WO2011043514A1 - 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2011043514A1
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power line
plc
train
signal
tcms
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PCT/KR2009/007524
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송용수
한성호
최성규
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한국철도 기술 연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a train network system using a power line, and more particularly, to a power line communication (PLC) using a PLC adapter and a carrier frequency of less than 450 kHz installed in a power distribution line of a train by a train control management system (TCMS).
  • PLC power line communication
  • TCMS train control management system
  • the present invention relates to a train network data communication system and method using a power line for transmitting and receiving heat value system information obtained from a sensor, an HVAC, and the like through a high speed data communication to check information and abnormality of a train control system.
  • Power Line Network refers to a technology that carries voice and data on a high frequency signal of hundreds of KHz to tens of MHz through a power line that supplies power.
  • PLC power line communication
  • BPL broadband over power lines
  • a PLC modem is a device that converts Ethernet signals and PLC signals between Ethernet interface equipment and power lines. Connect the PC modem and PLC modem with LAN cable, and plug the power cable of PLC modem into the outlet.
  • a PLC chip and a D / A converter take care of the modulation process, and two types of modulation methods are mainly Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and Spread Spectrum (SS). It is used.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • SS Spread Spectrum
  • the OFDM scheme is also referred to as an orthogonal frequency division multiplexing scheme, and its biggest advantage is that it is easy to speed up.
  • the spread spectrum scheme is a method of carrying all data on one carrier, which is more difficult to speed up than the OFDM scheme because only one carrier is used even when the band is extended.
  • the speed of PLC modem adopting spread spectrum method is 2.5M ⁇ 24Mbps even when using 4M ⁇ 20MHz band, but it is slow but spread spectrum method can reduce the influence of noise by the structure called spreading. There is this.
  • the spread spectrum PLC modem is used in a noisy place such as a factory or a facility control that needs to send data reliably even at a slow speed.
  • the PLC uses a bus-type power line as a transmission path, the PLC becomes a band-sharing network such as a wireless LAN. If each modem sends data to the shared network at will, it may collide with the signal sent by the other modem. Therefore, the structure (access method) to send the data in order to avoid the signal collision is indispensable. The function is equipped.
  • Ethernet and wireless LAN use a multiple access method called Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA / CD).
  • CSMA / CD checks whether another device is communicating before sending and sends data when it does not communicate with CSMA / CD and sends it after waiting for an undetermined time so that signals do not collide. It is a multiple access method based on CA (Collision Detection).
  • PLC power line communication
  • the frequency used to send power domestically uses an alternating frequency of 60Hz, and home appliances are converted to direct current through a power converter.
  • High-speed communication can be performed by putting a communication signal in a frequency band other than 60 Hz, that is, a 1 to 30 MHz frequency band.
  • Power line communication requires no wiring, just plug a PLC adapter connected to the power line into an outlet.
  • PLC Power line communication
  • the communication protocol should be unified for high speed communication.
  • a real time signal such as a sensor is received from a train control management system (TCMS) using a power line communication (PLC) installed in a distribution line of a train or an electric vehicle.
  • PLC power line communication
  • the present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, and is installed in a distribution line of a train or an electric vehicle using a frequency shift keying (FSK) communication method by a control unit of a train control management system (TCMS).
  • FSK frequency shift keying
  • TCMS train control management system
  • Train control by transmitting / receiving train system information obtained from sensors and HVAC through high-speed data communication of signals separated by high frequency filter of PLC modem using carrier frequency of less than 450kHz through PLC adapter and power line communication (PLC)
  • PLC power line communication
  • the train network data communication system using the power line by using the FSK communication scheme for low-speed PLC power line data communication transmits a control command to the PLC adapter and power line, and to the power line communication
  • a TCMS control unit providing a function of exchanging data
  • a PLC adapter connected to the TCMS controller and transmitting and receiving a control command and data through a power line
  • a sensor connected to the PLC adapter and providing train information input / output signals such as thermal system information such as HVAC
  • a TCMS interface unit connected to the PLC adapter connected to the TCMS control unit by a power line.
  • the PLC adapter is characterized in that each is connected to the power line and other PLC adapters installed in different compartments of the train.
  • the PLC adapter may include an A / D signal conversion unit of a PLC modem for transmitting and receiving data through a power line; A line driver circuit connected to the A / D signal converter of the PLC modem; And a coupler connected to the line driver and the power line and used as a power line interface unit.
  • the A / D signal converter of the PLC modem modulates the data received from the IP network to a power line communication signal by adding a high frequency signal to a 60 Hz signal using the FSK method, or demodulates a signal received from the power line communication network.
  • the digital input / output unit Digital I / O
  • digital input / output unit Digital I / O
  • analog input / output unit Analog I / O
  • a filter unit for filtering only a frequency band and an analog input / output unit (Analog I / O) for transmitting / receiving analog transmission / reception data received through the coupler (Coupler) with the line drive circuit.
  • the line driver circuit may include an amplifier for amplifying a signal and a bypass unit for bypassing the received data input from the coupler when the PLC modem is in a reception mode and transmitting the signal to the A / D signal converter of the PLC modem. Characterized in that.
  • the coupler is connected to the power line and the line driver circuit, and transmits the signal amplified by the A / D signal processor in the transmission mode to the power line, and in the receiving mode the modulated signal received from the power line in the line drive circuit And a converter which serves to block the 60 Hz signal from the power line and filter the Harmonic from the transmitted signal.
  • the power line and the PLC adapter are characterized by using a low speed PLC power line communication method having a limited use band of less than 450 kHz.
  • the coupler is a power line interface unit, a diode (D) that protects the circuit from spikes and overvoltage from the outside, a capacitor (C1) on the primary side having a larger impedance than the reference value for the AC power signal, the secondary data signal Since the capacitor and inductance value of the primary side that cuts off the AC power signal cannot be changed at will by acting with an impedance smaller than the reference value, the frequency used to determine the line coupling C1 coupled with L1 is 132.45khz.
  • the secondary side to generate the HPF to pass through in parallel with the L2 is characterized in that it comprises a transformer for transmitting a signal provided from the demodulator to the power line by configuring a band pass filter (BPF).
  • BPF band pass filter
  • the TCMS control unit may assign a system ID to distinguish between the PLC adapter and the sensor.
