표제지
목차
약어표 16
요약 20
I. 서론 22
1. 연구 배경 22
2. 연구 방법 23
II. 열차위치검지방법 25
1. 모노레일 교통의 동향 25
2. 열차위치검지방법 27
가. 검지를 위한 궤도회로의 특성 29
나. 철궤도 열차위치검지 39
다. 비철궤도 열차위치검지 52
III. 비철궤도 열차위치검지장치 개발 64
1. 시스템 구성 64
2. 시스템 설계 70
가. TD 송신기 70
나. TD 송신 주파수 분석 및 송전선로 임피던스 추산 75
다. TD 송신기 원시 알고리즘 복원 81
라. TD 송신기 PCB 상호 안전한 절연을 위한 통신장치 구현 89
마. 약전보드 96
바. 강전보드 100
사. UI(USER INTERFACE) 보드 107
아. 안테나 설계 108
자. 신호기 위치 알람 설계 111
IV. 시스템 성능분석 113
1. 현장시험 113
가. 시제품 제작 및 위치검지시험 113
나. 현장 조건에 의한 비교 검증 119
2. 현장 검증 결과 140
가. 기존 시스템과의 수신레벨 비교 분석 140
나. 기존 시스템과의 특성 비교 142
3. 결과 고찰 144
V. 결론 148
참고문헌 150
ABSTRACT 153
표 2.1. 레일 저항 33
표 2.2. VVVF 제어차량이 궤도회로에 미치는 영향과 대책 39
표 2.3. 위치검지센서 기술 비교현황 - 1 62
표 2.4. 위치검지센서 기술 비교현황 - 2 63
표 3.1. MT-S/R 기기 사양 66
표 3.2. TD 전문 정보 67
표 3.3. TD 기본 사양 검토 76
표 3.4. Mc 주파수 파라미터 분석 시트 77
표 3.5. zero - crossing 주기 제원 77
표 3.6. TD 전문 bit 열 82
표 3.7. SOC-FPGA 메인모듈 사양 97
표 3.8. 입력데이터(단위 : Ω, n, H, ㎐) 103
표 3.9. 입력데이터(단위 : Ω, F, H, ㎐) 105
표 3.10. 입력데이터(단위 : Ω, F, H, ㎐) 105
표 4.1. 시스템 상호 특성 비교 143
표 4.2. 철도차량 적용 시 검토사항 143
표 4.3. 설계 속도구간에 의한 비교 검증 145
표 4.4. 궤도회로 연장에 의한 비교 검증 145
표 4.5. 곡선율에 의한 비교 검증 146
표 4.6. 구배율에 의한 비교 검증 146
표 4.7. 장비별 상호 비교 검증 146
표 4.8. 시험 데이터 고찰 147
그림 2-1. 과좌식 모노레일 26
그림 2-2. 현수형 모노레일 26
그림 2-3. 개방형 궤도회로 28
그림 2-4. 폐쇄형 궤도회로 28
그림 2-5. 궤도회로의 실제 전기회로 형태 29
그림 2-6. TVM430 궤도회로 전기적 절연구간에서의 모델 29
그림 2-7. TWC 정보를 포함한 도시철도 전기적 모델 30
그림 2-8. 궤도회로 등가회로 31
그림 2-9. 궤도회로의 레일전류 흐름방향 33
그림 2-10. 레일전류의 평형상태와 불평형 상태 34
그림 2-11. 임피던스본드 전류와 자속 34
그림 2-12. 불평형 전류에 의한 여자 impedance 저하 35
그림 2-13. VVVF 제어차량 전력계통 38
그림 2-14. 대구도시철도 상용주파수 궤도회로 구성도 40
그림 2-15. 자기 드럼과 같이 회전하는 일반 원판 41
그림 2-16. 대전도시철도 상용주파수 궤도회로 구성도 42
그림 2-17. 모터계전기의 점유 및 비 점유 상태 42
그림 2-18. AC 용 AF 궤도회로 구성 요소 43
그림 2-19. UM71C 무절연 궤도회로의 블록 다이어그램 44
그림 2-20. 광주도시철도 1호선 AF 궤도회로 구성도 45
그림 2-21. 대구도시철도 1호선 AF 궤도회로 구성도 46
그림 2-22. AF 궤도회로 송신 합성 파형 47
그림 2-23. 고전압 임펄스 궤도회로 48
그림 2-24. 본선 Digital 궤도회로 구성 및 동작원리 49
그림 2-25. S-bond 동작원리 50
그림 2-26. Bias 직류 궤도회로 구성도 52
그림 2-27. CBTC 차상장치 구성도 53
그림 2-28. CBTC 선로 변 설비 54
그림 2-29. 위치계산논리 54
