KR20040055139A - 전기철도 시험 계측 시스템 - Google Patents

전기철도 시험 계측 시스템 Download PDF

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김기환
최강윤
김영국
김진환
박찬경
백광선
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Abstract

본 발명은 전기철도 시험 계측 시스템에 관한 것이고, 특히 각 계측 모듈을 네트워크를 통하여 연결하고 연결된 계측 모듈을 메인 컴퓨터에서 전체적으로 관리할 수 있도록 하는 전기철도 시험 계측 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 차축 속도를 측정하는 휠 속도 측정 모듈(MWM : Measureing Wheel Module)과, 전동기의 전압값, 전류값, 온도, 압력등의 데이터를 각 계측 부위에서 측정하여 수집하는 다수의 데이터 수집 모듈(DAM : Data Acquisition Module)과, 아크 발생이나 이선들을 측정하는 팬토 그래프 측정 모듈(DAMP : Data Acquisition Module Panto)과, 각각의 장치들의 접속을 제공하는 허브, 상기 휠 속도 측정 모듈과 상기 다수의 데이터 수집 모듈과 상기 팬토 그래프 측정 모듈과 네트워크로 연결되어 측정 데이터를 수집하여 분석하고 저장하며 운영자에게 데이터를 제공하는 메인 컴퓨터를 포함하여 이루어진 시험 계측 시스템이 제공된다.

