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KR20100011872A - 이중 제어부를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템 - Google Patents

이중 제어부를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템 Download PDF

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KR20100011872A
KR20100011872A KR1020080127063A KR20080127063A KR20100011872A KR 20100011872 A KR20100011872 A KR 20100011872A KR 1020080127063 A KR1020080127063 A KR 1020080127063A KR 20080127063 A KR20080127063 A KR 20080127063A KR 20100011872 A KR20100011872 A KR 20100011872A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
control unit
door
unit
defect
main control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020080127063A
Other languages
English (en)
Inventor
이호경
Original Assignee
주식회사 디유에이엔아이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 디유에이엔아이 filed Critical 주식회사 디유에이엔아이
Publication of KR20100011872A publication Critical patent/KR20100011872A/ko
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D19/00—Door arrangements specially adapted for rail vehicles
    • B61D19/02—Door arrangements specially adapted for rail vehicles for carriages
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/40—Safety devices, e.g. detection of obstructions or end positions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/70—Power-operated mechanisms for wings with automatic actuation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/51—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles for railway cars or mass transit vehicles

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

자동 출입문 제어 시스템이 개시된다. 차량 모니터링 장치 및 전동차의 출입문을 제어하는 도어 제어 장치를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템에 있어서, 도어 제어 장치는, 출입문 개폐를 제어하는 주 제어부와 주 제어부에 결함이 발생하는 경우에 출입문 개폐를 제어하는 보조 제어부를 포함하는 제어부; 제어부와 차량 모니터링 장치와의 통신을 위한 통신부; 제어부의 명령에 따라 출입문의 개폐 동작을 수행하는 구동부; 및 도어 제어 장치에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고, 주 제어부 및 보조 제어부는, 결함의 발생 여부를 검출하기 위한 결함 검출부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자동 출입문 제어 시스템은, 도어 제어 장치의 결함에 따른 열차 지연 및 안전 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이중, 제어, 출입문, 결함

Description

이중 제어부를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템 {auto door controlling system comprising dual controllers}
본 발명은 전동차에 적용될 수 있는 이중 제어부를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전동차는 복수개의 차량으로 구성된다. 이때 하나의 차량에는 복수개의 출입문 시스템이 포함되며, 하나의 출입문 시스템은 도어 제어 장치, 모터, 모터의 회전력을 전달하는 엔진부 및 도어 패널을 포함할 수 있다. 또한, 출입문 시스템은 출입문 시스템에 요구되는 필수 기능과 설계자에 의해 특화된 운행 메커니즘을 구현하기 위한 각종 센서 및 액츄에이터(actuator) 등을 더 포함할 수 있다.
도어 제어 장치는 출입문 시스템에 포함된 각 구성부들을 유기적으로 동작시킬 수 있는 제어 알고리즘을 포함하고 있다. 도어 제어 장치는 상위 시스템(TCMS/ATO) 혹은 운전자의 지령으로부터 열림/닫힘 명령을 수신한 후, 내부적인 신호처리 과정 및 모터를 구동하기 위한 연산 과정 등을 수행하여 출입문의 개폐를 자동으로 제어한다. 각각의 도어 제어 장치들은 인통선을 포함하는 네트워크로 연결되어 있으며 이를 바탕으로 한쪽 측면의 출입문이 일괄적으로 열리고 닫히게 된다.
모든 출입문의 정상 닫힘이 수행되면 직렬로 연결된 폐회로(그린루프)가 구성되며, 이 신호는 상위 시스템(TCMS/ATO)으로 전송되어 다음 열림 조건 신호인 저속도 신호 및 열림 조건 신호(Enable Signal)를 생성할 수 있게 한다.
차량 이동 중 비상 핸들 조작에 의한 수동 개방이 시도되는 경우에, 도어 제어 장치는 안전 사고의 방지를 위하여, 저속도 신호가 발생하는 경우에만 수동 개방이 가능 하도록 제어한다. 또한, 도어 제어 장치는 도어 패널 사이에 낀 물체를 감지하여 적절한 동작을 취할 수 있으며, 차량이 이동 중일 경우, 도어를 닫힘 방향으로 제어한다.
