	ON	OFF	하행경보시점, 상행통과	제어자방식의 경우
BDC	상행 경보 시점 계전기	ON	OFF	상행경보시점, 하행통과
CDC	경보 종점 계전기	OFF	ON	열차 건널목도착
APR	하행 경보 시점 계전기	ON	OFF	하행경보시점, 상행통과	궤도회로방식의 경우
BPR	상행 경보 시점 계전기	ON	OFF	상행경보시점, 하행통과
CPR	경보 종점 계전기	OFF	ON	열차 건널목도착
SR	완방 계전기	ON	OFF	경보기의 시간차 동작
SLR	경보구간 계전기	OFF	ON	경보구간내 열차 존재
CSR	추적 구간 계전기	OFF	ON	경보정지후 건널목 제어구간내 열차 존재
R1	경보 제어 계전기	ON	OFF	경보기기 제어
R2	차단기 제어 계전기	ON	OFF	건널목 차단기 제어
R3	차단기 시소계전기	ON	OFF	차단기의 시간차 동작

또한 상기와 같이 구성된 계전기로직의 동작과정을 도2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도2는 단선구간에서 건널목 경보기 및 차단기를 제어하는 건널목제어회로를 예시한 것으로 여기에서는 하행의 경우를 예를 들어 설명하도록 한다.

평상시 2420(지정 구간 내에 열차가 없는 상태)인 ADC 및 BDC가 여자되어 있고 2440(지정 구간 내에 열차가 있는 상태)인 CDC는 낙하되어 있다.

또 APR, BPR, SR, R1, R3, R2가 여자되어 있고 SLR, CSR, CPR은 낙하되어 있다.

열차가 A방면에서 ADC의 제어지점으로 진입하면 ADC가 낙하하고 이에 따라서 APR낙하로 SR이 낙하하며 이때 경보종 및 경보등이 동작하게 된다.

또한 R1낙하하면 일정시간 후 R3가 낙하하며 이에 따라 R2가 낙하하여 전동차단기가 하강하게 된다.

다시 열차가 ADC제어 지점을 통과하여 건널목에 도달하지 않는 중간지점에 있을 때 열차의 통과로 ADC는 여자되나 SR은 여자되지 못한 상태이며 이때는 SR낙하 접점으로 SLR이 여자하게 되므로 R1, R3, R2는 여전히 낙하를 지속하여 경보가 계속된다.

한편 열차가 건널목에 도달하면 CDC의 제어지점에 진입하므로 CDC가 여자되어 CPR이 여자되며 CPR의 여자로 CSR이 자기접점 및 SR낙하조건으로 자기유지하게 된다.

또한 CSR동작접점과 먼저 동작되어 있는 SLR동작접점으로 SR이 여자하며 자기접점으로 자기유지하게 된다.

이 과정에서 CSR이 낙하될 때까지는 계속 낙하를 지속하여 경보가 지속된다.

열차가 건널목을 완전 통과하여 BDC제어 지점과 건널목 사이를 통과중일 때 CDC 제어지점을 통과 완료와 동시에 여자되어 있던 CDC는 낙하하여 CPR이 낙하하고R1이 여자되어 경보가 끝나게 된다.

CSR은 BPR, SLR, CSR 자기접점으로 계속 동작 유지한다. 또한 R1, R3, R2도 계속 여자되어 있으므로 경보 및 차단기는 평상시 상태로 복귀된다.

즉 APR, BPR, SR, R1, R3, R2 및 CSR은 여자되고 SLR은 낙하한다.

열차가 BDC제어지점에 진입하면 BDC낙하로 BPR이 낙하하며 따라서 SR이 낙하한다. 그러나 SLR은 순간 여자되어 SR을 여자 복귀시키면 SR과 같이 낙하하게 되어 평상상태로 복귀되는 것이다.

B방면에서 열차진행시에도 위와 같은 과정을 방향을 바꾸어 반복하여 동작하게 된다.

또한 제어대상기기인 경보기(경보등 및 음성경보기)의 동작과정을 살펴보면,

상기 경보계전기 R1이 Off되면 R1 경보제어조건으로 등종제어카드 및 음성카드를 제어하여 건널목 현장의 경보등, 경보종, 경보음성을 발생시키게 된다.

