열차용 선로변의 정보처리모듈 다중화에 따른 절체 시스템 및 그 방법{The method of Multi-Monitoring and Automatic Switching system for Trackside Signal Processing Modules in Railroad}
도 1은 일반적인 열차 제어 시스템의 구성도. 도 2는 본 발명의 실시예로 열차용 선로변의 정보처리모듈 다중화에 따른 절체 시스템의 구성도. 도 3은 본 발명의 실시예로 다중 마이크로 프로세스로 이루어진 제어부의 상세 블럭도. 도 4는 본 발명의 실시예로 프론트측(front)의 백프레인 구조도. 도 5는 본 발명의 실시예로 리어측(rear)의 백프레인 구조도. 도 6은 본 발명의 실시예로 열차용 선로변의 다중화 정보처리모듈에 대한 다중화 감시 개념도. 도 7은 본 발명의 실시예로 열차용 선로변의 다중화 정보처리모듈에 대한 감시 및 절체 방법을 보인 흐름도. 도 8은 본 발명의 실시예로 열차용 선로변의 다중화 정보처리모듈에 대한 절체의 상세 흐름도. *도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* 11; 제어부 12; 절체부 13; 통신제어부 14; 네트워크 주소 설정부 15; 표시부 21; 수신버퍼 22; 송신버퍼 23; 경로선택부 100; 절체제어모듈 200; 다중통신모듈 300; 전원공급모듈 400; 중앙관제처리부 500; 백플레인
본 발명은 열차(예; 고속철도, 지하철, 일반철도)용 선로변의 정보처리모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선로변의 정보처리모듈(선로변 신호제어기, 선로 전환기)에 대한 고장 발생시 열차의 운행이 중지되는 것을 방지할 수 있도록 하는 열차용 선로변의 정보처리모듈 다중화에 따른 절체 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 열차 제어 시스템(TCS; Train Control System)(1)은 도 1에서와 같이 열차자동제어장치(ATC; Automatic Train Control)(2), 열차집중제어장치(CTC; Centralized Traffic Control)(3), 그리고 연동장치(IXL; Interlocking)(4)로 구분되며, 이는 네트워크를 통해 서로 연결되는 구조를 이룬다. 여기서, 열차제어시스템(1)의 하위 시스템인 연동장치(4)는 역의 기계실과 연동 기계실(IEC), 옥외 기구함(OT)에 설치되는 것으로, 이는 중앙레벨(CL; Central Level)과 현장레벨(LL; Local Level), 그리고 선로변 레벨(TL; Trackside Level)의 정보처리모듈로 구분된다. 이때, 상기 현장 레벨의 정보처리모듈은 전기적인 데이터 링크 모듈(EDLM) 또는 광 데이터 링크 모듈(ODLM)에 의해 네트워크를 구성하고 있으며, 각 데이터 링크 모듈당 최대 6대의 정보처리모듈을 제어할 수 있는 것이다. 상기 데이터 링크 모듈과 선로변 정보처리모듈의 통신 방식은 RS-485 드라이버를 근간으로 하는 비표준 전류루프(current loop) 방식의 1대 1 통신을 사용하며, 네트워크 상에서 고유의 주소는 번지 구성 보드(address configuration board)에서 8진법(Octal)의 스위치로 세팅하여 운용된다. 즉, 상기의 선로변 정보처리모듈은 열차의 진로를 안전하게 구성하여 주고 열차 승무원에게 운전조건을 제시하여 주는 설비로서, 신호기와 선로 전환기 등을 상호 연동시켜 주는 것으로, 이는 열차의 수송 안전, 정확, 신속의 목적을 달성하기 위한 것이다. 