철도신호용 제어장치{CONTROLLER FOR CONTROLLING RAILROADSIGNAL}
본 발명은 철도신호용 제어장치 및 그 구동 방법에 대한 것이다.
본 발명은 철도신호용 제어장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 철도신호분야에서 사용되는 제어장치를 필요에 따라 단일계, 이중계 혹은 삼중계로 선택적으로 변환하여 운용할 수 있는 철도신호용 제어장치에 관한 것이다. 일반적으로 철도는 다수의 객차 또는 화차가 연결된 구조의 열차가 일정한 레일을 따라 운행하며 사람 또는 물건을 운반하는 중요한 교통수단이다. 이와 같은 철도의 운영을 위해서는 열차의 위치, 속도, 차간거리유지, 제동 등을 감시 또는 제어하기 위한 수많은 철도신호의 송수신이 이루어지며, 특히 마이크로프로세서(micro processor) 및 마이크로컨트롤러(micro controller)를 사용하는 내장형 제어기(Embedded Controller)는 열차의 간격제어 및 진로제어와 같이 운영신뢰성 및 안전성에 직접적인 영향을 미치는 제어를 담당한다. 따라서, 그와 같은 철도신호의 송수신을 통해 철도의 유기적이면서도 안정적인 감시 및 제어를 하기 위해서는 정확한 정보의 송수신이 필요함은 당연하다. 특히, 예를 들어 지상제어기로부터 동일 선로상에 이동하는 선행열차의 위치정보가 후행열차에 전송중에노이즈 등으로 인한 결함을 가진 상태로 후행열차의 차상제어기로 전송되는 경우 선행열차와 후행열차사이에 충돌 사고 등을 일으켜 대형 사고를 유발할 수 있다. 따라서, 상기 내장형 제어기로 전송되는 철도신호의 전송중 결함유무에 대한 판정은 매우 중요하므로, 이러한 철도신호 내장형 제어기의 고장을 검출하여 신뢰성과 안전성을 확보하기 위해 제어기를 이중계 혹은 삼중계 구조로 구성하고 있다. 이와 같은 이중계 구조로 이루어지는 제어장치의 일례가 도 1에 도시된다. 도 1에 의하면, 종래 일반적인 이중계 구조로 구성된 제어장치는 다른 제어장치에서 입력되는 철도신호의 입력(C)을 1계제어기(A)와 2계제어기(B)가 병렬로 입력받게 된다. 이때, 초기 설정으로 인해 1계제어기(A)가 동작계로 철도신호의 출력(E)을 발생하고, 2계제어기(B)는 대기계로 출력을 발생하지 않는 것이 기본동작이며, 1계제어기(A)에 결함이 발생하는 경우 2계제어기(B)가 철도신호의 출력(E)을 발생하여 이중계 구조의 제어장치의 안정성과 정확성 기능을 유지하게 된다. 따라서, 1계제어기(A)와 2계제어기(B)로 구성되는 이중계 구조의 제어장치에서 1계제어기(A)에서 결함(fault)이 발생하는 경우 2계제어기(B)가 철도신호를 출력(E)할 수 있도록 하기 위해, 2계제어기(B)는 1계제어기(A)의 결함유무 상태를 상시 감시해야 하며, 1계제어기(A) 역시 2계제어기(B)의 결함유무 상태를 감시한다. 이를 위해 상기 1계제어기(A)와 2계제어기(B)는 서로 상대측 제어기의 결함유무를 감시하기 위해 동작감시정보를 송수신하여 1계제어기(A)와 2계제어기(B)간에 계간통신(D)을 함으로써 가능해 진다. 따라서, 상기 이중계 구조를 가지는 제어장치의 계간통신의 원리는 1계제어기(A)에 결함이 발생하면 1계제어기(A)는 자기검사논리에 의해 차단되고, 1계제어기(A) 차단에 의해 계간통신(D)을 통해 2계제어기(B)로 전송되는 계간통신에는 아무 정보도 전송되지 않게 된다. 한편, 상기 2계제어기(B)는 이러한 1계제어기(A)의 계간 통신을 통해 수신하여 2계제어기(B)가 출력(E)을 발생하는 동작계로 전환된다. 이와 같은 구성에 의해 만약2계제어기(A)가 대기계이고, 1계제어기(B)가 동작계인 경우를 가정하면, 1계제어기(B)에 결함이 발생하면2계제어기(A)는 계간통신을 통해 1계제어기(B)에 결함이 발생하였음을 인식하게 된다. 