KR20160050109A

KR20160050109A - 모듈형 열차제어시스템

Info

Publication number: KR20160050109A
Application number: KR1020140146471A
Authority: KR
Inventors: 오세찬; 김민수; 김경희; 백종현; 정종덕
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-05-11
Also published as: KR101630703B1

Abstract

본 발명은 모듈형 열차제어시스템에 관한 것으로, 순수 안전 기능(Safety Function)을 수행하는 ATP-Kernel과, 상기 ATP-Kernel에 디바이스 장치를 연결하는 VDI(Vitural Device Interface)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열차제어시스템은 다중 shell 구조를 채택하여 유연성(Flexibility)과 확장성(Scalability) 확보를 통해 다양한 운영환경 및 인터페이스 환경에 적용가능하다. 특히, 본 발명은 견고(Robust)하고 간단(Simple)한 ATP-Kernel 설계기술 확보를 통해 운영 환경변화에 영향을 받지 않음은 물론 환경 변화시 발생 가능한 오류를 줄일 수 있고, 열차제어시스템 ATP-Kernel을 중심으로 표준 인터페이스체계 수립을 통해 열차제어시스템과 접목 가능한 다양한 종류의 안전장치 개발 및 관련 산업의 활성화가 가능하다.

Description

모듈형 열차제어시스템 {MODULE TYPE TRAIN CONTROL SYSTEM}

본 발명은 모듈형 열차제어시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 열차제어시스템을 구성하는 자동열차보호장치(ATP)가 본연의 안전기능만 가지도록 ATP-Kernel을 최소화하여 설계하여 운영 환경변화에 영향을 받지 않고 발생 가능한 오류를 저감할 수 있고, 환경적 요소에 따라 변경될 소지가 있는 장치를 필요시 VDI(Vitural Device Interface)를 통해 결합하는 형태로 모듈화하여 ATP-Kernel내에서의 오류발생을 줄이면서 새로운 열차제어시스템 개발시 모듈 단위의 조립을 통해 구현 가능한 모듈형 열차제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량은 많은 화물 또는 승객을 이송하는 대단위 교통수단이다.

이와 같은 철도차량은 선로를 따라 안전하게 운행할 수 있도록 하기 위해 다양하면서도 복잡한 형태의 열차제어시스템을 구비하고 있다

열차의 안전운행을 책임지는 열차제어시스템은 철도의 선로변에 설치되어 열차의 간격을 제어하거나 진로를 제어하는 전자연동장치(EIS : Electronic Interlocking System)와, 궤도에서 열차의 운전 조건을 차상으로 전송하여 지상신호가 없이 자동으로 운전토록 하는 자동열차제어장치(ATC: Automatic Train Control)와, 그 자동열차제어장치(ATC)의 일부개념으로 전방열차의 위치에 따라 후방열차의 속도를 제어하는 자동열차보호장치(ATP: Automatic Train Protection)와, 폐색구간을 여러 개로 구분하고 궤도회로를 이용하여 신호를 자동으로 현시함으로써 여러 개의 열차를 안전하게 운행시켜 선로용량을 최대화하는 자동폐색장치(ABS: Automatic Blocking System)와, 중앙사령실에서 여러 개의 신호장치를 일괄적으로 집중제어하는 열차집중제어장치(CTC: Centralized Traffic Control) 등의 여러 가지 방식의 열차제어장치가 있다.

이와 같은 열차제어시스템은 차량, 전력, 궤도토목, 역사 및 시설물 등과 상호 유기적으로 동작하는 하나의 철도 운영시스템이면서 동시에 승객안전을 보장해야하는 안전시스템으로서 개발의 설계단계부터 제작 및 시험평가까지 철저한 안전성활동과 평가과정을 거쳐야하므로 막대한 개발비용과 함께 시간과 인력투입이 요구된다.

한편, 이상의 열차제어시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 안전의 핵심인 자동열차보호장치(ATP)를 중심으로 ATO, 위치검지장치 등과 인터페이스 되는 단일 shell 구조로 이루어진다.