즉, 상기 선로변 정보처리모듈은 정차장 구내에서 원활한 열차운전을 지원하기 위하여 신호기, 선로전환기 등의 상호간에 전기적 또는 기계적인 방법에 의하여 연동을 시행하는 장치이다. 그러나, 상기의 연동장치(4)에 포함되는 선로변 정보처리모듈은 한 개의 모듈에 의해 DC 또는 AC 입출력 특성을 갖는 제어대상을 갖는 것으로, 고장 방지 기 능이 전혀 구비되어 있지 않았다. 즉, 종래의 선로변 정보처리모듈은 신호 오류 발생시 그 오류의 원인이 제어장치의 고장인지 또는 전송선로의 고장인지 확인할 수 있는 어떠한 수단도 강구되어 있지 않으므로, 오류 발생의 원인을 확인하기 위한 시간이 장시간 소요되었음은 물론 오류로 인한 사고를 미연에 방지하지 못하는 문제점을 초래할 수 밖에 없었다. 이에따라, 상기 선로변 정보처리모듈의 고장이 발생하는 경우, 종래에는 열차 신호 시스템 전체에 영향을 끼쳐 막대한 경제적, 사회적 손실, 더 나아가서는 인명의 손상까지도 초래할 수 있으며, 이에 따르는 비용도 매우 크므로 그 파급효과는 매우 심각할 수 밖에 없다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 철도 신호 시스템의 근간을 이루는 선로변 정보처리모듈을 다중화시킨 후 그 다중화된 선로변 정보처리모듈의 이상유무를 실시간으로 모니터링한 상태에서, 하나의 정보처리모듈에서 고장이 발생하는 경우 이를 신속히 검출하여 다중화를 이루는 다른 정보처리모듈로 자동 절체가 이루어지도록 함으로써, 선로변 정보처리모듈의 고장으로 인한 열차 운행 정지를 방지하고, 정보처리모듈의 고장으로 인한 경제적, 사회적 손실을 예방할 수 있도록 하는 열차용 선로변의 정보처리모듈 다중화에 따른 절체 시스템 및 그 방법을 제공하려는데 목적이 있는 것이다.
상기 목적 달성을 위한 열차용 선로변의 정보처리모듈 다중화에 따른 절체 시스템은, 다중화된 선로변의 정보처리모듈; 상기 다중화된 선로변의 정보처리모듈들을 실시간 모니터링하여 이상유무를 판별하고 그 결과에 의해 정상적인 상태의 정보처리모듈로 자동 절체가 이루어지도록 하는 절체제어모듈; 및, 상기 다중화된 선로변의 정보처리모듈과 절체제어모듈, 그리고 선로변 중앙관제처리부의 통신을 연결하는 다중통신모듈; 을 포함하여 구성함을 특징으로 한다. 그리고, 상기 열차용 선로변의 정보처리모듈 다중화에 따른 절체 시스템에 의해 구현되는 절체 방법은, 선로변 중앙관제처리부로부터 다중의 통신망을 통해 2개의 메세지가 각각 다중의 마이크로 프로세스로 전송시 그 메세지에 의해 다중 마이크로 프로세스가 연산동작하고 그 연산결과를 비교하는 제 1 단계; 상기 비교결과 다중 마이크로 프로세스의 연산동작이 서로 일치하면 다중 정보처리모듈의 송신메세지 작성을 위한 제어명령을 출력하고, 서로 일치하지 않으면 고장 또는 오동작하는 정보처리모듈에서 정상적인 정보처리모듈로 자동 절체시켜 출력을 유지시키는 제 2 단계; 로 진행함을 특징으로 한다. 이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명의 실시예로 열차용 선로변의 정보처리모듈 다중화에 따른 절체 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예로 다중 마이크로 프로세스로 이루어진 제어부의 상세 블럭도 이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열차용 선로변의 정보처 리모듈 다중화에 따른 절체 시스템은 선로변의 중앙관제처리부(400)와 통신하는 것으로, 정보처리모듈(M1,…,Mn), 절체제어모듈(100), 다중통신모듈(Tx/Rx Driver Module)(200), 그리고 전원공급모듈(300)을 포함한다. 