필드버스를 이용한 신호설비 제어 및 감시에 관한 연구 = (A) Study on Control and Monitoring for Signaling System use Fieldbus

국문 초록 (Abstract)

"Field"라는 말은 공정이나 제조지역, 전송기, 센서, 구동물체 등이 설치된 지역을 말하며, "FIELD BUS"는 IEC나 관련 협회에 의하면 "Field"지역의 통신을 전형적인 아날로그 전선 결선이나 신호방식을 완전한 디지털 통신 프로토콜로 대체하고자 하는데 목적을 두고 있다. 이러한 필드버스는 효율적이고 생산성이 높은 시스템을 구축하고자 하는 실제 현장 사용자들의 요구사항에 의해 개발되어졌으며, 현재 많은 시스템에서 그 영역을 확대해 나가고 있다.
또한 필드버스의 출현배경과 구조 및 프로토콜 계층구조 및 기능을 포함한 기술개요를 파악하고 국제 표준화된 필드버스를 비교 검토하고, 실제 현장 사용자 및 유지보수 담당자들의 요구사항과 현장 신호설비와 철도신호 시스템에 적하한 필드버스기술을 선택하여, 이를 응용 연구하고자 한다. 현재까지 필드버스는 실제 산업현장에 적용할 경우 많은 이점을 가져다주는 기술이지만 국내 산업 및 철도 현장에서는 필드버스의 실증적 구현사례와 기술적 자문을 구할 곳이 많지 않으며, 초기에 Relay 시스템을 전자화된 PLC및 DCS(분산제어시스템)로 교체할 때 새로운 시스템의 기술을 신뢰하지 못했던 것처럼 현재는 필드버스 기술을 신뢰하지 않고 있다. 또한 국제 표준 통신 프로토콜로 채택되고 국제적으로 필드버스를 적용한 사례가 많다고 하더라도 검증된 기존의 시스템에 비하여 새로운 기술을 도입하려 하지 않으려 하는 경향이 있다.
본 연구에서는 철도신호시스템에 실제 적용할 경우 분명한 장점이 있는 필드버스이지만 이에 대한 문제점 및 특성 비교를 통한 기술 검증을 실시하여 실제 적용의 가능여부를 연구하였다. 연구결과 필드버스를 철도신호시스템에 적용할 경우 문제가 없는 것으로 나타났지만 초기 시스템 도입에 따른 저항과 신뢰성에 대한 검증을 할 수 있는 제도적 장치가 마련되어야 하며, 이를 적극 활용할 수 있도록 철도신호시스템에 관련한 연구개발자, 공급자, 사용자 등의 높은 관심이 필요한 때이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The "Field" means a zone which has a process, production line, transmitter, sensor, and mechanical equipment.
According to the IEC and the related authority, the purpose of "Fieldbus" is to change typical analog cabling and signal type to the digital communication protocol.
The "Fieldbus" that is developed by the end user for the efficiency, higher productivity in terms of system is currently getting spread to a lot of system part.
This is about the field equipments and "Fieldbus" technology for the railway signal system, it also focus on the followings. The technical background of "Fieldbus", the structure, layout of the protocol, the function, technical specification, comparing of standardized global top "Fieldbus" and the needs of end user or the maintenance team.
"Fieldbus" has a lot of merits to our industry, however it's hard to find the physical example and the technical consultation in domestic industry including the railway.
We simply don't trust the "Fieldbus" now, just like we did when the PLC and DCS comes up.
Actually we have a lot of successful case about "Fieldbus" and we also got the international protocol standard, but we still have a tendency to keep using the old technology even if we knew the new system has a lot of advantage.
Although it has a certain advantage, in order to check the possibility of "Fieldbus" in KOREA, the technical inspection by comparing specification and checking the matters have been done.
The bottom line is that we can apply the "Fieldbus" to the rail system. However we should systematize it to improve the system guarantee, and also we should reduce a sort of rejection symptoms because it's new technology. Then we have to make it a big issue among the R＆D, supplier and the end user.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 요약 = ⅰ
• 표목차 = ⅲ
• 그림목차 = ⅳ
• 용어설명 = ⅶ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 철도신호 System 현황 = 3
• 1. 실내설비 = 3
• 1.1 전자연동장치 = 3
• 1.2 궤도회로 장치 = 10
• 2. 실외설비 = 14
• 2.1 신호기 장치 = 14
• 2.2 전기선로전환기 장치 = 16
• Ⅲ. Fieldbus System = 19
• 1. 필드버스의 출현 배경 = 19
• 2. 사용자들의 요구 = 20
• 3. 필드버스의 구조 = 21
• 4. Fieldbus(FOUNDATION) 프로토콜 구조 및 계층별 기능 = 24
• 4.1 물리계층 (Physical Layer) = 25
• 4.2 데이터 링크 계층(Data Link Layer,DLL) = 30
• 4.3 FAS(Fieldbus Access Sublayer)계층 = 40
• 4.4 FMS(Fieldbus Message Specification) 계층 = 46
• 4.5 Fieldbus 사용자 계층 = 60
• 5. 필드버스 표준 = 72
• Ⅳ. 철도 신호설비의 Fieldbus 모델 구축 = 75
• 1. 개요 = 75
• 2. 현장 신호설비 Segment화 = 78
• 3. 현장 신호설비 간 정보(Fieldbus H1 Signal) = 79
• 4. 필드버스 토폴로지(Fieldbus Topology) = 81
• 5. 필드버스 Power suppIy Conditioner(Fieldbus Power Conditioner) = 82
• 6. 필드버스 케이블 검토 = 83
• 7. 필드버스 적용 신호시스템 모델 구성 = 83
• 7.1 시스템 구성 = 83
• 7.2 정보 전송 처리 수순 = 87
• 7.3 적용 모듈 예 = 87
• 7.4 시스템 모델 구성 = 88
• Ⅴ. 적용결과 = 91
• 1. 신창역 주요 신호설비 현황 = 91
• 2. 설비 비교 = 92
• 2.1 관로용량 산출 비교 = 93
• 2.2 실내설비 설치면적 비교 = 95
• 2.3 시공성 비교 = 97
• Ⅵ. 결론 = 99
• 참고문헌 = 101
• Abstract = 102