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상엽 송
5 years ago
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1 전동차와연동한 승강장스크린도어 (PSD) 제어방식소개

2 목차 0. 요약 1. 서론 2. PSD의개요 3. PSD의제어방식 3-1) ATO 제어방식 3-2) RF통신제어방식 3-3) 도어검출센서제어방식 3-4) RF통신제어방식 + 도어검출센서제어방식 3-5) 전동차정위치정차유도장치 4. PSD 설치현장에따른제어장치적용사례 5. 결론 영문약어설명 ATC ; Automatic Train Control ATO ; Automatic Train Operation ATS ; Automatic Train Stop PSD ; Platform Screen Door RF ; Radio Frequency - 1 -

3 0. 요약 2005년한해서울지하철 1호선 8호선의하루이용객수는 600만명에이르고연간이용객수는무려 22억명으로추산되고있으며이수많은시민들이이용하는지하철에는다양한안전사고가발생되었으며사상사고는사망 23명, 부상 16명총 39명으로이중자살기도로인한사고는무려 30명에달하고있다. 이와같이지하철역사에서의심각성이더해가는시민의안전사고방지는승강장의환경개선, 에너지절감및화재확산을방지하기위한목적과더불어스크린도어의필요성이더욱절실히요구되는부분이다. 이러한승강장스크린도어가전동차의신호체계와어떻게정보를교환하고있으며또한정차시차량의출입문과연동하여승강장스크린도어가어떻게안전하고신뢰성있게개폐동작을구현할수있는가에대한소개를 PSD 제어장치시스템을통해설명하고자한다. 1. 서론 지하철역사에설치되는승강장스크린도어는신설역사와노후된시설에대한개보수역사에따라스크린도어의제어방식이다르게적용된다. 신설노선의경우는해당지하철공사에서무인운전기준의 ATO 시스템의열차자동운행방식을적용하는추세이고구노선의경우는 ATS 제어시스템인구기종의노후열차를운용하고있어현재로서는구형전동차운행을무인화할수없기때문에신형전동차로교체되고 ATO 시스템으로적용되기전까지는다른방법의승강장스크린도어제어방법을이용할수밖에없다. 그에따라 ATO 시스템이도입되면 ATO로쉽게호환적용이가능하며또한 ATO 전환전까지는현재의 ATS 전동차운행장치에맞는안전하고신뢰성있는승강장스크린도어제어장치의필요성이요구되어전동차와무선으로신호교환을하며제어할수있는 RF통신제어방식과전동차출입문의작동을센서로감지하여전동차출입문과연동하여스크린도어를개폐하게하는도어검출센서방식을고안하여적용하게되었다. 2. PSD (Platform Screen Door ; 승강장스크린도어 ) 의개요 스크린도어는승강장연단에설치되는고정도어와가동도어, 비상도어, 선로출입문등을설치하여승강장과선로부를차단함으로써승객의안전과승강장환경개선및에너지절감을위한시설이며전동차가지정된위치에멈추면차량의출입문과동시에열리는시스템이다

4 스크린도어의설치목적 -. 승객의안전확보 : 승객의추락방지, 화재시연기확산방지, 열차접촉방지 -. 환경조건향상 : 이용승객의불쾌감해소, 실내공기질향상, 소음차단의효과 -. 에너지절감효과 : 정거장냉방부하감소, 환기실면적축소가능 스크린도어의구성및주요부 -. 구성 : 도어샤시, 강화유리, 도어구동부, 안전센서, 조작반, 제어반등으로구성 -. 설치위치 : 차량한계로부터 150~200mm ( 승강장연단으로부터 100~150mm 후방 ) -. 크기 : 폭 2,100mm, 높이 2,000mm 정도 - 3 -

