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동연 장곡
7 years ago
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1 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A007 엑셀카운터시스템의규격분석 Standard analysis of the axle counter system 여인창 **, 노성찬 *, 유광균 * In-Chang Yeo **, Sung-Chan Rho *, Kwang-Kiun Yoo * Abstract Rail way signal system development has led to an increasing use of axle counter to detect train in the places such as a dead section, level crossing area, etc. In order to enhance domestic axle counter system, it is necessary to examine the technical specifications of international and domestic axle counter systems. This paper studies international and domestic standards in detail and proposes the system development direction with analysed specifications. Furthermore, their paper derives the requirements for the domestic standard to aim the overseas market. Keywords : Axle counter system, International standards, Domestic standards 초록철도신호시스템의발전으로사구간, 건널목의열차검지등엑셀카운터시스템을활용한열차검지장치사용이증대되고있다. 이에따라국내에서엑셀카운터시스템의개발이이루어지고있어해외수출등을고려한국내및해외규격의검토가필요하다. 본논문은해외및국내에서사용되고있는엑셀카운터시스템의기술사양을조사하고, 해외및국내기술규격을비교검토하여국내규격의보완사항을도출하고자한다. 또한, 엑셀카운터시스템의해외시장진출시국내규격이갖는장단점을분석하여시스템의개발방향을제안하고자한다. 주요어 : 엑셀카운터시스템, 해외규격, 국내규격 1. 서론엑셀카운터시스템은새로운철도신호시스템의일부로점차그활용범위가확대되고있다. 엑셀카운터시스템은궤도회로를대신하여열차를검지하고, 열차의운행방향과운행속도등을검지할수있는시스템이다. 또한 CBTC와같이열차검지를궤도회로에의존하지않는시스템으로철도신호시스템이발전하면서열차운전의안전성을증대시킬수있는단순하면서경제적인시스템이라할수있다. 엑셀카운터시스템은건널목경보회로의경보시점과경보종점에사용하며, 궤도회로를사용하지않는열차제어시스템의안전성향상을위하여서도사용한다. 이와같이엑셀카운터시스템의사용이증가하고있는추세이다. 본논문은해외및국내에서사용되고있는엑셀카운터시스템의기술사양을조사하고, 해외및국내기술규격을비교검토하여국내규격의보완사항을도출하고자한다. 교신저자 : 한국교통대학교철도대학철도전기전자공학과 (kkyoo@ut.ac.kr) * 한국교통대학교철도대학철도전기전자공학과 ** 중흥테크놀러지

2. 본론 2.1 엑셀카운터시스템기술동향 2.1.1 프라우셔 Frauscher GmbHtksms사는자기유도원리를이용한열차검지센서인 RSR 123을 CENELEC 절차를준수하여개발하였다. 프라우셔는개발된열차검지센서를활용하여, 높은가용성과경제적으로설치, 증설이가능한엑셀카운터시스템을제공하고있다.

2 2. 본론 2.1 엑셀카운터시스템기술동향 프라우셔 Frauscher GmbHtksms사는자기유도원리를이용한열차검지센서인 RSR 123을 CENELEC 절차를준수하여개발하였다. 프라우셔는개발된열차검지센서를활용하여, 높은가용성과경제적으로설치, 증설이가능한엑셀카운터시스템을제공하고있다. 엑셀카운터시스템을활용한열차검지장치는철도신호시스템공급시신호시스템의일부로공급되고있으며점차그사용개소가증가하고있다. 프라우셔에서제공하는엑셀카운터시스템은중앙집중형구조와분산형시스템구조로나뉘어져있다. 중앙집중화구조는전체의엑셀카운터시스템구성요소를한장소에배치하는것을의미한다. 분산형구조시스템은엑셀카운터장치가나뉘어설치되어있으며통신시스템으로철도신호시스템과연결되어있다. 따라서센서케이블길이를단축할수있으며, 엑셀카운터장치를다양하게통합하여운영할수있어경제적인설치가가능한이점이있다. Fig. 1 Centralized structure & Individual structure 티펜바흐티펜바흐사는철도운영에있어서선로에대한궤도점유 / 비점유기록을부여하기위해다양한전자장치를이용한이중센서구조인 DSS를활용하여엑셀카운터장치를만든다. 엑셀카운터장치는두개의채널에서발생된신호를완충증폭기를통하여두개의검지센서에전달하고검지센서의출력신호를수신하며, 고장검지신호를수신하고검지센서의재설정기능을하도록하고있다. 다음의그림은엑셀카운터시스템의구조를나타낸다.

