TCMS를이더넷으로연결하여구성한다. 차상무선통신장치시험환경구축은차량간통신을무선으로제공하며 TCMS와이더넷을통하여연결한다. 2. 본론 2.1 통합시험환경상세구성및사양 TCMS 통합시험환경구성전동차량의 Tc1, M1, M2, Tc2 차량에장착되는 TCMS 장치는

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홍 영
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2018 년도한국철도학회춘계계학술대회논문집 KSR2018S084 철도차량내부장치간통합성능평가를위한모의환경설계및구축 Simulation Design and Construction for Integration Performance evaluation of Railway Vehicle Equipment 정구인, 강봉완, 김영규, 이현태, 이만기, 김기연,

주간제어기및차상무선통신장치는열차운행및승객의편의성은물론열차운행에서가장중요한안전성과직결되기때문에고도의신뢰성이요구된다. 실제열차운행환경과유사한상태를모의함으로써현차에서발생할수있는다양한이상상황에대하여사전에검증이가능하도록하여시제품들에대한신뢰성확보를지원하여야하며, 철도차량내부장치간통합성능평가를위해조합시험이가동하도록인터페이스를제공하여야한다.

1 2018 년도한국철도학회춘계계학술대회논문집 KSR2018S084 철도차량내부장치간통합성능평가를위한모의환경설계및구축 Simulation Design and Construction for Integration Performance evaluation of Railway Vehicle Equipment 정구인, 강봉완, 김영규, 이현태, 이만기, 김기연, 이강미 * Kuin Jung, Bongwan Kang, Younguy Kim, Hyuntae Lee, Manki Lee, Keeyeon Kim *, Kangmi Lee * 초록철도차량에적용되는 TCMS(Train Control & Monitoring System, 열차제어시스템 ), 방송 / 표시기 /CCTV, 배전반, 주간제어기및차상무선통신장치는열차운행및승객의편의성은물론열차운행에서가장중요한안전성과직결되기때문에고도의신뢰성이요구된다. 실제열차운행환경과유사한상태를모의함으로써현차에서발생할수있는다양한이상상황에대하여사전에검증이가능하도록하여시제품들에대한신뢰성확보를지원하여야하며, 철도차량내부장치간통합성능평가를위해조합시험이가동하도록인터페이스를제공하여야한다. 본논문에서는철도차량내부장치간개발품에대한통합모의시험환경설계, 통합모의시험환경구축, 통합시험, TCMS 시험환경설계및구축, 방송 / 표시기,CCTV 시험환경설계및구축, 배전반시험환경설계및구축, 주간제어기시험환경설계및구축, 차상무선통신장치시험환경에대하여설계및구축하였다. 주요어 : TCMS, 방송장치, 표시기, CCTV, 배전반, 주간제어기, 차상무선장치 1. 서론성능평가를위한시험차량구성은 Tc1 M1 M2 T1 M2 T2 T1 M1 M2 Tc2 로구분되어 10량 1편성으로구성된다. 10량 1편성으로구성된차량중 Tc1 M1 M2 Tc2의 4 량에대해서는실제로개발된시제품을장착하여시험환경을구축하였다. 시제품이장착되지않은 M2 T1 M2 T2 T1 M1 차량 6량에대해서는통합시험환경에서의모의를통하여조합시험이가능하도록시험환경을구축하였다. 를구축하여 TCMS와연결한다. 방송 ( 중앙제어장치, 출력증폭기, 비상인터폰, 실내스피커, 실외스피커 )/ 표시기 ( 열차번호표시기, 행선표시기, 객실안내표시기 )/CCTV( 운전실카메라, 객실카메라, CCTV모니터 ) 시험환경구축은 2개의캐비닛랙으로구성하여다음의장치들을장착하고이더넷을통하여 TCMS와연결한다. 배전반시험환경은배선반시제품 TCMS는이더넷을통하여연결하고, 배전반에연결된전장품들의상태를모의하기위한모의시험기를구축하여배전반과연결한다. Fig. 1 Test Rail Vehicle Configuration TCMS 시험환경은캐비닛 2 개의랙으로구성하 여이더넷을통하여연결하고, 장치들과연결된 전장품들의상태를모의하기위한모의시험기 Fig. 2 Integrated Test Environment Configuration 주간제어기시험환경구축은주간제어기와 교신저자 : 서울교통공사 (jki0497@seoulmetro.co.kr) * 한국철도기술연구원

TCMS를이더넷으로연결하여구성한다. 차상무선통신장치시험환경구축은차량간통신을무선으로제공하며 TCMS와이더넷을통하여연결한다. 2. 본론 2.1 통합시험환경상세구성및사양 2.1.1 TCMS 통합시험환경구성전동차량의 Tc1, M1, M2, Tc2 차량에장착되는 TCMS 장치는캐비닛랙 2개로구성된다.

