KR20150052398A - 열차 제어 시스템 및 열차 제어 방법 - Google Patents

열차 제어 시스템 및 열차 제어 방법 Download PDF

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Abstract

열차 제어 시스템의 가용도를 향상시킬 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 열차 제어 시스템은 열차에 설치되어 상기 열차의 안전제어를 수행하는 제1 ATP(Automatic Train Protection) 제어부, 및 상기 열차의 운행을 제어하는 제1 ATO(Automatic Train Operation) 제어부를 포함하는 제1 제어 시스템; 및 상기 제1 ATP 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 ATP 제어부에 이상이 발생하면, 절체되어 상기 열차의 안전제어를 수행하는 제2 ATP 제어부, 및 상기 제1 ATO 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 ATO 제어부에 이상이 발생하면, 절체되어 상기 열차의 운행을 제어하는 제2 ATO 제어부를 포함하는 제2 제어 시스템을 포함한다. 상기 제2 ATP 제어부는 동작시 상기 제1 및 제2 ATO 제어부 중 정상 시스템을 확인하고, 상기 확인된 정상 시스템 중 어느 하나와 통신하는 것을 특징으로 한다.

Description

열차 제어 시스템 및 열차 제어 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING TRAIN}
본 발명은 열차 제어에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 열차를 안전하게 제어하기 위한 열차 제어 시스템 및 열차 제어 방법에 관한 것이다.
열차는 고도의 안전성, 신뢰성, 및 정확성이 확보되어야 하는 대표적인 대량 운송 교통 수단 중 하나이다. 따라서, 열차의 안전성을 확보하고, 신뢰성 및 정확성을 높여 운행 효율을 향상시키기 위해 다양한 열차 제어 시스템들이 개발되고 있다.
CBTC(Communication Based Train Control) 시스템은 통신 기반의 열차 제어 시스템으로서, 기존 궤도회로를 이용하지 않고 전선로 구간에서 지상과 차상 간의 연속된 양방향 통신을 통하여 운행 중인 열차의 위치 및 선후행 열차의 위치를 추적하여 안정적인 열차 운행이 가능하도록 설계된 시스템이다.
이러한 CBTC 시스템은 차상 시스템, 지상 시스템, 및 관제 시스템으로 구성되며, 특히, 차상 시스템은 열차의 안전 제어를 수행하는 ATP(Automatic Train Protection) 제어부 및 열차의 운행을 수행하는 ATO(Automatic Train Operation) 제어부을 포함한다.
도 1은 종래 CBTC 차상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 제1 제어 시스템(110) 및 제2 제어 시스템(120)을 포함한다.
제1 제어 시스템(110)은 제1 ATP 제어부(112) 및 제1 ATO 제어부(114)를 포함하고, 제2 제어 시스템(120)은 제2 ATP 제어부(122) 및 제2 ATO 제어부(124)를 포함한다.
이러한 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 안정된 동작을 위하여 제1 제어 시스템(110)과 제2 제어 시스템(120)을 병렬로 연결하고, 제1 제어 시스템(110)에 이상이 발생하면 제2 제어 시스템(120)으로 절체가 수행되는 이중화 구조를 가진다.
도 2는 종래 CBTC 차상 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 종래 CBTC 차상 시스템에서 절체가 수행되는 구체적인 예를 보여주는 도면이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 제1 제어 시스템(110) 및 제2 제어 시스템(120)은 병렬로 연결된다. 한편, 제1 제어 시스템(110)의 제1 ATP 제어부(112)는 제1 ATO 제어부(114)와 직렬로 연결되고, 제2 제어 시스템(120)의 제2 ATP 제어부(122)는 제2 ATO 제어부(124)와 직렬로 연결된다.
종래 CBTC 차상 시스템(100)은 초기 동작시 열차에 대한 제어권한을 제1 제어 시스템(110)에 할당한다. 이에 따라, 제1 ATP 제어부(112) 및 제1 ATO 제어부(114)가 동작하고, 열차를 제어한다.
도 3(a), 도 3(b), 및 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 제1 ATP 제어부(112) 및 제1 ATO 제어부(114) 중 적어도 하나에 고장이 발생하면, 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 제1 제어 시스템(110)에서 제2 제어 시스템(120)으로 절체가 수행되고, 열차에 대한 제어권한을 제2 제어 시스템(120)으로 이동한다.
이에 따라, 제1 제어 시스템(110)은 동작을 정지하고, 제2 제어 시스템(120)의 제2 ATP 제어부(122) 및 제2 ATO 제어부(124)가 동작하여 열차를 제어한다.
상술한 바와 같이, 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 제1 ATP 제어부(112)만 고장이 발생하거나 제1 ATO 제어부(114)만 고장이 발생하는 경우에도 제2 제어 시스템(120)이 열차를 제어하게 됨으로써 고장이 발생하지 않은 시스템을 활용할 수 없게 된다는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점은 도 4를 보면 보다 분명하게 나타난다.
도 4는 종래 CBTC 차상 시스템의 가용도를 설명하기 위한 도면이다.
도 4(a)에 도시된 예를 참조하면, 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 제1 제어 시스템(110)으로 열차를 제어하는 도중 제1 ATP 제어부(112)에 고장이 발생하면 제2 제어 시스템(120)으로 절체를 수행한다. 그리고, 만일, 제2 제어 시스템(120)의 제2 ATO 제어부(124)에 고장이 발생하면 승객의 안전을 위하여 열차를 정차한다.