또 상기 경보계전기 R1의 Off시 차단기 timer를 구동하여 사전에 설정된 시간이후 차단기 제어계전기 R2를 Off하여 차단기를 하강시키게 된다.

또한 열차가 건널목(CDC)을 통과하면 경보계전기 R1과 차단기 제어계전기 R2가 On됨으로 경보는 정지되고 차단기는 상승된다.

이와 같은 과정을 거쳐 경보시스템의 동작이 완료된다.

그러나 상기와 같은 종래의 제어시스템은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째 열차정보에 대한 입력의 오류에 의한 오동작의 우려가 있다.

종래의 열차검지장치가 가지는 문제점으로는,

①열차 검지 장치를 궤도 회로를 이용하여 구성 하였을 경우에는 그 열차 검지 방법이 차륜과 레일의 단락 상태를 이용하는 것이므로 열차 검지 장치의 조정 불량, 열차 중량에 의한 진동, 레일 부식, 합성 제륜자의 가루 등으로 차축에 의한 단락(SHORT) 감도가 저하되어 경 차량인 경우 단락전류가 흐르지 않게 되므로 열차를 검지하지 못하게 된다는 점,

②또한 종래의 기술에서는 하나의 검지 장치가 1개의 열차를 여러 번 검지하는 경우에는 조건에 따라 계속 경보, 무경보 등의 고장으로 전이 될 수 있다는 점,

③열차 검지 장치를 건널목 제어자로 구성하였을 경우에는, 건널목 제어자의 주파수가 2채널뿐이므로 건널목이 밀집된 곳에서는 다른 제어자와 혼신 되거나 또는 주위의 노이즈 등으로 인하여 불안정 동작을 일으키게 된다는 점,

④계전기 동작 횟수가 증가 할수록 접점 동작이 불완전하고 채터링 현상이 발생하여 건널목 차단기가 제대로 동작하지 않는다는 문제점, (즉, 온(ON), 오프(OFF) 동작이 불확실 하다는 점)

⑤열차의 위치를 정확히 파악할 수 없다는 점 등이 있으며 이에 기인하여 열차정보에 대한 입력의 오류가 발생하여 건널목제어장치가 오동작할 우려가 있다.

둘째, 로직처리에 있어서 오동작의 우려가 있다.

종래의 열차검지장치는 열차검지입력정보에 따라 실제 건널목 경보제어 및 차단기제어는 건널목 제어유니트에서 계전기로직으로 구동된다.

따라서 계전기로직으로 구동됨으로 인해서 상기 첫 번째 오동작 사유(열차정보에 대한 입력 오류) 및 계전기로직에서 계전기의 접점불량이 발생할 경우 실제 경보구간에서 열차가 운행 중임에도 불구하고 경보가 해제되거나 차단기가 상승되는 등의 문제점이 발생하여 치명적인 건널목 사고를 유발할 수 있다.

또한 이전열차가 건널목을 통과하기 이전에 후속열차가 건널목에 진입할 경우 건널목의 경보는 이전 열차에 의해 정지되고 후속열차는 경보가 없는 상태에서 건널목을 통과하게 된다는 문제를 안고 있다.

상기와 같은 장애(사고) 사례를 몇 가지 예시하면 다음과 같다.

1) 계전기 방식의 건널목 구간 내 열차검지와 경보제어 오동작시 ADC가 순간고장 복구할 때 SLR계전기는 ON이 됨으로 계속 경보를 발생한다.

2) ADC를 열차가 통과 후 SLR계전기가 동작된 상태에서 CDC가 순간 고장복구 혹은 진동 등에 의해 계전기가 여자 복구 시 계전기는 전기회로임으로 경보가 정지된다.

이때 실제 열차는 건널목으로 진입하였으나 건널목은 경보가 정지되고 차단기가 상승되어 건널목 통행 차량은 건널목 내로 진입하여 열차와 추돌하는 사고가 발생한다.

3) 건널목을 통과하는 열차가 다수일 경우

1번째 열차가 ADC를 통과하고 건널목을 통과(CDC를 통과)하기 이전에 2번째 열차가 ADC를 통과하고 1번째 열차가 건널목(CDC)를 통과하면 경보가 해제되고 차단기는 상승된다.

