제어가 션트를 대체하다
원격 제어 기관차의 안전 인터페이스로 활용되는 자동화 시스템 PSS 4000
철도 기술 전문 기업 Schweizer Electronic AG의 무선 원격 제어 시스템 LocControl100이 수행하는 작업은 안전한 무선 기술을 이용해 모바일 제어 콘솔에서 기관차로 제어 명령을 전송하는 것이다. 이 제어 플랫폼은 Bombardier Transportation의 TRAXX AC Last Mile 기관차에 설치된 Pilz의 PSS 4000 자동화 시스템과 공조하여 사용자의 요구사항에 정확히 부합하도록 특별한 추가 기능을 안전하고 탄력적으로 구현한다. 이 글에서는 Pilz의 PSS 4000 자동화 시스템을 활용한 LocControl100의 역할에 대해 알아본다. 이 원격 제어 시스템은 SIL3 수준까지 인증 받았으며, 이를 통해 안전을 양보하지 않고도 자동화된 철도 운영의 융통성과 생산성은 더욱 높일 수 있게 되었다.
독일 Basel 인근 Muttenz에 위치한 화물기지, 유럽 최대 화물기지 중의 하나인 이곳에서 전기 기관차가 평행 선로 사이에서 앞뒤로 션트하고 있다. 기관차는 보이지 않으며, 여러 세트의 화물 열차가 연결되어있다. 즉, 조성선(Train Formation Track)에서 점진적으로 연결된 여러 화차가 모여 70개 이상의 화차로 이루어진 복합적인 화물 열차를 구성한다. 조차장에서 날마다 일어나는 일이다. 하지만 이 기관차는 기존의 션트 기관차가 아니라 Bombardier 사의 TRAXX AC Last Mile 기관차이다. 더 자세히 살펴보면 기관차의 운전실이 비어 있는 것을 알 수 있다.
1,000m 범위에서 안전하게 무선 션트 조작
션트 기관차 운전사가 선로 사이에 서서 현장을 면밀히 감독하고 있다. 목에 걸고 있는 노란색 운전 기기의 스위치, 푸시버튼, 제어용 손잡이 위에서 그의 손이 쉴 새 없이 움직이고 있다. 이것은 Schweizer Electronic 사에서 철도 운전용으로 특별히 개발한 무선 원격 제어 시스템이다. 이 션트 기사는 이 장치를 사용해 기관차를 앞뒤로 이동 시키거나, 제동 및 가속할 수도있다. 또한, 필요한 경우 시각 또는 청각 신호 발송이 가능하다. 핸드백 크기의 이 제어 장치는 기관차/수신기 측의 수신 장치와 공조하여 RFID 키를 사용한 식별 과정을 통해 최대 1,000m 범위 내에서 기관차를 조작할 수 있다. 주파수는 현장에서 직접 선택이 가능하므로, 설비만 동일하다면 다양한 국가에서 이 제어기를 사용할 수 있다. 이 시스템이 가장 많이 적용되는 분야는 션트, 플로우, 그리고 크로싱 운전이다.
본선로 기관차에 이 무선 원격 제어 시스템을 탑재한 것은 이번이 처음이다. 철도 운영 기업들이 점점 융통성 있고 효율적인 션트와 물류 관리 개념으로 점점 돌아서는 추세를 보이고 있으며, 이 유형의 본선로 기관차가 기업들이 원하는 방향의 기술을 지원한다. 바로 열차 분리나 화차 연결 절차의 일부분 또는 그 이상을 담당하는 것이다. 이렇게 되면 특별한 션트 전문 기관차를 써야 하는 필요가 줄거나 아예 사라진다.
철로 기술 분야의 경쟁력
Schweizer Electronic의 본사는 스위스 Reiden에 위치해 있다. 이 회사는 뛰어난 경쟁력과 전문성을 무기로 유럽 및 기타 지역에서 다년간 철도 기술 분야의 명성을 쌓아왔다. 이 회사 직원 150여 명은 건설 현장과 철도 건널목의 안전장치뿐 아니라 화물 기관차용 무선 원격 제어 시스템의 혁신적인 솔루션 개발에 집중하고 있다.
Bombardier는 현대적인 철도 기술 및 차량 개발 분야의 세계적인 선도 기업이다. 이 회사는 캐나다의 항공기 및 열차 제조업체로서 독일에 여러 개의 생산 현장을 보유하고 있으며 직원 수는 8,000여 명에 이른다. Schweizer Electronic 사와 손을 잡고 시작한 프로젝트는 세부 사항이 정해지면서 곧 점점 복잡해지기 시작했다. 무선 원격 제어 시스템의 일반적인 고려 범위 밖에 있던 추가 기능을 구현해야 하다 보니 관련된 모든 부분에서 어려움에 부딪히게 되었다.
Schweizer Electronic의 무선 시스템 제품 매니저 Thomas Koch는 “Bombardier에서 기관차용 첨단 무선 원격 제어 시스템에 관해 문의했을 때, 처음에는 이미 개발된 표준 솔루션부터 먼저 고려했다. 우리는 전기 기술과 제어 기술 양쪽 모두에서 필요한 추가 성능과 안전 기능을 최대한 효율적으로 구현할 수 있는 방법을 모색해야 했으며, 다양한 버전을 시험해 보았지만, 너무 비싸거나, 융통성이 없거나, 미래 경쟁력이 없어 보였다.”라고 말했다.
