열차제어시스템은 열차의 안전운행을 책임지는 바이탈한 제어장치로서 높은 안전성이 요구되고 있다. 이에 따라 유럽을 중심으로 열차제어시스템의 안전성 확보 및 평가를 위한 요구사항들이 국제 규격화되고 있다. 국내에서도 IEC와 같은 국제규격에 따라 안전성 확보를 위한 노력이 진행 중이지만 아직은 시작 단계에 불과하다. 관련된 IEC 규격에서는 위험원 분석을 HAZOP 기법을 적용하도록 권고하고 있지만, 이 기법은 화학공정 분야에서 발전된 방법으로 철도시스템에 다소 부적절한 부분이 있다. 본 논문에서는 이의 개선을 위해 열차제어시스템에 적합한 HAZOP-KR 방법을 제시하였고, 또한 실제 개발하고 있는 시스템에 적용하여 그 적용사례를 제시하였다.
열차제어시스템은 열차의 안전운행을 책임지는 바이탈한 제어장치로서 높은 안전성이 요구되고 있다. 이에 따라 유럽을 중심으로 열차제어시스템의 안전성 확보 및 평가를 위한 요구사항들이 국제 규격화되고 있다. 국내에서도 IEC와 같은 국제규격에 따라 안전성 확보를 위한 노력이 진행 중이지만 아직은 시작 단계에 불과하다. 관련된 IEC 규격에서는 위험원 분석을 HAZOP 기법을 적용하도록 권고하고 있지만, 이 기법은 화학공정 분야에서 발전된 방법으로 철도시스템에 다소 부적절한 부분이 있다. 본 논문에서는 이의 개선을 위해 열차제어시스템에 적합한 HAZOP-KR 방법을 제시하였고, 또한 실제 개발하고 있는 시스템에 적용하여 그 적용사례를 제시하였다.
Train control system require high level of safety since these are vital control system to ensure safe operation of the train. According to these reason, safety-related regulations for railway signaling systems are standardized in IEC. In Korea, many attempts are tried to procure the level to meet th...
Train control system require high level of safety since these are vital control system to ensure safe operation of the train. According to these reason, safety-related regulations for railway signaling systems are standardized in IEC. In Korea, many attempts are tried to procure the level to meet the international standards, but thats's efforts are beginning steps. HAZOP study is recommended for hazard analysis at IEC standards, but this method has several unsuitable problems because this method is developed in chemical plant domain. In this paper we recommend new method of HAZOP, named HAZOP-KR, which would be suitable for analyzing safety of the train control systems. An example of this method applied to real system is also included.
Train control system require high level of safety since these are vital control system to ensure safe operation of the train. According to these reason, safety-related regulations for railway signaling systems are standardized in IEC. In Korea, many attempts are tried to procure the level to meet the international standards, but thats's efforts are beginning steps. HAZOP study is recommended for hazard analysis at IEC standards, but this method has several unsuitable problems because this method is developed in chemical plant domain. In this paper we recommend new method of HAZOP, named HAZOP-KR, which would be suitable for analyzing safety of the train control systems. An example of this method applied to real system is also included.
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문제 정의
More, No, Less 등과 같은 안내어들은 위험원을 도출하는 과정에서 시스템의 여러 상태와 결합되어 설계의도에서 벗어날 수 있는 이상현상(Deviation)들을 식별하여 위험원의 발생을 찾게 된다. HAZOP의 목적은 계획된 운영 의도부터 안내어의 특수한 사용에 이르기까지 일어날 수 있는 시스템의 이상현상들을 분석하고 확인하는 것이다. 이런 잠재적인 시스템 이상현상이 사고로 발전할 수 있다.
하지만 국제 규격화된 HAZOP 방법[8]은 화학 플랜트 산업에서 처음 고안되어 발전되어 왔기 때문에 기존의 매개변수(Parameter)와 안내어(Guide word)를 열차제어시스템에 그대로 적용하기에는 적합하지 않은 요소로 인해 그 적용효과 및 효율이 떨어진다[9,10]. 따라서 본 논문에서는 기존의 HAZOP 방법을 유지하면서 열차제어시스템의 위험원 분석에 효과적으로 적용할 수 있는 매개변수와 안내어를 제안하였으며[11], 이를 본 논문에서는 HAZOP-KR(HAZOP for Korean Railway)로 명명하였다.
