KR20200067680A - 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템 및 그것을 이용한 디코더보드 관리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템 및 그것을 이용한 디코더보드 관리방법에 관한 것으로, 자동열차제어장치(ATC)에서 사용되는 3개의 반송 주파수 중에서 1개와 8개의 속도코드 중에서 1개를 발생시키고 변조하여 서로 다른 주신호와 부신호를 각각 생성하는 제1 및 제2 펑션 제너레이터와, 상기 제1 및 제2 펑션 제너레이터에서 생성된 주신호와 부신호를 합성하여 지상열차제어신호를 발생시키는 제어신호 발생부와, 상기 제어신호 발생부에서 발생된 지상열차제어신호의 출력 전압을 조절하는 출력 조절부로 구성된 열차제어신호 발생기; 상기 지상열차제어신호를 수신하고 속도코드를 복조하는 디코더보드가 전기적으로 접속되는 보드 접속기; 상기 지상열차제어신호가 디코더보드로 전송되도록 상기 열차제어신호 발생기와 상기 보드 접속기를 연결하는 유선연결 커넥터; 상기 보드 접속기와 파형출력기 커넥터로 연결되어 디코더보드에서 복조된 속도코드의 파형을 반송 주파수별로 출력하는 파형 출력기; 상기 파형 출력기에서 출력된 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 지상열차제어신호 수신 여부를 판별하는 수신여부 판별부와, 지상열차제어신호에 대한 디코더보드의 반송 주파수별 및 한계 최저수신전압을 측정하는 최저수신전압 측정부와, 상기 한계 최저수신전압 값과 사전에 설정된 최대한계 최저수신전압 값을 비교하여 디코더보드의 이상여부를 판별하는 이상여부 판별부와, 사전에 설정된 최소한계 최저수신전압을 기준으로 상기 반송 주파수별 최저수신전압의 증가 비율을 퍼센트화하여 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명을 계산하는 잔여수명 계산부로 구성된 보드 분석기; 상기 파형 출력기와 상기 보드 분석기를 연결하는 보드분석기 커넥터; 및 상기 열차제어신호 발생기, 파형 출력기 및 보드 분석기와 연결되어 상기 열차제어신호 발생기에 지상열차제어신호의 발생을 명령하고, 상기 파형 출력기의 파형 데이터와 보드 분석기의 분석결과 데이터를 전송받아 데이터 저장부에 저장한 후 모니터로 출력하는 제어컴퓨터;를 포함하여 임의로 발생시킨 지상열차제어신호를 자동열차제어장치의 디코더보드에 전송하고, 디코더보드에서 복조되어 디지털 신호로 변환된 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 지상열차제어신호의 수신여부 판별, 디코더보드의 이상여부 판별 및 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명 계산을 할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템을 이용해 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명을 확인하고, 예방정비를 철저히 하여 열차의 운행중단 사고를 방지하기 위한 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템 및 그것을 이용한 디코더보드 관리방법에 관한 것이다.
안전한 열차 운행을 위해 열차에 탑재되어 사용되는 자동열차제어장치(Automatic Train Control)는 열차의 이동에 대한 제어와 운영 명령을 자동으로 실행하는 장치로 자동열차운행장치(ATO) 및 차상-지상통신장치(TWC) 등의 하부시스템 기능을 가진다.
이러한 자동열차제어장치는 열차제어기(Train Control)에 설치된 차상장치와 지상에 설치되어 차량의 진행조건을 지시하는 지상장치로 구성되고, 지상장치는 신호기계실과 레일로 구성된다.
신호기계실에서 레일의 일정 구간 단위로 열차의 위치와 현재 상황을 검지한 후 진행중인 열차의 속도, 선행열차의 위치 및 분기기의 개폐방향 등 선로 제반조건에 따른 지상열차제어신호를 레일로 보내면 차상장치가 선두차의 외측 하부에 구비된 차상수신기(안테나)를 통해 지상열차제어신호를 수신한다.
지상열차제어신호의 수신은 열차의 안전 운행에 있어 매우 중요한 역할을 한다. 고속으로 운행되는 열차가 자동열차제어장치의 고장으로 인해 지상열차제어신호를 제때 수신하지 못한다면 열차운행이 중지되거나 큰 인명사고가 발생될 수 있다. 따라서 지상열차제어신호를 수신하여 속도코드를 복조하는 디코더보드는 정기적인 점검을 통해 열악한 조건 속에서도 속도코드 수신 불능 상태가 발생하지 않도록 정상적인 작동상태가 항상 유지되어야 한다. 디코더보드의 사용연한은 최대 3년이지만 디코더보드의 신호처리모듈이 고장으로 인해 열차의 운행중단이 잦으므로 철도회사의 큰 관심사이기도 하다.
디코더보드는 1대의 열차편성에서 선두차에 2장과 후미차에 2장, 합하여 4장이 구비되며, 진행방향으로 선두에 있는 2장의 디코더보드가 선택적으로 사용되고, 1장의 디코더보드는 현재 운행에 사용되고 있는 것이고 다른 1장의 디코더보드는 현재 사용 중인 디코더보드가 이상이 발생되었을 때 즉시 전환하여 사용하기 위한 스페어용으로 사용된다. 철도회사에서는 안정적인 열차운행을 위해 디코더보드의 관리에 주의를 집중하고 있지만, 디코더보드의 예방정비가 완전하게 이루어지지 못해 열차운행중단사고가 때때로 발생하여 철도이용의 신뢰성이 저하되고 있다. 디코더보드는 국내에 수요량이 적어 외국에서 제작된 것을 전량 수입해 사용하고 있으며, 비싼 가격과 신뢰성 부족으로 철도회사에 상당한 부담이 되고 있다.
