한국산학기술학회논문지 Vol. 10, No. 11, pp. 3115-3120, 2009 전기선로전환기유지보수향상을위한모니터링시스템의연구 박재영 1* 1 우송대학교철도전기신호학과 The Study of Monitoring System for Enhancement Electrical Point-machine Maintenance Jae-Young Park 1* 1 Division of Railroad Electrical Signal Engineering, Woosong University 요약전기선로전환기는열차가진행하고자하는진로로운행할수있도록분기기를전환시키는설비로서도시철도및간선철도를비롯한대부분의철도에서많이설치되어사용되고있다. 이러한전기선로전환기의유지보수작업대부분은유지보수자들이포터블계측기를이용하여수작업으로현장에서모터전원, 제어전원, 표시전원에대한측정을하는것이다. 특히 NS형또는 NS-AM형전기선로전환기의경우에는유지보수주기가너무잦기때문에이러한측정에많은인력이요구되고있을뿐만아니라작업도중부주의에의한사상사고도발생하고있다. 본논문에서는이러한유지보수작업의향상을위해현장에설치된전기선로전환기의상태를모니터링하는시스템을제안하고있으며, 이러한모니터링시스템은전기선로전환기에대한각종측정값을실시간으로확인하여유지보수업무의향상을이룰수있을것으로기대된다. Abstract An electric point-machine which changes over a turnout so that it enables a train to be operated in the routine that a train is to proceed has been installed and used in most of the railways such as not only urban railways but also main-line railways. Most of the maintenance works in this electric point-machine is that the maintenance workers manually measure motor power, control power and display power in the site with the use of portable counters. Especially in case of NS or NS-AM electric point machine, the maintenance cycle is so frequent that during the operation casualty accidents caused by carelessness occurs as well as more staff is required for this measurement. In this paper we propose a system for monitoring the state of electric point machine installed in the site to improve maintenance efficiency and it is expected that this monitoring system confirms any measured values on electric point machines in real-time and improves maintenance efficiency. Key Words : Electric Point Machine, Remote Control, Monitoring System 1. 서론 분기기란열차의진로제어를담당하고있는연동장치에서주어지는명령에따라열차가통과할운행진로를안전하게구성할수있도록선로방향을좌, 우로전환하는설비이며, 이러한분기기를전기적으로전환시키는장치를전기선로전환기라한다 [1-6]. 이러한전기선로전환기는 NS형또는 NS-AM형이 1970년대개발되어경부고속철도구간을제외한대부분의철도운영기관에서사용 하고있다. 전기선로전환기의유지보수는모터전원, 제어전원, 표시전원에대한이상유무를계측기에의한수작업으로장애개소를검출한후작업을시행하고있다. 그러나유지보수자의수작업에의한장애개소검출및작업은 NS형또는 NS-AM형전기선로전환기의유지보수주기가너무잦음으로인하여많은인력과시간이소요될뿐만아니라작업도중부주의에의한사상사고도발생하는등효율성이높지않은실정이다. 따라서유지보수자의경험과수작업에의한유지보수를지양하고 * 교신저자 : 박재영 (pjy7717@paran.com) 접수일 09 년 08 월 19 일수정일 09 년 10 월 29 일게재확정일 09 년 11 월 12 일 3115