상술한 바에 따르면, 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 제1 ATO 제어부(114)와 제2 ATP 제어부(122)가 정상적인 동작이 가능함에도 불구하고, 이를 사용하지 않고 열차를 정차한다.
또한, 도 4(b)에 도시된 다른 예를 참조하면, 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 제1 제어 시스템(110)으로 열차를 제어하는 도중 제1 ATO 제어부(114)에 고장이 발생하면 제2 제어 시스템(120)으로 절체를 수행한다. 그리고, 만일, 제2 제어 시스템(120)의 제2 ATP 제어부(122)에 고장이 발생하면 열차를 정차한다.
이와 같은 경우에도 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 제1 ATP 제어부(112)와 제2 ATO 제어부(124)가 정상적인 동작이 가능함에도 불구하고, 이를 사용하지 않고 열차를 정차한다.
결과적으로, 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 정상적인 시스템을 효율적으로 사용하지 않고 열차를 정차시킴에 따라 시스템의 가용도가 낮다는 문제점이 있다. 또한, 종래 CBTC 차상 시스템(100)은 낮은 시스템 가용도 때문에 열차 고장간격이 좁고, 열차가 빈번하게 정차하여 운행 신뢰도가 떨어진다는 다른 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이중화 구조를 기반으로 하는 제어 시스템에서 자원의 가용성을 향상시킬 수 있는 열차 제어 시스템 및 열차 제어 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열차의 고장간격을 증가시킬 수 있는 열차 제어 시스템 및 열차 제어 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 열차 제어 시스템은 열차에 설치되어 상기 열차의 안전제어를 수행하는 제1 ATP(Automatic Train Protection) 제어부, 및 상기 열차의 운행을 제어하는 제1 ATO(Automatic Train Operation) 제어부를 포함하는 제1 제어 시스템; 및 상기 제1 ATP 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 ATP 제어부에 이상이 발생하면, 절체되어 상기 열차의 안전제어를 수행하는 제2 ATP 제어부, 및 상기 제1 ATO 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 ATO 제어부에 이상이 발생하면, 절체되어 상기 열차의 운행을 제어하는 제2 ATO 제어부를 포함하는 제2 제어 시스템을 포함한다. 상기 제2 ATP 제어부는 동작시 상기 제1 및 제2 ATO 제어부 중 정상 시스템을 확인하고, 상기 확인된 정상 시스템 중 어느 하나와 통신하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 열차 제어 방법은 전원이 인가되면, 열차의 안전제어를 수행하는 제1 ATP 제어부, 및 열차의 운행을 제어하는 제1 ATO 제어부를 동작하는 단계; 상기 제1 ATP 제어부를 상기 제1 ATO 제어부와 연결하는 단계; 상기 제1 ATP 제어부의 상태를 판단하고, 상기 제1 ATP 제어부에 이상이 발생하면, 제2 ATP 제어부로 절체하여 상기 제2 ATP 제어부가 상기 열차의 안전제어를 수행하고, 상기 제2 ATP 제어부를 상기 제1 ATO 제어부 및 제2 ATO 제어부 중 어느 하나와 연결하는 단계; 및 상기 제1 ATO 제어부의 상태를 판단하고, 상기 제1 ATO 제어부에 이상이 발생하면, 제2 ATO 제어부로 절체하여 상기 제2 ATO 제어부가 상기 열차의 운행을 제어하고, 상기 제2 ATO 제어부를 상기 제1 ATP 제어부 및 제2 ATP 제어부 중 어느 하나와 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 2개의 ATP 제어부와 2개의 ATO 제어부를 각각 병렬로 구성하고, 각각에 대하여 안전제어권한 및 운행제어권한을 부여함으로써 ATP 제어부 또는 ATO 제어부에 이상이 발생하더라도 이상이 없는 시스템에는 영향을 미치지 않고, 사용이 가능하기 때문에 시스템의 가용성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 2개의 ATP 제어부 모두에 이상이 발생하거나 2개의ATO 제어부 모두에 이상이 발생하는 경우에만 열차 고장 점검을 수행하기 때문에 열차 고장간격을 증가시킬 수 있고, 이에 따라, 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 열차 정차로 인한 열차 지연을 방지함으로써 열차를 신속하게 운행할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 종래 CBTC 차상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 CBTC 차상 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 종래 CBTC 차상 시스템에서 절체가 수행되는 구체적인 예를 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 종래 CBTC 차상 시스템의 가용도를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 제어 시스템을 구체적으로 보여주는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 ATP 제어부를 절체하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 ATO 제어부를 절체하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 제어 시스템(500)은 고속으로 움직이는 열차를 안전하고 효율적으로 이동시키기 위하여 열차를 통제하는 시스템으로서, 시스템의 안전성을 확보하기 위하여 제1 제어 시스템(510) 및 제2 제어 시스템(520)을 포함한다.
제1 제어 시스템(510)은 제1 ATP(Automatic Train Protection) 제어부(511) 및 제1 ATO(Automatic Train Operation) 제어부(512)를 포함하고, 제2 제어 시스템(520)은 제2 ATP 제어부(521) 및 제2 ATO 제어부(522)를 포함한다.
