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세홍 낭
6 years ago
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1 2015 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2015A184 ETCS 신호시스템 BTM 장치개발및기능검증에관한연구 A Study on development and function verification of BTM equipment at ETCS signaling system 박주연 *, 주영복 *, 정경장 *, 이종성 * Ju Yeon Park *, Young Bhok Joo *, Gyung Jang Jung *, Jong Seong Lee * Abstract ETCS signaling system is in commercial operation on main-line railway since its introduction in the early year And it is developing ATP equipment which is a core technology of ETCS signaling system for applying the domestic. The BTM unit which is a sub-system of the ETCS Signaling system that is designed to meet the requirement of the subset-036 standard for the first time in Korea. The developed BTM unit was tested for the BTM module with BTM antenna using ATP simulator. In this paper, we will present results that BTM unit development result and satisfies the required functions through functional test. Furthermore, the functions and performance of BTM unit will be tested on site using the on-track test. Keywords : ETCS, signaling System, High Speed Train, Balise Transmission Module, Balise Antenna 초록 ETCS(European Train Control System) 신호시스템은 2000 년초부터국내간선철도에도입되어영업운행중에있으며, 향후 ETCS 신호시스템의국산화적용을위해핵심기술인차상신호장치개발을진행중에있다. ETCS 차상신호장치의서브시스템인 BTM 장치를국내최초로 subset-036 규격에서요구하는기능을만족하도록개발하였다. 개발한 BTM 장치는 ATP 시뮬레이터를이용하여 BTM 모듈과 BTM 안테나에대한시험을실시하였다. 본논문에서는 BTM 장치에대한개발결과와기능시험을통해요구되는기능을만족함을도출하였고, 그결과를제시할것이다. 이후 BTM 장치의기능확인및성능입증을위해차량에탑재하여현차시험을통해확인할것이다. 주요어 : ETCS, 신호시스템, 고속열차, 발리스전송모듈, 발리스 1. 서론 ETCS 차상신호장치의서브시스템인 BTM 장치는크게 BTM Module, BTM Antenna, 그리고 Balise로구성된다. 가변 / 고정정보를 Balise에의해전송하는 ETCS-L1과달리 ETCS-L2는 RBC(Radio Block Centre) 에서생성된이동권한을무선통신을이용하여연속적으로전송하여열차를제어하며, 지상 Balise는고정정보를열차에전송하는방식이다. 교신저자 : 현대로템 기술연구소신호통신팀 (yahwue@hyundai-rotem.co.kr) * 현대로템 기술연구소신호통신팀

2 본논문은지상 Balise의고정정보를수신하는역할을담당하는 BTM Antenna 및 BTM Module 장치의국산화개발현황을소개하고, 차상시뮬레이터를이용한기능검증시험을통해 BTM 장치의성능을입증하였다. 2. 본론 2.1 BTM 장치개요 BTM 장치는지상의 Euro Balise를구동하기위한 tele-powering을생성하여 BTM antenna를통해송신하고, BTM antenna를통해수신한지상 Euro Balise의정보를해석하여차상신호장치로전송하는기능을수행하는장치이다. Subset-091 규격에서요구하는 BTM 장치의안전무결성수준은 SIL (Safety Integrity Level) 4이며, 이를만족할수있도록기능에대한분석과장치에대한설계를하여야한다. 2.1 BTM 장치구성 ETCS 차상신호장치와각서브시스템간구성도는 Fig. 1과같고, BTM 장치구성은 Fig. 2 와같다. Fig. 1 On-board System and Sub-Systems Configuration Fig. 2 BTM Configuration

BAT. (Etc.) (VME Master) Board ID (Address/Data/Cntl. Bus Transceiver ) 2.

형상 및 기능 - ATP Kernel 과의통신기능 : ATP Kernel 로부터 Tele-Powering 명령을 수신하고, Telegram을 ATP Kernel로전송하는기능 - BTM

Antenna에서복조되어 (Demodulate) 전달된 Telegram을복호화 (Decode) 하는기능 - BTM Antenna의정보저장기능 : BTM Antenna로부터수신된정보를저장하는기능

Sensor Board Front CLK Isolated RS-232 Isolated Ethernet CPU (MPC860) WDI 5V 5V 24V LDO DCDC SG_ On/Off Voltage

3 BAT. (Etc.) (VME Master) Board ID (Address/Data/Cntl. Bus Transceiver ) BTM 장치설계 BTM 보드는차상 ATP kernel과 BTM antenna 간의인터페이스를위해사용된다. 형상 및 기능 - ATP Kernel 과의통신기능 : ATP Kernel 로부터 Tele-Powering 명령을 수신하고, Telegram을 ATP Kernel로전송하는기능 - BTM Antenna와의통신기능 : BTM Antenna로 Tele-Powering 명령을 전송하고, Telegram을수신하는기능 - Telegram 복호화 (Decode) 기능 : BTM Antenna에서복조되어 (Demodulate) 전달된 Telegram을복호화 (Decode) 하는기능 - BTM Antenna의정보저장기능 : BTM Antenna로부터수신된정보를저장하는기능 HW/SW 구성도 Boot Flash SDRAM SRAM Flash SG_CPLD 1-1 VME Interface VME DIN P1 Local Bus DPRAM Temp. Sensor Board Front CLK Isolated RS-232 Isolated Ethernet CPU (MPC860) WDI 5V 5V 24V LDO DCDC SG_ On/Off Voltage 5V CPLD Monitoring V 3.3V LDO DCDC Watch Dog Input On/Off Voltage Monitoring RESET Watchdog &RESET DIN P2 Isolated RS-485 Transceiver Isolated RS-485 Transceiver Isolated RS-485 Transceiver BTM Antenna 형상은 Fig. 3 과같다. Fig. 3 BTM antenna

4 2.3 BTM 장치기능검증시험구성 BTM 장치의기능은 Subset-036의요구사항을만족해야하며, 이를시험하기위해 Fig. 4와같이구성하여시험을수행하였다. Fig. 4 Block Diagram for Verification Test of Balise Telegram Data Fig. 5 Verification Test of Balise Telegram Data Fig. 6 On-board ATP Simulator and Balise Data Input 차상 ATP 시뮬레이터에의해 Balise 데이터를입력하여 BTM 기능검증시험을실시하였다. 시험항목은 Subset-085 Test Telegram 항목을시험하였다.

