KR100867175B1 - Duplex Levitation Controller for Magnetic Levitation Vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부상제어기를 이중화하여 동일한 하드웨어 구조를 가진 한 쌍의 부상제어기에 동일한 소프트웨어를 탑재하여 마스터/슬레이브 형태로 제어기능을 수행함으로써 하나의 부상제어기에서의 고장으로 인해 자기부상열차의 운행이 정지되는 상황이 발생하지 않도록 하여 자기부상열차의 신뢰성과 가용성을 향상시키기 위한 자기부상열차용 이중화 부상제어기에 관한 것이다.The present invention doubles the floating controller and mounts the same software to a pair of floating controllers having the same hardware structure to perform a control function in the form of a master / slave, thereby stopping the operation of the magnetic levitation train due to a failure in one floating controller. The present invention relates to a redundant float controller for a magnetic levitation train to improve the reliability and availability of the magnetic levitation train by preventing a situation in which it occurs.
이를 위한 본 발명은 부상제어 알고리즘을 수행하기 위한 제1 제어용 보드(22), 외부 신호와 상기 제1 제어용 보드의 인터페이스를 담당하는 제1 신호 처리용 보드(23), 및 제1 전원공급장치(24)를 구비한 제1부상제어기와; 상기 제1부상제어기와 동일한 부상제어 알고리즘을 수행하기 위한 제2 제어용 보드(26), 상기 외부 신호와 상기 제2 제어용 보드의 인터페이스를 담당하는 제2 신호 처리용 보드(26), 및 제2 전원공급장치(28)를 구비한 제2부상제어기와; 및 상기 제1 및 제2부상제어기 간의 신호를 송수신하기 위한 신호인터페이스보드(25)를 구비한다.To this end, the present invention provides a first control board 22 for performing a floating control algorithm, a first signal processing board 23 in charge of an interface between an external signal and the first control board, and a first power supply device ( A first float controller having 24); A second control board 26 for performing the same floating control algorithm as the first floating controller, a second signal processing board 26 in charge of an interface between the external signal and the second control board, and a second power supply; A second floatation controller having a supply device 28; And a signal interface board 25 for transmitting and receiving signals between the first and second float controllers.
자기부상열차, 이중화 부상제어기, 제어용 보드, 신호 처리용 보드, 전원공급장치, 신호인터페이스보드, 마스터/슬레이브, 하트비트 Maglev train, redundant float controller, control board, signal processing board, power supply, signal interface board, master / slave, heartbeat
Description
도 1은 본 발명에 따른 이중화 부상제어기를 구비한 자기부상시스템의 블록도;1 is a block diagram of a magnetic levitation system having a redundant floating controller according to the present invention;
도 2는 이중화 부상제어기의 구성을 나타낸 블록도;2 is a block diagram showing a configuration of a redundant floating controller;
도 3은 상대 제어기의 하트비트 정상 유무 점검을 위한 흐름도;3 is a flowchart for checking the presence or absence of a normal heartbeat of a counterpart controller;
도 4는 마스터/슬레이브 절체 관련 흐름도;4 is a flowchart related to master / slave switching;
도 5는 정지 부상 과정에서의 마스터/슬레이브 절체에 따른 공극 센서 신호파형도;Figure 5 is a void sensor signal waveform diagram according to the master / slave switching in the course of the stationary injury;
도 6은 정지 부상 상태에서의 마스터/슬레이브 절체에 따른 공극 센서 신호파형도;6 is a void sensor signal waveform diagram according to master / slave switching in a stationary floating state;
도 7은 모의 주행시의 공극 센서 신호파형도;7 is a signal waveform diagram of air gap sensor during simulation driving;
도 8은 모의 주행시 마스터/슬레이브 절체에 따른 공극 센서 신호파형도이다.8 is a signal waveform diagram of air gap sensor according to master / slave switching during simulation driving.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
22,26: 제어용 보드 23,27: 신호처리용보드22,26:
24,28: 전원공급장치 25: 신호인터페이스보드24, 28: power supply 25: signal interface board
본 발명은 자기 부상열차용 부상제어기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부상제어기를 이중화하여 동일한 하드웨어 구조를 가진 한 쌍의 부상제어기에 동일한 소프트웨어를 탑재하여 마스터/슬레이브 형태로 제어기능을 수행함으로써 하나의 부상제어기에서의 고장으로 인해 자기부상열차의 운행이 정지되는 상황이 발생하지 않도록 하여 자기부상열차의 신뢰성과 가용성을 향상시키기 위한 자기부상열차용 이중화 부상제어기에 관한 것이다.The present invention relates to a float controller for a magnetically levitated train, and more particularly, by mounting the same software in a pair of float controllers having the same hardware structure by dualizing the float controller to perform a control function in a master / slave form. The present invention relates to a redundant injury controller for a magnetic levitation train for improving the reliability and availability of the magnetic levitation train by preventing a situation in which the operation of the levitation train is stopped due to a failure in the levitation controller.
