KR20200094291A

KR20200094291A - 전동차의 주간제어기의 통신 시스템

Info

Publication number: KR20200094291A
Application number: KR1020190011577A
Authority: KR
Inventors: 우상권
Original assignee: 주식회사 우진기전
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-08-07
Also published as: KR102224953B1

Abstract

본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템은, 주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 신호와, 전동차의 제어기로부터 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기와 TCMS 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 마스터 통신 보드; 마스터 통신 보드에 병렬로 접속되며, 주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 신호와, 전동차의 제어기로부터 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기와 TCMS 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 슬레이브 통신 보드; 및 마스터와 슬레이브 통신 보드로부터의 전압 조정 신호와, 외부로부터의 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 접점 신호를 출력하는 입/출력(I/O) 보드를 포함하고, 전동차의 운행 시 마스터 통신 보드와 슬레이브 통신 보드 중 어느 일측의 통신 보드에 장애가 발생할 경우 타측의 통신 보드를 이용하도록 함으로써 통신 보드가 정상 동작하도록 하여 주간제어기와 TCMS 간의 통신이 정상적으로 이루어지도록 한다.

Description

전동차의 주간제어기의 통신 시스템{Communication system in master controller of electric rail car}

본 발명은 전동차의 주간제어기의 통신 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 주간제어기의 통신 시스템으로 이더넷 기반의 통신 보드를 이중화로 구성하고, 이중화 통신 보드 중 어느 일측의 통신 보드에 장애가 발생할 경우 타측의 통신 보드를 이용함으로써 통신 보드가 정상 동작하도록 하여 중단 없는 서비스를 제공할 수 있는 전동차의 주간제어기의 통신 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전동차의 운전실에 구비되는 제어대에는 전동차의 운용과 제어에 필요한 각종 스위치류 및 제어기기, 전동차의 차량상태를 현시하는 표시장치, 기관사의 조작에 대응되는 각종 기기들이 설치된다.

이상과 같은 제어대에는 기관사가 전동차의 속도를 제어하거나 전동차에 제동을 걸 수 있도록 조작하기 위한 주간제어기와, 전동차를 전진, 후진할 수 있도록 조작하기 위한 역전기가 필수적으로 설치되고, 또한 수동 또는 자동 운전으로의 모드 선택을 위한 운전절환 스위치가 설치된다.

그런데 이상과 같은 종래 주간제어기(101)의 통신 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 기계적 접점 신호 방식으로 되어 있어 다종의 통신 배선이 필요하고, 사용 접점의 증감에 따라 주간제어기의 외형(중량, 배선)이 변경되는 문제가 있다. 또한, 배선이 많아 배전반에서의 회로가 복잡하고, 유지 보수 시 많은 시간적 손실이 수반되는 문제가 있다.

한편, 한국 등록특허공보 제10-1146338호(특허문헌 1)에는 "전동차용 주간 제어기"가 개시되어 있는바, 이에 따른 전동차용 주간제어기는 전동차의 속도와 제동을 제어하는 주행 제어기와; 전동차의 전진과 후진을 제어하는 역전기를 포함하며, 상기 주행 제어기는, 직선의 가이드 장공이 구비된 본체, 본체의 내부에 상기 가이드 장공을 통해 반매입 상태로 장착되는 주핸들, 상기 본체의 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 장착되며 상기 주핸들이 고정되어 상기 주핸들에 의해 직선 왕복 이동하는 이동블록, 상기 이동블록의 일측면 이상에 상하 종방향의 다층으로 장착되는 스위치 작동로드, 상기 스위치 작동로드의 이동 경로에 장착되며 스위치 작동로드의 직선 이동시 스위치 작동로드의 일면을 따라 위상이 변화되어 접점이 변화됨으로써 차량의 속도와 제동을 제어하는 다수의 스냅 스위치, 상기 본체에 장착되는 레일, 상기 주행 제어기의 이동블록의 저부에 장착되며 상기 레일을 따라 직선 이동하여 상기 주행 제어기의 이동블록의 이동을 안내하는 가이드를 포함하여, 상기 주행 제어기의 이동블록은 상기 가이드와 레일의 안내를 받아 직선 왕복 이동하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 전동차의 속도 변화와 제동, 전진과 후진을 위한 스냅 스위치 작동로드와 스냅 스위치가 각각 블록화되어 단일 공정을 통해 장착과 분리 가능하여 분해 조립을 위한 작업성을 향상시킬 수 있는 장점이 있을지는 모르겠으나, 이 또한 주행 제어기(주간제어기)의 통신 방식이 기계적 접점 신호 방식으로 되어 있어 전술한 바와 같은 문제점, 즉 다종의 통신 배선이 필요하고, 사용 접점의 증감에 따라 주간제어기의 외형(중량, 배선)이 변경되며, 배선이 많아 배전반에서의 회로가 복잡하고, 유지 보수 시 많은 시간적 손실이 수반되는 문제를 내포하고 있다.