도어 제어 장치는, 데이터 처리 또는 제어 처리 과정에서 발생 할 수 있는 오류에 대해서 자체적인 방어가 가능하도록 "회로망 운영 자가 테스트 기능(Circuit Operation Self Test)", "CPU에 주요 오류 상태의 저장" 및 "소프트웨어적인 감시 및 재처리 기능" 등을 사용하여 일시적인 연산 오류에 대하여 복구 가능하게 하는 결함 검출 논리를 포함할 수 있다. 따라서 출입문시스템의 명확한 고장 진단이 가능하며, 시스템 운영 기간 동안 수리 및 유지 보수가 용이하다.
출입문 시스템의 고장 유형은, 도어 제어 장치의 자체적인 고장과 도어 시스템을 구성하는 도어 제어 장치의 외적 요소(기구부)의 고장으로 구분될 수 있다. 출입문 시스템에 더 이상 제어가 불가능한 심각한 장애 상황이 발생하여 결함의 복구가 어렵게 되는 경우, 출입문 시스템의 정상 동작을 보장할 수 없으므로 도어 제어 장치는 고장 상태를 표시하고 바이패스 단계가 수행되기를 기다리게 된다.
도어의 바이패스는, 상위 시스템(TCMS/ATO)을 통한 장애 판정 과정이 종료되고, 잠금 장치에 의해 자동으로 출입문의 락킹(Locking)이 체결되며, 장애가 발생한 도어의 위치 정보가 모니터를 통해 표시됨으로써 승무원에 의하여 장애 발생 도어의 위치 정보가 인지된 이후 승무원이 수동으로 바이패스 스위치를 작동하는 과정을 통해 수행되며, 이러한 과정 중에 지연 시간이 발생한다. 이러한 지연 시간 동안 열차 운행의 지연 또는 안전상의 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 출입문 시스템에 있어서, 출입문이 완전히 열리거나 닫히지 않은 상태에서 도어 제어 장치가 제어 기능을 상실하게 되어 닫힘 방향으로의 자동 제어가 불가능한 상황이 발생할 수 있다.
일반적인 도어 제어 장치에 포함되는 제어부 및 주변 회로는 단일 구조로 설계되어있으며, 요구되는 기능을 수행하기 위한 명령어 처리 계통 역시 하나의 경로로 설계된다. 이때, 내부 연산 오류로 인하여 출입문의 제어가 원활치 않을 경우, 일시적인 장애가 발생할 수 있으며 이 경우 자가 테스트 이후 결함 검출을 통한 자체 복구 기법 또는 시스템 감시를 통한 전원 초기화 방법 등을 통하여 회복 가능하다.
일반적인 도어 제어 장치에 포함되는 제어부는 구현이 단순하다는 장점을 가지고 있으나 도어 제어 장치에 결함이 발생하는 경우, 고장 유무를 결정짓는 판단 근거가 불충분하며 자체 회복이 가능한 일시적인 장애의 경우에도 바이패스 단계로 진입할 확률이 높아지는 단점이 있다. 따라서, 도어 제어 장치는 고장 상태로 천이되는 횟수가 많아져 바이패스 단계를 수행하는 비율이 높아지므로 가용도에 대한 정량적인 목표수치를 만족하기 어렵다.
본 발명의 목적은 이중계 구조를 적용하여, 안전성 및 가용도가 향상된 도어 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량 모니터링 장치 및 전동차의 출입문을 제어하는 도어 제어 장치를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템에 있어서, 상기 도어 제어 장치는 상기 출입문 개폐를 제어하는 주 제어부와 상기 주 제어부에 결함이 발생하는 경우에 상기 출입문 개폐를 제어하는 보조 제어부를 포함하는 제어부; 상기 제어부와 상기 차량 모니터링 장치 와의 통신을 위한 통신부; 상기 제어부의 명령에 따라 상기 출입문의 개폐 동작을 수행하는 구동부; 및 상기 도어 제어 장치에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고, 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부는, 결함의 발생 여부를 검출하기 위한 결함 검출부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자동 출입문 제어 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 전원부로부터 공급되는 전원을 입력 받아, 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부로 인가되는 전원을 관리하는 전원 관리부를 더 포함하고, 상기 전원 관리부는, 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부 중 적어도 어느 하나에 결함이 발생하면, 결함이 발생된 제어부로 전원이 공급되는 것을 차단할 수 있으며, 상기 전원 관리부는 바이탈 전원 차단 회로로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 결함 검출부는, 상기 주 제어부 또는 상기 보조 제어부 중 결함 검출부가 포함된 제어부의 동작 상태를 실시간 감시하여 결함을 검출하는 1차 결함 검출부; 및 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부의 동기화 정보 또는 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부의 연산 결과 값의 비교를 통하여 결함을 검출하는 2차 결함 검출부를 포함할 수 있으며, 상기 2차 결함 검출부는, 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부에 공통적으로 한 개 포함될 수 있다.