한국산학기술학회논문지제 10 권제 11 호, 2009 전기선로전환기의상태를실시간으로감시하면서각종측정값을표출하는모니터링시스템을구축하여전기선로전환기유지보수의효율성을향상시킬수있을것이다 [1,2,4,5]. 2. 전기선로전환기의구성및유지보수 2.1 전기선로전환기의구성 전기선로전환기는열차가진행하고자하는진로로운행할수있도록분기기를전환해주는장치이며, 다음의그림 1과같이분산제어컴퓨터 (EC/DSTT), 인터페이스모듈커플러장치 (STEKOP), 선로전환기제어모듈 (DEWEMO), 제어계전기 (WR), 전동기, 마찰클러치, 감속기어장치, 전환쇄정장치및회로제어기로구성되어있다 [6,7]. 이나오판단에의해유지보수가지연될수있어열차의정시및안전운행을저해할수있으므로과학적이고효율적인방법이요구된다. 따라서수작업에의한점검보다는동작부및제어부등에적합한계측시스템을개발하여데이터에의한체계적인점검및유지보수체계구축이필요하다 [4,6]. 3. 전기선로전환기모니터링시스템 전기선로전환기장애발생시전자연동장치및열차제어장치를감시하면서원격지에서긴급복구할수있으며, 전기선로전환기개통상태파악이되지않을경우센서에의해밀착및쇄정상태를확인한후선로전환기개통방향을기관사에게알려, 수신호취급요원의현장출동없이열차를소통시킬수있도록본논문에서는다음의그림 2와같은모니터링시스템을제안하고있으며, 이러한시스템을개발하여설치하였다. [ 그림 1] 전기선로전환기제어계통도 2.2 전기선로전환기의유지보수전기선로전환기의유지보수를위한모터전류측정은동작전류및슬립전류등을측정하는것으로서전기선로전환기가설치된선로변에서모터회로를분리한후전류계를연결하여측정하는방법과, 회로를분리하지않고후크-온메터를사용하여측정하는방법이주로사용되고있다. 표시및제어회로는테스터에의해제어부전원을측정하고표시부전원은전기선로전환기제어모듈에서생성된 +60V, -60V를중성점을영전위접지하여측정되는전압레벨에따라정상 30V, 회선접지 0V, 회선단선 60V 및불일치등으로판단하여유지보수를시행하고있다. 그러나이러한방법은모터회로를분리후전류계를연결하는과정에서감전등의우려가있고, 표시및제어전원을회선마다수동으로측정하기때문에오측정 [ 그림 2] 모니터링시스템구성도 3.1 초기화시스템전자연동장치의 2 out of 3 기능또는열차제어장치의기능상실시열차의운행상태와신호설비감시가확보되지않아열차운행의안전에치명적일수있기때문에 1인근무연동역의경우분소의유지보수요원이출동할때까지는수신호에의존할수밖에없다. 따라서전자연동장치, 열차제어장치, 인터페이스컴퓨터를원격으로감시할수있는감시카메라를설치하여고장표출상태를파악한후초기화 (Reset) 를시행할수있는 S/W와 H/W를개발하여장애시활용할수있도록하였으며이러한초기화시스템의구성도는다음의그림 3과같다. 3116
전기선로전환기유지보수향상을위한모니터링시스템의연구 [ 그림 3] 초기화시스템구성도 3.1.1 원격제어콘솔원격제어콘솔은기존분소감시장치의콘솔을이용하여피제어연동역의유지보수용컴퓨터와 TCP/IP 통신을통하여시스템초기화모듈을제어할수있도록구성하였다. 원격제어콘솔의초기화 S/W는분소감시장치에탑재하여전자연동장치및열차제어장치의이상발생시초기화를실행하며, 오조작에의한시스템초기화를방지하기위하여접근시암호화보안단계와허용프로세스단계, 초기화실행프로세스단계에 AND 조건을부여하여모든조건을만족하였을때만다음의그림 4와같이시스템초기화가가능하도록하였다. 3.1.2 시스템초기화모듈신호시스템초기화모듈은연동역유지보수용콘솔의 RS-232 포트제어조건에따라오동작방지회로를거쳐전자접촉기를제어하여전자연동장치와열차제어장치의공급용전원을 30초간차단함으로서시스템을초기화시킨다. 