이때 실제적으로는 2번째 열차가 건널목으로 진입함으로 건널목 통행차량과 추돌하는 결과를 초래한다.

4) 건널목 구간 내 포크레인 등 궤도형 차량이 통과 시 건널목 열차 통과검지 장치인 CDC가 동작됨으로 열차 진입 시 계전기로직이 이상 동작함으로 경보가 발생되지 않는다.

본원고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

기존의 건널목에서 사용하던 계전기를 이용한 단순 입력정보에 따라 건널목의 경보 및 차단기를 제어하던 방식에서 벗어나, 프로그램을 이용한 열차추적방식에 의해 건널목 구간 내에서의 열차의 유무검지, 위치별 경보처리 및 차단기 제어를 수행함으로서 열차검지장치(궤도회로장치나 제어자장치) 및 기기의 오동작에 의한 건널목의 무경보·무차단을 방지하고 열차의 이상 진입상태를 판단하여 건널목에서의 완전한 경보 및 차단기 제어를 수행할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한 상기와 같은 방식에 의해 경보 및 차단기의 제어를 수행함으로서, 실제 건널목 상에서 발생될 수 있는 기계적 전기적인 오류에 의한 건널목 경보, 차단의 오동작을 방지하기 위해 입력의 안전성을 검증하여 실제 운행 열차의 안전성을 확보하고 건널목 구간 내의 열차 이동을 프로그램으로 제어하여 이상 상태로 전이되는 것을 방지함을 또 다른 목적으로 한다.

도1은 종래의 기술에 의한 건널목 제어시스템의 구성도

도2는 단선구간에서 건널목 경보기 및 차단기를 제어하는 건널목제어회로

도3는 본원고안에 의한 건널목 제어시스템의 구성도

도4은 본원고안에 의한 건널목제어시스템의 제어흐름도

도5는 입력데이터의 적합성을 판단하기 위한 시간표

도6는 입력데이터의 적합성을 판단하기 위한 흐름도

도7는 본원고안에 의한 열차의 추적 논리도

도8는 열차의 위치를 추적하기 위한 논리 테이블 1

도9는 열차의 위치를 추적하기 위한 논리 테이블 2

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 열차검지장치 120 : 열차검지계전기

130 : 계전기로직 140 : 등종제어카드

150 : 음성경보카드

310 : 열차검지장치 320 : 열차검지계전기

330 : 입력카드(입력회로) 340 : 마이크로프로세서

350 : 출력카드(출력회로) 360 : 등종제어카드

370 : 음성(경보)카드

상기와 같은 목적을 달성키 위한 본원고안의 구성을 도3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도3은 본원고안에 의한 건널목제어시스템의 구성도이다.

도3에 도시된 바와 같이 본원고안의 구성은,

궤도회로를 이용하여 건널목 구간에 진입하는 열차의 유무 및 위치를 검지하는 열차검지장치(310)와;

상기 열차검지장치로부터 수신된 열차검지정보에 의해 동작하며, 이후 건널목보안장치의 동작을 제어하기 위한 소스정보를 제공하는 열차검지계전기(320)와;

열차검지장치에서 검지된 열차정보(열차검지계전기의 동작정보)를 입력 받아 입력회로의 이상유무 및 데이터의 적합성 여부를 검증하여 정상 입력여부를 판단하는 입력카드(입력회로)(330)와;

상기 입력카드에서 입력된 열차정보로 건널목 구간 내에서 운행되는 개별 열차의 위치·방향·경보처리·열차추적을 수행하고 각 위치별 이동의 적합성과 안전성을 판단하여 경보제어명령 및 차단기 제어명령을 생성하는 마이크로프로세서(340)와;

상기 마이크로프로세서에서 연산 처리된 경보 제어출력 및 차단기 제어명령을 출력하고 출력되어지는 정보를 재검증하여 출력에 대한 안전성을 판단하는 출력카드(출력회로)(350)와;

상기 마이크로프로세서의 지시에 따라 경보등의 동작을 제어하는 등종제어카드(등종제어회로)(360)와;

상기 마이크로프로세서의 지시에 따라 음성경보기의 동작을 제어하는 음성경보카드(음성경보회로)(370)로; 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본원고안의 전체적인 동작과정을 도4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도4는 본원고안에 의한 건널목제어시스템의 제어흐름도이다.

