철도 신호제어시스템에서 열차의 위치 및 점유 유무를 검지하기 위하여 궤도회로 이외에 axle counter적용 사례가 증가하고 있는 추세이다. 이에 본 연구에서는 열차검지 및 차축계수의 신뢰성을 높이기 위해 axle counter의 센서 방식을 지자기 센서 방식과 근접센서 방식을 비교하였으며, 그에 따른 차이점과 결과를 제시하였다. 또한, 정확한 차축검지를 위한 센서부의 취부조건 등을 고려한 설치에 대해 현장 경험을 기반으로 적용된 결과를 제시한다. 본 연구에서는 차축검지의 신뢰성 향상을 위해 센서의 위상차를 판단할 수 있도록 설계 변경한 결과 차축검지 기능뿐만 아니라 다양한 기능까지(열차의 방향검지, 열차속도검지 등) 수행할 수 있는 확장성을 확보하였다. 또한 열차의 종별, 무게 등의 특성에 종속되지 않았으며, 자체적으로 제작한 차축검지를 위한 모의차축 이송장치와 Test Bed를 구축하여 Lab. 테스트를 수행한 결과 350km/h의 속도에서도 차축 검지의 누락이 발생하지 않았음을 확인하였다. 이를 통해 열차의 검지뿐만 아니라 통과하는 열차의 속도와 편성 수, 선로전환기 통과 시 철사쇄정 조건 그리고 건널목 장치에도 적용할 수 있는 기반을 마련하였으며, 향후 철도 신호제어 시스템 전반에 확대 적용하게 되면 열차안전운행에 많은 기여를 할 것으로 판단된다.
철도 신호제어시스템에서 열차의 위치 및 점유 유무를 검지하기 위하여 궤도회로 이외에 axle counter적용 사례가 증가하고 있는 추세이다. 이에 본 연구에서는 열차검지 및 차축계수의 신뢰성을 높이기 위해 axle counter의 센서 방식을 지자기 센서 방식과 근접센서 방식을 비교하였으며, 그에 따른 차이점과 결과를 제시하였다. 또한, 정확한 차축검지를 위한 센서부의 취부조건 등을 고려한 설치에 대해 현장 경험을 기반으로 적용된 결과를 제시한다. 본 연구에서는 차축검지의 신뢰성 향상을 위해 센서의 위상차를 판단할 수 있도록 설계 변경한 결과 차축검지 기능뿐만 아니라 다양한 기능까지(열차의 방향검지, 열차속도검지 등) 수행할 수 있는 확장성을 확보하였다. 또한 열차의 종별, 무게 등의 특성에 종속되지 않았으며, 자체적으로 제작한 차축검지를 위한 모의차축 이송장치와 Test Bed를 구축하여 Lab. 테스트를 수행한 결과 350km/h의 속도에서도 차축 검지의 누락이 발생하지 않았음을 확인하였다. 이를 통해 열차의 검지뿐만 아니라 통과하는 열차의 속도와 편성 수, 선로전환기 통과 시 철사쇄정 조건 그리고 건널목 장치에도 적용할 수 있는 기반을 마련하였으며, 향후 철도 신호제어 시스템 전반에 확대 적용하게 되면 열차안전운행에 많은 기여를 할 것으로 판단된다.
This In the railway signaling system, applications of axle counter in addition to track circuit goes on increasing for detecting train position. Consequently, this paper compares sensor methods of axle counter with between geo-magnetism method and proximity sensor method. And it presents differences...