  • the train network data communication method using the power line (a) a system that is initialized by the software of the TCMS control unit, assigned to components such as PLC adapters and sensors installed for each train Checking the ID, debugging the line and the system if the system ID is not checked, and requesting data of the sensor to each train or the electric vehicle through the PLC adapter and the power line if the system ID is verified; (b) The software of the TCMS control unit 100 determines whether the requested data is received, and if the data is not received, transmits a data request message, outputs a warning message if there is no response, and if the response is normal, Determining whether or not; And (c) storing and printing the train information data received from the PLC adapter through the power line from the sensor in the memory if the data is received or under normal conditions, and repeatedly performing the same.
  • the train network data communication system and method using the power line by using a TCMS (Train Control Management System) control unit using a frequency shift keying (FSK) communication method installed in the distribution line of the train or electric vehicle Using the carrier frequency below 450kHz through PLC adapter and power line, the signal separated by the high frequency filter of PLC modem is transmitted / received the train system information obtained from sensor, HVAC, etc. by high speed data communication. It is effective to check.
  • TCMS Traffic Control Management System
  • FSK frequency shift keying
  • the present invention refers to a communication method of transmitting a communication signal using a power line installed in a cabin and a train and receiving a signal separated by using a high frequency filter of a power line modem.
  • a carrier frequency of less than 450 Khz is used. It has a system manufactured using a power line module that can be commercialized immediately without being regulated by the Radio Law, and has the effect of confirming information and abnormality of a train control system by applying it.
  • TCMS train control management system
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a TCMS control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a power line communication unit including a general PLC modem.
  • 5 is a power line interface unit of a TCMS interface unit.
  • FIG. 6 shows a picture of the completed system of the A / D converter.
  • TCMS 7 is a software screen of a train control management system (TCMS).
  • TCMS train control management system
  • TCMS train control management system
  • Train control management system (TCMS) using a power line is composed of a TCMS control unit 100, a power line communication unit (PLC adapter) (200, 210, 220), sensors 300, 310, 320 and TCMS interface unit (330a, 330b) do.
  • PLC adapter power line communication unit
  • a communication module has been manufactured by using a frequency shift keying (FSK) communication method, which is one of the communication methods that have a strong resistance to poor noise characteristics of power lines and is advantageous for low speed data communication.
  • FSK frequency shift keying
  • the TCMS control unit 100 transmits a control command to a PLC modem (Power Line Modem) of the PLC adapters 200, 210, and 220, and transmits and receives data through power line communication.
  • PLC modem Power Line Modem
  • the power line communication unit (PLC adapter) (200, 210, 220) is largely composed of a PLC modem (Power Line Communication modem), a line driver (Line Driver), a power line interface (Power Line Interface), connected to the TCMS control unit 100 and the power line Send and receive control commands and data via (Power Line).
  • PLC modem Power Line Communication modem
  • Line Driver Line Driver
  • Power Line Interface power line interface
  • the PLC adapter 200 is connected to the other PLC adapters 210 and 220 installed in other vehicles of the train by a power line, and interlocked with the Panbgrapgh Tilling system.
  • the sensors 300, 310, and 320 are connected to the PLC adapters 200, 210, and 220, and provide train information input / output signals such as train system information such as HVAC.
  • the TCMS interface units 330a and 330b are connected to the PLC adapters 200, 210, and 220 connected to the TCMS controller 100 by a power line.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a TCMS control unit according to an embodiment of the present invention.
  • the TCMS control unit 100 includes an EEPROM 110, a control unit 120, a serial communication interface unit 130, and a computer 140.
  • the control unit 120 includes a train information input / output unit (sensor) 300 and a PLC modem. It is connected to the 200, and comprises an interpreter 121, a microcontroller 122, a train system information processing unit 123.
  • control command is transmitted to a PLC modem (Power Line Modem) using a frequency shift keying (FSK) communication method, which is advantageous for low-speed PLC data communication, and transmits and receives data through a power line.
  • PLC modem Power Line Modem
  • FSK frequency shift keying
  • FIG. 3 is a block diagram of a power line communication unit including a general PLC modem.
  • Power line communication unit (PLC adapter) (200, 210, 220) is largely composed of a PLC (Power Line Communication modem), a line driver (Line Driver), a power line interface (Power Line Interface).
  • PLC Power Line Communication modem
  • Line Driver Line Driver
  • Power Line Interface Power Line Interface
  • the A / D signal converter 210 of the PLC modem (power line communication modem) 210 includes a frequency modulation / demodulation unit 211, a digital input / output unit (Digital I / O) 212, a filter unit 213, and an analog device. It consists of an input / output unit (Analog I / O) 214.
  • the function of the PLC modem 210 is to transmit and receive data through a power line, and the process of transmitting and receiving data is as follows.
  • the PLC modem 210 When the PLC modem 210 receives a transmission command from the TCMS control part 100, the PLC modem 210 first receives and interprets it from the digital I / O, and sets the transmission / reception control signal to “send”. It is determined to amplify the signal using an amplifier 221 of a line driver circuit 220.
  • the frequency modulator 211 modulates the data received from the IP network into a power line communication signal by adding a high frequency signal to a 60 Hz signal using the FSK method, or demodulates a signal received from the power line communication network. It performs the function.
  • the digital input / output unit (Digital I / O) 212 transmits the transmitted and received digital data to the microcontroller processor of the TCMS controller 100.
  • the filter unit 213 filters only the frequency band set among the signals output from the digital I / O unit 212 or the analog I / O unit 214.
  • analog input / output unit (Analog I / O) 214 provides a function of transmitting / receiving analog transmission / reception data received through the coupler 230 with a line drive circuit.
  • the line driver circuit 220 includes an amplifier 221 and a bypass unit 222.
  • bypass unit 222 bypasses the received data input from the coupler 230 when the PLC modem is in the reception mode, and transmits the received data to the A / D signal converter.
  • the coupler 230 is connected to a power line and a line driver circuit, and transmits an amplified signal from an A / D signal processor to a power line in a transmission mode, and modulates a signal received from the power line in a reception mode.
  • the A / D signal converting unit 210 of the PLC modem is transmitted through the line drive circuit 220.
  • the frequency modulation demodulation unit 211 follows the power line communication-related regulations as follows.
  • the protocol for power line communication has not yet been defined in Japan and Korea, so the STS is designed for frequency shift keying (FSK) designed for this frequency and strong noise characteristics by setting 125 ⁇ 140kHz along the strict Europe.
  • the system was constructed using a power line modem.
  • Power line communication is one of the important factors of how much the power line impedance (Power Line Impedance), it is necessary to know the electrical characteristics of the power line can be appropriate to the power line impedance (coupling).