한국 등록특허공보 제10-1146338호(2012.05.21. 공고)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 주간제어기의 통신 방식을 종래의 기계적 접점 신호 방식에서 이더넷 기반의통신 모듈형 통신 방식으로 변경하여 통신 보드를 이중화로 구성하고, 이중화 통신 보드 중 어느 일측의 통신 보드에 장애가 발생할 경우 타측의 통신 보드를 이용하도록 함으로써 통신 보드가 정상 동작하도록 하여 중단 없는 서비스를 제공할 수 있는 전동차의 주간제어기의 통신 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템은, 전동차의 주간제어기에 설치되어 TCMS(Train Control and Monitoring System; 열차종합제어장치)와 이더넷 기반의 통신을 수행하는 통신 시스템으로서,

상기 주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 신호와, 전동차의 제어기로부터 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기와 TCMS 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 마스터(master) 통신 보드;

상기 마스터 통신 보드에 병렬로 접속되며, 주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 신호와, 전동차의 제어기로부터 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기와 TCMS 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 슬레이브 (slave) 통신 보드; 및

상기 마스터 통신 보드 및 상기 슬레이브 통신 보드와 각각 전기적으로 연결되며, 상기 마스터 통신 보드 및 상기 슬레이브 통신 보드로부터의 전압 조정 신호와, 외부로부터의 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 접점 신호를 출력하는 입/출력(I/O) 보드를 포함하고,

전동차의 운행 시 상기 마스터 통신 보드와 슬레이브 통신 보드 중 어느 일측의 통신 보드에 장애가 발생할 경우 타측의 통신 보드를 이용하도록 함으로써 통신 보드가 정상 동작하도록 하여 주간제어기와 TCMS 간의 통신이 정상적으로 이루어지도록 하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 마스터 통신 보드 및 슬레이브 통신 보드는,

전동차의 제어기로부터 직류 전압을 입력받아 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터와;

주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 신호를 입력받아 대응되는 전압을 조정하여 분배하는 포텐셔미터(potentiometer)와;

상기 포텐셔미터로부터의 출력 전압(아날로그 신호)을 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와;

상기 A/D 컨버터로부터의 출력 신호와, 상기 DC-DC 컨버터로부터의 출력 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기와 TCMS 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 CPU와;

상기 CPU와 TCMS 간의 이더넷 통신을 제어하는 이더넷 컨트롤러; 및

상기 이더넷 컨트롤러와 TCMS 간의 이더넷 통신을 위한 채널(포트)을 제공하는 커넥터를 포함하여 각각 구성될 수 있다.

이때, 상기 CPU에는 시스템이 기계적인 고장으로 휴지(休止) 상태가 되거나 프로그램의 오류로 무제한의 반복(loop) 상태로 되는 것을 감시하는 감시장치 (watchdog)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 마스터 통신 보드와 상기 슬레이브 통신 보드는 서로의 상태를 검지하여 상태 데이터(SD 데이터)를 이더넷 통신을 통해 상기 TCMS로 각각 전송하고, 상기 TCMS로부터 그에 따른 응답 데이터(SDR 데이터)를 각각 수신하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 입/출력(I/O) 보드는,

상기 마스터 통신 보드의 포텐셔미터 및 상기 슬레이브 통신 보드의 포텐셔미터로부터의 출력 신호를 각각 입력받을 수 있도록 두 포텐셔미터와 각각 연결되며, 상기 마스터 통신 보드의 포텐셔미터 및 상기 슬레이브 통신 보드의 포텐셔미터로부터의 출력 신호(아날로그 신호)를 각각 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와;