상기와 같은 문제를 개선하기 위해, 대한민국 등록특허 10-0143866호 철도 차량용 차상 신호장치의 시험기기가 개발되었다.
상기 시험기기는 컴퓨터(10)의 명령 하에 테스터 장치(20)가 주파수 신호를 출력하고, 지상 신호장치(30)가 출력된 주파수 신호를 차상 신호 장치에 전송한 후 컴퓨터(10)에 입력된 프로그램으로 차상 신호 장치의 작동 상태 판별을 자동으로 실시하여 단지 고장유무만을 판단하는 시험기기로, 작동이 가능한 디코더보드의 잔여수명을 파악할 수 없기 때문에 디코더보드의 교체 시기를 특정하지 못하여 열차 운행중단 사고를 방지하는데 큰 도움이 되지 못하고, 부품의 기능 저하 정도를 파악할 수 없으므로 철도회사의 비용 절감에 도움이 되지 않는다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 자동열차제어장치의 디코더보드를 구성하는 주요 부품들의 잔여수명을 계산하여 디코더보드의 교체 시기를 지정하고, 기능이 저하된 부품만을 특정하고 미리 교체하여 열차의 운행중단 사고를 줄여 안전한 열차운행에 기여하며, 고가의 디코더보드를 자체 정비하여 수명을 연장시켜 디코더보드 교체를 늦추어 비용절감에 도움을 주고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템 및 그것을 이용한 디코더보드 관리방법은 자동열차제어장치(ATC)에서 사용되는 3개의 반송 주파수 중에서 1개와 8개의 속도코드 중에서 1개를 발생시키고 변조하여 서로 다른 주신호와 부신호를 각각 생성하는 제1 및 제2 펑션 제너레이터(210)와, 상기 제1 및 제2 펑션 제너레이터(210)에서 생성된 주신호와 부신호를 합성하여 지상열차제어신호를 발생시키는 제어신호 발생부(220)와, 상기 제어신호 발생부(220)에서 발생된 지상열차제어신호의 출력 전압을 조절하는 출력 조절부(230)로 구성된 열차제어신호 발생기(200); 상기 지상열차제어신호를 수신하고 속도코드를 복조하는 디코더보드가 전기적으로 접속되는 보드 접속기(300); 상기 지상열차제어신호가 디코더보드로 전송되도록 상기 열차제어신호 발생기(200)와 상기 보드 접속기(300)를 연결하는 유선연결 커넥터(240); 상기 보드 접속기(300)와 파형출력기 커넥터(310)로 연결되어 디코더보드에서 복조된 속도코드의 파형을 반송 주파수별로 출력하는 파형 출력기(400); 상기 파형 출력기(400)에서 출력된 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 지상열차제어신호 수신 여부를 판별하는 수신여부 판별부(510)와, 지상열차제어신호에 대한 디코더보드의 반송 주파수별 및 한계 최저수신전압을 측정하는 최저수신전압 측정부(520)와, 상기 한계 최저수신전압 값과 사전에 설정된 최대한계 최저수신전압 값을 비교하여 디코더보드의 이상여부를 판별하는 이상여부 판별부(530)와, 사전에 설정된 최소한계 최저수신전압을 기준으로 상기 반송 주파수별 최저수신전압의 증가 비율을 퍼센트화하여 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명을 계산하는 잔여수명 계산부(540)로 구성된 보드 분석기(500); 상기 파형 출력기(400)와 상기 보드 분석기(500)를 연결하는 보드분석기 커넥터(410); 및 상기 열차제어신호 발생기(200), 파형 출력기(400) 및 보드 분석기(500)와 연결되어 상기 열차제어신호 발생기(200)에 지상열차제어신호의 발생을 명령하고, 상기 파형 출력기(400)의 파형 데이터와 보드 분석기(500)의 분석결과 데이터를 전송받아 데이터 저장부에 저장한 후 모니터로 출력하는 제어컴퓨터(600);를 포함하여 임의로 발생시킨 지상열차제어신호를 자동열차제어장치의 디코더보드에 전송하고, 디코더보드에서 복조되어 디지털 신호로 변환된 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 지상열차제어신호의 수신여부 판별, 디코더보드의 이상여부 판별 및 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명 계산을 할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 지상열차제어신호의 수신능력이 저하된 디코더보드가 수명이 다하기 전에 디코더보드를 미리 점검하고 문제가 자주 발생하는 부품만 정비함으로써 디코더보드의 속도코드 수신 불량으로 인한 열차중단 사고를 방지하여 열차운행의 신뢰성이 높아지고, 디코더보드의 문제가 잦은 부품만을 대량으로 구매하여 디코더보드를 자체 정비함으로써 디코더보드 교체비용을 크게 절감시킬 수 있으며, 외국의 디코더보드 생산업체의 보드 납품 일정에 관계없이 원활한 열차운행이 가능하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 발생부와 출력 조절부의 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 유선연결 커넥터의 회로도.
