[논문]승강장 스크린 도어(PSD)에 대한 고 신뢰성의 감시 및 제어 시스템 개발

김진식; 손진근

doi:10.5370/kieep.2010.59.2.158

승강장 스크린 도어(PSD)에 대한 고 신뢰성의 감시 및 제어 시스템 개발
Development of High Reliability Monitoring and Control System for Platform Screen Door 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.59 no.2, 2010년, pp.158 - 162

Abstract ▼ AI-Helper

PSD is automatically opened and closed when subway train arrive on the station. This system was designed to control electric automatic system. These doors will provide passenger safety, energy saving and a good environment in subway. The monitoring and control systems of PSD are configured so that they can be operated in automatic mode in connection with ATO through the composite control panel in the station control room. The objective of this paper is to obtain high reliability that is essential for monitoring and control systems of PSD. The power supply is based on protection circuit using DC power bridge from two UPS. Also, stable communication system consists of CAN communication line redundancy and RF cross protection algorithm. Monitoring state display results show the validity of the proposed high reliability monitoring and control systems of PSD.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이들의 각각에 대한 설비들은 중앙관제기관 및 종합제어반 등과 상시로 정보를 송수신해야 하므로 시스템의 고 신뢰성 구축은 그 무엇보다 중요한 요소가 된다. 따라서 본 논문에서는 위의 신뢰성 시스템을 구축하기 위하여 PSD에 대한 제어감시 및 역사내의각 조작반과 중앙관제설비 등과의 인터페이스를 처리하는 매우 중요한 설비인 종합제어반에서의 전원 및 통신 이중화를 구축하는 방안을 제시하고자 한다.
또한 본 논문에서는 자동열차 운전장치(automatic train operation; 이하 ATO로 칭함) 시스템의 고장시에나 기관사가 전동차 출입문을 수동모드로 취급하였을 경우의 연동운 전을 위하여 사용하게 되는 무선송수신(RF)장치에 대한 혼선 방지 알고리즘을 도입하여 시스템의 설비가 고 신뢰성을 유지하도록 하는 방안을 제시하였다. 위와 같이 고 신뢰성이 구축된 PSD에 대한 감시 및 제어에 의한 시스템의 동작을 종합제어반에서의 모니터링 구축화면 등으로 나타내었으며, 기타 승강장 및 기관사 조작반의 구성 및 동작, 통신상태 표시화면 등을 나타내어 논문의 타당을 입증하였다.
본 논문에서는 이러한 PSD 시스템에 대한 감시 및 제어 시스템을 개발함에 있어서 중요 요소인 신뢰성 확보에 초점을 맞추었다. 이의 시스템은 종합제어반, 무선 RF 장치, 기관사 및 승강장 조작반 등 다수의 개별 장치들로 구성되어 있으나 본 논문에서는 종합제어반에서의 전원 및 통신 이중 화의 구현과 무선 RF장치에 대한 혼선 방지 알고리즘을 별도로 개발하여 제품의 신뢰성을 확보하였다.
본 논문에서는 이러한 PSD 시스템에 대한 감시 및 제어 시스템을 개발함에 있어서 중요 요소인 신뢰성 확보에 초점을 맞추었다. 이의 시스템은 종합제어반, 무선 RF 장치, 기관사 및 승강장 조작반 등 다수의 개별 장치들로 구성되어 있으나 본 논문에서는 종합제어반에서의 전원 및 통신 이중 화의 구현과 무선 RF장치에 대한 혼선 방지 알고리즘을 별도로 개발하여 제품의 신뢰성을 확보하였다.

