JP5840495B2 - System and method for detecting and locating intermittent electrical faults in electrical systems - Google Patents
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Description
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、2008年10月31日に出願された米国特許出願第12/262,664号の継続出願であるとともに該特許出願の利益を主張するものであり、また2008年10月31日に出願された米国特許出願第12/262,717号の一部継続出願であるとともに該特許出願の利益を主張するものであり、これらの両特許出願の内容は引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
[Cross-reference with related applications]
This application is a continuation of US patent application Ser. No. 12 / 262,664, filed Oct. 31, 2008, and claims the benefit of the patent application, and on Oct. 31, 2008. This is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 12 / 262,717 filed and claims the benefit of both patent applications, the contents of both of which are hereby incorporated by reference in their entirety. Be incorporated.
本出願は、電気システム又はネットワーク内の電気故障を検出及び/又は位置特定する方法に関する。 The present application relates to a method for detecting and / or locating electrical faults in an electrical system or network.
断続的電気故障は、時として電気システム又はネットワーク内で、及びしばしば予測不能に発生する物理事象である。システムに断続的故障が発生すると、システムは誤った結果を生じる恐れがあり、或いは機能しなくなる場合もある。ネットワーク内で発生する特定の電気故障のいくつかの特定例を挙げると、配線が近くの配線と擦れ合い、この接触の結果、わずかな電気アークが生じることがある。別の例では、クランプが配線を取り巻く絶縁体を突き破り、配線に触れて故障を生じることがある。さらに別の例では、コネクタ後端の配線が遮断されることにより故障を生じることがある。さらに別の例では、腐食により、所与のシステム内の配線とピンの間に断続的な非接触が生じることがある。別の例では、システム内の配線の亀裂によって配線上に水が滴る(或いは、配線が他の物質に接触する)ことにより電気故障を生じることがある。電気コイルを含むシステムでは、電気機械内の内部コイル巻間絶縁が機能しなくなって電気故障を生じることもある。 Intermittent electrical failures are physical events that sometimes occur in electrical systems or networks, and often occur unpredictably. If an intermittent failure occurs in the system, the system may produce erroneous results or may fail. To name a few specific examples of specific electrical faults occurring in the network, the wires can rub against nearby wires, and this contact can result in a slight electrical arc. In another example, the clamp may break through the insulator surrounding the wiring and touch the wiring to cause a failure. In yet another example, a failure may occur due to the wiring at the rear end of the connector being cut off. In yet another example, corrosion can cause intermittent contact between wires and pins in a given system. In another example, electrical failure may occur due to water dripping onto the wiring due to cracks in the wiring in the system (or the wiring touching other materials). In systems that include electrical coils, the internal coil winding insulation in the electrical machine may fail and cause electrical failure.
断続的電気故障は深刻な結果を引き起こすことがあり、多くの場合、電気設備に重大なダメージを与え、ユーザが怪我をしたり、或いは人命が失われたりする恐れもある。例えば、いくつかの電気故障の発生が原因で電気火災が起きることがある。この故障が航空機で発生すると、電気故障が燃料タンク近くで発生した場合には燃料タンクが爆発する恐れがある。大きなダメージ又は怪我が生じなかったとしても、断続的電気故障が発生した結果、機械又はシステムの動作寿命が縮むことがある。断続的故障の1つの特徴は、これらが無作為かつ予測不能な点である。これらの再発も予測不能である。しかしながら、断続的故障が検出されず修復されないままであると、後で死亡、障害、又は破壊を引き起こす可能性のある重大な、壊滅的な、及び恒久的な故障となる恐れがある。 Intermittent electrical failure can have serious consequences, often severely damage electrical equipment, and can result in injury to the user or loss of life. For example, an electrical fire may occur due to the occurrence of several electrical faults. If this failure occurs in an aircraft, the fuel tank may explode if an electrical failure occurs near the fuel tank. Even if no major damage or injury has occurred, intermittent electrical failures may result in a shortened operating life of the machine or system. One feature of intermittent failures is that they are random and unpredictable. These recurrences are also unpredictable. However, if an intermittent failure is not detected and repaired, it can be a serious, catastrophic and permanent failure that can later cause death, failure, or destruction.
電気故障を識別する従来の試みは、視覚的な又は器具を活用した電気システムの検査に依拠してきた。しかしながら、これらの従来の方法には様々な欠点がある。例えば、故障の存在を判定するためにシステムの動作をしばしば停止する必要があり、この結果システムの所有者又はオペレータに利益の損失などの様々な問題が生じていた。さらに、既存のシステム内には到達及び/又は観察が難しい場所が多く、これによりこれらの方法の有効性が大幅に制限されていた。故障期間は短いことが多く、システムは、この束の間の断続的故障イベントの後にはまるで何事もなかったかのように通常通りに挙動するので、これらの従来の方法は、多くの場合に故障を検出できないことが証明されている。従って、観察者が故障の発生を見逃すのは比較的容易である。また、これらの方法は、使用する装置の煩わしい配置に依拠することが多く、これがしばしば既存のシステムの少なくとも何らかの中断の原因となる。 Prior attempts to identify electrical faults have relied on visual or instrumented electrical system inspection. However, these conventional methods have various drawbacks. For example, system operation often needs to be stopped to determine the presence of a fault, resulting in various problems such as lost profits for the system owner or operator. In addition, there are many places in existing systems that are difficult to reach and / or observe, which severely limits the effectiveness of these methods. These conventional methods often fail to detect failures because failure periods are often short and the system behaves normally as if nothing had happened after this bunch of intermittent failure events It has been proven. Therefore, it is relatively easy for an observer to miss the occurrence of a failure. Also, these methods often rely on cumbersome arrangements of devices to use, which often cause at least some interruption of existing systems.