도 4는 고장이 잦은 부품들을 표시한 디코더보드의 신호처리모듈의 회로도.
도 5는 디코더보드가 지상열차제어신호을 수신하지 못했을 때의 속도코드의 파형을 나타내는 사진.
도 6은 디코더보드가 지상열차제어신호를 정상 수신했을 때의 속도코드의 파형을 나타내는 사진.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 디코더보드 관리방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 발생부와 출력 조절부의 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 유선연결 커넥터의 회로도.
도 4는 고장이 잦은 부품들을 표시한 디코더보드의 신호처리모듈의 회로도.
도 5는 디코더보드가 지상열차제어신호을 수신하지 못했을 때의 속도코드의 파형을 나타내는 사진.
도 6은 디코더보드가 지상열차제어신호를 정상 수신했을 때의 속도코드의 파형을 나타내는 사진.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 디코더보드 관리방법의 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템 및 그것을 이용한 디코더보드 관리방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 발생부와 출력 조절부의 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 유선연결 커넥터의 회로도이고, 도 4는 고장이 잦은 부품들을 표시한 디코더보드의 신호처리모듈 회로도이며, 도 5는 디코더보드가 지상열차제어신호을 수신하지 못했을 때의 속도코드의 파형을 나타낸 사진이고, 도 6은 디코더보드가 지상열차제어신호를 정상수신했을 때의 속도코드의 파형을 나타낸 사진이며, 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 디코더보드 관리방법의 순서도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 시스템을 개략적으로 설명하면, 임의로 발생시킨 지상열차제어신호를 유선연결 커넥터(240)를 이용해 유선으로 자동열차제어장치의 디코더보드에 전송하고, 디코더보드가 지상열차제어신호로부터 복조시킨 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 이상여부를 파악하며, 디코더보드 신호처리모듈의 잔여수명 계산을 할 수 있도록 구성된 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템(100)에 관한 것으로, 크게 지상열차제어신호를 발생시키는 열차제어신호 발생기(200), 지상열차제어신호가 전송되는 유선연결 커넥터(240), 차상의 자동열차제어장치에서 분리된 디코더보드를 접속하는 보드 접속기(300), 디코더보드의 신호처리모듈에서 복조되어 디지털신호로 변환된 속도코드의 파형을 출력하는 파형 출력기(400) 및 디코더보드의 지상열차제어신호 수신여부와 이상여부를 판별하고 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명을 계산하는 보드 분석기(500)로 구성된다.
열차제어신호 발생기(200)는 제1 및 제2 펑션 제너레이터(210), 제어신호 발생부(220), 출력 조절부(230)로 구성된다.
제1 및 제2 펑션제너레이터는 제어컴퓨터(600)의 지상열차제어신호 발생 명령에 따라 8개의 속도코드(23Hz, 28Hz, 35Hz, 42Hz, 54Hz, 64Hz, 72Hz, 82Hz) 중에서 1개와 속도코드를 무선으로 전송하기 위한 3개의 반송 주파수(2,850Hz, 3,450Hz, 5,250Hz) 중에서 1개를 발생시킨 후 속도코드와 반송 주파수를 변조하여 서로 다른 주신호와 부신호를 생성하고, 제어신호 발생부(220)에서 주신호와 부신호를 합성하여 지상열차제어신호를 발생시킨다.
지상열차제어신호는 주신호와 부신호를 구성하는 반송 주파수와 속도코드의 조합에 따라 열차제어명령이 달라진다. 예를 들어, 주신호 3,450Hz+23Hz와 부신호 5,250Hz+54Hz가 합성된 지상열차제어신호는 열차가 80km/h의 속도로 고속 주행하도록 명령하는 신호이고, 주신호 2,850Hz+42Hz와 부신호 5,250Hz+54Hz가 합성된 지상열차제어신호는 열차가 35km/h의 속도로 감속되도록 명령하는 신호이다. 하나의 지상열차제어신호에는 서로 다른 반송 주파수와 속도코드가 각각 2개씩 사용된다.
제어신호 발생부(220)는 제1 및 제2 펑션 제너레이터(210)에서 생성된 주신호와 부신호를 합성하여 열차제어신호를 발생시키는 전자회로로서, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 펑션 제너레이터(210)로부터 생성된 주신호와 부신호는 제어신호 발생부(220)의 입력단에서 2개의 '+' 단자로 각각 인가되어 펑션 제너레이터 보호부(221)를 통과한다. 펑션 제너레이터 보호부(221)는 각각의 '+'단자에 직렬로 1개씩 설치된 저항기로서, 입력단 이후의 회로에서 발생된 역전압 등의 사고로부터 펑션 제너레이터를 보호하는 역할을 한다. 펑션 제너레이터 보호부(221)는 저항기 외에 다이오드, 스위칭 소자 등으로 구성된 전자회로가 더 구비될 수 있다.
