기관차의 통합 제어 시스템{INTERGRATED CONTROL SYSTEM OF LOCOMOTIVE}
본 발명은 수송 장비인 기관차의 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기관차의 엔진, 변속기, 구동계통, 제동계통 등 구동에 필요한 모듈들의 이상 상태를 감지하여 최적의 조건에서 운행되도록 통합 제어하는 기관차의 통합 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 제철소 등의 구내에서는 대량의 물량을 손쉽게 운송하기 위해 철도 차량인 기관차가 적용되고 있다. 이러한 기관차는 소정 궤도를 따라 형성된 철도 레일 위를 운행하면서 용선이나 원료, 제품을 수송하는데, 일반 철도 차량과는 달리 생산공정 계획에 맞추어 각 공장간에 발생되는 물동량에 최소의 장비 및 시설로 운행이 가능하고 장애 발생시 즉시 대처 가능한 시스템이 마련되어야 한다. 그렇기 때문에, 기관차 배차계획 적중률 향상은 물론 운행의 효율을 극대화시키기 위한 하나의 방법으로, 안전을 고려한 최적의 조건에서 운행되도록 하는 과제를 안고 있다.
본 발명은 상기한 과제를 달성하기 위해서 도출된 것으로서, 기관차의 엔진, 변속기, 구동계통, 제동계통 등 구동에 필요한 모듈들의 이상 상태를 감지하여 최적의 조건에서 운행되도록 통합 제어하는 기관차의 통합 제어 시스템을 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기관차의 통합 제어 시스템은, 수송장비인 기관차의 운행을 제어하는 시스템에 있어서, 기관차의 운행에 필요한 구동 장치들; 상기 구동 장치들의 상태를 각각 감지하는 복수의 센서들; 상기 구동 장치들에 대한 관련 정보로서 상기 구동 장치들을 동작시키는데 필요한 현재 동작 데이터를 수집하여 저장해 두고, 상기 구동 장치들의 이상 유무를 판단하기 위한 근거 데이터가 탑재된 메모리; 상기 복수의 센서들에 의해 감지한 신호를 입력받으면 상기 메모리에 저장된 데이터에 기초하여 이상 유무를 확인하고, 이상 발생시 해당 구동 장치를 자동 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 차량제어모듈; 및 상기 차량제어모듈로부터 확인한 이상 유무를 시각적으로 표시하고, 차량의 운행에 필요한 파라미터의 설정 및 변경이 가능하도록 사용자 인터페이스를 제공하는 표시부를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 차량제어모듈은, 상기 복수의 센서들과 전기적으로 연결하기 위한 센서 연결 단자가 마련되어 있으며, 상기 센서 입력 단자로 부터 입력되는 감지 신호를 변환하여 신호 처리하는 입력처리부와, 상기 입력처리부를 통해 처리된 신호와 상기 메모리에 저장된 데이터를 비교하여 이상 유무를 판단하고 처리하는 제어부, 및 상기 외부의 구동 장치들과 전기적으로 연결하기 위한 출력 연결 단자가 구비되고, 상기 제어부로부터 출력되는 제어신호를 해당 구동 장치로 출력시키는 출력부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 차량제어모듈은 상기 일련의 과정을 PLC(Programmable Logic Controller) 방식을 이용하여 제어할 수 있다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 구동 장치들은 엔진, 변속기, 제동장치, 살사장치, 표시등이나 기적과 같은 보조 장치 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 복수의 센서들은 엔진 센서, 속도 센서, 방향 센서, 제동 센서, 제어공기압 센서 등을 포함할 수 있다.