그림 2-30. 회전속도계의 형상 55
그림 2-31. 궤도케이블 디지털 열차제어시스템의 단순화 폐색 개요도 55
그림 2-32. AC용 Axle Counter 구성도 57
그림 2-33. A점 열차 점유정보 표시 57
그림 2-34. A점 2개 차축 B점 진입 57
그림 2-35. B점으로 4개 차축 진입 58
그림 2-36. B점 8개 차축 Counting 58
그림 2-37. 관성항법장치 구성 및 기능 59
그림 2-38. EPLRS 차량위치 산출방법 60
그림 3-1. 열차제어시스템 블록 다이어그램 64
그림 3-2. 차상(ATP/TD) 안테나와 루프 코일과의 관계 65
그림 3-3. 궤도 빔과 기계실 간 케이블 포설도 65
그림 3-4. Check-in Check-out에 의한 열차검지방식 67
그림 3-5. TTC 제어장치 69
그림 3-6. 차량위치검지장치 시스템 개요 70
그림 3-7. MSK 송출 블록선도(1) 71
그림 3-8. MSK 송출 블록선도(2) 72
그림 3-9. TD 송신기 기본 하드웨어 72
그림 3-10. TD 송신기 FPGA 하드웨어 블럭 73
그림 3-11. 출력 위상도 73
그림 3-12. TD 송신기 74
그림 3-13. TD 송신기 회선 구성도 75
그림 3-14. 13,240[㎐] Frequency Shift 현상(MATLAB) 78
그림 3-15. 위상제어 파형 78
그림 3-16. TD 송신 안테나(Mc) 임피던스 81
그림 3-17. TD 전문 비트 열 82
그림 3-18. TD 통신 프로토콜 테스트베드 구조 83
그림 3-19. SW 기반 시뮬레이션(MATLAB) 83
그림 3-20. SDR 기반 송수신 프레임 동기화(MATLAB) 84
그림 3-21. Analyzer 측정 결과 데이터 84
그림 3-22. TD 통신 프로토콜 분석 절차 85
그림 3-23. TD 전문 프레임 주기적 영(0) 채우기 85
그림 3-24. TD 전문 프레임 NRZI 부/복호기 86
그림 3-25. TD 전문 프레임 동기화 86
그림 3-26. TD 전문 프레임 CRC 검사 86
그림 3-27. 복원 TD Frame sequence 87
그림 3-28. CRC 구조기 변경 88
그림 3-29. 복원신호 Analyzer 측정 분석 88
그림 3-30. TD 송신기 알고리즘 복원 정리 89
그림 3-31. 전동차 경계 궤도회로 진입 과정 90
그림 3-32. 모터카 경계 궤도회로 진입 과정 90
그림 3-33. 모터카 경계 궤도회로 진입 시 부정 낙하 그래프 91
그림 3-34. 모터카 경계궤도회로 운행방향 91
그림 3-35. 경계궤도회로 모터카 이동 시 궤도회로 부정 낙하 그래프 92
그림 3-36. TD 검지불량으로 비상정지 명령 실행 사례 92
그림 3-37. 모터카 궤도회로 경계점 정지 사례 93
그림 3-38. TD 신호생성보드와 송출보드 및 송출용 안테나 블록 구성도 94
그림 3-39. R-C 네트워크 구성 95
그림 3-40. 전압 분압기의 구성도 95
그림 3-41. 약전보드 출력 트랜스포머 95
그림 3-42. 강전보드 출력 트랜스포머 95
그림 3-43. 약전보드 동작계통도 96
그림 3-44. ISO 7631 FCDW 블록 다이어그램 98
그림 3-45. TLV172IDR 회로 설계 99
그림 3-46. 강전보드 동작계통도 101
그림 3-47. Level Shifter 회로 설계 101
그림 3-48. 전체 출력회로 모델링 102
그림 3-49. 출력회로 BPF 그래프 - 1 103
그림 3-50. 디테일한 출력회로 모델링 104
그림 3-51. 출력회로 BPF 그래프 - 2 105
그림 3-52. 출력회로 BPF 그래프 - 3 106
그림 3-53. 적용된 출력회로 모델 106
그림 3-54. UI 보드 동작계통도 107
그림 3-55. TD 전계강도 검측 내용 109
그림 3-56. 안테나 구조도 109
그림 3-57. 안테나 자기장 검토 - 1 110
그림 3-58. 안테나 자기장 검토 - 2 110
그림 3-59. 안테나 자기장 검토 - 3 110
그림 3-60. 안테나 자기장 검토 - 4 110