2 TCMS를이더넷으로연결하여구성한다. 차상무선통신장치시험환경구축은차량간통신을무선으로제공하며 TCMS와이더넷을통하여연결한다. 2. 본론 2.1 통합시험환경상세구성및사양 TCMS 통합시험환경구성전동차량의 Tc1, M1, M2, Tc2 차량에장착되는 TCMS 장치는캐비닛랙 2개로구성된다. 캐비닛랙전면에는 DU 2개, Tc 2개, CC(Car Computer) 6개가장착된다. Tc장치는백플레인과전원보드, 제어보드로구성되며, 백플레인은전원보드에서제어보드로전원을공급할수있도록한다. 전원보드는전원공급기로부터입력받은 DC100V 전원을제어보드에서필요로하는 DC 5V 로변환하는기능을수행한다. 제어보드는 Tc1, Tc2의주제어모듈로써이더넷인터페이스를제공한다. CC장치는각각 64개의디지털입력과 40개의디지털출력포트를제공하고, TC장치와는이더넷인터페이스를통하여연결한다. TCMS 와연결되는전장품을모의하기위하여디지털입력, 디지털출력신호를생성하고모니터링할수있는모의시험기와전원공급장치가장착된다. 전원공급장치는 AC220V 전원을공급받아 DC100V, DC24V로변환하는기능을제공한다. 배전반의디지털출력보드와연결된다. 디지털입력장치는주제어장치와로컬버스인터페이스를통하여데이터를주고받는다. 디지털출력장치는총 32개의디지털출력포트를제공한다. 이들디지털출력포트는 TCMS 및배전반의디지털입력보드와연결된다. 디지털출력장치에서출력하는신호레벨은 DC24V 레벨이며, 디지털출력장치에서는 DV24V-GND 신호를출력해야한다. 디지털출력장치는주제어장치와로컬버스인터페이스를통하여데이터를주고받는다. 주제어장치는시뮬레이터를구성하는시험장치들의상태를제어하고모니터링하는핵심기능을수행한다. 주제어장치는제어 PC와는이더넷인터페이스를통하여연결되며, 각종시험장치와는로컬버스인터페이스를통하여통신한다 방송 / 표시기 /CCTV 통합시험환경구성전동차량의 Tc1, M1, M2, Tc2 차량에장착되는방송 / 표시기 /CCTV장치의주요구성품은다음과같다. 방장치는중앙제어장치, 출력증폭기, 비상인터폰, 실내스피커, 실외스피커로, 표시기장치는열차번호표시 / 행선표시기, 객실안내표시기로구성하며, CCTV장치는운전실카메라, 객실카메라, CCTV모니터로구성한다. Fig. 4 Eternet Switch Connection Diagram Fig. 3 Test Environment Connection Diagram 디지털입력장치는총 32 개의디지털입력포트 를제공한다. 이들디지털입력포트는 TCMS 및 배전반통합시험환경구성배전반은 DI모듈, DO모듈및 RTE모듈로구성된다. DI모듈은총 64개의디지털입력채널을제공하고, DO 채널은총 32개의디지털출력채널을제공한다. RTE 모듈은 16개의디지털입력채널과 16개의디지털출력채널을제공한다. 통합시험환경에서는배전반에서

제공하는디지털입출력신호를모의하기위하여모의시험기와다음과같이연결한다. Fig. 5 Switchboard Module Configuration 2.1.4 주간제어기통합시험환경구성주간제어기는시험용테이블에제어용 PC와함께설치한다.

2 통합시험환경소프트웨어인터페이스검증 2.2.1 TRDP(Train Realtime Data Protocol) IEC TC9/WG43표준위원회에서열차차상통신망에대한표준을정립하고있고, 차상통신망에연결된단말장치간의데이터를주고받기위한규격을정의하였다.

