[논문]열차집중제어장치와 전철 SCADA 장치간 정보전송을 위한 프로토콜 구조 연구

황종규; 이재호; 윤용기

열차집중제어장치와 전철 SCADA 장치간 정보전송을 위한 프로토콜 구조 연구
A Study on Communication Protocol for Interface between CTC and SCADA System 원문보기

황종규 (한국철도기술연구원) , 이재호 (한국철도기술연구원) , 윤용기 (한국철도기술연구원)

철도 신호제어장치들은 각자 고유의 기능을 수행하면서 각 장치간 통신링크를 통하여 하나의 신호제어시스템을 구성하고 있다. 특히 철도청에서 통합 CTC 시스템을 구축하면서 신호제어시스템 이외의 SCADA나 여객정보안내 시스템 등 외부설비들과의 인터페이스를 통해 기존의 열차제어 기능만을 수행하는 것에서 타 시스템과의 디지털 통신을 통한 종합적인 정보시스템으로 발전하고 있다. 이러한 CTC장치와 외부설비들간의 인터페이스는 철도정보시스템의 발달에 따라 매우 중요한 부분이 되고 있다. 또한 철도청의 주요 노선들이 전철화되어감에 따라 SCADA 장치의 중요성이 증가하고 있으며, 전차선의 가압상태를 CTC에서 파악하는 것은 열차의 안전은행에 있어서 매우 중요하다. 이에 따라 본 논문에서는 기존의 도시철도, 경부고속철도 등의 프로토콜의 분석을 바탕으로 철도청 통합 CTC와 SCADA 장치간 통신을 위한 프로토콜 구조를 제안한다.

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문제 정의

본 논문에서는 최근 들어 인터페이스 필요성이 증대되고 있는 CTC 장치와 SCADA 장치 사이의 통신 프로토콜 구조에 대해 연구하였다. 이를 위해 기존의 여러 시스템에 적용되고 있는 프로토콜들을 분석하였으며, 또한 운영기관과 제작사의 의견수렴 등을 통해 철도청 통합 CTC와 SCADA 장치간 통신 프로토콜 구조를 제안하였다.
이러한 CTC 시스템과 인터페이스가 필요한 외부설비들 중 본 논문에서는 철도청 통합 CTC장치와 SCADA 장치와의 인터페이스를 위한 프로토콜 구조를 연구하였다. 이를 위해 기존의 도시철도 시스템들과 경부고속철도 시스템의 프로토콜들을 분석하였다.
이를 위해 기존의 도시철도 시스템들과 경부고속철도 시스템의 프로토콜들을 분석하였다. 이러한 분석들을 토대호 철도청 통합 CTC와 SCADA 장치간 통신을 위한 프로토콜 구조를 연구하였다

제안 방법

하지만 통신서버를 별도로 두고 각각에 방화벽을 설치하고 그리고 라우터를 통해 인터페이스 함으로써 CTC로 대표되는 신호시스템과 전력 SCADA 시스템과는 완전히 분리되도록 하여 네트워크에 의한 인터페이스에 있어서의 보완문제를 해결할 수 있다. CTC 시스템은 전력 SCADA 장치로부터 열차 운행에 필요한 급전구간의 상태정보를 수신하기 위해 인터페이스 되며, 불통구간 발생 시 열차운행관리에 활용하도록 하였다. 다음은 본 연구를 통해 제시한 두 장치 사이의 통신 프로토콜의 구조를 간략하게 설명한 것이다.
또한 CTC에서 SCADA 장치로 전송되는 메시지는 열차의 점유된 전차선의 섹션 정보와 열차 번호를 동시에 전송되도록 하였다. 그리고 반대로는 섹션별 전차선의 가압상태 정보를 CTC로 전송되도록 하였다.
송수신 메시지의 에러검사를 위해서 CRC-16 코드를 사용하였으며, 또한 두 장치사이에 정보전송은 CTC나 SCADA 장치에서 상태정보가 변경될 경우마다 전송되도록 하지 않고, B 방식과 같이 모든 상태 정보를 주기적으로 전송되도록 하였다. 또한 CTC에서 SCADA 장치로 전송되는 메시지는 열차의 점유된 전차선의 섹션 정보와 열차 번호를 동시에 전송되도록 하였다. 그리고 반대로는 섹션별 전차선의 가압상태 정보를 CTC로 전송되도록 하였다.
송수신 메시지의 에러검사를 위해서 CRC-16 코드를 사용하였으며, 또한 두 장치사이에 정보전송은 CTC나 SCADA 장치에서 상태정보가 변경될 경우마다 전송되도록 하지 않고, B 방식과 같이 모든 상태 정보를 주기적으로 전송되도록 하였다. 또한 CTC에서 SCADA 장치로 전송되는 메시지는 열차의 점유된 전차선의 섹션 정보와 열차 번호를 동시에 전송되도록 하였다.
이러한 다른 시스템에 적용되고 있는 기존의 프로토콜들의 분석과 운영기관의 의견수렴 등을 거쳐 두 장치 사이의 전송되어야 할 메시지를 도출하였다. 또한 인터폐이스 방식은 Ethernet 기반의 네트워크에 의한 통신방식을 적용하는 것으로 하였다.
연구하였다. 이를 위해 기존의 도시철도 시스템들과 경부고속철도 시스템의 프로토콜들을 분석하였다. 이러한 분석들을 토대호 철도청 통합 CTC와 SCADA 장치간 통신을 위한 프로토콜 구조를 연구하였다
구조에 대해 연구하였다. 이를 위해 기존의 여러 시스템에 적용되고 있는 프로토콜들을 분석하였으며, 또한 운영기관과 제작사의 의견수렴 등을 통해 철도청 통합 CTC와 SCADA 장치간 통신 프로토콜 구조를 제안하였다. 이 프로토콜을 기반으로 하여 이들 두 장치간의 점유한 열차번호 정보, 전차선 구간의 가압정보 등이 교환됨으로 인해 CTC에서는 보다 안전하게 열차운행 제어가 가능하게 되고, 또한 SCADA 장치에서는 열차의 운행 상태 정보를 통해 보다 효율적인 시스템의 운용이 가능해 질 수 있을 것으로 기대된다.
철도청의 통합 CTC 시스템과 SCADA 시스템과의 인터페이스를 위한 정보전송방식의 도출을 위해 우선적으로 각 지자체들이 운영하고 있는 도시철도 시스템과 경부고속철도 시스템에서 이들 두 장치사이의 통신 프로토콜을 조사하였다. 대부분의 시스템들이 이들 두 장치 사이의 인터페이스를 위해 시리얼 통신을 사용하고 있었으며, 에러제어 방법이나 전송 메시지 프레임 포맷도 서로 다른 것으로 분석되었다.

후속연구

이를 위해 기존의 여러 시스템에 적용되고 있는 프로토콜들을 분석하였으며, 또한 운영기관과 제작사의 의견수렴 등을 통해 철도청 통합 CTC와 SCADA 장치간 통신 프로토콜 구조를 제안하였다. 이 프로토콜을 기반으로 하여 이들 두 장치간의 점유한 열차번호 정보, 전차선 구간의 가압정보 등이 교환됨으로 인해 CTC에서는 보다 안전하게 열차운행 제어가 가능하게 되고, 또한 SCADA 장치에서는 열차의 운행 상태 정보를 통해 보다 효율적인 시스템의 운용이 가능해 질 수 있을 것으로 기대된다.

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