펑션 제너레이터 보호부(221)를 통과한 주신호와 부신호는 도면 2의 S지점에서 지상열차제어신호로 합성되는데, 주신호와 부신호는 펑션 제너레이터 보호부(221)의 저항기에 의해 파형의 크기가 감소되어 지상열차제어신호 파형의 크기도 감소되므로 지상열차제어신호의 파형의 크기를 증폭시키기 위해 전압증폭부(222)와 전류증폭부(223)가 설치되며, 전압증폭부(222)는 OP-AMP와 저항기, 전류증폭부(223)는 OP-AMP와 저항기 및 커패시턴스로 구성되고, 열차제어신호는 전압증폭부(222) OP-AMP의 '+'단자로 입력되어 전압이 증폭된 후 전류증폭부(223) OP-AMP의 '+'단자로 입력되어 전류가 증폭된다. 이후 지상열차제어신호는 제어신호 발생부(220)의 출력단에 설치된 노이즈 제거부(224)에 의해 노이즈가 제거되어 파형이 균일화된 후 출력 조절부(230)로 전송된다. 본 실시예에서는 노이즈 제거부(224)로 4.7uF의 커패시턴스가 사용되었으나 다이오드, pn접합 소자 등으로 구성된 전자회로가 더 구비될 수 있다.
출력 조절부(230)는 도 2에 도시된 바와 같이 제어신호 발생부(220) 출력단의 '+'단자와 '-'단자로 연결되어 지상열차제어신호를 수신하며, 출력 조절부(230)는 도 2에는 도시되지 않았으나 가변저항기, IC소자 등으로 구성된 전자회로로서, 제어컴퓨터(600)에 명령에 따라 저장된 프로그램에 의해 가변저항기의 저항 값을 바꿔가며 지상열차제어신호의 출력 전압을 조절하도록 한다.
유선연결 커넥터(240)는 열차제어신호 발생기(200)와 후술하는 보드 접속기(300) 사이에 연결되어 열차제어신호 발생기(200)의 출력 조절부(230)에서 출력이 조절된 지상열차제어신호를 보드 접속기(300)에 장착된 디코더보드에 전송되도록 한다. 도 3을 참조하여 설명하면, 일반적으로 신호기계실에서 레일로 전송된 지상열차제어신호는 레일과 일정간격 떨어진 차상수신기(안테나)의 주코일(CN5-a)로 수신되어 CN5-c와 CN5-d를 잇는 라인을 거쳐 차상의 자동열차제어장치의 디코더보드(CN5-b)로 전달되는데, 유선연결 커넥터(240)를 사용할 경우 열차제어신호 발생기(200)(CN1-b)에서 발생된 지상열차제어신호는 차상수신기(안테나)의 주코일(CN5-a)을 거치지 않고 CN1-a와 CN5-d를 잇는 라인을 거쳐 직접 디코더보드(CN5-b)로 전달되므로, 지상열차제어신호는 안테나의 무선 송수신 과정을 거치지 않아도 디코더보드로 전달될 수 있게 된다.
보드 접속기(300)는 디코더보드 하단의 접속핀이 접속되도록 홈이 형성된 접속부와 접속된 디코더보드를 하부에서 받치기 위한 받침부로 구성되며, 열차제어신호 발생기(200)에서 발생된 지상열차제어신호를 유선연결 커넥터(240)로 전송받아 보드 접속기(300)에 장착된 디코더보드에 전달되도록 한다.
지상열차제어신호가 디코더보드에 전송되면, 디코더보드의 신호처리모듈에서 지상열차제어신호로부터 속도코드를 복조하고 디지털 신호로 변환시킨다. 신호처리모듈은 지상열차제어신호 발생에 사용되는 3개의 반송 주파수에 대응하여 디코더보드 1대 당 3개씩 구비된다. 3개의 신호처리모듈은 주신호와 부신호를 반송 주파수별로 분리하고 속도코드의 복조 및 디지털 신호 변환을 진행한다.
예를 들어, 2,850Hz+42Hz의 주신호와 5,250Hz+54Hz의 부신호로 합성된 지상열차제어신호의 경우 2,850Hz용 신호처리모듈이 주신호의 42Hz의 속도코드를, 5,250Hz용 신호처리모듈이 부신호의 54Hz의 속도코드를 각각 복조하여 디지털 신호로 변환시키게 되고, 3,450Hz+23Hz의 주신호와 5,250Hz+54Hz의 부신호로 합성된 지상열차제어신호의 경우 3,450Hz용 신호처리모듈이 주신호의 23Hz의 속도코드를, 5,250Hz용 신호처리모듈이 부신호의 54Hz의 속도코드를 각각 복조하여 디지털 신호로 변환시키게 된다.
1개의 신호처리모듈에서의 신호처리과정을 상세히 설명하면, 도 4는 디코더보드의 신호처리모듈의 회로도로서, 지상열차제어신호에서 분리된 주신호 또는 부신호가 신호처리모듈로 진입하면 TL074소자(A)에서 아날로그 신호의 속도코드가 복조되고, MAX260소자(B)에서 노이즈가 제거되며, TL072소자(C)에서 전압이 증폭되고, 2N2222TR소자(D)에서 속도코드가 디지털 신호로 변환되며, HC574V소자(E)와 HC32소자(F)에서 디지털 신호로 변환된 속도코드의 노이즈가 제거되고 디지털 신호의 전압이 증폭된다. 특히 도 2에서 붉은 원으로 표시된 TL074소자(A), TL072소자(C), 2N2222TR소자(D) 및 HC574V소자(E)는 신호처리모듈에서 고장이 잦은 부품으로 속도코드가 정상수신이 이루어지지 않을 때 일괄적으로 교체하는 부품이다.