여기서, 상기 통신부는, RS-485 통신 방식과, CAN 통신을 사용할 수 있으며, 상기 도어 제어 장치의 장치 점검 및 모니터링을 위한 외부 인터페이스로 USB 통신 방식을 사용할 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 모터를 구동하기 위한 제어 회로 및 피드백 루프 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는, PWM(Pulse width modulation)방식을 통하여 상기 모터에 흐르는 전류량을 조절하여 상기 출입문의 개폐 속도를 제어하며, 상기 피드백 루프 회로는 PID(비례 적분 미분)제어방식을 사용하여 상기 출입문의 완전한 개폐 상태를 보장할 수 있다.
그리고, 전원부는, DC 전원을 입력 받아 고주파 및 저주파 성분의 잡음을 제 거할 수 있으며, 상기 보조 제어부는, 상기 주 제어부에 결함이 발생한 경우 상기 출입문의 개폐를 제어하고, 상기 출입문의 개폐를 제어하는 상기 도어 제어 장치를 상기 출입문 제어 시스템에서 제외하도록 제어하는 바이패스 기능이 수행되도록 동작할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도어 제어 장치의 결함에 따른 열차 지연 및 안전 사고를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 자동 출입문 제어 시스템의 구성에 대하여 간략하게 살펴보도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 출입문(130) 제어 시스템의 구성을 나타낸 구성도 이다.
본 실시예에 따른, 자동 출입문 제어 시스템(100)은, 차량 모니터링 장치 (110), 복수개의 도어 제어 장치 (Door Control Unit, 120), 복수개의 출입문(130), 휴대 테스트 장치(PTU: Portable Test Unit. 140) 및 열차 컴퓨터(CC: Car Computer, 150)를 포함할 수 있다.
열차의 출입문(130)은 모터의 작동에 의해 개폐될 수 있으며, 차량 모니터링 장치(110)는 객차 내부의 각종 전자 제어 장치들의 상태 정보를 실시간으로 감시하 고, 고장이력 등을 저장하며, 이러한 정보들을 모니터 등을 통해 표시하여 운전자에게 알려주며, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 TCMS (Train Control Monitoring System)일 수 있다.
열차 컴퓨터(150)는, 자동 출입문 제어 시스템(100)에 사용되는 배선이 지나가는 통로, 케이블 등을 묶는 기능을 포함한다. 본 실시예에 따른 자동 출입문 제어 시스템(100)의 최상위에는 차량 모니터링 장치(110)가, 중간에는 열차 컴퓨터(150)가 포함되며, 각각의 도어 제어 장치(120)는 열차 컴퓨터(150)를 통하여 차량 모니터링 장치(110)와 통신을 한다. 이와 같이 본 실시예에 따른 자동 출입문 제어 시스템(100)이 계층적 구조를 갖는 것은 배선을 실시 할 수 있는 열차내의 배선공간 구조에 한계가 있기 때문이다.
또한, 자동 출입문 제어 시스템(100)이 RS-485 또는 CAN 통신을 사용하는 경우, 열차 컴퓨터(150)는 차량 네트워크의 구성요소로써의 역할을 수행하며 패킷 통신을 위한 브릿지 기능을 포함한다.
개별 도어 제어 장치 (Door Control Unit, 120)는, 열차에 포함된 차량 각각의 출입문(130)을 개폐하고, 출입문(130)의 이력을 관리하기 위한 모니터링 프로그램을 통해 접속을 할 수 있다. 출입문(130)의 제어를 위한 도어 제어 장치(120)는 열차가 정차하는 때에 정상적인 열림 동작을, 승객 취급 후에는 정상적인 닫힘 동작을 수행해야 하며 열차가 운행 중 일 경우 항상 닫힘 방향으로 출입문(130)의 상태를 유지하도록 출입문(130)을 제어한다.