5 PSD 제어방식 -. ATO 장치에의한제어 -. 무선 (RF) 통신에의한제어 -. 출입문검출장치에의한제어 3. PSD의제어방식 3.1) ATO 제어방식장치 < ATO의개요 > 열차가자동으로운행하는시스템을 ATO라고하는데 ATO 시스템은정해진구간을구간별제한속도 ( 지정속도 ) 로운행하게되며정차시감속및정차선정지및서행신호및출입문취급등의정보를통해운행되는데이신호는지상에있는지상자 ( 지상신호기 ) 에의해전동차하부에있는차상자 ( 차상신호기 ) 로운행정보를송출하여전동차내부에서컴퓨터로자동제어하는방식이다. < ATO의동작 > 무인운전은 ATC/ATO라는신호체계를기반으로운영되며 ATO란자동으로열차의모든것을종합사령실, 혹은지상신호기에서보내는신호로조절하는것이다. 일정간격으로늘어선지상신호기에서정지, 감속, 운행등의신호를보내고, 이를열차가받아자동으로시간에맞춰운행하게되는것이다. 그리고역내에서정지하면지상자신호를받아문을열고닫는동작을하게된다. < ATO의신호체계 > ATO는 ATC의제어범위를확장해서종합사령실에서운행중인열차의운행상태와운행속도등을모니터상에표시되며이것을바탕으로열차에대한전반적인상황의체크가가능하며가속, 감속등의대부분의운행을컴퓨터가담당하는것이다. 이방식은완전자동이지만, 안전상기관사가탑승하여출입문을닫고, 비상사태에대비하고있다. ATO는종합사령실에서비상사태시강제로열차를세울수도있고, 속도조절, 신호기조작까지담당하게된다

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7 < 그밖의열차운전제어방식 > * ATS (Automatic Train Stop, 열차자동정지시스템 ) 지하철제어대에는운전자경보장치라는시스템이있는데, 이시스템은기관사가졸고있거나기타불가항력적인상황에처했을때전동차를자동으로제어해주는시스템으로서만약열차가정지신호를무시하고진행할때장치는 3~5초정도비상벨을울린다. 기관사는이벨소리를듣고조치를취해야하는데, 제어대에보면해제하는버튼이있다. 이버튼을누르면해제되는데만약해제하지않으면자동으로비상정지된다. * ATC (Automatic Train Control, 열차자동제어시스템 ) ATC는기존에 ATS가열차를정지시키는기능밖에없었는데, 여기에다가자동으로제어를해주는시스템을추가한것이며여기에도물론운전자경보장치가설치되어있다. 이시스템은사령실에서열차를직접제어할수있다. 선행열차와의간격을측정하여시간마다제한속도를송출하면, 그속도코드를열차에서받아서현시하는방식이며속도를초과할시에는자동으로제동이걸려제한속도이하로속도를줄여준다. ATC는속도발전기에서검출된속도출력과수신기의신호출력이비교되어속도초과인경우는브레이크가자동적으로작동한다. ATC운전에서는차내 ( 속도계기판 ) 에열차의허용속도를나타내는신호를연속하여현시한다. ATC는신호현시에따라그구간의제한속도의지시를연속적으로열차에주어열차속도가제한속도를넘으면자동적으로제동이걸리고제한속도이하로되면자동적으로제동이해제된다. 3.2) RF 통신제어방식 열차 ( 지하철, 국철, 전철등 ) 승, 하차승객의안전을위해역구내에설치되어운용되고있는 PSD를제어하기위한장치로 ATO 시스템이없는지하철에적용하여시스템의편의성, 안전성제고를위한방식이다. 통신운영방식은승강장채널고정방식으로운영되며, 열차승무원이열차의상태와연동되는 PSD의상태와제어를무선으로할수있는 RF-차상장치와이 RF-차상장치와무선통신을할수있도록하는무선중계장치인 RF-지상장치로구성되어있다. 차상장치는열차에설치되며지상장치는 PSD가있는역사에설치한다

8 < RF 제어장치설치목적 > RF-차상장치는 RF-지상장치로부터도착역의 PSD 상태정보를수신하고지상장치는차상장치의해당차량의편성번호, 열차의기종등을포함한열차의상태정보를수집하여전동차의출입문개폐와연동한 PSD의원할한개폐기능을수행하기위한목적이다. < RF 제어장치구성및동작 > RF 인터페이스장치는 차상장치 와 지상장치 로구성되며별도옵션으로 무선단말기 를사용할수있다. 차상장치는차량에부착되어지상장치와무선통신을하고승무원에게 PSD 제어상태및무선통신상태에대한정보를제공한다. 지상장치는차상장치와무선통신을하고차상장치로부터수신한열차도어상태및제어신호를 PSD로전달하고또한 PSD의상태정보를차상장치로전달한다

< RF 장치의동작순서 > 차상무선 (RF) 장치는주파수를변경하며, 지상장치와통신을시도한다. 전동차가역내에진입을하면차상무선 (RF) 장치는지상장치와통신을하게되며, 전동차의상태와진입하는역사의 PSD 상태를주고받는다. 지상장치는정위치시스템으로부터정위치정보 ( 미달, 양호, 초과 ) 를수신하여, 진입하는차상무선 (RF) 장치로정위치정보를전송한다.

