선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 수많은 장애 원인 중 대표적인 장애 발생원인 중 하나인 유선케이블에 대한 단점을 보완하고자 한다. 유선통신을 무선통신으로 대체함으로써 유선 케이블로 인해 발생할 수 있는 장애를 사전에 차단할 수 있다.
- 본 논문에서는 상기와 같은 세 가지 검증 목표를 고려하여, LTE-R 무선기술을 적용한 입환진로 표시기 제어시스템의 설계, 구현, 시험 및 검증의 결과를 기술하였다.
- 본 논문에서는 제시한 시스템에 대하여 세 가지 개발 목표 성능을 검증하였다. 첫 번째, 기능 목표는 LTE-R 기반 무선 제어기능을 수행하는 것이다.
- 본 논문에는 유선 케이블로 인해 발생할 수 있는 시스템 장애를 방지하기 위하여 유선 통신을 무선 통신으로 대체하는 방안을 제시하였다. 철도 지상 설비 중 제어신호선을 최대 32개까지 사용하는 설비인 입환지로표시기를 대상으로 하여 LTE-R 적용한무선 입환진로표시기를 개발하였다.
- 철도 지상 설비 중 제어신호선을 최대 32개까지 사용하는 설비인 입환지로표시기를 대상으로 하여 LTE-R 적용한무선 입환진로표시기를 개발하였다. 본 논문에서 제시한 시스템의 검증 목표는 LTE-R 기반 무선 제어기능 수행, 300msec 이내 제어정보 전송, MTBF가 100,000 시간 이상인 시스템을 구현하는 것이다.
제안 방법
- 입환진로표시기는 열차에게 입환되는 진로를 표시하는 장치로써, 제어를 위해 최대 32개의 유선 제어신호선이 지상에 포설되어야한다. 유선 제어신호선이 가장 많은 입환진로표시기를 대표적인 지상제어설비를 선정하여 LTE-R 기술을 적용한 무선화 제어시스템을 개발하였다.
- TTA에서는 ‘LTE 기반 철도 통신 시스템에 대한 요구사항’ 에서 열차제어정보 전송 지연시간을 300msec 이내로 정의하고 있다[7]. 세 번째, 신뢰성 분석은 MTBF(Mean Time Between Failure)가 100,000 시간 이상이 되는지 검증한다. 고속선 전자연동장치 개발을 위한 전국신호사업소를 대상으로 전자연동장치의 MTBF 요구사항에 대한 조사 결과 약 100,000 시간을 요구하고 있으므로[8], 지상제어설비중 하나인 입환진로표시기에도 동일하게 적용하였다.
- 기존 입환진로표시기는 표시하는 진로의 수만큼 제어신호케이블이 포설되어 전자연동장치와 연결되어 있다. 즉, 제어하고자 하는 진로표시에 할당된 제어신호케이블을 통하여 개별 신호를 인가하여 제어기능을 수행하였다. 제어신호변환장치는 제어신호케이블을 통해 입력되던 DC24V의 제어신호를 무선으로 수신하고 0과 1의 Digital 데이터로 변환한다.
- 기존 인터페이스(그림 3의 좌측)는 최대 32개의 제어신호케이블을 내포할 수 있는 반면 본 논문에서 제시한 무선 입환진로표시기(그림 3의 우측)는 제어신호케이블을 제거하고 철도 전용LTE를 사용함으로써 제어신호케이블이 내포하고 있는 단점을 보안하였다.
- 구현한 시스템을 검증하기 위하여 본 논문에서는 두 번의 시험을 걸쳐 기능 및 성능 시험을 수행하였으며, 신뢰성분석을 시행하였다.
- 시험 내용은 시스템 요구사항 및 관련규격 분석을 통한 기능 시험 15 항목에 대해서 시험하였다.
- 제시한 시스템을 검증하기 위하여 일차적으로 시뮬레이터를 이용한 기능검증 시험을 시행하였다.
- 시험 항목은 구현된 시스템의 주요 기능인 무선 입환진로표시기(SRD)과 제어신호변환장치(CSTD)의 무선 통신 기능과 통신 상태의 수집에 관련된 항목으로 선정하였다.
- 현장에서의 성능 시험을 위하여 나주역 신호기계실 내의 전자연동장치와 연결되어 있는 입환진로표시기를 이용하였다. 무선 입환진로표시기의 성능 검증은 구현된 시스템과 기존 사용 중인 입환진로기의 결과를 비교하였다.
- 현장에서의 성능 시험을 위하여 나주역 신호기계실 내의 전자연동장치와 연결되어 있는 입환진로표시기를 이용하였다. 무선 입환진로표시기의 성능 검증은 구현된 시스템과 기존 사용 중인 입환진로기의 결과를 비교하였다. 그림 8은 나주역 현장시험 구성을 도식화한 것이다.
- 시험은 총 34일간 일별, 주별로 연동시험을 진행하였다. 27L호(시험에 사용한 입환진로표시기)가 설치된 위치는 입환이 하루에 2회 발생한다.