제1 ATP 제어부(511)는 열차의 방호를 담당하는 시스템으로서, 열차 간의 충돌 및 탈선을 방지한다. 이러한 제1 ATP 제어부(511)는 열차가 가동될 때 동작하여 열차가 안전거리를 유지하고 적정 속도로 주행하도록 안전 제어를 수행한다.
제2 ATP 제어부(521)는 제1 ATP 제어부(511)와 병렬로 연결되고, 제1 ATP 제어부(511)에 이상이 발생한 경우 동작하여 상기 열차의 안전 제어를 수행한다.
한편, 제1 ATO 제어부(512)는 열차의 자동운전을 담당하는 시스템으로서, 종래에 승무원이 수동으로 행하던 역간 운전, 열차 정차, 출입문 제어, 열차 출발, 스케쥴 제어를 수행한다. 이러한 제1 ATO 제어부(512)는 열차가 가동될 때 동작하여 열차의 운행을 제어한다.
제2 ATO 제어부(522)는 제1 ATO 제어부(512)와 병렬로 연결되고, 제1 ATO 제어부(512)에 이상이 발생한 경우 동작하여 상기 열차의 운행을 제어한다.
이하에서는 도 6을 참조하여 제1 및 제2 제어 시스템(510, 520)의 동작을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 제어 시스템을 구체적으로 보여주는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 열차 제어 시스템(500)은 제1 제어 시스템(510) 및 제2 제어 시스템(520)을 포함한다. 이하에서는 제1 제어 시스템(510)의 구성을 먼저 설명하도록 한다.
제1 제어 시스템
제1 제어 시스템(510)은 제1 ATP 제어부(511), 제1 ATO 제어부(512), 제1 마스터 신호부(513), 제2 마스터 신호부(514), 제1 ATP 상태 신호부(515), 및 제1 ATO 상태 신호부(516)를 포함하고, 일 실시예에 있어서, 제1 이상 검증부(517)를 더 포함할 수 있다.
제1 마스터 신호부(513)는 열차에 대한 안전제어권한을 제1 ATP 제어부(511)에 우선적으로 부여한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1 마스터 신호부(513)는 전원이 인가되면 제1 마스터 신호를 생성하여 제1 ATP 제어부(513)에 출력한다.
일 실시예에 있어서, 제1 마스터 신호부(513)는 제1 ATP 제어부(511)에 소정의 제1 전압을 출력할 수 있다. 예를 들면, 제1 마스터 신호부(513)는 열차의 배터리 전원을 이용하여 DC 100V를 제1 ATP 제어부(511)에 출력할 수 있다.
제1 마스터 신호부(513)는 열차가 가동될 때 제1 ATP 제어부(511)에 안전제어권한을 우선적으로 부여함으로써, 제1 및 제2 ATP 제어부(511, 521)가 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제1 마스터 신호부(513)는 제1 ATP 제어부(511)에 안전제어권한을 부여하는 역할뿐만 아니라 제1 ATP 제어부(511)에 동작을 지시하는 역할도 수행한다. 이에 따라, 본 발명은 제1 ATP 제어부(511)에 이상이 발생하여 제2 ATP 제어부(521)로 절체된 후, 동작하던 제2 ATP 제어부(521)에도 이상이 발생한 경우, 이상이 있는 제1 ATP 제어부(511)가 재동작하여 열차를 제어하는 것을 방지할 수 있다.
제2 마스터 신호부(514)는 열차에 대한 운행제어권한을 제1 ATO 제어부(512)에 우선적으로 부여한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제2 마스터 신호부(514)는 전원이 인가되면 제2 마스터 신호를 생성하여 제1 ATO 제어부(512)에 출력한다.
일 실시예에 있어서, 제2 마스터 신호부(514)는 제1 ATO 제어부(512)에 소정의 제1 전압을 출력할 수 있다. 예를 들면, 제2 마스터 신호부(514)는 열차의 배터리 전원을 이용하여 DC 100V를 제1 ATO 제어부(512)에 출력할 수 있다.
제2 마스터 신호부(514)는 열차가 가동될 때 제1 ATO 제어부(512)에 운행제어권한을 우선하여 부여함으로써, 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)가 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2 마스터 신호부(514)는 제1 ATP 제어부(511)와 상관없이 제1 ATO 제어부(512)에 제2 마스터 신호를 출력한다. 이에 따라, 제1 ATO 제어부(512)는 제1 ATP 제어부(511)에 이상이 발생하더라도 영향을 받지 않고 동작할 수 있다.
한편, 제2 마스터 신호부(514)는 제1 ATO 제어부(512)에 운행제어권한을 부여하는 역할뿐만 아니라 제1 ATO 제어부(512)에 동작을 지시하는 역할도 수행한다. 이에 따라, 본 발명은 제1 ATO 제어부(512)에 이상이 발생하고 제2 ATO 제어부(522)로 절체된 후, 동작하던 제2 ATO 제어부(522)에도 이상이 발생한 경우, 이상이 있는 제1 ATO 제어부(512)가 재동작하여 열차를 제어하는 것을 방지할 수 있다.
제1 ATP 제어부(511)는 제1 마스터 신호가 입력되면 동작하여 열차의 안전제어를 수행한다.