상기한 본 발명에 따르면, 기관차의 운행에 필요한 부속 장치 구성을 획기적으로 단순화할 수 있고, 입출력 카드를 범용화할 수 있어 유지 및 보수 등의 관리가 편리하며, 기관차의 운행 조작에 필요한 파라미터(parameter) 설정 및 변경이 용이한 효과가 있다. 또한, 기관차의 상태에 따라 최적의 조건에서 운행할 수 있도록 제어함으로써 기관차 제어 시스템의 신뢰성을 개선할 수 있고, 이로써 생산 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 실시예에서는 기관차의 운행 상태를 감지하여 이상 발생시 자동 제어 또는 원격 제어로 즉시 대처가 가능하고 이러한 기능을 PLC 방식으로 제어함으로써, 기존의 복잡한 전자 회로 기판(PCB)을 삭제시켜 부속 장치의 구성을 단순화시킴은 물론, 시스템의 신뢰성을 개선시킨 시스템의 구조를 구체적으로 개시하고자 한다. 본 실시예에서 언급하는 기관차는 제철소 등의 구내에서 대량의 물품을 수송하기 위한 수송 차량을 일 예로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 제철소 외 여러 생산 공장에서 물품의 가공 및 적재 등을 목적으로 운송하는 포괄적인 개념의 수송 철도 차량을 의미할 수 있다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템을 설명하기 위한 개념도이다. 본 발명의 실시예에 따른 기관차(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 소정 궤도를 따라 형성된 철도 레일(30) 위를 운행하면서 용선이나 원료, 제품을 수송하는 역할을 한다. 이러한 기관차(10)는 작업자가 직접 탑승하여 수동으로 조작함에 따라 운행될 수 있고, 또는 무인으로 운행될 수 있다. 이 경우, 작업자는 기관차(10)와 무선 통신이 가능한 무선제어기(20)를 이용하여 원격에서 조작하는 것이 가능하다. 예를 들면, 무선제어기(20)를 통해 기관차의 전진 또는 후진, 정지, 속도 제어, 보조 장치의 동작 등 주행과 관련한 각종 동작을 제어할 수 있다. 이때, 무선제어기(20)는 평상시 기관차를 운행시키고자 할 때 조작할 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따라 이상 발생시 이를 대처하기 위한 방안으로 조작이 필요할 때 수행할 수 있다. 이하, 기관차의 통합 제어 시스템에 대한 구성을 구체적으로 살펴보기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템(100)은, 도시된 것처럼 무선통신부(110), 수동입력부(120), 복수의 센서들(130), 입력처리부(140), 절환기(150), 차량제어모듈(160), 메모리(170), 출력부(180), 구동 장치들(190)로 구성될 수 있다. 추가로, 비상입력부(200) 및 표시부(210)를 포함할 수 있다. 무선통신부(110)는 외부의 무선제어기(도 1의 20)와 무선 통신을 통해 데이터를 수신할 수 있는 역할을 한다. 수동입력부(120)는 작업자가 직접 입력하여 기관차의 동작을 조작할 수 있는 조작 수단이 마련되어 있다. 복수의 센서들(130)은 기관차의 운행에 필요한 구동 장치들(190)의 상태를 감지한다. 본 실시예에서, 구동 장치들(190)은 엔진(191), 변속기(192), 제동장치(193), 기적(194) 또는 표시등(195)과 같은 보조 장치(도시하지 않음), 살사장 치(196) 등이 포함될 수 있으며, 이들의 상태를 감지하는 복수의 센서들(130)은 엔진 센서(센서1), 속도 센서(센서2), 제동 센서(센서3), 방향 센서, 제어공기압 센서 등이 포함될 수 있다. 엔진 센서는 구동 장치들(190) 중 엔진(191)의 회전수, 오일의 온도와 압력, 냉각수의 온도 등을 검출하여 엔진의 정지, 시동, 부하, 기동 상태 등을 감지한다. 속도 센서는 구동 장치들(190) 중 변속기(192)의 전압을 측정하여 과속이나 저속 등의 속도 상태를 감지한다. 제동 센서는 구동 장치들(190) 중 제동 장치(193)에 근접하게 구비되어 이의 상태를 감지한다. 