외부로부터의 직류 전압을 입력받아 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터; 및

상기 A/D 컨버터로부터의 출력 신호와, 상기 DC-DC 컨버터로부터의 출력 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아, 그것을 바탕으로 접점 신호를 생성하여 출력하는 I/O(input/output) 유니트를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 I/O 유니트에는 상기 DC-DC 컨버터로부터의 출력 전압(직류 전압)을 입력받아 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터가 설치될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 주간제어기의 통신 방식을 종래의 기계적 접점 신호 방식에서 이더넷 기반의 통신 모듈형 통신 방식으로 변경하여 통신 보드를 이중화로 구성하고, 주간제어기와 TCMS 간에 통신이 수행되는 중에 이중화 통신 보드 중 어느 일측의 통신 보드에 장애가 발생할 경우 타측의 통신 보드를 이용하도록 함으로써 통신 보드가 정상 동작하도록 하여 중단 없는 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기계적 접점 신호 방식의 주간제어기가 전동차에 적용된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템이 구비된 주간제어기가 전동차에 적용된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템의 마스터 및 슬레이브 통신 보드와 입/출력 보드가 주간제어기에 설치된 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템의 마스터 및 슬레이브 통신 보드와 TCMS 간의 이더넷 통신을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템의 마스터 및 슬레이브 통신 보드와 입/출력 보드의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템의 마스터 및 슬레이브 통신 보드의 CPU에서의 고장 검지 과정을 나타낸 흐름도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템을 나타낸 것으로서, 도 2는 통신 시스템이 구비된 주간제어기가 전동차에 적용된 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 마스터 및 슬레이브 통신 보드와 입/출력 보드가 주간제어기에 설치된 것을 나타낸 도면이며, 도 4는 마스터 및 슬레이브 통신 보드와 TCMS 간의 이더넷 통신을 나타낸 도면이고, 도 5는 마스터 및 슬레이브 통신 보드와 입/출력 보드의 내부 구성을 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템은, 전동차의 주간제어기(201)에 설치되어 TCMS(Train Control and Monitoring System; 열차종합제어장치)(250)와 이더넷 기반의 통신을 수행하는 통신 시스템으로서, 마스터(master) 통신 보드(210), 슬레이브(slave) 통신 보드(220) 및 입/출력 (Input/Output;I/O) 보드(230)를 포함하여 구성된다.

마스터 통신 보드(210)는 주간제어기(201)의 주핸들(201h)의 동작에 따른 신호(Mascon Notch)와, 전동차의 제어기(미도시)로부터 직류 전압(예를 들면, DC 24V) 신호 및 역전기(202)의 역전핸들(202h)의 동작에 따른 출력 신호(Mascon Direction)(24V 신호)를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기(201)와 TCMS(250) 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단한다.

슬레이브 통신 보드(220)는 상기 마스터 통신 보드(210)에 병렬로 접속되며, 그 구성은 마스터 통신 보드(210)와 동일하다. 즉, 슬레이브 통신 보드(220)는 주간제어기(201)의 주핸들(201h)의 동작에 따른 신호(Mascon Notch)와, 전동차의 제어기(미도시)로부터 직류 전압(예를 들면, DC 24V) 신호 및 역전기(202)의 역전핸들(202h)의 동작에 따른 출력 신호(Mascon Direction)(24V 신호)를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기(201)와 TCMS(250) 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단한다.

입/출력(I/O) 보드(230)는 상기 마스터 통신 보드(210) 및 상기 슬레이브 통신 보드(220)와 각각 전기적으로 연결되며, 상기 마스터 통신 보드(210) 및 상기 슬레이브 통신 보드(220)로부터의 전압 조정 신호와, 외부로부터의 직류 전압(예를 들면, DC 100V) 신호 및 역전기(202)의 역전핸들(202h)의 동작에 따른 출력 신호 (Mascon Direction)(24V 신호)를 각각 입력받아 접점 신호를 출력한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템은 전동차의 운행 시 상기 마스터 통신 보드(210)와 슬레이브 통신 보드(220) 중 어느 일측의 통신 보드에 장애가 발생할 경우 타측의 통신 보드를 이용하도록 함으로써 통신 보드가 정상 동작하도록 하여 주간제어기(201)와 TCMS(250) 간의 통신이 정상적으로 이루어지도록 한다. 이에 따라 중단 없는 서비스를 제공할 수 있게 된다.

