2014 년도 한국철도학회 추계학술대회 논문집 KSR2014A197

수도권 분당선전동차 ATS/ATC 신호장치의 본선시운전 시험연구

A Research of operating of ATS/ATC system for Bundang Metropolitan train line.

양도철*†,김건엽**, 이재두***, 배은석****

Doh-Chul Yang*†, Gon-yop Kim,** Jae-Doo Lee*** , Eun-Seok Bae,****

Abstract In Seoul Metropolitan area, Bundang Line is operated using ATC (Automatic Train Control) signaling devices and Suin Line using ATS (Automatic Train Stop) devices. KORAIL (Korea Railroad) is planning to provide direct connection operation between Bundang Line and Suin Line in 2015 and therefore, the trains must be equipped with both ATS and ATC signaling systems. The integrated system with both ATS and ATP functions is required as a solution to the situation. Based on this need, this paper reviews the test results and the solutions in regards to the operational tests of ATS/ATC system in the trial runs. The tests have been conducted on the operations and linkages between the signaling device and the wayside equipment. The problems in both ATC section and ATP section have been analyzed in order to verify the system and the test results.

Keywords : ATS/ATC, Bun-dang Train Line, On-Board Signaling Equip. Main Line Operating Test. 초 록 수도권 광역철도구역에서 분당선은 ATC 신호장치이며 수인선은 ATS 신호장치를

사용하여 운영하고 있다. 한국철도공사에서는 2015 년 분당선과 수인선을 직결운행 예정으로

이 구간의 운행차량은 ATS, ATC 신호장치를 모두 탑재해야 하는 상황이다. 이에 대한

해결책으로 ATS/ATC 기능이 통합된 장치가 필요하게 되었다. 본 논문에서는 이러한 필요성에

의한 ATS/ATC 장치 열차제어시스템의 본선시운전 지상설비 연계동작시험의 운영단계에서

발생되었던 문제점을 중심으로 ATC 구간에서의 문제 발생 현황과, ATS 구간에서 문제발생

현황을 고찰한 내용을 중심으로 시험운행을 통해서 해결책과 시험 연구사항을 검증하였던

결과를 제시 하고자 한다.

주요어 : ATS/ATC, 자동절환, 분당선, 지상설비연계시험, 본선시운전

1. 서 론 수도권 광역철도 전동차에 적용된 ATS/ATC 장치는 ATS운행모드와 ATC 운행모드로 동작하며

수도권에 전 구간에서 운행이 가능하게 되었다. ATS 운행모드는 3개의 동작모드로 ATS 수동

모드, 특수운전모드, 절연구간과 1개의 차단모드(비상 운전모드)로 구성되며, ATC 운행모드도

3개의 운행모드( ATC 수동모드, Yard, 정지 후 진행모드)와 1개의 차단모두(비상운전모드)를

가진다. 이 신호장치의 H/W는 각 이중계로 구성되어 있으며 각 계는 독립적으로 동작과 예비

상태로 구분되어, 현재 동작중인 계의 이상 발생시 무순당 자동 절체 되어 열차의 정지 없이

ATC/ATS 기능을 수행한다.

.*† 교신저자: 한국철도기술연구원 광역도시교통연구본부 ICT융합연구팀 (dcyang@krri.re.kr)

**한국철도기술연구원,㈜씨에스아이엔테크 기술연구소***,㈜씨에스아이엔테크 기술연구소****

분당선 전동차에 적용된 신호장치가 기존 1호선이나 경의선 중앙선에 운행되는 전동차와 차이점

은 ATS/ATC 신호장치 절환모드를 가지고 있는 것이다. 이 장치는 초기전원 투입 후에 ATS 또는

ATC 모드를 선택하고 출발한다.

