전동차 출입문은 포켓 슬라이딩 도어, 아웃 슬라이딩 도어, 플러그 도어로 구분된다. 현재 국내 전동차의 표준규격으로 제시되어 있는 포켓 슬라이딩 도어는 철도차량이 고속화됨에 따라 소음 및 외풍의 차단이 어려운 단점이 있으며, 아웃 슬라이딩 도어 역시 소음 및 외풍차단이 어려운 시스템이다. 반면에 플러그 도어는 최근 철도차량이 고급화됨에 따라 고속철도에 적용되던 출입문을 전동차에 적용하면서 쓰이게 된 도어시스템으로 승차감 개선에 소음이 중요한 위치를 차지함에 따라 소음에 강한 플러그 도어 시스템이 주목받고 있다. 이러한 이유로 차세대전동차에 적용할 목적으로 전기식 플러그 도어를 개발하여 시험 진행 중에 있다. 플러그 도어를 구성하는 하부 부품으로는 출입문 제어 장치 (DCU : Door Control Unit), 모터, 스크루 기어, 볼 너트, 레일, 리미트 스위치, 각종 전기 장치, 비상 수동 개폐장치, 코디네이션 바 등이 있는데 이중 DCU는 전동차 출입문을 개폐하기 위한 제어장치로 량당 8개인 전동차 출입문이 동시에 열리고 닫히기 위해서는 각 출입문간의 인터페이스가 필요하며, 승객의 승하차와 직접적으로 관련되어 있기 때문에 신뢰성 및 안전성 확보가 매우 중요한 시스템이다. DCU의 기능으로는 자동 문 여닫음 제어, 출입문 제어 및 장애 감지, 출입문 상태 제어, 저전압/고전압 감시 등이 있으며, 본 논문에서는 전기식 플러그 도어에 적용하기 위해 개발된 DCU의 기능, 개발요구사양, 시스템 구성 및 시험결과에 대해 논하고자 한다.
전동차 출입문은 포켓 슬라이딩 도어, 아웃 슬라이딩 도어, 플러그 도어로 구분된다. 현재 국내 전동차의 표준규격으로 제시되어 있는 포켓 슬라이딩 도어는 철도차량이 고속화됨에 따라 소음 및 외풍의 차단이 어려운 단점이 있으며, 아웃 슬라이딩 도어 역시 소음 및 외풍차단이 어려운 시스템이다. 반면에 플러그 도어는 최근 철도차량이 고급화됨에 따라 고속철도에 적용되던 출입문을 전동차에 적용하면서 쓰이게 된 도어시스템으로 승차감 개선에 소음이 중요한 위치를 차지함에 따라 소음에 강한 플러그 도어 시스템이 주목받고 있다. 이러한 이유로 차세대전동차에 적용할 목적으로 전기식 플러그 도어를 개발하여 시험 진행 중에 있다. 플러그 도어를 구성하는 하부 부품으로는 출입문 제어 장치 (DCU : Door Control Unit), 모터, 스크루 기어, 볼 너트, 레일, 리미트 스위치, 각종 전기 장치, 비상 수동 개폐장치, 코디네이션 바 등이 있는데 이중 DCU는 전동차 출입문을 개폐하기 위한 제어장치로 량당 8개인 전동차 출입문이 동시에 열리고 닫히기 위해서는 각 출입문간의 인터페이스가 필요하며, 승객의 승하차와 직접적으로 관련되어 있기 때문에 신뢰성 및 안전성 확보가 매우 중요한 시스템이다. DCU의 기능으로는 자동 문 여닫음 제어, 출입문 제어 및 장애 감지, 출입문 상태 제어, 저전압/고전압 감시 등이 있으며, 본 논문에서는 전기식 플러그 도어에 적용하기 위해 개발된 DCU의 기능, 개발요구사양, 시스템 구성 및 시험결과에 대해 논하고자 한다.
The Electric Multiple Unit (EMU) has many types of door system such as sliding door, plug door etc.al. according to customer's requirements. The sliding door is widely used in Korea but has weak point in the noise problem. In the low operation speed, the noise coming from outer side of the EMU is no...