따라서, 열차제어시스템의 구성요소 중 자동열차보호장치(ATP)는 안전무결성 레벨(SIL4)의 가장 높은 안전성 무결 수준이 요구됨에도 불구하고, 등록특허 제10-1295770호 등에 제시된 통상의 자동열차보호장치(ATP)를 구비하는 기존의 열차제어시스템의 경우 신규 디바이스를 추가하거나 기존 인터페이스의 변경 등 요구사항 발생시 그 구조적인 문제로 인해 인터페이스가 불가능하거나 만약 가능하더라도 제한적이거나 전체 자동열차보호장치(ATP) 변경이 불가피해 시스템 전반적으로 영향을 미침으로 인해 막대한 비용과 시간이 소요되는 문제점을 안고 있다.

참고문헌1 : 등록특허 제10-1295770호

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 열차제어시스템의 안전을 담당하는 핵심인 자동열차보호장치인 ATP(Automatic Train Protection)가 본연의 안전 기능(Safety Function)만 가지도록 최소화하여 설계함으로써 운영 환경변화에 영향을 받지 않고 발생 가능한 오류를 저감할 수 있고 다양한 디바이스 장치와 인터페이스 가능한 모듈형 열차제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 ATP-Kernel에서 환경적 요소에 따라 변경될 소지가 있는 디바이스 장치를 별도로 분리하여 ATP-Kernel을 설계하고 다양한 디바이스 장치를 필요시 VDI(Vitural Device Interface)를 통해 결합하는 형태로 모듈화하여 ATP-Kernel내에서의 오류발생을 줄이고 새로운 열차제어시스템 개발시 모듈 단위의 조립을 통해 구현이 가능한 모듈형 열차제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

순수 안전 기능(Safety Function)을 수행하는 ATP-Kernel과, 상기 ATP-Kernel에 디바이스 장치를 연결하는 VDI(Vitural Device Interface)로 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열차제어시스템을 제공한다.

이때, 상기 VDI(Vitural Device Interface)에는 복수의 디바이스 장치가 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 디바이스 장치는 열차자동운전장치, 열차위치검지장치, 열차출입문/PSD 끼임검지장치, 열차무결성 모니터링장치, 열차길이 모니터링 장치, 장애물 검지장치, 화재검지장치, 차축온도검지장치, 화재검지장치, 차축온도검지장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 디바이스 장치들은 동일 출력이면 그룹화하여 디바이스 장치그룹을 형성하여 상기 VDI(Vitural Device Interface)에 인터페이스되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 디바이스 장치그룹에 대해서 영향력분석(Impact Analysis) 및 위험원 분석(Hazard Analysis)을 수행하여 디바이스 장치그룹과 VDI(Vitural Device Interface) 및 ATP-Kernel에 대한 안전무결성수준(SIL: Safety Integrity Level)이 결정되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 ATP-Kernel과 VDI(Vitural Device Interface)는 불변영역(Constant area)이고, 상기 디바이스 장치는 가변영역(Variable area)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열차제어시스템은 다중 shell 구조를 채택하여 유연성(Flexibility)과 확장성(Scalability) 확보를 통해 다양한 운영환경 및 인터페이스 환경에 적용가능하다.

특히, 본 발명은 견고(Robust)하고 간단(Simple)한 ATP-Kernel 설계기술 확보를 통해 운영 환경변화에 영향을 받지 않음은 물론 환경 변화시 발생 가능한 오류를 줄일 수 있고, 열차제어시스템 ATP-Kernel을 중심으로 표준 인터페이스체계 수립을 통해 열차제어시스템과 접목 가능한 다양한 종류의 안전장치 개발 및 관련 산업의 활성화가 가능하다.

아울러, 열차제어시스템 모듈화를 통한 시스템 개발비용 절감과 함께 운영기관 도입비용 절감 및 시스템 유지보수 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 단일 shell 구조의 열차제어시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 모듈형 열차제어시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 shell 구조의 열차제어시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열차제어시스템과 인터페이스 되는 Device 입출력 분석 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 열차제어시스템과 인터페이스 되는 Device 그룹별 안전무결성수준(SIL)의 결정 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 모듈형 열차제어시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명은 열차제어시스템의 구성요소 중 안전을 담당하는 핵심인 자동열차보호장치로서 SIL4의 가장 높은 안전성 무결 수준이 요구되는 ATP(Automatic Train Protection)가 본연의 안전기능만 가지도록 최소화하여 설계함으로써 운영 환경변화에 영향을 받지 않고 발생 가능한 오류를 저감하며 다양한 디바이스 장치와 인터페이스 가능하도록 VDI(Vitural Device Interface)를 사용한다.