- 신뢰성예측을 위해 사용한 고장률은 부품제조사가 제공하는 데이터를 활용하였으며, 제조사의 데이터가 유효하지 않을 경우 표 6과 같은 우선순위로 고장률을 예측하였다.
- 본 논문에서는 시스템 분류구조(LBS)를 도출하여 무선 입환진로표시기를 두개의 RBD(Reliability Block Diagram)로 표현하였다. LBS는 시스템의 RAM(Reliability availability maintainability)분석을 위해 기능 및 물리적 구조와 구성을 파악하며 RBD는 기능정의 및 분류를 통해 하부 장치를 수준별로 분류한다.
- 본 논문에는 유선 케이블로 인해 발생할 수 있는 시스템 장애를 방지하기 위하여 유선 통신을 무선 통신으로 대체하는 방안을 제시하였다. 철도 지상 설비 중 제어신호선을 최대 32개까지 사용하는 설비인 입환지로표시기를 대상으로 하여 LTE-R 적용한무선 입환진로표시기를 개발하였다. 본 논문에서 제시한 시스템의 검증 목표는 LTE-R 기반 무선 제어기능 수행, 300msec 이내 제어정보 전송, MTBF가 100,000 시간 이상인 시스템을 구현하는 것이다.
- 구현된 시스템의 시험을 위하여 기능시험을 위한 시뮬레이터를 통한 시험, 성능시험을 위한 현장 시험, 그리고 신뢰성분석을 통하여 시스템의 성능을 검증하였다. 첫 번째, LTE-R 기반 무선제어 기능시험을 통해 입환진로표시기의 무선제어 기능이 수행됨을 확인하였다.
- 첫 번째, LTE-R 기반 무선제어 기능시험을 통해 입환진로표시기의 무선제어 기능이 수행됨을 확인하였다. 무선데이터 수집장치를 통해 연결된 입환진로표시기의 통신상태, 동작상태 등을 원격 모니터링하여 LTE-R 기반무선화 기능을 검증하였다. 두 번째, 무선제어 신호전송에 대한 최대 지연시간(제어신호 송신부터 수신까지의 소요시간)은206ms 이내임을 확인하였으며, TTA 규격의 300ms 규격을 만족하는 것을 확인하였다.
대상 데이터
- 무선 데이터 수집장치는 무선 입환진로표시기 상태, 주기적 제어, 인터페이스 장치 제어 등의 데이터를 실시간으로 수집한다. 수집된 데이터는 유지보수 데이터베이스에 적재되며 GUI를 통하여 사용자에게 실시간 원격 모니터링 기능으로 제공된다.
- 수집된 데이터는 유지보수 데이터베이스에 적재되며 GUI를 통하여 사용자에게 실시간 원격 모니터링 기능으로 제공된다. 무선데이터 수집장치는 2.2.2절의 제어신호변환장치의 구성인 무선통신장치로부터 데이터 수신받는다. 무선데이터 수집장치가 수집하는 데이터의 내용은 표 3에 기술하였다.
- 본 논문에서 제시한 시스템이 직접 연결되는 전자연동장치는 역 구내에서의 열차 진로를 제어하는 핵심 장치이다. 따라서 구현된 시스템에 의해 발생된 어떠한 장애라도 연동장치에 영향이 미치지 않도록 3단계에 걸쳐 보호대책을 마련하였다.
- 본 논문에서 제시한 시스템은 무선 입환진로표시기, 제어신호변환장치, 무선데이터 수집장치로서, 각 장치에 대한 상세 구현 내용은 다음과 같다.
- 시뮬레이터를 이용한 기능 검증 시험을 위하여 그림 7과 같은 환경을 구성하였다. 무선통신장치가 탑재된 입환진로표시기 1대와 무선 입환진로표시기 시뮬레이터 4대, 제어신호변환장치, 무선데이터 수집장치를 설치하였다. 시험 내용은 시스템 요구사항 및 관련규격 분석을 통한 기능 시험 15 항목에 대해서 시험하였다.
이론/모형
- 신뢰성 분석은 각 하드웨어 모듈의 고장률을 예측하여 시스템의 수명을 분석하며, 각 하드웨어의 고장률은 모듈을 구성하는 부품의 고장률과 관련이 있다. 본 논문에서는 신뢰성 예측 도구 Relex Architect 2008을 사용하였으며, 부품의 고장률 예측 방법은 Telcordia Issue 2, Parts Count 기법을 사용한 이론적 계산법을 사용하였다.
성능/효과
- 본 논문에서 제시한 입환진로표시기 무선제어 시스템은 지상신호설비 중 제어신호선이 가장 많은 입환진로표시기를 대상으로 무선통신 기능을 융합한 시스템이다. 구현한 시스템은 1.
- 본 논문에서 제시한 입환진로표시기 무선제어 시스템은 지상신호설비 중 제어신호선이 가장 많은 입환진로표시기를 대상으로 무선통신 기능을 융합한 시스템이다. 구현한 시스템은 1.2절에 기술한 바와 같이 철도에서 장애 발생원인 중 대표적 원인 중 하나인 유선케이블에 대한 단점을 보완하고, 비용 절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.