The Electric Multiple Unit (EMU) has many types of door system such as sliding door, plug door etc.al. according to customer's requirements. The sliding door is widely used in Korea but has weak point in the noise problem. In the low operation speed, the noise coming from outer side of the EMU is not an important factor. As the speed is higher than before, noise is increased and make a problem. The main cause of noise is the imperfect air tightness in the EMU. The plug door system has advantages for the noise reduction characteristic in the high speed area. We have been developing electric plug-in door. The door is controlled by Door Control Unit(DCU) following the order of Automatic Train Protection (ATP) that is a kind of train signalling system. DCU has to simultaneously open and close the doors and the operation of it is related to the passengers safety. So DCU is a safety device that is important to reliability and safety. DCU is composed of several devices of control, motor driving, Input/Output, communication and power. In this paper, we will describe the functions, characteristic, requirement, subsystem and test results of DCU used for the electric plug-in door.
The Electric Multiple Unit (EMU) has many types of door system such as sliding door, plug door etc.al. according to customer's requirements. The sliding door is widely used in Korea but has weak point in the noise problem. In the low operation speed, the noise coming from outer side of the EMU is not an important factor. As the speed is higher than before, noise is increased and make a problem. The main cause of noise is the imperfect air tightness in the EMU. The plug door system has advantages for the noise reduction characteristic in the high speed area. We have been developing electric plug-in door. The door is controlled by Door Control Unit(DCU) following the order of Automatic Train Protection (ATP) that is a kind of train signalling system. DCU has to simultaneously open and close the doors and the operation of it is related to the passengers safety. So DCU is a safety device that is important to reliability and safety. DCU is composed of several devices of control, motor driving, Input/Output, communication and power. In this paper, we will describe the functions, characteristic, requirement, subsystem and test results of DCU used for the electric plug-in door.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
[1～5] 플러그 도어를 구성하는 하부 부품으로는 출입문 제어 장치 (DCU : Door Control Unit), 모터, 스크루기어, 볼 너트, 레일, 리미트 스위치, 각종 전기 장치, 비상 수동 개폐장치, 코디네이션 바 등이 있는데 이중 DCU는 전동차 출입문을 개폐하기 위해 사용하는 제어장치로 량당 8개의 출입문을 동시에 열고 닫아야 하기 때문에 출입문간의 인터페이스에 유의해야 하며, 승객의 승하차에 직접적으로 관련되어 있기 때문에 신뢰성 및 안전성 확보가 매우 중요한 시스템이다. DCU는 자동 문 여닫음 제어, 출입문 제어 및 장애 감지, 출입문상태 제어, 저전압/고전압 감시 기능 등을 가지고 있으며, 본 논문에서는 최근 대두되고 있는 전기식 플러그도어에 적용된 DCU의 기능, 개발요구사양, 시스템 구성 및 시험결과에 대하여 논하고자 한다.
도시철도차량 성능시험에 관한 규칙에 의거하여 출입문 형식시험을 실시하였다. 본 시험은 DCU에 의해제어되는 전동차 출입문이 정확히 동작하는지 여부를검증하여 DCU의 정상동작을 확인하고자 하는 것으로 시험결과 이상없음을 확인하였다. 아울러 구성품 시험단계에서 100만회 개폐시험을 진행하여 내구도 및 신뢰성을 확인하였다.
전기식 플러그 도어에 사용하기 위하여 개발한 DCU의 개요 및 기능, 개발 요구사양, 시스템 구성 및 시험결과에 대해 살펴보았다. DCU는 전동차 출입문을 개폐하기 위한 제어장치로 수 십개의 출입문을 동시에 열고닫아야 하기 때문에 정밀한 인터페이스 제어가 필요하며, 승객의 승하차를 직접적으로 관여하여야 하기 때문에 신뢰성 및 안전성 확보가 매우 중요한 시스템이다.
제안 방법
DCU 시험은 진동 및 온습도 시험의 환경시험과 TCMS와의 I/F를 포함한 성능시험을 진행하였으며 시험결과는 다음과 같다.
