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영희 준
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1 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A031 열차정보 (TWC) 시험기개발에관한연구 A study on development of TWC Tester 정호형 *, 이재봉 *, 김철환 ** Ho Hung Jung *, Jae Bong Lee *, Zhe huan Jin ** Abstract TWC(Train to Wayside Communication) is an equipment that sends train information to TTC(Total Train Control) at Total Control Center through Wayside Signalling System for the sake of providing information for train operation. The sent inner train information includes train number, train-set number, destination, and error data, and it is sent by wireless. Adopting ATO systems in Seoul Metro Line 2 made the confirmation of Wayside Train Information Receiving Equipment s Operation and the connective operation test of TWC-related facilities(ifc, PSD, ATC) available only if TWC information by onboard signaling was send to wayside facilities. This paper discusses developing a transmission equipment which can send train information to wayside without suspension of trains operation so that the efficiency of facilities maintenance gets increased through using the equipment during signalling maintenance and PSD inspection. Keywords : TWC Tester, ATC, ATO, ATP 초록 TWC(Train to Wayside Communication) 장치는열차정보를지상신호시스템을통하여종합관제실 TTC(Total Train Control) 설비로전송하여열차운행을위한정보를제공하는설비이며, 전송되는열차내부정보로는열차번호, 편성번호, 행선지, 열차고장정보등이있으며무선으로전송한다. 서울메트로 2호선구간에 ATO시스템이도입됨에따라지상열차정보수신장치의동작상태확인과 TWC관련설비 (IFC, PSD, ATC) 의연계동작시험을위해서는차상신호장치에의한 TWC 정보를지상설비에전송하여야만한다. 본논문에서는열차운행없이열차정보를지상으로전송할수있는송신장치를개발하여신호설비유지보수와 PSD점검에활용하여시설물유지관리효율을높이고자한다. 주요어 : 열차정보시험기, ATC, ATO, ATP 교신저자 : 서울메트로 (metro2line@daum.co.kr) * 서울메트로 ** 혁신전공사

2 1. 서론 TWC(Train to Wayside Communication) 장치는차량과현장설비간의양방향통신을하는정보교환장치로이시스템은차상설비와현장설비 2개의시스템으로분리되며, 차량과현장설비의정보교환은현장에서정거장특정한위치에지상 TWC 루프코일을설치하고차량은차량하부에루프안테나를설치하여무선정보통신을하는장치이다. 무선으로송ㆍ수신한정보는각각차상설비인열차자동제어장치 (ATC), 열차자동운전장치 (ATO), 열차제어감시장치 (TCMS : Train Control Monitor System) 와연결하여열차운전을제어하고현장설비는 TWC 유니트가신호기계실의주컴퓨터와연결하여정보를송 수신함으로서열차자동운전에필요한각종기능을수행한다. 2. 본론 2.1 연구개발의배경본연구개발은 TWC 시스템고장시 TWC 시스템을영업운행을종료한후예방정비하고있으나시험기미보유로정상동작여부를실제영업열차운행으로시험하여확인하고있다. 타도시철도기관에서도 TWC시험기를사용하고있으나외국제품으로구매가격이높아고장시 A/S기간과소요비용이과다하여국산화개발이시급한실정이다. 2.2 이론적배경 TWC 장치의개요및기능 TWC(Train to Wayside Communication) 장치는차상에서지상으로데이터전송을위해사용한다. TWC 시스템은표준시스템 IMU 100을기본으로한다. LZB 700M ATO 시스템의서브시스템인 TWC에의해, 차량데이터는차량에서신호기계실로그리고인터페이스컴퓨터를통해사령실로전송된다. 열차가역구내에서 ATP가허용하는정차범위내로정차했을때, 차상 ATO는차량데이터가포함된 TWC Telegram을송신한다. 수신장치로써플랫폼내의궤도에 TWC 루프가설치되고, 이루프는동축케이블로연결되어 TWC 지상유니트를통해해당신호기계실의인터페이스컴퓨터와연결한다. TWC 루프는궤도중앙에설치하고 TWC는차량편성번호를자동으로식별하기위해입 / 출고선에서열차번호를전송하는데사용한다. 이때열차번호는 TTC로전송한다. TWC는차량데이터를유도적으로전송하고캐리어주파수는 850 khz이다. 캐리어주파수는 FSK(Frequency Shift Keying, / 875 khz) 변조되고전송률은 50kbit 이다. 96 bits의 Telegram이전송되고, 기계실컴퓨터에의해추가로처리될수도있다. start-stop모드로 ASCII문자가전송되는데다음의데이터들이전송된다.