9 < RF 장치의동작순서 > 차상무선 (RF) 장치는주파수를변경하며, 지상장치와통신을시도한다. 전동차가역내에진입을하면차상무선 (RF) 장치는지상장치와통신을하게되며, 전동차의상태와진입하는역사의 PSD 상태를주고받는다. 지상장치는정위치시스템으로부터정위치정보 ( 미달, 양호, 초과 ) 를수신하여, 진입하는차상무선 (RF) 장치로정위치정보를전송한다. 차상무선 (RF) 장치는정위치정보 ( 양호 ) 를수신하여전동차문을열수있는조건을만들어준다. 승무원이전동차의출입문을열면차상무선 (RF) 장치는이를수신하여지상장치로전송하고지상장치에서는접점출력을통하여종합제어반으로제어를하며, 종합제어반에서는각각의스크린도어를제어및감시하고있는개별제어반으로전송하며수신된데이터는전동차의문열림신호를인지하고각각의개별제어반은스크린도어를개방하도록한다. 승무원이전동차의출입문을닫으면위의내용과같은흐름으로스크린도어를닫게되며모든승강장스크린도어의동작은전동차내출입문열림 / 닫힘버튼과같이연동되어야한다. 승강장스크린도어가모두닫힘을확인하고전동차가출발하여정위치시스템에서더이상의전동차정차가감지되지않을경우지상무선 (RF) 장치는동작순서를마친다

10 < 승강장채널고정방식 > 열차승강장에설치되는 PSD의 RF 인터페이스장치운영방식은승강장채널고정방식으로운영하며, 열차와 PSD간 RF 무선통신을위하여각역승강장에설치되는 RF-지상장치는내선및외선에따라각기다른무선주파수채널을부여한다. 열차에설치되는 RF-차상장치는일정한시간마다 RF-지상장치와통신을하며, 통신이이루어지지않을경우일정한시간마다 RF-차상장치는무선주파수채널을변경하여다시 RF-지상장치와통신을하여 PSD를제어할수있는운영방식이다. < 승강장 ( 플랫폼 ) 형식별 PSD 용통신장치위치 > 섬식승강장 ( 플랫폼 ) 통신 상대식승강장 ( 플랫폼 ) 통신 섬식승강장의 RF-지상장치설치위치는승강장양쪽끝레일방향에 RF-지상장치와안테나를설치하며장치간의통신시점은열차가열차정위치정보송신구간에위치시통신한다. 상대식승강장의 RF-지상장치설치위치는상행과하행승강장끝레일방향에 RF-지상장치와안테나를설치하며열차가열차정위치정보송신구간에위치시통신한다

< 전동차가승강장에도착시채널변경과정 > RF 인터페이스장치간의정상적인통신은 RF-차상장치에서 RF-지상장치로상태조회를하면 RF-지상장치에서상태응답을하는흐름으로통신을한다. RF-차상장치는 RF-지상장치와무선통신을하는데 700msec 동안 3번의상태조회에대한상태응답이없으면, RF-차상장치는설정되어있는노선별주파수채널을변경한후다시 RF-지상장치와통신을시도한다.

11 < 전동차가승강장에도착시채널변경과정 > RF 인터페이스장치간의정상적인통신은 RF-차상장치에서 RF-지상장치로상태조회를하면 RF-지상장치에서상태응답을하는흐름으로통신을한다. RF-차상장치는 RF-지상장치와무선통신을하는데 700msec 동안 3번의상태조회에대한상태응답이없으면, RF-차상장치는설정되어있는노선별주파수채널을변경한후다시 RF-지상장치와통신을시도한다. RF-차상장치의채널변경시노선이내선으로설정되어있으면, CH9, CH10, CH11, CH12 순으로순환을하면서주파수채널을변경하여통신을시도한다. RF-차상장치의채널변경시노선이외선으로설정되어있으면, CH1, CH2, CH3, CH4 순으로순환을하면서주파수채널을변경하여통신을시도한다. RF-차상장치는 RF-지상장치로상태조회를하는데, 이조회내용에는전동차의노선정보, 발차지시등상태, PSD 수동모드상태, 전동차좌 우문열림및닫힘상태, 전동차종류등의정보를 RF-지상장치로전송한다. RF-지상장치는 RF-차상장치로상태응답에하는데, 이응답내용에는전동차정위치정보 ( 초과, 양호, 미달 ), PSD 상태 ( 열림, 장애, 닫힘 ) 등의정보를전송한다. 3.3) 도어검출센서제어방식 도어검출센서방식또한 RF 통신제어방식과같이 PSD를제어하기위한장치로 ATO 시스템이없는지하철에적용하여시스템의편의성, 안전성제고를위한장치로서운영방식은전동차출입문을마주볼수있는위치에스크린도어센서를설치하여이센서가승강장에정차된전동차의전동차문개폐상태를감지하면스크린도어도함께개폐하도록하는방식이다

