In the case of Seoul Metro, prior to installation of platform screen doors, had seen 4~6 cases a month of mortal injuries from accidents on the platforms, including suicide attempts towards the oncoming train. However, since the installation of platform screen doors, Seoul Metro has achieved a feat ...
In the case of Seoul Metro, prior to installation of platform screen doors, had seen 4~6 cases a month of mortal injuries from accidents on the platforms, including suicide attempts towards the oncoming train. However, since the installation of platform screen doors, Seoul Metro has achieved a feat of '0 mortal injuries'. In the initial stages of introducing platform screen doors domestically, due to a lack of experience in controlling platform screen doors, the products were imported and installed through technical cooperations from Japan, France and the United States. Thereafter, following investments in technologies by domestic firms, domestic production of parts such as overall control mechanism, specific control mechanism, RF devices and others were achieved. However, having installed platform screen doors in a relatively short period of time, DCU(Door Control Unit), an integral part of the whole platform screen door system, is yet to be fully domestically produced. At this moment in time, installation is being done with imported products or DCUs developed with DC motors. In this research, advantages and disadvantages of DC and BLDC motors for use in DCU will be analyzed and will produce an own BLDC controlling unit in order to solve any problems arised. Furthermore, the BLDC controlling unit produced will be integrated with DCU to improve the performance of the product and its price competitiveness.
In the case of Seoul Metro, prior to installation of platform screen doors, had seen 4~6 cases a month of mortal injuries from accidents on the platforms, including suicide attempts towards the oncoming train. However, since the installation of platform screen doors, Seoul Metro has achieved a feat of '0 mortal injuries'. In the initial stages of introducing platform screen doors domestically, due to a lack of experience in controlling platform screen doors, the products were imported and installed through technical cooperations from Japan, France and the United States. Thereafter, following investments in technologies by domestic firms, domestic production of parts such as overall control mechanism, specific control mechanism, RF devices and others were achieved. However, having installed platform screen doors in a relatively short period of time, DCU(Door Control Unit), an integral part of the whole platform screen door system, is yet to be fully domestically produced. At this moment in time, installation is being done with imported products or DCUs developed with DC motors. In this research, advantages and disadvantages of DC and BLDC motors for use in DCU will be analyzed and will produce an own BLDC controlling unit in order to solve any problems arised. Furthermore, the BLDC controlling unit produced will be integrated with DCU to improve the performance of the product and its price competitiveness.
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문제 정의
본 개발과제를 통해 시스템 연동형 BLDC 모터 제어기 설계 기술을 확보하게 되면 승강장 스크린 도어 사업을 진행하는 대기업을 통해 국내 지하철, 경전철, 철도 시장에 적용함으로써 수입 대체 효과를 얻을 수 있으며, 산업용 기기 및 빌딩 자동화 등 다양한 분야에 적용 가능하리라 판단된다. 또한 본 연구에서는 BLDC 모터의 속도를 제어하고 이를 승강장 스크린 도어 시스템에 적용할 수 있는 위치제어 알고리즘을 개발하였다.
가설 설정
1) 저속 및 고속에서 출력 토크가 비교적 높고 고속회전도 가능.
2) 무접점의 반도체 소자로 코일의 전류를 드라이브 하는 관계로 수명이 반영구적.
3) 소음과 전자적인 잡음을 거의 발생시키지 않음.
제안 방법
또한 승강장 스크린 도어를 위한 모터 제어기인 제어장치에서 BLDC 모터의 전류를 제어하기 위하여 PI 전류 제어 기를 이용한다. 모터의 관성이 커서 역기전력의 변화가 전류제어기의 응답성에 비해 충분히 느린 경우 역기전력을 상수로 보고 고정자 회로의 Ra, La 부하를 대상으로 BLDC 모터의 전류 제어기를 설계하였다. 그림 5는 본 연구 결과로 제작되어진 제어장치의 주회로와 전면 표시부를 보여주는 사진이다.
승강장 스크린도어용 구동장치에서 양문 열림폭 2,200mm 에 대한 닫힘력에 대하여 검토 적용하기로 한다. 이에 대한 적용규격은 건설교통부 고시 제 2004-136호 도시철도 용품 품질인증요령(KRT-EZ000-PSD001 : 도시철도용품 품질시험기준) 중 3.
위치 센서 및 제어 회로는 BLDC 모터의 회전자 위치, 즉자속을 위치센서로 인식하여 인버터의 스위치를 위치센서에 맞추어 스위칭하기 위해서 필요하다. 전동기의 상전류를 검출하여 위치센서의 신호에 따라 전류제어 루프에 피드백 되는 전류를 선택하고, 전류 제어기에서 출력되는 PWM 신호, 그리고 위치센서에 의해 해당하는 인버터의 스위치 소자를 스위칭한다.
