철도신호시스템(ATS, ATP, ATC, ATO)

1. 열차자동제어장치(ATC)
가. 정의
열차자동제어장치는 열차가 현재 점유하고 있는 궤도회로로부터 속도정보를 열차의 속도, 선행열차와의 간격, 진로의 상태 등에 따라 연속적으로 수신받아 그 구간을 주행할 수 있는 최대 허용속도를 검지하여 열차의 실제속도가 허용속도보다 빠르면 허용속도 이하로 자동으로 감속시키는 장치이다.
열차이동의 제어 및 안전성과 운전명령을 자동으로 수행하는 장치로서 ATO, ATP, ATS 등의 하부시스템 기능을 가지고 있다.

 

나. 운전특성

ATC는 선행열차와의 거리, 현 선로의 상태, 신호 등의 여러 요소를 가지고 현재 구간의 제한속도를 가지며, 차량이 이 속도 이상의 속도로 주행할 때 기관사에게 신호를 주고 상용제동을 시킨다. 이는 열차자동정지장치(ATS)와 비슷하다. 하지만 ATS는 무조건 정지 후 다시 출발해야 하지만 ATC는 열차의 속도가 제한속도 이하로 내려가면 다시 기관사의 조작에 의해 정상운행을 할 수 있다.
ATC는 열차의 속도가 제한속도 이상일 때는 자동으로 제동동작을 통해서 속도를 감속시키며, 제한속도 이하일 때는 기관사가 수동으로 속도를 유지해야 한다.

 

다. 구성

1) ATC는 기본적으로 ATC 지상 송·수신기와 ATC 차상 수신기로 구성되어 있다.
2) 지상설비에는 송·수신기 이외에도 주변장치로 연동장치, 신호용 부호 송수신기, 열차방호장치 등의 설비가 있다.
3) ATC장치의 고장이 발생하면 고속운행의 안전 확보가 어렵고 짧은 고장에도 열차 운행에 큰 지장을 초래하기 때문에 ATC고장에 빠르게 대처하기 위한 감시장치가 필요하다.
4) ATC고장장치는 ATC송신신호, 각부 동작상태, 궤도회로 데이터를 기억하고 고장구간을 판정하고 궤도회로의 장애를 검출할 수 있어야 한다.
5) 차상장치로는 수신기와 속도조사기, 기타 제어 컴퓨터가 있다.
6) ATC차상 수신기는 열차의 선두 차축보다 앞에 설치되는 전자유도 코일이다.
7) 속도조사기는 열차의 차축에 설치된 속도발전기에 의해 발생된 신호전압으로 판단한다. 이때 검출되는 속도는 열차의 실제 속도보다 크거나 같다.

 

라. 기능

ATC는 궤도회로를 통해 선행열차를 검지하고 후속 열차에 제동거리 확보를 위한 속도를 전달한다.
1) 열차검지기능 (지상측)
2) 신호정보 전송기능 (지상측)
3) 신호정보 수신기능 (차상측)
4) 수신정보에 따른 열차속도 제어기능 (차상측)

 

 

2. 열차자동운전장치(ATO)
가. 정의

열차자동운전장치는 열차가 정거장을 출발해서 정차할 때까지의 가속, 감속, 정위치 정차 등을 자동으로 수행하는 장치이다.
ATO는 ATC의 하부시스템으로 ATC에 의해 속도를 제한받을 때에는 자동으로 제동 동작을 하며 제한속도 이하가 되면 제동동작을 해제한다.

 

나. 기능

1) 정속도 운행제어
역과 역 사이에 있어서 ATO는 열차가 ATC신호의 허용 운행속도를 유지하도록 제어한다. 이는 ATO장치 내부의 속도 검출기가 열차의 속도를 검출해 허용속도와 비교 그 차이에 따른 역행 또는 제동 노치를 제어해 열차의 속도를 허용속도에 근접시킨다.

2) 감속제어
정거장 사이에 곡선 또는 구배로 인해 열차의 감속이 필요로 하는 구간에서 ATC 속도 변화점 전함에 감속을 알려주는 지상자를 설치해서 열차가 ATC 제동을 받지 않고 주행할 수 있게 해준다.