먼저 열차가 건널목 의 개시 구간에 진입하면,(A1단계)

열차검지장치(310)는 궤도회로의 단락 혹은 제어자의 단락으로 열차의 진입을 검지한다.(A2단계)

이어서 열차검지장치(310)가 열차검지신호를 송신하면,(A3단계)

열차검지계전기(320)가 동작하면서,(A4단계)

건널목 보안장치의 동작을 제어하기 위한 소스정보 즉, 열차의 검지정보를 입력회로(330)로 송신한다.(A5단계)

입력회로(330)는 상기 소스정보가 입력되면 도5 내지 도9에 따라 입력회로의 이상유무 및 데이터의 적합성을 검증하여 정상입력 여부를 판단한 후, 부적합한 데이터는 무시하고 적합한 것으로 판단되는 데이터만을 마이크로프로세서(340)로 전송한다.(A6단계)

상기 입력회로(330)로부터 마이크로 프로세서(340)로 데이터가 입력되면, 마이크로프로세서(340)는 동 신호를 분석하여 도5 내지 도9에 따라 건널목 구간내에서 운행되는 모든 개별열차의 위치·방향·경보처리 상황 등을 판단하기 위한 열차추적을 수행한 다음, 각 위치별 이동의 적합성과 안정성을 판단한다.(A7단계)

상기 판단결과에 따라 열차의 검지장치나 기기의 오동작에 의한 무경보·무차단 상태를 방지할 수 있는 최종적이고 가장 완전한 경보기기 및 차단기 제어명령을 출력회로(350)로 출력한다.(A8단계)

이어서 출력회로(350)는 상기 마이크로프로세서(340)에서 연산처리되어 출력된 경보기기 및 차단기를 제어하기 위한 제어명령을 재검증하여 마지막 안정성을 확보한 다음,(A9단계)

차단기를 제어하기 위한 차단기제어신호를 차단기로 출력함과 동시에, 경보등 및 음성경보기를 제어하기 위한 경보기기제어신호를 등종제어카드(등종제어회로)(360)와 음성카드(음성제어회로)(370)로 출력한다.(A10단계 및 A12단계)

상기 경보기기 제어신호를 입력받은 등종제어회로(360) 및 음성제어회로(370)는 미리 정해진 동작절차에 따라 경보등 및 음성경보기의 동작을 제어하기 제어신호를 경보등 및 음성경보기로 출력한다.(A13단계 및 A15단계)

상기와 같은 과정을 거쳐서 건널목 보안장치를 구성하는 각각의 보안장치들을 제어하기 위한 신호가 각각의 건널목 보안장치, 즉, 차단기·경보등·음성경보기로 출력되면 동 제어신호에 의해 각각의 건널목 보안장치는 제어동작(차단 및 경보동작)을 수행하게 된다. (A11단계, A14단계, A16단계)

이어서 상기 동작과정 중 입력회로(330)에서 수행되는 입력회로로 입력되는 데이터의 적합성 여부를 판단하는 방법과,

상기 동작과정 중 마이크로프로세서(340)에서 수행되는 신호의 분석 및 열차의 이동의 적합성과 안정성을 판단하는 과정을 설명한다.

본원고안에서 열차검지장치(310) 및 열차검지계전기(320)로부터 입력되는 신호를 분석하여 신호의 안정성(데이터의 적합성, 열차이동의 적합성 및 안정성 등)을 판단하기 위해서는 일정한 전제조건이 필요하다.

이 전제조건은 다음 3가지로 구분할 수 있다. 즉, 열차의 검지조건, 경보제어조건, 후속열차 판단조건이 그것이다. 이 조건들은 각각 다음의 조건들을 만족시키는 것으로 한다.

1) 열차의 검지 조건

열차의 검지 조건은 열차 추적용 검지 조건과 구내 경보조건으로 나누고,

상기 열차 추적용 검지조건은 건널목 제어자 반응 릴레이 접점 조건을 사용하며, 이를 기초로 열차 추적을 실행하여 열차의 점유 수, 위치를 판단하고,

상기 구내 경보조건은 ①궤도회로 조건을 사용하며, ②단선제어에서는 방향성을 가짐으로 역방향 열차는 검지하지 않고, 열차를 검지한 경우, 일정한 시간(기준 경보 시분) 경보 제어를 실행한다.