제안 방법

PSD 감시 및 제어 시스템의 구성 중에서 RF장치는 ATO 신호의 고장이나 기관사가 전동차 출입문을 수동으로 취급하였을 경우, PSD가 전동차의 출입문과 정확한 연동운 전을 하기 위한 무선송수신 통신장치이며 본 시스템에서는 차상 RF 및 지상 RF 장치를 설치하여 PSD의 정상적인 운전이 가능하도록 하였다. 이때의 두 개의 RF 장치에 대한 CPU는 모두 CAN Controller 내장형 ARM7 마이컴인 AT91SAM7A3을 사용하여 ZigBee 및 CAN 통신이 이루어지도록 하였다.
우선 종합 제어반의 제어 컴퓨터와 상위 관제 시스템과는 이중화된 이더넷망을 통해 TCP/IP 프로토콜을 사용하여 PSD의 운용, 장애, 통계 정보를 전송하도록 하였다. 그리고 종합제어반에 서는 개별제어반 및 기관사 조작반, 승강장 조작반, 선로출 입문 제어장치, 정위치 검지 센서, 기관사 안내장치, 이중의 RF장치 등과 CAN 통신라인을 이중화하여 동작 상태를 모니터링을 하고 제어를 안정적으로 할 수 있도록 하였으며, 이중화된 통신라인까지 정상적이지 못한 비상시에는 실선으로 이의 임무를 수행하도록 하여 고 신뢰성의 시스템을 구축하였다.
또한 본 논문에서는 종합제어반에 대하여 그림 2의 구성과 같이 다양한 방법으로 통신 신뢰성을 높였다. 우선 종합 제어반의 제어 컴퓨터와 상위 관제 시스템과는 이중화된 이더넷망을 통해 TCP/IP 프로토콜을 사용하여 PSD의 운용, 장애, 통계 정보를 전송하도록 하였다.
따라서 이의 장치들은 매우 높은 신뢰성을 요구하게 되며 특히 전원 및 통신시스템의 신뢰성 구축은 무엇보다 우선되어야 한다. 본 논문에서는 이러한 신뢰성을 높이는 방안으로 제어컴퓨터 및 연동제어부 등에 전원을 이중화 하였으며, 또한 이들 상호간에 이중화의 CAN 통신라인을 구축하였다.
우선 전원 이중화에서는 그림 2의 좌측 하단부와 같이 상선 및 하선 UPS로 부터 각각 DC40[V]의 전원을 병렬로 공급 받아 케이블 및 DC/DC 컨버터를 이중화 시킨 후 반파 정류기 형태의 DC Power Bridge를 통과시켜 제어컴퓨터 등의 주요 장치에 전원을 안정적으로 공급하도록 하였으며, 이의 블럭 다이어그램을 그림 3에 나타내었다.
또한 본 논문에서는 종합제어반에 대하여 그림 2의 구성과 같이 다양한 방법으로 통신 신뢰성을 높였다. 우선 종합 제어반의 제어 컴퓨터와 상위 관제 시스템과는 이중화된 이더넷망을 통해 TCP/IP 프로토콜을 사용하여 PSD의 운용, 장애, 통계 정보를 전송하도록 하였다. 그리고 종합제어반에 서는 개별제어반 및 기관사 조작반, 승강장 조작반, 선로출 입문 제어장치, 정위치 검지 센서, 기관사 안내장치, 이중의 RF장치 등과 CAN 통신라인을 이중화하여 동작 상태를 모니터링을 하고 제어를 안정적으로 할 수 있도록 하였으며, 이중화된 통신라인까지 정상적이지 못한 비상시에는 실선으로 이의 임무를 수행하도록 하여 고 신뢰성의 시스템을 구축하였다.
PSD 감시 및 제어 시스템의 구성 중에서 RF장치는 ATO 신호의 고장이나 기관사가 전동차 출입문을 수동으로 취급하였을 경우, PSD가 전동차의 출입문과 정확한 연동운 전을 하기 위한 무선송수신 통신장치이며 본 시스템에서는 차상 RF 및 지상 RF 장치를 설치하여 PSD의 정상적인 운전이 가능하도록 하였다. 이때의 두 개의 RF 장치에 대한 CPU는 모두 CAN Controller 내장형 ARM7 마이컴인 AT91SAM7A3을 사용하여 ZigBee 및 CAN 통신이 이루어지도록 하였다. 이때의 RF기능은 다음과 같다.
1에 나타낸바와 같다. 이의 구성은 HMI 모니터, 조작반, 연동제어부, 제어컴퓨터와 스위칭 허브 등 기능별 단위 모듈로 나뉘어져 있으며 모듈별 상호 보완 및 안정된 동작, 유지보수를 위한 장착 및탈착이 용이하도록 구성하였다. 이러한 종합제어반의 전체 시스템의 네트워크 구성은 그림 2와 같이 나타낼 수 있으며 모듈별 각각의 기능은 표 2에 나타내었다.
종합제어반에서는 전원을 DC Power Bridge를 이용하여 각 제어컴퓨터 등에 공급하였으며, CAN 통신라인의 이중화및 실선 제어라인을 통하여 고 신뢰성의 통신 및 제어시스 템을 구축하였다. 특히 본 논문에서는 자동열차 운전장치인 ATO 시스템의 고장시 등에 사용되는 무선RF장치에 대하여 두 개의 열차가 동시에 진입하는 경우 등의 혼선에 대비하여 이의 방지 알고리즘을 구축하여 신뢰성을 한층 강화하였다.
이의 제어시스템은 다양한 기능을 수행하는 여러 장비들로 구성되어 있으며 각 장비별 간 상호 정보를 송수신하여 전체적인 PSD 정보를 구성하게 된다. 즉 전동차가 승강장에 진입하는 시점을 기준으로 하여 정차하고 승객이 승하차한 후 전동차가 승강장을 진출하는 동안의 일련의 과정을 분석하여 그에 해당되는 스크린 도어의 상태를 제어하고 모니터링하며 승강장내 PSD관련 장비로부터 운용 정보를 수집하여 장비의 통계 및 운용 상태 자료를 중앙관제 시스템에 보고하고 중앙관제 시스템으로부터 파리미터 설정 및 프로그램 업그레이드 등을 수행한다[5-7].