본 실시예에 따른, 도어 제어 장치(120)는 자체 고장률을 감소시키기 위해 신뢰성 있는 하드웨어를 포함하여, 출입문 시스템의 운영 문제로 인한 열차운행 지연을 최소화 할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 도어 제어 장치(120)는 단일계로 구성된 기존 도어 제어 장치의 안정성 문제를 보완할 수 있도록 제어부를 하드웨어적으로 분리한 이중 구조를 가지고 있다. 즉, 제어부는 주 제어부와 보조 제어부를 포함하며, 주변 회로를 포함한 각각의 제어부가 사용되는 이중계 논리의 수행은 바이탈 전원 차단 회로를 통해 구현될 수 있다. 주 제어부에 문제가 발생할 경우 보조 제어부는 주 제어부가 수행하는 임무의 일부분을 처리하게 되며, 이러한 제어권의 이동을 위하여 계절체 과정이 수행된다. 이하, 도 2를 참조하여 도어 제어 장치(120)에 대하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
차량 모니터링 장치(110)는, 자동 열차 운전 장치(ATO, Automatic Train Operation)에 포함될 수 있는데, 이때, 자동 열차 운전 장치(ATO)는, 지상(레일)에서 열차의 운전 조건을 차상(동력차)으로 전송하여 열차의 출발, 제동, 속도상승, 출입문(130) 개폐 등을 기관사의 조작 없이 자동으로 수행할 수 있도록 하는 장치를 말한다.
차량 모니터링 장치 (110)는 각각의 도어 제어 장치(120)들과 인통선을 통하여 출입문(130)의 개폐 명령 신호, 저속도 신호 및 그린루프(Green Loop) 신호등을 주고 받을 수 있다. 차량 모니터링 장치 (110)로부터 발생된 신호가 인통선을 통하여 도어 제어 장치(120)에 전달되어, 출입문(130) 개폐 동작의 수행이 가능하게 된다. 또한, 출입문(130) 개폐 동작을 위한 외부 조건 신호들 역시 인통선을 통해 전송될 수 있다.
인통선이란, 도어제어 지령을 입출력 함에 있어 컴퓨터의 개입을 최소화하기 위하여 DC 100V의 전압레벨을 사용하여 전기신호를 주고 받음으로써 통신라인의 역할 수행이 가능하다. 이는 릴레이(relay)등의 전기신호 제어소자를 사용하여 구성된다. 이하, 본 명세서 상에서 인통선은 상기와 같은 의미로 사용됨을 명확히 한다.
본 실시예에 따른 자동 출입문 제어 시스템(100)에 포함되는 모든 출입문이 정상적으로 닫히게 되면, 자동 출입문 제어 시스템(100)에는 직렬로 연결된 폐회로가 구성되어 인터록 신호가 발생하게 된다. 발생한 인터록 신호는 인통선을 통해 차량 모니터링 장치 (110)으로 전송되어 차량의 기동 조건 신호인 그린루프(Green Loop)신호 의 수신을 완료한다. 즉, 출입문(130)이 완벽하게 닫히게 되거나 도어 시스템에 고장 발생 시에는 바이패스 기능에 의한 인터록 신호가 생성되어야 그린루프 신호가 차량모니터링 장치로 송신될 수 있으며 차량모니터링 장치는 그린루프 신호를 수신한 후에 차량을 기동할 수 있게 된다.
인터록 신호는 각각의 출입문(130)에서 발생되는 신호로 바이패스 신호와 동일한 신호를 말하며, 자동 출입문 제어 시스템(100)에 포함된 출입문(130) 중 어느 하나라도 신호생성에 실패하는 경우 실패(fail)로 인식 되도록, 도어 제어 장치(120)에서 차량 모니터링 장치 (110)로 보내는 신호이다. 이하, 본 명세서 상에서 인터록 신호는 상기와 같은 의미로 사용된다.
인터록(interlock)이라 함은 다수개의 시스템이 존재하는 경우, N 번째 시스템에서 발생한 신호가 N+1번째 이후의 시스템에서 발생되는 신호에 영향을 미치는 신호시스템에 사용되는 용어이다. 본 실시예에 포함되는 도어 제어 장치(120) 각각은, 100V 신호(signal) 라인이 구성되어 있다. 이때, 각 개별 출입문(130)의 닫힘 동작이 완료되면, 100V 신호 라인에 물리적으로 접속이 되지만, 도어 제어 장치(120)가 다양한 장애원인에 의해 물리적 접속에 실패하는 경우, 폐회로 구성에 실패하여 차량 모니터링 장치 (110)에서 출입문(130)의 닫힘 동작에 이상이 생겼음을 인지하게 되고, 해당 장애요소가 제거되기 전까지는 차량을 출발 시킬 수가 없게 된다.