< 설치목적 > 도어검출센서장치는전동차와승강장에설치되는 PSD와의유기적이고안전한연동이주된목적이다. 이런목적을달성하기위해센서를이용하여전동차도어상태감지를통한 PSD 개폐제어기능을수행할수있도록한다. < 도어검출센서 Unit > 전동차도어검출센서는 PSD 상단에설치하여전동차도어의개 폐여부를검출하는기능을담당한다.

12 < 설치목적 > 도어검출센서장치는전동차와승강장에설치되는 PSD와의유기적이고안전한연동이주된목적이다. 이런목적을달성하기위해센서를이용하여전동차도어상태감지를통한 PSD 개폐제어기능을수행할수있도록한다. < 도어검출센서 Unit > 전동차도어검출센서는 PSD 상단에설치하여전동차도어의개 폐여부를검출하는기능을담당한다. 검출된전동차도어개 폐상태는프로세서부로전달되어 PSD 개 폐와연동될수있도록한다. < 설치방법 > 전동차도어검출 Unit의설치위치는 PSD의헤더박스하부에설치한다. 설치된센서는전동차도어의개 폐를확인하기위해전동차도어의상단부분을향해각도를주어설치된다. 센서의설치시센서의부착높이가기능상에중요한요소이므로센서 Unit을설치할때전동차레일의경사 (CANT) 와승강장과전동차사이의거리를확인하여센서설치높이를결정한다

도어검출센서를설치시전동차문의개 폐를검출하기위하여센서의검출각도및거리설정등을편리하게설정할수있게하며, 한전동차문에설치되는

13 < 전동차도어검출센서 Unit 설치예 > 위그림에나타나있는전동차도어검출센서 Unit의설치방법은아래와같다. 도어검출센서는 PSD 구동부 (Header Box) 하부에설치하며, 전동차의운행에지장을주지않는크기로제작한다. 도어검출센서를설치시전동차문의개 폐를검출하기위하여센서의검출각도및거리설정등을편리하게설정할수있게하며, 한전동차문에설치되는 7개의센서를레일형식으로고정할수있게하여, 센서측정간의거리를쉽게옮길수있게기구를제작한다. < 도어검출센서 Unit 설치위치 >

14 < PSD 열림조건 > 1) 전동차가정위치정차조건에서전동차문열림을감지하여 PSD를개방하게한다. 2) 센서는 ON 상태에서 OFF 상태로변화될때를열림인식으로기준한다. < PSD 닫힘조건 > 1) 전동차가정위치정차조건에서전동차문닫힘을감지하여 PSD를닫는다. 2) 센서는 OFF 상태에서 ON 상태로변화되는시점을열림인식으로기준한다. 3) 닫힘조건은승객의승하차가빈번하게발생될수있어이경우실제의물체인지아닌지를판단하기위한절차의조건이필요하여열림에비해응답성이약간떨어진다

15 3.4) RF통신제어방식 + 도어검출센서제어방식 < 개요 > RF 통신방식과도어검출센서방식을같이사용하는경우로서 RF장치에장애가있을경우 Back-Up 개념으로승강장스크린도어를도어검출센서장치에의해개폐하도록하는 PSD 제어방식이다

16 < RF 통신장애구분 > 차상장치에서지상장치로통신을하는데지상장치에서무응답시 700ms 마다대기후 3회재전송하며접속을위해채널을변경한다. 전동차가양호정차후상기의과정을수행하는동안 2~3초동안차상장치로부터수신되는데이터가없을경우지상장치는차상장치와통신장애가있다고판단한다. 전동차가역내정차후전동차편성번호가한편성이상으로차상장치와통신이되면 RF 혼신으로인한장애로간주한다. < RF 통신장애시도어검출센서에의한발차지시등점등 > 기관사측 RF 통신이이루어지면설령차장측통신이되지않아도스크린도어의개폐는정상적으로수행할수있다. 그러나문제는승무원조작반의발차지시등이점등되지않아전동차의출발이가능해도차장이전동차출발지시를하지못해열차가지연될수있는상황이된다. 따라서이에대한해결책으로기관사측통신에장애가발생되면차장측 RF 통신으로스크린도어는정상개폐작동을하고, 발차지시등은도어검출센서를이용하여승무원조작반에서표시할수있게한다. 3.5) 전동차정위치정차유도장치 < 레이저거리측정장치 > 전동차가승강장에진입하는경우승무원이정확한정위치정차를유도하기위해거리측정센서로레이저센서가사용된다

