여기서는 주로 신호제어의 면에서 본 열차제어시스템의 기술적 요건과 과제를 개관하고, 구체적인 사례로서 고속열차의 운전제어, 수송력 증강을 위한 운전시격 단축, 무인운전 등 주로 열차속도 제어와 관련한 시스템에 촛점을 맞추어 최근 동향을 소개한다. 특히 경부고속철도에 적용될 프랑스의 TGV의 열차 제어시스템에 관하여 소개하고, 첨단의 컴퓨터 및 통신기술을 도입하여 열차제어 및 운영의 효율화, 다양화를 추구하고 있는 최신 열차제어시스템의 발전 방향을 알아보기로 한다.
열차종합제어장치는 열차내에 설치되는 컴퓨터로서 통신 및 디지털 / 아날로그 입출력을 통해 각 주변기기의 제어와 감시기능을 수행한다. 이러한 열차종합제어장치는 열차운행의 안전성에 있어서 중요한 부분을 담당하고 있으므로 실제 차량에 탑재되기 전에 모든 기능이 제대로 동작하는 지 검증되어야 한다. 열차종합제어장치의 복잡한 기능을 검증하기 위해 열차종합제어장치 시뮬레이터의 구성은 필수적이며, 본 논문에서는 이러한 시뮬레이터의 기능 및 구성방안에 대해서 기술한다.
HADAX는 열차제어컴퓨터의 시리얼 통신변환장치로서 선로변 신호설비와 역의 신호설비 및 열차제어컴퓨터 등 여러 신호설비와 연결되어 있으며 열차제어를 위한 제어정보 및 신호설비의 상태정보를 전송한다. 그리고 스플리터 인터페이스를 통해 여러 대의 전자연동장치와 정보를 전송하고 있다. HADAX는 여러 신호 장치들과 시리얼 통신으로 인터페이스하고 있어 통신 접속 장애가 빈번히 발생하여 이중계 구성, 외부 스플리터 통합, 통신카드의 다채널화 등 성능개선이 필요하다. 성능이 개선된 HADAX 장치는 기존 장치와 외함의 치수와 커넥터의 호환성을 가져야 하며 이중계 절체, 스플리터 통합에 대한 성능을 검증하여야 한다. 따라서 기존에 구축된 신호설비와 연결하여 스플리터 통합 구성으로 진로제어시험, 이중계 절체시험, 다채널 통신시험을 통해 HADAX의 성능을 검증하였다.
최근의 컴퓨터 기술의 발달에 따라 열차제어시스템들이 컴퓨터 소프트웨어에 의존성이 더욱 증가되고 있으며, 이에 따라 이러한 열차제어시스템 소프트웨어의 안전성에 대한 테스팅이 더욱 중요하게 되었다. 본 논문에서는 이러한 열차제어시스템 소프트웨어를 위한 코딩규칙의 테스팅 자동화 도구의 적용을 제안하였으며, 코딩규칙 테스팅 자동화 도구의 구현 및 적용결과를 제시하였다. 구현 툴에서의 테스팅 항목은 철도시스템 소프트웨어 관련된 국제규격과 MISRA-C 기준을 참조하였다. 본 열차제어시스템 테스팅 자동화 도구는 열차제어시스템 소프트웨어 평가단계에서도 활용될 수 있고 또한 소프트웨어 개발단계에서도 유용하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
철도신호시스템은 열차들의 운행간격과 열차진로를 제어하는 기능을 담당함으로써 열차를 안전하고 효율적으로 운영하는 데 있어 핵심적인 역할을 수행한다. 철도신호시스템의 고장은 열차운행중지를 비롯하여 열차충돌이나 탈선등과 같은 치명적인 사고로 직결될 수 있기 때문에 시스템의 신뢰성과 안전성이 매우 중요하다. 현재까지 철도신호시스템에서는 지존의 지상신호방식이 많이 사용되어 왔으나 지상에 설치된 신호기 현시상태를 기관사가 확인하여 열차속도를 제어함으로써 기관사의 인적 오류 등의 사고 위험이 있다. 아울러 시스템의 수명이 다 되어 시스템절체의 필요성이 있다. 이에 따라 최근에는 컴퓨터 및 통신기술을 이용하여 열차속도제어 정보를 차상으로 송신하고, 차량에서 열차속도를 제어하는 차상신호방식이 도입 적용 되어 효과를 보고 있다. 따라서 수명이 다된 신호시스템을 교체하기 위하여 승객을 위한 운행서비스를 하면서 새로운 방식으로 절체 하는 것이 필요하다. 이에 본 논문에서는 시스템 절체과정의 절차와 시스템검증을 위한 일련의 과정중 간섭의 문제점을 시험평가를 통해 확인하였다.