그린루프 신호는 인터록 신호가 이상이 없을 경우 차량 모니터링 장치 (110)이 개별 출입문(130) 방향으로 송신을 하며 신호는 도어시스템의 상태에 따라 출력이 결정되어 차량 모니터링 장치로 복귀하게 된다. 또한 차량을 기동할 수 있는 조건신호로 사용을 된다 이하, 본 명세서 상에서 그린루프 신호 및 열림 조건 신호는 상기와 같은 의미로 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 출입문(130) 하나에 도어 제어 장치(120) 하나가 연결될 수 있으며, 도어 제어 장치(120)의 제어 명령에 의하여, 출입문(130)은 자동으로 개폐될 수 있다.
휴대 테스트 장치(PTU: Portable Test Unit. 140)는, 도어 제어 장치(120)의 점검 및 모니터링을 수행하며, USB 통신 방식을 이용하여 도어 제어 장치(120)와 연결될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 도어 제어 장치의 모듈 별 구성을 살펴보도록 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도어 제어 장치의 시스템 블록도 이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도어 제어 장치(120)는, 주 제어부(121-1), 보조 제어부(121-2)를 포함하는 제어부(121), 통신부(122), 구동부(123), 전원부(124) 및 인통선 입출력부(125)를 포함할 수 있다.
먼저, 제어부(121)는 주 제어부(121-1)와 보조 제어부(121-2)를 포함할 수 있다. 주 제어부(121-1)는 출입문 개폐를 제어한다. 그리고 보조 제어부(121-2)는 주 제어부(121-1)에 결함이 발생하는 경우에 출입문 개폐를 제어한다. 이와 같이, 주 제어부(121-1)에 결함이 발생하는 경우 보조 제어부(121-2)는 주 제어부(121-1)가 수행하는 임무의 일부분을 처리할 수 있어, 주 제어부(121-1)의 고장에 대비할 수 있게 된다.
주 제어부(121-1)는 주 제어부(121-1)가 정상 동작 하는 경우 출입문 개폐 및 도어 제어 장치(120)의 전반적인 제어 기능을 수행하고, 보조 제어부(121-2)는 주 제어부(121-1)의 정상 동작 상태에서는 출입문 개폐 동작을 수행하지 않고, 다만, 주 제어부(121-1)와 동기화를 상태를 유지한다. 이에, 주 제어부(121-1) 및 그의 주변 회로를 포함하여 '동작계'로, 보조 제어부(121-2) 및 그의 주변 회로를 포함하여 '대기계'로 칭한다.
이와 같이, 보조 제어부(121-2)가 주 제어부(121-1)와 동기화된 상태를 유지하는 이유는 하기와 같다. 차량 모니터링 장치 (110)로부터 출입문의 개폐와 관련되어 발생된 신호는 주 제어부(121-1)와 보조 제어부(121-2)에서 동시에 수신이 가 능하다. 따라서, 하나의 제어부에서 출입문 개폐 관련한 명령의 처리를 수행하던 것을 두 개의 제어부로 나누어 수행해야 하므로, 주제어부(121-1)에 결함이 발생한 경우에 보조 제어부(121-2)가 주 제어부(121-1)의 임무를 대신하기 위해서는 출입문의 현 상태에 대한 정확한 동기화가 이루어져야 하기 때문이다. 이때, 출입문의 현 상태를 파악을 할 수 있는 정보로는 출입문의 위치 정보 및 구동부(123)로부터 수신된 정보 등이 있을 수 있다.
이와 같이, 주 제어부(121-1)는 출입문 개폐를 포함하여, 인통선 입출력부(125)를 통하여 입력된 모든 입력 신호를 처리하며, 보조 제어부(121-2)는 출입문 개폐에 관련된 최소한의 기능만을 수행한다. 즉, 보조 제어부(121-2)는 주 제어부(121-1)와 동기화된 상태 유지하여 주 제어부(121-1)의 결함 발생 여부를 모니터링을 한다. 주 제어부(121-1)에 결함이 발생하여, 보조 제어부(121-2)로 제어권이 이동되면, 도어 제어 장치(120)의 보조 제어부(121-2)가 차량 모니터링 장치(110)로부터 출력된 열림 닫힘 명령에 대해 반응한다. 그러나, 주 제어부(121-1)의 결함이 발생하였는데, 구동부(123)가 동작할 수 없는 경우에는, 보조 제어부(121-2)로 출입문(130)의 개폐 관련 제어권이 이동된 후 보조 제어부(121-2)에 의해 자동으로 바이패스를 수행하여 해당 출입문(130)의 운행을 정지한다.