他の従来の方法は、観察中のネットワーク全体に電磁波を送信することに依拠していた。1つの従来の例では、ネットワークにパルスを送信し、あらゆる反射を分析して故障が存在するかどうかを判定していた。より詳細には、入射定在波又はインパルスを送信し、これがネットワーク内で反射され、入射パルスと反射パルスの間の時間を計算して、パルスが反射された場所までの距離を判定していた。このとき、様々な基準を使用して、その反射が潜在的な故障であるかどうかを判定していた。この技術に伴う1つの問題点は、入射波を反射した配線材料の(ネットワークの分岐などの)いずれかの変化により、故障を誤って判定してしまう点であった。この技術に伴う別の問題点は、高電圧パルスの送信が必要となる点であり、(短い配線又は薄い巻き線などの)薄いコイルを含む電気システムには、これに耐えることができないものもあった。他には、拡散スペクトル技術を採用する時間領域反射率測定法も存在したが、この方法も、依然として高電圧パルス送信を必要とし、電気ネットワークの分岐上で反射が起きるので、上述の問題を解決するものではなかった。 Other conventional methods have relied on transmitting electromagnetic waves across the network under observation. In one conventional example, a pulse was sent to the network and any reflections were analyzed to determine if a fault existed. More specifically, it transmitted an incident standing wave or impulse that was reflected in the network and calculated the time between the incident pulse and the reflected pulse to determine the distance to where the pulse was reflected. . At this time, various criteria were used to determine if the reflection was a potential failure. One problem with this technique is that a failure is erroneously determined by any change in the wiring material (such as a network branch) that reflects the incident wave. Another problem with this technique is that it requires the transmission of high voltage pulses, and some electrical systems that contain thin coils (such as short wires or thin windings) cannot withstand this. there were. Other time-domain reflectometry methods that employ spread spectrum techniques also exist, but this method still requires high-voltage pulse transmission and reflections occur on the branches of the electrical network, thus resolving the above problems. It wasn't something to do.
別の従来の方法は、高電圧信号の代わりに直接シーケンス拡散スペクトラム変調信号を送信するものであり、電気故障を発見して位置特定する試みにおいて信号処理技術を採用していた。しかしながら、これらの方法は、入射信号を送信し、反射された信号及びこれらのタイミングを受信して距離計算を行う反射率測定法に依拠していた。この結果、この方法は、状況によっては、高電圧入射電圧パルスを使用する必要性を克服することができたが、ネットワーク及び接続された装置内の分岐の全てのポイントで反射が起きるという問題を依然として抱えていた。 Another conventional method is to transmit a sequence spread spectrum modulated signal directly instead of a high voltage signal and employs signal processing techniques in an attempt to find and locate electrical faults. However, these methods relied on reflectance measurement methods that transmit incident signals, receive reflected signals and their timing, and perform distance calculations. As a result, this method could overcome the need to use high voltage incident voltage pulses in some circumstances, but the problem of reflections occurring at all points of the branch in the network and connected devices. I still had it.
反射率測定法のさらに別の問題点は、装置の場所が、電気システムのラインエンド又はソースエンドのいずれかの一端に近くなければならない点であった。そうでないと、注入信号が両方の端部から反射され、結合した、歪んだ、及び反射された信号が生じるようになる。多くの電気ネットワークは、複雑なフォーマットで、しばしばメッシュアーキテクチャで接続されているので、装置をいずれかの端部に配置するというこの要件を満たすのは非常に困難である。 Yet another problem with reflectometry is that the location of the device must be near one end of either the line end or the source end of the electrical system. Otherwise, the injected signal will be reflected from both ends, resulting in a combined, distorted and reflected signal. Many electrical networks are connected in a complex format, often in a mesh architecture, making it very difficult to meet this requirement of placing devices at either end.
当業者であれば、図中の要素は、単純かつ明快にするために示すものであり、必ずしも縮尺通りでないことを理解するであろう。例えば、本発明の様々な実施形態を理解しやすくするために、図中の要素のいくつかの寸法及び/又は相対的位置を他の要素に対して強調している場合がある。また、商業的に実施可能な実施形態において有用な又は必要な、共通ではあるが汎用的な要素については、本発明のこれらの様々な実施形態を見やすくするために図示していないことが多い。いくつかの動作及び/又はステップを、発生する特定の順序で説明又は図示していることをさらに理解するであろうが、当業者であれば、実際は順序に関するこのような特異性が必要でないことを理解するであろう。本明細書で使用する用語及び表現は、特定の意味を本明細書で別様に示す場合を除き、このような用語及び表現の対応するそれぞれの調査及び研究の範囲に関する用語及び表現に従う通常の意味を有することも理解されよう。 Those skilled in the art will appreciate that the elements in the figures are shown for simplicity and clarity and are not necessarily to scale. For example, in order to facilitate understanding of various embodiments of the present invention, some dimensions and / or relative positions of elements in the figures may be emphasized relative to other elements. Also, common but general elements useful or necessary in commercially feasible embodiments are often not shown in order to make these various embodiments of the present invention easier to see. It will be further understood that some operations and / or steps are described or illustrated in the particular order in which they occur, but those skilled in the art do not actually need such specificity for order. Will understand. The terms and expressions used herein are intended to be the usual terms and expressions according to the respective respective research and research scope of such terms and expressions, unless specifically indicated otherwise herein. It will also be understood that it has meaning.
電気システム内の故障の存在及び場所を検出する方法を提供する。この方法は、1又はそれ以上の送信機を利用して(パケットなどの)信号を1つの受信機へ送信し、一次的な断続的故障により生じた信号送信の歪みに起因する、送信した信号と受信機において受信した信号の不一致に基づいて、電気故障の存在を判定し及び/又は場所を特定する。本明細書で説明する方法は、使用が容易であるとともにコスト効率が良く、高電圧信号の送信に依拠せずに、電気ネットワーク内のいずれの場所にも導入することができ、送信機と受信機の間に発生する故障の予測不能な断続的事象に対する効果的な検出手法であり、従来の方法で得られた偽の故障指示の影響を受けない。 A method for detecting the presence and location of faults in an electrical system is provided. This method uses one or more transmitters to transmit a signal (such as a packet) to one receiver, and the transmitted signal is due to signal transmission distortion caused by a primary intermittent failure. And / or determine the location of an electrical fault based on the mismatch of the signals received at the receiver. The method described herein is easy to use and cost effective, can be deployed anywhere in an electrical network without relying on the transmission of high voltage signals, This is an effective detection method for an unpredictable intermittent event of a failure occurring between machines, and is not affected by a false failure indication obtained by a conventional method.