부상제어기의 주 기능은 자기부상열차의 부상용 전자석과 대향 레일 사이의 공극을 일정하게 유지하기 위해 전자석 코일에 요구되는 전류를 흘리도록 하는 것이다. 이 때 전류제어 기능을 담당하는 것은 마스터 모드로 운전 중인 제어기이며 슬레이브 모드로 운전 중인 제어기는 마스터 제어기의 제어 신호를 추종하면서 마스터의 이상이 발생한 경우 마스터 모드로 절체되어 마스터 기능을 수행하게 된다. 마스터/슬레이브 절체는 자동 또는 수동으로 발생할 수 있으며 두개의 제어기가 동시에 마스터 권한을 가지는 경우는 없다. The main function of the float controller is to flow the current required to the electromagnet coil to maintain a constant gap between the floating electromagnet and the opposing rail of the maglev train. At this time, the controller that is in charge of the current control function is the controller operating in the master mode, and the controller operating in the slave mode follows the control signal of the master controller and, when an abnormality occurs in the master, switches to the master mode to perform the master function. Master / slave switching can occur automatically or manually, and no two controllers have master privileges at the same time.
다시 말하면 개별 부상 제어기는 2개의 전자석에 제어 전류를 흘릴 수 있도록 설계/제작되어 있으며, 한 시점에서는 마스터로 운전 중인 부상제어기가 그 역할을 담당하도록 한다. 현재 중국이나 일본에서 운용 중인 부상제어기는 단일 부상제어기 방식으로 설계 및 제작되어 있어, 부상제어기에서 고장이 발생하면 자기부 상열차를 정지해야만 하였다. In other words, the individual flotation controllers are designed / manufactured to flow control current to the two electromagnets, and at one point, the flotation controller operating as the master plays its role. The injury controller currently in operation in China or Japan is designed and manufactured as a single injury controller, so if a failure occurs in the injury controller, the maglev train must be stopped.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 부상제어기를 이중화하여 동일한 하드웨어 구조를 가진 한쌍의 부상제어기에 동일한 소프트웨어를 탑재하여 마스터/슬레이브 형태로 제어기능을 수행함으로써 하나의 부상제어기에서의 고장으로 인해 자기부상열차의 운행이 정지되는 상황이 발생하지 않도록 하여 자기부상열차의 신뢰성과 가용성을 향상시키기 위한 자기부상열차용 이중화 부상제어기를 제공함에 있다.The present invention has been created to solve the above problems, the object of the present invention is to mount the same software to a pair of floating controller having the same hardware structure by dualizing the floating controller to perform the control function in the form of master / slave The present invention provides a redundant floating controller for a magnetic levitation train to improve the reliability and availability of the magnetic levitation train by preventing a situation in which the operation of the magnetic levitation train is stopped due to a failure in one floating controller.