하지만 이러한 HAZOP 기법을 통한 위험원 식별은 화학 공정 분야에서 개발되어온 기술로서, 이 기법에 사용되는 매개변수와 안내어가 열차제어시스템에 적용하기에 적합하지 않다. 본 논문에서는 이러한 기본적인 HAZOP 기법을 바탕으로 열차제어시스템에 적합한 매개변수와 안내어를 제시하였고, 실제 개발 중인 열차제어시스템에 적용하여 그 적용성을 확인하였다. 그 결과 기존의 일반적인 HAZOP 방법에 의해 도출된 원인보다 그 수가 현저히 증가함을 확인할 수 있었으며, 또한 제안한 매개변수와 안내어에 의해서 열차제어시스템의 위험원 식별 및 분석이 효율적임을 확인하였다.
이 두 기법 중에서 HAZOP 기법은 위험원의 식별을 위한 형식화된 방법으로서 열차제어시스템 안전관련 국제규격인 IEC 62425와 영국철도의 Yellow Book 에서 HAZOP 기법을 위험원 분석을 수단으로 활용할 것을 권고하고 있다. 본 논문은 안전성 활동에서 가장 기본이 되는 단계인 위험원 도출을 위한 HAZOP 기법의 열차제어시스템 적용기술을 대상으로 연구하였다.
본 논문에서는 기존의 HAZOP 개념 및 절차를 그대로 활용하면서, 열차제어시스템에 적용하기 적합하도록 새로운 매개변수와 안내어를 제안하였으며, 이를 HAZOP-KR이라 하였다. 이에 따라 실제 열차제어시스템의 위험원 한 가지에 대한 적용 사례를 기술할 것이다.
제안 방법
HAZOP 기법에서의 매개변수는 안내어를 적용할 수 있는 물리적, 시간적, 운영적인 변수들을 의미하며, 플랜트 산업에서는 다음과 같이 특정 매개변수와 일반 매개변수로 구분하여 적용하고 있지만, 이러한 매개변수들은 열차제어시스 템에는 적합하지 않은 부분들이다. HAZOP-KR에 적용하기 위한 매개변수를 표 1과 같이 제안하였다.
이러한 안내어를 바로 적용할 경우 안내어의 기능을 열차제어시스템에 맞게 임의로 변경하여 적용할 수 있는데 이럴 경우 열차제어시스템의 특성을 반영하고 있지 않기 때문에 체계적인 위험원 분석이 이루어질 수 없다. 따라서 표 3과 같은 열차제어시스템에 적합한 안내어를 제안하였다.
본 논문에서는 기존의 HAZOP 개념 및 절차를 그대로 활용하면서, 열차제어시스템에 적용하기 적합하도록 새로운 매개변수와 안내어를 제안하였으며, 이를 HAZOP-KR이라 하였다. 이에 따라 실제 열차제어시스템의 위험원 한 가지에 대한 적용 사례를 기술할 것이다.
HAZOP-KR Study는 앞에서 설명한 위험원에 대해 그 원인을 파악하고 그에 대한 대책을 수립하는 분석기법으로 CRD 시스템의 구성단계에서 수행되었다. 이를 위해 앞 장에서 설명한 열차제어시스템에 적합한 새로운 매개변수와 안내어를 적용하여 HAZOP을 수행하였다.
이상현상이 파악되면 우선적으로 예측되는 원인과, 이상 현상으로 인해 발생되는 최종사고를 ‘결과’에 기록하고, 파악된 원인의 발생을 억제하기 위한 안전대책 및 안전대책의 실시주체와 확인여부를 정리한다.
대상 데이터
HAZOP-KR을 통한 위험원 분석은 CRD 시스템의 최상위 기능의 정의로부터 도출한 최상위 위험원을 분석대상으로 하였다. 이러한 위험원 분석 후에, 이에 대한 리스크 분석을 통해 위험원별 THR(Tolerable Hazard Rate)을 할당하게 되고, 하부 시스템의 위험원에 대한 이와 동일한 과정의 반복을 통한 하부시스템에 대한 THR 및 SIL을 할당하는 과정을 거치게 된다.
연구 대상시스템은 연동로직을 통한 열차진로제어와 열차간격제어를 수행하는 열차제어시스템으로 CRD(Control Route & Distance) 시스템으로 칭한다.
성능/효과
본 논문에서는 이러한 기본적인 HAZOP 기법을 바탕으로 열차제어시스템에 적합한 매개변수와 안내어를 제시하였고, 실제 개발 중인 열차제어시스템에 적용하여 그 적용성을 확인하였다. 그 결과 기존의 일반적인 HAZOP 방법에 의해 도출된 원인보다 그 수가 현저히 증가함을 확인할 수 있었으며, 또한 제안한 매개변수와 안내어에 의해서 열차제어시스템의 위험원 식별 및 분석이 효율적임을 확인하였다. 이는 열차제어시스템에 적합한 매개변수와 안내어의 정의로 인해 하나의 위험원을 발생시키는 원인을 세부적으로 분류 및 고찰할 수 있었고, HAZOP Study 를 수행하는 전문가 및 엔지니어들의 이해도를 높일 수 있었기 때문에 보다 효과적이고 상세한 결과를 도출할 수 있었다.