これらの実施形態の多くでは、電気ネットワーク内に位置する複数の送信機から信号を送信する。送信機により送信された信号を、電気ネットワーク内に位置する単一の受信機において受信する。この単一の受信機において、受信した信号を分析し、この受信信号の分析から、電気ネットワーク内の送信機と受信機の間に故障が発生しているかどうかを判定する。故障の場所を特定することもできる。 In many of these embodiments, signals are transmitted from multiple transmitters located within the electrical network. The signal transmitted by the transmitter is received at a single receiver located within the electrical network. In this single receiver, the received signal is analyzed and from the analysis of the received signal, it is determined whether a fault has occurred between the transmitter and the receiver in the electrical network. The location of the failure can also be specified.
いくつかの例では、連続して送信される信号間にランダムな休止期間が挿入される。複数の送信機の各々は、送信機を一意に識別する関連する一意のビットの組み合わせを有し、この一意の組み合わせビットは、受信機へ送信される信号に含まれる。受信機が、受信したビットの組み合わせを分析し、このビットの組み合わせを、(送信機から受信すると予想される)予想されるビットの組み合わせと比較し、一致が存在しない場合、電気ネットワーク内の送信機と受信機の間の部分に電気故障が存在すると判定する。この分析に基づいて、電気故障の場所を特定することもできる。 In some examples, a random pause period is inserted between continuously transmitted signals. Each of the plurality of transmitters has an associated unique bit combination that uniquely identifies the transmitter, and this unique combination bit is included in the signal transmitted to the receiver. The receiver analyzes the received bit combination, compares this bit combination to the expected bit combination (expected to be received from the transmitter), and if there is no match, transmits in the electrical network It is determined that there is an electrical fault in the part between the receiver and the receiver. Based on this analysis, the location of the electrical fault can also be identified.
他の例では、複数の送信機の各々が、単一の受信機からコマンド信号を受信する。個々の送信機は、選択した送信機においてコマンド信号を受信したときにのみ信号を単一の受信機へ送信する。送信機からの予想されるメッセージが全く存在しなかったり、或いは受信したいずれかのメッセージが、コマンド信号に応答して送信されたメッセージと(予想される値と比較して)一致しなかったりする場合、これらは開回路又は潜在的な故障の存在を示す。 In another example, each of the multiple transmitters receives a command signal from a single receiver. Each transmitter transmits a signal to a single receiver only when a command signal is received at the selected transmitter. There is no expected message from the transmitter, or any received message does not match the message sent in response to the command signal (compared to the expected value) If present, these indicate the presence of an open circuit or a potential fault.
ここで図1を参照すると、電気ネットワーク100内の電気故障を判定して検出する方法の一例を示している。電気的相互接続基幹回線102が、電気分岐120、122、124、126、128及び130を介して、それぞれ送信機104、106、108、110、112、114及び116に結合される。電気的相互接続基幹回線102は、受信機118にも接続される。電気的相互接続基幹回線102は、いずれの電圧レベルの、又は直流又は交流などのいずれの電流タイプのいずれの種類の電気接続であってもよい。例えば、基幹回線102は、(一方が接地であり、他方がDC電流及び電圧を送信する配線などの)2つの配線を含むことができる。他の基幹回線構成の例及びいずれの数の配線によっても電力を供給することができる。1つの例では、基幹回線102及びネットワーク100の分岐全体に、約100vRMS(又は28V DC)の電圧を有する電源が分配される。
Referring now to FIG. 1, an example of a method for determining and detecting electrical faults in the
送信機104、106、108、110、112、114及び116は、電気ネットワーク102の電力供給機能を危うくすることなく電気回路102を介してあらゆる種類の情報を含むあらゆる種類の変調通信信号を送信できるいずれかの種類の装置である。例えば、送信機104、106、108、110、112、114及び116は、パケット又はメッセージを生成するためのコントローラと、送信のために(適切な電圧レベルなどの)変調を通じてメッセージを適当な信号に変換するためのモデムと、送信機のいずれかを電気的相互接続基幹回線102に接続するためのフィルタリング及び保護機能を提供する結合ネットワークとを含むことができる。上述したように、送信機104、106、108、110、112、114及び116は、電気的相互接続基幹回線102に適したあらゆる電圧レベルで動作してパケット又はメッセージを送信することができる。
受信機118は、送信機104、106、108、110、112、114及び116のいずれかから電気的相互接続基幹回線102を介して変調通信信号を受信できるいずれかの装置である。送信機104、106、108、110、112、114及び116と同様に、受信機118も、コントローラ、モデム及び結合ネットワークを含むことができる。上述したように、結合ネットワークは、受信機又は送信機をフィルタリング機能により電気的相互接続基幹回線102からバッファし、これにより受信機又は送信機が電気的相互接続基幹回線102を電気ネットワークの高電圧から絶縁して、変調信号を効果的に送信及び受信するようになる。送信機内のモデムは、コントローラにより生成されたデジタル信号を変調し、変調された信号が結合ネットワークを通じて電気ネットワーク内へ移動する。受信機のモデムは、送信機から送信された変調信号を結合ネットワークを介して受け入れ、この信号をデジタルバイトフォーマットに復調し、このデジタルデータを受信機のコントローラへ送信する。受信機コントローラは、データエラー又は不一致に関して信号を処理し、故障を検出したかどうか、或いは故障が検出された可能性及び/又は考えられる故障の場所を判定する。この処理から、様々なエラー率を求めることができる。
受信機118はポート132と通信し、ポート132は外部装置134に結合される。外部装置134は、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ、宣言器(enunciator)、又はネットワーク100のどこかで故障が検出されたことをユーザに警告できる他のいずれかの種類の装置とすることができる。故障の場所、及びこの場所に関して計算したメッセージエラー率を表示して、故障の進行の深刻度(可能性)又は状態を提供することもできる。代替の方法では、受信機118が不一致又はエラーの発生のみを提供するように制限されている場合、受信機118ではなく外部装置134が、この故障判定処理能力の一部又は全てを提供することができる。
図1のシステムの動作の一例では、送信機104、106、108、110、112、114及び116が、受信機118へメッセージを送信する。受信機118は、受信したメッセージを分析し、この分析結果に基づいて、故障が存在するかどうか、故障が存在する可能性を判定し、及び/又は(ネットワーク100の特定の分岐120、122、124、126及び128又は130内などの)考えられる(又は判定された)(単複の)故障の場所を特定する。図1の例には1つの受信機を示しているが、ネットワーク100内ではあらゆる数の受信機を使用できることが理解されよう。また、ネットワーク100内ではあらゆる数の送信機を利用することもできる。
In one example of the operation of the system of FIG. 1,
エラーが検出され、及び/又はこれらの場所が特定されると、是正動作をとることができる。例えば、ユーザが、潜在的なエラー部位にアクセスして問題が存在するかどうかを判定し、問題が存在する場合には、(配線を交換したりして)この問題を是正することができる。 If errors are detected and / or these locations are identified, corrective action can be taken. For example, a user can access a potential error site to determine if a problem exists, and if a problem exists, it can correct the problem (such as by replacing wiring).
