2016 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR2016S083 로프형상하스크린도어대구도시철도문양역의시범운영성과와과제 Commercial Issues and Outcome for Test bed of Rope type Vertical Platform Screen Door at the DTRO s Moonyang Station 김진경 *, 김현 *, 신판주 *, 강봉완 ** Jin Kyung Kim *, Hyun Kim *, Pan Ju Shin *, Bong Wan Kang * * Abstract : Platform screen door system which is one of the platform safety facilities has been installed since 2000s, it is reported that there is a collateral effect of safety facilities which is to improve air quality and energy savings. In particular, supplying screen door system of Seoul Metropolitan Rapid Transit(SMRT) and Seoul Metro has expanded rapidly into private business with the advertising business. On the other hand, where the platform of the national rail network, for example, Yeongdeungpo station where various trains stop such as KTX and KTX- Sancheon, Saemaeul, Mugunghwa train and Nuriro train, it is impossible to install the existing screen door. Also, for the ground station without roof the existing platform screen door is not suitable because of external environment such as typhoon etc. Rope type vertical platform screen door system is a Research and Development Project of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport in order to solve the problems with stopping at stop position and to improve applicability to ground station and it is currently operating at Moonyang station at Daegu Metropolitan Transit Corporation(DTRO) since its demonstration March, 2013. In this paper, It is reported that the availability and reliability of the rope type screen door based on its operating data of Moonyang station in DTRO and shows the relative evaluation about error causes and monthly error causing frequency in comparison with existing screen door record by SMRT. Based on this assessment, it is highlighted to system reliability of the rope type vertical screen door and suggest to implications toward commercial product issues. Key words : Screen Door, Error, reliability 초록철도승강장안전시설물에해당하는스크린도어시스템은 2000 년대부터설치되면서안전시설이외공기질개선과에너지절감이라는부수적효과가있다. 특히서울메트로와서울도시철도의스크린도어시스템보급은광고사업과연계시켜민자사업으로급속히확대되었다. 반면국가철도망의승강장은예를들어영등포역과같이 KTX 와산천, 새마을호, 무궁화, 누리로등다양한열차가운영되는곳에는좌우스크린도어설치가불가능하다. 또한좌우스크린도어는지붕이없는지상역의경우태풍과외부환경등에적지성이낮다. 하지만로프형상하스크린도어시스템은다양한열차운영을고려한정차위치여유폭이 +- 2,100mm 까지반영할수있기때문에수동운전노선에대한적용성이매우높다. 대구도시철도문양역시범사업은국토교통연구개발사업으로 2013 년 3 월에설치하여 2016 년 3 월 24 일현재까지상용운영중에있다. 본논문은대구문양역로프형상하스크린도어운영데이터에기반하여 RPSD 가용성과함께오류원인과월별오류발생빈도등에대해서울도시철도스크린도어의운영실적과비교하여 RPSD 의성과와상용화에필요한이슈들에대해논하고자한다. 주요어 : 스크린도어, 오류, 신뢰성 교신저자 : 한국교통연구원철도교통본부 (hyun_kim@koti.re.kr) * 한국교통연구원철도교통본부 ** 서울도시철도공사연구소
