JP2003035726A - 電力消費をモニターするｐｃコンピュータシステムと通信するバックパック・ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 幹線からの総消費エネルギーを表示する電力
会社のメーターの後方に存在する複数のローカル・ユー
ザーの個別的消費エネルギーを瞬時に確認するためパソ
コンによるモニター・システムに用いるバックパック・
ユニット（ＢＰＵ）を提供する。 【解決方法】 パソコン（ＰＣ）は、メーターの後方に
存在する複数のローカル・ユーザーに対する個別の請求
書を作成するために、各ユーザーが消費するエネルギー
を双方向通信ライン（ＩＮＣＯＭ）を用いてモニターす
る。パソコンからの指令により各ユーザー・ステーショ
ンが総エネルギーを記憶し、次いでパソコンが各ステー
ションにアドレスして記憶された値を検索し請求書を作
成する。電圧及び電流を感知するため各ステーションの
分電盤の回路遮断器（ＣＢ）にバックパック・ユニット
が直接取り付けられてプラグインされる。各バックパッ
ク・ユニットは２つのプリント回路板（ＰＣＢＡ、ＰＣ
ＢＢ）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は電気的負荷の負荷管理に
係わり、特に幹線からの総消費エネルギーを計算する目
的で電力会社が設置したメーターの後方に存在する複数
のロケーションにおける各ユーザーの個別的消費エネル
ギーを瞬時に確認するためのパソコンによるモニター・
システムに係わる。

【０００２】

【従来の技術】電力会社は主配電線と、需要者が電力を
消費するロケーション、例えば工場、住宅、店舗、オフ
ィス、集合住宅などとの接続部に少なくとも１つのメー
ターを設置することにより、感知された電圧及び電流に
基づいて主ＡＣ線から引き出されたキロワット量を総合
的にモニターし、実需要に応じて需要者に請求書を発行
できるように消費エネルギーを計算するのが普通であ
る。最近、電力会社が設置するメーターの後方に存在す
る各ユーザーの個別ロケーションにおける個別消費量を
需要者レベルで測定することにより、各ユーザー、例え
ば居住者、テナント、作業場における各職人、商店主な
どの間で請求書を分割し、コストを公平に配分する方法
が提案されている。

【０００３】米国特許第４，１６８，４９１号明細書
は、共通の建物に属する複数のユーザーが消費するエネ
ルギー需要の制御方式を開示している。ここでは所定の
限界を超えるユーザーの消費を停止させるのがその目的
である。このため、限界を超えると、中央ロケーション
がグループに属するすべてのユーザーへの電力の供給を
周期的に、または一定期間に亘って停止するか、あるい
はユーザーへスイッチを切るように通告する。

【０００４】多ユニット宿泊施設のような複数の電気的
負荷を遠隔制御し、消費電力を感知することにより所定
レベルを超過した負荷への給電を絶つことは米国特許第
３，９３７，９７８号明細書から公知である。

【０００５】それぞれローカル受信機及び負荷リミッタ
ーを有する複数の設備に対してコンピューター負荷セン
ターから送信機で、プログラムによりピーク負荷を減少
させるべく負荷をモニターすることは米国特許第３，９
０６，２４２号明細書から公知である。

【０００６】米国特許第４，０９０，０６２号明細書
は、それぞれ局部制御装置及び中間スイッチを有するヒ
ーターや電気器具などを備えた住宅やビルのためのエネ
ルギー需要コントローラーを開示している。

【０００７】米国特許第４，１００，４２６号明細書に
よると、所与の設備のそれぞれの負荷と連携する標準パ
ッケージの一部であるプラグイン・モジュールによって
負荷制御が行われる。

【０００８】米国特許第４，２０６，４４３号明細書
は、遠隔のマスター・コントローラー及びモニター装置
が単一の制御入力端子において保護のため負荷の切り離
しを行なう技術を開示している。

【０００９】米国特許第４，８７４，９２６号明細書
は、個々の電熱素子に達する住居内配電線に設けた住居
用遮断器の下流または出口側付近に配置した低電圧熱電
リレーの利用を開示している。

【００１０】米国特許第４，１６４，７１９号明細書
は、ローカル負荷と電力引込み口の間の通常の遮断器に
管理モジュールを組込んだ負荷管理方式を開示してい
る。

【００１１】米国特許第４，１７８，５７２号明細書
は、給電用の負荷遮断器を有する分電盤に取り付けられ
るように構成した接触器遮断器を開示している。

【００１２】米国特許第４，３０８，５１１号明細書
は、通信ラインにより接続された電気エネルギー・メー
ター及びマスター制御送信機と連携する、電子パッケー
ジ及び遠隔制御スイッチを含む負荷管理用遮断器に係わ
る。

【００１３】米国特許第４，８０６，８５５号明細書
は、送電ラインを評価するためのシステムに係わる。こ
のシステムは遠隔通信リンクを介してコンピューターへ
多重送信する電流センサー／送信機を含む。

【００１４】米国特許第４，２１９，８６０号明細書
は、モニターされるＡＣ電流のサンプリングとデジタル
変換を用いるデジタル過電流リレー装置を開示してい
る。

【００１５】米国特許第４，４２３，４５９号明細書に
は、サンプリング及びデジタル変換によってＡＣ電流を
モニターするソリッドステート回路が開示されている。

【００１６】米国特許第４，６８２，２６４号明細書に
よると、マイクロプロセッサーの制御下にソリッドステ
ート引外し装置が電流センサーからのデジタル信号を処
理する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電力会社か
らの１次ＡＣ電源に対して２次的な、共通のエネルギー
・メーターを有する複数ユーザー負荷配電システムに係
わる。本発明の目的は、感知部を統合し遠隔ロケーショ
ンからのモニターを可能にしたコンパクトな装置を提供
することにある。この装置を遠隔ロケーションに設ける
場合、分電盤に変更を加えることなく既存の遮断器に容
易にプラグインすることができる。この装置を利用する
ことにより電力会社のメーターによって計算される総コ
ストに占める特定ユーザーの負担分を確認し、累算す
る。

【００１８】本発明は、成形ケース、入端子ラインケー
ブルと接続するための少なくとも１つの端子雌耳、及び
出負荷ラインと接続するための少なくとも１つの端子耳
を有する既設ローカル遮断器と併用されるバックパック
・ユニットにおいて、前記バックパック・ユニットが前
記遮断器に取り付け可能なハウジングと、前記ハウジン
グ内に取り付けられてラインケーブルの電流及び電圧を
表わすアナログ信号を形成するトランスデューサー手段
と、前記ハウジング内に取り付けられて前記アナログ信
号をデジタル信号に変換することによりローカル・ステ
ーションの消費電力を表わすデジタル信号を形成するデ
ジタル手段とを含むことを特徴とするバックパック・ユ
ニットを提供することにより、上記目的を達成する。

【００１９】好ましくは、２次配電系内にパソコンによ
って制御されるシステムを設け、各ユーザーの設備をマ
スター／スレーブ関係下に中央からデジタル方式でアド
レスすることによりローカルなエネルギー消費量を即座
に算定できるようにする。

【００２０】この算定は主ＡＣ電源端子から分電盤に組
み込まれている２次ユーザー用の個別遮断器に至る正常
な配電を混乱させることなく達成される。また、本発明
システムの基礎となる遮断器分電盤を構成するのに感知
用として変換器または変流器を付加する必要は全くな
い。

【００２１】本発明では、中央のソリッドステート・デ
バイス中に、またはその周りに、（１）ローカル消費エ
ネルギーを即座に算定して絶えず最新のローカル消費エ
ネルギーを記憶するためローカル・ステーションの送受
信端に必要なコンピューター機能と；（２）パソコン・
ステーションとの双方向通信ハイウェイの下位リンク・
ゲート機能を一体化している。この一体化したローカル
・システムは主ＡＣラインとローカル・ユーザーとの間
の遮断器にプラグインされるバックパック・ユニットと
してまとめられている。各ローカル遮断器をこのように
設置したから、パソコンは中央からすべてのローカル・
ユーザーをモニターすることにより、個々の請求額算定
に必要な消費エネルギー情報を収集する。個別の請求額
算定は電力会社の総量メーターと併用される。電力会社
の総量メーターの後方にそれぞれの負荷を有するユーザ
ーの遮断器にプラグインされている複数のコンパクトな
バックパック・ユニットへのデイジー・ラインとして簡
単な２線式同期通信ラインが接続されている。一体化ト
ランスデューサー／下位リンク・スレーブ通信ユニット
は遮断器の寸法と正確に合致するように構成されている
から遮断器の断面積内にバックパック・ユニットとして
容易に組み込むことができ、遮断器の通常端子に取り付
ければ端末ラインを挿通するだけで感知が可能となる。
１対のプリント回路板を、一方は電圧／電流トランスデ
ューサー側で用い、他方はデジタルで介入させて下位リ
ンクとして通信ラインと対向するようにユニット内に配
置する。デジタル処理によってメッセージを標準的なア
ドレス及び形式で双方向送信することが可能になる。

【００２２】好ましい実施例に使用されるデジタル・デ
ータ・リンクは米国特許第４，６５３，０７３号；第
４，６４４，５４７号；及び第４，８６６，７１４号の
明細書に開示されているタイプのものである。

【００２３】本発明は個別の需要及び料金をそれぞれ中
央制御でモニターし、計算する複数のローカル・ユーザ
ーのレベルでのエネルギー消費量測定だけに応用するこ
とができ、例えばピーク需要評価だけを含む電力会社の
料金算定システムによる電力会社の個別料金算定にも応
用できる。

【００２４】以下、添付図面に沿って本発明の実施例を
説明する。

【００２５】

【実施例】図１はエネルギー・モニター・システムを構
成図である。複数のバックパック・ユニットＢＰＵがそ
れぞれ分電盤ＰＮＢの一部である複数の遮断器ＣＢをそ
れぞれ接続し、この分電盤ＰＮＢを介して主ＡＣライン
が個別ユーザーの負荷に至るローカル・ケーブルと互い
に接続している。各バックパック・ユニットはＪ４にお
いて互いに接続する２枚のプリント回路板ＰＣＢＡ，Ｐ
ＣＢＢを含み、一方のプリント回路板ＰＣＢＡは電流ト
ランスデューサーとして働くと共に遮断器と協働して電
圧を感知し、他方のプリント回路板ＰＣＢＢは（ジャン
クションＪ１において）デジタル情報を導出し、この情
報はパソコンとの双方向送信用の遠距離通信チャンネル
ＩＮＣＯＭを介して送信される。複数のプリント回路板
とパソコンとの選択的組み合わせでエネルギーをモニタ
ーすることにより、主ＡＣラインを介してエネルギーを
供給する送電システムに設置されている総量メーターＭ
ＥＴＥＲ（図１）よりも後方に存在するローカル・ユー
ザーに対し、パソコン・ステーションは即座に個別料金
を算定することができる。

【００２６】図２（Ａ）及び２（Ｂ）はそれぞれ図１に
ＣＢとして示した遮断器の正面図及び頂面図である。典
型例として、遮断器は（３極の場合なら極ごとに）３つ
の端子ＴＡ，ＴＢ，ＴＣを有し、これらの端子において
（図１ではそれぞれを１極だけについて示してある）個
別ローカル・ケーブルがねじ（ＳＣＷ）によって駆動さ
れる部材３９と端子（ＴＡ，ＴＢまたはＴＣ）内に設け
たブラケット３８´によって保持されるストッパー部材
３８との間に固着される。図１の分電盤ＰＮＢの正面に
手動制御用のハンドル４２が突出している。図２（Ａ）
及び２（Ｂ）は米国特許第３，８９２，２９８号明細書
から引用した。図１に示すように、ローカル・ケーブル
はその端が遮断器の端子に入る前に、それぞれ（図示し
ない）適当な孔を設けた２枚のプリント回路板ＰＣＢＡ
及びＰＣＢＢを貫通する。遮断器の他方の側も同様に端
子を介して電力会社からのＡＣラインと接続している。