성능/효과
현재 국내에서 여러 차례에 걸친 승강장 스크린 도어의 설치 공사를 통해 구조체, 제어 시스템과 같은 많은 부분이 국산화 되었으나, 승강장 스크린 도어의 핵심 부품이라 할 수 있는 제어장치는 외산을 도입하여 사용하고 있거나, 비교적 구현이 간단한 DC 모터를 적용하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서 개발되어진 BLDC 모터 제어장치를 적용하면 제어시스템 및 스크린도어 구동 시스템의 국산화 수준을 한층 높일 수 있다. 특히 본 기술개발을 통해 통합형 제어장치를 제작한다면 HEADER BOX내 공간의 활용성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 수입으로 인한 로열티 비율을 줄일 수 있고, 나아가 국외에 설치되는 승강장 스크린 도어 시스템의 수주를 통해 수출도 가능하리라 판단된다.
후속연구
특히 BLDC 모터는 최근 에너지 문제의 급속한 확산을 통해 고효율 산업용 동력 기기 및 가전기기 사용의 필요성에 따라 수요가 증가하고 있다. 본 개발과제를 통해 시스템 연동형 BLDC 모터 제어기 설계 기술을 확보하게 되면 승강장 스크린 도어 사업을 진행하는 대기업을 통해 국내 지하철, 경전철, 철도 시장에 적용함으로써 수입 대체 효과를 얻을 수 있으며, 산업용 기기 및 빌딩 자동화 등 다양한 분야에 적용 가능하리라 판단된다. 또한 본 연구에서는 BLDC 모터의 속도를 제어하고 이를 승강장 스크린 도어 시스템에 적용할 수 있는 위치제어 알고리즘을 개발하였다.
따라서 본 연구에서 개발되어진 BLDC 모터 제어장치를 적용하면 제어시스템 및 스크린도어 구동 시스템의 국산화 수준을 한층 높일 수 있다. 특히 본 기술개발을 통해 통합형 제어장치를 제작한다면 HEADER BOX내 공간의 활용성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 수입으로 인한 로열티 비율을 줄일 수 있고, 나아가 국외에 설치되는 승강장 스크린 도어 시스템의 수주를 통해 수출도 가능하리라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
승강장 스크린 도어는 어떤 문제를 위해 설치했나?
철도, 경전철 및 지하철 승강장 내 추락, 전동차 사이의 끼임 등의 안전사고 방지 및 승강장의 공기오염 개선, 장애인, 노약자 등의 탑승편의에 관한 문제, 승강장내의 쾌적한 환경문제 제공 등을 위해 지난 2003년 현대 엘리베이터에서 일본의 Nabco사와 기술 제휴를 통해 광주 지하철 1호선에 승강장 스크린 도어(Platform Screen Door : PSD)를 처음 설치한 이래 현재 서울, 경기 지역 대부분의 지하철 역사 및 부산, 대전, 대구, 광주, 인천 등의 광역시의 지하철에 설치 운영하고 있다. 승강장 스크린 도어 시스템의 주요 구성도를 보면 그림1과 같다.
승강장 스크린 도어가 설치된 이후 낸 성과는?
서울 지하철의 경우 승강장 스크린 도어를 설치하기 전에는 월 평균 4∼6건의 선로에 투신하여 자살하는 사고를 포함한 실수로 인한 선로 추락 사고 등의 승강장 사상사고가 발생하였으나, 승강장 스크린 도어가 설치된 이후 서울지하철은 ‘사상사고 제로’라는 성과를 이루어냈다.[1] 초기에 승강장 스크린 도어를 국내에 도입하던 시기에는 승강장 스크린 도어 제어와 관련한 경험의 부재로 인해 일본, 프랑스, 미국 등으로부터 기술 제휴를 통해 제품을 도입하여 설치를 진행하였으나, 이후 국내 업체들의 기술 투자를 통해 종합 제어반 및 각종 조작반, RF장치등 상당 부분 국산화를 이루었다.
국내 업체들의 기술 투자를 통해서도 국산화를 못한 핵심기술은 어떤 것인가?
[1] 초기에 승강장 스크린 도어를 국내에 도입하던 시기에는 승강장 스크린 도어 제어와 관련한 경험의 부재로 인해 일본, 프랑스, 미국 등으로부터 기술 제휴를 통해 제품을 도입하여 설치를 진행하였으나, 이후 국내 업체들의 기술 투자를 통해 종합 제어반 및 각종 조작반, RF장치등 상당 부분 국산화를 이루었다.[2,3] 하지만 짧은 기간 동안 승강장 스크린 도어를 설치하면서 승강장 스크린 도어 시스템의 핵심이라 할 수 있는 승강장 스크린 도어용 제어장치(DCU: Door Control Unit)의 완전한 국산화는 이루지 못한 채 외국 제품을 도입 하여 설치하고 있거나 DC 모터를 적용한 제어장치를 개발 하여 설치하고 있는 실정이다. 본 논문의 2장에서는 승강장용 스크린도어시스템의 구성에 대해서 설명하였고, 3장에서는 BLDC 모터를 적용한 제어장치의 기본적인 설계 내용과 자체 제작되어진 시제품을 제시하였다.
참고문헌 (5)
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.
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.
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