JP2007104191A - Ｐｌｃ結合器を用いた電力監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】通信異常が生じた場合でも、その間の計測データや、その間に発生した異常を事後的に伝達でき、かつ、安価に構成できる電力監視システムを構築可能にすること。
【解決手段】ＰＬＣ結合器に接続され、電圧値、電流値または電力量の処理を行うメイン処理端末と、メイン処理端末に接続された第１無線通信手段と、メイン処理端末と第１無線通信手段との間でデータ変換を行う第１データ変換手段と、第１無線通信手段と無線通信によるデータ通信を行う第２無線通信手段と、電圧値、電流値または電力量を検出するセンサと、センサに接続され、電圧値、電流値または電力量の計測処理を行うスレーブ処理端末と、第２無線通信手段とスレーブ処理端末との間でデータ変換を行う第２データ変換手段とを備え、スレーブ処理端末または第２データ変換手段は、電圧値、電流値または電力量、またはこれらの値を処理して得られるデータを格納するデータ格納手段を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＰＬＣ結合器を利用した電力監視システムにおいて、無線を使用し、安価で監視性の高いＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムに関する。

従来の電力監視システムとしては、電力監視の警報の通信網を無線化したものがあるが、電力量や電力瞬時値等のデータ伝送網には、有線ネットワークを用いていた（例えば、特許文献１参照）。

特願平９−３６６１５９号公報

従来の電力監視システムは、上述のように構成されていたため、次のような課題があった。
無線通信の電波状況が一時的に悪化した場合に、通信異常が発生すると、警報情報が監視装置に伝達されない場合があった。

また、警報通信網は無線化されていたが、電力消費機器の瞬時値や電力量等の計測データは膨大なデータ量があるため、その伝送には、別途有線のネットワークを使用する必要が発生し、完全に無線化できなかった。このため、レイアウト変更等を行う際に配線工事が必要となり、多大な配線コストを生じさせていた。

また、電力量や瞬時値を無線経由で通信する場合において、異常を報知するための警報信号の通信中に電波状況の悪化によって通信異常が発生すると、通信異常が発生している間の警報信号の積算値が欠落するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、通信異常が生じた場合でも、その間の計測データや、その間に発生した異常を事後的に伝達でき、かつ、安価に構成できる電力監視システムを構築可能にすることを目的とする。

この発明のＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムは、ＰＬＣ結合器と、このＰＬＣ結合器に接続され、電圧値、電流値または電力量に関するデータ処理を行うメイン処理端末と、前記メイン処理端末に接続された第１無線通信手段と、前記メイン処理端末と前記第１無線通信手段との間でデータ変換を行う第１データ変換手段と、前記第１無線通信手段と無線通信によるデータ通信を行う第２無線通信手段と、電圧値、電流値または電力量を検出するセンサと、
前記センサに接続され、電圧値、電流値または電力量の計測処理を行うスレーブ処理端末と、前記第２無線通信手段と前記スレーブ処理端末との間でデータ変換を行う第２データ変換手段とを備え、前記スレーブ処理端末または前記第２データ変換手段は、電圧値、電流値または電力量、またはこれらの値を処理して得られるデータを格納するデータ格納手段を備える。

一時的に無線通信の異常が発生した場合でも、無線通信が復旧した後に最新の瞬時値をＰＬＣ結合器１に送信することができる。このため、無線通信の断絶している間のデータの欠落を抑制することができる。

以下、この発明の各実施の形態に係るＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎの略）結合器を用いた電力監視システムについて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムの構成を概略的に示す図である。
図１に示すように、ＰＬＣ結合器１は、電力監視用ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒの略）３００が接続されたＰＬＣネットワーク１３０に結合されている。
マスタ側に配設されるＰＬＣ結合器１には、電力計測用ネットワークインターフェイスカード２が格納されている。この電力計測用ネットワークインターフェイスカード２には、電力計測用ネットワーク１００を介してマスタ処理端末である電力計測処理端末１０及び第１変換手段であるマスタ変換器２０が接続されている。電力計測処理端末１０は、電圧値、電流値または電力量に関するデータ処理を行う。