【００２７】図３（Ａ）、３（Ｂ）及び３（Ｃ）はそれ
ぞれ図１のバックパック・ユニットＢＰＵの１つを示す
正面図、頂面図及び側面図である。バックパック・ユニ
ットＢＰＵは底部ケーシングＢＸ、カバーＣＶ、図２
（Ａ）及び２（Ｂ）に示したような３極遮断器の各極に
１つずつ突出するブレードまたは耳ＬＧを含むハウジン
グとして示してある。Ｊ１はＢＰＵハウジング内に挿入
されたコネクターであり、このハウジング内に図１の遠
距離通信ラインＩＮＣＯＭがプラグインされる。（図３
（Ａ）に示す）３つの円孔（ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ）はバッ
クパック・ユニットＢＰＵのハウジング及びこれに内臓
されたプリント回路板集合体（図１のＰＣＢＡ及びＰＣ
ＢＢ）を貫通している。図示のように、各円孔（ＯＡ，
ＯＢ，ＯＣ）には耳ＬＧが取り付けられている。遮断器
の１つの極と連携するローカル・ユーザーのケーブルが
遮断器ハウジングの対応円孔（ＯＡ，ＯＢまたはＯＣ）
に挿通され、次いでその開口端が耳ＬＧに沿って、また
は耳ＬＧが前記開口端に沿って位置するように遮断器の
端子（図２（Ａ）のＴＡ，ＴＢまたはＴＣ）内に配置さ
れ、ねじの把持力によりケーブル及び耳が一緒に保持さ
れ、必要な電気的接触を得られる。図４は遮断器ＣＢに
プラグインされたバックパック・ユニットＢＰＵを示
す。

【００２８】図５は図４に示した遮断器の側面図であり
（図６は頂面図）、遮断器の端子導体３８と係合し、ね
じＳＣＷの作用下に遮断器に圧接されたローカル・ユー
ザーからのケーブルの露出端を示す。ローカル・ユーザ
ーのケーブルはバックパック・ユニットＢＰＵのハウジ
ングを横切り、２枚の平行なプリント回路板ＰＣＢＡ及
びＰＣＢＢを貫通する。図１ではプリント回路板ＰＣＢ
Ａが遮断器ＣＢと近接する位置を占め、他方のプリント
回路板ＰＣＢＢが反対側にあって通信ラインＩＮＣＯＭ
と近接する位置を占めているが、図５ではプリント回路
板ＰＣＢＢが遮断器と近接する位置を占め、これに耳Ｌ
Ｇが固着され、そこから外方へ延びて端子（図２ＡのＴ
Ａ，ＴＢまたはＴＣ）に挿入される。従って、プリント
回路板ＰＣＢＢに設けられた固定リベット３０から相電
圧を表わす信号が導出され、この信号は（例えば相Ａの
場合）抵抗器Ｒ４を介して他方のプリント回路板ＰＣＢ
Ａへ送られる。

【００２９】後で詳述するように、プリント回路板ＰＣ
ＢＡはローカル・ケーブルを通過する相電流を感知する
トランスデューサーを支持する。従って、Ｒ４を通過す
る感知相電圧信号は回路板ＰＣＢＡによっても受信され
る。逆に、コネクターＪ４を介して、電流／電圧感知信
号が一緒にプリント回路板ＰＣＢＢへ送られる。プリン
ト回路板ＰＣＢＢにおいてデジタル変換されデジタル処
理を受けたのち、情報はプリント回路板ＰＣＢＢのコネ
クターＪ１を介して、ＩＮＣＯＭラインへ送られる。こ
のＩＮＣＯＭラインは特定の遮断器及びローカル・ユー
ザーのケーブルを介して消費エネルギーを中央でモニタ
ーするためのパソコンと接続している。遮断器の導体３
８はブラケット３８´に取り付けられている。ケーブル
の露出端はねじによってバックパック・ユニットの耳Ｌ
Ｇに圧接され、耳ＬＧはケーブルと導体３８の間に挟持
されている。ＡＣラインは公知の態様で反対の遮断器端
子の内側の導体４０上に直接固定され、この導体４０は
ブラケット４０´に取付けられている。

【００３０】図７（Ａ）は図３（Ａ）に示したものと同
様のバックパック・ユニットの正面図であり、図７
（Ｂ）及び８はそれぞれ図３（Ａ）の線Ｆ−Ｆ及びＡ−
Ａにおける断面図である。図８はリベット３０で取り付
けられた耳ＬＧを示す。互いに平行なプリント回路板に
は端縁部ＯＰを有する円孔（例えば相Ａの場合にはＯ
Ａ）が形成されている。絶縁ハウジングはローカル・ケ
ーブルの挿通を可能にする十分な直径の円筒状内側面Ｏ
Ｐ´を有する２枚のプリント回路板（ＰＣＢＡ及びＰＣ
ＢＢ）の孔にまたがるプラスチック・ブーツＢＴを有す
る底部ケーシングＢＸを含む。ブーツＢＴはプリント回
路板の端縁部ＯＰの近傍に位置する。ブーツはケーシン
グＢＸの底を起点とし、他端はカバーＣＶの底に設けた
補完関係にある円形張出しＥＤＧと係合する。両者が接
合されるとスペースが閉じられ、プリント回路板の端縁
部ＯＰと軸方向に取り付けられているローカル・ケーブ
ルとの間のギャップ内に絶縁が形成される。

【００３１】図９（Ａ）及び９（Ｂ）はプリント回路板
ＰＣＢＢに取り付けられた耳ＬＧを示す。図９（Ｂ）は
図９（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。ＯＰは
（例えば相Ａの場合）孔ＯＡの端縁部である。

【００３２】図１０は２枚のプリント回路板を並置させ
て接続する態様を示す。各耳ＬＧ（３極遮断器の場合な
らば孔ＯＡ，ＯＢ，ＯＣにそれぞれ１つずつ）は、ライ
ン１０を介して（孔ＯＡと相Ａに対応する）抵抗器Ｒ
４、（ＯＢに対応する）抵抗器Ｒ５、または（ＯＣに対
応する）抵抗器Ｒ６と電気的に接続するリベット３０に
より回路板ＰＣＢＢに取り付けられ、ている。これらの
抵抗器は２枚の回路板の対向する端縁を橋絡している。
プリント回路板ＰＣＢＡは感知のためローカル・ケーブ
ルを囲む孔ＯＡ，ＯＢ，ＯＣと対応する電流トランスデ
ューサーのための円形コンパートメントＣＴを有する。
（抵抗器Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を介して導出されるＡＣ電圧
信号ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ及び（電流センサーＣＴから導出
される）電流信号ＩＡ，ＩＢ，ＩＣは（図５のＪ４で示
す）接続ラインを介し、さらにリボンＲＢを通って再び
プリント回路板ＰＣＢＢに戻り、ここでデジタル処理さ
れる。

【００３３】図１１及び１２は例えばトランス、コネク
ター、ピン、固定具などのような補足手段を装備した状
態で図１０の２枚のプリント回路板を示す斜視図であ
る。一方（図１１）は並置した段階での２枚の回路板を
示し、他方（図１２）は回路板ＰＣＢＡを回路板ＰＣＢ
Ｂの上に折り重ねた状態を示す。図１３はバックパック
・ユニットＢＰＵの底部ケーシングＢＸ及びカバーＣＶ
の分解図であり、図１２に示した２枚のプリント回路板
がケーシングとカバーの間に挾まれている。図１４
（Ａ）は対応のプリント回路板の円孔に挿入される３つ
のブーツＢＴを備えた底部ケーシングＢＸの斜視図であ
る。図１４（Ｂ）は３つの端縁部を有するカバーＣＶの
斜視図である。底部ケーシングもカバーもプラスチック
製矩形本体の四隅に上下互いに整列する孔を設け、バッ
クパック・ユニットのハウジング全体を閉じると、螺設
端部を有するロッドを前記孔に螺入できるようにしてあ
る。

【００３４】図１５は遮断器ＣＢの一方の端子とバック
パック・ユニットＢＰＵの中央孔との間に内部の部品を
組み込む態様を図５よりも詳細に示す断面図である。ト
ランスデューサーＣＴは図１３に示した底部ケーシング
ＢＸの対応コンパートメント内に位置し、プリント回路
板ＰＣＢＢの上縁とＩＮＣＯＭラインとの間にコネクタ
ーＪ１が介在している。コネクターＪ４がプリント回路
板ＰＣＢＡとＰＣＢＢの間にあり、（例えば孔ＯＡの場
合）回路板ＰＣＢＢのラジアル・ライン１０を回路板Ｐ
ＣＢＡに接続する抵抗器Ｒ４も同様である。

【００３５】図１６は本発明のバックパック・ユニット
が米国特許第４，８６６，７１４号明細書に開示されて
いるのと同様のＩＮＣＯＭシステムの拡張スレーブ・ス
テーションを構成する状態を示す。２つの遮断器には２
つのバックパック・ユニットＢＰＵが対応する（ただ
し、図面を簡略化するため一方の遮断器ＣＢだけを示し
た）。（ＩＮＣＯＭタイプであると仮定して）２線式通
信ライン７８は別々のロケーションにおけるバックパッ
ク・ユニットをデイジー・ライン方式で直列に接続す
る。ライン７８はパソコン・ステーションに延びてい
る。普通、ライン７８には必要に応じて設ける後述のデ
ータ読取りステーションＤＡＴが接続されている。通信
ライン７８の機能は、米国特許第４，８６６，７１４号
明細書においてPersonal Computer-Based Dynamic Burn
-in Systemに関連して詳述されているのと同様である。

【００３６】図１１では主要な機械的部品を装備し、並
置した状態で２枚のプリント回路板を示したが、図１７
では３相の各相に対応する回路板ＰＣＢＢの中央孔ＯＰ
の周りの内部の電気的配線と、回路板ＰＣＢＢから抵抗
器Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を介して回路板ＰＣＢＡに延びるラ
ジアル・ライン１０を示す。コネクターＪ４はデジタル
処理のため回路板ＰＣＢＡからの信号出力を回路板ＰＣ
ＢＢに接続するリボンＲＢとして示されている。

【００３７】図１８は回路板ＰＣＢＡの電流／電圧感知
回路を示す回路図である。３つの感知用変流器ＣＴを示
してあり、各ローカル・ケーブルが（回路板ＰＣＢＡ及
び遮断器ＣＢを介してＡＣラインの相Ａ，Ｂ，Ｃと接続
関係にある。２次巻線は（ライン１１，１２，１３を介
して）他方のプリント回路板ＰＣＢＢに対応の各電流信
号ＩＡ，ＩＢ，ＩＣを供給する。同様に、図５及び１０
に示した固定リベットである接続点３０で表わした耳Ｌ
Ｇとの接続点において、電圧ＶＡＮ，ＶＢＮ，ＶＣＮが
中性点ＡＸを基準としてライン１４，１５，１６を介し
て導出される。関連の回路構成を図１９に示す。Ａライ
ン変流器ＣＴの２次巻線からのライン１１は抵抗器Ｒ４
０を介して共通アースＡＸに延び、抵抗器Ｒ３９及びラ
イン１１´を介してコネクターＪ４のピン７に延びる。
同様に、Ｂライン変流器ＣＴの２次巻線からライン１２
及びＣライン変流器ＣＴの２次巻線からのライン１３は
それぞれ抵抗器Ｒ３８，Ｒ３７及びライン１２´と、抵
抗器Ｒ３６，Ｒ３５及びライン１３´とを介してコネク
ターＪ４のピン６及び５に延びている。３本のライン１
１´，１２´，１３´はそれぞれ抵抗器Ｒ３１，Ｒ３
０，Ｒ２９を介して共通アースとも接続する。