파형 출력기(400)는 보드 접속기(300)와 연결된 파형출력기 커넥터(310)를 통해 디코더보드 신호처리모듈에서 디지털신호로 변환된 속도코드의 파형을 출력하고, 출력된 파형 데이터를 보드분석기 커넥터(410)를 통해 보드 분석기(500)에 전송한다. 도 5와 도 6을 참조하면, 화면 상부의 아날로그 파형은 신호처리모듈에서 복조되기 전의 지상열차제어신호 파형이고, 화면 하부의 디지털 파형은 신호처리모듈에서 복조된 후 디지털 신호로 변환된 속도코드의 파형이다. 파형 출력기(400)는 신호가 정확히 표현되도록 분해능이 높은 오실로스코프를 사용하는 것이 바람직하다.
보드 분석기(500)는 수신여부 판별부(510), 최저수신전압 측정부(520), 이상여부 판별부(530) 및 잔여수명 계산부(540)로 구성되며, 수신여부 판별부(510)가 파형 출력기(400)로부터 전송된 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 수신여부를 판별하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
디코더보드에서 복조된 속도코드의 파형은 디코더보드의 지상열차제어신호 수신 여부에 따라 도 5, 도 6의 디지털 신호와 같은 형태를 가지게 된다.
디코더보드가 지상열차제어신호를 수신할 경우 속도코드의 파형은 도 6의 디지털 신호와 같이 high신호(5V)와 low신호(0V)가 형성되나, 디코더보드가 지상열차제어신호를 수신하지 못할 경우 속도코드의 파형은 도 5의 디지털 신호와 같이 high신호(5V)는 형성되지만 low신호(0V)는 형성되지 않게 된다. 디코더보드의 신호처리모듈을 구성하는 주요 소자들이 노후화되어 낮은 출력 전압의 지상열차제어신호를 수신하지 못하는 것이다. 따라서 하나의 지상열차제어신호는 주신호와 부신호로 구성되고, 주신호와 부신호는 각각 반송주파수와 속도코드로 구성되므로, 디코더보드가 지상열차제어신호를 수신하기 위해서는 지상열차제어신호에서 복조된 2개의 속도코드 디지털 신호 파형에 low신호(0V)가 각각 형성되어야 한다.
이와 같이 수신여부 판별부(510)는 속도코드 파형의 low신호(0V) 형성유무를 통해 디코더보드의 지상열차제어신호 수신여부를 판별하며, 디코더보드가 지상열차제어신호를 수신할 때까지 수신여부 판별부(510)가 제어컴퓨터(600)에 신호를 전송하여 출력 조절부(230)로 하여금 지상열차제어신호의 출력 전압이 일정하게 10mV씩 증가되도록 한다. 일반적으로 열차운행에 사용되지 않은 디코더보드가 수신하기 시작하는 지상열차제어신호의 출력 전압 값은 70mV 내지 80mV이므로, 지상열차제어신호 출력 전압의 시작값은 50mV가 바람직하다.
최저수신전압 측정부(520)에서는 속도코드 파형에 low신호(0V)가 형성되었을 때의 지상열차제어신호의 출력 전압 즉, 최저수신전압을 반송 주파수 별로 측정한다. 하나의 지상열차제어신호에는 2개의 속도코드가 포함되므로 반송 주파수 3개의 최저수신전압을 측정하려면 적어도 2개 이상의 서로 다른 지상열차제어신호가 필요하다. 또한, 3개의 반송 주파수별 최저수신전압 중에서 가장 큰 값이 모든 속도코드 파형에 low신호(0V)가 형성되는 한계 최저수신전압이 된다.
이상여부 판별부(530)에서는 최저수신전압 측정부(520)에서 측정된 한계수신전압 값과 사전에 설정된 최대한계 최저수신전압 값을 비교하여 디코더보드의 이상여부를 판별한다. 디코더보드의 한계 최저수신전압이 최대한계 최저수신전압을 초과하면 디코더보드에 이상이 발생한 것으로 판별되고, 최대한계 최저수신전압은 150mV로 기본설정되며, 사용자가 최대한계 최저수신전압을 임의로 조정할 수도 있다.
최저수신전압 측정부(520)에서 측정된 반송 주파수별 최저수신전압 값은 잔여수명 계산부(540)로 전송되어, 잔여수명 계산부(540)가 사전에 설정된 최소한계 최저수신전압을 기준으로 반송 주파수별 최저수신전압의 증가 비율을 퍼센트화하여 디코더보드 신호처리모듈의 잔여수명을 계산한다.
일반적으로 열차운행에 사용되지 않은 디코더보드의 최소한계 최저수신전압은 70mV 내지 80mV의 전압 값을 가지므로, 예를 들어 사전에 설정된 최소한계 최저수신전압이 75mV이고 하나의 신호처리모듈에서 측정된 최저수신전압 값이 100mV였다면 신호처리모듈의 잔여수명은 
와 같이 계산된다. 잔여수명의 계산 값의 범위는 0~100%로서, 잔여수명이 0% 미만이 되면 0%으로 표기되고, 100% 초과가 되면 100%로 표기되도록 한다.