2) 경보제어 조건은 열차의 검지에 관한 조건과 열차의 운행에 관한 조건으로 나누고,

상기 열차검지에 관한 조건으로는 다음 조건을 설정한다.

①경보 개시점으로 진입한 열차는 경보 종점으로 진출한다.

②경보개시점에 진입한 열차는 동일한 경보 개시점으로 진출하지 않는다.

③단선 제어 시 경보 종점으로 진입한 열차는 반대측 개시점으로 진출한다.

④1조의 건널목 제어자, 또는 구내 조건에 2열차 이상 점유하는 일이 없다.

⑤1열차가 경보 개시점과 경보 종점을 동시에 점유할 수 있다.(단선의 반대측 개시점도 동일하다.)

또한 상기 열차의 운행에 관한 조건으로는 다음 조건을 설정한다.

①경보 구간 안에서 분할, 병합하는 일이 없다.

②경보 종점을 진출할 때에는 구내 조건으로 후속 열차가 점유상태로 되는 경우도 있다.

③입환 차량에 의해 구내 경보조건 및 경보 개시점이 무여자하는 것은 없다.

④단선 제어 시 대향 열차는 30초 이내에 경보 개시점에 진입하지 않는다.

3) 후속 열차에 대해서는 다음과 같은 조건으로 판단한다.

①경보개시점의 후속열차 진입은 선행열차가 진입한 후 30초 이상, 선행열차가 진출한 후 10초 이상으로 한다.

②경보 종점의 속행 열차 진입은 선행 열차가 진출한 후 30초 이상으로 한다.

③구내 조건의 열차 검지는 진출 검지 후 10초 이상으로 하며 10초 이내에 열차 진입이 검지된 경우에는 경보제어를 실시하는 것으로 한다. 이때 경보 지연은 무효로 한다.

또한 본원고안의 입력회로에서 입력데이터의 적합성(열차검지장치의 동작의 안정성)을 판단하기 위해서는 열차검지장치가 불안정동작을 하는 것으로 판단하는 기준시간을 정할 필요가 있다.

도5는 이를 도표로 정리한 것으로서 이를 간략히 설명하면,

폐전로상태의 경보개시점에서 낙하확정시간(ta)은 200ms이고 무여자상태에서 후속열차 판단시간은 30s이며, 여자상태에서 후속열차 판단시간은 10s이다.

또 개전로상태의 경보종점에서 여자확정시간(tc)은 300ms이고 후속열차판단시간(td)은 30s이며, 경보정지판단시간(te)은 1~4s이다.

또한 구내경보구간에서 무여자확정시간(tf)은 200ms이고, 여자확정시간(tg)은 2s이며, 후속열차판단시간(th)은 10s이다.

따라서 입력신호가 확정시간(ta, tc, tf)에 이르기 전에 계전기로부터 입력되는 신호에 변화가 생기면 이는 계전기가 불안정한 동작을 하는 것으로 인정하여 새로운 정보에 대한 후속조치를 취하지 않고 무시하거나 불안정동작에 대한 내용을 통보하고 다음 동작을 기다리게 된다.

상기와 같은 조건하에서 마이크로프로세서가 열차검지계전기를 통해 입력된 정보를 분석하여 이상동작을 검출하는 과정을 도6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 열차검지장치로부터 입력되는 신호의 변화를 체크하여 그 변화를 검출한다.(B2단계)

이어서 입력신호의 변화가 없으면 계속해서 입력신호의 변화를 체크하고 입력신호의 변화가 검지되면 다음단계로 이동한다.(B3단계)

다음 입력신호의 변화가 검출되면 변화된 입력신호의 유지시간이 낙하확정시간(ta)을 초과하는지를 체크한다.(B4단계)

여기에서 낙하확정시간(ta)는 접점불량·열화 등과 같은 이유로 경보개시점에서 계전기가 오동작하여 열차정보에 입력오류가 발생한 것을 검출하기 위한 검증시간이다.