따라서 본 발명은 자기부상열차의 부상 공극을 제어하기 위해 사용되는 부상제어기를 이중화하여 개별 부상제어기에서의 고장 발생시에도 자기부상열차의 정상적인 운전이 가능하도록 함으로써 자기부상열차의 신뢰성과 안정성 및 안전성을 향상시킬 수 있고, 또한 본 발명의 이중화 부상제어기는 동일한 구조의 하드웨어/소프트웨어를 가진 두개의 개별 부상제어기로 구성되어 있어 제작이나 설치 및 스페어의 확보 측면에서 매우 유리한 잇점이 있다.Accordingly, the present invention improves the reliability, stability and safety of the magnetic levitation train by allowing the normal operation of the magnetic levitation train even in the event of a failure in the individual levitation controller by dualizing the levitation controller used to control the floating air gap of the magnetic levitation train. In addition, the redundant floating controller of the present invention is composed of two separate floating controllers having the same hardware / software of the same structure, which is very advantageous in terms of manufacturing, installation, and securing of spares.
그리고, 본 발명은 이중화 부상제어기 간의 정상 유무 판단을 신속하게 함으로써 최대한 빠른 시간 내에 마스터/슬레이브 절체가 가능하도록 하여 하나의 부상제어기 고장으로 인한 자기부상열차의 부상 실패를 최소화할 수 있다.In addition, the present invention enables the master / slave change as quickly as possible by quickly determining whether the redundant injury controllers are normal, thereby minimizing the injury failure of the magnetic levitation train due to the failure of one injury controller.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 부상제어 알고리즘을 수행하기 위한 제1 제어용 보드와, 외부 신호와 상기 제1 제어용 보드의 인터페이스를 담당하는 제1 신호 처리용 보드, 및 제1 전원공급장치를 구비한 제1부상제어기와;The present invention for achieving the above object, the first control board for performing the floating control algorithm, the first signal processing board responsible for the interface between the external signal and the first control board, and the first power supply A first float controller having a device;
상기 제1부상제어기와 동일한 부상제어 알고리즘을 수행하기 위한 제2 제어용 보드와, 상기 외부 신호와 상기 제2 제어용 보드의 인터페이스를 담당하는 제2 신호 처리용 보드, 및 제2 전원공급장치를 구비한 제2부상제어기와; 및And a second control board for performing the same floating control algorithm as the first float controller, a second signal processing board that is in charge of the interface between the external signal and the second control board, and a second power supply device. A second float controller; And
상기 제1 및 제2부상제어기간의 신호를 송수신하기 위한 신호인터페이스보드를 구비함을 특징으로 한다.And a signal interface board for transmitting and receiving signals in the first and second injury control periods.
본 발명에 의하면, 상기 제1 및 제2 부상제어기들은 각각 마스터/슬레이브 형태로 운전될 수 있는바, 마스터/슬레이브의 절체는 자기부상열차가 정지 부상 중이든 주행 중이든 상관없이 발생할 수 있고 이러한 절체가 일어날 때 부상 공극 신호에 발생되는 범퍼를 최소화하는 것이 매우 중요한 고려 사항이다. According to the present invention, the first and second flotation controllers can be operated in the form of a master / slave, respectively, the transfer of the master / slave may occur regardless of whether the maglev train is in a stationary injury or driving. Minimizing the bumper generated in the floating air gap signal is a very important consideration when it occurs.
본 발명에서는 범퍼를 최소화 하기 위한 방법으로 마스터 모드로 운전 중인 제어기의 제어신호를 슬레이브 모드 제어기가 계속적으로 추종하도록 하여 절체 후 일정시간 동안 마스터 모드로 운전되었던 제어기의 제어 신호를 이용한다는 특징이 있다.In the present invention, as a method for minimizing the bumper, the slave mode controller continuously follows the control signal of the controller operating in the master mode to use the control signal of the controller operated in the master mode for a predetermined time after switching.