ここで図2を参照すると、本明細書で説明する方法に基づいて送信されるメッセージのメッセージフォーマットの一例を示している。メッセージ又はパケット200は、プリアンブルバイト202、受信機情報バイト204、送信機情報バイト206、及びmを4よりも大きな整数とする4〜mのメッセージバイト208を含む。1つの方法では、システム内の(図1の送信機106、108、110、112、114、又は116などの)個々の送信機が、受信機に知られていて(図1の受信機118などの)送信機を一意に識別する一意に識別可能なメッセージバイト(例えば、バイナリ1及び0の何らかの一意のパターン)を有する。メッセージ又はパケット200内の全ての情報は、受信機へ送信されるデータストリームに含まれる。
Referring now to FIG. 2, an example message format for a message sent based on the method described herein is shown. The message or
エラー又は故障を検出するために、1つの方法では、受信機が、送信機から受信したデータを、個々の送信機に関する事前に割り当てられた記憶済みのデータと比較する。受信したデータと予想されるデータが一致しない場合、故障が潜在的に検出される。受信機において、予想されるメッセージ又は送信機から送信されると予想されるパケットが受信されなければ、これもネットワーク内に開回路の形の故障が存在することを示すことができる。 In order to detect errors or faults, in one method, the receiver compares the data received from the transmitters with pre-allocated stored data for the individual transmitters. If the received data does not match the expected data, a failure is potentially detected. If no expected message or packet expected to be transmitted from the transmitter is received at the receiver, this can also indicate that there is a fault in the form of an open circuit in the network.
ネットワークにわたる送信では、様々な方法を使用して信号の完全性を保証する(例えば、複数の送信機により送信された信号が互いに干渉しないことを確実にする)ことができる。使用するいずれの方法においても、個々の送信機のモデムが、配線上にいずれかの変調された信号が存在するかどうかを検出する「キャリア検出」法を通じて配線をモニタし、配線に信号が存在しなくなるまで信号の送信を待つ。従って、いずれの瞬間にも、1つの送信機しか信号を送信することができない。1つの方法では、受信機の制御を伴わずに複数の送信機が信号を送信する。信号の完全性を保証するために、個々の信号送信後にランダムな休止期間が挿入される。個々の送信機は、受信機へ信号を送信する可能性を等しく有し、従って(ネットワークの各分岐などの)個々の配線部分が、他のあらゆる電気分岐と比較してエラー検出の可能性が等しい同じ優先順位でモニタされる。 For transmission across a network, various methods can be used to ensure signal integrity (eg, to ensure that signals transmitted by multiple transmitters do not interfere with each other). Regardless of the method used, the individual transmitter's modem monitors the wiring through a “carrier detection” method that detects whether any modulated signal is present on the wire, and the signal is present on the wire. Wait for the signal transmission until it stops. Therefore, at any moment, only one transmitter can transmit a signal. In one method, multiple transmitters transmit signals without control of the receiver. To ensure signal integrity, a random pause is inserted after each signal transmission. Individual transmitters are equally likely to send signals to the receiver, so that individual wiring sections (such as each branch of the network) have the potential for error detection compared to any other electrical branch. Monitored with equal equal priority.
信号調停を行うために使用できる別の方法では、受信機により命令された送信機のみが信号を送信することができる。換言すれば、受信機が、このシングルマスタ及びマルチスレーブプロトコルのマスタとなる。受信機は、図2のメッセージのようなメッセージ又は(コマンドなどの)パケットを送信機へ送信する。送信機が受信機からメッセージ又はパケットを受信した後に、このメッセージがコピーされて受信機へ戻される。受信機において受信したメッセージと送信したメッセージとを比較して、受信機と命令された送信機との間の配線部分に故障が存在することを示すエラーが信号内に存在するかどうかを判定する。いくつかの方法では、及び本明細書の他の箇所で説明するように、受信機が(所定の時間内などに)リターンメッセージを検出できない場合、切断、開回路の可能性を示すエラーが検出される。 In another method that can be used to perform signal arbitration, only the transmitter commanded by the receiver can transmit the signal. In other words, the receiver becomes the master of this single master and multi-slave protocol. The receiver sends a message such as the message of FIG. 2 or a packet (such as a command) to the transmitter. After the transmitter receives a message or packet from the receiver, the message is copied and returned to the receiver. Compare the received message with the transmitted message at the receiver to determine if there is an error in the signal indicating that a fault exists in the wiring section between the receiver and the commanded transmitter . In some ways, and as described elsewhere in this specification, if the receiver is unable to detect a return message (such as within a given time), an error indicating a possible disconnect, open circuit is detected. Is done.