This In the railway signaling system, applications of axle counter in addition to track circuit goes on increasing for detecting train position. Consequently, this paper compares sensor methods of axle counter with between geo-magnetism method and proximity sensor method. And it presents differences and results, to improve reliabilities of train detection and axle counting. Also, this article presents an applied result which is based on field experience, with regard to installation, considering attachment condition of sensor part for accurate axle counting. This study acquires expandability that is able to perform not only axle counting function but also various other functions (direction detection of train, speed detection of train, and so on). It was a result of a change of design in order to judge phase difference of sensors, to improve reliability of axle counting. Furthermore, it does not subordinate to characteristics (type, weight of train). And it is confirmed that the omission of axle counting was not occurred in 350km/h. This was the result of Lab test after the construction of transfer equipment of trial axle and Test Bed for axle counting. Both of them are self-productions. Through this, it prepares foundation which is able to apply not only to train detection but also to speed of passing trains, formation number of trains, detector locking condition - when the train passes the section of switch point, and level crossing devices. Furthermore, it would be judged to contribute safety train operation if proximity sensor method applies to the whole railway signaling system from now on.
This In the railway signaling system, applications of axle counter in addition to track circuit goes on increasing for detecting train position. Consequently, this paper compares sensor methods of axle counter with between geo-magnetism method and proximity sensor method. And it presents differences and results, to improve reliabilities of train detection and axle counting. Also, this article presents an applied result which is based on field experience, with regard to installation, considering attachment condition of sensor part for accurate axle counting. This study acquires expandability that is able to perform not only axle counting function but also various other functions (direction detection of train, speed detection of train, and so on). It was a result of a change of design in order to judge phase difference of sensors, to improve reliability of axle counting. Furthermore, it does not subordinate to characteristics (type, weight of train). And it is confirmed that the omission of axle counting was not occurred in 350km/h. This was the result of Lab test after the construction of transfer equipment of trial axle and Test Bed for axle counting. Both of them are self-productions. Through this, it prepares foundation which is able to apply not only to train detection but also to speed of passing trains, formation number of trains, detector locking condition - when the train passes the section of switch point, and level crossing devices. Furthermore, it would be judged to contribute safety train operation if proximity sensor method applies to the whole railway signaling system from now on.
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문제 정의
본 논문은 최근 국내 철도신호시스템 적용 사례가 증가하고 있는 Axle Counter의 센서에 대한 연구내용을 제시하였다.
이에 본 연구에서는 열차검지 및 차축계수의 신뢰성을 높이기 위해 axle counter의 센서 방식을 지자기 센서 방식과 근접센서 방식을 비교하였으며, 그에 따른 차이점과 결과를 제시하고자 한다.
가설 설정
직선 구간에 차축검지헤더를 설치하여 모터카를 운행하면서 레일 차륜의 레일 위에서 좌우 위치와 차축검지헤더의 열차 검지 출력을 모니터링 하였다. 차륜의 직경에 따른 차축 검지 차이는 보이지 않았다. 그러나 직선구간에서도 차륜의 기울기를 갖는 특성으로 인하여, 레일 위를 열차가 항상 일정하게 운행하는 것이 아니고, 좌우로 롤링 하면서 지그재그 운행을 하게 된다.
제안 방법
근접 센서를 적용한 검지장치를 2.2절에서 기술한 바와 같이 레일 양측에 설치한 후, 1차적으로 모터카를 이용하여 차축검지 시험을 수행하였다. Fig.
또한, 정확한 차축검지를 위한 센서부의 취부조건등을 고려한 설치에 대해 현장 경험을 기반으로 적용된 결과를 제시한다.
본 논문에서 제시되는 지자기센서 방식과 근접센서 방식은 모두 현장시험을 수행한 결과를 기반으로 기술되었으며 서울메트로 도시철도 차량과 모터카만을 적용한 결과이다.
본 논문에서는 Axle Counter에 적용되는 센서의 방식을 지자기센서와 근접센서 모두를 적용하여 신뢰성 및 성능시험 결과를 제시한다.
본 연구에서는 차륜의 후렌지 영역을 하단에서 검지하거나 차륜의 레일 밖으로 튀어나오는 영역을 검지하여 차축검지를 하기 위해 레일 양측에 센서를 설치하여 차축검지 신뢰도를 향상시켰다.