하지만 이 경우1계제어기(B)는 정상동작하고, 2계제어기(A)의 통신에 결함이 발생하는 경우에도, 정상동작 중인1계제어기(B)를 고장으로 잘못 인식하여 대기계인2계제어기(A)가 철도신호의 출력을 발생하면, 이중계 제어장치의 최종 출력(E)은1계제어기(A)와 2계제어기(B)의 출력신호가 합성되어 출력됨으로 인해 예측할 수 없는 위험 동작을 하게 되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 이 경우 대기계로동작중이던2계제어기(A)가1계제어기(B)의 고장을 인식하면2계제어기(A)가 동작계로 전환되면서1계제어기(B)의 부정 출력을 방지할 목적으로 2계제어기(B)에 차단신호를 발생하는 구조로 이루어져 결함이 발생한2계제어기(A)가 동작계로 정상동작 중이던 1계제어기(B)를 차단하여 결과적으로 전체제어 장치가 차단되는 결과가 발생할 수 있는 문제점도 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 삼중계 시스템이 도입되어 다수결 투표에 의한 신호를 출력하도록 하여 더욱 안전한 제어를 할 수 있도록 제공되고 있다. 도2는 종래 다수결투표기를 사용하는 삼중계 시스템의 구성도이다. 도2를 참조하면, 각 투표를 입력하기 위한 복수의 모듈(a,b,c)과, 상기 복수의 모듈(a,b,c)로부터의 투표신호를 입력받아 다수결 투표에 해당되는 결과를 출력하는 다수결 투표기(d)를 포함한다. 이러한 3중화 시스템에서는, 동일한 성능의 모듈을 홀수개로 구성하여 공통의 입력에 대한 동일한 연산을 병렬로 수행하는데, 각 모듈에서 수행된 연산결과는 다수결 투표기의 내부로 입력되고, 이 입력값들의 다수결에 따라 출력이 결정된다. 이러한 이중계, 삼중계 시스템은 처음 도입 시 이중계 혹은 삼중계 시스템으로 결정이 되어버리면, 이중계 시스템일 경우에는 핫스탠바이(Hotstanby) 로직으로 결정이 되어 제공이 되고, 삼중계일 경우는 다수결 투표(보팅) 로직으로 독립적으로 제공이 된다. 하지만 종래의 단일계, 이중계 및 삼중계 시스템은 단일계, 이중계 혹은 삼중계 중의 하나가 정해져서 구성이 되면 이중계의 경우는 이중계로만 사용을 해야하고, 삼중계의 경우는 삼중계로만 사용을 해야하므로이중계 시스템으로 운용을 하다가 필요에 따라 단일계로 변경 운용을 하려고 하면 이중계시스템을 제거하고 단일계 시스템을 새로 설치를 해야하고, 삼중계 시스템으로 운용을 하다가 역시 필요에 따라 이중계 혹은 단일계 시스템으로 변경을 하고자 할 경우에도 삼중계 시스템을 제거하고 단일계, 혹은 이중계 시스템을 설치해야 하므로 계간 전환에 따른 설치의 불편함 및 많은 비용이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이중계 시스템의 경우는 단일계 시스템으로, 삼중계 시스템의 경우는 이중계 혹은 단일계 시스템으로 계간 전환이 용이하도록 한 철도신호용 제어장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 특징에 따른 철도신호용 제어장치는 CPU를 포함하고 있는 상용제어부(CPB: commercial processing board)와, 입출력 및 투표를 할 수 있도록 구성된 아이오브이(IOV: Input Output and Voting)부; 기본모듈에 전원을 공급하며 전원관련 고장 검지 및 아이오브이의 투표결과에 따라 전원을 차단하는 피앤에프(PNF: Power and Fail Check) 부; 단일계, 이중계 혹은 삼중계로 작동 할 수 있도록 계를 선택할 수 있는 선택 스위치부; 상용제어부, 아이오브이 및 피앤에프 보드를 장착할 수 있는 기본모듈; 기본모듈을 3개까지 장착이 가능한 시스템보드및 이를 장착 할 수 있는 랙(rack)을구비함을 특징으로 한다.