한편, 제1 ATP 제어부(511)는 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522) 중 정상 시스템을 확인하고, 확인된 정상 시스템 중 어느 하나와 연결한다. 보다 구체적으로, 제1 ATP 제어부(511)는 제1 이상 검증부(517)로부터 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)에 대한 상태 정보를 수신할 수 있다. 이때, 상태 정보는 시스템의 이상여부를 나타내는 정보로써, 정상 상태 및 이상 상태를 포함할 수 있다.
제1 ATP 제어부(511)는 수신된 상태 정보를 기초로 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522) 중 정상 시스템을 확인하고, 확인된 정상 시스템 중 어느 하나를 선택하여 통신할 수 있다. 이때, 제1 ATP 제어부(511)는 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)가 모두 정상이라면 제1 ATO 제어부(512)를 우선하여 선택할 수 있다.
다음, 제1 ATP 상태 신호부(515)는 제1 ATP 제어부(511)의 상태를 판단하고, 상태에 따라 제1 ATP 상태 신호를 생성하여 출력한다. 이때, 제1 ATP 상태 신호는 정상 신호 및 이상 신호를 포함한다.
이러한 제1 ATP 상태 신호부(515)는 정상 신호를 출력하다가, 제1 ATP 제어부(511)에 전압 이상, 전원 이상, 및 통신 이상 중 적어도 하나가 발생하면, 이상 신호를 생성하여 제2 제어 시스템(520)에 출력한다.
일 실시예에 있어서, 제1 ATP 상태 신호부(515)는 정상 신호로 소정의 제2 전압을 출력하고, 이상 신호로 소정의 제3 전압을 출력할 수 있다.
예를 들면, 제1 ATP 상태 신호부(515)는 제1 ATP 제어부(511)가 정상이면 DC 0V를 제2 제어 시스템(520)에 출력할 수 있다. 또한, 제1 ATP 상태 신호부(515)는 제1 ATP 제어부(511)에 이상이 발생하면 DC 100V를 제2 제어 시스템(520)에 출력할 수 있다.
다음, 제1 ATO 제어부(512)는 제2 마스터 신호가 입력되면 동작하여 열차의 운행을 제어한다.
제1 ATO 상태 신호부(516)는 제1 ATO 제어부(512)의 상태를 판단하고, 상태에 따라 제1 ATO 상태 신호를 생성하여 출력한다. 이때, 제1 ATO 상태 신호는 정상 신호 및 이상 신호를 포함한다.
제1 ATO 상태 신호부(516)는 정상 신호를 출력하다가, 제1 ATO 제어부(512)에 전압 이상, 전원 이상, 및 통신 이상 중 적어도 하나가 발생하면, 이상 신호를 생성하여 제2 제어 시스템(520)에 출력한다. 더불어, 제1 ATO 상태 신호부(516)는 상기 이상 신호를 제1 이상 검증부(517)로 출력할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 ATO 상태 신호부(516)는 정상 신호로 소정의 제2 전압을 출력하고, 이상 신호로 소정의 제3 전압을 출력할 수 있다.
예를 들면, 제1 ATO 상태 신호부(516)는 제1 ATO 제어부(512)가 정상이면 DC 0V를 제2 제어 시스템(520)에 출력할 수 있다. 또한, 제1 ATO 상태 신호부(516)는 제1 ATO 제어부(512)에 이상이 발생하면 DC 100V를 제2 제어 시스템(520)에 출력할 수 있다.
다음, 제1 이상 검증부(517)는 제2 ATP 상태 신호, 제1 ATO 상태 신호, 및 제2 ATO 상태 신호를 수신하고, 수신된 상태 신호를 기초로 각 시스템에 대한 이상여부를 판단한다. 그리고, 제1 이상 검증부(517)는 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 제1 ATP 제어부(511) 및 제1 ATO 제어부(512) 중 적어도 하나에 제공한다.
제2 제어 시스템
제2 제어 시스템(520)은 제2 ATP 제어부(521), 제2 ATO 제어부(522), 제2 ATP 상태 신호부(523), 및 제2 ATO 상태 신호부(524)를 포함하고, 일 실시예에 있어서, 제2 이상 검증부(525)를 더 포함할 수 있다.
제2 ATP 제어부(521)는 제1 ATP 제어부(511)와 병렬로 연결되어 제1 ATP 제어부(511)에 이상이 발생하면 동작한다.
보다 구체적으로, 제2 제어 시스템(520)은 제1 제어 시스템(510)으로부터 제1 ATP 제어부(511)의 상태를 나타내는 제1 ATP 상태 신호를 수신한다. 이때, 수신된 제1 ATP 상태 신호가 정상 신호이면, 제2 ATP 제어부(521)는 대기한다. 반면, 제1 ATP 상태 신호가 이상 신호이면, 제2 ATP 제어부(521)는 절체되어 제1 ATP 제어부(511)로부터 열차의 안전제어권한을 획득하고, 열차의 안전제어를 수행한다.
한편, 제2 ATP 제어부(521)는 동작시 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522) 중 어느 하나를 선택하여 통신한다.
보다 구체적으로, 제2 ATP 제어부(521)는 제2 이상 검증부(525)로부터 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)에 대한 상태 정보를 수신할 수 있다. 이때, 상태 정보는 시스템의 이상여부에 대한 정보로써, 정상 상태 및 이상 상태를 포함할 수 있다.
