원격감시제어설비

1. 적용범위

전철전력 원격감시제어설비의 설계는 현장 전철전력설비를 실시간으로 원격 제어 및 감시가 이루어지도록 하기 위한 것으로 전기관제실의 SCADA시스템, 소규모원격감시 제어장치, 원격감시제어설비에 포함된 통신설비 및 SCADA 시스템 이외의 전철전력 설비의 원격감시제어를 위한 컴퓨터설비를 포함한다.

 

 

2. 원격감시제어설비의 계획

(1) 원격감시제어설비는 제어 및 감시대상 범위 확인, 운용방법 등이 강구되도록 설계한다.

(2) 중앙감시제어반(전기관제설비)의 구성, 방식, 운용방식 등 이 반영되어야 한다.

(3) 소규모 감시 제어장치에 대한 위치, 방식 등이 고려되어야 한다.

 

Protocol 비교

검토 내용	DNP 프로토콜	IEC 60870-5-101, 103	비 고
개발 주체	Harris >> DNP User Group	Technical Committee57 Working Group03
발표 시기	1990년도	1990년도
통신 속도	19.2K∼62.5KBPS	19.2K∼62.5KBPS
적용 대상	∙EMS,SCADA HOST ~ RTU ,IED ∙RTU ~ IED	∙SCADA HOST ∼ IED
통신 방식	∙Async,1Start,1Stop,8Data ∙Solicited & Unsolicited	∙Async,1Start,1Stop,8Data ∙Solicited & Unsolicited
계층 구성	4 계층구성 ∙User Proces ∙Application 계층 ∙Transport 계층 ∙Data-Link 계층 ∙Physical 계층	3 계층구성 ∙User Process ∙Application 계층 ∙Data-Link 계층 ∙Physical 계층	DNP가 데이터 전송 효율이 제일 높다(4계층)
기능 코드	다양한 기능 ∙기능 Object 다양(약 300개) ∙RTU & Network 연결 가능 ∙H/W 구조 탈피 프로토콜 ∙시스템 & Network 프로토콜 ∙기능보강 및 추가 용이	다양한 기능 ∙기능 Object 제한 ∙RTU & Network 연결가능 ∙H/W구조 탈피 프로토콜 ∙시스템 & Network 프로토콜 ∙기능보강 및 추가 어려움
전송 용량(1회)	∙기능 코드별 256Byte Block Frame 단위 전송 ∙256Byte x 8Bit/Pts =2,048Pts ∙4 Multi_Frame 전송 가능	∙기능 코드별 256Byte Block  Frame 단위 전송 ∙256Byte x 8Bit/Pts =2,048Pts
전송 소요 시간	계측 250 Pts 기준 ∙250 x 3Byte/Pts x 10Bits = 7,500Bit ∙약 9,600BPS (Over Head 포함)	계측 250 Pts 기준 ∙250 x 3Byte/Pts x 10Bits = 7500Bit ∙약 9,600BPS(Over Head 포함)
전송 에러 검증	3단계 계층별 에러제어 ∙Application, Transport, Data Link ∙16Byte 단위 Block CRC	4가지 타입 에러검사 방식 ∙Even Parity ∙8Bit Checksum ∙8Bit CRC ∙16Bit CRC
전송 신뢰도	계층간 에러검증 기능 메시지 Sequence 제어 기능 Data Link Confirm, Ack 기능 (전송신뢰도 높음)	계통간 에러검증 기능 메시지 Sequence 제어 기능 전송 신뢰도 높은편
전송 효율	전송효율 높음 8Bit/Byte 전체가 Data	전송효율 높음 8Bit/Byte 전체가 Data
원격소 관리	RTU 및 Point 단위 관리 RTU 및 Point 종류에 관계없이 관리 가능	RTU 및 Point 단위 관리 RTU 및 Point 종류에 관계없이 관리 가능
특 징	기능성 시스템 프로토콜 개방적 Network 프로토콜 S/W의 H/W 구조 수용 다양한 포인트 속성 지정 가능 사용자 데이터 우선권 지정가능 DB DLL 가능 구성 변경 가능 기능의 확장성 유연성	기능성 시스템 프로토콜 덜 표준화된 프로토콜 S/W 작업이 어렵다 다양한 포인트 속성 지정 가능 사용자 데이터 우선권 지정 가능 DB DLL 가능 기능 확장 어려움