  • the power line model is defined as shown in FIG. 4. That is, a 50 ⁇ resistor becomes a modeling in series with a 5 ⁇ resistor and 50uH of parallel impedance.
  • the impedance between the terminals a and b can be expressed as Equations 1 and 2 when the source is Sinusoid.
  • the impedance Zab 54 ⁇ . That is, according to the CENELEC regulations, the impedance of the power line has an impedance of 54 ⁇ from the standpoint of the PLC modem (Power Line Modem).
  • the power line impedance is an interface that connects a power line having a impedance as described above and a line driver circuit.
  • the transformer used for the coupler serves to separate the power line from the PLC modem circuit, supply a transmission signal to the power line, receive a signal from the power line, and block a 60 Hz signal from the power line. Play a role. It also plays a role in filtering the harmonics from the transmitted signal.
  • 5 is a power line interface unit of a TCMS interface unit.
  • the diode D of the coupler 230 used as the power line interface unit serves to protect the circuit from spikes or overvoltage from the outside, and the capacitor C1 of the primary side has an impedance larger than the reference value for the AC power signal.
  • the secondary side data signal acts as an impedance smaller than the reference value to block the power signal.
  • an HPF High Pass Filter
  • a band pass filter BPF
  • the secondary side of the transformer can also be designed using C2 to design a resonator having a resonance frequency of 132.45 kHz.
  • FIG. 6 shows a picture of the completed system of the A / D converter.
  • the analog signal to be measured generally uses a single IC type A / D converter to directly receive and digitize a real time signal such as HVAC.
  • a single IC type A / D converter requires a waveform shaping circuit, such as an amplifier to properly change the size of the signal and the filter circuit, in order to remove internal noise and extract only the required signal, depending on the performance of the system used. , Resolution and precision should be considered.
  • FIG. 7 is a software screen of the train control management system TCMS, which shows a screen of a program for identifying and initializing the system ID of the train control management system TCMS.
  • the central management system In software design, after initialization of the train control management system (TCMS), the central management system maintains the reception state with the modem, and receives the train system information from the device in real time until it receives a separate interrupt and continuously stores it. Will be stored in.
  • the main routine is described in detail in FIG.
  • step S10 the operation of the software of the TCMS control unit 100 initializes the TCMS control unit 100 (step S10) and checks the system ID assigned to components such as PLC adapters and sensors installed for each train (step S11). If the ID is not verified, the line and the system are debugged (step S12). If the system ID is verified, the sensor data is requested to each train or the electric vehicle through the PLC adapter and the power line (step S13).
  • the software of the TCMS control unit 100 determines whether the requested data has been received (step S14), and if no data is received, transmits a data request message (step S15). If there is no response, a warning message is received. Output (step S17), and if there is a response (response), it is determined whether or not the normal condition (step S16), if the normal condition, the train information data received from the PLC adapter (200, 210, 220) via the power line from the sensor and stored in the memory and printed; Then, the process of S14 is repeated (step S18).
  • step S14 when the data is received in step S14, it is determined whether or not the normal condition (step S16) and if the normal condition, the train information data received from the PLC adapter (200, 210, 220) via the power line from the sensor is stored in the memory and printed, and continue The process of S14 is repeated (step S18).
  • the present invention relates to a train network system using a power line, and more particularly, to a power line communication (PLC) using a PLC adapter and a carrier frequency of less than 450 kHz installed in a power distribution line of a train by a train control management system (TCMS).
  • PLC power line communication
  • TCMS train control management system
  • the present invention relates to a train network data communication system and method using a power line for transmitting and receiving heat value system information obtained from a sensor, an HVAC, and the like through a high speed data communication to check information and abnormality of a train control system.

Abstract

본 발명은 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 저속 PLC 전력선 데이터 통신을 위해 FSK 통신 방식을 이용하여 PLC 어댑터와 전력선으로 제어 명령을 전송하고, 전력선 통신으로 데이터를 주고받는 기능을 제공하는 TCMS 제어부; 상기 TCMS 제어부와 연결되고 전력선(Power Line)을 통해 제어 명령과 데이터를 송수신하는 PLC 어댑터; 상기 PLC 어댑터와 연결되고, HVAC 등의 열차 시스템 정보 등의 열차 정보 입출력 신호를 제공하는 센서; 및 상기 TCMS 제어부와 연결된 상기 PLC 어댑터와 전력선으로 연결되는 TCMS 인터페이스부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 열차 제어 관리 시스템(TCMS:Train Control Management System) 제어부 의해 FSK 통신 방식을 사용하여 열차나 전동차의 배전선에 시설된 PLC 어댑터 및 전력선을 통해 450kHz 미만의 반송 주파수를 이용하여 PLC 모뎀의 고주파 필터에 의해 분리해낸 신호를 고속 데이타 통신으로 센서, HVAC 등으로부터 획득된 열차 시스템 정보를 송수신하여 열차 제어 시스템의 정보로 이상 유무를 확인하는 효과가 있다.

Description

전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법
본 발명은 전력선을 이용한 열차 네트워크 시스템에 관한 것으로, 특히 열차 제어 관리 시스템(TCMS:Train Control Management System)에 의해 열차의 배전선에 시설된 PLC 어댑터 및 450kHz 미만의 반송 주파수를 이용하는 전력선 통신(PLC:Power Line Communication)을 통해 고속 데이타 통신으로 센서, HVAC 등으로부터 획득된 열치 시스템 정보를 송수신하여 열차 제어 시스템의 정보와 이상 유무를 확인하는, 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전력선 통신 네트워크(P.L.N: Power Line Network)는 전력을 공급하는 전력선을 매개체로 음성과 데이터를 수백 KHz ~ 수십 MHz 이상의 고주파 신호에 실어 통신하는 기술을 의미한다.
여기서, 전력선 통신(PLC:Power Line Communication)은 지금까지 주로 10k~450kHz로 사용 대역이 한정되어 10kbps 정도의 저속 PLC 통신 밖에 할 수 없었지만, 최근 규제가 완화되어 2M~30MHz의 넓은 대역을 사용할 수 있게 되었고, 수십 Mbps의 전송 속도를 낼 수 있을 것으로 전망된다. 고속의 PLC는 주로 광대역 인터넷 접속용으로 활용되기 때문에 BPL(Broadband over Power Line)으로 부르기도 한다.