TRDP는그림7과같이 TCP/UDP 계층위에서동작하는 TRDP계측에의해수행된다. Fig. 8 TRDP Stack Structure Fig. 6 E-MASTCON Configuration Diagram 2.1.

3 제공하는디지털입출력신호를모의하기위하여모의시험기와다음과같이연결한다. Fig. 5 Switchboard Module Configuration 주간제어기통합시험환경구성주간제어기는시험용테이블에제어용 PC와함께설치한다. 주간제어기의구성은이더넷을통하여 TCMS와연결되며, 시험용테이블구성은그림6과같다. 2.2 통합시험환경소프트웨어인터페이스검증 TRDP(Train Realtime Data Protocol) IEC TC9/WG43표준위원회에서열차차상통신망에대한표준을정립하고있고, 차상통신망에연결된단말장치간의데이터를주고받기위한규격을정의하였다. IEC Communication Profile에서정의한 TRDP는열차차상에설치된단말장치들간에 Ethernet Train Backbone을이용하여 Process Data를교환하기위해사용된다.TRDP는그림7과같이 TCP/UDP 계층위에서동작하는 TRDP계측에의해수행된다. Fig. 8 TRDP Stack Structure Fig. 6 E-MASTCON Configuration Diagram 차상무선통신장치통합시험환경구성차상무선통신장치는 Tc1, Tc2 차량에는각각 2 개가탑재되며, M1, M2 차량에는각각 3개의장치가적용된다. 차상무선통신장치는 TCMS와이더넷을통하여연결된다. 단말장치가데이터를주고받기위한프로토콜정의는장치별응용프로그램영역에서정의하여야하고, TRDP는정의된프로토콜을상대편에게전달하기위한라이브러리형태의소프트웨어이다. TRDP가소프트웨어모델에서차지하는위치및응용프로그램과의인터페이스는그림8과같으며, 이는 TRDP가독립적으로수행되는소프트웨어가아니라응용프로그램과밀접하게관련되어하나의프로그램으로통합되어수행되는프로그램이다. Fig. 7 Vehicle Wireless Communication Device

Fig. 9 TRDP Service Model 주간제어기, 차상무선통신장치와의인터페이스시험으로진행한다. 차량운행정보를수신하기위해 TCMS장치와인터페이스되고, 방송 / 표시기 /CCTV장치에대한상태및고장정보를 TCMS로송신하기위해인터페이스한다.

11 Broadcasting/Indicator/CCTV Combination Test Fig.

(1) 프로토콜 (Protocol) 화면기능설명프로토콜화면은각열차별모든장치의프로토콜정보를표출하여운영자가해당장치의정보를변경하며테스트할수있도록한다. (2) 통신상태화면각장치별로주기적으로통신하는 HEARTBEAT 데이터를전송하지않음으로써, 임의로통신장애상황을만들기위한기능이다.

4 Fig. 9 TRDP Service Model 주간제어기, 차상무선통신장치와의인터페이스시험으로진행한다. 차량운행정보를수신하기위해 TCMS장치와인터페이스되고, 방송 / 표시기 /CCTV장치에대한상태및고장정보를 TCMS로송신하기위해인터페이스한다. 조합시험은수동방송, 자동방송, 운전실간통화, 비상통화, 열차번호표시, 객실안내표시, CCTV장치에대하여시험절차서의시험항목을대상으로시험을수행한다 소프트웨어화면구성소프트웨어의구성은프로토콜화면, 통신상태화면, 데스크 (DESK) 화면, 장치모의데이터저장, 로드화면으로구성된다. Fig. 11 Broadcasting/Indicator/CCTV Combination Test Fig. 10 TCMS Simulator Display 배전반조합시험은로직회로입출력장치및운전실입출력장치의조합시험은로직회로용 S-RTE, S-DI, S-DO모듈테스트용검증도구 TEST-Bench 를구성하고, 4대의 Test Bench를연동하여시험한다. (1) 프로토콜 (Protocol) 화면기능설명프로토콜화면은각열차별모든장치의프로토콜정보를표출하여운영자가해당장치의정보를변경하며테스트할수있도록한다. (2) 통신상태화면각장치별로주기적으로통신하는 HEARTBEAT 데이터를전송하지않음으로써, 임의로통신장애상황을만들기위한기능이다. (3) 데스크 (DESK) 데스크는 1편성인경우 PC1, PC2, 2편성인경우 PC3,PC4, 중련인경우 PC1, PC4 동력차의운전실데스크화면을표시한다. 운전실선택및견인 / 제동 / 도어 ON/OFF 등열차내부전반적인기능을제공한다. Fig. 12 TEST Bench 구성주간제어기와 TCMS장치간통신인터페이스를분석하기위해 SDR 데이터 (TCMS MASCON), SD 데이터 (MACON TCMS) 과같이시험을진행한다. 주간제어기와 TCMS간의데이터를프로토토콜분석및모니터링하는 PC를통해데이터송수신의정상동작확인을한다 TCMS 조합시험계획및절차 TCMS 조합시험은방송 / 표시기 /CCTV, 배전반,