3 - 열차번호 - 차량편성번호 - 목적지번호 - 출입문개 / 폐정보 - 열차상태정보 TWC 장치는매우신뢰성이높고 Fail-Safe 설계가필요하지않으므로모든회로는한채널로설계하였다 구성장치 가. TWC 차상장치 TWC 차상장치는차상 ATO의일부분이며다음의장치들로구성한다. - 1 TWC 전자모듈 - 1 TWC 송신코일 TWC 송신코일은차량의수평축에평행으로설치되며, 대략레일상단에서 150mm정도떨어져있다. 시스템은병렬공진회로이다. 페라이트막대의권선에의해유도장이형성되고송신코일은차폐케이블로 ATO 차상장치에연결된다. TWC 전자모듈은 ATO 컴퓨터와코일간에인터페이스를하고 ATO 컴퓨터서브랙에설치된다. 나. TWC 지상장치 TWC 지상장치는다음과같이구성된다. - 궤도루프 - 접속함 - TWC 기계실유니트로의연결케이블 ( 동축케이블 ) - TWC 기계실유니트 ( 제어장치 : CPU 850) 궤도루프의위치는, 열차의운행방향, 열차의길이와편성량 (4량, 6량, 또는 1 0량편성 ) 에따른가능한역구내정차위치, 그리고정차허용범위에영향을받는다. 궤도루프와피더케이블의정합이이루어진다. 증폭기의전원은 TWC 기계실유니트에서피더케이블을통해공급된다. TWC 기계실유니트는다음의기능을수행한다. - 궤도루프를통해통과열차의전송수신 - 수신신호의선택, 증폭및복조 - IF_C로복조된텔리그램을직접직렬전송

4 TWC 기계실유니트는 19인치 PC-Board 프레임의반크기로되어있다. 이는신호기계실의 IF_C 캐비닛에설치된다. 절연변압기, 수신증폭기, 판별기및최대 8개루프에해당하는전원장치로구성한다 기술데이터 가. 일반데이터 전송모드전송주파수전송형태정보량 ( 표준버전 ) 전송 air gap 측면편차운행속도 시분할다중방식 khz / 875 khz start / stop 플랙이있는 Telegram 최대 96bits 사용가능 100 mm ~ 400 mm +100 mm/ -100 mm 0 ~ 250 km/h 동작온도허용범위 -25 ~ 자료검토 현황파악 가. 현행 TWC 정기점검방법 1) 3개월검사 (3M) 로는 TWC Loop Coil 손상유무와배선단자접속및배선상태점검이있다. 2) 6개월검사 (6M) 로는 TWC 수신주파수파형및출력전압측정과 TWC 접속박스내부접속상태점검이있다. 나. 정기점검의애로사항 1) 무선전송시스템이기때문에열차정보파형을측정하기위해서는운행중인열차를대상으로한수신레벨을측정한다. 2) 측정단자의조밀함에따른내부부품파손의위험이상존한다. 3) TWC 설비자체고장을확인하기위하여는로깅파일을분석하여열차별정확한데이터전송여부를확인해야한다.

검사항목으로는디스플레이상태, 주파수 (823 875kHz) 송신상태, TWC SCOPE 데이터정상수신여부, 기존측정데이터와비교시험이있다. 시제품외관 측정모습 Figure 1 시제품외관및측정모습 3.2.2 현장적용시험열차정보송신기의시험대상은 2호선차량기지시험선, 본선역 TWC Loop 코일에서 Figure 2와같이시험하였다.

5 3 연구개발 3.1 연구개발방안본연구에서는기존의열차정보시험기비교분석한결과다음과같은열차정보시험기의개발방법을제시하였다. 기존에사용중인제품의기능에사용편이성향상을위하여다음과같은방안이구성되었다. 측정시열차정보송신기능만필요하고, 2호선특성상본선, 성수지선, 신정지선으로구분하였다. 차후 PSD시험을위한문열림, 문닫힘기능을넣었으며자동버튼을누르면데이터가연속으로전송하는기능을포함하였다. 3.2 시험 공장시험공장시험모습은 Figure 1과같으며관능검사와시험검사를해서양호한결과를얻었다. 검사항목으로는디스플레이상태, 주파수 ( kHz) 송신상태, TWC SCOPE 데이터정상수신여부, 기존측정데이터와비교시험이있다. 시제품외관 측정모습 Figure 1 시제품외관및측정모습 현장적용시험열차정보송신기의시험대상은 2호선차량기지시험선, 본선역 TWC Loop 코일에서 Figure 2와같이시험하였다. 시험방법으로는 TWC-Loop에열차정보송신기안테나를놓고송신기의커넥터안테나를연결한다. 정보전송버튼을누르면연속하여열차정보데이터가송신기에서발생한다. T WC 증폭모듈에오실로스코프를연결하여주파수및레벨값을확인하면서시험하였다.