여기서, 상기 마스터 통신 보드(210)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 전동차의 제어기(미도시)로부터 직류 전압(예를 들면, DC 24V)을 입력받아 다른 크기의 직류 전압(예를 들면, DC 5V)으로 변환하는 DC-DC 컨버터(211)와; 주간제어기(201)의 주핸들(201h)의 동작에 따른 신호(Mascon Notch)를 입력받아 대응되는 전압(예를 들면, 0∼5V)을 조정하여 분배하는 포텐셔미터 (potentiometer)(212)와; 상기 포텐셔미터(212)로부터의 출력 전압(0∼5V)(아날로그 신호)을 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(213)와; A/D 컨버터(213)로부터의 출력 신호와, 상기 DC-DC 컨버터(211)로부터의 출력 신호 및 역전기(202)의 역전핸들(202h)의 동작에 따른 출력 신호(Mascon Direction)(24V 신호)를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기(201)와 TCMS(250) 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 CPU(214)와; CPU(214)와 TCMS (250) 간의 이더넷 통신을 제어하는 이더넷 컨트롤러(215); 및 이더넷 컨트롤러(215)와 TCMS(250) 간의 이더넷 통신을 위한 채널(포트)을 제공하는 커넥터(216)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 바람직하게는 상기 CPU(214)에는 시스템이 기계적인 고장으로 휴지(休止) 상태가 되거나 프로그램의 오류로 무제한의 반복(loop) 상태로 되는 것을 감시하는 감시장치(watchdog)(214w)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 슬레이브 통신 보드(220)는 상기 마스터 통신 보드(210)와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 상기 슬레이브 통신 보드(220)는, 전동차의 제어기(미도시)로부터 직류 전압(예를 들면, DC 24V)을 입력받아 다른 크기의 직류 전압(예를 들면, DC 5V)으로 변환하는 DC-DC 컨버터(221)와; 주간제어기(201)의 주핸들(201h)의 동작에 따른 신호(Mascon Notch)를 입력받아 대응되는 전압(예를 들면, 0∼5V)을 조정하여 분배하는 포텐셔미터(potentiometer)(222)와; 상기 포텐셔미터(222)로부터의 출력 전압(0∼5V)(아날로그 신호)을 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(223)와; A/D 컨버터(223)로부터의 출력 신호와, 상기 DC-DC 컨버터(221)로부터의 출력 신호 및 역전기(202)의 역전핸들(202h)의 동작에 따른 출력 신호(Mascon Direction)(24V 신호)를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기(201)와 TCMS(250) 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 CPU(224)와; CPU(224)와 TCMS(250) 간의 이더넷 통신을 제어하는 이더넷 컨트롤러(225); 및 이더넷 컨트롤러(225)와 TCMS(250) 간의 이더넷 통신을 위한 채널(포트)을 제공하는 커넥터(226)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 바람직하게는 상기 CPU(224)에는 시스템이 기계적인 고장으로 휴지(休止) 상태가 되거나 프로그램의 오류로 무제한의 반복(loop) 상태로 되는 것을 감시하는 감시장치(watchdog)(224w)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 마스터 통신 보드(210)와 상기 슬레이브 통신 보드(220)는 서로의 상태를 검지하여 상태 데이터(SD 데이터)를 이더넷 통신을 통해 상기 TCMS(250)로 각각 전송하고, 상기 TCMS로부터 그에 따른 응답 데이터(SDR 데이터)를 각각 수신하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 입/출력(I/O) 보드(230)는, 상기 마스터 통신 보드(210)의 포텐셔미터(212) 및 상기 슬레이브 통신 보드(220)의 포텐셔미터(222)로부터의 출력 신호를 각각 입력받을 수 있도록 두 포텐셔미터(212)(222)와 각각 연결되며, 상기 마스터 통신 보드(210)의 포텐셔미터(212) 및 상기 슬레이브 통신 보드(220)의 포텐셔미터(222)로부터의 출력 신호(0∼5V)(아날로그 신호)를 각각 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(231)와; 외부로부터의 직류 전압(예를 들면, DC 100V)을 입력받아 다른 크기의 직류 전압(예를 들면, DC 24V)으로 변환하는 DC-DC 컨버터(232); 및 상기 A/D 컨버터(231)로부터의 출력 신호와, 상기 DC-DC 컨버터(232)로부터의 출력 신호 및 역전기(202)의 역전핸들(202h)의 동작에 따른 출력 신호 (Mascon Direction)(24V 신호)를 각각 입력받아, 그것을 바탕으로 접점 신호를 생성하여 출력하는 I/O 유니트(233)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 이와 같은 I/O 유니트(233)에는 상기 DC-DC 컨버터(232)로부터의 출력 전압(예컨대, DC 24V)을 입력받아 다른 크기의 직류 전압(예를 들면, DC 5V)으로 변환하는 DC-DC 컨버터 (233c)가 설치될 수 있다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템에 있어서, CPU(214)(224)는 역전기(202)의 역전핸들(202h)의 동작에 따른 출력 신호(Mascon Direction)(24V 신호)를 입력받아 이에 따른 상태 데이터(Status Data; SD 데이터)를 이더넷 통신을 통해 TCMS(250)로 전송하고, TCMS(250)로부터 그에 따른 응답 데이터(SDR 데이터)를 수신한다. 또한, CPU(214)(224)는 주간제어기(201)의 주핸들(201h)의 동작에 따른 신호(Mascon Notch)에 대응하는 포텐셔미터(212)(222)의 PT 출력값(0∼5V)을 A/D 컨버터(213)(223)를 통해 입력받아 이에 따른 상태 데이터(Status Data; SD 데이터)를 이더넷 통신을 통해 TCMS(250)로 전송하고, TCMS(250)로부터 그에 따른 응답 데이터(SDR 데이터)를 수신한다. 그리고 이상과 같이 TCMS(250)로부터 수신한 응답 데이터(SDR 데이터)를 바탕으로 고장 여부를 검지한다. 이때, 마스터 통신 보드(210)가 고장인 경우, 슬레이브 통신 보드(220)에서 마스터 통신 보드(210)의 상태를 검지할 수 있으며, 또한 마스터 통신 보드(210)에서도 슬레이브 통신 보드(220)의 상태를 검지할 수 있다. 마스터 통신 보드(210)와 슬레이브 통신 보드(220)는 이와 같이 서로의 상태를 검지하여 TCMS(250)라는 열차종합제어장치에 이더넷 통신으로 상태 데이터(SD 데이터)를 전송하고, TCMS(250)로부터 그에 따른 응답 데이터(SDR 데이터)를 수신한다.

