KR20040037697A

KR20040037697A - 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20040037697A
Application number: KR1020020066281A
Authority: KR
Inventors: 신덕호; 이종우; 김종기
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-07

Abstract

본 발명에 따른 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치는, 시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 철도 제어에 필요한 시리얼 데이터를 처리하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치에 있어서, 상기 시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 시리얼 데이터를 각각 입력받아 프로토콜 검사를 수행하는 다중계의 시리얼 어댑터와, 상기 각 시리얼 어댑터로 입력되는 다수의 신호들을 다수결 판단에 의해 하나의 시리얼 데이터값으로 출력하고, 상기 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출하는 시리얼 데이터 보팅 및 검출부를 포함하여 구성됨으로써, 시리얼 데이터 통신에서 전기적인 인터페이스 역할을 수행하는 시리얼 어댑터의 고장으로 인해 발생하는 데이터 통신의 불능 및 데이터의 오염으로부터 시스템을 보호할 수 있다.

Description

철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SERIAL DATA IN RAIL CONTROL SYSTEM}

본 발명은 철도 신호 제어 시스템의 시리얼 데이터 통신 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 철도 신호 제어 시스템에서 시리얼 데이터 통신제어시에 발생할 수 있는 결함의 문제를 해결할 수 있는 다수결 논리회로를 이용한 철도 신호 제어 시스템의 시리얼 데이터 통신 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 철도 신호 제어시스템은 시리얼 데이터 통신을 사용하여 제어명령을 교환하고 있다. 이에 따라, 신뢰할 수 있는 데이터 통신은 시스템에서 중요한 비중을 차지한다.

또한, 데이터 통신의 가용성이 높아야만 서비스 중단 시간을 최소화하여 디지털 마이크로 컨트롤러 통신시스템을 기반으로 하는 철도 신호 제어시스템에 운용상의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 철도 신호 제어 시스템에서 사용되고 있는 시리얼 데이터 통신회로의 구성 블록도이며, 도 2는 도 1의 시리얼 데이터 통신회로에서 결함이 발생한 파형도이다.

도시된 바와 같이 시리얼 데이터 통신 회로 시스템은 시리얼 통신 제어부(1)와, 시리얼 어댑터(2) 와, DB 커넥터(3)로 구성되어 진다.

시리얼 통신 제어부(1)는 철도 신호 제어 시스템에서 시리얼 통신을 수행하는 것에 대한 전체적인 제어를 수행한다.

DB 커넥터(3)는 시리얼 접속을 위한 커넥터를 의미한다. 이 커넥터에 연결된 케이블을 통해서 시리얼 정보가 송수신된다. 프로토콜의 종류에 따라 RS 232는 ±12V, RS 422/485는 ±3V의 전기적인 신호로 입출력된다.

시리얼 어댑터(2)는 TTL 레벨의 디지털 신호인 마이크로칩 신호와 RS232/RS422/RS485등의 시리얼 표준 전기신호의 전기적 특성을 인터페이스 하는데 사용된다

즉, 시리얼 데이터 통신은 232/422/485등의 표준 방식으로 데이터를 전송한다. 이러한 표준들은 전기적인 특성이 틀리기 때문에 시리얼 데이터의 송수신 신호를 입출력 받는 마이크로 칩들과 인터페이스하기 위해 전기적인 소자들이 필요하다. 이러한 소자를 시리얼 어댑터 또는 시리얼 디바이스라고 한다. .

시리얼 어댑터(2)는 외부의 노이즈, 이상전류 등에 의해 디바이스 자체가 오동작 또는 파괴되는 경우가 빈번하다. 시리얼 어댑터(2)가 오동작하거나 파괴되면, 시리얼 데이터의 입출력을 기반으로 동작하는 시스템 전체가 오동작하거나 정지하게 된다.

시리얼 어댑터(2)는 이러한 프로토콜의 전기적인 사양을 시리얼 통신 제어기에서 인식할 수 있는 TTL 레벨로 바꾸어 주거나, TTL 레벨의 신호를 프로토콜에 맞는 전기적인 신호로 변환하는 역할을 수행한다.