특히, 기존에 ATP(Automatic Train Protection)에서 환경적 요소에 따라 변경될 소지가 있는 장치를 별도로 분리하여 ATP-Kernel(100)을 설계하고 VDI(Vitural Device Interface)(200)에 필요한 디바이스 장치(300)를 선택적으로 결합하는 형태로 모듈화하여 ATP-Kernel(100)내에서의 오류발생을 줄이게 된다. 아울러 새로운 열차제어시스템 개발시에 모듈 단위의 조립을 통해 구현이 가능한 모듈형 열차제어시스템의 개발에 유용하게 활용될 수 있다.

즉, 본 발명은 ATP-Kernel(100), VDI(200) 및 디바이스 장치(300)로 이루어지는 다중 Shell 구조로 이루어지며, 기존 ATP(Automatic Train Protection)에서 환경에 따라 변경될 소지가 있는 부분은 분리하고, ATP(Automatic Train Protection)의 입력으로 인터페이스되는 여러 장치의 인터페이스를 그룹화한다.

이와 같은 본 발명에 따른 모듈형 열차제어시스템은 안전을 담당하는 ATP(Automatic Train Protection)가 본연의 전방열차의 위치에 따라 후방열차의 속도를 제어하는 확장불변의 본연의 안전 기능(Safety Function)을 수행하는 ATP-Kernel(100)과, 상기 ATP-Kernel(100)에 디바이스 장치(300)들을 선택적으로 연결할 수 있는 VDI(Vitural Device Interface)(200)로 구성된다.

이때, 도 2에 도시된 바에 의하면 상기 디바이스 장치(300)는 열차자동운전장치(Automatic Train Operation)(301), 열차위치검지장치(Position Detection Device)(302), 열차무결성 모니터링장치(Train Integrity Monitoring Device)(303), 열차길이 모니터링 장치(Train Length Monitoring Device)(304), 장애물 검지장치(Object Detection Device)(305) 등이 있다.

물론 상기 디바이스 장치(300)는 이외에도 화재검지장치, 차축온도검지장치 등 다양한 열차제어시스템 구성을 위한 장치를 포함한다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 모듈형 열차제어시스템은 안전의 핵심인 ATP(Automatic Train Protection)를 중심으로 ATO, 위치검지장치 등과 인터페이스 되는 단일 shell 구조를 도 3에 도시된 바와 같이 ATP-Kernal(100), VDI(200), 디바이스 장치(300)와 같이 다중 shell 구조로 변경한다.

이때, 상기 디바이스 장치(300)는 도 3을 참고하면 열차자동운전장치(Automatic Train Operation)(301), 열차위치검지장치(Position Detection Device)(302), 열차무결성 모니터링장치(Train Integrity Monitoring Device)(303), 열차길이 모니터링 장치(Train Length Monitoring Device)(304), 장애물 검지장치(Object Detection Device)(305), 열차출입문/PSD 끼임검지장치(306), 열차 위치검지장치(307), 기타 화재검지장치, 차축온도검지장치 등이 있다.

즉, ATP(Automatic Train Protection)는 환경에 따라 변경될 소지가 있는 부분은 별도로 분리하여 VDI(200)에 연결할 수 있는 디바이스 장치(300)로 분리하고, 순수 ATP(Automatic Train Protection) 기능 위주로 ATP-Kernel(100)을 구성한다.

따라서, ATP-Kernel(100)과 다양한 종류의 디바이스 장치(300)를 VDI(Vitural Device Interface)(200)를 통해 분리 구성할 수 있는 구조로 인해, 기존 열차제어시스템의 경우 신규 인터페이스 추가 및 기존 인터페이스 변경시 ATP(Automatic Train Protection) 변경이 불가피한 반면, 본 발명에 따른 모듈형 열차제어시스템은 신규 디바이스의 추가 및 기존 인터페이스 변경 시 ATP-Kernel(100)과 VDI(Vitural Device Interface)(200)는 변하지 않도록 구성이 가능하다.

