열차위치 검지시스템에는 일반적으로 궤도회로장치가 거의 100여년을 안정적으로 사용되어 왔으나, 일반철도 구간의 역 구내, 측선, 해안선 구간 및 열차운행 빈도가 적은 지선 구간의 건널목 등에서는 녹 발생으로 궤도회로 단락불능에 따라 해소방안이 필요하다. 국내에서는 고속철도의 차축온도검지시스템과 통신기반열차제어시스템 분기부 일부에 차축카운터시스템이 사용되고 있으나, 해외의 경우 많은 국가에서 차축카운터 시스템이 없는 간선 및 지방 철도를 상상하는 것은 이제 불가능하고 지하철, 전차, 그리고 산업철도에서 상당한 증가가 확인되었다. 본 논문에서는 일반철도 구간의 역 구내 측선의 본선 및 분기부에 시험적용을 위해 기존 설치되어 있는 궤도회로와 병렬로 설치하여 로그분석을 하여 차축카운터시스템의 동작상태를 확인하였다. 그리고 오봉기지역 및 청주역 운행선 상 설치하여 연동장치와의 인터페이스 시험 및 이를 실용화하기 위한 시험결과를 분석하고, 시스템 안전측 설계, 제작 및 시스템 요구조건 등을 정립하였다.
열차위치 검지시스템에는 일반적으로 궤도회로장치가 거의 100여년을 안정적으로 사용되어 왔으나, 일반철도 구간의 역 구내, 측선, 해안선 구간 및 열차운행 빈도가 적은 지선 구간의 건널목 등에서는 녹 발생으로 궤도회로 단락불능에 따라 해소방안이 필요하다. 국내에서는 고속철도의 차축온도검지시스템과 통신기반열차제어시스템 분기부 일부에 차축카운터시스템이 사용되고 있으나, 해외의 경우 많은 국가에서 차축카운터 시스템이 없는 간선 및 지방 철도를 상상하는 것은 이제 불가능하고 지하철, 전차, 그리고 산업철도에서 상당한 증가가 확인되었다. 본 논문에서는 일반철도 구간의 역 구내 측선의 본선 및 분기부에 시험적용을 위해 기존 설치되어 있는 궤도회로와 병렬로 설치하여 로그분석을 하여 차축카운터시스템의 동작상태를 확인하였다. 그리고 오봉기지역 및 청주역 운행선 상 설치하여 연동장치와의 인터페이스 시험 및 이를 실용화하기 위한 시험결과를 분석하고, 시스템 안전측 설계, 제작 및 시스템 요구조건 등을 정립하였다.
A track circuit has used stably more than 100 years for detecting train position, but solution of track circuit sort circuit incapacity due to a rust is necessary for side line in station yard, coast line and level crossing for conventional line in rural line. Domestically, Axle Counter System(ACS) ...
A track circuit has used stably more than 100 years for detecting train position, but solution of track circuit sort circuit incapacity due to a rust is necessary for side line in station yard, coast line and level crossing for conventional line in rural line. Domestically, Axle Counter System(ACS) has partially used for Hot Box System for high speed line and turnout for CBTC system. In contrast, most of countries has used ACS not only trunk line but also rural line and its application has increased for metro, electric car and industrial railway. In this paper, we has verified the operating status of ACS which installed with existing track circuit through log analsis to implement pilot application in mail track and turnout in station yard. And interface test with interlocking system has conducted at Obong shunting yard, as well as Cheongju station and has analyzed test result. Based on a test result, we made fail safe design, manufacturing skill and established system requirement specification for the smooth operation and maintenance.
A track circuit has used stably more than 100 years for detecting train position, but solution of track circuit sort circuit incapacity due to a rust is necessary for side line in station yard, coast line and level crossing for conventional line in rural line. Domestically, Axle Counter System(ACS) has partially used for Hot Box System for high speed line and turnout for CBTC system. In contrast, most of countries has used ACS not only trunk line but also rural line and its application has increased for metro, electric car and industrial railway. In this paper, we has verified the operating status of ACS which installed with existing track circuit through log analsis to implement pilot application in mail track and turnout in station yard. And interface test with interlocking system has conducted at Obong shunting yard, as well as Cheongju station and has analyzed test result. Based on a test result, we made fail safe design, manufacturing skill and established system requirement specification for the smooth operation and maintenance.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
상기 문제점을 해결하기 위해 국내외 사용되는 것이 차축카운터시스템(Axle Counter System)이다. 본 연구는 일반철도 구간의 궤도단락 불능해소 및 지선구간의 운영 및 유지보수 효율화를 위한 차축카운터시스템의 개발 및 실용화를 위해 개발단계에서의 설계 및 기술 요구사항을 검토하고 현장시험 및 설치결과 피드백을 통해 향후 국산화 및 실용화 시 고려할 사항 등에 대해 제시하고자 한다.