CRD 시스템의 주요 기능 중 하나인 열차진로제어 실패로 열차의 오진로 진입 및 잘못된 방향으로 열차의 이동이 발생할 수 있는 상황에 대한 원인과 대책이 수립되었다. 위험원에 적용할 수 있는 매개변수는 총 3가지, 안내어는 2가지가 적용되었으며, CRD와 열차 간 인터페이스가 두절되어 열차의 위치정보를 확인할 수 없거나 이동권한을 전송할 수 없는 경우, 선로전환기의 비정상적인 동작 그리고 비정상적인 제어명령으로 인한 경우로 분석되었다.
CRD 시스템의 주요 기능 중 하나인 열차간격제어 실패로 선·후행 열차의 간격이 좁아져 충돌이 발생할 수 있는 상황에 대한 원인과 대책이 수립되었다. 위험원에 적용할 수 있는 매개변수는 총 4가지, 안내어는 3 가지가 적용되었으며, 열차와의 인터페이스가 두절된 경우, 선로전환기의 방향전환 불가로 비정상적인 진로로 진입한 경우, 열차의 과속으로 인한 접근, 선로전환기 방향 전환 명령 오류가발생한 경우로 분석되었다.
그 결과 기존의 일반적인 HAZOP 방법에 의해 도출된 원인보다 그 수가 현저히 증가함을 확인할 수 있었으며, 또한 제안한 매개변수와 안내어에 의해서 열차제어시스템의 위험원 식별 및 분석이 효율적임을 확인하였다. 이는 열차제어시스템에 적합한 매개변수와 안내어의 정의로 인해 하나의 위험원을 발생시키는 원인을 세부적으로 분류 및 고찰할 수 있었고, HAZOP Study 를 수행하는 전문가 및 엔지니어들의 이해도를 높일 수 있었기 때문에 보다 효과적이고 상세한 결과를 도출할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유럽에서 열차제어시스템의 안전성 확보를 위해서 제정한 규격은?
철도 시스템에서 열차제어시스템(Train Control System)은 열차의 안전운행을 책임지는 바이탈한 제어설비로서 높은 안전성이 요구된다. 유럽을 중심으로 하여 이러한 열차제어시스템의 안전성 확보하기 위한 CENELEC 규격을 제정하고, 이에 따른 프로세스와 방법을 지속적으로 연구하고 있다. 이러한 유럽의 규격이 IEC에 의해 국제 규격화되고[1-3] 국내에서도 철도안전법이 제정되어[4] 열차제어시스템과 같은 바이탈 시스템의 경우 안전성 확보를 위한 프로세스와 방법에 대한 연구가 진행되고 있지만, 아직은 시작단계에 불과한 수준이다[5].
시스템 수명주기에 따른 안전성 활동에 포함되는 것은?
국제규격에 의해 요구되는 안전성 확보를 위해서는 시스템 수명주기에 따른 안전성 활동(Safety Activity)이 필요하다. 이러한 안전성 활동은 예비 위험원 분석(PHA : Preliminary Hazard Analysis) 단계, 리스크 분석(Risk Analysis) 단계와 이러한 위험원 및 리스크 분석 결과를 바탕으로 설계에 반영하는 위험원 제어(Hazard Control) 단계 등 여러 단계로 구성되어진다. 이러한 여러 단계 중 전체 안전성 활동의 기본이 되는 위험원 도출을 위해서는 국제 규격인 IEC 62425에서는 철도시스템의 위험원 분석을 위해 HAZOP(Hazard and Operability Studies) 기법의 적용을 권고(HR : Highly Recommend)하고 있다.
열차제어시스템은 무엇인가?
열차제어시스템은 열차의 안전운행을 책임지는 바이탈한 제어장치로서 높은 안전성이 요구되고 있다. 이에 따라 유럽을 중심으로 열차제어시스템의 안전성 확보 및 평가를 위한 요구사항들이 국제 규격화되고 있다.
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H.J. Jo et al. (2006) Risk Assessment Method for Guaranteeing Safety in the Train Control System, Spring Conference Proceeding of the Korean Society for Railway.
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