즉, 상기 ATP-Kernel(100)과 VDI(200)은 불변영역(Constant area)에 해당하고, 상기 디바이스 장치(300)는 가변영역(Variable area)에 해당한다.

이와 같은 ATP(Automatic Train Protection)(100)의 출력이 단순하기 때문에 ATP(Automatic Train Protection)의 입력으로 인터페이스 되는 여러 디바이스 장치(300)를 그룹화하여 묶는 것이 가능하고 이를 토대로 VDI(Vitural Device Interface)(200)를 설계한다.

이 경우 도 4에 도시된 바와 같이 각각의 디바이스 장치(300) 등은 설치 및 운영 환경이 다르며 그에 따른 특정값의 입력(Input)에 따라 내부 연산을 거쳐 결과값을 출력(Output)한다.

이 경우 ATP(Automatic Train Protection) 측면에서 디바이스 장치(300)는 예를 들어 열차무결성 모니터링장치와 열차장애물검지장치인 경우 그 출력은 모두 비상제동체결로 동일하므로 ATP(Automatic Train Protection)로의 입력 또한 동일한 인터페이스로 그룹화가 가능하다.

따라서, 복수의 디바이스 장치(300)들의 출력이 동일하면 안전기능(Safety Function)을 그룹화하여 동일한 ATP-Kernel(100)의 입력으로 인터페이스 할 수 있다.

이와 같이 동일한 출력을 갖는 디바이스 장치그룹(30)에 대해서 영향력분석(Impact Analysis) 및 위험원 분석(Hazard Analysis) 등을 수행하고, 그 결과를 통해 디바이스 장치그룹(30)과 VDI(Vitural Device Interface)(200) 및 ATP-Kernel(100)에 대한 안전무결성수준(SIL: Safety Integrity Level)을 결정한다.

그에 따라 복수의 디바이스 장치(300)들을 세분화하여 디바이스 장치그룹(30), VDI(Vitural Device Interface)(200), ATP-Kernel(100)의 안전무결성수준(SIL: Safety Integrity Level)에 따라 연결한다.

이와 같은 본 발명에 따른 열차제어시스템은 다중 shell 구조를 채택하여 유연성(Flexibility)과 확장성(Scalability) 확보를 통해 다양한 운영환경 및 인터페이스 환경에 적용가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

30: 디바이스 장치그룹 100: ATP-kernel
200: VDI 300: 디바이스 장치
301: 열차자동운전장치 302: 열차위치검지장치
303: 열차무결성 모니터링장치 304: 열차길이 모니터링 장치
305: 장애물 검지장치 306: 열차출입문/PSD 끼임검지장치
307: 열차 위치검지장치

Claims

순수 안전 기능(Safety Function)을 수행하는 ATP-Kernel과, 상기 ATP-Kernel에 디바이스 장치를 연결하는 VDI(Vitural Device Interface)로 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열차제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 VDI(Vitural Device Interface)에는 복수의 디바이스 장치가 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열차제어시스템.
제2항에 있어서,
상기 디바이스 장치는 열차자동운전장치, 열차위치검지장치, 열차출입문/PSD 끼임검지장치, 열차무결성 모니터링장치, 열차길이 모니터링 장치, 장애물 검지장치, 화재검지장치, 차축온도검지장치, 화재검지장치, 차축온도검지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 열차제어시스템.
제2항에 있어서,
상기 복수의 디바이스 장치들은 동일 출력이면 그룹화하여 디바이스 장치그룹을 형성하여 상기 VDI(Vitural Device Interface)에 인터페이스되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열차제어시스템.
제4항에 있어서,
상기 디바이스 장치그룹에 대해서 영향력분석(Impact Analysis) 및 위험원 분석(Hazard Analysis)을 수행하여 디바이스 장치그룹과 VDI 및 ATP-Kernel에 대한 안전무결성수준(SIL: Safety Integrity Level)이 결정되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열차제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 ATP-Kernel과 VDI(Vitural Device Interface)는 불변영역(Constant area)이고, 상기 디바이스 장치는 가변영역(Variable area)인 것을 특징으로 하는 모듈형 열차제어시스템.