[논문]전기철도 전력시설 진단용 원격진단시스템 구축을 위한 네트워크 설계

김재문; 김양수

전기철도 전력시설 진단용 원격진단시스템 구축을 위한 네트워크 설계
Network Design for Construction of Remote Diagnosis System for Power Facilities of Electric Railway 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.58 no.4, 2009년, pp.432 - 436

김재문 (한국철도대학 철도차량전기과) , 김양수 (한국철도대학 철도차량전기과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is described that advanced study on network design of remote diagnosis system for power facilities of electric railway. In the field, it is very difficult for worker to diagnosis power facilities including catenary because workers should be maintenance on AC power supply. Therefore, to properly design on remote diagnosis system, we have searched the inside and outside of the country-related technology trends. Also we confirmed that required technologies to design interface technology required for the development of sensor devices and the USN network was designed in accordance with required skills. Throughout variety of requirements, we have development iRFS based ZA sensors and iRFM to receive data of sensor. Also CC2420 is applied as single-chip which used 2.4GHz IEEE802.15.4 compliant RF tranciver designed for low-power and low-voltage wireless applications for ZigBee communication.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 전기철도 현장을 고려한 수요자의 요구사항을 파악하여 원격진단시스템 구축을 위한 네트워크 설계안을 제시하였으며, 원격지에서 센서값을 검출하여 무선통신을 통해 데이터를 받아들일 수 있도록 시스템을 개발하였다.
본 논문은 일반 산업분야에서 전력 IT 기술의 일환으로 ZigBee 기반의 센서 네트워크망을 구현한 실시간 감시 기술을 활용하여 전기철도 전력시설 원격진단용 네트워크 시스템 구축을 위해 u-센서 네트워크장치 및 네트워크 설계에 대한 선행연구를 하였다.

제안 방법

4 규격을 만족하는 무선 송수신 기능을 갖고 있으며 센서 노드의 RF 트랜시버칩으로 널리 사용되고 있는 단일칩 CC2420을 사용하였다. 각종 센서로부터 데이터를 입력받아 A/D 변환기를 거쳐 MCU로 전달되고 RF 칩을 통해 ZigBee 무선통신을 구현한다.
원격 감시 진단시스템은 현장의 전기철도 전력시설물들의 정보를 수신해 시설물들의 상태를 감시, 진단하여 신속한 장애판단 및 고장보수를 사용자 친화적 인터페이스를 지원하는 시스템이며, 시스템은 Window O/S를 기반으로 DB Server와 운용자소프트웨어를 탑재한 WEB Server로 구성된다. 이 시스템은 감시 및 진단이 꼭 필요한 경우로 국한 하기 위해 측정 요소에 대한 감시 조건을 세분화해 감시조 건을 설정하고 지정된 감시 조건에 해당되는 경우 측정된 상세한 데이터를 수집 분석을 하고 고장예방에 대한 이벤트 및 위치정보를 현시한다. 뿐만 아니라 전기철도 전력시설물 사용자 요구사항을 수렴하여 고장발생시 다수의 주변센서의 동작상황을 종합적으로 분석하는 기능을 추가한다.
이를 통해 국내외 관련 기술동향을 살펴보고 무선 네트워크 센서장치 개발을 위해 필요한 인터페이스 기술 및 네트 워크 설계에 따른 주요 기술을 4가치 측면에서 확인하였다. 그리고 주요기술을 바탕으로 전기설비 원격진단을 위한 네트워크 설계(안)을 제시하였는데 원격지에서 해당 전기설비를 실시간 모니터링을 하여 이상 유무를 판단하기 위해서는 웹기반 진단 소프트웨어가 갖춰진 DB 서버 및 운용자소프트웨어를 탑재한 Web 서버로 구성되어야 한다.
한편 Zigbee 무선통신을 구현하기 위해 iRFS와 iRFM사이의 통신데이터 포맷을 결정하였으며, 애자 및 피뢰기에 장착할 철도환경에 적합한 ZA 센서를 포함한 iRFS를 개발하 였다.

대상 데이터

그림 7은 그림 6의 iRFS에 대한 세부 블록 다이어그램을 보여준다. 모듈 중에서 RF칩 모듈은 IEEE 802.15..4 규격을 만족하는 무선 송수신 기능을 갖고 있으며 센서 노드의 RF 트랜시버칩으로 널리 사용되고 있는 단일칩 CC2420을 사용하였다. 각종 센서로부터 데이터를 입력받아 A/D 변환기를 거쳐 MCU로 전달되고 RF 칩을 통해 ZigBee 무선통신을 구현한다.