マスタ変換器２０には、ネットワーク１１０を介して第１無線通信手段である無線機３０が接続されている。この無線機３０は、無線通信用のアンテナ４０を備える。
なお、ＰＬＣ結合器１は、電力値や後述する電力値等の異常の有無を表示する表示部（図１には図示せず）を備える。この表示部は、ＰＬＣ結合器１の外部から視認可能に配設されており、電力値を表示する表示部と、電圧値や電力量の積算値の異常の有無を表示する表示部とから構成される。後者については、表示色を切り替えることにより、異常を報知するように構成されている。その役割については、図３を用いて説明する。

第２無線通信手段であるスレーブ側の無線機３１は、無線通信用のアンテナ４１を備え、無線電波（計測データ搬送波）２００による計測データをマスタ側の無線機３０から受信する。
無線機３１には、ネットワーク１１１を介して第２変換手段であるスレーブ変換器２１が接続され、このスレーブ変換器２１には、電力計測用ネットワーク１０１を介してスレーブ処理端末である電力計測処理端末１１、１２及び１３が接続されている。
また、電力計測処理端末１１、１２及び１３には、センサ５０、５１及び５２がケーブル６０、６１及び６２を介してそれぞれ図１に示すように接続されている。

これら電力計測処理端末１１、１２及び１３は、センサ５０、５１及び５２によって検出される電圧値、電流値または電力量の計測処理を行うデータ処理部と、センサ５０、５１及び５２によって検出される電圧値、電流値または電力量が前記所定の閾値を超えた場合に異常と判定する異常判定部と、電圧値、電流値または電力量が異常判定部によって異常と判定された場合に、異常フラグを格納する異常状態格納部とを備える。

また、電力計測処理端末１１、１２及び１３は、電圧値、電流値または電力量、またはこれらの値を処理して得られるデータ（例えば、以下で説明する電圧値の瞬時値や電力量の積算値）を格納するデータ格納手段を備えるように構成してもよく、また、このデータ格納手段がスレーブ変換器２１に含まれるように構成してもよい。この点については、図２（ａ）ないし（ｃ）を用いて後述する。

次に、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムにおけるデータ通信動作について説明する。
ＰＬＣ結合器１は、電力計測用ネットワークインターフェイスカード２、電力計測用ネットワーク１００、マスタ変換器２０、無線機３０、スレーブ側無線機３１、スレーブ変換器２１、電力計測用ネットワーク１１１を経由して、計測したいデータを収集するコマンドを電力計測処理端末１１、１２及び１３に発行する。

電力計測処理端末１１、１２及び１３は、電圧値、電流値、及び、電力量の瞬時値及び積算値を計測すると共に、これらの計測値を所定の閾値と比較しながら監視し、いずれかの値に異常がある場合には、異常をスレーブ変換器２１に報知する機能を有する。
具体的には、電力計測処理端末１１、１２及び１３は、ケーブル６０、６１及び６２を介してセンサ５０、５１及び５２から電力量や電流の瞬時値等の計測データを予め収集して格納しておき、マスタ側からコマンドを受けると、ネットワーク１０１を通じて計測データをスレーブ変換器２１に伝達する。

スレーブ変換器２１は、電力計測処理端末１１、１２または１３から計測データを受信すると、これらの計測データを、電力計測用ネットワーク１１１、無線機３１、マスタ側無線機３０、マスタ変換器２０、電力計測用ネットワーク１００及び電力計測用ネットワークインターフェイスカード２を介して、ＰＬＣ結合器１によって指定されたコマンドに対する計測データをＰＬＣ結合器１に伝送する。

ＰＬＣ結合器１は、上述のようにして各端末１１、１２または１３から計測データを収集し、ＰＬＣネットワーク１３０を介して、収集した計測データを電力監視パソコン３００に伝送する。
また、スレーブ側の端末１１、１２及び１３は、上述したように電圧値、電流値、及び、電力量等の計測データの積算値処理機能、及び、瞬時値処理機能を有すると共に、計測データに異常がないかを監視する異常監視機能を有する。
以下、それぞれの機能について説明する。

図２は、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムにおける積算値処理と瞬時値処理の処理内容を示す図である。
なお、ここでは、説明の都合上、端末１１のみがデータ処理部の機能に基づく処理を行う場合について説明するが、端末１２または１３のいずれが異常監視を行っても同様の処理が行われる。