3 Fig. 2 TAZ II block circuit diagram 2.2 유럽및국내기술규격 유럽기술규격엑셀카운터시스템에관한유럽규격은 2010년 7월에제공된 CLC/TS Railway applications-compatibility between rolling stock and train detection systems Part 3 : Compatibility with axle counters에서정하고있다. 이규격의통신, 신호와연산처리등의기술적특징은철도전기전자응용기술위원회 CENEKEC TP 9X의 SC9A 보고서에의하여제안되었다. 최종적으로국가적수준의규격으로발표된것은 2011년 1월 7일이며 EN/TS50238의하부규격으로 Railway applications-compatibility between rolling stock and train detection systems로발표되었다. 본규격에서는 3가지부분으로구성되어있다. - 양레일전류와차량장치에의하여발생되는자기장의전파장애제한부분 - 전파장애제한에포함되는차량방사확인과호환성검증을위한측정과평가방안 - 차축카운터의형태고려사항등추가요구사항에관하여기술하고있다. 규격에서정하는신뢰성여유는운영선에서검지오류확률로 10-7 의값을규정한다. 이는신호의오차율 9dB를포함한값이다. 사용주파수는 TSI에의하여정의된주파수를사용하도록제한하며차량의호환성검증을위한다양한방법에대하여기술하고있다. 철도차량이운영되고있는조건에서의시험조건에관하여기술하고있으며전기차, 디젤전기기관차, 고속열차, 도시철도등에따라각각나뉘어규정하고있다. 또한측정의정확도, 측정방법데이터평가방법등에관하여기술한다.

4 Fig. 3 Axle counter detector, schematic Fig. 4 Measurement approach 국내기술규격엑셀카운터시스템에관한국내규격은 2015년 8월에제공된 KRCS C294 철도용품공사규격서차축검지장치에서정하고있다. 이규격의레일에서차륜의수량을연산하여궤도에차량의점유상태를검지하는차축검지장치에대하여제안되었다. 본규격에서는 6가지부분으로구성되어있다.

5 - 차축검지장치의적용범위및분류 - 차축검지장치에적용한규격에대한적용자료 - 차축검지장치의기능및성능에대한필요조건 - 차축검지장치의검사및시험 - 차축검지장치의포장및표시 - 차축검지장치의일반사항엑셀카운터시스템의기본구성은 [Fig. 5] 와같다. 연산유니트 ( 실내 / 실외 ) 유지보수장치 ( 실내 ) UPS 정류기소형계전기 UPS 서지보호모듈 전원모듈 MPU 모듈 광전송모듈 GPS 모듈 DOU 모듈 산업용 PC 광스위치허브 선로변유니트 1 ( 실외 ) FDF 광케이블 (TCP/IP) 네트워크스위치허브 선로변유니트 2 ( 실외 ) 서지보호모듈 전원모듈 센서입력모듈 광전송모듈 서지보호모듈 전원모듈 센서입력모듈 광전송모듈 절연케이블 (2P) 센서 1 센서 2 Fig. 5 Axle counter system configuration 연산유니트는카운터정보를연산하여구성된궤도영역에대하여점유, 복구처리를하며출력모듈의출력포트를통하여설치된소형무극계전기를동작시킨다. 유지보수장치는카운팅정보및각모듈의동작상태등을유지보수모니터를통해메시지처리하여야한다. 선로변유니트는센서로부터검지된카운트정보를연산유니트에전송한다. 선로변유니트와연산유니트는광케이블로연결하고통신방식은 TCP/IP를표준으로한다. 센서는열차의차륜을검지하여선로변유니트에검지정보를전송한다. 레일에부착된센서가취부대의탈락검지센서에서 2mm(± 1mm) 이상떨어질경우에는장애로동작하며선로변유니트의센서입력듈과 1:1로구성되어야한다. 센서 선로변유니트간최대 1km 통신라인구성이가능하여야한다. 센서동작의허용범위는 Wheel Fringe 중심의하단에서센서상단의중심부까지최대 40mm 이격거리에서검지가가능하며 Wheel 측면의인식범위는레일상단측면을기준으로 0mm 40mm 이격거리에서검지가가능하여야한다. 센서의설치위치는 Wheel Fringe 마모한계에센서가손상되지않도록레일상단에서센서상단까지거리가 40mm(±1mm) 가되도록한다.

6 2.2.3 유럽기술규격및국내기술규격비교분석유럽의기술규격은차량과레일등차륜검지센서에영향을미치는요소에대하여기술하여개발에대한방향성을제시하였으나, 국내의기술규격은국내철도용품에대한기본기술내용에엑셀카운터시스템의구성요소및각구성요소에대한기능및성능에대하여기술하였다. 따라서유럽의기술규격은개발하는과정에서센서에대한오작동에대하여방지할수있도록제시하고있으나국내의기술규격은기능및성능에초점이맞추어져있어제품개발및성능검증시고려하여야할내용이정확하게정의되어있지못하고평가방법에관한기술적분석이부족하다. 2.3 엑셀카운터시스템기본요구조건 설계조건 1) 차륜센서구조엑셀카운터시스템의검지헤드는 Tx와 Rx가구분된구조와변압기의원리를이용한형태로구분된다. Tx와 Rx가분리된구조는검지시간이짧으므로강제적으로열차검지시간을확장하는방식을사용한다. 변압기형은차륜에의한자기차폐와유도전압의원리를이용한방식을이용하면고속열차의열차검지에용이할것으로판단된다. 검토사항 Table 1 International product features 공급업체 TIEFENBACH FRAUSCHER 검지기모델 2N59-1R-400RE-40 RSR180 신호검지카드 AMPLIFIER (Analog Detect->Digital Out) IMC (Analog Detect->Digital Out) 검지속도 250Km/h, 350Km/h, 450Km/h 330Km/h Wheel 지원 국내모델지원 국내모델지원 검지기방식 Inductive Inductive Drop off 기능 지원 지원 검지기고정방식 레일천공 클램프방식 검지기신호 Analog Signal (37.5KHz 42.5KHz) Analog Signal ( 디지탈신호와유사 ) 검지기결선 Signal Line Signal Line, Power Line 검지기내부구성 수동소자로구성 전자회로내장 상위인터페이스 전용 Controller 모듈있음 RS485 ( 카드만공급시불필요 ) ACS2000 시스템에모듈있음 모뎀통신 ( 구현시모뎀필요 )