제2 ATP 제어부(521)는 수신된 상태 정보를 기초로 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522) 중 정상 시스템을 확인하고, 확인된 정상 시스템 중 어느 하나를 선택하여 통신할 수 있다. 이때, 제2 ATP 제어부(521)는 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)가 모두 정상 상태라면, 제1 ATO 제어부(512)를 우선하여 선택할 수 있다.
다음, 제2 ATP 상태 신호부(523)는 제2 ATP 제어부(521)의 상태를 판단하고, 상태에 따라 제2 ATP 상태 신호를 생성하여 출력한다. 이때, 제2 ATP 상태 신호는 정상 신호 및 이상 신호를 포함한다.
이러한 제2 ATP 상태 신호부(523)는 정상 신호를 출력하다가 제2 ATP 제어부(521)에 전압 이상, 전원 이상, 및 통신 이상 중 적어도 하나가 발생하면 이상 신호를 생성하여 제1 제어 시스템(510)에 출력한다.
일 실시예에 있어서, 제2 ATP 상태 신호부(523)는 정상 신호로 소정의 제2 전압을 출력하고, 이상 신호로 소정의 제3 전압을 출력할 수 있다.
예를 들면, 제2 ATP 상태 신호부(523)는 제2 ATP 제어부(521)가 정상이면 DC 0V를 제1 제어 시스템(510)에 출력할 수 있다. 또한, 제2 ATP 상태 신호부(523)는 제2 ATP 제어부(521)에 이상이 발생하면 DC 100V를 제1 제어 시스템(510)에 출력할 수 있다.
다음, 제2 ATO 제어부(522)는 제1 ATO 제어부(512)와 병렬로 연결되어 제1 ATO 제어부(512)에 이상이 발생하면 동작한다.
보다 구체적으로, 제2 제어 시스템(520)은 제1 제어 시스템(510)으로부터 제1 ATO 제어부(512)의 상태를 나타내는 제1 ATO 상태 신호를 수신한다. 이때, 수신된 제1 ATO 상태 신호가 정상 신호이면, 제2 ATO 제어부(522)는 대기한다. 반면, 제1 ATO 상태 신호가 이상 신호이면, 제2 ATO 제어부(522)는 제1 ATO 제어부(521)로부터 열차의 운행제어권한을 획득하고, 열차의 운행을 제어한다.
제2 ATO 상태 신호부(524)는 제2 ATO 제어부(522)의 상태를 판단하고, 상태에 따라 제2 ATO 상태 신호를 생성하여 출력한다. 이때, 제2 ATO 상태 신호는 정상 신호 및 이상 신호를 포함한다.
제2 ATO 상태 신호부(524)는 정상 신호를 출력하다가 제2 ATO 제어부(522)에 전압 이상, 전원 이상, 및 통신 이상 중 적어도 하나가 발생하면 이상 신호를 생성하여 제1 제어 시스템(510)에 출력한다. 더불어, 제2 ATO 상태 신호부(524)는 상기 이상 신호를 제2 이상 검증부(525)로 출력할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 ATO 상태 신호부(524)는 정상 신호로 소정의 제2 전압을 출력하고, 이상 신호로 소정의 제3 전압을 출력할 수 있다.
예를 들면, 제2 ATO 상태 신호부(524)는 제2 ATO 제어부(522)가 정상이면 DC 0V를 제1 제어 시스템(510)에 출력할 수 있다. 또한, 제2 ATO 상태 신호부(524)는 제2 ATO 제어부(522)에 이상이 발생하면 DC 100V를 제1 제어 시스템(510)에 출력할 수 있다.
다음, 제2 이상 검증부(525)는 제1 ATP 상태 신호, 제1 ATO 상태 신호, 및 제2 ATO 상태 신호를 수신하고, 수신된 상태 신호를 기초로 각 시스템에 대한 이상여부를 판단한다. 그리고, 제2 이상 검증부(525)는 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 제2 ATP 제어부(521) 및 제2 ATO 제어부(522) 중 적어도 하나에 제공한다.
상술한 바와 같은 구성을 포함하는 열차 제어 시스템(500)은 종래의 시스템과 비교하였을 때 자원에 대한 가용도가 높으며, 이에 따라, 평균고장간격 또한 커진다. 종래 시스템과 제안한 시스템을 비교하면 아래 표 1과 같다.
MTBF MTTR 가용도
종래 시스템 19034 0.0066836 99.999649%
제안한 시스템 22512 0.0066836 99.999703%
상기 MTBF(Mean Time Between Failure)는 시스템의 평균 고장 간격을 나타내고, 상기 MTTR(Mean Time To Repair)은 시스템의 평균 수리 시간을 나타낸다.
ATP 제어부의 고장 비율을 5.6832E-05, ATO 제어부의 고장 비율을 2.1975E-05라 가정한다. 또한, ATP 제어부의 MTTR을 0.0650 시간, ATO 제어부의 MTTR을 0.0675 시간이라 가정한다.
이러한 경우, 제안한 시스템의 가용도는 99.999703%가 되어 종래 시스템의 가용도 99.999649% 보다 높게 나타난다. 또한, 제안한 시스템의 MTBF는 22512으로 종래 시스템의 MTBF 19034 보다 크다는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 먼저, 열차 제어 시스템(500)은 열차의 안전제어를 수행하는 제1 ATP 제어부(511), 및 열차의 운행을 제어하는 제1 ATO 제어부(512)를 가동한다(S701).