【００３８】電圧を感知するため、リベット３０を起点
としてそれぞれの直列回路（抵抗器Ｒ３４，Ｒ３３，Ｒ
３２及び対応の整流器ＣＲ８，ＣＲ７，ＣＲ６）が対応
のライン１４，１５，１６を介して共通アースＡＸと接
続し、接続点Ｊはそれぞれさらに２つの直列抵抗器（Ｒ
２２，Ｒ２４，Ｒ２３，Ｒ２７；Ｒ２４，Ｒ２８）を介
して共通アースＡＸに延びる。抵抗器間の接続点Ｊ´を
起点として、各ライン１４´，１５´，１６´がコネク
ターＪ４のピン４，３，２にそれぞれ延びている。従っ
て、プリント回路板ＰＣＢＡに属するコネクターＪ４は
リボンＲＢを介してプリント回路板ＰＣＢＢ側に存在す
る同様のコネクターＪ３と接続することにより（ＡＣラ
インの相電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣに対応する）ＩＡＸ，Ｉ
ＢＸ，ＩＣＸ及び誘導されるラインと中性点間電圧ＶＡ
ＮＸ，ＶＢＮＸ，ＶＣＮＸを表わす誘導信号を受信する
のに利用できる。

【００３９】図２０は一方の側で感知電流及び感知電圧
（ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＶＡＮ，ＶＢＮ，ＶＣＮ）を受信
し、他方の側でパソコンＰＣとの双方向通信信号ライン
であるＩＮＣＯＭラインと接続するプリント回路板ＰＣ
ＢＢを略示する構成図である。Ａ／Ｄコンバーターによ
ってアナログ／デジタル変換された入力アナログ電流及
び電圧信号にマルチプレクサーが応答する。こうして得
られたデジタル信号はＲＡＭ及びＥＰＲＯＭデバイスを
用いるマイクロコンピューターＭＣＵによる情報処理及
び制御のためデジタル処理される。その結果、図２０に
示すように、２枚のプリント回路板ＰＣＢＡ，ＰＣＢＢ
を含む各ローカル・ステーションにおいて、中央からの
エネルギー・モニターのため、ローカル情報及び制御指
令がＩＮＣＯＭシステムを介してパソコンＰＣへ送信さ
れる。

【００４０】図２１は本発明のエネルギー・モニター・
システムの概略図である。電力会社の主ＡＣラインはビ
ルの正面に設置されたメーターに達しているが、このビ
ルにはそれぞれが分電盤に属する個別の遮断器ＣＢを介
して主ＡＣラインから給電される複数のローカル・ユー
ザー（＃１，＃２，＃３，・・・＃ｎ）が入居してい
る。各バックパック・ユニットのＩＮＣＯＭジャンクシ
ョンＪ１を起点とするデイジー・ライン７８はエネルギ
ー・モニターと個別料金算定のためすべてのローカル・
プリント回路板ＰＣＢＢをパソコンＰＣステーションと
接続している。例えば、共通メーターの後方で消費され
るエネルギーの分配率はユーザー＃１が２０％、＃２が
１０％、＃３が０％、＃ｎが３０％である。

【００４１】図２２はＩＮＣＯＭタイプ双方向通信ネッ
トワーク間のインターフェースに係わる米国特許第４，
６４４，５４７号明細書の図１と同様である。本発明の
応用分野に置き換えると、プリント回路板ＰＣＢＢは拡
張モード・スレーブとして作用するローカル・ステーシ
ョンにおけるブロック８０及び８４の役割を果たす。

【００４２】図２２ではパソコンＰＣステーションをＩ
ＮＣＯＭの双方向通信ライン７８を介して複数の遠隔ス
テーションとの間でメッセージを送受する中央コントロ
ーラー７６として示してある。パソコンＰＣはインター
フェース回路及び拡張マスターとして作用するデジタル
集積回路ＤＩＣ８０を含むＣＯＮＩＣＡＲＤと通信す
る。受信端には拡張モード・スレーブとして作用する別
のデジタルＩＣ８０が存在する。この２つのＩＣ８０が
ライン７８を介した両端間の対話を可能にする。各デジ
タルＩＣ８０には個別にアドレスできるように多数ビッ
トのアドレス・フィールドを設ける。拡張スレーブ・モ
ードでは、デジタルＩＣ８０が中央コントローラー７６
からの特定指令に応答してプリント回路板ＰＣＢＢ内の
ＳｕｒｅＰｌｕｓ Ｃｈｉｐ ＳＰの一部としてローカ
ル・マイクロコンピューターＭＣＵとのインターフェー
ス８４を形成する。デジタルＩＣ８０は中央コントロー
ラー７６から受信するメッセージ中のインターフェース
割込み許可指令に応答してマイクロコンピューター８４
へのＩＮＴラインに割込み信号を形成することにより、
ＭＣＵからデジタルＩＣ８０に至るＳＣＫラインで送信
される逐次クロック・パルスに応答してマイクロコンピ
ューター８４が双方向ＤＡＴＡラインを介してバッファ
・シフトレジスターから直列データを読み取ることがで
きるようにする。

【００４３】デジタルＩＣ８０はまたＭＣＵからの読み
書きラインＲＷに現われる信号に応答してＭＣＵからの
ＳＣＫラインを介して供給される逐次クロック・パルス
に合わせてＤＡＴＡラインからバッファ・シフトレジス
ターへ直列データをロードする。さらにまた、デジタル
ＩＣ８０はＭＣＵによるＲＷラインのポテンシャル・ロ
ジック変化に応答して、ＭＣＵから供給されたデータ
を、中央コントローラーによって送信される標準メッセ
ージのすべてを含むように構成された多ビット・メッセ
ージに組み込む。その結果、拡張スレーブ・デバイス８
０は中央コントローラーからローカル拡張スレーブ・デ
バイス８０に送信されるインターフェース割込み許可指
令に応答してライン７８を介した中央コントローラー７
６及びローカルＭＣＵ間の双方向通信及びデータ転送を
可能にする。このインターフェースはデジタルＩＣ８０
が禁止指令を含むメッセージを受信するまで、または異
なるローカル・ステーションに対する指令が現われるま
で有効である。デバイス８０がライン７８を介して送受
信している間、ＭＣＵへのラインＢＵＳＹＮに話中信号
が現われる。なお、開示の便宜上、ＩＮＣＯＭシステム
がローカル・ステーションを拡張スレーブ関係にあると
して説明する。

【００４４】図２３はＩＮＣＯＭライン７８とＳｕｒｅ
Ｐｌｕｓ Ｃｈｉｐ ＳＰの関係を示す。プリント回
路板ＰＣＢＢ内のＰＣＢＢコネクターＪ１とＳＰデジタ
ル・デバイスＩＣ８０の間に送受信インターフェース回
路ＴＲを設ける。このインターフェース回路はＩＮＣＯ
Ｍとの間のメッセージ、（ＩＮＣＯＭを介してパソコン
ＰＣへ送信されるＩＣ８０からのメッセージである）送
信信号ＴＸまたは（ＩＮＣＯＭを介してアドレスされた
ローカル・ステーション及びＩＣ８０へ入るメッセージ
である）受信信号ＲＸに係わる。図２３はチップＳＰの
中央に配置され、電源ＰＳによって給電され、マルチプ
レクサーＭＵＸを介してＰＣＢＡ信号を受信するＭＣＵ
をも示す。プリント回路板ＰＣＢＢにはＭＣＵの作用を
助けるためのＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ（Ｅ２）及びＲ
ＡＭデバイスをも設ける。

【００４５】図２４は図２３の回路ＴＲを示すブロック
ダイヤグラムである。ＩＮＣＯＭの伝送メッセージ（ア
ドレス及びデータ・フィールド）の論理状態はＳＰチッ
プ内の（５ボルト電圧に基づく）等価論理状態と一致し
なければならないから、この回路ＴＲが必要となる。入
力において、即ち、コネクターＪ１及びＩＮＣＯＭか
ら、ライン２１及び２２はトランスＴＸ２の１次巻線Ｐ
１に至り、トランスＴＸ２の２次巻線Ｓ１はライン２２
及び２３を介してソリッドステート・デバイスＱ２の中
心回路に至り（以下図２５に沿って説明する）、出力ラ
イン２４は信号ＡＰＯＳを搬送し、出力線２５はライン
２０及び２１の入力アナログ信号の１つ置きのピークと
一致する信号ＡＮＥＧを搬送する。ライン２４及び２５
はチップＳＰに入り、ライン２０及び２１の入力アナロ
グ信号のデジタル等価信号である信号ＡＯＵＴをライン
２６を介して出力する演算増幅器ＯＡの正入力及び負入
力となる。ライン２６はＩＮＣＯＭシステムからの受信
信号ＲＸをＩＣ８０デバイスに入力する。逆に、ＩＣ８
０からのライン２７はプリント回路板ＰＣＢＢからデジ
タル信号ＴＸを送信し、信号ＴＸがＱ２デバイスのベー
ス電極に印加され、その結果トランスＴＸ２の２次巻線
Ｓ２のライン２８，２９に応答して１次巻線Ｐ１のライ
ン２０及び２１がコネクターＪ１及びＩＮＣＯＭへ信号
を供給する。

【００４６】図２５は本発明の好ましい実施例において
回路ＴＲとして使用される回路を例示する。デバイスＱ
２は２Ｎ２２２２トランジスターであり、エミッター電
極側の抵抗器Ｒ２０及びアースＡとコレクター電極側の
８Ｖポテンシャルとの間でＴＸ２の２次巻線Ｓ２と直列
に設けられている。２次巻線Ｓ２の側でポテンシャルＲ
Ｘ（ライン２６）、ＡＰＯＳ（ライン２４）、ＡＮＥＧ
（ライン２５）、ＶＲＥＦ（ライン２８）が出力され
る。

【００４７】図２６−２８は中央にＳｕｒｅ Ｐｌｕｓ
Ｃｈｉｐ Ｕ１を有するプリント回路板ＰＣＢＢに含
まれる回路の詳細図である。Ｓｕｒｅ Ｐｌｕｓ Ｃｈ
ｉｐＵ１はマイクロプロセッサー（市販のＭｏｄｅｌ
８７Ｃ２５７）を含み、８０ Ｐｉｎ Ｑｕａｄ Ｆｌ
ａｔ Ｐａｃｋａｇｅである（モトローラの）ＭＣ６８
ＨＣＯ５ＣＧ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｅ Ｐ
ｉｎｏｕｔをベースとする。Ｓｕｒｅ Ｐｌｕｓ Ｃｈ
ｉｐ Ｕ１はマイクロプロセッサーと連携するランダム
・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を含み、これによって記
憶すべきデータを書き込んだり、記憶されたデータを読
み取ったりできるようにする。Ｓｕｒｅ Ｐｌｕｓ Ｃ
ｈｉｐは例えば万一停電が起こっても消去されない持久
型記憶素子としてのＥＥＰＲＯＭ、即ち、電気的に消去
できるプログラマブル・メモリーをも含む。Ｕ１は図２
０及び２３に示す電源ＰＳ及びＡ／Ｄコンバーターをも
含む。