이상과 같은 일련의 과정에서 입/출력(I/O) 보드(230)는 DC-DC 컨버터(232)를 통해 24V 전원을 공급받아 동작하고, 주간제어기(201)의 주핸들(201h)의 동작에 따른 신호(Mascon Notch)를 A/D 컨버터(231)를 통해 입력받아 접점 신호로 변환하여 터미널 블록을 거쳐 배전반으로 전송한다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템의 마스터 및 슬레이브 통신 보드의 CPU에서의 고장 검지 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 시스템이 기동되면, 먼저 각 고장 항목을 초기화한다(단계 S601). 이때, 각 고장 항목은 표 1과 같이 중고장 및 경고장으로 분류할 수 있고, 중고장 및 경고장에 해당하는 각 고장 정보는 서로 다른 코드로 설정될 수 있다.

고장 정보 코드
중고장	경고장
bit 0 (0x0001) : PT(전위차계) 인식범위 초과	bit 8（0x0100) : Master 고장
bit 1 (0x0002) : Direction(역전기값) 인식 오류	bit 9（0x0200) : Slave 고장
bit 2（0x0004) : Master 및 Slave 고장	bit 10（0x0400) : 통신 보드 간 통신 불량
bit 3（0x0008) : IO 보드 통신 고장

중고장에 있어서의 "bit 0"은 PT(전위차계) 전압값이 5V 이상 또는 0.5V 이하인 경우로서 PT(전위차계) 전압값의 인식 범위를 초과한 것을 의미한다. "bit 1"은 역전기 값이 2개 이상 수신된 경우로서 인식 오류를 의미한다. "bit 2"는 마스터 및 슬레이브 통신 보드가 고장인 경우로서, 이때는 동작이 불가능해진다.