이어서 낙하확정시간(ta)이 경과하지 않았으면 변화된 입력신호가 그대로 유지되고 있는지를 체크한다.(B8단계)

변화된 입력신호가 동일한 상태를 유지하면 계속해서 변화된 입력신호가 확정시간을 초과하는지 여부를 체크하고 만일 낙하확정시간이 경과하기 전에 입력신호가 다시 변화하면 이는 입력의 오류(즉 열차의 진입이 없음)로 판단한다.(B9단계)

한편 변화된 입력신호가 확정시간을 경과하면 ADC가 낙하하는지 여부를 체크한다.(B5단계)

만일 ADC가 낙하하지 않았으면 게속해서 ADC가 여자된 상태를 유지하고 있는지를 체크한다.(B10단계)

여기에서 ADC가 여자되지 않았으면 이는 계전기가 오동작하여 입력의 오류가발생한 것으로 인식하여 이상동작으로 판단한다.(B13단계)

또한 ADC가 여자되었으면 무여자확정시간(tf)이 경과하였는지 여부를 체크한다.(B11단계)

상기 B11단계에서 무여자확정시간이 초과하지 않았으면 계속해서 여자상태를 감시하고, (B14단계)

무여자확정시간이 초과하였으면 정상동작으로 판단하여 정상여자상태를 유지한다.(B12단계)

여기에서 무여자확정시간(tf)는 접점불량·열화 등과 같은 이유로 구내경보 중 계전기가 오동작하여 열차정보에 입력오류가 발생한 것을 검출하기 위한 검증시간이다.

또한 상기 B5단계에서 ADC가 낙하하였으면 여자확정시간(tc)이 초과하였는지 여부를 체크하고 여자확정시간이 초과되지 않았으면 계속 감시상태를 유지하고 여자확정시간이 초과하였으면 다음단계로 이동한다.(B6단계)

이어서 여자확정시간이 초과하였으면 정상동작으로 판단하여 정상낙하상태를 유지한다. (B7단계)

여기에서 여자확정시간(tc)는 접점불량·열화 등과 같은 이유로 경보종점에서 계전기가 오동작하여 열차정보에 입력오류가 발생한 것을 검출하기 위한 검증시간이다.

상기와 같은 판단의 결과는 다음 표와 같이 표출된다.

현상 발생	판단	경 보 처 리	상태 표출	비고
입력 오동작 판정 시	비점유	경보 동작 않음	사용자에게 통보 않음	-
이상동작 시	점유	경보 동작	사용자에게 통보	안전측 동작에 의한 점유
계속 감시 시간에서 이상동작 시	점유	경보 동작	사용자에게 통보	안전측 동작에 의한 점유

즉 입력의 오동작 판정 시에는 열차의 비점유로 인정하여 경보동작을 하지 않고 이를 사용자에게 통보한다. 그러나 이상동작 시에는 열차의 점유로 인정하여 경보동작을 수행하고 이를 사용자에게 알린다. 계속 감시시간에서의 이상동작 시에도 동일하다.

열차검지 각 부분은 상기 흐름도와 동일하게 동작하고 각 위치에서 열차 검지정보는 열차진행방향의 전후 열차검지 정보와 정상 유무를 판단하여 이상 시 점유·비점유·고장 등을 판단한다.

이상과 같이 미리 주어진 조건을 종합적으로 비교하여 열차의 점유상태를 판단한 후, 동 판단에 따라 경보장치를 제어함으로서 열차검지 및 경보의 안정성을 높일 수 있게 된다.

또 상기 도5에서 tb는 도7의 P1, P3, P5 구간에서 후속열차가 정상적으로 진입하였는지 여부를 확인하기 위한 검증시간이고,

tb'는 P2와 P4구간에서 후속열차가 정상적으로 진입하였는지 여부를 검증하기 위한 시간이다.

다음 열차의 추적논리를 도7 내지 도9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도7은 건널목 구간 내에서의 열차의 위치를 구분하기 위한 구간 구성도(열차의 추적 논리도)이다.

열차의 추적에 의한 건널목 제어시스템은 기존의 열차검지장치에서 검지된 열차검지정보를 입력받아 열차의 위치값을 확정한다.

건널목 제어구간 내에 열차의 위치는 도7에서와 같이 총 5개로 구성되고 예외적으로 긴 열차에 대비하여 2개의 구간을 추가로 구성한다.