TCMS-DCU 인터페이스 시험은 고장검지기능 및 데이터 통신레벨에 대한 시험을 실시하였다. 고장검지 기능은 DCU의 통신고장, 출입문 개폐고장, 장애물에 의한 출입문 닫힘고장 발생시 고장내용을 TCMS에 정확히 전달하는지 여부를 시험하였으며 표 6과 같이 데이터 통신레벨 측정을 만족함을 확인하였다.
입출력부, 통신부,전원부로 구성된다. 개발된 DCU는 차세대 전동차의 출입문 제어에 적용되어 사용되고 있으며, 출입문을 구성하는 타 장치와 상호 인터페이스를 확인하는 완성차시험을 거쳤다. 앞으로 전체 차세대전동차 시 운전시험을 진행하면서 전체시스템 관점에서 신뢰도 및 안전성을 재확인 할 예정이다.
도시철도차량 성능시험에 관한 규칙에 의거하여 출입문 형식시험을 실시하였다. 본 시험은 DCU에 의해제어되는 전동차 출입문이 정확히 동작하는지 여부를검증하여 DCU의 정상동작을 확인하고자 하는 것으로 시험결과 이상없음을 확인하였다.
이 릴레이는 철도차량의 외부 신호와 직접 연계되어 있다. 스위칭소자의구동을 위하여 게이트 드라이버 전용칩을 사용함으로써 회로의 간소화와 신뢰성을 높인다. 모터 전류는 별도로 측정하여 2차 Low-pass filter와 절연 증폭기를 거쳐 마이크로 컨트롤러에 연결된다.
시험 KS R 9144-2004 2종 B에 의거하여 시료를 사용시와 유사하게 진동대에 부착하고 정격전압을 인가하여 표4의 조건으로 가진하여 공진진동수와 시료에 대한 부품의 기능을 확인하였다. 진동 내구성 시험은 진동내구시험 후 시료 각부의 변형, 균열, 파손 등 사용상 지장이있는 손상 유무를 확인하는 방법을 이용했으며, 진동시험기 모델은 IMV CO.
본 시험은 DCU에 의해제어되는 전동차 출입문이 정확히 동작하는지 여부를검증하여 DCU의 정상동작을 확인하고자 하는 것으로 시험결과 이상없음을 확인하였다. 아울러 구성품 시험단계에서 100만회 개폐시험을 진행하여 내구도 및 신뢰성을 확인하였다.
온도시험중 온도변화시험은 저온시험일 경우 통전상태에서 -25±2℃로 약 1시간 유지한 후 25±2℃로 분당 1℃상승시켜 온도가 25±2℃에서 안정화된 후 성능시험을실시하였고, 고온시험일 경우 통전상태에서 70±2℃로약 1시간 유지한 후 25±2℃로 분당 1℃ 하강시켜 온도가 25±2℃에서 안정화된 후 성능시험을 실시하였다.
그리고 DCU는 모터 및 출입문 오퍼레이터와 비상 수동개방해제장치에 설치된 리미트 스위치에 의해 자동으로 각각의 출입문 상태를 인식하며, RS485통신을 통해 TCMS에 출입문 상태를 전달한다. 하나의 LED에 의해 DCU의 상태를 검사한다. 다음은 DCU가 가져야 하는 상세 기능들을 정리하여 나타낸 것이다.
대상 데이터
KS R 9144-2004 2종 B에 의거하여 시료를 사용시와 유사하게 진동대에 부착하고 정격전압을 인가하여 표3의 조건으로 가진하여 공진진동수와 시료에 대한 부품의 기능을 의 기능을 CO.(Japan)의 CV-700 /i260/SA7M 모델을 사용하였으며, 시험결과 공진없이 정상동작됨을 확인하였다.
진동 내구성 시험은 진동내구시험 후 시료 각부의 변형, 균열, 파손 등 사용상 지장이있는 손상 유무를 확인하는 방법을 이용했으며, 진동시험기 모델은 IMV CO.(Japan)의 CV-700 /i260/SA7M모델을 사용하였다. 진동 내구성 시험결과 정상동작됨을 확인하였다.