3) 정위치 정지제어
정거장에서 열차가 정위치에 정확하게 정지시키기 위해 열차의 정지지점 전방에 설치된 지상자(제1지상자에서 제4지상자)를 통해 열차의 위치와 속도를 검지해서 정해진 패턴에 의해 열차를 정지시킨다.

4) 열차정보송신장치(TWC)
열차정보송신장치는 차량과 현장설비 간의 양방향 통신을 하는 정보교환장치로 이 시스템은 차상설비와 현장설비의 2개의 시스템으로 분리된다. 열차정보송신장치는 차량의 ATC, ATO, TCMS와 연결되어 열차운전을 제어하고 현장의 신호기계실의 주 컴퓨터와 연결되어 열차자동운전에 필요한 각종 기능들을 수행한다.

5) 출입문 자동 개, 폐 및 정차시간 표시등
TWC를 통하여 정위치 정차정보를 받으면 기계실에서 출입문 개, 폐 정보를 발생하여 차상에 전송한다. 정차시간 표시등은 기관사에게 출발시간을 예고해 정시운행에 도움을 준다.

 

3. 열차자동방호장치(ATP)
가. 정의

열차자동방호장치(ATP)는 열차검지, 선행열차와 후속열차 사이의 거리유지, 진로연동 및 속도제한 등을 통해 안전한 열차운영을 유지하는 ATC 하부시스템이다.
열차 간 운행정보를 상호 교환하여 최소 제동거리를 확보해 운전시격의 단축, 선로용량의 증가 및 열차추돌에 따른 열차보호를 한다.

 

나. 구성

1) ATP장치는 지상설비와 차상설비로 나눌 수 있다.
2) 지상설비로는 지상자, 신호부호전송기로 구성되어 있다.
3) 지상자는 열차의 진행 방향에 따라 A와 B를 설치한다. 종류로는 열차와 정보를 주고받는 장치로 영구적인 정보를 제공하는 F, 신호부호전송기의 외부조작에 제어되는 제어지상자(S지상자), A지상자에 의해 모든 정보가 전송될 때 B지상자 대신 사용할 수 있는 간소화된 지상자 M(표시)의 3가지 종류가 있다.
4) 신호부호전송기는 신호기 또는 속도제한판넬과 지상자 사이의 인터페이스를 가능하게 해준다.
5) 차상설비로는 차상컴퓨터, 차상표시반, 데이터반, 안테나, 기록장치로 구성되어 있다.

 

다. 기능

1) 과속도 방어
안전성의 개념에 따라 열차에 주어진 제한속도를 초과하지 않도록 보장하는 기능으로 과속도 방어는 실제속도와 제한된 최고속도 사이의 비교에 의해 주어진다.

2) 선행/후속열차 거리유지
동일 선로상에서 열차의 충돌을 피하기 위해 선행열차와 후속열차 사이의 충분한 이격거리를 유지하는 기증이다.

3) 열차검지
모든 열차가 위치해 있는 궤도의 위치를 결정한다.

4) 궤도 및 열차감시
비정상 상태 발생에 대한 경보시스템이다. 열차의 접촉, 화재, 제동시스템의 결함, 제동능력의 감쇠, 레일절손, 건널목 통과차량을 감시한다.

5) 진로연동
설정된 진로 내에 열차가 있는지 확인한 뒤 진로를 설정하여 열차를 진행시킨다. 설정된 진로 내에 열차가 있을 경우 거리유지방식에 의해 진행한다.

 

4. 열차자동정지장치(ATS)
가. 정의
열차자동감시장치(ATS)는 열차상태감시 및 열차운영패턴을 유지하기 위해 열차운영명령에 대한 적절한 통제를 실행하는 ATC 하부시스템이다. 열차의 도착과 출발을 ATS에 의해 각각의 역에서 통제한다.

 

나. 기능

1) 실시간 열차성능 감시
2) 경보 및 오동작 기록
3) 진로설정
4) 스케줄 구성
5) 열차 dispatching