제어컴퓨터(600)는 열차제어신호 발생기(200), 파형 출력기(400) 및 보드 분석기(500)와 연결되어 상기 열차제어신호 발생기(200)에 지상열차제어신호의 발생을 명령하고, 파형 분석기의 파형 데이터와 보드 분석기(500)의 분석결과 데이터를 전송받아 데이터 저장부에 저장하며, 전송받은 데이터를 모니터로 출력하여 사용자에게 알리는 역할을 한다.
시스템을 동작시키기 위한 전원은 외부 별도의 전원 공급 장치에 의해 공급급되며, 전원 공급 장치는 과전압 등에 의한 시스템의 고장을 방지하는 안전 기능이 구비된 것으로 사용하는 것이 바람직하다.
도 7을 참조하여 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인 시스템을 이용한 디코더보드 관리방법을 설명하면, 사용자가 수명 계산을 진행할 디코더보드를 보드 접속기(300)에 장착하고, 제어컴퓨터(600)에 디코더보드의 시리얼 넘버를 입력(S1)한다.
이어서, 사용자가 특정 지상열차제어신호의 발생 버튼을 눌러 제어컴퓨터(600)로 열차제어신호 발생기(200)에 명령하여 지상열차제어신호를 발생(S2)시키면, 출력 조절부(230)에서 지상열차제어신호의 출력 전압을 조절한 후 보드 접속기(300)에 장착된 디코더보드에 지상열차제어신호를 전송(S3)한다.
디코더보드에서 복조되어 디지털신호로 변환된 속도코드의 반송 주파수별 파형을 파형 출력기(400)가 출력하여 보드 분석기(500)로 전송(S4)하고, 보드 분석기(500)의 수신여부 판별부(510)가 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 지상열차제어신호 수신 여부를 판별(S5)한다.
그리고, 최저수신전압 측정부(520)에서 지상열차제어신호에 대한 디코더보드의 반송 주파수별 및 한계 최저수신전압을 측정(S6)하며, 보드 분석기(500)의 이상여부 판별부(530)가 한계 최저수신전압 값과 사전에 설정된 최대한계 최저수신전압 값을 비교하여 디코더보드의 이상여부를 판별(S7)하고, 잔여수명 계산부(540)가 사전에 설정된 최소한계 최저수신전압을 기준으로 반송 주파수별 최저수신전압의 증가 비율을 퍼센트화하여 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명을 계산(S8)한다.
이후, 파형 출력기(400)의 파형 데이터와 보드 분석기(500)의 분석 데이터가 제어컴퓨터(600)로 전송(S9)되어 데이터가 데이터 저장부에 저장되고, 모니터로 출력되어 사용자에게 시험 결과를 알리며(S10), 사용자는 모니터에 출력된 시험 결과를 토대로 디코더보드를 정비할 수 있게 된다.
데이터 저장부에 저장된 현재 분석결과 데이터는 제어컴퓨터(600)에 저장된 프로그램에 의해 과거 분석결과 데이터와 비교분석된 후 출력되어 사용자에게 알릴 수 있다.
위와 같은 구성과 특징으로 이루어진 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인 시스템 및 그것을 이용한 디코더보드 관리방법에 따르면, 지상열차제어신호의 수신능력이 저하된 디코더보드가 수명이 다하기 전에 디코더보드를 미리 점검하고 정비 또는 폐기함으로써 디코더보드의 속도코드 수신 불량으로 인한 열차중단 또는 사고를 방지하여 열차운행의 신뢰성이 높아지고, 디코더보드를 구성하는 주요 부품들을 대량으로 구매하여 디코더보드를 자체 정비함으로써 열차운행에 필요한 지출을 크게 절감시킬 수 있으며, 외국의 디코더보드 생산업체의 보드 납품 일정에 관계없이 원활한 열차운행이 가능하게 되는 효과가 있다.
2018년 현재 디코더보드 1장의 가격은 8,500,000원이고 외주 정비 비용은 1장당 620,000원이다. 디코더보드에 사용되는 부품을 대량구입하여 디코더보드를 자체 정비한다면 디코더보드 1장에 사용되는 부품의 가격은 고작 14,940원이므로, 자체 정비 비용은 새 제품 구입 비용의 0.18%, 외주 정비 비용에 비해 2.4%에 불과하며, 본 발명의 따른 시스템을 사용하면 열차운행의 신뢰성을 높이는데 더하여 열차운행의 예산절감 효과 또한 적지 않은 것으로 파악되었다.