종래의 시리얼 데이터 통신회로의 시리얼 어댑터(2)는 외부와의 인터페이스로 인해 과전류 또는 이상전압에 의해 손상되는 경우가 빈번하게 발생되었다. 이러한 구조에서 입력되는 데이터가 오염되는 경우, 데이터의 오염원이 외부의 요인에 의한 오염인지, 시리얼 어댑터에서 결함이 발생하여 데이터가 오염되었는지를 판단할 수 없다.

따라서, 결함이 발생한 위치를 정확하게 검출할 수 없게 되어 시스템의 신뢰성을 저하시키고, 단일의 시리얼 어댑터를 사용하므로 시리얼 어댑터에서 결함이발생할 경우 시리얼 데이터 통신을 사용할 수 없게 되어 시스템의 가용도를 저하시키는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 시리얼 데이터 통신에서 전기적인 인터페이스 역할을 수행하는 시리얼 어댑터의 고장으로 인해 발생하는 데이터 통신의 불능 및 데이터의 오염으로부터 시스템을 보호하고, 결함의 발생여부를 검출할 수 있는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 시리얼 데이터 처리장치의 구성 블록도.

도 2는 종래 시리얼 데이터 처리장치에서 결함 발생시의 파형도.

도 3은 본 발명에 의한 시리얼 데이터 처리 장치의 개념도.

도 4는 도 3의 시리얼 데이터 처리장치에서의 결함 발생시의 파형도.

도 5는 도 3의 구체적인 회로 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 시리얼 통신 제어부2 : 시리얼 어댑터

3 : DB 커넥터10 : 시리얼 어댑터

20 : 보팅 및 결함 검출부21 : 보팅부

22 : 결함 검출부

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치는, 시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 철도 제어에 필요한 시리얼 데이터를 처리하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치에 있어서, 상기 시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 시리얼 데이터를 각각 입력받아 프로토콜 변환을 수행하는 복수개의 시리얼 어댑터와, 상기 각 시리얼 어댑터로부터 출력되는 신호들 중 임의의 선택된 신호들을 각각 입력받아 다수결 판단에 의해 하나의 시리얼 데이터값을 선출하여 출력하고, 상기 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출하는 시리얼 데이터 보팅 및 검출부를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리 방법은, 시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 철도 제어에 필요한 시리얼 데이터를 처리하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리 방법에 있어서, 상기 시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 시리얼 데이터를 복수개의 시리얼 어댑터를 통해 각각 분배하여 프로토콜 변환을 수행하는 분배 변환단계와, 상기 프로토콜 변환된 각각의 신호들중 임의의 선택된 신호들을 각각 입력받아 다수결 판단에 의해 하나의 시리얼 데이터값을 선출하여 출력하고, 상기 프로토콜 변환을 수행하는 각 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출하는 시리얼 데이터 보팅 및 검출단계를 수행한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 시리얼 데이터 처리 장치의 개념도이며, 도 4는 도 3의 시리얼 데이터 처리장치에서의 결함 발생시의 파형도이고, 도 5는 도 3의 구체적인 회로 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철도 제어시스템의 시리얼 데이터 처리장치는 시리얼 통신 인터페이스를 통해 외부로부터 수신한 시리얼 데이터를 각각 입력받아 프로토콜 변환을 수행하는 3개의 시리얼 어댑터(10)와, 각 시리얼 어댑터(10)로부터 출력되는 신호들 중 임의의 선택된 신호들을 각각 입력받아 다수결 판단에 의해 하나의 시리얼 데이터값을 선출하여 출력하고, 상기 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출하는 시리얼 데이터 보팅 및 검출부(20)로 이루어진다.

이와 같이 본 발명에서는, 시리얼 어댑터의 결함이 시스템 전체로 확산되는 것을 방지하기 위해 시리얼 어댑터(10)를 삼중화시키고 각각의 출력을 보팅 및 검출부(20)를 이용하여 다수결 판단에 의해 보팅하여 출력하고 결함을 검출할 수 있게 하였다.

시리얼 어댑터(10)는 삼중화된 어댑터(11, 12, 13)로 이루어져, 단일의 시리얼 데이터 입력신호를 분주하여 TTL 레벨의 신호로 변환한다.

보팅부(21)는 다수결 및 결함검출을 위해 사용되는 회로로서, 다수결 논리 회로에 의해 하나의 출력값을 선출한다. 다수결 논리회로의 기본 논리는 3개의 데이터를 동시에 비교하여 다수의 신호를 출력하는 구조로, 시스템의 결함은 한번에 한 개씩 발생한다는 결함허용의 대전제를 기본으로 한다.