【００４８】図２６−２８はＵ１と連動するデバイスＵ
２、即ち、図２３にも示した消去可能プログラマブル読
取り専用メモリー（ＥＰＲＯＭ）を示す。ＥＰＲＯＭの
目的はＵ１によって構成される中央処理装置によって使
用されるようにプログラムされたメモリーを提供するこ
とにある。Ｕ１とＵ２は交換されるメッセージのＬＯ−
ＡＤＤフィールド及びＨＩ−ＡＤＤフィールドと関連す
るライン３０を介して互いに通信する。一方はアドレス
・フィールドであり、他方はデータ・フィールドであ
る。デジタル処理シーケンスのタイミングを設定するた
め発振器ＯＳＣを設ける。このことは本願明細書中に参
考のため引用した上記特許明細書に詳述されている。

【００４９】図２６−２８はＩＮＣＯＭに関する受信信
号ＲＸ及び送信信号ＴＸを伝送するライン２６及び２７
と、Ｕ１に設けた対応のピン８０，７９をも示す。マル
チプレクサーＭＵＸはプリント回路板ＰＣＢＡからの信
号ＶＣＮ，ＶＢＮ，ＶＡＮ，ＩＣ，ＩＢ，ＩＡにそれぞ
れ対応する到来店ＭＵＸ７乃至ＭＵＸＯ（ピン５２乃至
５９）によって示してある。ピン２４乃至３４は関連の
ユーザー・ステーションのローカル・アドレスとして接
点１乃至１０と接点１１乃至２０との間に形成される論
理ビットに対応する。このアドレスはメッセージを受信
または送信しなければならない時、入または出メッセー
ジと一致するようにＭＣＵによって識別される。ピン４
９，４８，４７はそれぞれ図２４に示すライン２６，２
５，２４の信号ＲＸ，ＡＮＥＧ及びＡＯＳに対応する。
電源ＰＳは基準電圧ＶＲＥＦ（ピン６２）及び定電圧Ａ
ＶＤＤ（ピン５０）を提供する。

【００５０】マイクロプロセッサーはメッセージ中の関
連アドレスを認識する“アドレス・ラッチ許可”として
使用され、ＭＣＵによってＥＰＲＯＭへ送られる信号Ａ
ＬＥ（ピン６６）を発生する。即ち、ＥＰＲＯＭとの関
連でＨＩ−ＡＤＤに対応するＰＡ７乃至ＰＡ０、及びＬ
Ｏ−ＡＤＤに対応するＰＢ２乃至ＰＢ６に従ってプログ
ラムが実行される。マルチプレクサー入力（ピン５１乃
至６０）に応答してＡ／Ｄ変換が行なわれる。電源出力
はピン６２，６３に現われる。ＩＮＣＯＭ受信はピン４
７乃至４９において行われ、ＩＮＣＯＭ送信はピン７
９，８０及び１において行なわれる。

【００５１】図２９はコネクターＪ３とチップＡＰのＶ
ＡＮ，ＶＢＮ，ＶＣＮ，ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ受信ピンとの
接続を示す。図３０はＶＡ及びＶＤＤにそれぞれ対応す
る相ラインＡ及びＢを起点とする電源回路を示す。

【００５２】本発明の好ましい実施例における回路構成
を以上に説明した。ＩＮＣＯＭシステムとＳｕｒｅ Ｐ
ｌｕｓ Ｃｈｉｐの上述した組合せとの関連で、本発明
のエネルギー・モニター・システムの動作を以下に説明
する。

【００５３】ローカル・ステーションにおける主要な機
能は消費エネルギーを即座に算定することである。この
ローカル・ステーションでの算定は相電圧及び相電流の
サンプリングに基づいて行なわれる。電力はＶ（電圧）
とＩ（電流）の積である。Ｅ（エネルギー）はサンプリ
ングされた積ＶＡ×ＩＡ，ＶＢ×ＩＢ，ＶＣ×ＩＣの和
である。本発明では、好ましくは下記の表１及び２に示
すサンプリング法則にしたがって行なう。サンプリング
はそれぞれを以下にオクターブと呼称する８個のサンプ
ルから成る群ごとに行われる。このオクターブ、即ち、
８個のサンプルから成る群の個々のサンプルに番号０乃
至７を付してあり、奇数番号サンプルが先行の偶数番号
サンプルから９０°離れた所で現われ、偶数番号サンプ
ルが先行の奇数番号サンプルから１１２．５°離れた所
で現われるように各サンプルがトリガーされる。従っ
て、第１オクターブは下記の表１に示すように順次現わ
れ、表中の角度は電圧（ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ）または電流
（ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ）に対応する正弦波の電気角であ
る。

【００５４】

【表１】

【００５５】１つのオクターブから次のオクターブまで
の間に９８．４°の遅延があるということもサンプリン
グの法則である。従って、次のオクターブの第１サンプ
ルが０１でスタートするとすれば、この第１サンプルは
００に対して９８．４°離れたと所で現われる。同様
に、さらに次のオクターブは２×９８．４°＝１９６．
８°に相当する０２でスタートすることになる。従っ
て、表１のオクターブに続く１５オクターブは下記の表
２に示すように現われる：

【００５６】

【表２】

【００５７】１６オクターブ、即ち、合計１２８個のサ
ンプルが順次現われてから１２０．９４°の電気角だけ
遅れて同じサンプリング・プロセスが繰り返される。

【００５８】結果的に正弦波の半サイクルに１つのオク
ターブの８個のサンプルが均等に配分されることにな
る。このことは第１オクターブの８個のサンプル００乃
至７を三角函数円の円周上に分布した形で示す図３１か
らの明らかであろう。０１は第１オクターブの最終サン
プル７から９８．４°＋２２．５°＝１２０．９°の遅
延を表わす９８．４°に現われる。同様に、続く１５オ
クターブにおけるそれぞれ第１のサンプルは０２（１９
６．８°）から０１５（３６°）までに散らばってい
る。各オクターブのサンプルは互いに２２．５°（９０
／４）及び４５°（９０／２）の間隔で分布している。
また、オクターブ０８及び０１６によって示されるよう
に、８オクターブ以後、１つのオクターブのサンプルは
最初の９０／４目盛りの１つに位置する。図３２（Ａ）
には、ゼロ交差（０°）で始まる８個のサンプルから成
る群の７個のサンプル１乃至７を基本波の半サイクルと
の関係で示した。次のオクターブはダッシュの付いた番
号で示すように先行オクターブのサンプル間に分布して
いる。図３２（Ｂ）は対応の半サイクルを示す。

【００５９】この２つの図から明らかなように、サンプ
リング・プロセスの結果、正弦波に沿って狭い間隔で並
置された一連のサンプルが得られ、最大限の精度が得ら
れる。このサンプリングが３相の電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ
及び３相の電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣのそれぞれについて行
なわれる。Ｓｕｒｅ Ｐｌｕｓ Ｃｈｉｐ内のマイクロ
コンピューター及び付属の回路によってローカル・ステ
ーションに関する電圧及び電流をサンプリングする目的
はローカル・ステーションにおけるエネルギー及び需要
の蓄積量を即座に算定し、パソコンＰＣがＩＮＣＯＭを
介してこの情報を読み取るか、または抽出できるように
することにある。従って、プリント回路板ＰＣＢＡはプ
リント回路板ＰＣＢＢの一部であるＳｕｒｅ Ｐｌｕｓ
Ｃｈｉｐ ＳＰに入力されるアナログ信号を先ず出力
し、Ｓｕｒｅ Ｐｌｕｓ Ｃｈｉｐ ＳＰにおいてマイ
クロコンピューターＭＣＵによってＡ／Ｄ変換が行なわ
れ、連続的かつ瞬間的に積Ｖ×Ｉの計算が行なわれる。

【００６０】図３３（Ａ）に示すように、プリント回路
板ＰＣＢＡからの入力信号は入力電圧ＶＩＮをアースに
接続する２つの直列抵抗器Ｒ１，Ｒ２の中間点から導出
される。出力電圧Ｖ０はチップＳＰの多重ピン（ＭＵＸ
０，ＭＵＸ１，ＭＵＸ２，またはＭＵＸ３）に印加され
る。サンプリングされる相電流についてＡ／Ｄ変換が行
なわれる。この過程でチップＳＰ内の回路がアースへの
帰線を形成する。この場合、２通りの状況が考えられ
る。１つは（図３３（Ｂ）に示すように）電圧源の高イ
ンピーダンス入力であり、他の１つは（図３３Ｃに示す
ように）短絡を生ずる（電流源の）極めて低いインピー
ダンス入力である。第１の場合にはチップＳＰが電圧モ
ードで動作し、第２の場合には電流モードで動作する。
電圧モードの場合、チップは０乃至＋２．５ボルトで動
作する。電流モードの場合、チップＳＰから最大限−１
６００マイクロアンペアの負電流が流れる。出力インピ
ーダンスがフルスケール電圧÷フルスケール電流に等し
い１．５６Ｋオームとなるように入力信号源を設定すれ
ば、桁移動子を補足せずに電流モード、電圧モードの双
方を使用できる。これを図示したのが図３３（Ｄ）（テ
ブナン等価回路）及び図３３（Ｅ）（ノートン等価回
路）である。図３４に示すように、チップＳＰはＭＣＵ
の作用下に、入力がＶＩＮ（高入力インピーダンス）で
あるかＩＩｎ（短絡入力）であるかに応じて即座に電圧
モードまたは電流モードを採用するように内部構成され
ている。

【００６１】多重入力（ＭＵＸＯ）とアース（ＧＮＤ）
の間にはオートゼロ動作するように構成されている演算
増幅器ＡＭＰ１の負及び正入力が挿入されている。“電
流モード”の場合、演算増幅器出力と負入力の間のフィ
ードバック・ループはＦＥＴデバイスＱ０のゲート電極
Ｇ及びソース電極Ｓを含み、入力に伴なってＶＩＮ負電
流がチップＳＰから流れると、ソース電極ＳがＶＩＮ電
流に等しい電流を供給して入力をゼロＶに保持するまで
増幅器の出力が正方向に駆動される。これは短絡入力、
即ち、“電流モード”である。“電圧モード”では増幅
器ＡＭＰ１及びＦＥＴデバイスＱ０が作用を抑止され、
ピンＭＵＸ０に現われる正電圧は第２増幅器ＡＭＰ２に
よる常規増幅によって翻訳される。“電圧モード”にお
いて、増幅器ＡＭＰ２はＶＩＮに対して高インピーダン
スを提供し、ＭＵＸ０からはほとんど電流が流れないか
ら、ピンＭＵＸ０は“電流モード”時のように“ゼロ”
とはならず、入力信号ＶＩＮを追従する。