마스터/슬레이브의 절체는 자동/수동으로 발생할 수 있으며 자동으로 발생하는 조건은 마스터 모드로 운전 중인 제어기의 하트비트 이상이나 제어기 내부(A/D와 D/A 변환기, 메모리, DI와 DO 등)에서의 이상현상 발생시 슬레이브 모드 제어기가 정상인 조건하에서 마스터/슬레이브 절체가 일어나도록 한다.The transfer of master / slave can occur automatically / manually.The condition that occurs automatically can be either in the heartbeat of the controller operating in master mode or in the controller (A / D and D / A converter, memory, DI, DO, etc.). In case of abnormality, master / slave switching takes place under the condition that slave mode controller is normal.
수동 절체는 마스터 모드로 운전 중인 제어기의 유지/보수가 필요한 경우 슬레이브 모드 제어기가 마스터 권한을 가질 수 있도록 한 것으로, 이때는 각 제어기 의 외부에 설치된 푸쉬 버튼을 눌러 마스터 권한을 가져 갈 수 있도록 한다. Manual switchover enables the slave mode controller to have master authority when maintenance or maintenance of the controller operating in master mode is required. In this case, the master authority can be taken by pressing push buttons installed outside of each controller.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 1대의 이중화된 부상제어기(4)는 2개의 부상용 전자석(1/4 대차)을 동작시킬 수 있도록 구성된다. 2개의 부상용 전자석에 전력을 공급하기 위한 초파(2), 이중화 부상제어기(4), 공극 센서(7), 가속도 센서(8), 전자석 전압(9)/전류(10) 센서 및 부상용 전자석(3) 등을 나타내고 있다. Referring to FIG. 1, one redundant
부상시스템의 주 기능은 자기부상열차의 정지부상은 물론 설계 최고 속도까지의 주행시에도 안정적인 부상 상태를 유지하도록 하는 것이다. 이중화 부상제어기(4)는 운전원 판넬(6)로부터 부상/착지 지령을 받아 1차 지지계(대차)의 동작을 제어하도록 하며, 부상제어용 파라메터의 변경과 1차 지지계의 운전 상태를 현시하기 위해 MMI 시스템(5)과 통신하기 위한 수단을 가지고 있다. The main function of the flotation system is to maintain a stable injuries not only when the magnetic levitation train stops, but also when driving up to the maximum design speed. The
도 2에는 이중화 부상제어기(21)의 구성이 도시되어 있는바, 개별 제어기는 부상제어 알고리즘을 각각 수행하기 위한 제1 및 제2 제어용 보드(22)(26), 외부 신호와 상기 제1 및 제2 제어용 보드(22)(26)의 인터페이스를 각각 담당하는 제1 및 제2 신호 처리용 보드(23)(27), 개별제어기간의 신호 송수신을 위한 신호 인터페이스 보드(25) 및 제1 및 제2 전원공급장치(24)(28)로 구성되어지며, 이중화된 부상제어기 사이에 전달되는 신호에는 개별 부상제어기 제1 제어용 보드(22)의 정상 여부를 상대 부상제어기에 알려 주는 하트비트 신호(HB I/O), 제어용 보드 외부에서의 이상 유무를 알려 주는 보조 신호(AUX I/O) 및 마스터 제어 신호를 추종하기 위한 제어 전압 신호가 있다. 도2에서와 같이 부상 제어기는 2개의 부상용 전자석을 구동시키기 위해 각각 Hot 및 Stand-by 상태로 운전되어 진다.2 shows a configuration of the redundant floating controller 21, wherein the individual controllers include first and
Hot 및 Stand-by 제어기는 별도의 랙에 장착되고 동일한 제어카드 및 백플레인으로 구성되며, 개별 제어기에 전력을 공급하기 위한 전원 공급 장치는 독립적으로 부상제어기 당 하나씩 가지고 있다.The hot and stand-by controllers are mounted in separate racks and consist of identical control cards and backplanes, with one power supply unit for powering the individual controllers independently, per float controller.