수신기와 기관차 제어 시스템 간의 인터페이스
Schweizer Electronic 사는 1996년 이후로 스위스에 현지 자회사를 두어 왔다. 그리고 이 스위스 철도 전문가들은 이미 몇 년 동안 Pilz와 협력하여 이미 다양한 솔루션을 개발한 바 있다. Pilz는 안전 자동화 솔루션 공급업체로서 철도 부문에 경험이 있었다. 그 정도의 명성은 가지고 있었던 것이다. Schweizer Electronic 사는 Pilz와 협력하여 최신 프로그램을 구현하기 위한 작업에 본격 돌입했다.
Pilz 고객 지원부의 Bernd Maier는 “Bombardier에서 요구하는 추가 기능을 구현하여 최종 승인을 얻기 위해서는, 추가 기능으로부터 기관차로 전송되는 신호를 기계의 상태 데이터와 비교하고, 그것의 실행 가능성과 일관성을 확인한 후에 기관차의 제어 시스템에 작동 신호를 보내 필요한 동작을 개시할 수 있는 추가적인 인스턴스가 필요했다.”라고 말한다. 이것은 자동화 시스템 PSS 4000이 수신기와 기관차 제어 시스템 간의 인터페이스로서 신뢰성 있게 수행할 수 있는 작업이었다.
자동화가 철도 기술을 움직인다
Pilz는 산업 자동화 분야용으로 EN 61508 표준을 준수하는 기본적인자동화시스템PSS 4000을 개발했으며 이 시스템은 업계에서 그 유용성을 검증 받았다.
이 자동화 전문 회사는 철도 운송 분야의 특수한 요구를 충족하기 위하여 형식 표시에 -R(Railway)이 붙는 특별한 모듈을 개발했다. 이들은 철도 환경에서 일반적으로 발생하는 전자파 장애, 극한의 온도 및 기계 하중에 강한 특징을 지니고 있다. 자동화 시스템 PSS 4000의 -R 모듈은 EN 50126, EN 50128, EN 50129, EN 50155에 따른 CENELEC 승인을 받았다.이 자동화 시스템은 모든 적용 분야에 걸쳐 SIL 4 등급을 달성했다.
그 결과, R-모듈은 철도 부문의 다양한 적용 분야에 적합성을 자랑한다. 구동 유닛과 선로 부설 기계류뿐 아니라 신호까지 제어하고 감시할 수 있음은 물론이다. 과거에 이 시스템은 케이블카, 항만 크레인, 수문 시스템에서도 성능을 증명한 바 있었다. 동시에, 자동화 시스템 PSS 4000은 제어 및 안전 기술이나 신호박스 연결에도 사용할 수 있다.
원스톱 안전
기관차가 운행하면 PSS 4000은 규정 속도를 지키는지 감시한다. 제어되지 않은 가속이 발생하는 때는 시스템은 비상 제동을 실시한다. 기관차 제어 캐비닛은 공간이 협소하지만, 헤드 모듈 1개, 입력 모듈 13개, 릴레이 모듈 5개, 반도체 출력 모듈 6개로 이루어진 PSS 4000은 비교적 컴팩트하여 공간 절약형 사이즈를 자랑한다. 전체적으로, 이 시스템은 입력 52개, 출력 34개(릴레이 출력 10개, 반도체 출력 24개)를 제공한다. 산업용 버전과 마찬가지로 PSS 4000은 일반적으로 분산형 구조에 수반되는 복잡성 없이 분산형 제어 구조의 이점을 고스란히 구현한다.
서비스 제공자이자 공급자로서 Pilz는 소프트웨어 아키텍처, 부품 설계, 구현, 시험 시방 및 필요한 테스트에 깊이 관여했다.Thomas Koch는 “이 프로젝트에서는 제어 작업과 프로그래밍뿐 아니라 검증과 문서화 부분에도 특별한 주의를 기울였다. 승인을 위해서는 둘 다 반드시 필요했기 때문이다. 이 경우에 Pilz는 우리 회사와 긴밀히 협조하며 뛰어난 능력과 팀 정신을 발휘했다.”라고 말했다.
Pilz의 자동화 시스템 PSS 4000은 다양한 기관차와 여러 가지 철도 시스템 분야에서 높은 활용도를 가지고 있음을 보여주었다. Bernd Maier는 “우리는 다른 나라에도 제어 및 감시 공정을 최적화하기를 원하는 철도 회사가 많을 거라고 믿는다. 많은 국가는 철도 인프라 구조를 시급히 현대화해야 할 필요가 있다. 따라서 EBA 인증을 받고 TÜV 시험을 거친 경제적이고 표준적인 솔루션에 대한 수요가 더욱 증가할 것이다.”라고 힘주어 강조했다. 융통성 있는 Pilz 자동화 시스템 PSS 4000은 철도 기술 분야의 복잡한 작업을 수행할 수 있는 활용도 높은 시스템이다.
자료제공 | 필츠 코리아(www.pilz.com)