ここで図3を参照すると、これらの方法を使用してネットワーク300内のエラー又は故障を検出する一例を示している。この例では、電気基幹回線302が、送信機304、306及び308、及び受信機310に結合される。ネットワーク300は、部分S1、S2及びS3、及び分岐Br1、Br2及びBr3に分割される。
Referring now to FIG. 3, an example of using these methods to detect errors or failures in the
受信機のメモリにはテーブル312が記憶され、これを使用してネットワーク300内の考えられる1又は複数の電気故障の場所を特定する。例えば、本明細書で説明する技術を使用して、特定の送信機に関連する分岐の1つに特定のエラーが存在するかどうかを判定する。例えば、送信機304からの予想されるデータが予想されるデータと一致せず、送信機306及び308からの不一致が存在しなければ、これは分岐Br1に故障が存在することを示すことができる。
A table 312 is stored in the memory of the receiver and is used to identify the location of one or more possible electrical faults within the
2、3の例を挙げてテーブル312を利用すると、送信機304、306及び308に関してエラーが判定されなければ、ネットワーク内に故障は存在しない。別の例では、送信機304及び308においてエラーが検出されずに、送信機306においてエラーが検出された場合、故障が部分S2及び/又は分岐Br2及びBr3の両方に存在する可能性がある。テーブル312は、いずれの種類のデータ構造であってもよく、図3に示すフォーマットに限定されないことも理解されよう。さらに、テーブル312に示す例は、送信機及び受信機の配置、及びネットワークの正確な構成又はその他の状況に大きく依存し得る。
Using table 312 with a few examples, if no errors are determined for
ここで図4を参照すると、送信機又は受信機400の一例を示している。装置400は、送信機又は受信機のいずれかとして動作するように構成することができ、コントローラ402、モデム404、結合ネットワーク406、及びメモリ408を含む。
Referring now to FIG. 4, an example of a transmitter or
送信機として使用する場合、(パケットなどの)メッセージを生成して、コントローラ402が、モデム404及び結合ネットワーク406を介して受信機へ送信することができる。モデム404は、適当な電圧レベル又はプロトコルに基づいて信号を生成し、結合ネットワーク406は、基幹回線上に存在する(過電圧状態などの)電気的障害からモデム404及びコントローラ402を保護する適当なバッファリング及び/又はフィルタリング機能を提供すると同時に、変調信号を基幹回線に効果的に注入する。
When used as a transmitter, a message (such as a packet) can be generated and transmitted by the
受信機として使用する場合、結合ネットワーク406が、基幹回線からの変調信号のみをフィルタリングして取り込み、モデム404が、この信号をデジタルデータに復調してコントローラ402へ送信する。受信機として使用する場合、装置400は、図3に関して上述したテーブルをメモリ408に記憶することができる。この結果、コントローラ402は、特定のネットワーク内の潜在的な1又は複数の故障個所を判定するための分析を行うことができるようになる。さらに、潜在的な故障の存在及び場所をユーザに示すように外部装置と通信するポートにコントローラ402を結合することができる。さらに、コントローラ402、モデム404、及び/又は結合ネットワーク406を外部電源に接続することができる。
When used as a receiver, the combined
ここで図5を参照すると、送信調停プロトコルの一例を示している。ステップ502において、送信機からメッセージ又はパケットを送信する。例えば、このメッセージは、図2に示すようなフォーマットとすることができる。ステップ504において、メッセージを送信した後、メッセージの後にランダムな休止期間を挿入する。その後、再度同じメッセージを送信してこの処理を継続するが、一例を挙げると、受信機が、受信したメッセージと予想されるメッセージを比較して、不一致が存在する場合、故障が存在すると判定する。不一致が存在する場合、メッセージを送信した送信機に関連するネットワークの一部に潜在的な故障が存在する可能性がある。
Referring now to FIG. 5, an example of a transmission arbitration protocol is shown. In
ここで図6を参照すると、送信調停プロトコルの別の例を示している。ステップ602において、送信機が、受信機からメッセージを受信するのを待つ。ステップ604において、メッセージを受信した後、送信機が同じメッセージを受信機にエコーバックする。その後、送信機は、受信機からの別の命令を待つ。その間、受信機が(所定の時間待った後などに)エコーバックメッセージを受信せず、或いは受信機に戻されたメッセージが(受信したメッセージと予想されるメッセージを比較することによって示されるような)エラーを含む場合、(開回路を含む)故障が存在することが示される。
Referring now to FIG. 6, another example of a transmission arbitration protocol is shown. In
ここで図7を参照すると、故障判定方法の別の例を示している。図7に示すように、結合ネットワーク及びモデム761を介して、送信機702、704、及び705から受信機のコントローラ703へ(プリセット値を有する)パケット701が送信され、これがコントローラ703のシリアル通信ポート736を通じて読み取られる。
Referring now to FIG. 7, another example of the failure determination method is shown. As shown in FIG. 7, a packet 701 (having a preset value) is transmitted from the
パケット701は、例えば、プリアンブルバイト732、及び送信機識別バイト733、及びパケット番号バイト734、その後D1〜Dnのnデータバイト735を含む。nはいずれの整数値であってもよい。1つの例では、n=24であり、この結果24バイトのデータが使用される。データ送信レート、又はビットレートは、モデムに適したあらゆる速度又はあらゆる変調方式とすることができる。いくつかの例では、約130kHzの周波数シフトキーイング(FSK)変調を提供する2400bps電力線モデムが使用される。しかしながら、その他の数のデータバイトをその他のビットレート及びその他の変調方式とともに使用することもできる。いくつかの例では、長いパケットを遅いビットレートで変調する方式の方が、短いパケットを高いビットレートで変調する別の方式よりも断続的故障を検出する可能性が高いことがある。
The
受信機のコントローラ703は、プリアンブルバイト732に続き識別バイト733を検出した後、バイトの休止を1つずつ読み取って(ステップ760)、パケットを内部メモリ空間741に記憶する。メモリ741の別の部分には、パケット701がパケット742として記憶されて、予想される(及び以前に記憶された)パケット743との比較に使用される。予想されるパケット743は、パケット742に関する情報の予想される値を含む。送信機の各々に対して、メモリに記憶されたパケット情報を比較することができる。
After detecting the
ステップ762において、コントローラ703が、記憶されたパケット742及び743を読み取り、パケット742及び743間のプリセットされたnデータバイトの値に対して全てのnデータバイトをビット毎に比較する。最初の分析は、いずれの送信機がパケットを送信したかを特定することであり、パケット不一致に関する次の分析結果を記憶してその送信機に関連付ける。2つのパケットが同じものである場合、この送信機に関してエラー無しという結果が登録される。次に、例えば図3の判定テーブルを使用して故障検出及び場所特定を行い、これを表示753し、又は上位レベルコンピュータにアップロード755する。その後、ステップ762において、送信機から送信された次のパケットを読み取る。
In
ステップ764において、(パケットを送信した送信機の識別情報を含む)エラーの詳細を記憶することができる。ステップ766において、ユーザに警告すべきかどうかを判定するために、十分な数のパケットを受信したかどうかを判定する。ステップ766における回答が否定的なものである場合、制御はステップ760へ戻る。回答が肯定的なものである場合、ステップ768において実行が継続され、閾値770との比較が行われる。エラーパケットの数が閾値を超える場合、図3のテーブルのように、特定の送信機の故障(例えば「1」)又は故障無し(例えば「0」)の結果として結果772が生成される。(メモリに記憶された)テーブルを使用して故障判定に関する最終決定が行われ、これが(宣言器751上に表示するための)ポート750、(ディスプレイ753に表示するための)通信ポート752及び/又は(パーソナルコンピュータ755に表示するための)ポート754の1又はそれ以上に通信される。ディスプレイの種類によっては、グラフィック画像を生成して、上述した外部装置のいくつか又は全てにおいて表示することができる。