최근의 컴퓨터 기술의 발달에 따라 열차제어시스템들이 컴퓨터 소프드웨어에 의존성이 더옥 증가되고 있으며, 이에 따라 이러한 열차제어시스템 소프트웨어의 안전성과 선뢰성에 대한 테스팅이 더욱 증요하게 되었다. 본 논문에서는 이러한 열차제어시스템 소프트웨어를 위한 Metrics 분석 자동화 도구를 제안하였으며, 또한 구현결과를 제시하였다. S/W Metrics는 철도시스템 소프트웨어관련 국제표준에서 언급되고 있는 Metrics를 대상으로 하였으며, 철도 소프트웨어 소스코드의 Metrics를 자동으로 분석하여 그 결과를 사용자에게 다양한 형태로 제시할 수 있도록 구현하였다. 자동화 도구는 열차제어시스템 소프트웨어 평가단계에서도 활용될 수 있고 또한 소프트웨어 개발단계에서도 유용하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
컴퓨터의 발전은 철도 산업에 큰 영향을 끼치고 있다. 특히 기계식이나 수동식 신호 장치들이 마이크로프로세서를 탑재하면서 전자식, 자동식으로 변경되면서 철도 신호 시스템에 큰 변화를 가져왔다. 이로 인해 안전성은 더 높아지고 수송력 또한 증가하게 되었다. 이런 변화에 핵심적인 역할을 하는 것이 바로 열차집중제어장치이다 열차집중제어장치는 기본적인 역할은 운행되는 열차들의 운전정보를 획득하고 이 정보들을 이용하여 효율적으로 차량을 운행하게 제어하는 것이다. 하지만, 다양한 철도 차량들이 생겨나고 신호 시스템이 발전하게 되면서 열차집중제어장치도 더 다양한 기능과 처리 능력을 가지도록 설계되어져야 한다. 특히, 현재 큰 관심을 받고 있는 무인운전, 무선을 이용한 철도 시스템에서는 열차집중제어장치의 역할이 매우 중요한 부분이 되고 있다. 본 논문에서는 이런 상황을 고려하여 실시간으로 정보를 처리하고, 차량을 안전하게 제어하며, 모든 상황들을 정보화할 수 있는 열차집중제어장치에 대한 설계를 하고자 한다.
경부고속열차(KTX) 차량컴퓨터제어장치(OBCS : On Board Computer System)는 네트워크 통신을 이용하여 차량내 각 종 전장품의 동작상태 감시와 운행명령 및 열차제어, 차량의 유지보수, 승무원의 운전업무를 지원하는 장치로써 KTX의 핵심장치이다. 이 장치는 TGV 제작사양과 프랑스의 고속열차 운영방식에 종속되어 특화된 시스템으로 제작되었으므로 실질적인 기술이전이 어려운 상태이다. 그렇기때문에 KTX 국내도입 후 운영상 요구되는 기능개선 및 자체적인 유지보수, 각 종 전장품(추진제어장치, 보조전원장치, 출입문제어장치 등)의 국산화 교체시 대부분의 인터페이스 신호가 차량컴퓨터제어장치(OBCS)와 연계되어 있어 많은 어려움이 수반되고 있다. 따라서 본 연구에서는 KTX 차량컴퓨터제어장치의 기능분석 및 주변장치(기관사 콘솔, 여객정보시스템, 고장현시장치, 각종 전장품 등)와의 상호 인터페이스 정보분석을 통해 KTX-OBCS 국산화 개발을 함으로써 KTX 운영상 요구되는 기능개선 및 유지보수 효율화에 기여하고, 더 나아가 고속열차제어 및 전장품 분야에서 선진 외국기술의 종속을 탈피하여 기술자립화를 이루고자 한다.
최근에는 이동체 통신이나 컴퓨터등의 정보통신기술이 현저하게 발전을 거듭하고 있으며, 열차의 고속화 고밀도화를 위해 열차제어 분야에 무선을 이용하는 시스템의 개발이 프랑스, 독일, 영국, 이탈리아, 일본, 미국등의 철도 선진국에서 활발히 수행되어지고 있다. 무선을 이용한 열차제어시스템의 시술개발은 철도에 커다란 경제적 이득을 창출할 가능성을 지니고 있기 때문에, 전 세계적으로 많은 연구가 진행되어지고 있다. 특히 유럽의 경우 통화 단일화와 회원국간의 비과세 교역등의 경제적인 제도뿐 아니라, 철도 분야에 있어서도 유럽횡단고속철도망(Trans-European High Speed Rail Network)의 구축을 위한 신호 시스템의 표준화를 위해 유럽연합과 국제철도연합(UIC: Union Internationale des Chemins defer)의 지원화에 ETCS 프로젝트가 수행되었다(중략)
경부고속열차(KTX) 제어시스템은 차량컴퓨터(OBCS), 차상신호제어장치(ATC), 견인제동추진장치(MBU), 운전자고장안내지원장치(TECA), 유무선통신장치(MDT), 보조전원제어장치(ABU), 공조장치(HVAC), 객차활주제어장치(TRAE), 도착지표시장치(PID), 객실안전및객실편의설비동작표시장치(FDTR) 등이 차량컴퓨터를 마스터로 그 외 하부제어장치들은 슬레이브로 다양한 시리얼라인을 매체로 상호 제어한다. 이런 다양한 시리얼링크라인의 물리적 구조와 상호 데이터 전송구조를 분석하기 위해, 시리얼라인 분석기를 다양한 방법으로 사용한다. 시리얼라인 분석기를 사용하기 위해서는 사전에 고속열차에 대한 전문 기술과 장비사용에 대한 경험이 필요하다. 공간과 환경이 어려운 여건에서, 고속열차정비에 근무하면서, 하부장치 시리얼라인 데이터 수집과정에서 얻은 물리적 접속방법과 통신데이타 분석에 대한 기본 구조를 제시하여, 관련 업무에 종사하는 분에게 도움이 되고자 한다. 또 한 향후 독자적으로 개발 된 고속열차 시운전과정에서 필요한 고속열차 진단업무에 도움이 되고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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