주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)는 각각, 결함의 발생 여부를 검출하기 위한 결함 검출부를 포함할 수 있다. 이때, 결함 검출부는, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2) 각각에 하나씩 포함되어, 포함된 제어부의 실시간 동작 상태를 감시하여 결함을 검출하는 1차 결함 검출부, 및 주 제어부(121-1) 및 보조 제 어부(121-2)의 동기화 정보 또는 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)의 연산 결과 값의 비교를 통하여 결함을 검출하는 2차 검출부를 포함할 수 있다.
1차 결함 검출부는 전술한 바와 같이, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2) 각각에 하나씩 포함될 수 있으며, 자기 검사부를 포함하여 자체적으로 1차 오류를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 지연 회로 및 비교기를 내장한 자기 검사부가 1차 결함부에 포함될 수 있다. 1차 결함 검출부는 자기 검사부를 통하여, 하드웨어적인 실시간 감시 수행을 하고, 이를 기초로 1차 결함 검출부가 포함된 제어부의 동작 상태를 실시간 검출하여 1차 오류를 검출한다.
2차 결함 검출부(121-3)는, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)에 각각 하나씩 포함될 수도 있지만, 도 2에 도시된 바와 같이 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)가 공통적으로 하나의 2차 결함 검출부(121-3)를 가지고 있을 수 있다. 이와 같이, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)가 공통적으로 하나의 2차 결함 검출부(121-3)를 가지고 있는 경우가 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)에 각각 하나의 2차 결함부를 포함한 경우보다 처리 속도가 빠르다는 이점이 있다.
1차 결함 검출부는 전술한 바와 같이, 1차 결함부가 포함된 주 제어부(12101) 또는 보조 제어부(121-2)의 동작 상태를 검출하여 1차 오류를 검출한다. 반면 2차 결함 검출부(121-3)는 서로 상대 제어부-주 제어부(121-1)에 포함된 경우, 보조 제어부(121-2) 보조 제어부(121-2)에 포함된 경우 주 제어부(121-1)- 의 동기화 정보 또는 연산 결과 값들을 비교함으로써, 2차 결함을 검출해 낼 수 있다.
2차 결함 검출부(121-3)는 2차적인 오류 검출을 위하여, 상대 제어부, 즉 주 제어부(121-1)인 경우 보조 제어부(121-2), 보조 제어부(121-2)인 경우 주 제어부(121-1)와 서로 동기화 정보 또는 연산 결과 값을 실시간으로 교환 및 비교하여, 결함을 검출해 내는 오류 검출 로직을 포함할 수 있다. 2차 결함 검출부(121-3)는 동기화 정보 비교를 위하여, 클락 정보를 교환할 수 있다. 이와 같이, 제어 기간 동안 클락 정보 또는 연산 결과 값을 저장하고 비교하기 위하여, 외부 메모리가 2차 결함 검출부(121-3)에 포함될 수 있다 도어 제어 장치(120)의 정상적인 동작 상태에서, 주 제어부(121-1)와 보조 제어부(121-2)는 출입문의 개폐와 관련하여 동일한 연산 과정을 수행하며, 이때 주 제어부(121-1)의 연산 결과만이 출입문 개폐 동작에 반영된다. 이와 같이, 각각의 제어부는 출입문의 제어를 위하여 특정 연산 결과를 생성하며, 2차 결함 검출부(121-3)는 해당 연산 결과 값(예를 들어 출입문의 현재 위치 정보, 각 액츄에이터의 현재 상태, 상위 시스템으로부터 받은 정보 및 하위 시스템(구동부)로부터 생성된 정보 등)을 저장하여 그 값들의 비교를 통하여 결함을 검출할 수 있다.
결함 검출부가 1차 결함 검출부 및 2차 결함 검출부(121-3)를 포함함으로써 각각의 제어부 즉, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)는 자기 검사 회로를 내장하여 내부의 결함을 검출하고, 다음으로 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)에서 수행된 데이터 값을 비교하여 각각의 제어부에 결함이 발생하였음을 재확인 할 수 있게 된다. 이러한 과정을 통해 결함 검출의 정확도를 높일 수 있다.