모든초기화과정은감시카메라를통하여확인할수있도록하였으며초기화실패시에는재시도하도록구현하였다. 3.2 감시카메라 3.2.1 전기선로전환기감시카메라전기선로전환기의장애발생시무인또는 1인근무역의경우, 출동시간에따른지연, 유지보수자안전등의문제점이있기때문에이를해결하기위해감시카메라를설치하여취급실, 관제실, 분소등에서전기선로전환기상태를감시하여기관사에게진출가부를통보할수있도록감시체계를구축하였다. 3.2.2 기계실감시카메라전기선로전환기는관제또는신호취급실에서미리설정된스케쥴에의해전자연동장치에서제어하지만전자연동장치의 2 out of 3 기능상실시에는열차제어장치와전기선로전환기의진로를제어할수없기때문에이를감시하기위한카메라를설치하고초기화시스템과연계하여초기화시사용하도록하였다. 3.3 전기선로전환기방향표시제어다음의그림 5와같이전자연동장치에서이상을감지하면유지보수용콘솔에서전기선로전환기방향확인프로세스를구동하여전기선로전환기에설치된밀착검지기와쇄정자위치검지기를작동시키도록하여, 선로변에설치된전기선로전환기의개통방향확인과표시등점등에따라기관사는수신호취급절차없이열차를운행할수있도록하였다. [ 그림 5] 전기선로전환기방향감시체계 3.4 전기선로전환기감시기본적으로전기선로전환기제어모듈은전환명령에따라다음의그림 6과같이해당전기선로전환기를전환시킨후그결과를전자연동장치로전송한다. 이러한제어및표시체계를감시하기위하여전기선로전환기제어모듈출력부에다음의그림 7과같이감시포인트를설치하였다. [ 그림 4] 시스템초기화순서도 3117
한국산학기술학회논문지제 10 권제 11 호, 2009 [ 그림 6] 전기선로전환기제어및감시체계 3.4.1 상태입력다중화장치전기선로전환기상태입력다중화처리장치에서는여러개소의전기선로전환기측정포인트에서출력되는전압과전류를측정하기위하여다음의그림 8과같이각각의포인트에측정모듈을설치하였다. 이러한다중처리장치는분산제어컴퓨터내부에설치하였으며, 필요시유지보수자가전기선로전환기제어모듈의상태와출력값을비교, 판단할수있도록하여유지보수의편의성을향상시켰다. 분산제어컴퓨터의캐비넷내부는공간이협소하여여러대의디지털메터를설치할수없기때문에다음의그림 9와같이제어부의논리회로는배타적논리합 (XOR) 회로를구성하도록하였다. 이러한제어부의배타적논리합회로에의해 1대의전기선로전환기를측정중에는오동작방지를위하여다른전기선로전환기측정회로가동작하지않도록하고조건이만족될경우에만전압및전류를측정할수있도록하였다. 표시부는다음의그림 10과같이부정논리합 (NOR) 회로로구성하여제어부의동작상태에따라입력되는측정값을표출하도록하였으며측정모듈에서는감시되는전압을실시간으로모니터링시스템에전송한다. [ 그림 9] 제어부논리회로 [ 그림 7] 선로전환기제어모듈블록도 [ 그림 10] 표시부논리회로 [ 그림 8] 전기선로전환기상태다중처리계통 3.4.2 감시프로세스감시프로세스는다중화장치로부터수신된아래와같은전기선로전환기의표시, 제어, 모터전압및전류를사전입력된적정값과비교하여오차범위를벗어나게되면알람을표출하여유지보수자에게통보하도록하였다. 또한전자연동장치와인터페이스컴퓨터가알람이표출되는시점부터연속적으로전기선로전환기의상태를저장하여필요시사용할수있도록하였다. 3118
전기선로전환기유지보수향상을위한모니터링시스템의연구 1) 제어전압전자연동장치의진로설정에따라전기선로전환기개통방향이결정되면분산제어컴퓨터는선로전환기제어모듈에서전기선로전환기방향전환계전기를동작시킨다. 제어전압감시프로세스는제어전원극성과표시입력전압극성을비교하여선로전환기개통방향을확인한다. 2) 모터전압및전류방향전환계전기의동작으로 AC전원이공급되면전기선로전환기제어모듈에서 16초동안 AC전원이공급되도록카운터를시작하며모터전압감시프로세스는모터에흐르는 AC 전압과전류를측정하여이상유 무를판단한다. [ 그림 11] 모니터링장치설치 분산제어컴퓨터 선로전환기제어모듈 [8 대 ] 모니터링장치 ( 신설 ) 3) 표시입제어모듈내의표시전원공급부에서생성된 DC 60V 전압은모터회로와표시회로에함께공급되며모터구동회로가구성되면표시회로가폐회로를구성하게되어전환중임을표시하게된다. 