이러한 특징에 따르면, 철도신호용 제어장치는 필요에 따라 이중계 시스템의 경우는 단일계 시스템으로, 삼중계 시스템의 경우는 이중계 혹은 단일계 시스템으로 계간 전환이 용이하도록 하여 편리성이 향상된다.
도 1은 철도신호분야에서 사용하는 종래의 일반적인 이중계 제어장치를 이용한 계간 통신 구성도이다.
도 2는 철도신호분야에서 사용하는 종래의 일반적인 삼중계 제어장치를 이용한 계간 통신 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도신호 제어장치의 기본모률에 대한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도신호 제어장치의 삼중계 동작에 대한 데이터 구성도이다.
도5는 본 발명에 따른 기본 모듈의 동작을 설명하기 위한 작동 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 정확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다. 그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 철도신호용 제어장치 및 그 구동 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 도 3 내지 도5를 참고로하여 본 발명의 한 실시예에 따른 철도신호 제어장치에 대하여 상세히 설명한다. 도 3을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 철도신호용제어장치는 상용제어부(11), IOV(12) 및 PNF(13)로 구성되는 기본 모듈이 3개로 구성이 되어 랙(1)에 장착되어 있으며, 기본모듈은 데이터를 처리하는 상용제어부(11), 입출력 및 투표를 행하는 IOV(12) 및 전원관련 고장 검지 및 IOV의 투표결과에 따라 전원을 차단하는 PNF(13)를 구비한다. 도 4 내지 도 5에 따른 기본모듈(10)의 동작은 세개의 기본모듈(10~30)이 장착 된 상태에서 전원(미도시)이 인가되면 기본모듈들이 초기화 되고 작동준비에 들어간다. 외부로부터 동시에 데이터 입력이 발생되고 각상용제어부(11,21,31)에 의해 데이터가 처리되어 각 IOV(12,22,32)보드로 데이터를 출력하면서 다수결 투표를 하기 위한 동작이 시작된다. 기본모듈(10,20,30)간에 데이터를 교환하고 교환된 데이터에 대해서 각 기본모듈들이 투표를 수행하고 투표가 완료된 검증된 데이터를 출력하게 된다. 도 5는 기본모듈(10~30) 중 하나의 기본모듈(10)이 동작하는 방법에 대한 설명을 한다. 정상적인 동작을 수행하는 경우에는 IOV(12)가 외부로부터 데이터를 입력(1) 받아서 상용제어부(11)에서 데이타처리부(2)에서 데이터를 처리하여 처리된 데이터 출력(3)하여 데이터교환부(4)로 보내어 다른 기본모듈(20,30)과 데이터를 교환하게 된다. 교환된 데이터를 투표부(5)에서 투표를 수행하여 수행된 데이터를 출력(6)한다. 이때 출력된 데이터를 출력데이타궤환비교부()가 비교를 하여 정상적으로 궤환이 될 경우 정상출력이 되어 제어를 수행하게 된다. 만약 정상 출력이 안될 경우는 투표부(5)에서 투표실패 신호를 발생하여 고장검지부에서 고장 신호(11)를 출력하고 PNF(13)에서 전원을 차단(12)하여 오동작을 방지한다. 또한 정상적으로 투표(1~6)를 하고 출력데이타에 대한 궤환비교를 실패할 경우에도 궤환실패신호(10)를 발생하고 고장검지부에서 고장신호를 출력하여 PNF(13)에서 전원을 차단(12)하여 오동작을 방지한다. 이러한 삼중계시스템으로 작동을 하다가 필요에 의해 단일계 혹은 이중계로 전환 할 경우 종래에는 삼중계 시스템을 제거하고 단일계 혹은 이중계 시스템을 새로이 설치를 해야 했으나, 본 발명에서는 전원을 끄고 한 개 혹은 두개의 기본 모듈을 장착하고 DIP(Dual-In-line Package)스위치부에서단일계 혹은 이중계 시스템 모드를 선택한 후 전원을 인가하면 이에 맞추어 시스템이 재설정되어 선택된 계로 전환이 된다. 단일계 시스템이 선택 되었을 경우는 한 개의 기본 모듈이 장착이 되어 제어를 수행하고, 이중계 시스템이 선택이 되었을 경우는 동작계와대기계로 설정이 되어 동작을 하게 된다. 이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
1: 랙(rack) 11,21,31:상용제어부(CPB)
12,22,32: 아이오브이(IOV) 13,23,33: 피앤에프(PNF)
10,20,30: 기본모듈 |