 

 

 

3. 통신소요 예상 회선수 조사

 

변전소 연결회선 수량의 예

회선내역	수량	접속위치	비고(전송설비수용)	통신속도 [Kbps]	비고
급전제어용회선	2P+2P	CC,SP,SSP	4WE&M× 2 (사용)	9.6
철도구내전화	3P	-	사용3	9.6	KR
일반전화	2P	전화국	사용1,예비1	-	KT
급전사령전화	2P+1P	CC,SP,SSP	4W(사용2,예비1)	-
급전직통전화	1P	급전사령실	-	-
한전직통전화	1P	한전변전소	-	-
소규모제어회선	12P+12P	SP, SSP	4WE&M×2(사용1,예비1)×6개소	9.6
CCTV회선	6P+6P	SP, SSP	2048Kbps	2048
원격방송 및 감시 회선	6P+6P	SP, SSP	2Port ×6개소(사용)	각9.6
LOCATOR회선	12P+12P	SP, SSP	4WE&M×2(사용,예비)×6개소	1.2	모뎀사용시 64Kbps (Max)
무인온라인 진단 장치회선	12P+12P	SP, SSP	4WE&M×2(사용,예비)×6개소	9.6
전력진단	2P+2P	CC	4WE&M×2(사용1)	2048
전력품질보상 장치	2P+2P	CC, SS	4W E&M×2(사용1)	2048	필요시
기타	2P+2P	-	LAN, FAX(사용)	-	전력용제외

 

 

급전구분소,보조 급전구분소 연결회선 수량의 예

회선내역	수량	접속위치	비고(전송설비수용)	통신속도 [Kbps]	비고
급전제어용회선	2P+2P	CC,S/S,SP,SSP	4WE&M×2 (사용)	9.6
철도구내전화	1P+1P	-	사용,예비	9.6	KR
급전사령전화	2P+1P	CC,S/S,SP,SSP	4W(사용,예비)	-
소규모제어회선	2P+2P	인근전철S/S	4WE&M×2 (사용,예비)	9.6
CCTV회선	2P	인근전철S/S	2048Kbps	2048
원격방송 및 감시 회선	2P	인근전철S/S	2Port (사용)	각9.6
LOCATOR회선	2P+2P	인근전철S/S	4WE&M×2 (사용,예비)	1.2	모뎀사용시 64Kbps (Max)
무인온라인 진단 장치회선	2P+2P	인근전철S/S	4WE&M×2 (사용,예비)	9.6
전력품질보상 장치	2P+2P	SP	4W E&M×2(사용1)	2048	필요시

 

 

 

4. 제어방식

철도 중앙감시제어장치

장치명	구성
주 컴퓨터장치	메인컴퓨터,모니터, 대용량기억장치, 네트워크카드, 백업장치, 시스템캐비넷
MMI장치	풀 그래픽 워크스테이션, 컬러모니터, 네트워크카드, 백업장치, 사령자 조작대, 프린터장치
엔지니어링 워크스테이션	풀그래픽워크스테이션,컬러모니터, 네트워크카드, 백업장치, 엔지니어조작대
통신제어장치	통신제어모듈, 이중화장치, FEP 모니터링 시스템, 컬러모니터, 엔지니어 조작대, 네트웤카드, I/O입출력장치, 변복조장치, 선로보안기, 캐비넷, 통신케이블
교육훈련용서버	풀그래픽워크스테이션, 컬러모니터, 네트워크카드, 백업장치, 엔지니어조작대
관계형 데이터 베이스 서버	메인컴퓨터, 컬러모니터, 네트웍카드, 대용량기억장치, 백업장치, 조작대, 시스템 소프트웨어
CTC 인터페이스	컴퓨터, 네트웤카드, 컬러모니터, O/S, 스위치보드, 라우터, CSU
근거리네트워크	HUB, 네트웤관리시스템, 네트워크카드, 시스템 소프트웨어, 컬러모니터, 조작대, 시스템캐비넷, 침임감지시스템, 방화벽시스템
GPS	GPS
Wallboard 시스템	프로젝터 컨트롤러, 비디오매트릭스 스위치, 매트릭스 스위치, 메인컨 트롤장치, 조작대, 소프트웨어
계통반장치	프로젝트
교육용프로젝트	프로젝트컨트롤러, 매트릭스 스위치, 메인컨트롤장치
UPS	UPS, 바테리, 분전반, ATS, 정전차폐변압기