방향 센서는 차량의 운행 방향(전진 또는 후진)과 정지 상태를 감지한다. 제어공기압 센서는 공기압 즉, 기관차의 구동 장치를 제어하기 위한 공기(이하, 제어 공기라 칭함)의 압력이 일정하게 유지되도록 감지한다. 이는 기관차의 모든 구동 장치가 제어공기의 압력으로 제어되는데, 이때 제어공기가 일정한 입력을 유지하지 못하면 차량을 운행할 수 없으므로 이를 감지하기 위함이다. 입력처리부(140)는 복수의 센서들(130)과 각각 전기적으로 연결하기 위한 센서 연결 단자(141)가 마련되어 있으며, 복수의 센서들(130)를 통해 감지된 감지 신호가 센서 연결 단자(141)를 경유하여 입력되면 이를 신호 처리하여 차량 제어 모듈(160) 측으로 전달한다. 비상 입력부(200)는 차량의 전자 제어 계통에 이상이 발생하여 운행이 불가능할 경우 차량제어모듈(160)을 직접 제어하며 비상 운전을 가능하게 한다. 절환기(150)는 스위칭 동작에 의해 수동 또는 원격 조작을 선택적으로 설정한다. 이때, 이의 설정 동작은 작업자가 수동으로 선택함에 따라 가능할 수 있다. 차량제어모듈(160)은 기관차의 시스템 전체를 제어하는 장치로서, 다양한 입력장치로부터 자료를 받아서 처리한 후 그 결과를 출력장치로 보내는 일련의 과정을 제어하고 조정하는 일을 수행한다. 이러한 의미에서 차량제어모듈(160)은 CPU(Central Processing Unit)의 일종일 수 있다. 구체적으로 설명하면, 차량제어모듈(160)은 절환기(150)가 설정된 상태에 따라 무선통신부(110) 또는 수동입력부(120)를 통해 입력되는 신호를 인가받아 신호 처리를 하며, 복수의 센서들(130)로부터 감지된 감지 신호를 인가받으면 메모리(170)에 저장된 데이터에 기초하여 이상 유무를 판단하고, 이상 발생시 해당 구동 장치를 자동 제어하기 위한 제어신호를 출력한다. 메모리(170)는 구동 장치들(190)에 대한 관련 정보로서 각 구동 장치들(190)을 동작시키는데 필요한 메인 프로그램과 파라미터(parameter) 즉, 현재 동작 데이터를 수집하여 저장해 두고, 각 구동 장치들(190)의 이상 유무를 판단하기 위한 프로그램 및 기준 데이터가 탑재될 수 있다. 현재 동작 데이터가 변경되면 실시간으로 갱신하여 기록될 수 있다. 이와 같이 메모리(170)에 수집되는 현재 동작 데이터는 현재 기관차의 운행 상태를 파악하는 데 필요한 데이터의 기준이 되며, 표시부(210)으로 출력되어 표시될 수 있다. 표시부(210)는 복수의 센서들(130)이나 구동 장치들(190)의 이상유무를 나타 내고, 운행중인 기관차에 이상이 발생한 경우 이를 표시하며, 비정상적인 조건을 입력하여 동작 상태를 시뮬레이션할 수 있는 기능을 포함하여, 차량의 운행에 필요한 파라미터의 설정 및 변경이 가능하도록 사용자 인터페이스를 제공한다. 이러한 표시부(210)는 LCD 및 PDP 등의 화면이나 모니터 등을 이용할 수 있으며, 여기에 터치스크린 기능이 추가될 수도 있다. 출력부(180)는 외부의 구동 장치들(190)과 전기적으로 연결하기 위한 출력 연결 단자(181)가 구비되고, 차량제어모듈(160)로부터 출력되는 제어신호를 해당 구동 장치들(190)로 출력시키는 역할을 한다. 상기한 출력부(180)와 입력처리부(140)는 경우에 따라 차량제어모듈(160)에 탑재되어 일체로 구비될 수 있으며, 구동 장치들(190) 및 복수의 센서들(130)의 종류와 관계없이 범용화가 가능하여 유지 및 보수 관리가 용이할 수 있다. 기존에는 각 구동 장치마다 전자 회로 기판(PCB)상에 입출력부가 별도로 탑재되어 하나의 모듈로 구비되었기 때문에 각 구동 장치별 입출력부를 별도로 관리할 수 밖에 없었다. 이러한 기존 구성에 비하면 본 발명은 구동 장치의 부속을 단순화시켰을 뿐만 아니라, 입출력부가 각 구동 장치와 무관하게 공용화할 수 있어 관리가 용이할 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템(100)은 입력처리부(140)와 차량제어모듈(160), 출력부(180) 및 메모리(170)로 구성되어 PLC(Programmable Logic Controller) 방식으로 제어할 수 있다. 