ACS는 크게 자속의 변화를 전기적으로 바꾸는 휠센서 부분, 전기적 신호를 가지고 차륜의 수를 세는 카운터 부분, 일정구간의 차륜의 입출력 수를 계산하여 열차유무를 판단하는 Evaluator 부분으로 구성된다. 본 연구에서는 해외 ACS 제작사의 사양 및 기술을 검토하고 휠센서 부분을 제외한 장치는 국산화 개발을 통해 독자적인 모델로 구성하였다.
제안 방법
그러나 발생되는 진동에 의해 느슨하게 되는 경우와 외부충격에 의해 파손되는 경우도 센싱에 영향을 주게 되어 정확한 계수가 이루어지지 않으므로 이를 감지하여 시스템에 표시하여야 한다. ACS 구성품의 기본 요구사항 및 주요기능은 해외 제작사와 비교 검토하여 국산화, 성능 및 유지보수 향상을 위한 기능 및 요구사항을 정립하고 일반철도 역 구내 및 건널목에 적합한 ACS를 다음과 같이 제작하였다.
궤도로직을 담당하는 MPU에서는 외부장치와 인터페이스를 위해 통신이나 계전기출력보드를 통해 접접방식으로 처리한다. 또한 MPU와 SIU는 내부통신으로 CAN을 사용하였으며 전원의 안정화를 위해 2중 형태로 하였다. Fig.
또한, 센서의 탈착 및 센서 이상시에 Fail-safe 동작이 가능하도록 근접센서를 추가하여 설치하였으며 정상적으로 동작하는 것도 확인하였다.
또한, 역무실 운영자가 ACS의 동작상태를 볼 수 있도록 운영실의 표시제어부의 화면을 수정하였다. 청주역에 설치한 궤도로직장치의 로그를 분석한 결과, 열차운행 시 진동에 의해 고정핀이 풀리는 경우가 일어나 휠 카운터의 오류가 생긴 경우가 발생되었다.
오봉역에서 기본적인 기능시험을 완료하고 연동장치와의 인터페이스 시험을 위해 청주역 53호 분기기에서 ACS 추가 현장설치 시험을 하였다. 연동장치와 연계시켜 동작하도록 계전기구동모듈과 계전기를 추가로 설치하여 연동장치로그와 비교할 수 있도록 하였다.
오봉역에서 기본적인 기능시험을 완료하고 연동장치와의 인터페이스 시험을 위해 청주역 53호 분기기에서 ACS 추가 현장설치 시험을 하였다. 연동장치와 연계시켜 동작하도록 계전기구동모듈과 계전기를 추가로 설치하여 연동장치로그와 비교할 수 있도록 하였다.
차륜계수치의 로직은 일반적으로 운행선에 설치된 휠 센서에서는 연속적인 펄스로 입력되어 계수하는데 문제가 발생되지 않지만 본 연구의 대상인 일반철도 지선구간인 기지나 또는 입환을 할 경우에는 휠센서의 위에서 정지할 수도 있고, 어느 하나에서만 신호가 발생할 수가 있다. 이러한 경우는 발생빈도가 낮지만 열차운영에 있어 무시할 수 없으며, 계수로직을 수정하여 처리하였다.
청주역에 설치한 궤도로직장치의 로그를 분석한 결과, 열차운행 시 진동에 의해 고정핀이 풀리는 경우가 일어나 휠 카운터의 오류가 생긴 경우가 발생되었다. 이를 보완하기 위해 고정핀의 개선 및 센서의 탈착 및 센서 이상 시에 Fail-safe 동작이 가능하도록 근접센서 및 Fail-safe 회로를 추가하여 시험 설치하였으며 정상적으로 동작하는 것도 확인하였다.
차륜의 표준 최저치는 25mm이며 차륜의 최대 마모한계는 13mm이지만 이보다 가혹한 조건을 감안하여 여유분을 설정하고 휠센서가 손상이 되지 않아야 한다. 차축의 최대 이동범위는 Slack 30mm / R250m이며 표준궤간의 여유는 10mm 정도지만 차륜의 마모도 감안하여 센싱에 실패하지 않도록 설계하였다.
차축카운터시스템의 설계사양 및 기본 기술 요구사항 (SRS)를 정립하고, 일반철도 구간의 현장시험을 국내에서 입환이 가장 많고, 환경 제약이 심한 경부선 오봉기지역에서 시행하였다. 센서 6개를 이용한 2개 궤도회로(4T 및 5T)와 분기기(36호, 65호의 35T 및 58T)에 시험설치를 하였다.
대상 데이터
차축카운터시스템의 설계사양 및 기본 기술 요구사항 (SRS)를 정립하고, 일반철도 구간의 현장시험을 국내에서 입환이 가장 많고, 환경 제약이 심한 경부선 오봉기지역에서 시행하였다. 센서 6개를 이용한 2개 궤도회로(4T 및 5T)와 분기기(36호, 65호의 35T 및 58T)에 시험설치를 하였다.