대상 데이터

전동차 운행에 대한 전체 시스템의 구성은 그림 1과 같이 역사 사무실, 중앙관제기관 및 중정비분소, 기계실에 위치하는 ATO 시스템 및 선로를 포함한 승강장 등으로 구성되어 있다. 도시철도공사 본사에 위치하는 중앙관제기관은 차량의 수선과 유지보수를 위한 각 중정비분소와 각각의 역무실과 이중화된 이더넷 통신망으로 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 통신을 수행 하며 또한 역무실의 종합제어반은 승강장의 각종 조작반들과 이중화된 CAN(controller area network)통신망으로 연결되어 있고 자동열차 운전장치 ATO 시스템과도 연계되어 있다.

성능/효과

또한 본 논문에서는 자동열차 운전장치(automatic train operation; 이하 ATO로 칭함) 시스템의 고장시에나 기관사가 전동차 출입문을 수동모드로 취급하였을 경우의 연동운 전을 위하여 사용하게 되는 무선송수신(RF)장치에 대한 혼선 방지 알고리즘을 도입하여 시스템의 설비가 고 신뢰성을 유지하도록 하는 방안을 제시하였다. 위와 같이 고 신뢰성이 구축된 PSD에 대한 감시 및 제어에 의한 시스템의 동작을 종합제어반에서의 모니터링 구축화면 등으로 나타내었으며, 기타 승강장 및 기관사 조작반의 구성 및 동작, 통신상태 표시화면 등을 나타내어 논문의 타당을 입증하였다.
특히 본 논문에서는 자동열차 운전장치인 ATO 시스템의 고장시 등에 사용되는 무선RF장치에 대하여 두 개의 열차가 동시에 진입하는 경우 등의 혼선에 대비하여 이의 방지 알고리즘을 구축하여 신뢰성을 한층 강화하였다. 이러한 전체 시스템에 대하여 각 장치별 구성요소와 기능 및 전반적인 동작에 대한 표시화면을 논문에 나타내었으며 시스템 운영에 대한 결과는 양호한 특성으로 나타났다.
종합제어반에서는 전원을 DC Power Bridge를 이용하여 각 제어컴퓨터 등에 공급하였으며, CAN 통신라인의 이중화및 실선 제어라인을 통하여 고 신뢰성의 통신 및 제어시스 템을 구축하였다. 특히 본 논문에서는 자동열차 운전장치인 ATO 시스템의 고장시 등에 사용되는 무선RF장치에 대하여 두 개의 열차가 동시에 진입하는 경우 등의 혼선에 대비하여 이의 방지 알고리즘을 구축하여 신뢰성을 한층 강화하였다. 이러한 전체 시스템에 대하여 각 장치별 구성요소와 기능 및 전반적인 동작에 대한 표시화면을 논문에 나타내었으며 시스템 운영에 대한 결과는 양호한 특성으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	승강장 스크린 도어란?	승강장 스크린 도어(platform screen door;이하 ‘PSD’라 칭함)는 지하철 등의 전동차 승강장의 선단에 고정 및 가동도어를 설치하여 승강장과 선로부를 차단함으로써 이용고객의 안전사고를 예방하고 냉·난방 부하의 공간을 감소시켜 에너지 비용을 절감시키면서 공기의 질을 향상시키는 설비를 말한다. 이의 설비는 전동차와 연계하여 스크린도어의 운전을 수행함으로써 승객들의 추락이나 접촉사고를 미연에 방지할 수 있으며 승강장내의 소음 및 분진에 대한 환경적 유해 요인을 차단함으로써 승객 뿐 만 아니라 승무원의 근무 환경에 대하여 보다 나은 조건을 제공하게 된다[1,2].