표시입감시프로세스는모터전환중이나접지발생시에는 0V, 단선일경우 60V, 정상일경우 30V를표출하고표시입출력회선단선일경우와 16초이상 0V를표출할시는에러메시지를표출하도록한다. 4) 개통방향확인프로세스개통방향확인프로세스는전자연동장치와인터페이스컴퓨터장애시개통방향확인이불가능한단점을보완하기위해제어전압및표시전압감시결과를분석하여필요시개통방향표시를제어한다. [ 그림 12] 모니터링장치설치및감시모니터링시스템은전기선로전환기의제어전원, 표시전원, 표시전원입력전압, 모터측정이가능하며, 그림 13부터 16까지는대전도시철도구간의반석역에시험설치하여표출된결과로서정상상태, 1선접지장애, 1선단선장애, 2선단선장애상태등을실시간으로표출하고있다. 4. 모니터링시스템설치시험 4.1 정상상태 전기선로전환기의점검및유지보수방법개선을위해분산제어컴퓨터제어모듈에모니터링시스템을그림 11 과같이설치하고유지보수자컴퓨터 (SC) 와 RS-485통신을통하여측정전압과고장상태를그림 12와같이실시간으로감시할수있도록하였다. [ 그림 13] 정상상태시험결과 N4-28.2V 입력 4-28.2V 10 29.1V 전압 3 29.2 3119
한국산학기술학회논문지제 10 권제 11 호, 2009 4.2 1 선접지장애발생 감시하면서전기선로전환기가유지해야할각종측정값을자동으로표출하는유지보수체계로개선하여유지보수작업의효율을향상시키고열차의안전운행확보는물론유지보수자의근무환경개선에도크게기여할것으로판단된다. [ 그림 14] 1 선접지상태시험결과 4.3 1 선단선장애발생 N4 0V 입력 4-28.2V 10 29.1V 전압 3 0V [ 그림 15] 1 선단선상태시험결과 4.4 2 선단선장애발생 N4-56.6V 입력 4 0V 10 28.9V 전압 3 29V [ 그림 16] 2 선단선상태시험결과 참고문헌 [1] 백종현, 이창구, 설남오, 단상 MJ81 전기선로전환기국산화를위한구동부성능개선 한국산학기술학회논문지, 제10권제3호. pp.535-541, 6월, 2009. [2] 백종현, 이창구, 기존선속도향상을위한발리스를이용하는열차간격제어기술에대한연구 한국산학기술학회논문지, 제10권제2호, pp.256-263, 6월, 2009. [3] 백종현, 김용규, 이창구, 박재영, 무선통신기반차상제어장치의전동차시험분석 한국산학기술학회논문지, 제10권제5호, pp.935-941, 6월, 2009. [4] 김용규, 백종현, 기존선속도향상을위한신호보안체계최적구축방안연구 한국철도기술연구원기존선속도향상실용기술개발사업 5차년도보고서, pp.429-485, 2005. [5] 철도청 철도신호용어편람 한국철도신호기술협회, 철도청, pp.210-211, 12월, 2004. [6] 유광균, 진로제어시스템, 기다리, pp200-331, 8월, 2005. [7] 김영태, 신호제어시스템, 테크미디어, pp70-90, 5월, 2006. [8] 박재영, 철도신호공학, 동일출판사, pp81-130, 3월, 2009. [9] 김한규, 데이터통신과네트워킹, 교보문고, pp 5-150, 3월, 2001. N4-56.6V 입력 4 0V 10 56.5V 전압 3 0V 박재영 (Jae-Young Park) [ 정회원 ] 5. 결론 전기선로전환기의점검및수작업에의한유지보수로열차의지연또는안전운행이저해되어중대한사고가발생할수있으며, 유지보수자는신속한복구에대한강박관념으로많은심적부담을안고있을뿐만아니라작업시부주의에의한안전사고도발생하고있는실정이다. 따라서본논문에서는이러한요인을사전제거하기위하여 CCTV 및광통신망을사용하여원격으로시스템을 1996 년 8 월 : 고려대학교산업대학원전기공학과 ( 공학석사 ) 2007 년 2 월 : 서울산업대학교철도전문대학원철도전기신호공학과 ( 공학박사 ) 1970 년 2 월 ~ 2004 년 12 월 : 철도청오송전기사무소장 2005 년 1 월 ~ 2007 년 2 월 : 한국철도공사오송고속철도전기사무소장 2007 년 3 월 ~ 2009 년 10 월현재 : 우송대학교철도전기신호학과교수 3120