성능/효과

본 연구를 통해 개발하고자 하는 전기철도 전력시설 진단용 U-센서 네트워크장치 및 원격진단시스템은 원격, 계측, 진단이라는 기능을 가지고 있다. 이것은 현장에 설치된 전기철도 전력시설물 등의 상태를 원격에서 실시간으로 감시 하고 그 정보를 취득하여 분석하고 통합 관리하여 운영자에게 제공하는 일련의 전기철도 전력시설물의 종합 진단시스템 구축을 의미한다.

후속연구

이 시스템은 감시 및 진단이 꼭 필요한 경우로 국한 하기 위해 측정 요소에 대한 감시 조건을 세분화해 감시조 건을 설정하고 지정된 감시 조건에 해당되는 경우 측정된 상세한 데이터를 수집 분석을 하고 고장예방에 대한 이벤트 및 위치정보를 현시한다. 뿐만 아니라 전기철도 전력시설물 사용자 요구사항을 수렴하여 고장발생시 다수의 주변센서의 동작상황을 종합적으로 분석하는 기능을 추가한다.
향후 본 시스템을 구현하여 적용할 경우 전기철도 전력시 설물에 대한 열악한 주변환경에서의 진단 등 관리를 체계적으로 수행할 수 있으며, 실시간 모니터링이 가능하므로 전력 사고 발생을 미연에 방지하고 최소화할 수 있어 기대효과가 매우 크다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무선센서장치의 기능은?	무선센서장치는 고전압 환경과 열악한 환경인 전기철도 시설물에 설치 운용되며 태양광에 의한 자가발전기능을 가지고 지속적으로 전기철도 시설물을 감시하여 측정되는 데이터를 무선으로 네트워크장치에 전달한다. 네트워크장치는 원격진단시스템에 센서장치로부터 취득한 데이터를 송신함으로서 전기철도시설물의 원격감시진단이 가능하게 한다.
	네트워크장치의 역할은?	무선센서장치는 고전압 환경과 열악한 환경인 전기철도 시설물에 설치 운용되며 태양광에 의한 자가발전기능을 가지고 지속적으로 전기철도 시설물을 감시하여 측정되는 데이터를 무선으로 네트워크장치에 전달한다. 네트워크장치는 원격진단시스템에 센서장치로부터 취득한 데이터를 송신함으로서 전기철도시설물의 원격감시진단이 가능하게 한다. 즉 고전압 환경과 열악한 환경에서 해당되는 전기철도 전력 시설물의 상태정보를 실시간 파악해 고장 징후를 사전에 감지할 수 있도록 하고 시설물의 건전성 평가 정보를 제공함으로써 적절한 계획정비 수행을 지원한다.
	전기철도 전력시설 진단용 U-센서 네트워크장치 및 원격진단시스템에서 원격, 계측, 진단 기능이 의미하는바는?	본 연구를 통해 개발하고자 하는 전기철도 전력시설 진단용 U-센서 네트워크장치 및 원격진단시스템은 원격, 계측, 진단이라는 기능을 가지고 있다. 이것은 현장에 설치된 전기철도 전력시설물 등의 상태를 원격에서 실시간으로 감시 하고 그 정보를 취득하여 분석하고 통합 관리하여 운영자에게 제공하는 일련의 전기철도 전력시설물의 종합 진단시스템 구축을 의미한다. 따라서 전기철도 전력시설물상의 고전압, 대전류, 전자기유도, 서지, 아크 등 열악한 전기적 환경과 진동, 온도, 습도, 해안, 산악 등 열악한 환경 하에서 견딜 수 있는 무선센서(USN) 장치 개발과 적절한 네트워크 설계 선행연구에 있다[5-10].

참고문헌 (10)

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투아이시스, "피뢰기 진단장치 보고서", 중기청, 2009
김양수, 김재문, 박종국, "전기철도 전력시설 진단용 원격진단시스템 네트워크 설계", 대한전기학회 전기설비위원회 추계학술대회 논문집, pp.21-23, 2009
Vincent Smedley, Clive Walker, "Remote Access to Vehicles and Condition Monitoring", World Congress on Railway Research, 2001
Mitsuru ikeda, "A precise contact force measuring method for overhead catenary system", World Congress on Railway Research, 2001

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