【００６２】基本波の全サイクルを示す図３５から明ら
かなように、信号が正（第１半サイクル）なら、動作は
“電圧モード”であり、信号が負（第２半サイクル）な
ら、動作は“電流モード”である。以上に２つの動作モ
ードとチップＳＰの関係を説明したが、Ａ／Ｄ変換が行
なわれる場合には相電圧サンプルの正電圧だけが使用さ
れるのに対して、電流サンプリングに際しては電流が正
であっても負であってもよい。電流サンプリングに際し
て、もし電流が正（図３５の曲線の前半分）なら、電圧
モードのＡ／Ｄ変換が行なわれる。もし電流が負なら、
図３４に示すように“電圧モード”のゼロ出力となる。
ゼロは“電流モード”の状況を意味し、図３３（Ｃ）ま
たは図３３（Ｅ）に示すように“電流モード”で再びＡ
／Ｄ変換が行なわれる。

【００６３】図３６６のアナログ電圧／電流測定システ
ムは０乃至＋２．５Ｖの入力電圧及び０乃至−１．６ミ
リアンペアの入力電流を電圧モードで正確に測定するこ
とができる。本発明の最も好ましい実施例では主要構成
素子として下記のものを含む。

【００６４】−８ビットＡ／Ｄコンバーター−ＡＤＣ； −入力スケーリング用のオートレンジング・システムＡ
ＲＳ； −入力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２に接続するオートゼ
ロ・コントローラーＡＺＳ； −８チャンネル入力信号マルチプレクサー（ＭＵＸ０−
ＭＵＸ７）、 −相電流サンプリングのため電流及び電圧を読取ること
のできる４つのチャンネル； −相電圧サンプリングの時にだけ電圧入力用として使用
される４つのチャンネル； −４つまたはそれ以下のサンプル・アンド・ホールド電
圧入力。

【００６５】電圧入力はすべてＡ／ＤコンバーターＡＤ
Ｃへ入力される前に可変利得オートレンジング電圧増幅
器ＡＸＰ２によってバッファされる。電圧増幅器の利得
は信号が少なくともフルスケールの半分、ただしオーバ
ーフローでない状態となるまで自動的に調整される。電
圧測定は直接的に、またはサンプル・アンド・ホールド
（積算）法を利用して行なうことができる。サンプル・
アンド・ホールド測定には“電圧モード”用に構成され
た２つの隣接する入力チャンネルと外部コンデンサーが
必要である。４対のサンプル・アンド・ホールド入力チ
ャンネルが同時にサンプリングする。

【００６６】負電流を測定する場合には増幅器ＡＭＰ１
が使用され、動作は“電流モード”である。増幅器ＡＭ
Ｐ１は負電流（即ち、入力から流れる電流）を受け、コ
ンデンサーまたは抵抗器（図２７のＲ２３）をＭＸ０ピ
ンに接続することにより積算モードまたは非積算モード
で動作させることができる。増幅器ＡＭＰ１は電流ミラ
ー（ＣＭＲ）として動作するオートレンジング電流源を
介して特定のチャンネルに電流を供給することにより反
転入力を見かけアース・レベルに維持するように構成さ
れている。電流源からＭＸ０ピンに向かって流れる電流
は特定の入力チャンネルから流れる電流のプログラム可
能な部分を表わす。図２３に示すその他の構成素子は下
記の通りである： −内部シャントレギュレーターＡＶＤＤ； −シャントレギュレーターＡＶＤＤがそれ以上電流を引
き込まないように外部デバイスに知らせるための電源モ
ニター； −可調バンドギャップ電圧基準； −固定バンドギャップ電圧基準； 図３６のシステムは“電圧モード”または“電流モー
ド”によるＡ／Ｄ変換のためのＳｕｒｅ Ｐｌｕｓ Ｃ
ｈｉｐ及びこのＣｈｉｐ内で動作するマイクロプロセッ
サーの内部構成に係わる。図３６には（プリント回路板
ＰＣＢＡのライン１１，１２，１３から来る）入力電流
ＩＡ，ＩＢ，ＩＣと対応する多重ピンＭＵＸ０乃至ＭＵ
Ｘ３、及び抵抗器Ｒ２３（図１９）を介してアースと接
続するＭＸ０が示されている。同様に、入力電圧ＶＡ
Ｎ，ＶＢＮ，ＶＣＮに対応する多重ピンＭＵＸ４乃至Ｍ
ＵＸ７が示されている。“電圧モード”である後者の場
合、入力電圧ＶＩＮがライン３０を介して演算増幅器Ａ
ＭＰ２の非反転入力に印加される。出力はライン３１及
び位置＃１を占めるスイッチＳＷ２を介してＡ／Ｄコン
バーターＡＤＣへの入力としてのライン３２へ供給され
る。これと同じことが“正電流”である場合の入力電流
に対しても起こる（スイッチＳＷ２は位置＃１のま
ま）。ただし、もし入力電流が“負”なら、動作は“電
流モード”で行なわれる。この時点でスイッチＳＷ２及
びスイッチＳＷ１は位置＃２を占めるＭＵＸ０−ＭＵＸ
３からの入力電流はライン３３を介して演算増幅器ＡＭ
Ｐ１に流入する。

【００６７】ライン３４の出力はＦＥＴデバイスＱ０の
ゲート電極Ｇに供給されるから、ライン３５、ソース電
極Ｓ及びドレン電極Ｄを介して、電流ミラー回路から来
るライン３６から負電流が引き出される。従って、対応
の電流がライン３７の出力から流れ、これがアースへの
抵抗器Ｒ２３によって電圧に変換されてピンＭＸ０に現
われ、ライン３９を通ってＡ／ＤコンバーターＡＤＣへ
の入力としてライン３２１に現われる。

【００６８】図３７，３８及び３９はローカル・ステー
ションでのエネルギー・モニターにおけるＭＣＵの動作
を示すフローチャートであり、図３７のフローチャート
が主要ルーチンである。ステップ１００において給電が
ＯＮ、即ち、Ｒｅｓｅｔとなる。ステップ１０１におい
て初期化が行なわれる。ステップ１０２においてシステ
ムがスタートする（“Ｂｅｇｉｎ”）。次いでステップ
１０３において、情報の通信に関連して“ＩＭＰＡＣ
Ｃ”バッファが形成される。ステップ１０４において、
システムがＩＮＣＯＭを呼び出す。次のステップ１０５
においてＮＶＲＡＭ（持久ＲＡＭ）が更新される。ステ
ップ１０６においてＲＯＭがチェックされ、ステップ１
０７においてＳｕｒｅ Ｐｌｕｓ（ＳＰ）の作用として
公知の“デッドマン制御”が行なわれる。

【００６９】図３８のフローチャートはシステムが６０
Ｈｚ動作のために実行する割込みルーチンである。先に
述べたように、サンプリングは２サイクルに亘ってシー
ケンス１２００，９００，１１２０，９００，１１２
０，９００，１１２０，９０，１２００をステップ１１
０において“Ｐタイマー”がロードされる。Ｐタイマー
はマイクロプロセッサーＭＣＵの内部タイマーと連携す
るソフトウエアであり、連続するオクターブに関する上
掲の表１及び表２に示したサンプリング・シーケンスに
おける割込みのタイムインターバルを設定するようにプ
ログラムされる。ステップ１１１において“サンプリン
グ”ルーチンが呼び出される。次いでステップ１１２に
おいて“これは奇数サンプル番号か”という質問が提示
される。もしイエスなら、１１２´を通ってステップ１
１３に進みＰタイマーが９０°にセットされ、ステップ
１１３´においてＮＶＲＡＭ（持久ＲＡＭ）への入力が
行なわれる。次いで１１４を通ってステップ１１５に進
み、リターンとなる。

【００７０】ステップ１１２における答えがノーなら、
１１６を通ってステップ１１７に進み、“これは８番目
のサンプルか”という質問が提示される。もし答えがノ
ーなら、１１８を通ってステップ１１９に進み、Ｐタイ
マーが１１２．５°にセットされ、１１４を通ってステ
ップ１１５に進み、リターンとなる。もし答えがイエス
なら、１２０を通ってステップ１２１に進み、Ｐタイマ
ーが１２０．９４°にセットされる。次いでステップ１
２２に進み、“これは第１６オクターブの最後のサンプ
ルか”という質問が提示される。もし答えがノーなら、
ライン１２３及び１１４を通ってステップ１１５に進ん
でリターンとなる。もし答えがイエスなら、ライン１２
４を通ってステップ１２５に進み、個々の相ごとにエネ
ルギーをスケーリングし、合計して総エネルギー値を出
すように指令される。次いでステップ１２６において
“ＫＷ−Ｈ（キロワット時）整数のＬＳバイト（最下位
ビット）がロールオーバーされたかどうか”という質問
が提示される。もしイエスならライン１３２を通ってス
テップ１３３に進み、ＫＷ−Ｈが記憶され、ステップ１
１５においてリターンとなる。ステップ１２６における
答えがノーならステップ１１５に進んでリターンとな
る。

【００７１】図３９に示すサンプリング・ルーチンのフ
ローチャートは下記の通りである：ステップ１５０は電
圧の相Ａに関連のステップであり、“電圧ＶＡをＡ／Ｄ
変換し、その結果を記憶する”ように指示される。次の
ステップ１５１は電流の相Ａに関連するステップであ
り、“ＩＡを電圧モードでＡ／Ｄ変換する”よう指示さ
れる。次いでステップ１５２において、質問“ＩＡのＡ
／Ｄ変換結果はゼロであるか”が提示される。すでに述
べたように、この質問は図３４から明らかなように検出
された電流がゼロであったか負であったかという意味で
ある。もしイエスなら、ライン１５３を通ってステップ
１５４に進み、“ＩＡを電流モードでＡ／Ｄ変換”する
よう指示される。次いでステップ１５５において、サン
プリング値を利用してＩＡ×ＶＡ／２５６＋“ＥＯＡ”
を計算するように指示される。ここではスケーリングだ
けを目的としてアキュムレーターで累算されたエネルギ
ーを数２５６で除算する。８ビットと仮定すると、乗算
によってビット数が大きくなり過ぎる。したがって、１
６×１６＝２５６による除算を採用する。

【００７２】次いでシステムはライン１５６に進む。ス
テップ１５２の結果がノーなら、ライン１５７を通って
ステップ１５８に進んで“ＥＯＡ”からＩＡ×ＶＡ／２
５６を減算するように指示される（“ＥＯＡ”はバッフ
ァ・レジスター中の累算エネルギーであり、ここでもス
ケーリングだけを目的とする２５６による除算が行なわ
れる）。減算は積ＩＡ×ＶＡ中のＩＡのマイナス符号を
考慮してのことである。“電圧モード”による相電流変
換にはマイナス符号が与えられ、“電流モード”による
相電流変換にはプラス符号が与えられる。いずれの場合
にも、システムは最新のエネルギー値を提供する。対称
性に鑑み、ステップ１５９もステップ１５４と同様のス
テップであり、“ＩＡを電流モードでＡ／Ｄ変換する”
ように指示される。

【００７３】このステップは実行ステップとしては無用
であるが、ステップ１５４とパラレルであるから他方の
側と一致する時間が余分に必要となる。したがって、２
つのプロセス経路が１５６において時間的に収斂し、こ
こからシステムは相Ｂに関して上記一連のステップと同
じステップを反復する。即ち、この段階１５６におい
て、相Ａに関するエネルギー計算は完了している。相Ｂ
に関してステップ１５６からステップ１６６までに亘っ
て上記一連のステップと同様のステップが行なわれる
（ステップ１６０において電圧ＶＢのＡ／Ｄ変換と記
憶；ステップ１６１において電流モードによるＩＢのＡ
／Ｄ変換；ステップ１６２においてＩＢのＡ／Ｄ変換結
果がゼロであるかどうかのテスト；イエスなら、ルーチ
ンの一方の側のステップ１６４において電流モードによ
るＩＢのＡ／Ｄ変換、次いでステップ１６５においてＩ
Ｂ×ＶＢ／２５６＋“ＥＯＢ”の計算；ノーなら反対側
のステップ１６８“ＥＯＢ”−ＩＢ×ＶＢ／２５６の計
算、次いでステップ１６９において電流モードによるＩ
ＢのＡ／Ｄ変換）。