표 1
구분 고속 전력선 통신 저속 전력선 통신
기술 특징 -속도 10Mbps 이상-광대역 사용:1~30MHz-변조방식: OFDM-IP 기반 -속도 5~10kbps-협대역 사용: 450kHz 이하-변조 방식:SS 방식 또는 변형 기술-IP 기반이 아님
응용 분야 -홈네트워크 인터넷 공유 비디오/오디오 스트리밍 -홈네트워크(제어 및 자동화)-정보가전 제어-원격 검침-빌딩 제어
업계 동향 -미국 AT&T,AOL,HP 검토-스페인 ENDESA 검토 - 2001년 이탈리아 ENEL 전력 원격 검칭에 사용
전망 저속 PLC 모뎀이 부분적인 사업화가 이루어졌으나, IP기반이 아니므로 향후 인터넷 All IP 환경에서 고속 PLC으로 급성장 될 전망
그리고, PLC의 기본은 데이터를 전력선으로 옮기는 것으로, 이를 위해 데이터를 전력선에 싣기 위한 PLC 모뎀이 필요하다. PLC 모뎀은 이더넷(Ethernet) 인터페이스 장비와 전력선 간에 이더넷 신호와 PLC 신호를 서로 변환하는 장치이다. PC 등의 기기와 PLC 모뎀을 LAN 케이블로 잇고, PLC 모뎀의 전원 케이블을 콘센트에 꽂아 사용한다.
PLC 모뎀에서 PLC 칩과 D/A 컨버터(또는 A/D 컨버터)가 변조 처리를 담당하고, 변조 방식은 주로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식과 스펙트럼 확산(SS:Spread Spectrum) 방식의 두 종류가 사용되고 있다.
여기서, OFDM 방식은 직교 주파수분할다중 방식이라고도 하며, 고속화가 용이하다는 것이 가장 큰 장점으로서, OFDM은 높은 전송속도가 요구되는 홈네트워크 용도의 PLC 모뎀에 이용된다.
그리고, 스펙트럼 확산 방식은 OFDM 방식과 달리 하나의 반송파(carrier)에 모든 데이터를 실어 보내는 방식으로, 대역을 펼쳐도 반송파를 하나 밖에 사용하지 않기 때문에 OFDM 방식에 비해 고속화에 어려움이 있다.
그래서, 스펙트럼 확산 방식을 채택하는 PLC 모뎀의 속도는 4M~20MHz 대역을 사용할 경우라도 2.5M~24Mbps 정도로, 속도가 늦긴 하지만 스펙트럼 확산 방식은 확산이라고 하는 구조에 힘입어 노이즈의 영향을 줄일 수 있는 장점이 있다.
이러한 특징 때문에 스펙트럼 확산 방식의 PLC 모뎀은 공장 등 노이즈가 많은 장소나, 속도가 늦어도 확실히 데이터를 보낼 필요가 있는 설비 컨트롤 등의 용도에 사용된다.
그리고, PLC는 버스형의 배선이 되어 있는 전력선을 전송로로 사용하므로 무선 LAN과 같은 대역 공유형의 네트워크가 된다. 대역 공유형의 네트워크에 각각의 모뎀이 마음대로 데이터를 보내 버리면, 다른 모뎀이 보낸 신호와 충돌할 우려가 있으므로 신호가 충돌하지 않게 차례로 데이터를 보내기 위한 구조(액세스 방식)가 불가결하며 모든 PLC 모뎀에 이 기능이 장착되어 있다.
이러한 기능을 다원접속(Multiple Access) 방식이라고 한다. 이더넷(Ethernet)과 무선 LAN은 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)라는 다원접속 방식을 사용하고 있다. CSMA/CD는 「통신하기 전에 다른 기기가 통신하고 있지 않는가를 조사해 통신하지 않을 경우에 데이터를 보낸다」는 규칙(CSMA)과 「신호가 충돌하지 않게 각 기기가 정해지지 않은 시간을 기다리고 나서 송신한다」라는 규칙(CA:Collision Detection)을 기반으로 한 다원접속 방식이다.
그리고, 전력선 통신(PLC:Power Line Communication) 기술을 응용할 경우, 홈네트워킹, 정보 가전, 전력망 관리 등이 가능해 관련 업계는 전력선 통신으로 신규 서비스와 잠재 시장을 활성화될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
특히, P.L.N을 응용한 고속액세스 기술과 홈 네트워크를 통한 저속제어 기술은 국내외 통신 업체나 전력 업체로부터 차세대 통신기술로 주목받고 있다.
현재 국내에서 전력을 보내기 위해 사용되는 주파수는 60Hz의 교류 주파수를 사용하고, 가전 제품은 이를 전력 변환기를 통해 직류로 바꿔 이용하게 된다. 60Hz 이외의 주파수 대역, 즉, 1~30MHz 주파수 대역에 통신 신호를 실어 초고속 통신을 할 수 있다.
물론, 규약을 통일해야 하는 것이 전제이다. 한국전력도 이미 60년대에 이렇게 낮은 주파수를 이용해 전력선 통신을 하였지만 전력선 통신은 용량이나 속도에서 통신이라고 부르기 힘들 정도로 낮은 수준이었다.
전력선 통신(PLC)은 별도의 배선이 필요 없고, 전력선으로 연결된 PLC 어댑터를 콘센트에 플러그를 꼽기만 하면 된다. 수십 MHz 이상의 고주파 통신 기술을 이용하므로, 일반 가전제품 및 전기기기에 아무런 영향을 주지 않으면서 데이터를 전송할 수 있다. 다만 전력선 상의 부하에 영향을 받을 수 있고 고속으로 통신하기 위해서는 통신 규약을 통일해야 한다는 전제가 있다.