도어 제어 장치(120)가 정상적으로 동작하고 있는 경우, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)는 동일한 정보를 입력 받아, 동시에 처리하므로, 동기화 정보 또는 연산 결과값은, 서로 동일하여야 한다. 이를 위해 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)는 동일한 시스템 클락을 공유하며 동기화 과정을 수행하여야 한다. 예를 들어, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)는 상위 시스템으로부터 발생하는 정보, 조건 신호, 열림/닫힘 신호, 구동부로부터 발생되는 신호, 엔코더 펄스 정보 또는 홀센서 정보등을 입력 받아 이들을 바탕으로 구동부에 포함되는 모터의 현재 위치를 계산할 수 있으며, 구동부는 아날로그(모터 전류치) 데이터를 각 제어부로 전달하여 각 제어부에서 AD변환 또는 DA변환을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 주 제어부(121-1)는 도어 제어 장치(120)에 요구되는 기능을 단독으로 수행하며 보조 제어부(121-2)는 2차 결함부를 통하여, 주 제어부(121-1)가 정상적으로 동작하고 있음을 보장하는 역할을 하게 되므로, 주 제어부(121-1)와 보조 제어부(121-2)에서 수행 가능한 기능의 범위가 명확히 구분되어 있다.
보조 제어부(121-2)는 주 제어부(121-1)에서 결함이 발생하여, 출입문 개폐 동작이 원활하게 이루어지지 못하는 경우 출입문 개폐를 위한 제어 동작을 수행하게 된다. 이러한 과정을 위하여, 제어부(121)는 전원 관리부(121-4)를 포함할 수 있다.
전원 관리부(121-4)는 도어 제어 장치(120)에 전원을 공급하는 전원부(124)로부터 공급되는 전원을 입력 받아, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2)로 인가되는 전원을 관리한다. 전원 관리부(121-4)는, 주 제어부(121-1) 및 보조 제어 부(121-2) 중 적어도 어느 하나에 결함이 발생하는 경우, 결함이 발생된 제어부로 전원이 공급되는 것을 차단한다.
즉, 주 제어부(121-1)에 결함이 발생하는 경우, 전원 관리부(121-4)에서 주 제어부(121-1)로 공급되는 전원을 차단하게 되므로, 주 제어부(121-1)는 동작을 수행하지 못하게 되고, 결함이 발생하지 않은 보조 제어부(121-2)가 주 제어부(121-1)가 수행하던 출입문 개폐 동작을 수행하게 되는 것이다. 이때, 전원 관리부(121-4)는 바이탈 전원 차단 회로로 이루어질 수 있다. 바이탈 전원 차단 회로는 이중계 시스템에 사용되는 회로로, 주 제어부(121-1)로 인가되는 전원을 자동으로 제어하는 회로를 말한다. 이하, 본 명세서 상에서 바이탈 전원 차단 회로는 상기와 같은 의미로 사용된다.
전원 관리부(121-4)는 전원부(124)로부터 전원을 입력 받아, 안정화된 DC 전원이 각 제어부(121-1, 121-2)로 공급되도록 하며, 각 제어부(121-1, 121-2)가 모두 정상 상태인 경우에는 각 제어부(121-1, 121-2)의 기능을 수행할 수 있도록 양쪽의 제어부(121-1, 121-2)에 동시에 전원을 공급하게 되며, 전술한 바와 같이 주 제어부(121-1) 및 보조 제어부(121-2) 중 적어도 어느 하나에 결함이 발생하는 경우, 결함이 발생된 제어부로 전원이 공급되는 것을 차단하게 된다.
결함 검출부에서 검출된 결함은, 구동부(123)의 구동 가능 여부에 따라, 구동하지 못하는 경우 중결함, 그렇지 아니한 경우 경결함으로 구분될 수 있다. 주 제어부(121-1)에서 경 결함이 발생한 경우, 보조 제어부(121-2)가 출입문의 개폐 동작을 수행한다. 또한, 주 제어부(121-1)에서 중 결함이 발생한 경우, 차량 모니 터링 장치 (110)는 중 결함이 발생한 주 제어부(121-1)가 포함된 도어 제어 장치(120)가 개폐하려는 출입문을 제외하는 바이패스 기능을 자동으로 수행할 수 있다
바이패스 기능이란, 전술한 바와 같이, 주 제어부(121-1)에서 중 결함이 발생하여, 출입문의 개폐가 정상적으로 이루어지기 어려운 경우, 차량 모니터링 장치 (110)가 자동으로 고장이 난 해당 출입문을 제외한 다른 출입문들을 정상적으로 제어하는 것을 말한다.