즉, 수동결함검출기법의 하나인 2 out of 3 보터(vorter)회로로 구현할 수 있으며, 삼중화시킨 시리얼 어댑터에서 결함이 발생하여도 다수결 회로에 의해 정상값이 출력되며, 결함검출 회로에 의해 결함발생이 파악된다.

이와 같이, 입력되는 시리얼 데이터는 삼중화된 시리얼 어댑터(10)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 그 결과가 다수결 논리로 보팅되어 시리얼 어댑터의 결함을 허용할 수 있게 된다.

결함 검출부(22)는 결함이 발생한 부위를 찾아내서 결함 발생을 알리거나, 결함이 확산되지 못하도록 격리하는 역할을 수행한다. 시리얼 어댑터의 결함검출은 시리얼 어댑터를 삼중으로 설계하여 각각의 출력을 다수결 회로를 거쳐 비교하는 논리회로로 구성한다. 아울러, 다수결 회로와 결함 검출회로를 논리회로로 구성하여 결함 발생 즉시 실시간으로 검출할 수 있는 장점을 갖는다.

도 4는 보팅부(21)로 입력되는 시리얼어댑터(11,12,13)의 3개 입력을 ABC로 나타낸 것이며, 단일 시리얼 어댑터(12)의 고장으로 인해 보팅부로의 입력 B가 비정상 입력을 받을때의 보팅부(21)의 출력 파형도이다. 도시된 바와 같이, 입력된 시리얼 신호를 다수결 논리를 사용하여 출력한다. 만약 하나의 시리얼 어댑터에서 결함이 발생하는 경우, 정상적으로 동작하는 나머지 두 개의 시리얼 어댑터 출력에 의해 수신 데이터 입력신호는 정상적으로 출력되며, 결함발생에 의한 비교회로 불일치를 통해 내부에 결함이 발생하였음을 통보한다.

즉, 시리얼 어댑터(12)에 결함이 발생한 경우라도, 출력은 정상적으로 출력되며, 결함 검출신호는 시리얼 어댑터(12)에 결함이 발생한 시점을 보여준다. 즉, 데이터 파형에서는 결함이 발생한 후에도 시리얼 출력이 정상적으로 출력되는 점과, 결함 검출 신호가 발생하는 것을 관찰할 수 있다.

이러한 구조는 시리얼 어댑터에 결함이 발생하여도 오염되지 않은 데이터를 수신하게 하여 결함이 허용하는 원리로 가용성을 향상시키고 시스템 운영상의 신뢰성을 향상시킨다.

도 5는 도 3의 구체적인 회로 구성도로서, 시리얼 데이터 보팅 및 검출부(20)의 구성을 보여준다.

도 5를 참조하면, 보팅부(21)는, 3개의 시리얼 어댑터(11, 12, 13) 중 각각 2개의 시리얼 어댑터의 출력신호를 입력으로 하여 논리합 연산을 수행하는 복수개의 논리합 연산기(21b, 21c, 21d)와, 각 복수개의 논리합 연산기(21b, 21c, 21d)의 출력값을 논리곱 연산을 하는 논리곱 연산기(21a)로 이루어져 다수결 판단에 의해 하나의 시리얼 데이터값을 선출하여 출력한다.

또한, 결함 검출부(22)는 복수개의 시리얼 어댑터(11, 12, 13) 중 각각 2개의 시리얼 어댑터의 출력신호를 입력으로 하여 배타적 논리합 연산을 수행하는 복수개의 배타적 논리합 연산기(22b, 22c, 22d)와, 각 배타적 논리합 연산기(22b, 22c, 22d)의 각 출력값을 논리곱 연산을 하는 논리곱 연산기(22a)로 이루어져 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출한다.

도 5에서 DB 커넥터는 외부와 시리얼 데이터 통신 입출력을 하는 커넥터이며, Rx 데이터로 표현된 부분이 다수결 논리를 사용한 결함 허용 시리얼 데이터 통신회로로 입력되는 신호이다. 이 신호는 삼중의 디바이스를 거쳐 다수결 논리를 거친 후에 최종적인 RX 데이터 입력신호를 내보낸다. 이 과정에서 시리얼 어댑터의 고장, 또는 다수결 회로에 결함이 발생하면 결함발생신호가 출력되며 입력된 Rx 데이터를 출력한다.