성능/효과
1) 진입, 진출하는 차량의 차축카운터 비교 및 정보를 표시하되 일치할 경우에만 개통표시, 불일치할 경우 점유 및 고장으로 표시하여야 한다.
본 연구를 통하여 차축카운터시스템 개발 및 현장설치를 통해 한국철도 환경에 적합하도록 Fail-Safe 및 유지보수성 향상을 고려한 설계로설비의 신뢰성 및 안전성이 확보되었다고 판단되며 국내기술을 통한 개발품의 실용화 및 제작·공급 및 유지보수를 할 수 있게 되었다.
오봉기지역에 설치한 궤도로직장치의 ACS 로그를 분석한 결과, 주행 시에는 휠 카운터의 에러가 발생치 않았으나 센서 위에 열차가 정지하였을 경우에는 차량의 추가나 분리시 충격에 의해 순간적으로 진행방향이 왕복을 하는 경우가 발생하는 것을 알 수 있었으며, 이에 내부 SW로직을 보안하여 휠카운터의 오류를 방지하였으며, 이후 정상적으로 동작함을 확인하였다.
후속연구
향후 일반철도 구간에서 현장시험을 확대하여 보다 신뢰성 있고 안전적인 성능확보, 그리고 다양한 현장의 환경조건 및 사용자 요구사항을 반영하여 해외시장에서도 경쟁할 수 있도록 시스템 최적화가 필요할 것이다. 그러나 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability, Safety) 인증, Fail-Safe 설계확인 등 안전성의 검증 및 인증에는 많은 비용이 소요되므로 이를 위해서는 정부와 산학연 상호 협력을 통해 실용화 및 국산화의 시기를 앞당겨야 하겠다.
차축카운터시스템은 일반철도 구간의 역 구내, 측선 및 지선 등 녹 발생으로 인한 단락불능 개소 및 전기적신호를 사용하기가 어려운 곳에서 필수적인 장치이고, 최근 열차신호시스템인 ETCS, 통신기반제어시스템 (CBTC)에서도 반드시 필요한 장치이다. 아울러, 장기적으로는 지선 구간의 궤도회로 대용으로 유지보수비 및 운영비의 감소로 Cost-Effective 유지보수 실현도 가능할 것으로 예측된다.
본 연구를 통하여 차축카운터시스템 개발 및 현장설치를 통해 한국철도 환경에 적합하도록 Fail-Safe 및 유지보수성 향상을 고려한 설계로설비의 신뢰성 및 안전성이 확보되었다고 판단되며 국내기술을 통한 개발품의 실용화 및 제작·공급 및 유지보수를 할 수 있게 되었다. 향후 일반철도 구간에서 현장시험을 확대하여 보다 신뢰성 있고 안전적인 성능확보, 그리고 다양한 현장의 환경조건 및 사용자 요구사항을 반영하여 해외시장에서도 경쟁할 수 있도록 시스템 최적화가 필요할 것이다. 그러나 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability, Safety) 인증, Fail-Safe 설계확인 등 안전성의 검증 및 인증에는 많은 비용이 소요되므로 이를 위해서는 정부와 산학연 상호 협력을 통해 실용화 및 국산화의 시기를 앞당겨야 하겠다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
궤도회로 기술의 장점은 무엇인가?
궤도회로 기술의 장점은 시스템에 리셋장치 또는 절차가 필요하지 않는 점이다. 반면에 궤도회로가 신뢰할 수 있는 레일단락의 확인을 20%에서 최대로 60%까지 보장하지 못하고, 실제로 일어날 수 있는 궤도결함의 대다수가 레일 단락이 발생하기 전에 이미 검지되고 있음으로 UIC(International Union of Railways)에서 보여준다.
궤도회로의 이용은 어떤 한계가 있는가?
궤도회로의 이용은 오늘날 여전히 널리 보급되어 있으나, 이 기술은 정보의 범위와 ETCS(Europe Train Control System), CBTC(Communication Based Train Control) 등 최첨단 열차제어시스템 도입 시 기술적 한계로 인해 최근 철도운영기관에서 궤도회로의 대체기술인 차축카운터 기술 도입을 검토하고 있다.
참고문헌 (7)
A Study on the Solution of Track Circuit Short Circuit Incapacity
Acceptance of the axle counting system ACS2000, Frauscher
Digital Axle Counter, ALTPRO
Axle Counting System, TIEFENBACH
NS-MSDAC System Specs, Nippon Signal
EBI Track 2000, Axle counter system of SOL-3 type, Bombardier
Teaching Notes on Axle Counter & IBS Signal & Telecommunication training Centre, Byculla, Mumbai (ISO 9001-2000 Certified)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.