그러나, 열차나 전동차의 배전선에 시설된 전력선(PLC:Power Line Communication)을 사용하여 열차 제어 관리 시스템(TCMS:Train Control Management System)에서 센서 등의 실시간 신호(real time signal)를 수신받아 A/D변환 후 신호를 전력선 통신으로 데이타 송수신하여 이상 유무를 확인하기 어려웠던 문제점이 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 열차 제어 관리 시스템(TCMS:Train Control Management System)의 제어부에 의해 FSK(Frequency Shift Keying) 통신 방식을 사용하여 열차나 전동차의 배전선에 시설된 PLC 어댑터 및 전력선(PLC:Power Line Communication)을 통해 450kHz 미만의 반송 주파수를 이용하는 PLC 모뎀의 고주파 필터에 의해 분리해낸 신호를 고속 데이타 통신으로 센서, HVAC 등으로부터 획득된 열차 시스템 정보를 송수신하여 열차 제어 시스템의 정보로 이상 유무를 확인하는, 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템은, 저속 PLC 전력선 데이터 통신을 위해 FSK 통신 방식을 이용하여 PLC 어댑터와 전력선으로 제어 명령을 전송하고, 전력선 통신으로 데이터를 주고받는 기능을 제공하는 TCMS 제어부; 상기 TCMS 제어부와 연결되고 전력선(Power Line)을 통해 제어 명령과 데이터를 송수신하는 PLC 어댑터; 상기 PLC 어댑터와 연결되고, HVAC 등의 열치 시스템 정보 등의 열차 정보 입출력 신호를 제공하는 센서; 및 상기 TCMS 제어부와 연결된 상기 PLC 어댑터와 전력선으로 연결되는 TCMS 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 PLC 어댑터는 각각 열차의 다른 칸에 설치된 다른 PLC 어댑터들과 전력선으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 PLC 어댑터는 전력선을 통해 데이터를 송수신하는 PLC 모뎀의 A/D 신호변환부; 상기 PLC 모뎀의 A/D 신호변환부와 연결되는 라인 드라이버 회로; 및 상기 라인 드라이버 및 전력선과 연결되어 전력선 인터페이스부(Power Line Interface)로 사용되는 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PLC 모뎀의 A/D 신호변환부는 IP 네트워크로부터 수신된 데이터를 FSK 방식을 사용하여 60Hz 신호에 고주파 신호를 부가하여 전력선 통신 신호로 변조하거나, 전력선 통신망으로부터 수신된 신호를 복조하는 주파수 변복조부, 송수신된 디지털 데이터를 TCMS 제어부의 마이크로컨트롤러 프로세서로 전송하는 디지털 입출력부(Digital I/O), 디지털 입출력부(Digital I/O) 또는 아날로그 입출력부(Analog I/O)로부터 출력된 신호중 설정된 주파수 대역만 필터링하는 필터부 및 상기 커플러(Coupler)를 통해 수신된 아날로그 송수신 데이터를 상기 라인 드라이브 회로와 송수신하는 아날로그 입출력부(Analog I/O) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
*그리고, 상기 라인 드라이버 회로는 신호를 증폭하기 위한 증폭부 및 PLC 모뎀이 수신 모드일 경우 커플러로부터 입력되는 수신되는 데이터를 바이패스시켜 상기 PLC 모뎀의 A/D 신호변환부로 전송하는 바이패스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커플러는 상기 전력선과 상기 라인 드라이버 회로와 연결하며, 송신 모드일 경우 A/D 신호처리부에서 증폭된 신호를 전력선으로 전송하고, 수신 모드일 경우 전력선으로부터 수신되는 변조 신호를 상기 라인 드라이브 회로로 전송하고, 전력선으로부터 60Hz 신호를 차단하고 송신되는 신호로부터 Harmonic을 필터(filter)시키는 역할을 하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전력선과 상기 PLC 어댑터는, 450kHz 미만 사용 대역이 한정된 저속 PLC 전력선 통신 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커플러는 전력선 인터페이스부로, 외부로부터 스파이크나 과전압으로부터 회로를 보호해 주는 다이오드(D), AC 전원 신호에 대한 기준치보다 큰 임피던스를 가진 1차 측의 콘덴서(C1), 2차 측 데이터 신호에 대해서 기준치보다 작은 임피던스로 작용함으로써 AC 전원 신호를 차단하는 1차 측의 콘덴서 및 인덕턴스(Inductance) 값을 마음대로 변화시킬 수 없으므로, L1과 결합되는 선로 커플링 C1을 정함으로써 사용하는 주파수인 132.45khz를 통과시키는 HPF를 생성하고 2차 측인 경우에는 L2와 병렬로 컨덕터를 연결하여 대역통과필터(BPF)를 구성함으로써 변복조기에서 제공된 신호를 전력선에 전송하는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 TCMS 제어부는, PLC 어댑터 및 센서를 구분하도록 각각 시스템 ID를 할당하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 방법은, (a) TCMS 제어부의 소프트웨어가 초기화하고, 전동차마다 설치된 PLC 어댑터 및 센서 등의 구성소자에 할당된 시스템 ID를 확인하여, 시스템 ID가 확인되지 않으면 라인과 시스템을 디버깅하고, 시스템 ID가 확인돼면 PLC 어댑터 및 전력선을 통해 각 열차나 전동차에 센서의 데이터를 요청하는 단계; (b) TCMS 제어부(100)의 소프트웨어가 요청한 데이타가 수신됐는지를 판단하여, 데이터가 수신되지 않은 경우 데이터 요청 메시지를 전송하여, 응답(Response)이 없으면 경고 메시지를 출력하고, 상기 응답이 있으면 정상 조건 여부를 판단하는 단계; 및 (c) 데이터가 수신되거나 정상 조건이면 센서로부터 전력선을 통해 PLC 어댑터로부터 수신된 열차 정보 데이터를 메모리에 저장하고 프린트하며, 이를 반복 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법은, TCMS(Train Control Management System) 제어부 의해 FSK(Frequency Shift Keying) 통신 방식을 사용하여 열차나 전동차의 배전선에 시설된 PLC 어댑터 및 전력선을 통해 450kHz 미만의 반송 주파수를 이용하여 PLC 모뎀의 고주파 필터에 의해 분리해낸 신호를 고속 데이타 통신으로 센서, HVAC 등으로부터 획득된 열차 시스템 정보를 송수신하여 열차 제어 시스템의 정보로 이상 유무를 확인하는 효과가 있다.
본 발명은 객실 및 열차 내에 시설되어 있는 전력선(Power Line)을 이용하여 통신 신호를 실어 보내고 이를 전력선 모뎀(PLC modem)의 고주파 필터를 이용하여 따로 분리해낸 신호를 수신하는 통신 방식을 말하는 것으로, 열차내 설비인 배전선 자체를 신호 전송로로 전력선을 이용함으로 별도의 추가 설치 비용이 없는 경제적인 이점이 있으나 통신 선로의 악조건 때문에 고속데이터 통신이 아닌 단일 시스템으로 사용하고자 한다.
그러나, 최근 들어 무선 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 전력선 통신에서도 전력선이 통신 선로로써 여러 가지 악조건을 극복할 수 있는 통신 방식들이 제안되고 있어서, 본 발명에서는 통신 방식 중에서 450Khz 미만의 반송 주파수를 사용하여 전파법의 규제를 받지 않고 즉시 상용화가 가능한 전력선 모듈을 활용하여 제작된 시스템을 가지고, 이를 응용하여 열차(Train) 제어 시스템의 정보와 이상 유무를 확인하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력선을 이용한 열차 제어 관리 시스템(TCMS) 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 TCMS 제어부 구성도이다.