2.4 BTM 장치기능검증시험결과 2.3절에서구성한시험구성을기준으로시험결과는다음과같다. -. 발리스에서올라오는신호의디코딩여부를 Oscilloscope로확인하고그때의신호를 VSA(Vector Signal Analyzer) 의 FSK demodulator를사용하여검출한후, 검출된값을시뮬레이터상의송신데이터와비교하여데이터를검증한다. -. 디코딩후측정된값들은 Fig.

본시험은 13[m/s] 간격까지총 400회시험을실시하였고, 100% 정상적인 Telegram 데이터를수신함을확인하였다. BTM 장치의성능검증을위한추가시험으로 ETCS-L2 차상 ATP 장치와통합시험환경을구축하여하기 Table 1 차상신호장치의주요시험항목을시험하였으며, 모두정상적으로수행됨을확인하였다. Fig.

5 2.4 BTM 장치기능검증시험결과 2.3절에서구성한시험구성을기준으로시험결과는다음과같다. -. 발리스에서올라오는신호의디코딩여부를 Oscilloscope로확인하고그때의신호를 VSA(Vector Signal Analyzer) 의 FSK demodulator를사용하여검출한후, 검출된값을시뮬레이터상의송신데이터와비교하여데이터를검증한다. -. 디코딩후측정된값들은 Fig. 7과같다 Fig. 7 Oscilloscope Waveform of Decoding Telegram Data Fig. 7의 Ch1은 BTM Decoder에입력되는 Telegram 신호이며, Ch2는 BTM Decoder의수신카운트신호이다. Fig. 8 Simulator Result of Decoding Telegram Data 열차최대속도 500[km/h] 에서발리스최소간격 5[m] 일때, Telegram 간격은 36[m/s] 이다. 본시험은 13[m/s] 간격까지총 400회시험을실시하였고, 100% 정상적인 Telegram 데이터를수신함을확인하였다. BTM 장치의성능검증을위한추가시험으로 ETCS-L2 차상 ATP 장치와통합시험환경을구축하여하기 Table 1 차상신호장치의주요시험항목을시험하였으며, 모두정상적으로수행됨을확인하였다. Fig. 9는그시험결과중 2번, 9번시험결과를나타낸다. Table 1 Major Test List of On-board ATP and BTM system 순주요시험항목 1 자가진단 / 기관사입력 / 임무시작 / 책임 (SR) 모드전환

6 2 이동권한수신 ( 지상발리스 ) 및해석 / 모드전환 (FS) 3 레벨전환 / 이동권한, 선로정보수신및해석 (RBC) 4 RBC 경계구간에서의 Hand-Over 처리 5 Track Condition 수신및처리 6 모드전환 (FS SH, SH SB, SB FS) 7 임시제한속도수신및처리 8 이동권한축소 9 과속에따른경고표시및제동 ( 상용 / 비상 ) 체결 10 비상정지명령수신및처리 11 Override 기능 Fig. 9 Result of Test No. 2 Fig. 10 Result of Test No. 9

7 3. 결론 ETCS 신호시스템의서브시스템인 BTM 장치의기능및성능을 subset에서요구하는사항을분석하여설계및제작하여기능시험을수행한결과고속에서도지상 Balise에서전송하는 Telegram 데이터를정상적으로수신하여해석함을확인하였다. 본논문에서시뮬레이터를이용하여제작한 BTM 장치가정상적으로동작하는것을확인한결과를기준으로실제차량에서현차시험을수행하여차량에서발생할수있는영향을분석하여기능적인신뢰성확보와성능확인을수행할필요가있다. 참고문헌 [1] Hyundai Rotem R&D center, ETCS-L2 On-board EVCU System Requirements Specification(SRS), (2014) [2] Hyundai Rotem R&D center, ETCS-L2 On-board EVCU System Architecture Specification(SAS), (2014) [3] Hyundai Rotem R&D center, ETCS-L2 On-board EVCU Hardware Design Specification(HwDS), (2014) [4] ERTMS/ETCS (2006) System Requirements Specification, REF SUBSET-026, ISSUE [5] ERTMS/ETCS (2007) FFFIS for Eurobalise, REF SUBSET-036, ISSUE [6] ERTMS/ETCS (2009) Test Sequence, REF SUBSET , ISSUE [7] ERTMS/ETCS (2007) Test Specification for Eurobalise FFFIS, REF SUBSET-085, ISSUE [8] ERTMS/ETCS (2009) Safety Requirements for the Technical Interoperability of ETCS in Levels 1 & 2, REF SUBSET-091, ISSUE 2.5.0

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Microsoft Word - KSR2015S129 2015 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR2015S129 ETCS-L2 차상신호장치시험환경구축및기능검증 The Test Environment Integration and Functional Verification of ETCS-L2 Onboard signaling equipment 김광준, 강덕원 *, 정경장 *, 이종성 * KwangJun Kim, DeokWon