1. 서론 승강장안전문 (PSD) 이설치된철도승강장은승객과철도차량간의충돌과선로추락등으로발생하는안전사고를예방하고있다 [1]. 또한승강장내부의미세먼지, 일산화탄소, 이산화탄소및포름알데히드의농도를줄여공기질개선과소음감소, 그리고화재발생시대피시간연장등에기여하고있다. 하지만승강장안전문은영등포역과같이 KTX, 새마을호, 무궁화호, 누리로등다양한열차가운영되는승강장의경우그적용성한계 [2] 로기존승강장안전문설치가답보상태에있다. 로프를이용한상하승강장안전문 (RPSD : Rope type Vertical Platform Screen Door) 은다양한열차운영을고려하고도 +, - 2,100mm 의여유폭을확보할수있기때문에정차위치가취약한수동운전노선과다양한열차를운영하고있는승강장에적용가능하다 [3]. RPSD 시스템은 2006 년광주녹동역에설치한로프형스크린도어 (RSD : Rope Screen Door) 기술을열차 1 량길이에해당하는 20m 단위로분할하여운영할수있도록소형화기술을개발하여대구도시철도 2 호선문양역에시범설치하여 2013 년 3 월 9 일부터 2016 년 4 월현재까지상용운영하고있다. 문양역승강장은지상역섬식 ( 직선 ) 형태로, 승강장길이가약 150.6m 이며, 전동차는 6 량 1 편성으로전동차도어수는 1 량당 4 개도어로구성되어있다 (Fig. 1 참조 ). 문양역 RPSD 시범사업은 2013 년 1 월 3 일한국교통연구원과대구도시철도공사가실시하였고, RPSD 설치공사는 2013 년 1 월 15 일 2016 년 3 월 24 일현재운영중에있다. 현재운영구간 6 량은 RPSD 인터페이스방식에따라구동하도록설치되어있으며, 비운영구간인 2 량은승객차단시설로만설치되어있다. Fig. 1 Layout of RPSD at Moonyang Station (Open and Close) 본논문의목적은문양역로프형상하스크린도어와서울도시철도스크린도어의운영실적자료에기반하여 RPSD 의가용성을분석하고, 각각의장애발생건수와월별장애분포, 시스템구성요소에대한오류분포등에대해비교하여 RPSD 가기존 PSD 대비어느정도의신뢰수준에있는지를분석하고자한다. 또한분석결과에근거하여향후 RPSD 의상용화에필요한이슈를제시하고자한다. 2.1 RPSD 와 PSD 의시스템구성개요 2. 본론 RPSD( 로프형상하승강장안전문 ) 와 PSD( 좌우승강장안전문 ) 의시스템은철도승강장측과선로측을분리하여승객의안전을확보할수있도록한구조체와이를철도차량과인터페이스하는제어부로구성되어있다. PSD 구조체는열차출입문과스크린도어가일대일로대응하
고있는특성이있다. 구조체는가동문, 비상문, 고정벽, 가동부 ( 헤드박스 ), 가이드장치등으로구성되어있다 (Fig. 2 참조 ). 반면 RPSD 의구조체는상하가이드기능을담당하는좌우기둥 (Lift Post) 과와이어로프의가동문, 그리고로프가아래로처지는것을방지하기위한중간기둥, 종합배선반 (Utility Box) 등으로구성된다 (Fig. 3 참조 ). Fig. 2 Configuration of RPSD Structure Fig. 3 Configuration of PSD Structure RPSD 와 PSD 의제어장비 (Controller) 는 Fig. 4 에제시하고있는바와같이종합제어반 (SCADA), MCU, DCU, HMI, LCU, TIU, TPS, TDD 등으로구성되어있다. 또한각제어장치들에대한기능의정의는 Table 1 에제시하고있다. 이렇듯다양한기능을수행하는장비들로구성되어있고, 각장비들간송수신하여스크린도어가동작하게되며, 이중하나의부분에서라도오류가발생하게되면승객의안전과열차운영에영향을미치게될수있다. 본장에서는문양역로프형상하개폐스크린도어 (RPSD) 와서울도시철도좌우개폐스크린도어 (PSD) 운영실적을분석하여오류발생원인을파악하고자한다. Table.1 Function for Controller Subsystems Fig. 4 Controllers and Interface with Train 2.2 장애발생건수비교 장애발상건수는 Fig.5 을보면김포공항역을제외하고연간 40 60 건이발생하고있다. 서울도시철도승강장의스크린도어연평균장애발생건수가 58 건수준이며, 이는 2014 년, 2015 년의문양역 RPSD 의장애발생건수와비슷한수준에있음을확인할수있었다. 계절별장애발생분포는 Fig. 6 에제시하고있다. 서울도시철도 PSD 의계절에따른장애발생분포는큰차이가없지만문양역 RPSD 의경우최소 0 건에서최대 12 건으로큰편차를보이고있다. 특히 2015 년기준으로 5 월, 7 월, 9 월, 10 월에장애발생분포가높다는것을확인할수있다. 이는 RPSD 의장애발생건수가 PSD 수준에있지만계절변동에따른장애발생분포에대한편차가크다고볼수있다. 그원인은시스템구성요소에따른장애발생분포를비교해찾고자한다.