In step 764, details of the error (including the identity of the transmitter that sent the packet) can be stored. In
本明細書で説明したように、送信するパケット間には休止を挿入することができる。1つの例では、8ビット及び20MHzの速さのマイクロコントローラを使用するシステムでは、2つの連続パケット間の休止が約100ミリ秒である。休止時間は、処理を行うのに十分なものとなるように選択される。例えば、故障判定処理を完了できるように、及び(宣言器751、ディスプレイ753、及び/又はパーソナルコンピュータ755などの)外部装置へエラーメッセージを送信できるように休止時間を選択することができる。休止時間は、1000パケットなどの所定数のパケットを処理できるようにする時間を含むこともできる。
As described herein, pauses can be inserted between transmitted packets. In one example, in a system using an 8-bit and 20 MHz speed microcontroller, the pause between two consecutive packets is about 100 milliseconds. The downtime is selected to be sufficient for processing. For example, the downtime can be selected so that the failure determination process can be completed and an error message can be sent to an external device (such as
(「1」などの)故障又は(「0」などの)故障無しを起動するエラー率の閾値レベルはいずれの所定の値であってもよく、或いは欠点の無い配線状態下でシステムを実行した後に決定することができる。さらに、実際の/標準的な動作状態中のエラー率と実際の断続的故障状態のエラー率とを比較することによりエラー率を使用して、閾値を自動的に決定することができる。上述した方法を展開する前に、故障又は故障無しの境界の閾値レベルを設定した段階的な断続的故障条件でテストランを実行することができ、これにより検出確率を高めると同時に偽のアラーム及び不快な読み取りを減少させる。 The threshold level of the error rate that triggers a failure (such as “1”) or no failure (such as “0”) can be any predetermined value, or the system has been run under faultless wiring conditions It can be decided later. Further, the threshold can be automatically determined using the error rate by comparing the error rate during actual / standard operating conditions with the error rate of actual intermittent fault conditions. Prior to deploying the method described above, test runs can be performed in gradual intermittent fault conditions with a threshold level of failure or failure-free boundaries, which increases detection probability and at the same time false alarms and Reduce unpleasant readings.
様々なエラー率を特定することができる。例えば、計算できる第1のエラータイプに、全ての受信したパケット数の中のエラーを含むパケットの割合であるネットパケットエラー率(NPER)がある。NPERの場合、(単複の)識別バイトにおけるエラーによる損失パケットは無視される。 Various error rates can be specified. For example, the first error type that can be calculated is the net packet error rate (NPER), which is the percentage of packets that contain errors in the total number of received packets. For NPER, lost packets due to errors in the identification byte (s) are ignored.
或いは、トータルパケットエラー率(TPER)を計算することもできる。この率は、全ての送信されたパケット数の中のエラーを伴って受信されたパケット数の割合である。 Alternatively, the total packet error rate (TPER) can be calculated. This rate is the ratio of the number of packets received with error in the total number of transmitted packets.
別の例では、ネットバイトエラー率(NBER)を計算することができる。NBERは、受信したエラーを伴わないパケットの中の、バイト中の1又は2ビットのエラーにより引き起こされるほんの1データバイトのエラーを伴って受信したパケット数の割合である。NBERは、NPER又はTPERとは異なり、非常に短い寸断を対象とする。断続的故障に起因する非常に短い時間の寸断は、データバイト全体ではなく、バイトデータ中に1ビット又は2ビットのエラーを生じることがある。 In another example, the net byte error rate (NBER) can be calculated. NBER is the ratio of the number of packets received with only one data byte error caused by a 1 or 2 bit error in a byte in the received packets without error. NBER, unlike NPER or TPER, targets very short shredding. A very short time break due to an intermittent failure may cause a 1 or 2 bit error in the byte data rather than the entire data byte.
特定できるさらに別のエラー率には、全ての送信されたパケット数の中の、バイト中の1又は2ビットエラーにより引き起こされる1データバイトエラーを伴って受信されたパケット数の割合であるトータルバイトエラー率(TBER)がある。TBERは、複数のデータバイト中にエラーを引き起こすほど十分に長い寸断を全て無視する。この率は、通常のスイッチング動作により生じる可能性がある長い寸断を含まず、又は考慮しないので、偽のアラーム数を低減することができる。 Yet another error rate that can be identified is the total bytes, which is the ratio of the number of packets received with one data byte error caused by a 1 or 2 bit error in the byte to the total number of packets transmitted. There is an error rate (TBER). TBER ignores all cuts that are long enough to cause an error in multiple data bytes. This rate does not include or take into account the long breaks that can be caused by normal switching operations, thus reducing the number of false alarms.