Fig. 13 E-MASCON TCMS Sequence 차상무선통신장치-TWE의조합시험기능검증을위한시스템구성도와같이최소 10대의장치가설치된다. Tc1, Tc2, 운전실차량에설치되는 TWE는각각 2대가설치되며, 각장치는 GIGA Ethernet Port와 10/100 Ethernet Port를통해네트워크연결을통해이중계를구성한다.

5 Fig. 13 E-MASCON TCMS Sequence 차상무선통신장치-TWE의조합시험기능검증을위한시스템구성도와같이최소 10대의장치가설치된다. Tc1, Tc2, 운전실차량에설치되는 TWE는각각 2대가설치되며, 각장치는 GIGA Ethernet Port와 10/100 Ethernet Port를통해네트워크연결을통해이중계를구성한다. M1, M2 차량에는 TWE 각각 3대가설치되며장치중 2대는이중계를구성하고나머지한대는 ETBN(Ethernet Train Backbone Network) 와 Router와 GIGA Ethernet 한대와 10/100 Ethernet Port로연결되어망을구성하게된다. 용이하고안전이확보되고모니터링이가능한철도차량제어를위한로직회로기술개발이필요함에따라, 철도차량의설계분석을통하여배선을전자화하기위한로직회로를개발함과동시에국제규격에근거한안전성활동을수행하여신뢰도를확보하고자한다. 로직회로뿐만아니라연구단과제를통해개발되는철도차량배선절감개발기술 (TCN기술, 통신기반주간제어기, 차량간무선통신기술 ) 에대하여현차검증에앞서장치상호간의인터페이스검증을위해통합성능평가를위한모의환경설계및구축하였다. 기존전기식릴레이로구성되는차량내배전반을 Smart배전반으로교체하고, 전장품장치간의인터페이스에통신방식을적용하여 LAB 단위의통합시험을완료하고, 추가적인현차성능평가를수행할예정이다. 후기본연구는국토교통부국토교통과학기술진흥원철도기술연구사업의 철도차량내부장치간무선연계및배선절감기술개발 연구비지원 (17RTRP-B ) 으로수행되었습니다. 참고문헌 Fig. 14 Veh icle Wireless Communication Configuration TWE는객차간무선통신을통해네트워크연결을구성하지만검증시험을위해유선네트워크연결을추가적으로구성한다. 조합시험결과는각장치와인터페이스시험을통해확인또는테스트 PC를통한시뮬레이터활용을통해기능을검증할수있다. [1] Effect analysis & performance evaluation for the wiring reduction technology of the Railway vehicle, Design of test Rail vehicle simulation environment,krri, 2018 [2] The selection of test-bed & establishment of operation plan for performance evaluation of the wiring reduction, Seoul Metro, 2018 [3] 4th year performance plan, krri, 2018 [4] Line 3 Maintenance Guide, Seoul Metro, 2010 [5] IEC WG 43 Electronic railway equipment-train Communication Network(TCN) Part2-4 : TCN Application Profile 3. 결론 본연구에서는철도차량운영및유지보수가

Microsoft Word - KSR2016A108

Microsoft Word - KSR2016A108 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A108 한국형무선통신기반열차제어시스템인터페이스구성연구 A Study on the interface for Korean Radio-based Train Control System 박주훈 *, 홍상아 *, 장선영 *, 김희식 ** Ju Hun Park *, Sang-A Hong *, Sun Young Jang