즉, 차량 모니터링 장치(110)가 바이패스(Bypass) 기능을 수행한다는 것은, 결함이 발생한 도어 제어 장치(120)와 이에 연결된 출입문(130) 때문에 단선 되었던 폐회로를 재구성함으로써, 나머지 도어 제어 장치(120)와 이에 연결된 출입문(130)들이 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 하는 것을 말한다.
폐회로가 재구성되어야 인터록 신호가 발생되며, 차량 모니터링 장치(110)가 이 신호를 인식하고 차량의 출발을 결정할 수 있기 때문이다.
통신부(122)는 제어부(121)와 차량 모니터링 장치(110)와의 통신을 수행하며, RS-485 통신 방식과, CAN 통신 방식을 사용할 수 있다. 또한, 통신부(122)는 도어 제어 장치의(120) 장치 점검 및 모니터링 기능을 수행하기도 하며, 이를 위해서 USB 통신 방식을 사용할 수 있다.
구동부(123)는, 제어부(121)의 명령에 따라 출입문(130) 개폐 동작을 수행한다. 본 실시예에 따르면, 구동부(123)는 모터를 구동하기 위한 제어 회로 및 피드백 루프 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는, PWM(Pulse width modulation)방식을 통하여 모터에 흐르는 전류량을 조절하여 출입문(130)의 개폐 속도를 제어하고, 피드백 루프 회로는 PID(비례 적분 미분)제어 방식을 사용하여 출입문(130)의 완전한 개폐 상태를 보장한다.
전원부(124)는 전술한 바와 같이, 도어 제어 장치(120)에 전원을 공급하며, 본 실시예에 따르면, 전원부(124)는 DC 전원을 입력 받아 고주파 및 저주파 성분의 잡음을 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 자동 출입문 제어 시스템의 경우, 제어부가 주 제어부 및 보조 제어부를 포함하고 있어, 주 제어부에 결함이 발생한 경우에, 보조 제어부가 출입문 개폐 동작을 수행할 수 있게 하고, 구동부의 구동이 불가능한 중 결함이 발생한 경우에는, 바이패스를 수행하여 결함이 발생한 제어부가 포함된 도어 제어 장치를 제외시킴으로써, 도어 제어 장치 결함에 따른 열차 지연 및 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 장치의 신뢰성 확보를 위해 자기 검사부를 포함한 1차 결함 검출부 및 2차 결함 검출부를 통하여, 도어 제어 장치(120)의 결함에 대한 정확한 진단 및 복구를 가능하게 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변 경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 출입문(130) 제어 시스템의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도어 제어 장치의 시스템 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
121: 제어부
121-1: 주 제어부
121-2: 보조 제어부
121-3: 2차 결함 검출부
121-4: 전원 관리부

Claims (4)

  1. 차량 모니터링 장치 (TCMS) 및 전동차의 출입문을 제어하는 도어 제어 장치를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템에 있어서,
    상기 도어 제어 장치는,
    상기 출입문 개폐를 제어하는 주 제어부와 상기 주 제어부에 결함이 발생하는 경우에 상기 출입문 개폐를 제어하는 보조 제어부를 포함하는 제어부;
    상기 제어부와 상기 차량 모니터링 장치 와의 통신을 위한 통신부;
    상기 제어부의 명령에 따라 상기 출입문의 개폐 동작을 수행하는 구동부; 및
    상기 도어 제어 장치에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고,
    상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부는, 결함의 발생 여부를 검출하기 위한 결함 검출부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 제어부를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결함 검출부는, 상기 주 제어부 또는 상기 보조 제어부 중 상기 결함 검출부가 포함된 제어부의 동작 상태를 실시간 감시하여 결함을 검출하는 1차 결함 검출부; 및
    상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부의 동기화 정보 또는 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부의 연산 결과 값의 비교를 통하여 결함을 검출하는 2차 결함 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 제어부를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전원부로부터 전원을 입력 받아, 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부로 인가되는 전원을 관리하는 전원 관리부를 더 포함하고,
    상기 전원 관리부는, 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부 중 적어도 어느 하나에 결함이 발생하면, 결함이 발생된 제어부로 상기 전원이 공급되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 이중 제어부를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 제어부는,
    상기 주 제어부에 결함이 발생한 경우 상기 출입문의 개폐를 제어하고, 상기 출입문의 개폐를 제어하는 상기 도어 제어 장치를 상기 출입문 제어 시스템에서 제외하도록 제어하는 바이패스 기능이 수행되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 이중 제어부를 포함하는 자동 출입문 제어 시스템.
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