17 < 전동차정위치정차유도장치 ( 전광판 ) > 전동차가승강장에진입하는경우승무원이정확한정위치정차를유도하기위해표시장치이다. < 전동차정위치검출센서장치 > 전동차정위치검지센서는전동차의전두부와후미부의위치를검지하여열차의정차위치에대한정보를제공하는기능을담당한다. 검지된정위치정보는승무원에게제공되어 PSD와전동차의도어위치가정확하지않아발생할수있는사고를방지할수있도록한다

4. PSD 설치현장에따른제어장치적용사례 1) 광주지하철 : ATO 2) 인천공항철도 : ATO 3) 대구지하철 : ATO 4) 대전지하철 : ATO 5) 서울지하철1호선동묘앞 : 도어검출센서장치 6) 서울지하철2호선지선 ( 성수 ~ 신설동 ) 용두역 : RF장치 7) 서울지하철2호선본선 : RF장치 + 도어검출센서장치을지로입구역, 을지로3가역, 삼성역,

18 4. PSD 설치현장에따른제어장치적용사례 1) 광주지하철 : ATO 2) 인천공항철도 : ATO 3) 대구지하철 : ATO 4) 대전지하철 : ATO 5) 서울지하철1호선동묘앞 : 도어검출센서장치 6) 서울지하철2호선지선 ( 성수 ~ 신설동 ) 용두역 : RF장치 7) 서울지하철2호선본선 : RF장치 + 도어검출센서장치을지로입구역, 을지로3가역, 삼성역, 영등포구청역. 이대입구역, 강변역 8) 서울지하철3호선을지로3가역 : 도어검출센서장치 9) 서울지하철4호선동대문역 : 도어검출센서장치 5. 결론 신설노선에적용되는 ATO 방식은종합사령실에서전체차량의운행을컴퓨터로제어하며안전하고효율적인무인운전을추구하는시스템이고, 신설노선에설치된스크린도어또한 ATO 장치와신호교환을통해제어된다. ATS 또는 ATC 운전제어시스템으로운용되는구노선에는전동차가역사에진입하였을때차상에장착한 RF 차상장치와지상장치간의무선통신이접속되어쌍방의 RF 통신신호교환으로스크린도어를제어하며도어검출센서방식의스크린도어제어방식은스크린도어의헤더박스에부착된센서가전동차출입문의움직임을인지하여스크린도어가제어되는것이다. 향후과제로는지하철신호체계가궁극적으로는 ATO 시스템으로갈것이기때문에이러한 ATO로의교체과정에서신형차량과구형차량이혼합운행되는기간이생기게되어 ATO로작동되는차량과 RF 장치, 도어검출센서장치로연동되는차량이한노선에서게된다. 때문에이에대한대비책으로현재스크린도어가설치된역사의지상장치와종합제어반의기능을업그레이드하여향후오버랩운용기간하에서도안전한제어에문제가없도록하는것이다

INSIDabcdef_:MS_0001MS_0001 제 12 장철도통신 신호설비공사 제 12 장철도통신 신호설비공사 12-1 철도통신선로설비 통화장치 ( : ) 공정별통신외선공통신설비공통신케이블공

INSIDabcdef_:MS_0001MS_0001 제 12 장철도통신 신호설비공사 제 12 장철도통신 신호설비공사 12-1 철도통신선로설비 통화장치 ( : ) 공정별통신외선공통신설비공통신케이블공 제 12 장철도통신 신호설비공사 제 12 장철도통신 신호설비공사 121 철도통신선로설비 1211 통화장치 ( : ) 공정별통신외선공통신설비공통신케이블공 0.48 0.52 1.13 0.35 0.56 0.75 0.83 2.19 2.50 0.50 0.25 ( ),,,,,,,. "471, 431.(,,, ) 9211 CCTV.,. ( 30%, 80%) 정보통신부문