통신부는 TCMS와의 데이터 통신을 담당하는 RS485방식과 DCU 자가진단 모니터링을 위한 RS232통신으로 구성된다.
이론/모형
EMS(Electro Magnetic Susceptibility) 시험은 정전기방전내성, 방사성 RF 전자기장 내성시험, EFT/버스트내성, 서지내성, 전도성 RF 전자기장내성시험을 진행하였으며, IEC61000-4 규격에 따라 시험을 수행하였다. EMI(Electro Magnetic Interference) 시험은 전도시험, 방사시험을 진행하였으며, CISPR 11 규격에 따라 시험을 수행하였다. 두 시험 모두 적합한 결과를 얻었다.
EMS(Electro Magnetic Susceptibility) 시험은 정전기방전내성, 방사성 RF 전자기장 내성시험, EFT/버스트내성, 서지내성, 전도성 RF 전자기장내성시험을 진행하였으며, IEC61000-4 규격에 따라 시험을 수행하였다. EMI(Electro Magnetic Interference) 시험은 전도시험, 방사시험을 진행하였으며, CISPR 11 규격에 따라 시험을 수행하였다.
RS485 통신은 DCU와 TCMS간 데이터 통신을 담당한다. HDLC 통신 규약을 구현하기 위하여 SCC(Serial Communication Controller)를 사용한다. SCC와 CPU는메모리 버스를 통하여 인터페이스한다.
KS C 0220-2004에 의거하여 시험을 실시하였다. 온도시험중 온도변화시험은 저온시험일 경우 통전상태에서 -25±2℃로 약 1시간 유지한 후 25±2℃로 분당 1℃상승시켜 온도가 25±2℃에서 안정화된 후 성능시험을실시하였고, 고온시험일 경우 통전상태에서 70±2℃로약 1시간 유지한 후 25±2℃로 분당 1℃ 하강시켜 온도가 25±2℃에서 안정화된 후 성능시험을 실시하였다.
출입문모터의 구동은 철도 차량의 외부 전원(100V)을 필터링하여 스위칭소자를 통하여 PWM 쵸핑을 하여 직접 구동하도록 한다. 모터의 회전 방향은 파워 릴레이를 이용하며, 모터와 DCU간의 기계적인 분리를 위하여 Motor Isolation Relay를 사용한다. 이 릴레이는 철도차량의 외부 신호와 직접 연계되어 있다.
온도시험중 온도변화시험은 저온시험일 경우 통전상태에서 -25±2℃로 약 1시간 유지한 후 25±2℃로 분당 1℃상승시켜 온도가 25±2℃에서 안정화된 후 성능시험을실시하였고, 고온시험일 경우 통전상태에서 70±2℃로약 1시간 유지한 후 25±2℃로 분당 1℃ 하강시켜 온도가 25±2℃에서 안정화된 후 성능시험을 실시하였다. 시험기는 ESPEC(Japan)의 PSL-4KPH 모델을 사용하였으며, 이상없이 정상동작함을 확인하였다.
시험 KS R 9144-2004 2종 B에 의거하여 시료를 사용시와 유사하게 진동대에 부착하고 정격전압을 인가하여 표4의 조건으로 가진하여 공진진동수와 시료에 대한 부품의 기능을 확인하였다. 진동 내구성 시험은 진동내구시험 후 시료 각부의 변형, 균열, 파손 등 사용상 지장이있는 손상 유무를 확인하는 방법을 이용했으며, 진동시험기 모델은 IMV CO.(Japan)의 CV-700 /i260/SA7M모델을 사용하였다.
성능/효과
TCMS-DCU 인터페이스 시험은 고장검지기능 및 데이터 통신레벨에 대한 시험을 실시하였다. 고장검지 기능은 DCU의 통신고장, 출입문 개폐고장, 장애물에 의한 출입문 닫힘고장 발생시 고장내용을 TCMS에 정확히 전달하는지 여부를 시험하였으며 표 6과 같이 데이터 통신레벨 측정을 만족함을 확인하였다.