각 구간별로 인지되는 상황을 설명하면 다음과 같다.

P1 : 경보 개시점상의 열차 점유를 인지

P2 : 경보 개시점 - 경보 종점 간의 열차점유를 인지

P2' : 경보 개시점 - 경보 종점의 양쪽 점유를 인지

P3 : 경보 종점상의 열차 점유를 인지

P4 : 경보 개시점 - 반대측 경보 개시점간의 열차 점유를 인지

P4' : 경보 종점 - 반대측 경보 개시점의 양쪽 점유를 인지

P5 : 반대측 경보 개시점의 열차 점유를 인지

TC : P1∼P4'의 총 카운트 수를 인지(??0의 경우 경보)

열차운행 대수는 P1, P2', P3, P4', P5구간에서는 최대 1대까지 운행이 가능하고 P2, P4구간에서는 최대 7대까지 운행이 가능하다.

따라서 각각의 위치별로 열차는 최대 8대까지 동시에 점유될 수 있도록 구성하여 개별 열차별로 위치별 이동의 정상 유무를 판정한다.

열차의 운행방향(상행, 하행)별로 열차 위치 테이블을 도8 및 도9와 같이 구성한다.

도8 및 도9는 단선구간에서 열차의 진행 상황을 나타낸 논리도(열차의 위치를 추적하기 위한 논리 테이블)이다.

도8은 단선구간에서 일반적인 열차의 진행 상황을 나타낸 논리도로서, 이를 설명하면,

일반열차의 선행열차가 A구간에 진입하면 P1이 +1로 셋팅되고 P1위치의 열차 운행 수(TC)는 1로 카운트된다.

다음 열차가 A구간에서 진출하면 P1이 P2로 이동하면서 P2가 +1로 되고 세팅되고 P1은 0으로 된다.

이때 후속 열차가 건널목 구간에 진입하면 P1이 +1로 세팅되면서 P1위치의 열차의 수는 2로 세팅된다.

이어서 선행열차가 C로 진입하면 P2가 P3로 이동하고 P1은 P2로 이동하면서 P2와 P3가 +1로 세팅된다.

다음 선행열차가 C를 진출하면 P3는 P4로 이동하고 P2는 P3로 이동하면서 P3와 P4가 +1로 세팅된다.

이어서 선행열차가 B로 진입하면 P4는 P5로 이동하고 P3는 P4로 이동하면서 P4와 P5는 +1로 세팅된다.

마지막으로 선행열차가 C를 진출하면 P5를 클리어하고 열차의 추적을 종료한다.

도9는 단선구간에서 특수한 열차의 진행 상황을 나타낸 논리도이다 이를 설명하면,

특수한 열차가 A구간에 진입하면 P1이 +1로 세팅된다.

다음 열차가 B로 진입하면 P1이 P2'로 이동한다.

이어서 열차가 A를 진출하면 P2'가 P3로 이동한다.

다음 열차가 C로 진입하면 P3가 P4'로 이동한다.

이어서 열차가 B를 진출하면 P4'가 P5로 이동한다.

마지막으로 열차가 C를 진출하면 P5를 클리어하고 열차의 추적을 종료한다.

앞서 언급한 바와 같이 열차검지입력의 불안정한 동작 및 오동작 여부를 판정하기 위해 입력의 변화 후 충분한 감시시간을 부여하여 감시시간 내에서는 변화되는 입력정보를 계속 감시하고, 감시시간 이후에도 동일한 정보이면 안전한 변화동작으로 판별하여 정상입력으로 처리한다. 또 감시시간 이전에 변화된 정보와 다른 정보가 입력되면 이는 불안정 동작 및 이상동작으로 판정한다.

또 검증된 입력을 기초로 건널목 내 열차의 위치를 상행과 하행으로 구분한다.

상행, 하행 별 열차의 적절한 운행 위치와 운행 시간을 운행 Table로 판정하여 정상 운행 시 운행 Table에서 열차의 위치를 이동한다. 이때 각 위치별 운행 시간 전에 이동하면 이는 열차검지부의 입력 이상으로 판정하고, 만일 운행 Table과 다른 위치로 전이 시에는 이는 열차 이동의 이상동작 혹은 판정 이상으로 처리하여 건널목을 경보처리 하고 사용자에게 이 사실을 통보한다.