또한, 경고장에 있어서의 "bit 8"은 마스터 통신 보드의 CPU 상의 입력전압이 기준전압 이하인 경우로서, 마스터 통신 보드 고장을 표시한다. "bit 9"는 슬레이브 통신 보드의 CPU 상의 입력전압이 기준전압 이하인 경우로서 슬레이브 통신 보드 고장을 표시한다.

이렇게 하여 각 고장 항목에 대한 초기화가 완료되면, CPU(214)(224)는 주간제어기(201)에 중고장이 발생했는지를 판별한다(단계 S602). 이 판별에서 주간제어기(201)에 중고장이 발생했으면, CPU(214)(224)는 각 중고장에 대한 고장 정보 비트를 메모리(미도시)에 저장한다(단계 S603). 그리고 상기 판별에서 주간제어기(201)에 중고장이 발생하지 않았으면, CPU(214)(224)는 주간제어기(201)에 경고장이 발생했는지를 판별한다(단계 S604). 이 판별에서 주간제어기(201)에 경고장이 발생했으면, CPU(214)(224)는 각 경고장에 대한 고장 정보 비트를 메모리에 저장한다(단계 S605).

이후, CPU(214)(224)는 메모리에 저장된 고장 항목을 정리하고(단계 S606), 고장 항목 중 새로 발생한 고장이 있는지를 판별한다(단계 S607). 이 판별에서 새로 발생한 고장이 없으면, 상기 단계 S602로 회귀한다. 그리고 새로 발생한 고장이 있으면, CPU(214)(224)는 발생한 고장 정보를 TCMS(250)로 전송한다(단계 S608).

이하에서는 이상과 같은 고장 정보와, 그 고장 정보에 대한 고장 내용 및 고장 해제와 관련하여 부연 설명을 해보기로 한다.

< TCMS에서의 SD 데이터 수신 시 동작 >

(1) TCMS(250)에서는 수신된 SD 데이터 간의 Heart bit가 멈출 시에, 그것을 기준으로 통신 고장으로 판별한다.

(2) 마스터 및 슬레이브 통신 보드가 보낸 데이터에서의 고장 정보 코드가 "bit 8"일 때, TCMS(250)에서는 마스터 통신 보드 고장으로 인식하고, 고장 정보 코드가 "bit 9"일 때, TCMS(250)에서는 슬레이브 통신 보드 고장으로 인식한다.

< 주간제어기 중고장 고장 정보 >

(1) [bit 0] PT(전위차계) 인식 범위 초과

PT(전위차계) 전압값이 5V 초과 또는 0.5V 미만 시 PT(전위차계) 전압값 인식 범위 초과로 판별한다.

고장 내용 : 주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 노치(notch) 값 별 전압값 범위를 초과 시 중고장으로 인식한다.

- 초과 범위 : V_pt > 5V 또는 V_pt < 0.5V

고장 해제 : 주간제어기의 노치값 별 전압값 범위를 초과한 후 3초 내로 다시 인식 범위로 돌아올 시에 고장이 해제된다.

- 고장해제 범위 : 0.5V < V_pt < 5V

(2) [bit 1] 역전기(Direction) 값 2개 이상 수신 시 오류

고장 내용 : 역전기(F/N/R/B/P/EB) 입력값이 2개 이상으로 입력 시, 중고장으로 인식한다.

고장 해제 : 역전기(F/N/R/B/P/EB) 입력값이 2개 이상에서 1개로 정상 입력 시, 고장이 해제된다.

(3) [bit 2] 마스터 및 슬레이브 고장

고장 내용 : (3-1) 주간제어기의 통신 보드 MASTER(#1)에 고장이 발생한 후에, SLAVE(#2)에 고장이 발생하는 경우에는, SLAVE(#2)가 TCMS로 중고장 "bit 2"를 전송한다. 단, SLAVE가 급격하게 기준전압 이하(V_low)일 시에는 통신이 불가능하므로, 이때는 TCMS에서 SD 데이터 미수신 시 중고장으로 인식한다.