6 차량기지현장시험 TWC Scope 화면 Figure 2 차량기지현장시험 Figure 2는차량기지에서실시한 1차시제품시험으로, 송ㆍ수신은정상적으로되었으나 TWC Scope화면에서알려지지않는 CRC error가나타났다. 이와같은문제점은 TWC 데이터추출프로그램상의오류로판정되어해결하였다. 차량기지주파수측정 측정데이터화면 Figure 3 차량기지주파수측정사진 Figure 3은차량기지에서실시한 2차시제품시험으로차량기지신호기계실에서측정하였다, 열차의정확한주파수를측정하기위하여스펙트럼분석기를사용하여지선열차가운행할때측정하였다. 측정한결과로는매뉴얼대로데이터가 0일때 823kHz가측정되었으며데이터가 1일경우 875kHz가측정되었다.

군자기지현장시험 TWC Scope 데이터화면 Figure 4 시험선측정사진

본선현장시험 TWC Scope 데이터화면 Figure 5 본선측정사진 Figure

결론 본논문은 TWC Telegram을전송할수있는송신장치에대하여연구를하였다.

7 군자기지현장시험 TWC Scope 데이터화면 Figure 4 시험선측정사진 Figure 4 는 4 차시험으로 CRC 데이터오류없이양호하게측정되었다. 본선현장시험 TWC Scope 데이터화면 Figure 5 본선측정사진 Figure 5는 2호선본선구간관내에서시험한 5차시험으로오류없이양호하게측정되었다. 3. 결론 본논문은 TWC Telegram을전송할수있는송신장치에대하여연구를하였다. 열차정보 (TWC) 시험기는지상 TWC 시스템의동작상태를테스트및확인시험하기위하여차상신호장치를대신하여 TWC 신호를송신하는장치이다. 지상 TWC 시스템의동작상태를확인시험하기위하여시험열차를투입하여 TWC 신호를송신하고 IMU에서확인하는과정을거치게된다. 이는비용대비효과측면에서볼때

8 대단히불합리하다. 실제열차에서수신된 TWC Telegram을열차정보 (TWC) 시험기에적용시켜 TWC Telegram을송신하면실제열차의차상장치에서송신하는것과동일한신호를지상 TWC 시스템에전송한다. 실시간 ATO시스템의동작상태를열차운행에의하지않고시험기에서모의정보를생성하여시험을가능케함으로서열차안전운행과지상장치의신속한유지보수에기여할수있다. 참고문헌 [1] 정호형, 이남일, 고양옥 (2011) 열차정보 (TWC) 시험기개발연구보고서, 서울메트로기술연구원 [2] 정호형, 이남일, 고양옥 (2011) 열차정보 (TWC) 시험기사용자매뉴얼, 서울메트로기술연구원 [3] 서울메트로 (2008) 2호선신호시스템개량제작사양서 [4] 한봉석, 박재영, 최중한 (2014) 철도신호, 동일출판사 [5] 이만필 (2015) 철도신호해설, 세화

목차 1. 전체시스템구성 2. 지상신호설비구성및기능 3. 차상신호설비구성및기능 4. 통합관제설비구성및기능 - 1 -

열차제어시스템소개 2011. 04. 12. 목차 1. 전체시스템구성 2. 지상신호설비구성및기능 3. 차상신호설비구성및기능 4. 통합관제설비구성및기능 - 1 - 1. 전체시스템구성 열차제어시스템은차량의재선상태및선로변설비의상태에따라서선로상의분기기및신호기를제어하고, 차량의운행을위한제한속도및역간정보등의각종제어정보를차상신호설비로전송하는지상신호설비, 차량의상태및지상신호설비에서수신한각종제어정보에따라서열차방호및자동운전기능을수행하는차상신호설비및관제요원의명령또는열차운행계획에따라서열차진로를제어하는통합관제설비로구성