표 1은 3대의 디코더보드의 반송 주파수별 최저수신전압을 측정하고 신호처리모듈의 잔여수명을 계산한 후, 디코더보드의 신호처리모듈에서 노후화로 인해 성능이 저하된 주요 부품들을 교체하고 다시 한번 반송 주파수별 최저수신전압을 측정하고 신호처리모듈의 잔여수명을 계산한 결과를 나타낸 것이다.
| Serial Number | 반송 주파수[Hz] | 최저수신전압[mV] | 잔여수명[%] | ||
| 정비 전 | 정비 후 | 정비 전 | 정비 후 | ||
| 0041C | 2,850 | 170 | 130 | 0 | 27 |
| 3,450 | 170 | 140 | 0 | 13 | |
| 5,250 | 90 | 70 | 80 | 100 | |
| 0086B | 2,850 | 170 | 130 | 0 | 27 |
| 3,450 | 140 | 130 | 13 | 27 | |
| 5,250 | 90 | 70 | 80 | 100 | |
| 0046C | 2,850 | 100 | 80 | 87 | 93 |
| 3,450 | 150 | 140 | 0 | 13 | |
| 5,250 | 80 | 70 | 93 | 100 | |
시리얼 넘버 0041C의 디코더보드의 경우 반송 주파수별 최저수신전압이 각각 170mV, 170mV, 90mV이므로 한계 최저수신전압은 170mV가 되며, 최대한계 최저수신전압인 150mV를 초과하므로 시리얼 넘버 041C의 디코더보드는 이상이 발생한 것으로 판별된다. 정비 후에는 반송 주파수별 최저수신전압은 각각 130mV, 140mV, 70mV로 내려가고 신호처리모듈의 잔여수명은 최소한계 최저수신전압 75mV를 기준으로 각각 0%에서 27%로, 0%에서 13%로, 80%에서 100%로 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
시리얼 넘버 0086B의 디코더보드의 경우도 한계 최저수신전압이 170mV이므로 이상이 발생된 것으로 판별되며, 정비 후 반송 주파수별 최저수신전압이 내려가고, 잔여수명이 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
시리얼 넘버 0046C의 디코더보드의 경우 한계 최저수신전압이 150mV이므로 정상인 것으로 판별되나 차후 문제 발생의 가능성이 높기 때문에 예방정비를 진행하였고, 정비 후 반송 주파수별 최저수신전압이 대폭 내려가고, 잔여수명이 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 디코더보드를 구성하는 3개의 신호처리모듈의 잔여수명 계산을 통해 디코더보드의 잔여수명을 예측할 수 있게 된다.
이상 본 발명의 일 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 : 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템
200 : 열차제어신호 발생기 210 : 제1 및 제2 펑션 제너레이터
220 : 제어신호 발생부 221 : 펑션 제너레이터 보호부
222 : 전압증폭부 223 : 전류증폭부
224 : 노이즈 제거부 230 : 출력 조절부
240 : 유선연결 커넥터 300 : 보드 접속기
310 : 파형출력기 커넥터 400 : 파형 출력기
410 : 보드분석기 커넥터 500 : 보드 분석기
510 : 수신여부 판별부 520 : 최저수신전압 측정부
530 : 이상여부 판별부 540 : 잔여수명 계산부
600 : 제어컴퓨터
200 : 열차제어신호 발생기 210 : 제1 및 제2 펑션 제너레이터
220 : 제어신호 발생부 221 : 펑션 제너레이터 보호부
222 : 전압증폭부 223 : 전류증폭부
224 : 노이즈 제거부 230 : 출력 조절부
240 : 유선연결 커넥터 300 : 보드 접속기
310 : 파형출력기 커넥터 400 : 파형 출력기
410 : 보드분석기 커넥터 500 : 보드 분석기
510 : 수신여부 판별부 520 : 최저수신전압 측정부
530 : 이상여부 판별부 540 : 잔여수명 계산부
600 : 제어컴퓨터
Claims (7)
- 자동열차제어장치(ATC)에서 사용되는 3개의 반송 주파수 중에서 1개와 8개의 속도코드 중에서 1개를 발생시키고 변조하여 서로 다른 주신호와 부신호를 각각 생성하는 제1 및 제2 펑션 제너레이터(210)와, 상기 제1 및 제2 펑션 제너레이터(210)에서 생성된 주신호와 부신호를 합성하여 지상열차제어신호를 발생시키는 제어신호 발생부(220)와, 상기 제어신호 발생부(220)에서 발생된 지상열차제어신호의 출력 전압을 조절하는 출력 조절부(230)로 구성된 열차제어신호 발생기(200);
상기 지상열차제어신호를 수신하고 속도코드를 복조하는 디코더보드가 전기적으로 접속되는 보드 접속기(300);
상기 지상열차제어신호가 디코더보드로 전송되도록 상기 열차제어신호 발생기(200)와 상기 보드 접속기(300)를 연결하는 유선연결 커넥터(240);
상기 보드 접속기(300)와 파형출력기 커넥터(310)로 연결되어 디코더보드에서 복조된 속도코드의 파형을 반송 주파수별로 출력하는 파형 출력기(400);
상기 파형 출력기(400)에서 출력된 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 지상열차제어신호 수신 여부를 판별하는 수신여부 판별부(510)와, 지상열차제어신호에 대한 디코더보드의 반송 주파수별 및 한계 최저수신전압을 측정하는 최저수신전압 측정부(520)와, 상기 한계 최저수신전압 값과 사전에 설정된 최대한계 최저수신전압 값을 비교하여 디코더보드의 이상여부를 판별하는 이상여부 판별부(530)와, 사전에 설정된 최소한계 최저수신전압을 기준으로 상기 반송 주파수별 최저수신전압의 증가 비율을 퍼센트화하여 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명을 계산하는 잔여수명 계산부(540)로 구성된 보드 분석기(500);
상기 파형 출력기(400)와 상기 보드 분석기(500)를 연결하는 보드분석기 커넥터(410); 및