Description

전기철도 시험 계측 시스템{ELECTRIC RAILROAD TEST MEASURING SYSTEM}
본 발명은 전기철도 시험 계측 시스템에 관한 것이고, 특히 각 계측 모듈을 네트워크를 통하여 연결하고 연결된 계측 모듈을 메인 컴퓨터에서 전체적으로 관리할 수 있도록 하는 전기철도 시험 계측 시스템에 관한 것이다.
최근들어 도로교통이 한계점에 이르고, 환경문제가 크게 대두됨에 따라 환경친화적이고 정시성, 신뢰성 및 안전성을 갖추고 있는 철도차량에 대한 필요성이 점차 증대하고 있다.
이에 따라 기존에 운행되고 있는 차량과 새로 개발되는 철도차량이 점점 증가하고 있으며, 안정성과 신뢰성에 대한 확보를 위해 철도차량에 대한 성능 검증이 그 어느 때보다도 더 절실하게 요구되고 있다.
현재까지 고속철도 및 도시철도차량에 취부된 각 장치들에 대한 성능검증을 위해 개별적인 시험을 실시해왔다.
추진장치는 추진장치시험을 위해 별도의 계측장비를, 윤측 베어링 온도와 기어 굽힘 응력 등과 같은 시험 데이터를 얻기 위해서도 독립적으로 장치를 구성하였다.
이처럼 철도차량에 취부되는 전력변환장치, 제동장치, 전동기 등에 대한 성능특성 확인을 위해 시운전시험을 할 경우에 개별적으로 시험장치를 구성되고, 시험 데이터도 대부분이 그래프 출력으로 끝내버리기 때문에, 시험 결과에 대해 원하는 자료를 얻기가 어려웠고 데이터에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
게다가 독자적으로 시험할 때도 대부분의 데이터들이 아날로그값으로 기록되고 한번의 시험만으로 성능검증이 끝나기 때문에, 시험결과에 대한 신뢰성이 떨어지고 정확하게 시험데이터를 분석하는데도 많은 애로사항이 있었다.
아울러, 각 장비간의 특성이 상이하여 시험결과값에 대한 공유가 전혀 이루어지지 않았다.
따라서, 본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 철도차량의 각 성능별 계측 모듈을 네트워크로 연결하고 메인 컴퓨터에서 전체적으로 관리하도록 하여 동시에 몇 백개의 신호를 측정할 수 있으며, 그에 따라 개별적으로 실시해온 각 장치들에 대한 시험데이터를 정확하게 분석할 수 있도록 하는 전기차량의 계측 시험 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 계측 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 계측 시스템의 배치도.
도 3은 도 2의 데이터 수집 모듈의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1~9 : 측정부위 10, 11 : 신호 조정기
110, 210a, 210b : 휠 속도 측정 모듈
112, 114, 116, 118, 220a, 220b, 220c, 220d : 데이터 수집 모듈
120, 260 : 팬토 그래프 데이터 수집 모듈
122, 240 : 허브 124 : 주행 모니터링부
126 : 제동 모니터링부 128, 250 : 메인 컴퓨터
311 : 제어부 312 : 메모리
313 : LAN 카드 314 : LAN 카드
315 : SCXI 모듈
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차축 속도를 측정하는 휠 속도 측정 모듈(MWM : Measureing Wheel Module)과, 전동기의 전압값, 전류값, 온도, 압력등의 데이터를 각 계측 부위에서 측정하여 수집하는 다수의 데이터 수집 모듈(DAM : Data Acquisition Module)과, 아크 발생이나 이선들을 측정하는 팬토 그래프 측정 모듈(DAMP : Data Acquisition Module Panto)과, 각각의 장치들의 접속을 제공하는 허브, 상기 휠 속도 측정 모듈과 상기 다수의 데이터 수집 모듈과 상기 팬토 그래프 측정 모듈과 네트워크로 연결되어 측정 데이터를 수집하여 분석하고 저장하며 운영자에게 데이터를 제공하는 메인 컴퓨터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 메인 컴퓨터(120)와 별도로 주행 상태를 모니터링하기 위한 주행 모니터링부, 제동 상태를 모니터링하기 위한 제동 모니터링부를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이제, 도 1 이하를 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 계측 시험 시스템의 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 계측 시험 시스템은 휠 속도 측정 모듈(MWM : Measureing Wheel Module)(110)과, 데이터 수집 모듈(DAM : Data Acquisition Module)(112, 114, 116, 118)과, 팬토 그래프 측정 모듈(DAMP : Data Acquisition Module Panto)(120)과, 허브(122), 휠 속도 측정 모듈(110)과 데이터 수집 모듈(112, 114, 116, 118)과 팬토 그래프 측정 모듈(120)과 네트워크로 연결되어 있는 메인 컴퓨터(120)과, 주행 모니터링부(124)와, 제동 모니터링부(126)를 구비하고 있다.
휠 속도 측정 모듈(110)은 휠의 속도를 측정하여 출력하게 되는데, 이러한 휠의 속도는 차량의 이동 속도, 가속도, 평균속도, 평균가속도, 이동거리에 비례하게 된다.
데이터 수집 모듈(112, 114, 116, 118)은 공기압축기 가동률을 위한 공기압축기 가동신호, 견인전동기 출력전압 및 전류신호, ATS 동작신호, 제동관련 데이터를 산출하기 위한 제동통 및 제동관 입력신호, 순간 및 누적연료소모량 측정을 위한 유량센서신호, 노치(Notch) 가동률 산출을 위한 기관조속기 전자신호, 후부차의 제동신호 및 전압전류 등을 수집하여 출력한다.
팬토 그래프 데이터 수집 모듈(120)은 전력선과 접촉된 부위에서 아크 방전이 있는지, 이선이 발생하였는지를 측정하여 출력한다.
메인 컴퓨터(128)는 휠 속도 측정 모듈(110)이나 데이터 수집 모듈(112, 114, 116, 118), 팬토 그래프 데이터 수집 모듈(120)으로부터 수집된 데이터를 화면이나 프린터 등에 출력하도록 하며 이를 위하여 프로그램을 개발하였다.
이 프로그램은 전반적인 프로그램 운용에 관계된 메뉴는 버튼으로 구성되어 사용이 편리하도록 하였다.
또한 메인 컴퓨터(128)는 철도차량의 시운전성능시험시 각종 시험 데이터를 실시간으로 측정하고 저장 및 디스플레이하고 프린터로 출력한다. 또한 프로그램은 환경설정, 채널설정, 성능시험등으로 구성되어 있다.
여기서 환경설정은 일예로 날짜, 열번, 차호, 성능 측정 구간, 성능 측정 기관 및 측정자, 열차최고속도, 트리거, 샘플링 레이트(Sampling Rate) 등 성능 측정에 필요한 기초 데이터를 입력한다.