【００７４】次いでステップ１６６からステップ１７６
に亘って相Ｃに関して同じ一連のステップが行なわれ
る。即ち、１）ステップ１７０において電圧ＶＣのＡ／
Ｄ変換と記憶が指示され、ステップ１７１において電圧
モードによる電流ＩＣのＡ／Ｄ変換が指示され；２）
（ステップ１７２においてＩＣがゼロであるかゼロでな
いかに応じて）ステップ１７４において電流モードによ
るＩＣのＡ／Ｄ変換が指示され、次いでステップ１７５
においてＩＣ×ＶＣ／２５６＋“ＥＯＣ”ＮＯ計算が指
示されるか、またはステップ１７９において“ＥＯＣ”
−ＩＣ×ＶＣ／２５６の計算が指示され、次いでステッ
プ１８０において（他の２つの相について行なわれたの
と同様に）電流モードによるＩＣのＡ／Ｄ変換が指示さ
れる。いずれの側もライン１７６を通ってステップ１７
７においてリターンとなる。図３９のフローチャートの
ステップから明らかなように、ＡＤＣ（図３６）におけ
るＡ／Ｄ変換後、相ＡについてはＶＡ及びＩＡの、相Ｂ
についてはＶＢ及びＩＢの、相ＣについてはＶＣ及びＩ
Ｃの８ビット・サンプルが得られ、これらのサンプルか
ら相ごとにエネルギーが計算され、３相合計して下記の
結果が得られる： Ｅ＝ΣＶＡ×ＩＡ＋ΣＶＢ×ＩＢ＋ΣＶＣ×ＩＣ （１） このエネルギー量が絶えず記憶され、累算されてローカ
ル・ステーションの現時点消費総量となる。この作業は
それぞれのローカル・ユーザーのステーションにおける
バックパック・ユニットによって行なわれ、その結果を
随時パソコンＰＣステーションがすべてのローカル・ス
テーションから引き出すことによって個別料金を算定す
る。パソコンＰＣステーションなどのような中央ステー
ションはこの結果を利用することにより、電力会社の総
量メーターをも参考にしながら総エネルギー消費をモニ
ターする。

【００７５】エネルギーの勾配、即ち、エネルギー／時
間に相当する需要を知る必要もある。例えば５分ごとに
パソコンＰＣステーションがこのタイムインターバルに
消費されたエネルギーを算定する。スナップショットに
より５分ごとにパソコンＰＣステーションは個々のロー
カル・ステーションが同時にそれぞれの現時点でのエネ
ルギー消費を記憶するように指令する。２つのスナップ
ショットの間で、中央ステーションは順次各ローカル・
ステーションからすべての前記記憶されたエネルギー消
費を読み取り、各ローカル・ステーションごとの最新値
と先行値の差を求める。この差はローカル・ステーショ
ンにおいて５分間に消費されたエネルギーまたは５分間
の需要である。次いでこの差が中央ステーションによっ
てタイム・スタンプ及びユーザー・スタンプされ、ロー
カル・ユーザー間の“需要”コスト配分算定に使用でき
るように記憶される。

【００７６】１つのローカル・ユーザー・ステーション
について以上に説明した装置及びシステムに基づくエネ
ルギーの中央モニタリングの一般的な方法として、複数
のステーションは任意の時点における消費エネルギー総
量を記憶し、パソコンＰＣステーションは各ステーショ
ンから順次結果を読み出すだけでよい。ただし、電力会
社の総量メーターの指示値と一致させるため、ローカル
・ユーザーのバックパック・ユニットからの情報ポーリ
ングを“同期化”しなければならない。本発明では遠隔
ステーションからではなくパソコンＰＣステーションま
たは中央ステーションからこの問題を解決する。

【００７７】遠隔ステーションからの電力消費データを
中央ユニットに送り、この中央ユニットにおいてエネル
ギー消費総量を集中メーターとの関係において測定する
ことは米国特許第４，６９２，７６１号明細書から公知
である。

【００７８】公知技術は真正メッセージ及び有効な交信
を可能にする真正通信の必要を示唆している。このた
め、中央ユニットへの周期的なデータ転送が採用されて
いるが、この方法も局部的な動作不良に起因する誤り情
報を招くおそれがある。ローカル・ステーション消費エ
ネルギー間の正確な時間関係を、送信され、受信される
信頼すべきメッセージと組み合わせるには中央ユニット
と遠隔ユニットの間の対話が著しく複雑にならざるを得
ない。そこで、遠隔ステーションにおけるローカルな需
要及びエネルギー計算を同期化する必要がなく、“スナ
ップショット”と呼ばれる中央ステーションからの指令
下に各ローカル・ステーションが現時点エネルギー消費
累計をローカル・ステーションごとに記憶するだけでよ
い方法を提案する。遠隔ステーションの受動性がローカ
ルなエネルギー消費を絶えず算定することを可能にし、
中央ユニットから介入するスナップショットが遠隔ステ
ーションを同期化させるよりも動作が簡単になる適正な
タイミングを可能にする。

【００７９】図４１にはパソコンＰＣステーションが５
分ごとにエネルギー消費を記憶するよう指令を送信する
エネルギー・モニター・システムを示す。この指令はＩ
ＮＣＯＭシステムを介してそれぞれの遠隔ステーション
ＳＴ＃１，ＳＴ＃２，・・・ＳＴ＃ｎに送信され、各ス
テーションにおいて（最初の指令以後は不必要かも知れ
ないが、必ずすべてのローカル・ステーションが指令を
受信するようにする）指令が受信されると、１つのステ
ーション（ステーション＃ｎ）について図４１に示すよ
うな現時点消費エネルギー累計がローカル・ステーショ
ンごとに記憶される。即ち、ステーション＃ｎのマルチ
プレクサーＭＵＸが信号ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＶＡ，Ｖ
Ｂ，ＶＣを受信し、これらの信号は図３８のフローチャ
ートに関連して上述したように表１及び表２のサンプリ
ング法則にしたがって、Ｐタイマーからのライン３９に
よってトリガーされるサンプラーＳＭＰからライン４０
及び４１を介して供給される制御信号下にサンプリング
される。

【００８０】図３６に関連して説明したように、サンプ
リングされた信号は同じくサンプラーＳＭＰに従って
（ライン４０及び４２を介して）作動させられるＡ／Ｄ
コンバーターＡＤＣへライン３２を介して供給される。
ライン４４に出力されたデジタル信号は乗算器ＭＬＴへ
供給され、乗算器ＭＬＴはライン４０の制御信号の制御
下に、ライン４３を介してライン４５に値ＩＶを出力す
る。加算器ＳＵＭは３相について合計されたサンプル・
エネルギー値ＩＶＳをライン４６を介して送出し、これ
がＡＣＣＵにおける総エネルギー累算カウントとなる。
この総エネルギー値は新しくサンプリングされたＩＶＳ
量によって絶えず更新される。最新の総エネルギー値は
ライン４７に出力され、ゲートＧＴによってゲートされ
たのち、ライン４８を通って記憶レジスターＳＴＥに入
力される。ここでパソコンＰＣステーションによる制御
が行なわれる。この時点で各ステーションは自らのレジ
スターＡＣＣＵにおいて最新の総消費エネルギー量Ｅｉ
を合計している。

【００８１】ＩＮＣＯＭを介してライン５０によってＰ
Ｃステーションからスナップショット指令ＳＮＰが受信
されると、アドレスされたステーションのゲートＧＴが
ライン５０を介して割り込み許可される。これと同時
に、最新値Ｅｉがライン４８を介してレジスターＳＴＥ
に記憶される。これと同じことが各ステーションにおい
て同時に行なわれる。次いで、ライン５１を介してＰＣ
ステーションは各ステーションごとにＳＴＥに記憶され
ている量を逐次的に、例えば、ステーション１，２，・
・・ｎの順に読み取る。ここでＰＣステーションがＥｉ
を最新の受信データＥｉ−１と比較し、特定ステーショ
ンのライン５０によって２つの連続するゲート指令を分
離する５分間のタイムインターバル内のエネルギー利得
量をステーションごとに知る。Ｅｉ−Ｅ（ｉ−１）に基
づいてＰＣステーションは需要＝Ｅｉ−Ｅ（ｉ−１）を
算定する。多くの場合、この算定はエネルギー・モニタ
ー・ステーション＃１，＃２，・・・＃ｎと通信するＰ
Ｃステーションを示す図４２のブロックダイヤグラムで
表わされるソフトウエアによって行なわれる。ＰＣによ
るエネルギー・モニターは図４３，４４及び４５のフロ
ーチャートに従って行なわれる。

【００８２】図４３のフローチャートではステップ２０
０でスタートし、ライン２０１を通ってステップ２０２
に進み、典型的には５分間のタイムインターバルが開始
されているかどうかが判定される。もしノーなら、ライ
ン２０３を通ってシステムはステップＡに進み、ライン
２０４を介して図２７Ｂのルーチンの結果を受信する。
次いでシステムはステップ２０５に進み、残されたフリ
ー・タイムにバックグラウンド・タスクが行なわれる。
次いでライン２０６を通ってライン２０１に戻り、ここ
で新しいタイムインターバルに入る。ステップ２０２に
おける判定がイエスなら、ライン２０７を通ってシステ
ムがステップ２０８に進み、すべてのステーションから
のエネルギー・ポーリングが同時に開始される。ライン
２０９を通ってステップ２１０に進み、ここでＩＮＣＯ
Ｍを介してローカル・ステーションに対し、現時点での
エネルギー累算、または各ステーションにおいて累算さ
れたエネルギーの“瞬間値”を“スナップショット”せ
よという指令が送信される。しかし、真正かつ有効な指
令効果を得るためステップ２１３において約数ミリセコ
ンドの残り時間を不動作時間として設定することにより
この段階で冗長性が利用され、次いで、ライン２１４を
通ってステップ２１５に進み、別の“スナップショッ
ト”指令がライン２１６からＩＮＣＯＭを介してローカ
ル・ステーションへ送信される。

【００８３】次いで、累積値を知り、有効なエネルギー
値が要求されているかどうかをチェックするため、すべ
てのステーションから個別のポーリングが行なわれる。
このルーチンはライン２１７でスタートし、ローカル・
ステーションの番号ｉがアドレスされ、ステップ２１８
においてｉが１にセットされる。次いで、ステップ２２
０においてローカル・ステーションの総数ｎに達するま
でステップ２２７においてカウントが１つずつ増える。
ステップ２２０においてｉ＝ｎになると、システムはラ
イン２２１を通ってポーリングのため新しい一連のｎ個
のステーションに進む（図４４のルーチンのライン２２
２）。もしシステムが未だステーションのポーリング中
であるなら、（ステップ２２０からの）ライン２２３を
通ってステップ２２４に進み、アドレスされているステ
ーションのためにタイマーがゼロに初期設定され、ロー
カル・ステーションにおける累計エネルギーを知るた
め、また、必要なら受信情報の有効性を確かめ、有効で
なければコールし直すためライン２２５を通ってシステ
ムが図４５のルーチンに進む。