Source : Seoul Metropolitan Rapid Transit, (2012, 12months) Fig. 5 No. of failure between PSD and RPSD (2012) Fig. 6 No. of Failure between PSD and RPSD by Monthly (2012) 2.3 장애발생원인비교 장애발생원인은시스템구성요소즉구조체, 제어장치, 통신 (CAN), 센서, 전력, HMI 등으로구분하여분석하였다 (Fig. 7). 이중통신 (CAN), 전력과 HMI 등의시스템구성요소는 RPSD와 PSD 모두장애발생원인으로영향을미치지않았다. 장애발생분포는 PSD의경우구조체 (47.5%), 장애물센서 (41.6%), DCU(3.7%), 모터 (2.4%) 순이며, RPSD는 DCU(2014년 30.5% 2015년 41.8%), 장애물센선 (25.4% 3.6%), MCU(20.3% 5.5%), 구조체 (13.6% 18.2%), 모터 (8.9% 9.1%), 열림 / 닫힘센서 (1.7% 16.4%) 순으로나타났다. 여기서주목할만한점은 RPSD 구조체장애발생분포는 PSD보다 3배가낮다는점으로구조체분야는매우안정적이라고평가할수있다. 반면, RPSD의제어장비 (DCU) 에대한장애분포는 PSD 대비 10배이상이높게나타났다. 그원인은문양역 RPSD 제어장치가로프스크린및상
하열림과닫힘에대한특성을반영하여개발되었던것이아니라기존 PSD 상용제품의하드웨어를적용하였기때문으로판단된다. 문양역시범사업은 2014 년과 2015 년으로비교해보면, MCU 와장애물센서는크게개선되었고, DCU 와열림 / 닫힘센서에대한장애발생분포가증가하였다. 이결과에근거하면 RPSD 시스템의안정화및안전무결성향상은상하열림 / 닫힘개념과장애물센서정보를고려하여열림과닫힘을수행할수있도록 DCU 개발, 열차출입문과인터페이스방식등을체계화할필요성이있다고볼수있다. Fig. 7 Comparison of failure rate by Structure and Controllers 2.4 제어장비변경전후장애발생건수비교 2013 년대구문양역에로프형상하개폐스크린도어설치초기에는각 Main post 에설치된센서의조합을통해열차진입과정차조건을확인하여열차출입문열림보다먼저열리도록되어있었으며, 열차가출발하고일정시간이지나면닫히도록구성되어있었다. 하지만 2014 년 2 월말에출입문검지센서를추가장착하여 3 월부터열차문과동시열림닫힘이가능하도록하였다. 이에따라아래 Table 2 와같이제어장비변경전후의장애발생건수를비교한결과출입문검지센서설치후동시열림닫힘시장애발생건수가약간적게나왔으나눈에띌만한큰차이점은없는것으로판단된다. Table 2 No. of failure according to equipment change Division Failure types Before (2014.3~2015.2) After (2015.3~2016.2) Moving device Screw, chain, structure 8 13 Sensors, open /closed 1 10 DCU 20 22 Motor 5 5 Sensor Obstacle sensors 16 5 CAN Communication TIP 12 3 Power failure 1 HMI 2 Total 63 60
3. 결론본논문에서는문양역 RPSD와서울도시철도공사 (SMRT) 의 PSD에대한운영실적자료를비교분석하여 RPSD 시스템의가용성을비교한결과 PSD와동일한수준에있다는점을확인하였다. 연차별가용성은 2014년 99.974%, 2015년 99.975% 수준에해당한다. 이는문양역 RPSD가프로토타입 (Proto type) 성과물에도불구하고상용품수준의안정적인수준에서운영되고있다. 하지만일부계절변동에따른시스템안정성확보가필요하며, 특히상하개념의열림과닫힘을고려한 RPSD 운영시나리오를표준화하고, 이를제어하는장치즉 DCU, MCU, TIU, TPC 등 Fig. 4와 Table 1에정의한제어장치기능은상용화관점에연구개발이필요하며, 해당제어장비의안전무결성 (SIL) 인증이함께동반되어야국내및국외의신뢰도를향상시킬수있을것으로기대된다. 후기본논문은국토교통부가출연하고국토교통과학기술진흥원에서발주하여시행중인 2015년도철도기술연구사업도시철도역사운영효율화및상태기반유지보수기술개발연구단중 1세부 RPSD 국제표준인증및상용화기술개발 (3차년도) 과제의지원으로이루어졌습니다. 참고문헌 [1] J. S. Bae (2009), A study of air quality and cooling efficiency improvement by PSD installation, 2009 2 nd Conference, Korea Railroad Society [2] Heechan, Kang, Hyun KIM, Yunshick CHUNG(2013), Feasibility analysis of RPSD(Rope type Platform Safe Door) on the simulation, The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems [3] H. Kim (2015), National Research and development project summary on the Vertical Platform Screen Door System, International Seminar of 2015 Land Infrastructure and Transport Technology Fair. [4] Lee, seung-ho, Kim Hyun(2013) A Study of RPSD(Rope-type Platform Safe Door) Opening and Closing Algorithm on Train Platform, Transportation Research, 20(3), pp. 1-12. [5] Choi gap-yeol (2015) Development of the Operating Algorithm on the Platform Screen Door for Vertical Opening and Closing, Chosun University Dissertation, pp. 1-114. [6] Choi gap-yeol, Hyun KIM (2014) Development of the Manual Opening and Closing Algorithm for Vertical Rope type Platform Screen Door and Its Evaluation, pp. 1-8.