	PSD 감시 및 제어 시스템을 구성하는 설비는?	이렇듯 PSD 감시 및 제어 시스템은 승강장 내외에서 승객 및 전동차의 안전에 대하여 매우 중요한 업무를 수행하게 되며 이는 종합제어반, RF 장치, 기관사 및 승강장 조작반 등 다양한 설비로 구성되어 있다. 이들의 각각에 대한 설비들은 중앙관제기관 및 종합제어반 등과 상시로 정보를 송수신해야 하므로 시스템의 고 신뢰성 구축은 그 무엇보다 중요한 요소가 된다.
	PSD 시스템에 대한 제어시스템은 어떻게 장비별 간 상호 정보를 송수신하여 전체적인 PSD 정보를 구성하는가?	이의 제어시스템은 다양한 기능을 수행하는 여러 장비들로 구성되어 있으며 각 장비별 간 상호 정보를 송수신하여 전체적인 PSD 정보를 구성하게 된다. 즉 전동차가 승강장에 진입하는 시점을 기준으로 하여 정차하고 승객이 승하차한 후 전동차가 승강장을 진출하는 동안의 일련의 과정을 분석하여 그에 해당되는 스크린 도어의 상태를 제어하고 모니터링하며 승강장내 PSD관련 장비로부터 운용 정보를 수집하여 장비의 통계 및 운용 상태 자료를 중앙관제 시스템에 보고하고 중앙관제 시스템으로부터 파리미터 설정 및 프로그램 업그레이드 등을 수행한다[5-7].

참고문헌 (7)

Jeong-geun Lee, Sang-hoon Byeon, Jai-hyo Lee, " The effect of platform screen door (PSD) for fine particles at subway train in Seoul, Korea", ICROS-SICE International Joint Conference 2009, pp.1707-1710. 2009. 08.
M. J. Nieuwenhuijsen, "Levels of particulate air pollution, its elemental compositions, determinants and health effects in metro systems," Atmospheric Environment, 41, pp.7995-8006, 2007.

상세보기
S. N. Kang, H. J. Hwang, Y. M. Park, H. Y. Kim, C. H. Ro, "Chemical compositions of subway particles in Seoul, Korea determined by a quantitative single particle analysis," Environ. Sci. Technol., 42, pp.9051-9057, 2008.

상세보기
이종성, 민영기, 김경식, 최종묵, " 철도차량시스템과 PSD간 인터페이스 방안 및 적용 현황", 한국철도학회 2004년도 춘계학술대회논문집, pp.284-289, 2004. 6
김수홍, 현용섭, 우상훈, 류동배, 한경훈, "전기설비에 전원공급을 위한 보호시스템 향상방안", 한국철도학회 2009년도 추계학술대회논문집, pp. 2367-2374, 2009. 11.
서울메트로, 대우엔지니어링, " PSD 통합원격관리시스템 제작설치 실시설계용역 보고서", 2007.
김용협, 현용섭, 류호중, 김진수, "서울메트로 PSD 통합관제시스템 구축방안에 대한 연구", 한국철도학회 2007년도 추계학술대회논문집, pp. 736-741, 2007. 11.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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