보다 구체적으로, 열차 제어 시스템(500)은 전원이 인가되면 제1 마스터 신호 및 제2 마스터 신호를 생성한다. 그리고, 열차 제어 시스템(500)은 생성된 제1 마스터 신호를 제1 ATP 제어부(511)로 출력함으로써, 제2 ATP 제어부(521)에 우선하여 제1 ATP 제어부(511)에 안전제어권한을 부여한다. 한편, 열차 제어 시스템(500)은 상기 제2 마스터 신호를 제1 ATO 제어부(512)에 출력함으로써, 제2 ATO 제어부(522)에 우선하여 제1 ATO 제어부(512)에 운행제어권한을 부여한다.
이에 따라, 제1 ATP 제어부(511)는 제1 마스터 신호가 입력되면 동작하여 열차의 안전제어를 수행한다. 한편, 제1 ATO 제어부(512)는 제2 마스터 신호가 입력되면 동작하여 열차의 운행을 제어한다.
다음, 열차 제어 시스템(500)은 동작 중인 제1 ATP 제어부(511)를 제1 ATO 제어부(512)와 연결한다(S702). 보다 구체적으로, 열차 제어 시스템(500)은 제1 ATO 제어부(512) 및 제2 ATO 제어부(522)에 대한 상태를 판단하고, 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 제1 ATP 제어부(511)에 제공한다.
제1 ATP 제어부(511)는 상태 정보를 기초로 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522) 중 정상 시스템을 확인하고, 정상 시스템 중 어느 하나를 선택한다. 이때, 제1 ATP 제어부(511)는 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)가 모두 정상 시스템으로 확인되면 제1 ATO 제어부(512)를 우선하여 선택한다.
초기 동작시에는 제1 ATO 제어부(512)가 정상적으로 동작하므로, 제1 ATP 제어부(511)는 제1 ATO 제어부(512)를 선택하여 연결하고, 열차의 운행을 제어하기 위한 정보를 제1 ATO 제어부(512)에 송신한다.
일 예로, 제1 ATP 제어부(511)는 열차속도를 제어하기 위한 속도 정보, 열차 위치 정보, 열차길이 정보, 출입문 제어를 위한 출입문 정보 등을 CAN 통신을 통해 제1 ATO 제어부(512)에 송신한다.
다음, 열차 제어 시스템(500)은 제1 ATP 제어부(511)에 이상이 발생하면 제2 ATP 제어부(521)로 절체한다(S703 및 S704).
열차 제어 시스템(500)은 제1 ATP 제어부(511)의 상태를 판단하고, 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 제2 ATP 제어부(521)에 제공한다. 이때, 상태 정보는 정상 상태 및 이상 상태를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 열차 제어 시스템(500)은 전원이 인가되고 제1 ATP 제어부(511)가 가동되면, 제1 ATP 제어부(511)를 주기적으로 모니터링하여 상태 정보를 생성한다.
초기 동작시 제1 ATP 제어부(511)는 정상적으로 동작하므로, 열차 제어 시스템(500)은 정상 상태를 포함하는 상태 정보를 제2 ATP 제어부(521)에 제공한다. 제1 ATP 제어부(511)가 동작하던 도중 시스템 이상, 예컨대, 전압 이상, 전원 이상, 및 통신 이상 중 적어도 하나가 발생하면, 열차 제어 시스템(500)은 제1 ATP 제어부(511)에 대한 이상 상태를 포함하는 상태 정보를 제2 ATP 제어부(521)에 제공한다.
한편, 열차 제어 시스템(500)은 제1 ATP 제어부(511)가 정상 상태이면 제2 ATP 제어부(521)를 대기하고 있다가, 제1 ATP 제어부(511)가 이상 상태가 되면, 제2 ATP 제어부(521)로 시스템 절체를 수행한다.
이하에서는 도 8을 참조하여 ATP 제어부를 절체하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 ATP 제어부를 절체하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 열차 제어 시스템(500)은 열차에 대한 안전제어권한을 제1 ATP 제어부(511)에서 제2 ATP 제어부(521)로 이동한다(S801).
다음, 열차 제어 시스템(500)은 제2 ATP 제어부(521)를 가동하여 열차의 안전제어를 수행한다(S802).
다음, 열차 제어 시스템(500)은 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)의 상태를 판단한다(S803). 열차 제어 시스템(500)은 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)의 상태를 판단하고, 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 제2 ATP 제어부(521)에 제공할 수 있다.
다음, 열차 제어 시스템(500)은 상태에 따라 제1 또는 제2 ATO 제어부(512, 522)와 제2 ATP 제어부(521)를 연결한다(S804).
제2 ATP 제어부(521)는 상태 정보를 기초로 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522) 중 정상 시스템을 확인한다. 그리고, 제2 ATP 제어부(521)는 확인된 정상 시스템 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 ATO 제어부와 연결한다.
이때, 제2 ATP 제어부(521)는 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)가 모두 정상 시스템으로 확인되면 제1 ATO 제어부(512)를 우선하여 선택한다.
제1 ATO 제어부(512)에 이상이 발생하지 않고 정상적으로 동작한다면, 제2 ATP 제어부(521)는 제1 ATO 제어부(512)를 선택하여 연결하고, 열차의 운행을 제어하기 위한 정보를 제1 ATO 제어부(512)에 송신한다.