도 3은 일반적인 PLC 모뎀을 포함하는 전력선 통신부의 블록도이다.
도 4는 전력선 모델 임피던스 회로(Power line model circuit)이다.
도 5는 TCMS 인터페이스부의 전력선 인터페이스부(Power Line Interface)이다.
도 6은 A/D 변환기의 완성된 시스템의 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 열차 제어 관리 시스템(TCMS)의 소프트웨어 화면이다.
도 8은 TCMS 제어부의 소프트웨어의 플로우챠트이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력선을 이용한 열차 제어 관리 시스템(TCMS) 구성도이다.
본 발명에 따른 전력선를 이용한 열차 제어 관리 시스템(TCMS:Train Control Management System)은 TCMS 제어부(100), 전력선 통신부(PLC 어댑터)(200,210,220), 센서(300,310,320) 및 TCMS 인터페이스부(330a, 330b)로 구성된다.
현재 상용화되고 있는 전력선 통신 모듈 가운데 전력선의 열악한 잡음 특성에 강한 내성을 가지며 저속의 데이터 통신에 유리한 통신 방법 중의 하나인 FSK(Frequency Shift Keying) 통신 방식을 이용하여 본 발명에서는 통신 모듈을 제작하였다.
그리고, TCMS 제어부(100)는 PLC 어댑터(200,210,220)의 PLC 모뎀(Power Line Modem)으로 제어 명령을 전송하고, 전력선 통신을 통해 데이터를 주고받는 기능을 한다.
여기서, 전력선 통신부(PLC 어댑터)(200,210,220)는 크게 PLC 모뎀(Power Line Communication modem), 라인 드라이버(Line Driver), 전력선 인터페이스부(Power Line Interface)로 구성되고, TCMS 제어부(100)와 연결되고 전력선(Power Line)을 통해 제어 명령과 데이터를 송수신한다.
또한, PLC 어댑터(200)는 열차의 다른 차량에 설치된 다른 PLC 어댑터(210,220)들과 전력선으로 연결되고, Panbgrapgh Tilling 시스템과 연동된다.
그리고, 센서(300,310,320)는 PLC 어댑터(200,210,220)와 연결되고, HVAC 등의 열차 시스템 정보 등의 열차 정보 입출력 신호를 제공한다.
한편, TCMS 인터페이스부(330a, 330b)는 TCMS 제어부(100)와 연결된 PLC 어댑터(200,210,220)와 전력선으로 연결된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TCMS 제어부 구성도이다.
TCMS 제어부(100)는 EEPROM(110), 제어부(120), 직렬통신 인터페이스부(130), 컴퓨터(140)로 구성되고, 제어부(120)는 열차 정보 입출력부(센서)(300)와 PLC 모뎀(200)과 연결되고, 인터프레터(121), 마이크로 컨트롤러(122), 열차 시스템 정보 처리부(123)로 구성된다.
그리고, 저속 PLC 데이터 통신에 유리한 FSK(Frequency Shift Keying) 통신 방식을 이용하여 PLC 모뎀(Power Line Modem)으로 제어 명령을 전송하고, 전력선을 통해 데이터를 주고받는 기능을 한다.
도 3은 일반적인 PLC 모뎀을 포함하는 전력선 통신부의 블록도이다.
전력선 통신부(PLC 어댑터)(200,210,220)는 크게 PLC 모뎀(Power Line Communication modem), 라인 드라이버(Line Driver), 전력선 인터페이스부(Power Line Interface)로 구성된다.
여기서, PLC 모뎀(전력선 통신 모뎀)(210)의 A/D 신호변환부(210)는 주파수 변복조부(211), 디지털 입출력부(Digital I/O)(212), 필터부(213), 아날로그 입출력부(Analog I/O)(214)로 구성된다.
그리고, PLC 모뎀(210)의 기능은 전력선(Power Line)을 통해 데이터를 송수신하는 것으로, 데이터를 송수신하는 과정은 다음과 같다.
PLC 모뎀(210)은 TCMS 제어부(Control part)(100)로부터 송신 명령을 수신하면 우선 디지털 입출력부(Digital I/O)에서 이것을 받아 해석하여 우선 송수신 제어 신호를“송신”으로 정하게 되고, 라인 드라이버 회로(Line Driver Circuit)(220)의 증폭기(Amplifier)(221)를 사용하여 신호를 증폭하도록 결정된다.
그리고, 주파수 변복조부(211)는 IP 네트워크로부터 수신된 데이터를 FSK 방식을 사용하여 60Hz 신호에 고주파 신호를 부가하여 전력선 통신 신호로 변조(modulation)하거나, 전력선 통신망으로부터 수신된 신호를 복조(demodulation)하는 기능을 수행한다.
또한, 디지털 입출력부(Digital I/O)(212)는 송수신된 디지털 데이터를 TCMS 제어부(100)의 마이크로컨트롤러 프로세서로 전송한다.
그리고, 필터부(213)는 디지털 입출력부(Digital I/O)(212) 또는 아날로그 입출력부(Analog I/O)(214)로부터 출력된 신호중 설정된 주파수 대역만 필터링한다.
또한, 아날로그 입출력부(Analog I/O)(214)는 커플러(Coupler)(230)를 통해 수신된 아날로그 송수신 데이터를 라인 드라이브 회로와 송수신하는 기능을 제공한다.
그리고, 라인 드라이버 회로(220)는 증폭기(221), 및 바이패스부(222)로 구성된다.
여기서, 바이패스부(222)는 PLC 모뎀이 수신 모드일 경우 커플러(230)로부터 입력되는 수신되는 데이터를 바이패스(Bypass)시켜 A/D 신호 변환부로 전송한다.
그리고, 커플러(230)는 전력선과 라인 드라이버 회로와 연결되며, 송신 모드일 경우 A/D 신호처리부에서 증폭된 신호를 전력선(Power line)으로 전송하고, 수신 모드일 경우 전력선으로부터 수신되는 변조 신호를 라인 드라이브 회로(220)를 통해 PLC 모뎀의 A/D 신호 변환부(210)로 전송하다.
여기서, 주파수 변복조부(211)는 다음과 같이 전력선 통신 관련 규정을 따른다.