 

 

5. 중앙감시제어장치

(1) 변전소 등의 제어 및 감시는 전기관제실에서 이루어지도록 한다.

(2) SCADA설비는 CTC, 정보통신설비와 호환되도록 구성한다.

(3) 전기관제실과 변전소나 구분소 또는 그 밖에 관제 업무에 필요한 장소에는 상호 연 락할 수 있는 통신 설비를 시설하고 전기관제실에는 전철전력설비 운영과 관련된 원격감시제어설비 등을 설치하여야 한다.

(4) 전철설비 및 전력설비를 분리하여 설계하되, 운용의 효율성, 경제성 검토 등을 통해 동일설비로 운영할 수 있다.

 

 

6. 소규모원격감시제어장치

(1) 유사시 현지에서 중앙감시제어장치를 대체할 수 있도록 하고, 전원설비 운용에 용이 하도록 구성한다.

(2) 중앙감시제어설비와 호환되도록 설계한다

(3) 소규모 SCADA SYSTEM

 

 

7. 원격소장치

(1) 전철전력설비(변전소, 구분소, 전기실, 전차선 설비 등)가 설치된 장소에는 현장의 상 태 및 아날로그 데이터를 수집하여 전기관제실 및 소규모 제어장치에 전송하는 원 격소 장치(CU, RTU 등)를 설치하여야 한다.

(2) 선로변에 설치되는 원격소장치는 다수의 개폐기 수용성능, 제어특성, 제어케이블의 허용길이 등을 고려하여 설치하여야 한다.

 

원격소장치 Type별 비교

배전반 Type	구성방법	원격소장치 Type	SCADA 기능	장단점
유도형	제어케이블 및 CT & PT 직접 결선	RTU	- 감시 - 제어 - Transducer를 이용한 계측 - KWH 취득	- RTU형식은 안정성 및 신뢰성 이 우수 - 다양한 데이터취득 어려움
전자화	전자식배전반 공통단자대에서 직접결선	RTU	- 감시 - 제어 - Transducer를 이용한 계측 - KWH 취득	- RTU형식은 안정성 및 신뢰성 이 우수 - RTU기능과 전자식 보호 계전 기의 기능을 동시에 가짐 - 다양한 데이터취득 어려움
	전자식배전반 콘트롤러에서 통신으로 데이타전송	CU	- 감시 - 제어 - 통신을 이용한 계측 (KWH포함)	- 다양한 데이터취득 가능 하나 SCADA에서 필요로 하는 데이터(KV, A, PF등)는 RTU 타입에서도 충분히 구현 가능 - Windows기반시스템의 경우 부팅속도가 오래 걸림 - DNP 프로토콜의 Data File Identifier기능을 사용했을 경우 향후 적용이 예상되는 화 상 데이터나 분석데이터, 보호 계전 데이터의 전송가능

 

 

 

8. 소규모 SCADA SYSTEM

(1) 컴퓨터장치

시스템 콘솔을 연결하여 본 시스템과 관련된 하드웨어나 소프트웨어를 관리할 수 있는 설비이다.