Fig.1 Configuration of ATS/ATC Unit

절환은 3 개의 형태로 운행 되어진다. 첫째로 ATS 에서 ATC 로 절환은, ATS 구간에서 ATS 모드로

운행중에 ATC 절환용 지상속도코드가 수신되면 열차는 모드절환 위치에 정차하여 주간제어기를

상용제동(B4 이상, EB 포함) 입력시 ATC 모드로 절환된다. 만약 열차가 ATC 구간 진입후에도

ATS 모드를 유지하여 운행시에는 지상의 방호용 R0 신호를 수신하게 되어 열차는 비상정지

하게 된다. 두 번째로 ATC 모드에서 ATS 모드로의 절환은 ATC 구간에서 ATC 모드로 운행중 ATS

절환용 R0 신호 및 ATS 지상자 지상신호(G.Y.YY)를 수신 한다. 열차는 모드절환 위치에

정차하여 주간제어기를 비상제동(EB) 입력시에 ATS 모드로 절환된다. 셋째로 운전자 임의

절환으로 ATS, ATC 모드에서 ADU 버턴을 취급하여 절환을 할 수 있다. 수도권 전동차에 ATS/ATC

병행운전은 분당선 구간을 통해 처음 시도해 보았고 1 호선구간과 금정역사에서 4 호선

연결구간을 통해 동작을 검증하였다. 본 논문에서는 이러한 ATS_ATC 장치 열차제어시스템의

본선시운전 지상설비 연계동작시험에 운영 단계에서 발생되었던 문제점을 중심으로 ATC

구간에서의 문제 발생현황과, ATS 구간에서 문제발생 현황을 고찰한 내용을 중심으로

시험운행을 통해서 해결책과 시험 연구사항을 검증하였던 결과를 제시하고자 한다.

2. 본 론

다음은 분당선과 수인선의 ATC 구간, ATS구간에서 본선시운전 지상설비 시험운행 중에 일어난

신호 현상들을 모아 원인을 분석하고 해결책을 제시하여 검증한 결과들이다.

2.1 ATC 본선 구간에서의 No code 발생현황

2.1.1 ATC 모드 운행 중 No code 발생현황

차량이 ATC 모드로 시험운행중에 No code장애가 발생하여 차량이 정지하는 현상이 일어났다.

고장원인의 문제점을 분석을 해보니, 지상의 신호가 작게 수신되고, ATC 수신보드의 입력레벨

이 높아 수신이 안 되는 현상이 Fig 2-1과 같이 검지되었다. 지상속도코드가 변경되는 임피이

던스 본드에서의 Noise 인입으로 No code 현상이 발생되었다.

Fig 2-1 Input Level of ATC Receiver board Fig2-2 ATC Signal Wave (Abnomal/Normal)

2.1.2 해결사항 : 지상의 신호가 작게 수신되고,ATC 수신보드의 입력레벨이 높아 수신이 안되는

Fig 2-1의 현상은 ATC 신호를 수신하는 수신보드(Receiver Board)에서 Adj trimmer을 조정하

여 현재 최소 35mV까지 수신하게 된 부분을 20mV까지 수신되도록 수정하여 적은 신호까지 수

신이 가능하도록 조정하여 입력신호를 받아들였다. 또한 지상속도코드가 변경되는 임피던스

본드에서의 Noise 인입으로 No code가 발생되는 현상의 처리는 ATC 속도코드 처리 보드의

Chattering Filter Time 기법을 적용하였으며 본선에서 예비로 있는 20.4Hz의 반주기 시간인

24.5ms의 65.3% 미만인 지연 시간 16ms 이하의 신호는 Noise로 간주하여 빠진 부분을 채

우고 튐 현상은 제거하여 처리하였다.

Fig 2-3. Recovery sequence of Abnormal Noise ATC signal

ATC 속도코드 처리보드의 Duty Check는 Chattering Filter Time 의 2중 방안이며 기능으로

Noise성 신호의 경우 Duty가 많이 차이 나는 신호의 형태로 수신되므로 신호의 Duty를 검사

하여 Duty가 양호한 신호만 주파수 검출에 사용하여 Duty로 Noise성 신호를 Filtering 하였

다 신호의 주기와 high부분을 COUNTING하여 아래와 같이 DUTY를 계산하여 30% 이상,

70%이하의 신호만 정상신호로 간주하여 주파수 계산에 사용한다

Fig 2-4. Recovery sequence of Abnormal Noise ATC signal

2.2 ATC 코드변화에도 80Km/h 지속현시 문제점

2.2.1. ATC모드 운행중 속도코드 무변화 현시

ATC 구간에서 ATC 속도처리보드(ATC Receiver Board)가 지상 속도코드를 해석하지 못하고 특

정속도코드를 지속적으로 현시하는 고장상태가 있었다.