개별 부상제어기는 자기의 상태를 진단하고 이상이 없으면 보조 신호를 출력하여 서로의 상태를 감시할 수 있도록 하고 또한, 와치독 타이머 기능에 해당하는 하트비트 신호를 펄스 형태로 출력하여 서로의 상태를 감시한다. Hot 및 Stand-by 부상제어기는 마스터/슬레이브 형태로 운전되고, 현재 제어를 담당하고 있는 부상 제어기만이 초파를 구동할 수 있도록 한다. 신호 처리용 보드는 공극 센서, 가속도 센서, 전자석 전압/전류 센서로부터 신호를 입력 받아, 디지털화하여 제어용 보드로 전송한다.The individual injury controller diagnoses its own condition and outputs an auxiliary signal to monitor each other's status if there is no error, and monitors each other's status by outputting heartbeat signals corresponding to the watchdog timer function in the form of pulses. do. Hot and stand-by flotation controllers operate in a master / slave fashion, ensuring that only the flotation controller currently in charge can drive the microwaves. The signal processing board receives signals from the air gap sensor, the acceleration sensor, and the electromagnet voltage / current sensor, and digitizes them and transmits them to the control board.
도 3에는 상대방 제어기에서 출력되는 하트비트를 이용하여 상대방 제어기의 정상 또는 비정상을 판단하기 위한 방법을 나타낸 흐름도가 도시되어 있는바, 개별 제어기가 정해진 제어 주기로 운전하면서 매 주기마다 하트 비트를 발생시켜 상대 제어기로 하트비트 신호를 전송하게 되면 개별 제어기는 상대 제어기로부터 입력된 하트비트 신호의 정상 여부를 논리회로를 이용하여 점검하고 도 2에서와 같은 방법으로 상대방 제어기의 하트비트 이상 유무를 최종 판단하게 된다. 3 is a flowchart illustrating a method for determining the normal or abnormal of the counterpart controller using the heartbeat output from the counterpart controller. The counterpart generates a heartbeat every cycle while the individual controller operates in a predetermined control cycle. When the heartbeat signal is transmitted to the controller, the individual controller checks whether the heartbeat signal input from the counterpart controller is normal by using a logic circuit and finally determines whether there is a heartbeat abnormality of the counterpart controller in the same manner as in FIG. .
논리회로를 통한 1차 점검은 상대제어기로부터 입력되는 하트비트 신호가 정해진 시간 동안 입력되지 않거나 더 빨리 입력되는 경우를 하트비트 입력 함수(32)에서 검사하여 그 결과 이상이 있으면 하트비트 점검용 플레그를 1로 하여(34) 일정 시간 동안 계속적으로 입력이 없는 경우 에만 (38) 상대방 하트 비트의 이상을 선언(41)하도록 한다.The primary check through the logic circuit checks the case in which the heartbeat signal input from the counterpart controller is not input for a predetermined time or enters earlier, and checks the heartbeat check flag if there is an error. It is set to 1 (34) to declare (41) the abnormality of the other party's heartbeat only when there is no input continuously for a certain time.
이렇게 함으로써 노이즈 등에 의한 짧은 순간의 상대방 하트비트 신호의 상실 등에는 고장이 발생한 것으로 판단하지 않도록 함으로써 판단의 신뢰도를 높이는 효과가 있다.In this way, it is possible to increase the reliability of judgment by not judging that a failure has occurred in the loss of the other party's heartbeat signal due to noise or the like.
도 4에는 자동 또는 수동에 의한 마스터/슬레이브 절체에 대한 흐름도가 도시되어 있는바, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 마스터 모드로 동작하고 있는 제어기가 비정상이 되면 슬레이브 모드로 동작 중인 제어기의 정상 여부를 점검하여 슬레이브 모드인 제어기가 정상일 때만 마스터 권한을 넘겨준다. 4 is a flowchart illustrating a master / slave switching by automatic or manual. As can be seen in FIG. 4, when a controller operating in a master mode becomes abnormal, whether the controller operating in the slave mode is normal. Check and transfer master authority only when the controller in slave mode is normal.