(3-2) 주간제어기의 통신 보드 SLAVE(#2)에 고장이 발생한 후에, MASTER(#1)에 고장이 발생하는 경우에는, MASTER(#1)가 TCMS로 중고장 "bit 2"를 전송한다. 단, MASTER가 급격하게 기준전압 이하(V_low) 일 시에는 통신이 불가능하므로, 이 때는 TCMS에서 SD 데이터 미수신 시 중고장으로 인식한다.

고장 해제 : 재기동 후 MASTER와 SLAVE 상태를 재확인한다.

(4) [bit 3] I/O 보드 통신 고장

고장 내용 : 주간제어기의 I/O 보드는 통신 보드 MASTER(#1)와 SLAVE(#2)와 각각 통신한다. MASTER(#1)와 SLAVE(#2) 둘 중 하나의 통신이라도 안될 시, I/O 보드 통신 고장으로 인식하며, 중고장 "bit 3"을 통신 보드 MASTER(#1) 또는 SLAVE(#2)를 통하여 TCMS로 전송한다.

고장 해제 : 주간제어기의 통신 보드 MASTER(#1) 또는 SLAVE(#2)와 I/O 보드 간 주기적인 통신 데이터가 정상적으로 재수신될 시 I/O 보드 통신 고장은 해제한다.

< 주간제어기의 경고장 고장 정보>

(1) [bit 8] MASTER 고장

고장 내용 : MASTER(#1)은 통신이 가능한 저전압 검지 전압(V_low + 0.5V) 기준 이하로 될 시에는 MASTER(#1)에서 SLAVE(#2)로 저전압 검지 이상에 대한 고장정보를 전송한다.

고장 해제 : MASTER(#1)가 저전압 검지 전압 범위(V_low + 0.5V > x > V_low) 내에 있다가 다시 정상 동작 범위 ( x > V_low + 0.5V )로 돌아갈 시에는 고장이 해제된다.

(2) [bit 9] SLAVE 고장

주간제어기의 통신보드 MASTER(#1)가 정상 상태에서 SLAVE(#2)가 고장 발생 시,

고장 내용 : SLAVE(#2)는 통신이 가능한 저전압 검지 전압(V_low + 0.5V) 기준 이하로 될 시에는 SLAVE(#2)는 MASTER(#1)로 저전압 검지 이상에 대한 고장정보를 전송한다.

고장 해제 : SLAVE(#2)가 저전압 검지 전압 범위 (x < V_low) 내에 있다가 다시 정상 동작 범위(x > V_low + 0.5V)로 돌아갈 시에는 고장이 해제된다.

(3) [bit 10] 통신 보드 간 통신 불량

고장 내용 : 주간제어기의 통신 보드 MASTER(#1) 또는 SLAVE(#2) 간 주기적인 통신 데이터의 송수신이 이루어지지 않았을 때에도, 화면 장치상에서는 정상으로 현시 될 때에는 통신 보드 간 통신 불량으로 인지한다.

고장 해제 : 주간제어기의 통신 보드 MASTER(#1) 또는 SLAVE(#2) 간 주기적인 통신 데이터의 송수신이 다시 정상적으로 이루어질 때, 통신 보드 간 통신 불량 고장은 해제된다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전동차의 주간제어기의 통신 시스템은주간제어기의 통신 방식을 종래의 기계적 접점 신호 방식에서 이더넷 기반의 통신 모듈형 통신 방식으로 변경하여 통신 보드를 이중화로 구성하고, 주간제어기와 TCMS 간에 통신이 수행되는 중에 이중화 통신 보드 중 어느 일측의 통신 보드에 장애가 발생할 경우 타측의 통신 보드를 이용하도록 함으로써 통신 보드가 정상 동작하도록 하여 중단 없는 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 사용 접점의 증감에 따라 주간제어기의 외형(중량, 배선)이 변경되지 않으며, 종래 기계적 접점 방식에 비해 배선이 적어 배전반에서의 회로가 단순하고, 따라서 유지 보수가 용이한 장점이 있다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

101,201: 주간제어기 201h: 주핸들
202: 역전기 202h: 역전핸들
210: 마스터 통신 보드 211,221,232,233c: DC-DC 컨버터
212,222: 포텐셔미터 213,223,231: A/D 컨버터
214,224: CPU 214w,224w: 감시장치
215,225: 이더넷 컨트롤러 216,226: 커넥터
220: 슬레이브 통신 보드 230: 입/출력(I/O) 보드
233: I/O 유니트 250: TCMS