ここで図8を参照すると、受信機801が、送信機802により送信されたパケットを配線810及び811を介して受信する。配線がDC電流を運ぶ場合、配線810又は811の一方を接地配線とすることができる。図8の例では、受信機801及び送信機802の両方が同じ機能構造を有し、電力線モデム802又は804及びコントローラ803又は805を含む。受信機801は、追加のインターフェイス出力又はポート812、813及び814を含む。出力813は、インジケータ/宣言器807に接続されて、断続的故障の検出時にアラームを送信する。このアラームは、(発光ダイオード(LED)などの)点滅光及び/又は可聴表示の形をとることができる。ポート813は、(液晶ディスプレイ(LCD)などの)ディスプレイ806上にテキスト及びグラフィクスでアラーム状態を表示するために使用される。さらに出力814は、コンピュータ画面上に表示するために、或いはアラーム状態データをさらに分析するために、シリアル通信ポート808を介してコンピュータシステム820へアラーム状態を送信するために使用される。本明細書で説明するエラー及びエラー率は、本明細書で説明する表示方法のいずれかに基づいて表示することができる。
Referring now to FIG. 8, the
送信機802は、電力線モデム804及びコントローラ805を含む。コントローラ805は、コンピュータコードを含むマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサであり、デジタル論理を制御して、(パケットなどの)デジタルデータのバイトを送信する。コンピュータコードは、送信するパケット数及びパケットを送信する頻度を管理する。
The
ここで図9を参照すると、送信機900の一例を示している。送信機900内の電力線モデム921は、コントローラ903からシリアル送信されたデジタルデータストリームを受信し、デジタルデータをアナログデータに変換して、このアナログデータを(デジタル論理1を所定の周波数のアナログ信号に符号化してデジタル論理0を別の周波数に符号化する)FSK(周波数偏移キーイング)方式で変調する。変調された信号は、増幅器922により増幅され、変調信号を送信して周波数帯域外の他の全ての信号をブロックする結合器923を介して配線910及び911へ送信される。
Now referring to FIG. 9, an example of a
モデム921は、いずれの市販のモデムチップであってもよい。モデム921は、採用する特定のFSK方式で使用する周波数帯域のみをバンドパスするフィルタを含むことができる。モデム921は、コントローラ903との4つの制御及びデータ通信線を有する。これらは、デジタルデータの受信を制御するためのRX制御930と、デジタルデータの送信を制御するためのTX制御931と、モデム922が電気配線から変調信号を受信したかどうか及びいつ受信したかをコントローラ903に示すためのキャリア検出(CD)制御932と、デジタル信号を受信したかどうか及び送信する予定かどうかを示すためのRX/TX制御933とを含む。
The
モデム921から変調信号が自動的に送信され、増幅回路922により増幅される。次に、この増幅された変調信号が、周波数帯域の信号を通過させて他の全ての信号をブロックする結合器923を介して電気配線に提供される。1つの例では、結合器923が、フィルタリングコンデンサ925及び926を含む変換器コイル924である。1つの方法では、受信機の構造が送信機900の構造と同一(或いは、受信機が外部装置と通信するためのポートを有する場合にはほぼ同一)である。
The modulation signal is automatically transmitted from the
様々な送信プロトコルを使用することができる。例えば、受信機からあらゆるデータのバイトを送信して、送信機にデータを送信することを示すことができる。 Various transmission protocols can be used. For example, any byte of data can be sent from the receiver to indicate that the data is to be sent to the transmitter.
様々なデータのバイトでパケットを受信機へ送信することができる。例えば、プリアンブルバイトを含めることができる。次のバイトは、送信機及び受信機を識別するために送信される。一例を挙げると、識別バイトが10110011のバイトデータなどのプリセットしたデータ値である場合、受信機が、受信した識別バイトが10110011であるかどうかをチェックする。受信した識別バイトがプリセットデータと同じものであれば、ここで受信機は、後続するデータストリームを受信する準備が整う。1又はそれ以上のバイトを識別目的に使用することができる。 Packets can be sent to the receiver with various bytes of data. For example, a preamble byte can be included. The next byte is sent to identify the transmitter and receiver. In one example, if the identification byte is a preset data value such as 10110011 byte data, the receiver checks whether the received identification byte is 10110011. If the received identification byte is the same as the preset data, the receiver is now ready to receive the subsequent data stream. One or more bytes can be used for identification purposes.
上述したように、1つの例では、プリアンブル、識別情報、及び実際のデータを含むデータバイトの群がパケットを形成する。1つの方法では、送信機から1つのパケットが送信され、受信機が同じ1つのパケットの受信を行う。1つの方法では、送信機が、例えば(956パケットなどの)設定したパケット数が送信されるまで、2つのパケット間に休止を挟んで同じ1つのパケットを繰り返し送信する。その後、パケット送信を再開する。断続的故障状態の下では、プリアンブルバイトがノイズアウトされ、又は識別情報バイトの質が低下する可能性があり、この場合、パケットが受信機に送信される予定のものではないと解釈されるので、受信機は、識別情報バイトの質が落ちたパケットを無視する。この場合、1つのパケットが失われパケットエラーが存在する。 As described above, in one example, a group of data bytes including a preamble, identification information, and actual data form a packet. In one method, one packet is transmitted from the transmitter, and the receiver receives the same one packet. In one method, the transmitter repeatedly transmits the same packet with a pause between the two packets until a set number of packets (such as 956 packets) are transmitted, for example. Thereafter, packet transmission is resumed. Under intermittent failure conditions, the preamble byte can be noised out or the quality of the identification byte can be degraded, since it is interpreted that the packet is not intended to be sent to the receiver. The receiver ignores the packet whose identification information byte has deteriorated. In this case, one packet is lost and there is a packet error.