(Japan)의 CV-700 /i260/SA7M모델을 사용하였다. 진동 내구성 시험결과 정상동작됨을 확인하였다.
후속연구
개발된 DCU는 차세대 전동차의 출입문 제어에 적용되어 사용되고 있으며, 출입문을 구성하는 타 장치와 상호 인터페이스를 확인하는 완성차시험을 거쳤다. 앞으로 전체 차세대전동차 시 운전시험을 진행하면서 전체시스템 관점에서 신뢰도 및 안전성을 재확인 할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
포켓 슬라이딩 도어의 단점은?
전동차 출입문은 포켓 슬라이딩 도어, 아웃 슬라이딩 도어, 플러그 도어로 구분된다. 현재 국내 전동차의 표준규격으로 제시되어 있는 포켓 슬라이딩 도어는 철도차량이 고속화됨에 따라 소음 및 외풍의 차단이 어려운 단점이 있으며, 아웃 슬라이딩 도어 역시 소음 및 외풍차단이 어려운 시스템이다. 반면에 플러그 도어는 최근 철도차량이 고급화됨에 따라 고속철도에 적용되던 출입문을 전동차에 적용하면서 쓰이게 된 도어시스템으로 승차감 개선에 소음이 중요한 위치를 차지함에 따라 소음에 강한 플러그 도어 시스템이 주목받고 있다.
차세대전동차에 적용할 목적으로 전기식 플로그 도어를 개발하는 이유는?
현재 국내 전동차의 표준규격으로 제시되어 있는 포켓 슬라이딩 도어는 철도차량이 고속화됨에 따라 소음 및 외풍의 차단이 어려운 단점이 있으며, 아웃 슬라이딩 도어 역시 소음 및 외풍차단이 어려운 시스템이다. 반면에 플러그 도어는 최근 철도차량이 고급화됨에 따라 고속철도에 적용되던 출입문을 전동차에 적용하면서 쓰이게 된 도어시스템으로 승차감 개선에 소음이 중요한 위치를 차지함에 따라 소음에 강한 플러그 도어 시스템이 주목받고 있다. 이러한 이유로 차세대전동차에 적용할 목적으로 전기식 플러그 도어를 개발하여 시험 진행 중에 있다.
전동차 출입문을 어떻게 구분할 수 있는가?
전동차 출입문은 포켓 슬라이딩 도어, 아웃 슬라이딩 도어, 플러그 도어로 구분된다. 현재 국내 전동차의 표준규격으로 제시되어 있는 포켓 슬라이딩 도어는 철도차량이 고속화됨에 따라 소음 및 외풍의 차단이 어려운 단점이 있으며, 아웃 슬라이딩 도어 역시 소음 및 외풍차단이 어려운 시스템이다.
참고문헌 (11)
홍재성 외 5인, "공기식 플러그도어 시스템 개발", 2001년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집, 162-169쪽, 2001년 5월
서승일 외 2인, "전동차 소음저감을 위한 슬라이딩플러그 출입문 개발", 한국철도학회, 철도저널, 제5권 제2호, 125-130쪽, 2002년 6월
http://www.ife-doors.com
http://www.bode.com
http://www.faiveley.com
홍재성 외, "공압식 DCU 제어 Double Plug Door System 개발", 한국철도기술연구원, 2001년 6월
"차세대전동차 제작사양서", 한국철도기술연구원, 2006년
김길동 외, "차세대첨단도시철도시스템 기술개발사업 5차년도 연구보고서", 한국철도기술연구원, 2010년 8월
정의진 외 3인, "노이즈 저감을 위한 전기식 플러그 도어 개발에 관한 연구", 2010년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집, 293쪽, 2010년 10월
E. J. Joung, H. M. Lee, G. D. Kim, and J. S. Hong, "Noise Reducing Railway Door System for High Speed Operation", pp. 763-766, ICCAS 2010, KINTEX, Korea, October 2010
정의진 외 5인, "전동차 전기식 플러그도어 출입문 제어 장치의 기능 특성 분석", 2011년도 정보 및 제어 심포지움, 255-256쪽, 2011년 4월
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.