- 27L호(시험에 사용한 입환진로표시기)가 설치된 위치는 입환이 하루에 2회 발생한다. 1회 입환 시 진로제어 및 진로 취소로 2회 진로제어가 발생하므로 총 136회의 동적 시험이 진행되었으며, 136회의동적시험 중 무작위로 10회를 추출하여 동작 성능을 확인하였다.
- 본 논문에서 제시한 무선 입환진로표시기의 경우 제어 후 결과 표출까지 최대 206ms, 최소 139ms, 평균 172.9ms 가 소요되었다.
- 본 논문에서는 고속선 전자연동장치 운용 전국신호사업소를대상으로 전자연동장치의 MTBF 요구사항에 대한 조사 결과인 100,000 시간을 목표로 시스템을 구현하였으나[8], CSTD_DIBoard와 상용 보드인 SRD_WCD_AT91 SAM9X25-EK 보드는 MTBF를 충족하지 못하는 것으로 확인하였다. MTBF 100,000시간의 뜻은 평균 무고장 시간이 100,000시간 이하라는 것을 의미한다.
- 구현된 시스템의 시험을 위하여 기능시험을 위한 시뮬레이터를 통한 시험, 성능시험을 위한 현장 시험, 그리고 신뢰성분석을 통하여 시스템의 성능을 검증하였다. 첫 번째, LTE-R 기반 무선제어 기능시험을 통해 입환진로표시기의 무선제어 기능이 수행됨을 확인하였다. 무선데이터 수집장치를 통해 연결된 입환진로표시기의 통신상태, 동작상태 등을 원격 모니터링하여 LTE-R 기반무선화 기능을 검증하였다.
- 무선데이터 수집장치를 통해 연결된 입환진로표시기의 통신상태, 동작상태 등을 원격 모니터링하여 LTE-R 기반무선화 기능을 검증하였다. 두 번째, 무선제어 신호전송에 대한 최대 지연시간(제어신호 송신부터 수신까지의 소요시간)은206ms 이내임을 확인하였으며, TTA 규격의 300ms 규격을 만족하는 것을 확인하였다. 세 번째, 신뢰성 분석 결과는 대부분의 구성품의 MTBF가 신뢰성 목표 시간인 100,000시간 이상인 것을 확인하였으나, 제어신호 변환장치의 CSTD_DI 보드와 입환진로표시기의 SRD_WCD 보드는 목표 시간에 미달 된 것으로 판명되었다.
- 두 번째, 무선제어 신호전송에 대한 최대 지연시간(제어신호 송신부터 수신까지의 소요시간)은206ms 이내임을 확인하였으며, TTA 규격의 300ms 규격을 만족하는 것을 확인하였다. 세 번째, 신뢰성 분석 결과는 대부분의 구성품의 MTBF가 신뢰성 목표 시간인 100,000시간 이상인 것을 확인하였으나, 제어신호 변환장치의 CSTD_DI 보드와 입환진로표시기의 SRD_WCD 보드는 목표 시간에 미달 된 것으로 판명되었다. CSTD_DI와 SRD_WCD는 철도신호 전용장치가 아닌 일반 상용 보드를 사용하였기 때문에 설계 목표를 충족하지 못하는 것으로 분석되었다.
- 세 번째, 신뢰성 분석 결과는 대부분의 구성품의 MTBF가 신뢰성 목표 시간인 100,000시간 이상인 것을 확인하였으나, 제어신호 변환장치의 CSTD_DI 보드와 입환진로표시기의 SRD_WCD 보드는 목표 시간에 미달 된 것으로 판명되었다. CSTD_DI와 SRD_WCD는 철도신호 전용장치가 아닌 일반 상용 보드를 사용하였기 때문에 설계 목표를 충족하지 못하는 것으로 분석되었다.
후속연구
- MTBF를 만족하지 못한 상용 부품인 SRD_WCD_AT91SAM9X25-EK의 경우 범용 보드로서 고장률을 높인 주요 단위부품들이 본 시스템에서 사용되지 않는 시리얼 트랜시버들이나 AC/DC 컨버터들이다. 이는 향후 본 시스템에 맞도록 최적화 작업을 통해 MTBF 목표에 맞도록 구현이 가능하다.
- 향후 열차에 대한 무선통신 기술이 발전함에 따라 지상신호설비들에 대한 무선통신 융합 기술이 발전할 것이다. 본 논문은 이와 같은 기술 발전의 기반이 될 수 있으며, 본 논문에서 제안한 시스템은 입환진로표시기 뿐만 아니라 다양한 지상신호설비들에 적용할 예정이다.
- 향후 열차에 대한 무선통신 기술이 발전함에 따라 지상신호설비들에 대한 무선통신 융합 기술이 발전할 것이다. 본 논문은 이와 같은 기술 발전의 기반이 될 수 있으며, 본 논문에서 제안한 시스템은 입환진로표시기 뿐만 아니라 다양한 지상신호설비들에 적용할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.