Claims

전동차의 주간제어기에 설치되어 TCMS(Train Control and Monitoring System; 열차종합제어장치)와 이더넷 기반의 통신을 수행하는 통신 시스템으로서,
상기 주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 신호와, 전동차의 제어기로부터 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기와 TCMS 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 마스터(master) 통신 보드;
상기 마스터 통신 보드에 병렬로 접속되며, 주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 신호와, 전동차의 제어기로부터 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기와 TCMS 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 슬레이브 (slave) 통신 보드; 및
상기 마스터 통신 보드 및 상기 슬레이브 통신 보드와 각각 전기적으로 연결되며, 상기 마스터 통신 보드 및 상기 슬레이브 통신 보드로부터의 전압 조정 신호와, 외부로부터의 직류 전압 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 접점 신호를 출력하는 입/출력(I/O) 보드를 포함하고,
전동차의 운행 시 상기 마스터 통신 보드와 슬레이브 통신 보드 중 어느 일측의 통신 보드에 장애가 발생할 경우 타측의 통신 보드를 이용하도록 함으로써 통신 보드가 정상 동작하도록 하여 주간제어기와 TCMS 간의 통신이 정상적으로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 전동차의 주간제어기의 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 마스터 통신 보드 및 슬레이브 통신 보드는,
전동차의 제어기로부터 직류 전압을 입력받아 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터와;
주간제어기의 주핸들의 동작에 따른 신호를 입력받아 대응되는 전압을 조정하여 분배하는 포텐셔미터(potentiometer)와;
상기 포텐셔미터로부터의 출력 전압(아날로그 신호)을 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와;
상기 A/D 컨버터로부터의 출력 신호와, 상기 DC-DC 컨버터로부터의 출력 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아 전동차 운전의 제어에 반영하고, 주간제어기와 TCMS 간의 통신 신호를 분석하여 통신 보드의 고장 여부를 판단하는 CPU와;
상기 CPU와 TCMS 간의 이더넷 통신을 제어하는 이더넷 컨트롤러; 및
상기 이더넷 컨트롤러와 TCMS 간의 이더넷 통신을 위한 채널(포트)을 제공하는 커넥터를 포함하여 각각 구성된 것을 특징으로 하는 전동차의 주간제어기의 통신 시스템.
제2항에 있어서,
상기 CPU에는 시스템이 기계적인 고장으로 휴지(休止) 상태가 되거나 프로그램의 오류로 무제한의 반복(loop) 상태로 되는 것을 감시하는 감시장치(watchdog)가 설치된 것을 특징으로 하는 전동차의 주간제어기의 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 마스터 통신 보드와 상기 슬레이브 통신 보드는 서로의 상태를 검지하여 상태 데이터(SD 데이터)를 이더넷 통신을 통해 상기 TCMS로 각각 전송하고, 상기 TCMS로부터 그에 따른 응답 데이터(SDR 데이터)를 각각 수신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전동차의 주간제어기의 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 입/출력(I/O) 보드는,
상기 마스터 통신 보드의 포텐셔미터 및 상기 슬레이브 통신 보드의 포텐셔미터로부터의 출력 신호를 각각 입력받을 수 있도록 두 포텐셔미터와 각각 연결되며, 상기 마스터 통신 보드의 포텐셔미터 및 상기 슬레이브 통신 보드의 포텐셔미터로부터의 출력 신호(아날로그 신호)를 각각 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와;
외부로부터의 직류 전압을 입력받아 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터; 및
상기 A/D 컨버터로부터의 출력 신호와, 상기 DC-DC 컨버터로부터의 출력 신호 및 역전기의 역전핸들의 동작에 따른 출력 신호를 각각 입력받아, 그것을 바탕으로 접점 신호를 생성하여 출력하는 I/O(input/output) 유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동차의 주간제어기의 통신 시스템.
제5항에 있어서,
상기 I/O 유니트에는 상기 DC-DC 컨버터로부터의 출력 전압(직류 전압)을 입력받아 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터가 설치된 것을 특징으로 하는 전동차의 주간제어기의 통신 시스템.