일 예로, 제2 ATP 제어부(512)는 열차속도를 제어하기 위한 속도 정보, 열차 위치 정보, 열차길이 정보, 출입문 제어를 위한 출입문 정보 등을 CAN 통신을 통해 제1 ATO 제어부(512)에 송신한다.
도 8에 도시하고 있지 않지만, 일 실시예에 있어서, 열차 제어 시스템(500)은 시스템 절체를 수행한 후 제1 및 제2 ATP 제어부(511, 521)에 대한 상태 정보를 생성하여 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)에 제공할 수 있다. 이때, 상태 정보는 제1 ATP 제어부(511)에 대한 이상 상태, 및 제2 ATP 제어부(521)에 대한 정상 상태를 포함할 수 있다.
다시, 도 7을 참조하면, 열차 제어 시스템(500)은 제2 ATP 제어부(521)에 이상이 발생하면, 열차를 정차한다(S705 및 S706).
한편, 열차 제어 시스템(500)은 제1 ATO 제어부(512)에 이상이 발생하면 제2 ATO 제어부(522)로 절체한다(S707 및 S708).
열차 제어 시스템(500)은 제1 ATO 제어부(512)의 상태를 판단하고, 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 제2 ATO 제어부(522)에 제공한다. 이때, 상태 정보는 정상 상태 및 이상 상태를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 열차 제어 시스템(500)은 전원이 인가되고 제1 ATO 제어부(512)가 가동되면, 제1 ATO 제어부(512)를 주기적으로 모니터링하여 상태 정보를 생성한다.
초기 동작시 제1 ATO 제어부(512)는 정상적으로 동작하므로, 열차 제어 시스템(500)은 정상 상태를 포함하는 상태 정보를 제2 ATO 제어부(522)에 제공한다. 제1 ATO 제어부(512)가 동작하던 도중 시스템 이상, 예컨대, 전압 이상, 전원 이상, 및 통신 이상 중 적어도 하나가 발생하면, 열차 제어 시스템(500)은 제1 ATO 제어부(512)에 대한 이상 상태를 포함하는 상태 정보를 제2 ATO 제어부(522)에 제공한다.
한편, 열차 제어 시스템(500)은 제1 ATO 제어부(512)가 정상 상태이면 제2 ATO 제어부(522)를 대기하고 있다가, 제1 ATO 제어부(512)가 이상 상태가 되면, 제2 ATO 제어부(522)로 시스템 절체를 수행한다.
이하에서는 도 9를 참조하여 ATO 제어부를 절체하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 ATO 제어부를 절체하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 열차 제어 시스템(500)은 열차에 대한 운행제어권한을 제1 ATO 제어부(512)에서 제2 ATO 제어부(522)로 이동한다(S901).
다음, 열차 제어 시스템(500)은 제2 ATO 제어부(522)를 가동하여 열차의 운행을 제어한다(S902).
다음, 열차 제어 시스템(500)은 제1 및 제2 ATP 제어부(511, 521)의 상태를 판단한다(S903). 열차 제어 시스템(500)은 제1 및 제2 ATP 제어부(511, 521)의 상태를 판단하고, 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 제2 ATO 제어부(522)에 제공할 수 있다.
다음, 열차 제어 시스템(500)은 상태에 따라 제1 또는 제2 ATP 제어부(511, 521)와 제2 ATO 제어부(522)를 연결한다(S904).
제2 ATO 제어부(522)는 상태 정보를 기초로 제1 및 제2 ATP 제어부(511, 521) 중 정상 시스템을 확인한다. 그리고, 제2 ATO 제어부(522)는 확인된 정상 시스템 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 ATP 제어부와 연결한다.
이때, 제2 ATO 제어부(522)는 제1 및 제2 ATP 제어부(511, 521)가 모두 정상 시스템으로 확인되면 제1 ATP 제어부(511)를 우선하여 선택한다.
도 9에 도시하고 있지 않지만, 일 실시예에 있어서, 열차 제어 시스템(500)은 시스템 절체를 수행한 후 제1 및 제2 ATO 제어부(512, 522)에 대한 상태 정보를 생성하여 제1 및 제2 ATP 제어부(511, 521)에 제공할 수 있다. 이때, 상태 정보는 제1 ATO 제어부(512)에 대한 이상 상태, 및 제2 ATO 제어부(522)에 대한 정상 상태를 포함할 수 있다.
다시, 도 7을 참조하면, 열차 제어 시스템(500)은 제2 ATO 제어부(522)에 이상이 발생하면, 열차를 정차한다(S709 및 S710).