【００８４】図４３のフローチャートのステップ２２６
は後述する図４５のフローチャートと連携する。ステッ
プ２２０においてｎに達するまでそれぞれのｉ値が１つ
ずつ増大してすべてのステーションについてエネルギー
情報が収集されたら、新しいタイムインターバル（５分
間）に改めてポーリング指令があたえられる。すべての
ステーションのエネルギー情報が収集されたら（ライン
２２１上に示すＹ）、システムはステーション・ポーリ
ングのため図４４のライン２２２に進む。ステップ２２
０においてノーなら、ライン２２３を通ってシステムが
図４５に示すルーチンであるステップ２２６に進む。

【００８５】図４３のステップ２２６において、各ステ
ーションにおけるエネルギーを算定するためポーリング
が行われる。ステップ２３０にｉ＝１に初期設定され
る。即ち、最初のステーションがアドレスされる。次の
ステーション（ステップ２４０におけるｉ＝ｉ＋１）に
進む前に、ステップ２３６において受信エネルギーが妥
当かどうかが判定される。もしイエスなら、ライン２４
１を通って次のステーションに進む（すべてのステーシ
ョンが処理される、即ち、ステップ２３２においてｎに
達するまで）ステップ２４０においてｉに１が加算され
る。すべてのステーションが処理されたら、ライン２３
３を介してシステムはステップ２３４に進み、５分間の
タイムインターバルが経過したかどうかが確められる。
もしイエスなら、システムは図４３のステップＡに戻
り、ノーなら、有効な回答を求めてステップ２３６から
ライン２３７を通って図４５のフローチャート・ルーチ
ンに進む。ライン２３９でエネルギーが正しく受信され
ると、システムはステップ２３４に進む。

【００８６】（図４３のステップ２２６からライン２２
６´を通って）フローチャートは図４５のステップ２５
０に進み、ローカル・ステーション状態リクエストがＩ
ＮＣＯＭを介して送信される。次いでステップ２５１に
おいて“アドレスされたステーションは回答したか”と
いう質問が提示される。もしノーなら、ステップ２５２
においてこの事実が確認され、ライン２５３を通ってス
テップ２５４に進み、リターンとなる。ステップ２５１
においてイエスなら、ステップ２５５において状態が
“アラーム”であるかどうかが判定される。もしイエス
なら、ステップ２５７においてこれが確認され、ライン
２５８及び２５３を通ってステップ２５４に進み、リタ
ーンとなる。もしステップ２５５においてアラームでな
いことか検知されると、ステップ２６０において、“エ
ネルギー・レディ状態が得られたかどうか”が判定され
る。もしイエスなら、ライン２６２によりＩＮＣＯＭを
介してエネルギー（キロワット時）を返信するようステ
ーションが要求される。

【００８７】ステップ２６３における回答が肯定的な
ら、ステップ２６４においてＫＷＨが求められ、ステッ
プ２６５において有効であると認識され、ライン２６６
を通ってステップ２５４に進み、リターンとなる。ステ
ップ２６３における回答がノーなら、ステップ２６７に
おいて状態が未知であることが確認され、ライン２６８
を通ってステップ２５４に進み、リターンとなる。ステ
ップ２６０においてノーなら、システムはステップ２６
９において（ライン２７０を介して）ステーションに改
めてリクエストする。この場合、ライン２７３を通って
ステップ２５４に戻る前にステップ２７２においてタイ
マーによって時間遅延が設定される。

【００８８】さらに別の実施例において、エネルギー・
モニター・システムはユーザーの電流、電圧及び電力需
要を個別にモニターできるように設計変更することが可
能である。図４６−５０は、ユーザーの個別の電流、電
圧、電力消費のモニターを可能にするエネルギー・モニ
ター・システム・ファームウエアの一例を示すフローチ
ャートである。特に図４６及び４７を参照して、このフ
ローチャートは、１２５において各相のエネルギーをス
ケーリングし合計してエネルギーの請求書を出す指令を
発する前に３０１において各相の平均電力を算定しその
得られた値をスケーリングして記憶させる指令を与える
ように変更されている。その後、エネルギー算定指令の
後に、３０３における各相の電流及び電圧のＲＭＳ値を
算定してスケーリングし記憶させる指令、３０５におけ
る各相の皮相電力を算定しスケーリングし記憶させる指
令、３０７における各相の無効電力を算定しスケーリン
グし記憶させる指令、３０９における力率を算定し記憶
させる指令が続く。

【００８９】図４８−５０を参照して、サンプル・ルー
チンのフローチャートは、１５１′における電流モード
での電流ＩＡのＡ／Ｄ変換及びその記憶、並びに１５
１′のＡ／Ｄ変換の結果が０に等しければ１５４′にお
ける電圧モードでの電流ＩＡのＡ／Ｄ変換及びその記憶
が可能なように変更されている。同様に、相Ｂ及びＣに
おいて、１６１′における電流モードでの電流ＩＢのＡ
／Ｄ変換及びその記憶、並びに１６１′のＡ／Ｄ変換の
結果が０に等しければ１６４′における電圧モードでの
電流ＩＢのＡ／Ｄ変換及びその記憶が可能なように、ま
た１７１′における電流モードでの電流ＩＣのＡ／Ｄ変
換及びその記憶、並びに１７１′のＡ／Ｄ変換の結果が
０に等しければ１７４′における電圧モードでの電流Ｉ
ＣのＡ／Ｄ変換及びその記憶が可能なように変更されて
いる。

【００９０】図５０を参照して、各相の電圧及び電流の
値が変換後記憶されると、上述したＲＭＳ及び電力の計
算に用いる値を二乗し、合計しそして記憶させる指令が
発せられる。詳しくは、各パスのＩＡ ｘ ＩＡを合計
し記憶させる指令が３１１において発せられ、同様な指
令が総電流ＩＢ及びＩＣについては３１３、３１５にお
いて発せられる。各パスのＶＡ ｘ ＶＡを合計し記憶
させる指令は３１７において発せられ、同様な指令が総
電圧ＶＢ及びＶＣについては３１９、３２１において発
せられる。計算により求めた値はスケーリングのために
それぞれ２５６で割算される。その後３２３において共
通リターン指令が発せられる。フローチャートの最後の
ステップから明らかなように、Ａ／Ｄ変換の後相Ａにつ
いてはＶＡ及びＩＡのサンプルが、相ＢについてはＶＢ
及びＩＢのサンプルが、また相ＣについてはＶＣ及びＩ
Ｃのサンプルが取り出され、これらのサンプルから相ご
とに電力の値が計算されて３つの相が合計される。

【００９１】計算により求めるエネルギー値に関し、電
力、電流及び電圧のモニターは種々のローカル・ユーザ
ーにつき全てのステーションのバックパック・ユニット
により行われるが、その結果はパソコン・ステーション
により上述の通信ネットワークを介して全てのステーシ
ョンから任意の時に回収できる状態にある。これはパソ
コン・ステーション、または任意の他の選択したステー
ションで全体の電気的需要をモニターするために使用可
能である。前述したように、そして図５１で示すよう
に、ライン４０、４２によりサンプラーに従って作動さ
れるＡ／ＤコンバーターＡＤＣへサンプルされた信号が
ライン３２により印加される。ライン４４上の出力デジ
タル信号はプロセッサ３２５へ送られ、そこでエネルギ
ー、電力、ＲＭＳ電圧及びＲＭＳ電流値が取り出され
る。これらの値は新しいサンプリングにより得られる量
により絶えず更新され、ライン５０を介してスナップシ
ョット指令が発せられることによりこれらの値が蓄積さ
れる。蓄積された値はライン５１ｎ上に出力するため、
ライン５０からのソフトウエアによる指令でネットワー
クにとってアクセス可能である。上述したように、中央
コンピューター・ステーションはレジスターに蓄積され
た情報を集めるためステーションに個々にポーリングす
る能力を備えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はローカル・ユーザーに属する複数の遮断
器と個別のバックパック・ユニットを介して接続するエ
ネルギー・モニター・システムを組み込んだ分電盤装置
を略示する構成図である。

【図２】部分図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１に示し
た遮断器の１つの正面図及び頂面図である。

【図３】部分図（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ図
１に示した本発明のバックパック・ユニットの１つの正
面図、頂面図及び側面図である。

【図４】図４は遮断器と接続している状態でバックパッ
ク・ユニットを示す図３（Ｂ）と同様の図である。

【図５】図５は図１に示した遮断器の１つの正面図であ
り、入出ケーブルラインに２つの対向端子がそれぞれ接
続され、連携のバックパック・ユニットがローカル負荷
の出ケーブルライン側にプラグインされた状態を示し
た。

【図６】図５は図１に示した遮断器の１つの頂面図であ
る。

【図７】部分図（Ａ）は図３（Ａ）と同様に図１に示し
たバックパック・ユニットの１つを示す正面図であり、
部分図（Ｂ）は部分図（Ａ）のバックパック・ユニット
の断面図である。

【図８】図８は図７（Ａ）のバックパック・ユニットの
別の断面図である。

【図９】部分図（Ａ）はケーブルラインが軸方向に貫通
するプリント回路板のリム付近に設けられた図３，図７
または図８のバックパック・ユニットの耳を示す正面図
であり、部分図（Ｂ）は部分図（Ａ）に対応する断面図
である。

【図１０】図１０は図１の２つのプリント回路板を並置
状態で示す平面図である。

【図１１】図１１は２つのプリント回路板を囲むバック
パック・ユニットの内部構造を、プリント回路板が並置
されている状態で示す斜視図である。

【図１２】図１２は２つのプリント回路板を囲むバック
パック・ユニットの内部構造を、折り重ねた組立て状態
で示す斜視図である。

【図１３】図１３はバックパック・ユニット及びそのカ
バーの底部ケーシングを、図１２の機能ユニットを挟ん
だ状態で示す分解図である。

【図１４】部分図（Ａ）及び（Ｂ）は図１３のバックパ
ック・ユニットに使用される底部ケーシングとカバーを
分離して示す斜視図である。

【図１５】図１５はバックパック・ユニット内の機械的
及び電気的接続を示す概略図である。

【図１６】図１６はそれぞれがローカル・ユーザーに属
する対応の遮断器と接続しているかまたは接続される複
数のスレーブ・バックパック・ユニットにパソコンＰＣ
オペレーター制御ステーションが接続し、共通の通信ラ
インを介してモニターが行なわれ、必要に応じてデータ
収集ステーションも組み込まれている本発明のエネルギ
ー・モニター・システムの構成図である。

【図１７】図１７はバックパック・ユニット内で両プリ
ント回路板の間に遮断器端子感知手段とパソコンＰＣ通
信ラインの下位リンク手段との間のインターフェースを
形成する両プリント回路板の対面関係を示す分解図であ
る。