2.2.2. 해결사항: 이 고장원인을 찾아내서 재현하여 검증하여보았다. 검증방법으로 FPGA내부

에 들어있는 Clock DCM(Delaylocked Loop)모듈의 Lock이 풀리는 현상이 발생하여, FPGA 내부

에서 ATC 검출에 사용되는 Clock이 소실 되었으며 따라서 ATC주파수 속도코드 해석에 이상 현

상이 발생됨을 재현 시도하였다. 디지털에서 주파수를 카운팅하고 연산하는 FPGA내 Clock DCM

모듈에서 Lock이 풀리는 경우를 알려주는 출력핀(LOCKED)이 있으므로 이 핀을 모니터링 하여

Unlock 발생시 DCM모듈이 입력 Clock과 다시 동기를 맞추도록 수정하여 정상 동작동작을 검증

하였다.

Fig 2-5 Synchronize of Clock in DCM module

2.3 ATS 구간에서의 반복 R0 발생 문제점 현황

2.3.1 기지내에 반복 R0 체결문제(지상자가 설치 안 된 상황에서)

이문차량기지 및 시흥차량기지 등 ATS장치를 사용하여 운용되는 기지내에서는 임펄스궤도회로

장치가 설치되어있는데 이 장치는 기지내에서 열차점유 상태를 검지하는 기능을 한다. 이 신

호가 ATC 운영모드의 지상신호인 3.2Hz와 유사한 3.0 Hz을 검지되어 ATS운영모등에서 R0 수신

후 ASOS(특수운전)모드로 운행되는 중 ATC 지상신호인 Yard인 3.0HZ 신호를 오인식 하여 ATS

모드에서 비상제동이 체결되는 현상이 있었다.

Fig 2-6 Impulse Track Circuit in Depots Fig 2-7 Input wave in impulse Track Circuit

임펄스궤도회로 장치는 차량기지내에서 열차점유상태를 검지하는 기능을 하며 180pulse/min으

로 동작한다.

180/Pulse / min = 180/60Hz = 3.0Hz 로 ………………………………………(1)

ATC 운영모드 지상신호인 3.2Hz와 유사하여 오인식이 발생 할 수 있었다.

2.3.2.해결사항 : 일단 실험실에서 ATS 모드중 R0,R1 신호 수신 후 ASOS, 15Km/h 버튼 취급후

특수운전모드로 진입하고 ATC 신호 (3.2Hz_Yard, 5.0 , 6.6, 8.6, 10.8 ,13.6, 20.4,

16.8_Yard cancel)중 어떠한 신호를 수신 하여도 비상제동이 체결 됨을 검증 확인 하였다. 이

문제점을 해결하기 위해서 ATS 운영모드 중 특수운전(ASOS, 15Km/h) 및 수동운전시 ATC 유효

코드 입력은 본선속도 코드만 인지하도록 하였으며, Yard(3.2Hz) Yard Cancel(16.8Hz)

예비(20.4Hz)를 제외하여 ATS 모드 운행시 ATC 속도코드가 입력되어도 비상제동이 체결되는

현상을 소프트웨어 수정으로 해결하였다.

2.4 계 절환시 공통문제점 해결

수도권 신형 ATC/ATC 신호장치을 탑재한 전동차는 계절환이 가능한 시스템이다.(1계운행중 고

장 발생시 2계로 운영권 전환) 열차주행중 신호장치의 고장을 임의로 유발시켜 1계(주운영계)

에서 2계(보조운영계)로 신호장칭 출력의 변화없이 정상적인 운영권 전환이 이루어지는 가를

확인하는 시험 절차이다. 이 시험은 운행 중 주운영계 1계 고장을 가상으로 하여 신호장치가

운행중에 2중계로 동작이 수행되는 가를 검증하기 위한 시험이다.

2.4.1 계절환 시험시 비상제동 체결되는 현상

고장유발은 신호장치 본체에 장착되어있는 서브랙에서 Command Rack의 PMS(Power Mode

Switch)를 2계 위치로 조작하여 1계의 전원을 차단하는 것으로 시뮬레이션 하였다.