표 2 전력선 통신 관련 규정
국가주파수(kHz) 한국 일본 유럽(CENELEC) 미국(FCC)
～95 출력10W이하모두사용 출력10W이하모두사용 전기공급자 사용금지
～125 임의사용자
～140 규약존재
～148.5 임의사용자 임의사용자
～450 사용금지
위와 같은 전력선 통신과 관련된 규제를 살펴보면 국내의 전파법은 "전력선 반송설비는 그 설비에서 발사되는 주파수와 사용하는 출력이 1.9㎑~450㎑까지의 범위내의 주파수이고, 송신설비의 고주파 출력이 10와트 이하일 것"이라고 명시되어 있으며, 여러 나라의 통신법을 살펴보면 표2와 같다.
표 2에 나타난 것과 같이 일본과 국내에서는 아직 전력선 통신에 대한 규약이 정해지지 않아서 그 규약이 엄격한 유럽을 따라 125~140kHz를 설정하여 이 주파수에 맞고 잡음 특성에 강한 FSK(Frequency Shift Keying)로 설계된 STS의 전력선 모뎀을 이용 시스템을 구성했다.
도 4는 전력선 모델 임피던스 회로(Power line model circuit)이다.
전력선 통신은 전력선의 임피던스(Power Line Impedance)가 얼마인지가 중요한 요소 중의 하나로, 전력선의 전기적인 특성을 알아야 전력선의 임피던스(power line interface) 즉, 커플링(Coupling)을 적절하게 할 수 있다.
그리고, CENELEC 규정에 따르면 전력선 모델은 도 4에 도시된 바와 같이 규정하고 있다. 즉 50Ω의 저항이 5Ω의 저항과 50uH의 병렬 임피던스와 직렬로 구성된 모델 링이 된다.
또한, 전력선 모델 회로를 보면 단자(Terminal) a와 b 사이의 임피던스(Impedance)는 Source가 Sinusoid일 때 다음 수학식 1, 2와 같이 나타낼 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 17.03.2010]　
수학식 1
Figure WO-DOC-MATHS-1
[규칙 제91조에 의한 정정 17.03.2010]　
Figure WO-DOC-82
[규칙 제91조에 의한 정정 17.03.2010]　
수학식 2
Figure WO-DOC-MATHS-2
위의 수식을 크기(magnitude)만 나타내면 4.0이 나오므로 임피던스 Zab=54 Ω이 된다. 즉, CENELEC의 규정을 따르면 전력선의 임피던스는 PLC 모뎀(Power Line Modem)에 입장에서 보면 54Ω의 임피던스를 갖게 된다.
여기서, 전력선 임피던스(Power Line Interface)는 위와 같은 임피던스(Impedance)를 갖는 전력선(Power Line)과 라인 드라이버(Line Driver) 회로 사이를 연결해주는 인터페이스이다.
그리고, 커플러에 사용되는 변환기(Transformer)는 전력선과 PLC 모뎀 회로(PLC Modem circuit)를 분리해주는 역할을 하고, 송신 신호를 전력선으로 공급하며, 전력선으로부터 신호를 수신하고, 전력선으로부터 60Hz 신호를 차단하는 역할을 한다. 그리고 송신되는 신호로부터 Harmonic을 필터(filter)시키는 역할을 한다.
도 5는 TCMS 인터페이스부의 전력선 인터페이스부(Power Line Interface)이다.
여기서, 전력선 인터페이스부로 사용되는 커플러(230)의 다이오드 D는 외부로부터 스파이크나 과전압으로부터 회로를 보호해 주는 역할을 하고, 1차 측의 콘덴서(C1)는 AC 전원 신호에 대한 기준치보다 큰 임피던스로, 2차 측 데이터 신호에 대해서는 기준치보다 작은 임피던스로 작용함으로써 전원 신호를 차단해주는 역할을 한다.
일반적으로, 사용되는 변압기의 경우 인덕턴스(Inductance) 값을 마음대로 변화시킬 수 없으므로, L1과 결합되는 선로 커플링 C1을 정함으로써 본 발명에서 사용하는 주파수인 132.45khz를 통과시키는 HPF(High Pass Filter)를 생성하고 2차 측인 경우에는 L2와 병렬로 컨덕터를 연결하여 대역통과필터(BPF)를 구성함으로써 변·복조기에서 나온 신호를 전력선에 실어 보내게 된다. 1차 측과 마찬가지로 변압기의 2차 측도 C2 이용해서 132.45kHz를 공진 주파수로 갖는 공진기를 설계할 수 있다.
도 6은 A/D 변환기의 완성된 시스템의 사진을 나타낸 것이다.
여기서, 측정하고자 하는 아날로그 신호는 HVAC 등의 실시간 신호(real time signal)를 직접적으로 받아 디지털화시키기 위해 일반적으로 단일 IC 형태의 A/D 변환기를 사용하게 된다. 일반적으로 단일IC 형태의 A/D 변환기는 내부 잡음을 제거하고 필요한 신호만을 추출하기 위해서는 필터 회로와 신호의 크기를 적절히 바꾸는 증폭기와 같은 파형 정형회로가 있어야 하고, 사용되는 시스템의 성능에 따라 변환시간, 분해능, 정밀도 등이 고려되어야 한다.
도 7은 열차 제어 관리 시스템(TCMS)의 소프트웨어 화면으로, 열차 제어 관리 시스템(TCMS)의 시스템 ID를 파악하고 초기화시키는 프로그램의 화면을 나타낸 것이다.
소프트웨어 설계시, 열차 제어 관리 시스템(TCMS)의 초기화 이후에, 중앙 관리 시스템은 모뎀과의 수신 상태를 유지하게 되며, 별도의 인터럽트를 받기 전까지 열차 시스템 정보를 기기로부터 실시간으로 전송받아 이를 계속적으로 메모리에 저장하게 된다. 주요 루틴은 도 8에 자세히 설명한다.
도 8은 TCMS 제어부의 소프트웨어의 플로우챠트이다.
여기서, TCMS 제어부(100)의 소프트웨어의 동작은 TCMS 제어부(100)를 초기화하고(단계 S10), 전동차마다 설치된 PLC 어댑터 및 센서 등의 구성소자에 할당된 시스템 ID를 확인하여(단계 S11), 시스템 ID가 확인되지 않으면 라인과 시스템을 디버깅하고(단계 S12), 시스템 ID가 확인되면 PLC 어댑터 및 전력선을 통해 각 열차나 전동차에 센서의 데이터를 요청한다(단계 S13).