그림 3-61. 안테나 자기장(VizMag) 111
그림 3-62. RFID 위치 설계 - 유리창 112
그림 3-63. RFID 위치 설계 - 차량 하단 부 112
그림 4-1. 시제품 - TD 알고리즘 메인보드 113
그림 4-2. 시제품 - 신호처리보드 113
그림 4-3. 시제품 - 강전보드 113
그림 4-4. 시제품 - 환경시험 113
그림 4-5. 시제품 - 위치검지기 설치 114
그림 4-6. 시험 설치 114
그림 4-7. TD 안테나 설치 114
그림 4-8. 모터카 운행 - 1 114
그림 4-9. 모터카 운행 - 2 114
그림 4-10. TD 송신기 점검 114
그림 4-11. Mc1 F + (㎐) 115
그림 4-12. Mc1 F - (㎐) 115
그림 4-13. Mc2 F + (㎐) 115
그림 4-14. Mc2 F - (㎐) 115
그림 4-15. 출력시험 보정 전 116
그림 4-16. 출력시험 보정 후 116
그림 4-17. 13.24[KHz] 출력전류 시험 116
그림 4-18. 15.0[KHz] 출력전류 시험 116
그림 4-19. 궤도회로 수신 값(100% 출력) 117
그림 4-20. 궤도회로 수신 값(60% 출력) 117
그림 4-21. 궤도회로 수신 값(40% 출력) 117
그림 4-22. 궤도회로 수신 값(20% 출력) 117
그림 4-23. 관제실 모니터 모터카 위치이동 화면 # 1 118
그림 4-24. 관제실 모니터 모터카 위치이동 화면 # 2 118
그림 4-25. 관제실 모니터 모터카 위치이동 화면 # 3 118
그림 4-26. 관제실 모니터 모터카 위치이동 화면 # 4 119
그림 4-27. 설계속도 구간에 의한 비교 검증 120
그림 4-28. 궤도회로 A2T_35[Km/h]_모터카 120
그림 4-29. 궤도회로 A2T_35[Km/h]_전동차 121
그림 4-30. 궤도회로 101AT_25[Km/h]_모터카 121
그림 4-31. 궤도회로 101AT_25[Km/h]_전동차 122
그림 4-32. 궤도회로 1008T_75[Km/h]_모터카 122
그림 4-33. 궤도회로 1008T_75[Km/h]_전동차 123
그림 4-34. 궤도회로 1050T_50[Km/h]_모터카 123
그림 4-35. 궤도회로 1050T_50[Km/h]_전동차 124
그림 4-36. 궤도회로 연장에 따라 비교 검증 125
그림 4-37. 궤도회로 1010T_326.86[m]_모터카 125
그림 4-38. 궤도회로 1010T_326.86[m]_전동차 126
그림 4-39. 궤도회로 1012T_194.5[m]_모터카 126
그림 4-40. 궤도회로 1012T_194.5[m]_전동차 127
그림 4-41. 궤도회로 1016T_206.65[m]_모터카 127
그림 4-42. 궤도회로 1016T_206.65[m]_전동차 128
그림 4-43. 곡선율에 의한 비교 검증 129
그림 4-44. 궤도회로 1017T_248.874[R]_모터카 129
그림 4-45. 궤도회로 1017T_248.874[R]_전동차 130
그림 4-46. 궤도회로 1049T_107.64[R]_모터카 130
그림 4-47. 궤도회로 1049T_107.64[R]_전동차 131
그림 4-48. 궤도회로 1055T_469.755[R]_모터카 131
그림 4-49. 궤도회로 1055T_469.755[R]_전동차 132
그림 4-50. 구배율에 의한 검증 133
그림 4-51. 궤도회로 1003T_- 32[‰]_모터카 133
그림 4-52. 궤도회로 1003T_- 32[‰]_전동차 134
그림 4-53. 궤도회로 1005T_ 5[‰]_모터카 134
그림 4-54. 궤도회로 1005T_ 5[‰]_전동차 135
그림 4-55. 궤도회로 1021T_- 10[‰]_모터카 135
그림 4-56. 궤도회로 1021T_- 10[‰]_전동차 136
그림 4-57. # 51 모터카 137
그림 4-58. # 52 모터카 137
그림 4-59. # 53 모터카 138
그림 4-60. # 54 모터카 138
그림 4-61. 구간운전으로 전동차와 모터카 수신레벨 분석 139