このように、既存の電気ネットワーク内の故障の存在及び場所を検出する方法を提供する。この方法は、1又はそれ以上の送信機を利用して(パケットなどの)信号を1又はそれ以上の受信機へ送信し、受信機において受信した信号に基づいて電気故障の存在及び場所を判定する。本明細書で説明した方法は、使用が容易であるとともにコスト効率が良く、高電圧信号の送信に依拠せずに、電気ネットワーク内のいずれの場所にも導入することができ、従来の方法で得られた偽の故障指示の影響を受けない。 Thus, a method is provided for detecting the presence and location of faults within an existing electrical network. This method utilizes one or more transmitters to transmit signals (such as packets) to one or more receivers and determines the presence and location of electrical faults based on the signals received at the receivers. To do. The method described herein is easy to use and cost effective and can be deployed anywhere in an electrical network without relying on transmission of high voltage signals, Unaffected by fake fault indications obtained.
本明細書で開示する発明をその特定の実施形態及び応用によって説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく本発明に数多くの修正及び変更を行うことができる。 Although the invention disclosed herein has been described with particular embodiments and applications thereof, many modifications and changes can be made to the invention by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
102 電気的相互接続基幹回線
104 送信機
106 送信機
108 送信機
110 送信機
112 送信機
114 送信機
116 送信機
118 受信機
124 電気分岐
126 電気分岐
128 電気分岐
132 ポート
134 外部装置
200 パケット
102
Claims (7)
複数の送信機及び単一の受信機を単一の送信回線に結合するステップと、
電気ネットワーク内に位置する前記複数の送信機から信号を送信するステップと、
前記複数の送信機の各々により送信された前記信号を、前記電気ネットワーク内に位置する前記単一の受信機において受信するステップであって、前記単一の受信機において受信した前記信号は、前記単一の受信機で生成されたものでは無く、前記送信回線を通じて送信されたものである、ステップと、
前記単一の受信機において、前記受信した信号を分析し、前記受信した信号の分析から、前記電気ネットワーク内に故障が発生しているかどうかを判定するステップと、
前記単一の受信機において、前記電気故障の位置を前記受信した信号の分析に基づいて判定するステップと、
を含み、
前記信号を送信するステップが、連続して送信される信号間にランダムな休止期間を挿入するステップを含み、
前記複数の送信機の各々が、該送信機を一意に識別する関連する一意のビットの組み合わせを有し、該一意の組み合わせビットが、前記受信機へ送信される前記信号に含まれ、
前記受信機が、前記受信したビットの組み合わせを分析し、前記ビットの組み合わせを予想されるビットの組み合わせと比較し、一致が存在しない場合に電気故障が存在すると判定する、ことを特徴とする方法。 A method for determining and locating intermittent electrical faults, comprising:
Combining a plurality of transmitters and a single receiver into a single transmission line;
Transmitting a signal from said plurality of transmitters located in an electrical network,
Said signal transmitted by each of the plurality of transmitters, comprising the steps of: receiving in said single receiver located within the electrical network, the signal received at said single receiver, wherein Not generated by a single receiver, but transmitted over the transmission line; and
Analyzing the received signal at the single receiver and determining from the analysis of the received signal whether a fault has occurred in the electrical network; and
Determining, at the single receiver, the location of the electrical fault based on an analysis of the received signal;
Only including,
Transmitting the signal comprises inserting a random pause between consecutively transmitted signals;
Each of the plurality of transmitters has an associated unique bit combination that uniquely identifies the transmitter, the unique combination bit being included in the signal transmitted to the receiver;
The receiver analyzes the received bit combination, compares the bit combination with an expected bit combination, and determines that an electrical fault exists if no match exists. .
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 Transmitting the signal receives a command signal from the single receiver at a selected transmitter, and only when the command signal is received at the selected transmitter; Transmitting the signal from each to the single receiver;
The method according to claim 1.
前記複数の送信機の各々により単一の通信回線を介して送信された信号を受信し、該受信した信号を分析し、該受信した信号の分析から、前記電気ネットワーク内にいつ故障が生じたか及び当該故障の位置を特定するように構成された、前記複数の送信機に通信可能に前記単一の通信回線を介して結合された単一の受信機と、
を含み、
前記複数の送信機の前記各々が、連続して送信される信号間にランダムな休止期間を挿入するように構成され、
前記複数の送信機の各々が、個々の送信機を識別する一意のビットの組み合わせを有し、該一意のビットの組み合わせが、前記単一の受信機へ送信される信号に含まれ、
前記単一の受信機が、前記受信したビットを分析して前記受信したビットと予想されるビットとを比較し、前記受信したビットと前記予想されるビットとの間に一致が存在しない場合に故障が存在すると判定するように構成される、ことを特徴とする故障判定システム。 A plurality of transmitters each configured to transmit a signal over at least a portion of an electrical network;
Receiving a signal transmitted by each of the plurality of transmitters over a single communication line, analyzing the received signal, and analyzing the received signal to determine when a failure has occurred in the electrical network; And a single receiver communicatively coupled to the plurality of transmitters via the single communication line configured to locate the fault;
Only including,
Each of the plurality of transmitters is configured to insert a random pause between consecutively transmitted signals;
Each of the plurality of transmitters has a unique bit combination identifying an individual transmitter, the unique bit combination being included in a signal transmitted to the single receiver;
The single receiver analyzes the received bit and compares the received bit with an expected bit and if there is no match between the received bit and the expected bit; A fault determination system configured to determine that a fault exists .
ことを特徴とする請求項3に記載のシステム。 The single receiver is configured to identify the location of the fault based on a comparison of the received bit and the expected bit;
The system according to claim 3 .
ことを特徴とする請求項3に記載のシステム。 Each of the plurality of transmitters is configured to receive a command signal from the single receiver and transmit a signal to the single receiver only after receiving the command signal;
The system according to claim 3 .
ことを特徴とする請求項3に記載のシステム。 Further comprising an external device coupled to the single receiver;
The system according to claim 3 .
ことを特徴とする請求項3に記載のシステム。 The external device is selected from the group consisting of a declarator, a display, and a computer device;
The system according to claim 3 .
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