그리고, TCMS 제어부(100)의 소프트웨어는 요청한 데이타가 수신됐는지를 판단하여(단계 S14), 데이터가 수신되지 않은 경우 데이터 요청 메시지를 전송하여(단계 S15) 응답(Response)이 없으면 경고 메시지(warning message)를 출력하고(단계 S17), 응답(Response)이 있으면 정상 조건 여부를 판단하여(단계 S16) 정상 조건이면 센서로부터 전력선을 통해 PLC 어댑터(200,210,220)로부터 수신된 열차 정보 데이터를 메모리에 저장하고 프린트하며, 계속하여 S14 과정을 반복한다(단계 S18).
또한, S14 단계에서 데이터가 수신되는 경우, 정상 조건 여부를 판단하여(단계 S16) 정상 조건이면 센서로부터 전력선을 통해 PLC 어댑터(200,210,220)로부터 수신된 열차 정보 데이터를 메모리에 저장하고 프린트하며, 계속하여 S14과정을 반복한다(단계 S18).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명은 전력선을 이용한 열차 네트워크 시스템에 관한 것으로, 특히 열차 제어 관리 시스템(TCMS:Train Control Management System)에 의해 열차의 배전선에 시설된 PLC 어댑터 및 450kHz 미만의 반송 주파수를 이용하는 전력선 통신(PLC:Power Line Communication)을 통해 고속 데이타 통신으로 센서, HVAC 등으로부터 획득된 열치 시스템 정보를 송수신하여 열차 제어 시스템의 정보와 이상 유무를 확인하는, 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Claims (10)

  1. 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템에 있어서,
    저속 PLC 전력선 데이터 통신을 위해 FSK 통신 방식을 이용하여 PLC 어댑터와 전력선으로 제어 명령을 전송하고, 전력선 통신으로 데이터를 주고받는 기능을 제공하는 TCMS 제어부;
    상기 TCMS 제어부와 연결되고 전력선(Power Line)을 통해 제어 명령과 데이터를 송수신하는 PLC 어댑터;
    상기 PLC 어댑터와 연결되고, HVAC 등의 열차 시스템 정보 등의 열차 정보 입출력 신호를 제공하는 센서; 및
    상기 TCMS 제어부와 연결된 상기 PLC 어댑터와 전력선으로 연결되는 TCMS 인터페이스부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 PLC 어댑터는 각각 열차의 다른 칸에 설치된 다른 PLC 어댑터들과 전력선으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 PLC 어댑터는,
    전력선을 통해 데이터를 송수신하는 PLC 모뎀의 A/D 신호변환부;
    상기 PLC 모뎀의 A/D 신호변환부와 연결되는 라인 드라이버 회로; 및
    상기 라인 드라이버 및 전력선과 연결되어 전력선 인터페이스부(Power Line Interface)로 사용되는 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  4. 상기 PLC 모뎀의 A/D 신호변환부는;
    IP 네트워크로부터 수신된 데이터를 FSK 방식을 사용하여 60Hz 신호에 고주파 신호를 부가하여 전력선 통신 신호로 변조하거나, 전력선 통신망으로부터 수신된 신호를 복조하는 주파수 변복조부;
    송수신된 디지털 데이터를 TCMS 제어부의 마이크로컨트롤러 프로세서로 전송하는 디지털 입출력부(Digital I/O);
    디지털 입출력부(Digital I/O) 또는 아날로그 입출력부(Analog I/O)로부터 출력된 신호중 설정된 주파수 대역만 필터링하는 필터부; 및
    상기 커플러(Coupler)를 통해 수신된 아날로그 송수신 데이터를 상기 라인 드라이브 회로와 송수신하는 아날로그 입출력부(Analog I/O);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 라인 드라이버 회로는,
    신호를 증폭하기 위한 증폭부; 및
    PLC 모뎀이 수신 모드일 경우 커플러로부터 입력되는 수신되는 데이터를 바이패스시켜 상기 PLC 모뎀의 A/D 신호변환부로 전송하는 바이패스부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 커플러는,
    상기 전력선과 상기 라인 드라이버 회로와 연결하며, 송신 모드일 경우 A/D 신호처리부 증폭된 신호를 전력선으로 전송하고, 수신 모드일 경우 전력선으로부터 수신되는 변조 신호를 상기 라인 드라이브 회로로 전송하고, 전력선으로부터 60Hz 신호를 차단하고 송신되는 신호로부터 Harmonic을 필터(filter)시키는 역할을 하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력선과 상기 PLC 어댑터는, 450kHz 미만 사용 대역이 한정된 저속 PLC 전력선 통신 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  8. 상기 커플러는,
    전력선 인터페이스부로, 외부로부터 스파이크나 과전압으로부터 회로를 보호해 주는 다이오드(D);
    AC 전원 신호에 대한 기준치보다 큰 임피던스를 가진 1차 측의 콘덴서(C1);
    2차 측 데이터 신호에 대해서 기준치보다 작은 임피던스로 작용함으로써 AC 전원 신호를 차단하는 1차 측의 콘덴서; 및
    인덕턴스(Inductance) 값을 마음대로 변화시킬 수 없으므로, L1과 결합되는 선로 커플링 C1을 정함으로써 사용하는 주파수인 132.45khz를 통과시키는 HPF를 생성하고 2차 측인 경우에는 L2와 병렬로 컨덕터를 연결하여 대역통과필터(BPF)를 구성함으로써 변복조기에서 제공된 신호를 전력선에 전송하는 변압기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 TCMS 제어부는, PLC 어댑터 및 센서를 구분하도록 각각 시스템 ID를 할당하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템.
  10. 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 방법에 있어서,
    (a) TCMS 제어부의 소프트웨어가 초기화하고, 전동차마다 설치된 PLC 어댑터 및 센서 등의 구성소자에 할당된 시스템 ID를 확인하여, 시스템 ID가 확인되지 않으면 라인과 시스템을 디버깅하고, 시스템 ID가 확인되면 PLC 어댑터 및 전력선을 통해 각 열차나 전동차에 센서의 데이터를 요청하는 단계;
    (b) TCMS 제어부(100)의 소프트웨어가 요청한 데이타가 수신됐는지를 판단하여, 데이터가 수신되지 않은 경우 데이터 요청 메시지를 전송하여, 응답(Response)이 없으면 경고 메시지를 출력하고, 상기 응답이 있으면 정상 조건 여부를 판단하는 단계; 및
    (c) 데이터가 수신되거나 정상 조건이면 센서로부터 전력선을 통해 PLC 어댑터로부터 수신된 열차 정보 데이터를 메모리에 저장하고 프린트하며, 이를 반복 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 방법.
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