Tx 데이터는 결함허용 시리얼 데이터 통신회로를 내장한 장치에서 외부로 송신하는 데이터이며 이 데이터를 병렬로 궤환받아 Tx 데이터 피드백 입력신호라는 궤환신호를 발생한다.

본 발명에 의하면, 시리얼 데이터 통신에서 전기적인 인터페이스 역할을 수행하는 시리얼 어댑터의 고장으로 인해 발생하는 데이터 통신의 불능 및 데이터의 오염으로부터 시스템을 보호할 수 있다.

또한, 결함의 발생을 실시간으로 검출하여 결함 검출시간의 최소화로 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 시리얼 데이터를 사용하는 모든 장치에 적용될 수 있는 회로로써 높은 신뢰도와 가용도를 요구하는 항공, 우주, 원자력 분야 제어장치의 시리얼 데이터 통신포트에 활용하여 안전하고 신뢰성 있는 데어터 통신을 수행하게 할 수 있다. 또한 순수한 논리회로로 구성하여 데이터의 병렬처리 및 실시간 처리가 가능하다.

Claims

시리얼 통신 인터페이스를 통해 철도 제어에 필요한 시리얼 데이터를 수신하여 처리하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치에 있어서,

상기 시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 시리얼 데이터를 각각 입력받아 프로토콜 검사를 수행하는 복수개의 시리얼 어댑터와,

상기 각 시리얼 어댑터로 입력되는 다수의 신호들을 다수결 판단에 의해 단일 시리얼 데이터 값으로 출력하고, 상기 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출하는 시리얼 데이터 보팅 및 검출부를 포함하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치.
제 1항에 있어서, 상기 시리얼 데이터 보팅 및 검출부는,

상기 복수개의 시리얼 어댑터 중 각각 2개의 시리얼 어댑터의 출력신호를 입력으로 하여 논리합 연산을 수행하는 복수개의 논리합 연산기와, 상기 복수개의 논리합 연산기의 출력값을 논리곱 연산을 하는 논리곱 연산기로 이루어져 다수결 판단에 의해 하나의 시리얼 데이터값을 선출하여 출력하는 보팅부와,

상기 복수개의 시리얼 어댑터 중 각각 2개의 시리얼 어댑터의 출력신호를 입력으로 하여 배타적 논리합 연산을 수행하는 복수개의 배타적 논리합 연산기와, 상기 복수개의 배타적 논리합 연산기의 각 출력값을 논리곱 연산을 하는 논리곱 연산기로 이루어져 상기 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출하는 결함 검출부를 포함하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치.
제 2항에 있어서, 상기 복수개의 시리얼 어댑터, 복수개의 배타적 논리합 연산기, 논리합 연산기는 각각 3개로 이루어지는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리장치.
시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 철도 제어에 필요한 시리얼 데이터를 처리하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리 방법에 있어서,

상기 시리얼 통신 인터페이스를 통해 수신한 시리얼 데이터를 복수개의 시리얼 어댑터를 통해 각각 분배하여 프로토콜 검사를 수행하는 분배 변환단계와,

상기 프로토콜 변환된 각각의 신호들을 각각 입력받아 다수결 판단에 의해 하나의 시리얼 데이터값을 선출하여 출력하고, 상기 프로토콜 검사를 수행하는 각 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출하는 시리얼 데이터 보팅 및 검출단계를 수행하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리 방법.
제 4항에 있어서, 상기 시리얼 데이터 보팅 및 검출 단계는,

상기 복수개의 시리얼 어댑터 중 각각 2개의 시리얼 어댑터의 출력신호를 입력으로 하여 각각 논리합 연산을 수행하고, 그 각각의 출력값을 논리곱 연산을 하여 다수결 판단에 의해 하나의 시리얼 데이터값을 선출하여 출력하는 단계와,

상기 복수개의 시리얼 어댑터 중 각각 2개의 시리얼 어댑터의 출력신호를 입력으로 하여 각각 배타적 논리합 연산을 수행하고, 그 각각의 출력값을 논리곱 연산하여 상기 시리얼 어댑터의 결함발생여부를 검출하는 단계를 포함하는 철도 제어 시스템의 시리얼 데이터 처리 방법.