① 대용량 기억장치(Hard Disk Driver) 컴퓨터 장치에 포함되어 데이터 변환 시 즉시 자동으로 데이터를 상호 백업할 수 있으며 각종 기본 소프트웨어(운영체계, 화면제어 프로그램, 데이터베이스 관리 프로 그램, 네트워크 관리 프로그램 등)와 감시제어용 소프트웨어가 저장, 실행된다.

② 백업장치(Back-up Tape Driver) 컴퓨터 장치의 입, 출력장치의 하나로 임시 또는 영구적으로 데이터를 저장할 수 있 으며 시스템 운영상의 보고서 내용 및 상황발생 내용을 주기적으로 저장하여 보관 할 수 있으며 프로그램 및 데이터의 백업이 자동 또는 운영자의 요구에 의해 일괄 처리 될 수있다.

③ 시스템 콘솔(System Console) 컴퓨터 장치에 직접 접속되어 시스템(하드웨어, 소프트웨어)을 관리하기 위한 것으로 데이터베이스, 소프트웨어 수정 및 하드웨어를 관리하기 위하여 천연색 영상 표시장 치로 구성된다. 감시제어장치용 모니터는 시중에서 구입이 용이한 디스플레이 모니터 1대를 설치하고 설치위치는 현장 여건에 따라 데스크 또는 벽걸이형을 선택한다

 

(2) 네트워크장치

100 Mbps이상 이중화된 근거리 통신망(랜 : LAN)을 이용하여 컴퓨터 장치와 통신 제어 장치 모듈간의 고속통신이 되며 근거리 통신망 각 노드에 설치되어 랜신호를 컴퓨터 논리회로로 변복조하며 충돌의 발생을 감지하여 이를 상위에 통지하는 기능 및 랜선로상의 신호 방향을 감지하고 이에 따라서 수신 여부를 판단하며, 선로의 결 함에 의하여 통신이 불가능한 경우 이를 기계적으로 감지하여 사령원에게 경보하는 기능을 갖는다.

 

(3) 통신제어장치

현장설비로부터 전송되어 오는 정보(상태, 전류, 전압 등)를 소규모제어장치와 통신 연계하는 장치로서 소규모제어장치의 운영 메시지를 현장설비로 전송하고 이에 따 른 현장설비의 송신데이터를 소규모제어장치로 전송하는 통신중계역할을 담당하는 장치로 통신방식은 Point-to-Point방식으로 통신한다.

① 통신 제어모듈 실시간처리 운영체제 소프트웨어가 내장되어 전력계통의 감시/제어기능을 주 컴퓨터 와 분산처리 하면서 원격소장치와 실시간으로 통신하고 그 데이터를 신속하게 처리 하여 중앙 처리장치로 송신하고 운용자의 제어 명령을 수신하여 안전하게 원격소장 치로 전송할수 있다.

② 입출력 제어장치 입출력 제어장치는 모뎀을 통신제어 모듈에 접속 시키는 기능을 갖고 있으며 타 기 종의 원격소장치와 프로토콜 변환을 하는 기능이 있다.

③ 변복조 장치 가. 입출력 장치로 부터의 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 R.T.U에 송신하 고 R.T.U로부터의 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 입출력 제어장치로 송신한다. 나. 전 계통의 그룹별로 이중화된 통신 회선에 2대의 변복조기(Modem)가 할당되며 사용중인 선로 또는 모뎀의 고장 시에는 즉시 예비 통신선로와 모뎀으로 자동 절 체된다.

④ 통신선로 보안기 통신제어장치와 원격소장치의 통신선로에서 발생될 수 있는 낙뢰, 서어지(SURGE) 등으로 부터 시스템과 인축을 보호하기 위하여 과전압, 과전류를 흡수하는 기능을 한다.

⑤ 중계기 통신제어장치 및 R.T.U간의 거리가 길어짐에 따른 신호 감쇄와 멀티드롭에 의한 파 형왜곡으로 부터의 신호를 원래의 형태로 재생시켜 안정된 통신을 보장할 수 있도록 필요시 설치한다.(단, 본 설비는 선로 사정상 통신할 수 없을 때 사용하는 장비임)

 

출처-국가철도공단KRE-05010