따라서, 전자 회로 소자를 조절할 필요 없이 기관차의 운행 조작에 필요한 동작 파라미터의 설정 및 변경이 용이하다. 이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템(100)은 다음과 같은 다양한 기능을 PLC 방식으로 통합 제어할 수 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템은 차륜운행 상태 감지기능(210), 과속 보호 기능(220), 정지 감지 기능(230), 엔진 동작 감지 기능(240), 지정속도 제어기능(250), 원격 제어 기능(260), 경보 제어 기능(270), 명령 제어 기능(280) 등을 수행할 수 있다. 이러한 다양한 기능들은 기관차의 구동 장치들(190) 즉, 엔진(191), 변속기(192), 제동 장치(193), 기적(194)이나 표시등(195) 등의 보조 장치, 살사 장치(196)와 연계되어 기관차의 상태 및 이상 유무를 판단하고, 이상 발생시 작업자에 의한 수동/원격 제어 또는 자체적인 자동 제어를 통해 즉시 대처가 가능하다. 차륜운행 상태 감지기능(210)은 속도 센서를 통해 변속기(192)의 전압을 비교 분석하거나 또는 방향 센서를 통해 기관차(차륜)의 전진/후진/정지 상태, 활주(미끄러짐) 등 주행 상태를 감지하고 이를 처리한다. 만약, 기관차의 활주(미끄러짐 정도)가 심해지면 기관차의 주행을 정지시키기 위해 살사 장치(196)를 동작시킴으로써 모래를 살사시킬 수 있다. 여기서, 언급하는 살사 장치(196)는 기관차의 차륜에 활주(미끄러짐)이 현상이 발생할 경우 마찰력을 높이기 위해 레일에 모래를 뿌려주는 장치이다. 과속 보호 기능(220)은 속도 센서를 통해 감지된 속도에 근거하여 과속을 보호하는 기능을 한다. 이를 테면, 속도의 최대 허용 범위를 제한해 두어 최대 허용 범위에 벗어나게 되면 속도 증가를 못하도록 차단하거나 또는 정지시키는 동작을 수행할 수 있다. 정지 감지 기능(230)은 제동 센서를 통해 기관차의 제동 장치(193)의 동작 상태를 감지하고 기관차의 강제 정지가 필요할 때 이를 담당한다. 엔진 동작 감지기능(240)은 엔진 센서를 통해 엔진(191)의 회전수를 검출하여 엔진의 정지, 시동, 부하, 기동 상태 등을 감지하고, 이상 발생시 이를 알리기 위해 표시등(195) 또는 기적(194)을 동작시키도록 제어할 수 있다. 지정속도 제어기능(250)은 기관차가 지정된 속도로 운행하도록 속도 제어하는 기능을 담당한다. 속도 지정 기능은 일정 시간 또는 임의로 설정된 시간동안 수행할 수 있도록 지정할 수 있으며, 또는 다른 동작 설정이 입력될 때까지 유지할 수 있도록 지정할 수 있다. 원격 제어 기능(160)은 이상 발생시 원격으로 제어 가능하게 지원한다. 경보 제어 기능(270)은 이상 발생시 표시등(195) 또는 기적(194)과 같은 보조 장치의 동작을 제어하여 이상 발생 여부를 알린다. 명령 제어 기능(280)은 운전에 필요한 모든 조작스위치류를 통하여 입력된 명령을 처리한다. 이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템은 기관차의 상태를 감지하여 이상 유무 판단에 따라 자동 제어 또는 원격 제어로 즉시 대처가 가능하기 때문에 최적의 조건에서 운행할 수 있는 시스템의 환경을 제공할 수 있을 것이다. 이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기관차의 통합 제어 기능을 설명하기 위한 도면이다. ** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ** 10,100: 기관차 20: 무선제어기 30: 철도 레일 110: 무선통신부 120: 수동입력부 130: 복수의 센서들 140: 입력처리부 150: 절환기 160: 차량제어모듈 170: 메모리 180: 출력부 190: 구동 장치들 191: 엔진 192: 변속기 193: 제동장치 194: 기적 195: 표시등 196: 살사장치 |