Fig 2-8 PMS switch on Command Rack

PMS Switch의 배선상태는 그림 2-5와 같이 1,2 계 Power Rack의 DC100V 공급 전원을 제어한다.

이때 PMS Switch를 2계로 조작 시 1 계측의 DC 100전원공급이 차단되므로 1계는 전원이 모두

off되고, 신호장치는 2계로 절환 되지 않은 상태가 약 6~7ms 발생하였다.

Fig 2-9 Power supply Circuit of PMS SW Fig 2-10 EBR Output circuit

또한 신호장치의 EBR(비상제동릴레이) 결선을 보면 신호장치 내부의 EB출력 접점이 Normal

Open 으로 되어 있었다. 회로상에서 1계의 전원이 off 되면 신호장치 내부의 EBR은 무여자 상

태이며, 이때 차량의 EMR1도 무여자 상태가 된다. 차량의 비상제동은 EMR1의 Normal Close 접

점으로 동작하므로(EMR1이 무여자 상태일 때) 차량의 비상제동이 걸린다. 상기와 같이 PMS

Switch 조작으로 6~7ms 시간 동안 신호장치에서 비상제동출력이 발생하였으며, 이를 인식한

차량의 제동장치는 열차가 정지되고 주간제어기가 EB위치에 오기까지 비상제동을 해제하지 않

는 문제점을 확인 하였다.

2.4.2. 해결사항

이 문제를 해결 하기 위한 조치사항으로 ATS/ATC 장치의 주운영계(1계)와 보조운영계(2계)는

EBR은 Normal Open 접점을 이용하여 정상 동작 및 EB체결이 안 될 경우 Normal Close로 설정

되어 있었다. 이는 평상시 전원이 off되거나 장치의 이상 동작 시 접점을 원복 하게 되어

Open 되면 차량에 EBR이 체결 되도록 설정 하였기 때문이다. 주운영계(1계)와 보조운영계(2

계)가 동시에 EB 체결이 되도록 수정 하였고, 한쪽 계가 고장이 나면 EB 접점을 Open으로 설

정하고, 다른 계 마저 고장 시에 바로 EB(비상제동)이 체결되도록 회로를 수정 하여 계절환시

에 비상제동이 걸리는 것을 수정 처리 하였음을 시험운영을 통해 검증 하였다.

3. 결 론

본 논문은 최근 철도공사에서 발주하여 수도권 광역철도인 분당선과 수인선에 운영하려는

전동차에 대한 시험데이터에 대한 고찰이다. 2015년 수인선과 분당선은 직결운행 예정으로 이

구간의 운행차량은 ATS,ATC 신호장치를 모두 탑재 해야하는 상황이다. 이 신호장치가 탑재되

어진 차량은 수도권 운행을 위해 철도공사가 운행 하는 1호선역들과 이문역 기지와 구로기지,

안산기지에서 운행 시험하였다. 연결이 예정된 분당선 구간, 수인선구간(금정,송도역)에 투입

하여 시험을 수행 하여 얻어진 운행 데이터의 일부를 제시하였다. 운행데이터의 기준은 한국

철도연구원의 차량성능시험중에 지상설비연계 시험 절차를 따라 시험하였다. 현재 ATC/ATS 기

능을 갖춘 수도권 광역전동차는 수원역까지 확장 개통된 분당선 노선에서 영업운행 중이다.

본 논문에서 제시한 결과데이터는 현대로템이 제작한 차량에 씨엔스아이 엔 테크 신호설비 업

체와 협업을 통해 수행되었음을 밝힌다. 수도권광역철도에서 우리기술로 제작된 차량전동차와

이번에 제작된 ATC/ATS 신호장치의 운행은 철도신호 발전의 큰 계기라 여겨진다.

[참 고 문 헌]

[1]Bun-dang Metropolitan Line18 Mainline Performance Test Procedure.(2013) KRRI. On-

board Interface operating Test “On-Board ATS/ATC Unit.”FCBE1301 R02

[2]Onboard ATS/ATC Unit. Korail (2013). Document No “REDE115761”pp 11~18

[3]Bun-dang Metropolitan Line Test Reports. CSIN TEK Company(2013).”ATS/ATC Unit

operating Test Reports”2013.07 Rev A.