상기 정보처리모듈(M1,…,Mn)은 선로변의 정차장 구내에서 원활한 열차운전을 지원하기 위하여 신호기, 선로전환기 등의 상호간에 전기적 또는 기계적인 방법에 의하여 연동을 시행하는 장치로, 하나의 모듈 고장시 다른 정상적인 모듈로의 절체가 이루어질 수 있도록 다중화 상태로 구성된다. 상기 절체제어모듈(100)은 상기 다중화된 선로변의 정보처리모듈(M1,…,Mn)들을 실시간 모니터링하여 이상유무를 판별하고 그 결과에 의해 정상적인 상태의 정보처리모듈로 자동 절체가 이루어지도록 구성되며, 제어부(CPU Module)(11), 절체부(Isolation I/O Selection Module)(12), 통신제어부(Protocol Driver)(13), 네트워크 주소 설정부(Configure Module)(14), 그리고 표시부(LED Driver)(15)를 포함한다. 상기 제어부(11)는 선로변 중앙관제처리부(400)로부터 명령메세지를 다중통신모듈(200)을 통해 전송받아 수행한 후 그 결과 보고 메세지(전보)를 상기 선로변 중앙관제처리부(400)로 전송하는 한편, 상기 수신된 제어 메세지와 송신하는 메세지를 비교 분석하여 다중화된 정보처리모듈(M1,…,Mn)의 고장여부를 판별하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 제어부(11)는 2 out of 2 voting(2 프로세스) 또는 2 out of 3 voting(3 프로세스)이 가능한 다중의 마이크로 프로세스로 구성되며, 본 발명 의 일실시예에서는 도 3에 도시된 바와같이 이중화된 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)에 대하여 설명한다. 상기 절체부(12)는 상기 제어부(11)의 제어에 따라 고장 또는 오동작이 감지되는 정보처리모듈(M1,…,Mn)의 출력을 정지 및 회수하고, 정상적인 동작의 정보처리모듈(M1,…,Mn)로 자동 절체시켜 출력을 유지시키도록 구성되며, 다중화된 정보처리모듈(M1,…,Mn)이 모두 고장 또는 오동작할 경우 고장 메세지가 선로변의 중앙관제처리부(400)에 그대로 전달되도록 상기 제어부(11)의 제어를 받아 자동 절체의 동작이 오프되는 것이다. 상기 통신제어부(13)는 상기 제어부(11)의 제어를 받아 상기 다중통신모듈(200)을 제어 관리하도록 구성된다. 상기 네트워크 주소 설정부(14)는 다중화된 선로변 정보처리모듈(M1,…,Mn)의 자동 절체에 따른 네트워크 주소를 설정하고 이를 상기 제어부(11)에 통보하도록 구성된다. 상기 표시부(15)는 다중화된 선로변 정보처리모듈(M1,…,Mn)의 자동 절체를 제어하기 위한 동작상태를 표시하도록 구성된다. 상기 다중통신모듈(200)은 상기 다중화된 선로변의 정보처리모듈(M1,…,Mn)과 절체제어모듈(100), 그리고 선로변 중앙관제처리부(400)를 통신으로 연결하도록 구성되며, 수신버퍼(Rx Buffer)(21)와 송신버퍼(Tx Buffer)(22), 그리고 경로선택부(23)를 포함한다. 이때, 상기 경로선택부(23)는 상기 제어부(11)의 제어에 따라 네트워크 주소 설정부(14)에 의해 설정되는 네트워크 주소로 자동 절체가 이루어진 선로변 정보처리모듈(M1,…,Mn)의 송신 통신경로를 선로변의 중앙관제처리부(400)와 제어부(11)로 안내하기 위해 구성된다. 상기 전원공급모듈(400)은 메인전원공급부에 의해 전원을 공급받은 후 이를 시스템 전체의 각 구성요소들이 필요로 하는 전원(예; 3.3V, 5.0V, 12.0V)을 공급하기 위해 구성된 것이다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 절체시스템은 도 4 및 도 5에서와 같이 도면부호 500으로 도시된 백프레인(backplane)에 의해 그 설치가 이루어지는데, 상기 백프레인(500)은 기존 선로변 정보처리모듈과의 용이한 인터페이스를 제공하도록 기존 1대1 시스템의 네트워크 데이터, 입출력 데이터, 전원 등을 공유 및 절체를 통합, 분배하는 것으로, 이는 정해진 작업시간(열차운행이 없는 시간)내에 확실하고 용이하게 절체시스템을 시공하기 위한 것이다. 