운행 Table에서 경보구간과 열차 추적구간을 구분하여 경보구간 시에는 경보를 발생시켜 건널목 현장기기를 경보 처리하고 차단기를 동작시켜 건널목 차단을 시행한다.

열차 추적구간에서는 경보 및 차단기의 동작을 정지시키고 열차가 건널목 제어구간 내에서 완전히 빠져 나갈 때까지 추적하여 제어구간 밖으로 열차가 벗어났을 때 모든 열차 추적을 종료한다.

열차가 경보 구간 내 진입 시에는 출력카드에서 출력제어로 경보등종카드 및 경보음성카드를 제어하여 현장기기의 경보등과 음성 경보를 실행한다.

차단기는 사용자가 미리 설정한 값에 의해 일정시간 지난 후 출력카드에 의해 출력되어 차단기를 제어한다.

이상과 같이 본원고안은,

입력회로에서는 열차검지계전기로부터 제공된 열차정보를 입력받아 입력회로의 이상유무 및 데이터의 적합성을 검증하여 정상입력 여부를 판단하고, 마이크로프로세서에서는 상기 입력카드에서 입력된 열차정보로 건널목 구간 내에서 운행되는 개별 열차의 위치·방향·경보처리·열차추적을 수행하고 각 위치별 이동의 적합성과 안전성을 판단한 후, 건널목 경보 및 차단장치의 동작을 제어할 수 있도록 함으로서 오동작이 없이 완전한 경보 및 차단동작을 할 수 있게 된다.

상기와 같은 본원고안에 의하면,

열차검지장치 및 장치의 오동작에 의한 건널목의 무경보·무차단을 방지하고 열차의 이상진입상태를 판단하여 건널목에서의 완전한 경보 및 차단기 제어가 이루어지도록 함으로서 건널목 사고를 미연에 방지하는 효과가 있다.

또한 사고의 발생을 사전에 방지함으로서 건널목 사고로 야기되는 제반 시간적 경제적 손실을 방지하여 철도경영을 개선하는 효과가 있다.

또 건널목 안전사고를 줄임으로서 열차의 원활한 운행을 보장받고 건널목 경보장치에 대한 신뢰를 높이는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 궤도회로를 이용하여 건널목 구간에 진입하는 열차의 유무 및 위치를 검지하는 열차검지장치(310)와;

   상기 열차검지장치로부터 수신된 열차검지정보에 의해 동작하며, 이후 건널목보안장치의 동작을 제어하기 위한 소스정보를 제공하는 열차검지계전기(320)와;

   열차검지장치에서 검지된 열차정보(열차검지계전기의 동작정보)를 입력 받아 입력회로의 이상유무 및 데이터의 적합성을 검증하여 정상입력 여부를 판단하는 입력카드(입력회로)(330)와;

   상기 입력카드에서 입력된 열차정보로 건널목 구간 내에서 운행되는 개별 열차의 위치·방향·경보처리·열차추적을 수행하고 각 위치별 이동의 적합성과 안전성을 판단하여 경보제어명령 및 차단기 제어명령을 생성하는 마이크로프로세서(340)와;

   상기 마이크로프로세서에서 연산 처리된 경보 제어출력 및 차단기 제어명령을 출력하고 출력되어지는 정보를 재검증하여 출력에 대한 안전성을 판단하는 출력카드(출력회로)(350)와;

   상기 마이크로프로세서의 지시에 따라 경보등의 동작을 제어하는 등종제어카드(등종제어회로)(360)와;

   상기 마이크로프로세서의 지시에 따라 음성경보기의 동작을 제어하는 음성경보카드(음성경보회로)(370)로; 구성됨을 특징으로 하는 열차추적방식에 의한 건널목제어시스템
2. 제1항의 열차추적방식에 의한 건널목제어시스템에 있어서,

   상기 궤도회로를 이용하여 건널목 구간에 진입하는 열차의 유무 및 위치를 검지하는 열차검지장치(310)는 연속제어방식과 점제어방식을 병행 사용하는 것을 특징으로 하는 열차추적방식에 의한 건널목제어시스템