이에 근접센서로 변경한 결과 정확하게 차축을 검지할 수 있었으나 철도차량의 좌우 롤링현상으로 인해 부정확하거나 누락되는 경우가 발생함을 확인하였다. 이에 기존의 선로 한쪽에 센서를 설치하는 방식과 달리 롤링현상에 대응할 수 있도록 선로 양측면에 근접센서를 이중화함으로써 차축검지의 정확도를 대폭 향상시켰다.
지자기 센서의 가우스변화량을 측정하기 위해 자체적인 측정프로그램을 적용하여 검지되는 차축의 수와 실시간 가우스변화량을 측정하였다. Fig.
직선 구간에 차축검지헤더를 설치하여 모터카를 운행하면서 레일 차륜의 레일 위에서 좌우 위치와 차축검지헤더의 열차 검지 출력을 모니터링 하였다. 차륜의 직경에 따른 차축 검지 차이는 보이지 않았다.
대상 데이터
시험에서 사용한 트레일러의 차륜의 직경은 350mm이다. 그러므로 직경 860mm과 직경 350mm의 차륜을 동시에 시험한 것이다.
본 연구에서 적용된 근접센서의 검지 거리는 센서의 성능한계(15mm∼50mm)와 선로의 건축한계를 적용하여 선로와 최대한 평행에 가까운 높이에 해당되는 22mm와 성능한계 최대치인 50mm를 적용하였다.
본 연구에서의 적용된 근접 센서는 센서 외형에 비자성체 재질에 자기진단용 미세하게 특정주파수의 구형파형을 입력하여 자기장을 형성하며, 외부 금속 물체가 근접하면 가우스가 급격하게 변하며 자기진단 파형과 합성되어 출력한다. 전원은 DC24V 입력을 외부에서 받아 DC5V 로 변환하여 센서에 공급하며.
시험된 열차 차량은 VVVF차량, GEC 쵸퍼차량, 멜코쵸퍼차량 등이 검지되었으며, 각 차량마다 발생되는 노이즈는 상이하였다. 따라서 이러한 노이즈를 제거할 수 있는 최적의 필터링 기술이 적용되어야 한다.
그러나 트레일러에 있는 차륜의 직경은 다를 수 있다. 시험에서 사용한 트레일러의 차륜의 직경은 350mm이다. 그러므로 직경 860mm과 직경 350mm의 차륜을 동시에 시험한 것이다.
유지보수용 차량인 모터카의 차륜 검지 시험을 진행하였다. 모터카의 차륜은 일반 영업차의 차륜과 동일한 사이즈이다.
성능/효과
본 연구에서는 기존의 방식에서 적용된 자기 임펄스 방식과 지자기 방식에서 나타난 차축검지의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 근접 센서 방식을 적용하였으며 이에 대한 현장시험 결과 또한 매우 우수함을 확인할 수 있었다. 이를 통해 열차의 검지뿐만 아니라 통과하는 열차의 속도와 편성 수, 선로전환기 통과시 철사쇄정 조건 그리고 건널목 장치에도 적용할 수 있는 기반을 마련하였으며, 향후 철도 신호제어 시스템 전반에 확대 적용하게 되면 열차안전운행에 많은 기여를 할 것으로 판단된다.
이러한 센서의 위상차를 판단할 수 있도록 설계 변경한 결과 차축검지 기능뿐만 아니라 다양한 기능까지(열차의 방향검지, 열차속도검지 등) 수행할 수 있는 확장성을 확보하였다. 또한 열차의 종별, 무게 등의 특성에 종속되지 않았으며, 자체적으로 제작한 차축검지를 위한 모의차축 이송장치와 Test Bed를 구축하여 Lab.