즉, 상기 백프레인(500)은 기존 인터페이스에서 새로운 시스템으로의 인터페이스 연장을 위한 다수의 커넥터(501), 기존 모듈이 장착될 인터페이스(502), 감시 및 절체기가 장착될 인터페이스(503), 네트워크에서 해당 제어기의 고유 주소를 운용하기 위한 주소 구성 인터페이스(address configure interface)(504), 그리고 다중화 실현을 위한 신설모듈 인터페이스(505) 등이 설계되는 마더 버스 보드로 구성된다. 이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용을 첨부된 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 선로변의 정차장 구내에서 원활한 열차운전을 지원하기 위하여 신호기, 선로전환기 등의 상호간에 전기적 또는 기계적인 방법에 의하여 연동을 시행하는 선로변의 정보처리모듈(M1,…,Mn)을 다중화시킨 후, 상기 다중화된 정보처리모듈(M1,…,Mn)은 백플레인(500)을 이용하여 절체제어모듈(100) 및 다중통신모듈(200)와 통신연결한다. 더불어, 상기 백플레인(500)에는 전원공급모듈(300), 그리고 상기 다중통신모듈(200)과 통신 연결되는 선로변의 중앙관제처리부(400)를 연결시킨다. 그러면, 상기 선로변 중앙관제처리부(400)로부터 상기 다중통신모듈(200)에 포함되는 송신버퍼(22)를 통해 2개의 제어메세지가 각각 제어부(11)에 포함되는 다중의 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)로 전송되는 바, 상기 다중의 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)는 상기의 제어메세지에 따라 다중화된 선로변의 정보처리모듈(M1,…,Mn)을 제어하기 위한 연산동작을 수행하게 된다. 이때, 상기 이중화된 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)의 연산동작으로부터 산출되는 값은 상기 다중통신모듈(200)에 포함되는 수신버퍼(21)를 통해 선로변의 중앙관제처리부(400)로 리턴되는 바, 상기 선로변의 중앙관제처리부(400)는 상기 이중화된 연산결과의 값을 비교하게 되고, 그 비교결과 이중화된 연산값이 서로 일치하는 경우, 상기 선로변의 중앙관제처리부(400)는 다중 정보처리모듈(M1,…,Mn)의 송신메세지 작성을 위한 제어명령을 상기 절체제어모듈(100)로 출력하게 된다. 그러면, 상기 절체제어모듈(100) 내에서 다중화된 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)로 이루어진 제어부(11)는 절체부(12)를 오프 제어시키는 한편, 네트 워크 주소 설정부(14)로부터 초기 설정된 네트워크 주소에 따라 통신제어부(13)를 제어함으로써, 상기 다중화된 정보처리모듈(M1,…,Mn)들의 출력상태를 그대로 유지시키고, 그 유지상태는 표시부(15)를 통해 표시되도록 한다. 한편, 상기 선로변의 중앙관제처리부(400)는 상기 이중화된 연산결과의 비교값이 서로 일치하지 않을 경우, 상기 선로변의 중앙관제처리부(400)는 다중 정보처리모듈(M1,…,Mn)의 자동 절체를 위한 제어명령을 상기 절체제어모듈(100)로 출력한다. 