도 5를 참조하면, 부상용 전자석이 정지 부상 중일 때 마스터/슬레이브 모드 절체가 발생한 경우, 부상용 전자석과 대향 레일 사이의 공극 변화를 나타낸 파형으로 제어 파라메터에 따라 범퍼의 크기가 달라지는데 이러한 범퍼의 크기를 최소화시키기 위한 제어 파라메터의 선택은 자기부상열차의 안전성에 매우 중요한 요소이다.Referring to FIG. 5, when the master / slave mode switching occurs while the floating electromagnet is in a stationary injury, the size of the bumper varies depending on the control parameter as a waveform showing a change in the gap between the floating electromagnet and the opposing rail. The selection of control parameters to minimize the critical current is very important for the safety of the maglev train.
도 5의 측정 신호는 위에서부터 부상 공극 신호, 마스터 출력 신호를 나타낸 것으로 마스터 출력 신호는 하이일 때 해당 제어기가 마스터가 된다. 도 6은 부상용 전자석이 정지 부상 상태를 유지하고 있는 도중 마스터/슬레이브 모드 절체가 발생한 것으로 부상 공극에는 범퍼가 거의 없는 것을 알 수 있다. 도 7은 모의주행(6km/h)시 부상 공극의 변화를 나타낸 신호로 대향 레일에 설치된 수직 단차 및 이음매를 공극 센서가 지나갈 때 부상용 전자석의 동특성을 나타낸 것으로서, 2mm보다 약간 큰 수직 단차에 대하여 부상용 전자석이 그 정도의 크기로 움직이는 것 을 알 수 있다. 5 shows the floating air gap signal and the master output signal from the top. When the master output signal is high, the corresponding controller becomes the master. FIG. 6 shows that the master / slave mode switching occurs while the floating electromagnet maintains the stationary floating state, and there is almost no bumper in the floating air gap. FIG. 7 is a signal showing the change in floating air gap during simulation driving (6km / h), showing the dynamic characteristics of the floating electromagnet when the air gap sensor passes through the vertical step and the seam installed on the opposite rail, and for the vertical step slightly larger than 2mm. You can see that the floating electromagnet moves to that size.
도 5 내지 도 8에서 보여지는 공극 센서 신호의 크기는 2mm/1V 관계를 가지고 있다. 도 8은 모의 주행 중일때 마스터/슬레이브 모드 절체가 발생한 경우로 도 7과 비교할때 1mm 정도의 공극 변화가 증가하는 것을 알 수 있다. 그렇지만 이 정도의 공극 변화는 부상용 전자석이 대향 레일에 충돌하는 경우는 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.The magnitude of the air gap sensor signal shown in FIGS. 5 to 8 has a 2mm / 1V relationship. FIG. 8 is a case where master / slave mode switching occurs during the simulation driving, and it can be seen that the air gap change of about 1 mm is increased compared to FIG. 7. However, it can be seen that this change in air gap does not occur when the floating electromagnet collides with the opposing rail.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상전도 흡인식 자기부상열차용 부상제어기를 이중화하여 하나의 부상제어기에서의 고장으로 인해 자기부상열차가 정지되는 상황이 발생하지 않도록 하여 자기부상열차의 신뢰성, 안전성 및 가용성을 향상시킬수 있는 매우 유용한 발명이다.As described above, the present invention doubles the float controller for the phase conduction suction type magnetic levitation train so that the situation where the magnetic levitation train is stopped due to a failure in one levitation controller does not occur, thereby increasing the reliability and safety of the magnetic levitation train. And very useful inventions that can improve solubility.
비록 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 설명되었을지라도 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 하기의 특허청구범위 내에서 많은 변형 및 수정이 있을 수도 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto and there may be many variations and modifications within the scope of the following claims.
Claims (5)
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KR1020060130262A KR100867175B1 (en) | 2006-12-19 | 2006-12-19 | Duplex Levitation Controller for Magnetic Levitation Vehicle |
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