7 2) 엑셀카운터처리장치엑셀카운터처리장치는선로변특수환경을고려한다면검지모듈은철도보드유니트내에수용되어야한다. 따라서역간에서는 KRS에규격화된기구함, 역구내에서는신호기계실에전용캐비넷에실장하여운영하여야하며, 내부에실장되는각종처리카드는기능에따라설치한다. 3) 선로변유니트선로변유니트는레일에취부되는차륜센서와선로변기구함또는기계실엑셀카운터처리장치와의케이블접속을위하여선로변에설치된다. 또한선로변유니트를선로변에설치할경우내부에비, 눈등물이스며들지않는구조로설계되어야한다. 특히차륜센서에연결되는케이블의길이는케이블임피던스를감안하여외부이상전압으로부터영향을최소화할수있도록차폐케이블을사용하여야한다. 3. 결론엑셀카운터시스템을개발할때가장주안점을두어야하는것은열차검지의무한신뢰성을확보하는데있다. 그러기위해서는설계및제작, 시험단계에서열차검지의오류를범하지않기위해서는체계적인설계, 제작프로세서를바탕으로규격에입각한환경시험및성능시험을수행하여야한다. 엑셀카운터시스템에대한유럽규격은 EMI/EMC규격을엄격하게따르고있다. 국내규격도유럽규격과마찬가지로전자기적적합성에대해시험을하고있지만세부적인방법에대해서는기술되어있지않다. 따라서국내규격도유럽규격에제시되어있는전자기적적합성시험방법과동일한시험을할수있도록보완하여야된다고판단된다. 또한엑셀카운터시스템성능시험기관이별도로없기때문에국내개발품을해외에적용하기위해서는신뢰성과안전성을입증할수있는기관에서검증을반드시받아야하며, 검지허용오차율에관한신뢰성확보율을정의하여야할것이다. 외국기관에서성능을검증받기위해서는처음설계부터제작, 시험까지검증프로세스에맞추어야할것이다. 현재국내에서제작된엑셀카운터시스템중외국검증절차는수행한곳은아직없는것으로파악된다. 엑셀카운터시스템시장은이미외국메이져회사들 ( 프라우셔, 티펜바흐등 ) 이점령하고있는실정으로국내제품이해외시장에진출하기위해서는이들과동등이상의성능을발휘하여야한다. 그러기위해서는기존열차검지성능과 IT기술을접목하여유지보수성을높이는방법을찾아야할것이다. 조만간국내제품이해외시장에진출할수있기를기대한다.

8 참고문헌 [1] 한국철도공사 (2015), 차축검지장치 (Axle Counter) 한국철도공사규격서 (KRCS C294, ), 한국철도공사. [2] BSI Standards Publication(2010), Railway applications-compatibility between rolling stock and train detection systems-part 3 : Compatilility with axle counters, BSI Standards Publication. [3] Ellis, T. J.(1985), The axle counter connection 1984 and other issues, [Melbourne] : Institution of Railway Signal Engineers, Australian Section. [4] Use of axle counters for proving block sections on C.T.C. Territory on Queensland Railways, Institution of Railway Signal Engineers, Australian Section, 1985 [5] Andreas Rottmann(2004), Why choose Axle Counters for Track Vacancy Detection, IRSE AGM and Technical Convention-Melbourne. [6] Simeon Cox(2011), A Review of Axle Counter Application; Reset Restore Methods, Their History, Their Current Application and Future. IRSE Australasia Technical meeting : Sydney. [7] James Clendon, John Skilton (2011), Axle Counter The New Zealand Experience, IRSE Austrasia Technical Meeting : Sydney. [8] B. Kozol and D. F. Thurston, Axle Counters vs. Track Circuits Safety in Track Vacancy Detection and Broken Rail Detection, Am. Railw. Maintenance-of-w. Assoc. AREMA 2010 Annu. Conf. Expo., [9] Josef Frauscher(2006), From track switch to inductive wheel sensor using a variety of technologies 년한국교통대학교지원을받아수행하였음.

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- 2 - - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - 가 ) 가 ) 가 ) 가 ) - 10 - - 11 - 길이 피시험기기 주전원 절연지지물 케이블지지용절연물 접지면 발생기 - 12 - 길이 가능한경우 절연지지물 절연지지물 접지면 전자계클램프 감결합장치 - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - - 17 - - 18 -