그러면, 상기 절체제어모듈(100)내에서 다중화된 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)로 이루어진 제어부(11)는 절체부(12)를 온 제어시키는 한편, 네트워크 주소 설정부(14)로부터 자동 절체에 필요로 하는 네트워크 주소를 받아 통신제어부(13)를 제어함으로써, 상기 다중화된 정보처리모듈(M1,…,Mn)들의 출력상태를 오류가 발생된 정보처리모듈에서 정상적인 또 다른 정보처리모듈로 자동절체시키고, 그 절체상태를 표시부(15)를 통해 표시한다. 즉, 상기 절체제어모듈(100)내의 제어부(11)에 구성된 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)는 먼저 다중 정보처리모듈(M1,…,Mn)들의 제어권을 획득한 상태에서, 상기 다중 정보처리모듈(M1,…,Mn)들을 모니터링하여 모두 정상적인 동작상태인 경우에는 그 출력을 그대로 유지시키지만, 모니터 결과 다중화된 정보처리모듈(M1,…,Mn) 중에서 현재 동작중인 하나에 고장이 발생되는 경우, 상기 다중화된 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)는 다중화된 정보처리모듈(M1,…,Mn)에서 고장이 발생된 정보처리모듈의 출력을 차단하고 정상적인 정보처리모듈로 자동 절체가 이루어지도록 하는 제어신호를 절체부(12)에 출력한다. 그러면, 상기 절체부(12)는 상기 다중화된 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)의 제어에 따라 고장 또는 오동작이 감지되는 정보처리모듈의 출력을 정지 및 회수하는 한편, 정상적인 동작상태를 유지하는 정보처리모듈로 자동 절체시켜 열차운전을 지원하기 위한 신호기와 선로전환기 등의 상호간 출력을 유지시키게 되는 것이다. 즉, 상기 절체부(12)는 고장 또는 오동작하는 정보처리모듈이 발견되는 경우, 상기 고장된 정보처리모듈의 안전휴즈를 용해시킨 상태에서, 정상적인 정보처리모듈로의 자동 절체를 실시함으로써, 열차 운행에 필요로 하는 신호와 선로 전환기의 동작이 정지되는 것을 방지하게 되는 것이다. 이때, 상기 절체부(12)에 의해 고장이 발생된 정보처리모듈에서 정상적인 정보처리모듈로의 자동 절체가 이루어짐과 동시에, 상기 제어부(11)의 다중화된 마이크로 프로세스(MP1)(MP2)는 네트워크 주소 설정부(14)에 의해 자동 설정되는 네트워크 주소를 전송받은 후 그 네트워크 주소에 따라 다중통신모듈(200)에 포함되는 경로선택부(23)를 제어된다. 그러면, 상기 경로선택부(23)는 자동 절체에 의해 동작이 결정되는 정보처리모듈의 송신 통신 경로를 선로변의 중앙관제처리부(400)와 제어부(11)로 안내하게 되고, 이에 따라 상기 다중통신모듈(200)의 수신버퍼(21)와 송신버퍼(22)를 통해, 상기 선로변의 중앙관제처리부(400)와 절체제어모듈(100), 그리고 자동 절체된 정보처리모듈의 통신 연결이 이루어지면서, 열차 운행에 필요로 하는 신호와 선로 전환기의 제어는 정지 없이 그대로 유지될 수 있게 되는 것이다. 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 선로변 정보처리모듈을 다중화한 후 이상 유무에 따라 정상적인 정보처리모듈로의 자동 절체가 이루어지도록 한 것으로, 이를 통해 선로변 정보처리모듈의 고장에 의한 열차운행 중단을 방지함은 물론, 보수에 필요로 하는 시간낭비를 최소화하면서 열차 운행 신뢰성을 높여 운행지연에 따른 경제적인 손실을 예방하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 선로변 정보처리모듈 장애 발생시 자동으로 절체를 수행함으로써 유지보수의 편의성을 극대화하는 효과도 얻을 수 있는 것이다. |