상기 열차제어신호 발생기(200), 파형 출력기(400) 및 보드 분석기(500)와 연결되어 상기 열차제어신호 발생기(200)에 지상열차제어신호의 발생을 명령하고, 상기 파형 출력기(400)의 파형 데이터와 보드 분석기(500)의 분석결과 데이터를 전송받아 데이터 저장부에 저장한 후 모니터로 출력하는 제어컴퓨터(600);를 포함하여 임의로 발생시킨 지상열차제어신호를 자동열차제어장치의 디코더보드에 전송하고, 디코더보드에서 복조되어 디지털 신호로 변환된 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 지상열차제어신호의 수신여부 판별, 디코더보드의 이상여부 판별 및 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명을 계산할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 제어신호 발생부(220)는 상기 주신호와 부신호를 인가받는 입력단에 설치되어 펑션 제너레이터를 보호하는 펑션 제너레이터 보호부(221)와, 상기 펑션 제너레이터 보호부(221)를 통과한 주신호와 부신호로 합성된 지상열차제어신호의 파형을 증폭시키기 위한 전압증폭부(222)와 전류증폭부(223) 및 상기 전류증폭부(223)의 출력단에 설치되어 지상열차제어신호의 노이즈를 제거하여 지상열차제어신호의 파형을 균일화시키는 노이즈 제거부(224)로 구성된 것을 특징으로 하는 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 출력 조절부(230)는 가변저항기, IC소자 등으로 구성된 전자회로로서, 상기 제어컴퓨터(600)에 명령에 따라 저장된 프로그램에 의해 가변저항기의 저항 값을 바꿔가며 지상열차제어신호의 출력 전압을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 유선연결 커넥터(240)는 지상열차제어신호가 유선으로 디코더보드에 직접 전송될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 잔여수명 계산부(540)는 사전에 설정된 지상열차제어신호의 최소한계 최저수신전압을 기준으로 지상열차제어신호의 반송 주파수별 최저수신전압의 증가 비율을 0에서 100%까지의 범위로 퍼센트화하여 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명을 계산할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템. - a) 수명 계산을 진행할 디코더보드를 상기 보드 접속기(300)에 장착하고, 상기 제어컴퓨터(600)에 디코더보드의 시리얼 넘버를 입력하는 단계;
b) 상기 제어컴퓨터(600)로 상기 열차제어신호 발생기(200)에 명령하여 지상열차제어신호를 발생시키는 단계;
c) 상기 출력 조절부(230)에서 지상열차제어신호의 출력 전압을 조절한 후 보드 접속기(300)에 장착된 디코더보드에 지상열차제어신호를 전송하는 단계;
d) 디코더보드에서 복조되어 디지털신호로 변환된 속도코드의 반송 주파수별 파형을 상기 파형 출력기(400)가 출력하여 상기 보드 분석기(500)로 전송하는 단계;
e) 상기 보드 분석기(500)의 수신여부 판별부(510)가 속도코드의 파형을 분석하여 디코더보드의 지상열차제어신호 수신 여부를 판별하는 단계;
f) 상기 최저수신전압 측정부(520)에서 지상열차제어신호에 대한 디코더보드의 반송 주파수별 및 한계 최저수신전압을 측정하는 단계;
g) 상기 보드 분석기(500)의 이상여부 판별부(530)가 상기 한계 최저수신전압 값과 사전에 설정된 최대한계 최저수신전압 값을 비교하여 디코더보드의 이상여부를 판별하는 단계;
h) 상기 잔여수명 계산부(540)가 사전에 설정된 최소한계 최저수신전압을 기준으로 상기 반송 주파수별 최저수신전압의 증가 비율을 퍼센트화하여 디코더보드를 구성하는 신호처리모듈의 잔여수명을 계산하는 단계;
i) 상기 파형 출력기(400)의 파형 데이터와 상기 보드 분석기(500)의 분석 데이터가 상기 제어컴퓨터(600)로 전송되는 단계; 및
j) 상기 데이터가 데이터 저장부에 저장되고, 모니터로 출력되어 사용자에게 시험 결과를 알리는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템을 이용한 디코더보드 관리방법. - 제 3항에 있어서,
단계 j)는 현재 분석결과 데이터와 과거 분석결과 데이터를 비교분석한 데이터가 출력되어 사용자에게 알리는 현재와 과거 데이터 출력 단계;를 더 포함하는 자동열차제어장치 디코더보드 부품의 잔여수명 확인시스템을 이용한 디코더보드 관리방법.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112224241A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-01-15 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 一种速度采集系统、故障报警方法及装置 |
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| KR20040088692A (ko) * | 2003-04-10 | 2004-10-20 | 엘지전자 주식회사 | 전송시스템의 보드이력관리장치 및 그 제어방법 |
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-
2018
- 2018-12-04 KR KR1020180154784A patent/KR102146168B1/ko active IP Right Grant
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| CN112224241B (zh) * | 2020-11-18 | 2022-08-02 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 一种速度采集系统、故障报警方法及装置 |
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| KR102146168B1 (ko) | 2020-08-19 |
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