그리고 채널설정은 성능 측정에 필요한 채널별 데이터를 입력한다.
메인 컴퓨터(128)은 성능 측정 데이터를 메인 디스플레이 화면으로 측정 데이터를 보여주고 저장한다.
일예로 상단에는 속도, 거리, 순간유량, 누적유량이 표시되도록 하고, 중단에는 현재 노치 전압 및 전류,ATS, 운전경계장치의 작동유무가 표시되게하고, 하단에는 운전선도를 표시하도록 할 수 있다.
메인 컴퓨터(128)는 가속 및 감속시험시의 화면을 보여주며, 제동 성능 관련데이터를 표시하고 저장한다.
화면중단에는 가.감속도 및 제동거리를 표시하며, 하단에는 제동압력을 그래프로 표시한다.
한편, 메인 컴퓨터(128)와 달리 주행 모니터링부(124)를 구비하여 주행중 속도, 거리 관련 데이터를 측정 및 분석하여 화면에 디스플레이하거나 프린터로 출력하여 운용자가 주행 상태를 모니터링할 수 있도록 한다.
또한, 메인 컴퓨터(128)와 달리 제동 모니터링부(126)을 별도로 구비하도록 하여 가속 및 감속 시험시의 화면을 보여주며, 제동 성능 관련 데이터를 표시하고 저장한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 계측 시스템의 배치도이다.
도면을 참조하면, 휠 속도 측정 모듈(210a, 210b)은 휠에 측정부위를 부착하여 휠의 속도를 측정하여 출력한다.
그리고, 데이터 수집 모듈(220a, 220b, 220c, 220d)은 차량 내부와 외부에 측정 부위를 구비하여 공기압축기 가동률을 위한 공기압축기 가동신호, 견인전동기 출력전압 및 전류신호, ATS 동작신호, 제동관련 데이터를 산출하기 위한 제동통 및 제동관 입력신호, 순간 및 누적연료소모량 측정을 위한 유량센서신호, 노치(Notch) 가동률 산출을 위한 기관조속기 전자신호, 후부차의 제동신호 및 전압전류 등을 수집하여 출력한다.
팬토 그래프 데이터 수집 모듈(260)은 전력선에 측정부위를 부착하여 아크 발생이나 이선등을 측정하여 출력한다.
허브(240)는 각 장치들의 접속을 제공하고 있으며, 메인 컴퓨터(250)는 네트워크를 통하여 휠 속도 측정 모듈(210a, 210b)와, 데이터 수집 모듈(220a, 220b, 220c, 220d)와, 팬토 크래프 측정 모듈(260)과 연결되어 철도차량의 시운전성능시험시 각종 시험 데이터를 실시간으로 측정하고 저장 및 디스플레이하고 프린터로 출력한다.
전원 공급부(230a, 230b, 230c)는 각 부위에 전력을 공급한다.
도 3은 도 2의 데이터 수집 모듈의 구성도이다.
도면을 참조하면, 차량 외부에 다수의 측정부위(1~5)가 구비되어 있으며, 차량 내부에도 다수의 측정부위(6~9)가 구비되어 있다.
여기에서 차량 외부의 측정부위(1~5)와 차량 내부의 측정부위(6~9)중 데이터 수집 모듈로부터 멀리 떨어져 있는 측정부위(6, 7)에는 신호 조정기(10, 11)가 설치되어 노이즈나 기타 여러가기 측정 데이터의 정확성을 떨어뜨리는 요소들을 제거한다.
그리고, 데이터 수집 모듈의 내부는 차량 외부와 차량 내부에 구비되어 있는 측정부위(1~9)로 측정된 데이터를 입력받기 위한 SCXI 모듈(315)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(314), 네트워크를 통하여 데이터를 전송하기 위한 LAN 카드(313), 제어부(311), 메모리(312)를 구비하고 있다.
이제, 도 3을 참조하여 데이터 수집 모듈의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제어부(311)는 SCXI 모듈(311)을 통하여 다수의 측정부위(1~9)로부터 측정된 성능 데이터를 아날로그 신호로 입력받는다.
그리고, 입력받은 아날로그 신호를 아날로그/디지털 변환기(314)를 이용하여 디지털 신호로 변환하여 메모리(312)에 저장하고 LAN 카드(313)를 사용하여 데이터를 네트워크로 전송한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 개별적으로 수행되었던 철도차량의 각 장치들에 대한 시험을 각 장치별로 계측 신호를 수집, 저장 및 분석할 수 있도록 하여 원하는 자료를 언제든지 출력해 볼 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 차량에 취부되는 각 장치들에 대한 시험 결과를 보다 정확하게 분석할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 원거리에 설치된 측정 데이터를 네트워크 라인을 통하여 다른 곳에서 이용 가능하도록 함으로써 시험 데이터를 실시간으로 공유하고 분석할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 차축 속도를 측정하는 휠 속도 측정 모듈;
    전동기의 전압값, 전류값, 온도, 압력등의 데이터를 각 계측 부위에서 측정하여 수집하는 다수의 데이터 수집 모듈;
    아크 발생이나 이선들을 측정하는 팬토 그래프 측정 모듈;
    각각의 장치들의 접속을 제공하는 허브; 및
    상기 휠 속도 측정 모듈과 상기 다수의 데이터 수집 모듈과 상기 팬토 그래프 측정 모듈과 네트워크로 연결되어 측정 데이터를 수집하여 분석하고 저장하며 운영자에게 데이터를 제공하는 메인 컴퓨터를 포함하여 이루어진 시험 계측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 컴퓨터와 별도로 주행중 속도, 거리 관련 데이터를 측정 및 분석하여 화면에 디스플레이하거나 프린터로 출력하여 운용자가 주행 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 주행 모니터링부를 더 포함하여 이루어진 시험 계측 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 컴퓨터와 별도로 가속 및 감속 시험시의 화면을 보여주며, 제동 성능 관련 데이터를 표시하고 저장하기 위한 제동 모니터링부를 더 포함하여 이루어진 시험 계측 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 수집 모듈은,
    차량 외부와 차량 내부에 존재하는 다수의 측정부위로부터 데이터를 입력받는 SCXI 모듈;
    상기 SCXI 모듈로부터 아날로그 신호를 입력받아 디지털화하여 출력하기기 위한 아날로그/디지털 변환기;
    네트워크를 통하여 상기 메인컴퓨터로 측정 데이터를 전송하기 위한 LAN 카드;
    측정 데이터를 저장하기 위한 메모리; 및
    상기 SCXI 모듈과, 상기 아날로그/디지털 변환기와, 상기 LAN 카드와, 상기 메모리를 제어하여 다수의 차량외부와 내부의 측정부위로부터 전송받은 아날로그 측정 데이터를 디지털 신호로 변환하여 저장하고 상기 메인 컴퓨터로 전송하는 제어부를 포함하여 이루어진 시험 계측 시스템.
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