연구 진행된 Axle Counter의 센서는 지자기 센서와 근접 센서이며, 우선적으로 고려된 지자기 센서는 주위 환경의 영향으로 차축을 판단하기 어려울 정도의 노이즈로 인해 실제 적용이 어려웠다. 이에 근접센서로 변경한 결과 정확하게 차축을 검지할 수 있었으나 철도차량의 좌우 롤링현상으로 인해 부정확하거나 누락되는 경우가 발생함을 확인하였다. 이에 기존의 선로 한쪽에 센서를 설치하는 방식과 달리 롤링현상에 대응할 수 있도록 선로 양측면에 근접센서를 이중화함으로써 차축검지의 정확도를 대폭 향상시켰다.
후속연구
본 연구에서는 기존의 방식에서 적용된 자기 임펄스 방식과 지자기 방식에서 나타난 차축검지의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 근접 센서 방식을 적용하였으며 이에 대한 현장시험 결과 또한 매우 우수함을 확인할 수 있었다. 이를 통해 열차의 검지뿐만 아니라 통과하는 열차의 속도와 편성 수, 선로전환기 통과시 철사쇄정 조건 그리고 건널목 장치에도 적용할 수 있는 기반을 마련하였으며, 향후 철도 신호제어 시스템 전반에 확대 적용하게 되면 열차안전운행에 많은 기여를 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Axle Counter는 어떤 기능을 가지는가?
Axle Counter는 일정구간(Section)의 입구에서의 차축 수와 출구에서의 차축 수를 비교하는 것이 가장 기본적인 기능으로 차축 수가 동일할 경우에는 정상으로 판단되며, 동일하지 않을 경우 비정상 상태로 판단하여 다양한 안전관련 행위를 취할 수 있도록 지원하는 기능을 가진다.[8]
Axle counter는 무엇인가?
Axle counter는 철도선로의 일정구간 입구의 열차 차축수와 출구의 차축수를 계산하여 열차의 유무 및 완전 통과 여부를 확인한 후 판정하는 장치이다.
axle counter의 한계는 무엇인가?
axle counter의 검지 헤더(센서부)는 레일의 내측에 설치되어 열차 차륜의 후렌지를 검지하는 방식이 적용되는 것이 일반적이며, ‘자기 임펄스 발생기 구조’를 가지고 있어 주자석과 부자석으로 구성되어 있다. 임펄스 발생에 의해 열차의 유무를 판단하고 차축을 계산하는 방식이기 때문에 다양한 외부환경 등으로 인해 검지에 대한 신뢰도가 저하되는 경향이 발생되고 있으며, 안전성을 위해 현장에서 Reset(초기화)해야 하는 문제로 인해 열차운행 및 유지보수에 많은 시간이 소요되고 있는 실정이다.[2]
참고문헌 (8)
Gong Jian, "Application of Electronic Axle Counter Equipment in Engineering, Railway Signalling & Communication, 2011-06
I.C Yeo, S.C Noh, Y.H Kim "Shape optimization of the train wheel detecting sensor according to a magnetic field gradient", The Korean society for Railway, 2014.
JJ Yoo, DH Kim, JH Park "Design and Implementation of Auto-Mobile Detection and Speed Calculation Algorithm using Magnetic Sensor Node" KIISE 2010.
R&D Project, "Developed for extra signal systems to prevent accidents caused by driving the train manually" Final Report,.
SH Son, HS Shin, BH Song, JY Jung "Traffic Flow Modeling using Magnetic Sensor based Vehicle Detection System and R, KIISE 2013.
SY Jo "Biaxial Accelerometer-based Magnetic Compass Module Calibration and Analysis of Azimuth Computational Errors Caused by Accelerometer Errors" Institute of Control, Robotics and Systems 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5302/J.ICROS.2014.13.9008
TY Kim, CJ SO "On-line Magnetic Distortion Calibration Method for a Magnetometer" Institute of Control, Robotics and Systems 2012.
Y.T Kim, "Railway Signalling Control System" Tech Midia, 2003.
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