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 열차에 설치되어 상기 열차의 안전제어를 수행하는 제1 ATP(Automatic Train Protection) 제어부, 및 상기 열차의 운행을 제어하는 제1 ATO(Automatic Train Operation) 제어부를 포함하는 제1 제어 시스템; 및
    상기 제1 ATP 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 ATP 제어부에 이상이 발생하면, 절체되어 상기 열차의 안전제어를 수행하는 제2 ATP 제어부, 및 상기 제1 ATO 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 ATO 제어부에 이상이 발생하면, 절체되어 상기 열차의 운행을 제어하는 제2 ATO 제어부를 포함하는 제2 제어 시스템을 포함하고,
    상기 제2 ATP 제어부는 동작시 상기 제1 및 제2 ATO 제어부 중 정상 시스템을 확인하고, 상기 확인된 정상 시스템 중 어느 하나와 통신하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 제어 시스템은
    전원이 인가되면, 제1 마스터 신호를 생성하여 상기 제1 ATP 제어부에 출력하는 제1 마스터 신호부; 및
    전원이 인가되면, 제2 마스터 신호를 생성하여 상기 제1 ATO 제어부에 출력하는 제2 마스터 신호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어 시스템은,
    상기 제1 ATP 제어부의 상태를 판단하고, 상태에 따라 제1 ATP 상태 신호를 생성하여 출력하는 제1 ATP 상태 신호부; 및
    상기 제1 ATO 제어부의 상태를 판단하고, 상태에 따라 제1 ATO 상태 신호를 생성하여 출력하는 제1 ATO 상태 신호부를 더 포함하고,
    상기 제2 제어 시스템은,
    상기 제2 ATP 제어부의 상태를 판단하고, 상태에 따라 제2 ATP 상태 신호를 생성하여 출력하는 제2 ATP 상태 신호부; 및
    상기 제2 ATO 제어부의 상태를 판단하고, 상태에 따라 제2 ATO 상태 신호를 생성하여 출력하는 제2 ATO 상태 신호부를 더 포함하고,
    상기 제1 ATP 상태 신호, 제2 ATP 상태 신호, 제1 ATO 상태 신호 및 제2 ATO 상태 신호는 정상 신호 및 이상 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 제어 시스템은
    상기 제2 ATP 상태 신호, 제1 ATO 상태 신호 및 제2 ATO 상태 신호가 수신되면, 상기 수신된 상태 신호를 기초로 각 시스템에 대한 이상여부를 판단하고, 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 상기 제1 ATP 제어부에 제공하는 제1 이상 검증부를 더 포함하고,
    상기 제1 ATP 제어부는 상기 상태 정보를 기초로 상기 제1 및 제2 ATO 제어부 중 정상 시스템을 확인하고, 확인된 정상 시스템 중 어느 하나를 선택하여 통신하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 제어 시스템은
    상기 제1 ATP 상태 신호, 제1 ATO 상태 신호 및 제2 ATO 상태 신호가 수신되면, 상기 수신된 상태 신호를 기초로 각 시스템에 대한 이상여부를 판단하고, 판단결과를 기초로 상태 정보를 생성하여 상기 제2 ATP 제어부에 제공하는 제2 이상 검증부를 더 포함하고,
    상기 제2 ATP 제어부는 상기 상태 정보를 기초로 상기 제1 ATP 제어부의 이상여부를 판단하고, 이상이 발생하면 동작하고, 상기 제2 ATO 제어부는 상기 상태 정보를 기초로 상기 제1 ATO 제어부의 이상을 판단하고, 이상이 발생하면 동작하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 ATP 제어부는,
    상기 제1 ATO 제어부의 이상여부를 판단하고, 정상 상태이면, 상기 제1 ATO 제어부와 통신하고, 이상 상태이면, 상기 제2 ATO 제어부와 통신하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  7. 전원이 인가되면, 열차에 설치되어 상기 열차의 안전제어를 수행하는 제1 ATP 제어부, 및 상기 열차의 운행을 제어하는 제1 ATO 제어부를 동작하는 단계;
    상기 제1 ATP 제어부를 상기 제1 ATO 제어부와 연결하는 단계;
    상기 제1 ATP 제어부의 상태를 판단하고, 상기 제1 ATP 제어부에 이상이 발생하면, 상기 제1 ATP 제어부와 병렬로 연결된 제2 ATP 제어부로 절체하여 상기 제2 ATP 제어부가 상기 열차의 안전제어를 수행하고, 상기 제2 ATP 제어부를 상기 제1 ATO 제어부 및 제2 ATO 제어부 중 어느 하나와 연결하는 단계; 및
    상기 제1 ATO 제어부의 상태를 판단하고, 상기 제1 ATO 제어부에 이상이 발생하면, 상기 제1 ATO 제어부와 병렬로 연결된 제2 ATO 제어부로 절체하여 상기 제2 ATO 제어부가 상기 열차의 운행을 제어하고, 상기 제2 ATO 제어부를 상기 제1 ATP 제어부 및 제2 ATP 제어부 중 어느 하나와 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 방법.
  8. 제7항 에 있어서, 상기 동작하는 단계는,
    전원이 인가되면, 제1 마스터 신호를 생성하여 상기 제1 ATP 제어부로 출력하고, 제2 마스터 신호를 생성하여 상기 제1 ATO 제어부로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 ATO 제어부 및 제2 ATO 제어부 중 어느 하나와 연결하는 단계는,
    상기 제1 ATO 제어부의 상태를 확인하는 단계; 및
    정상 상태이면, 상기 제2 ATP 제어부를 상기 제1 ATO 제어부와 연결하고, 이상 상태이면, 상기 제2 ATP 제어부를 상기 제2 ATO 제어부와 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 ATP 제어부 및 제2 ATP 제어부 중 어느 하나와 연결하는 단계는,
    상기 제1 ATP 제어부의 상태를 확인하는 단계; 및
    정상 상태이면, 상기 제2 ATO 제어부를 상기 제1 ATP 제어부와 연결하고, 이상 상태이면, 상기 제2 ATO 제어부를 상기 제2 ATP 제어부와 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 방법.
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