【図１８】図１８はトランスデューサーのプリント回路
板に含まれる電流及び電圧感知手段を示す回路図であ
る。

【図１９】図１９は図１８のプリント回路板の内部回路
を示す回路図である。

【図２０】図２０はパソコンＰＣに至るＩＮＣＯＭ通信
ラインと接続するプリント回路板によってデジタル方式
で行なわれる基本的作用を示す簡略図である。

【図２１】図２１は本発明のエネルギー・モニター・シ
ステムの全体図である。

【図２２】図２２はパソコンＰＣに至るＩＮＣＯＭ通信
ラインと拡張モード・スレーブ関係となるように設けた
本発明のバックパック・ユニットを示す回路図である。

【図２３】図２３はＳｕｒｅ Ｐｌｕｓ Ｃｈｉｐを介
してバックパック・ユニットのデジタル・プリント回路
板とＩＮＣＯＭ通信ラインの接続を示す構成図である。

【図２４】図２４は図１７のＩＮＣＯＭ通信ラインとＳ
ｕｒｅ Ｐｌｕｓ Ｃｈｉｐの間のインターフェースを
示す構成図である。

【図２５】図２５は図２４の回路の実施に用いる回路を
示す。

【図２６】図２６は本発明のバックパック・ユニットの
デジタル・プリント回路の一部を示す回路図である。

【図２７】図２７は本発明のバックパック・ユニットの
デジタル・プリント回路の一部を示す回路図である。

【図２８】図２８は本発明のバックパック・ユニットの
デジタル・プリント回路の一部を示す回路図である。

【図２９】図２９は図２６−２８の回路において電流及
び電圧プリント回路板から信号を受信するコネクターを
示す構成図である。

【図３０】図３０は図２６−２８の回路板における電源
回路の回路図である。

【図３１】図３１は本発明の好ましい実施態様によるサ
ンプリング・プロセス下に円周上に分布する第１オクタ
ーブを構成する８つのサンプルを示す説明図である。

【図３２】部分図（Ａ）は２組の連続するサンプル・オ
クターブの分布を半サイクルで示し、部分図（Ｂ）は対
応の基本波半サイクルを示すグラフである。

【図３３】部分図（Ａ）は入力信号とチップＳＰとの間
のインターフェース；部分図（Ｂ）及び（Ｃ）はＡ／Ｄ
変換プロセスに際してのチップの電圧及び電流モード動
作；部分図（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ両モードに対応
する等価回路である。

【図３４】図３４は入力信号に応じて電圧モードから電
流モードに切り換えるチップＳＰの回路である。

【図３５】図３５は両モードに対応する基本波をそれぞ
れ示す説明図である。

【図３６】図３６は図３３（Ｂ）及び３３（Ｃ）の電流
及び電圧モードを行なわせるため図２６のチップＳＰに
設けた回路を示す回路図である。

【図３７】図３７は本発明によってユーザー・ステーシ
ョンにおいて電流及び電圧をサンプリングし、エネルギ
ーを計算し、現時点総エネルギーを累算する際のエネル
ギー・モニター・システムの動作を示すフローチャート
である。

【図３８】図３８は本発明によってユーザー・ステーシ
ョンにおいて電流及び電圧をサンプリングし、エネルギ
ーを計算し、現時点総エネルギーを累算する際のエネル
ギー・モニター・システムの動作を示すフローチャート
である。

【図３９】図３９は本発明によってユーザー・ステーシ
ョンにおいて電流及び電圧をサンプリングし、エネルギ
ーを計算し、現時点総エネルギーを累算する際のエネル
ギー・モニター・システムの動作を示すフローチャート
である。

【図４０】図４０は本発明によってユーザー・ステーシ
ョンにおいて電流及び電圧をサンプリングし、エネルギ
ーを計算し、現時点総エネルギーを累算する際のエネル
ギー・モニター・システムの動作を示すフローチャート
である。

【図４１】図４１はエネルギー・モニター・システムに
おけるパソコンＰＣステーションからのスナップショッ
ト動作を示すブロックダイヤグラムである。

【図４２】図４２はエネルギー・モニター・システムの
全体的なブロックダイヤグラムである。

【図４３】図４３は図４１及び４２のエネルギー・モニ
ター・システムの動作を説明するフローチャートであ
る。

【図４４】図４４は図４１及び４２のエネルギー・モニ
ター・システムの動作を説明するフローチャートであ
る。

【図４５】図４５は図４１及び４２のエネルギー・モニ
ター・システムの動作を説明するフローチャートであ
る。

【図４６】図４６は電流と電圧をサンプルし、エネルギ
ー、ＲＭＳ電流及び電圧値、平均電力、皮相電力、無効
電力並びに力率を計算するユーザー・ステーションにお
けるエネルギー・モニター・システムの動作をしめすフ
ローチャートの一部である。

【図４７】図４７は電流と電圧をサンプルし、エネルギ
ー、ＲＭＳ電流及び電圧値、平均電力、皮相電力、無効
電力並びに力率を計算するユーザー・ステーションにお
けるエネルギー・モニター・システムの動作をしめすフ
ローチャートの一部である。

【図４８】図４８は電流と電圧をサンプルし、エネルギ
ー、ＲＭＳ電流及び電圧値、平均電力、皮相電力、無効
電力並びに力率を計算するユーザー・ステーションにお
けるエネルギー・モニター・システムの動作をしめすフ
ローチャートの一部である。

【図４９】図４９は電流と電圧をサンプルし、エネルギ
ー、ＲＭＳ電流及び電圧値、平均電力、皮相電力、無効
電力並びに力率を計算するユーザー・ステーションにお
けるエネルギー・モニター・システムの動作をしめすフ
ローチャートの一部である。

【図５０】図５０は電流と電圧をサンプルし、エネルギ
ー、ＲＭＳ電流及び電圧値、平均電力、皮相電力、無効
電力並びに力率を計算するユーザー・ステーションにお
けるエネルギー・モニター・システムの動作をしめすフ
ローチャートの一部である。

【図５１】図５１はエネルギー・モニター・システムと
共に動作するコンピューター・ステーションの動作を示
すブロック図である。

【符号の説明】

ＰＣ パソコン ＣＢ 回路遮断器 ＢＰＵ バックパック・ユニット ＰＮＢ 分電盤 ＩＮＣＯＭ 双方向通信ライン ＰＣＢＡ、ＰＣＢＢ プリント回路板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド マイケル オラベッツ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ギブ ソニア ブロンウィン コート 5111 (72)発明者 ロバート トレィシー エルムズ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 モン ロービル ハートウッド ドライブ 735 (72)発明者 ジョセフ チャールス エンゲル アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 モン ロービル オーバールック サークル 107 (72)発明者 フランク クランチャー アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ サテライト サークル 1255 (72)発明者 トーマス ジョセフ ケニー アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ バー ハーバー ドライブ 717 (72)発明者 クライデ オーウェン ピーターソン アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ マウント フード ドライブ 933 (72)発明者 デニス アーミン ムエラー アメリカ合衆国 ノース カロライナ州 アッシュビル バラントリー ドライブ 83 (72)発明者 リチャード バーンズ ベル アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ モートン ロード 2525 (72)発明者 ロバート リー キャサー アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ター トル クリーク ブラウン アベニュー 611 アパートメント 207

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形ケース、入端子ラインケーブルと接
   続するための少なくとも１つの端子雌耳、及び出負荷ラ
   インと接続するための少なくとも１つの端子耳を有する
   既設ローカル遮断器と併用されるバックパック・ユニッ
   トにおいて、前記バックパック・ユニットが前記遮断器
   に取り付け可能なハウジングと、前記ハウジング内に取
   り付けられてラインケーブルの電流及び電圧を表わすア
   ナログ信号を形成するトランスデューサー手段と、前記
   ハウジング内に取り付けられて前記アナログ信号をデジ
   タル信号に変換することによりローカル・ステーション
   の消費電力を表わすデジタル信号を形成するデジタル手
   段とを含むことを特徴とするバックパック・ユニット。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のバックパック・ユニッ
   トにおいて、ローカル・ステーションの消費電力を表わ
   す前記デジタル信号を遠隔の情報収集装置へ送信できる
   ように前記ハウジング内に設けた通信手段と、前記ハウ
   ジング内に設けられ、前記通信手段と協働してローカル
   ・ステーションの消費電力を表わす前記デジタル信号を
   ステーションごとに記憶する記憶手段を含むことを特徴
   とするバックパック・ユニット。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のバックパック・ユニッ
   トにおいて、１対のプリント回路板を含み、前記デジタ
   ル手段、記憶手段及び通信手段を一方の前記プリント回
   路板に、前記トランスデューサー手段を他方の前記プリ
   ント回路板にそれぞれ取り付け、前記ハウジング及び前
   記１対のプリント回路板に互いに整列する孔を形成した
   ことを特徴とするバックパック・ユニット。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のバックパック・ユニッ
   トにおいて、前記ハウジングが前記整列孔の近くに配置
   され、前記トランスデューサー手段に接続されて前記遮
   断器の端子雌耳と協働する雄プラグを含み、前記トラン
   スデューサー手段が前記他方のプリント回路板の前記整
   列孔を囲む電流トランスデューサーを含み、前記通信手
   段がローカル・ステーションの消費電力を表わす前記デ
   ジタル信号を前記遠隔情報収集装置へ送信するためのデ
   ジタル・メッセージ・フォーマットに符号化する下位リ
   ンク・モジュールを含むことを特徴とするバックパック
   ・ユニット。
5. 【請求項５】 成形ケース、入端子ラインケーブルと接
   続するための少なくとも１つの端子雌耳及びローカル負
   荷ステーションと接続する出ラインを有する既設のロー
   カル遮断器と併用されるバックパック・ユニットにおい
   て、前記遮断器入端子ラインケーブルと直交するように
   互いに平行に並置され、前記入端子ラインケーブルを挿
   通するための少なくとも１つの中央整列孔を有する２枚
   のプリント回路板を含み、一方の前記プリント回路板が
   端子ラインケーブルの電流及び電圧を表わすアナログ信
   号を形成するためのトランスデューサー手段を含み、他
   方の前記プリント回路板が前記アナログ信号をデジタル
   信号に変換する手段と、前記デジタル信号に応答して前
   記端子ラインケーブルを介してローカル・ステーション
   の消費電力を表わすデジタル信号を形成する手段と、前
   記消費電力を表わすデジタル信号を出力するコネクター
   手段を有し、前記１対のプリント回路板が前記アナログ
   信号を前記一方のプリント回路板から前記他方のプリン
   ト回路板へ送るように接続されており、対応の整列中心
   孔を有する前記１対のプリント回路板のハウジングがこ
   れに内臓されて前記トランスデューサー手段と接続する
   雄耳を含み、前記雄耳がハウジングの外側へ突出し、前
   記既設遮断器の成形ケースにハウジングを取り付けると
   前記遮断器の端子雌耳と接続し、前記プリント回路板の
   平面において前記入端子ラインケーブルと直交する平面
   内に突出する前記遮断器の成形ケースの断面積に等しい
   かまたはこれよりも狭い断面積を有することを特徴とす
   るバックパック・ユニット。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のバックパック・ユニッ
   トにおいて、パソコン及び前記他方のプリント回路板と
   接続する双方向通信ライン手段を含み、前記パソコンが
   前記デジタル手段とデジタル方式で非同期的に交信する
   ことにより前記信号形成手段の動作を開始させると共に
   前記消費電力信号を出力させ、前記通信ライン手段が前
   記消費電力信号を前記ローカル・ステーション消費電力
   のデジタル符号化値に変換するための下位リンク・モジ
   ュールを含み、前記デジタル符号化値には前記通信ライ
   ン手段を介して非同期的に逐次送信するためのメッセー
   ジ・フォーマットが与えられていることを特徴とするバ
   ックパック・ユニット。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のバックパック・ユニッ
   トにおいて、前記ローカル・ステーション消費電力の瞬
   時値の導出を開始させるため前記パソコンが前記通信ラ
   イン手段を介して前記下位リンク・モジュールを瞬間的
   にアドレスすることを特徴とするバックパック・ユニッ
   ト。