まず、図２（ａ）に示すように、スレーブ変換器２１にパルス積算機能を有する端末１１Ａを接続し、電力量を積算する場合について説明する。
端末１１Ａは、電力量を表すパルスを繰り返し計測しており、現在のカウント値（以下、現カウント値と記す）、前回のカウント値（以下、前カウント値と記す）、及び、カウント値の積算値（以下、積算値と記す）を計測・積算する機能を有し、また、各値を格納するエリアを有する。このエリアは、メモリで構成されるものであり、データ格納手段としての役割を担う。
また、図２に示すように、スレーブ変換器２１は、現カウント値、前カウント値、及び、積算値を格納するスレーブ変換器データエリアを有する。このスレーブ変換器データエリアも、メモリで構成されるものであり、データ格納手段としての役割を担う。

端末１１Ａにパルスが印加されると、端末１１Ａは、端末１１Ａ内の現カウント値のエリアにカウント値が格納される。さらに、端末１１Ａは、前カウント値と現カウント値を合計し、積算（累積）カウント値を自動的に算出して積算値のエリアに書き込む。

ＰＬＣ結合器１は、マスタ変換器２０から無線２００を経由してスレーブ変換器２１及び端末１１Ａに積算値を要求する。この要求を受け取った端末１１Ａは、パルスの積算値をスレーブ変換器２１に返答データとして伝送する。
スレーブ変換器データエリア２１ｂは、相手端末が端末１１Ａであれば、積算値のみを有効に設定し、データを積算値エリアに直接格納する。このようにしてスレーブ変換器データエリアに格納した積算値のデータを無線２００経由にてマスタ変換器２０に送信する。マスタ変換器２０は、ＰＬＣ結合器１に積算値を伝送し、ＰＬＣ結合器１はアプリケーションにて電力量の積算値を表示する。

次に、図２（ｂ）に示すように、パルス積算機能を有しない端末１１Ｂをスレーブ変換器２１に接続する場合について説明する。
端末１１Ｂは、電力量を表すパルスを繰り返し計測しており、電力量の現カウント値を格納するエリアを有する。

端末１１Ｂにパルスが印加されると、端末１１Ｂ内の現カウント値のエリアにカウント値が格納される。ＰＬＣ結合器１は、マスタ変換器２０から無線２００を経由してスレーブ変換器２１及び端末１１Ｂに電力量の積算値を要求する。
この要求を受け取った端末１１Ｂは、電力量のパルスの積算値をスレーブ変換器２１に返答データとして伝送する。

スレーブ変換器データエリア２１ｂでは、相手端末が端末１１Ｂであれば、電力量の現カウント値、電力量の前カウント値、及び、電力量の積算値を全て有効に設定し、まずスレーブ変換器データエリア２１ｂ内の現カウント値にパルスデータを格納する。
スレーブ変換器２１では、前カウント値と積算値が有効になっているため、現カウント値＋前カウント値＝積算値を算出し、その算出結果である積算値を無線２００経由でマスタ変換器２０に伝送する。積算値を受け取ったマスタ変換器２０は、積算値をマスタ変換器データエリア２０ｂに格納する。
マスタ変換器２０は、ＰＬＣ結合器１に積算値を伝送し、ＰＬＣ結合器１はアプリケーションによって電力量の積算値を表示する。

次に、図２（ｃ）を用いて瞬時値処理について説明する。
端末１１Ｃは、電圧値の瞬時値を繰り返し計測しており、電圧値の現在値を格納するエリアを有する。
端末１１Ｃに電圧値が印加されると、端末１１Ｃのデータ格納エリアに電圧の瞬時値が現在値として格納される。
ＰＬＣ結合器１は、マスタ変換器２０から無線２００を経由してスレーブ変換器２１及び端末１１Ｃに電圧の瞬時値を要求する。この要求を受け取った端末１１Ｃは、データ格納エリアに電圧の瞬時値を格納してある電圧の瞬時値をスレーブ変換器２１に返答データとして伝送する。

スレーブ変換器２１は、スレーブ変換器データエリア２１ｂの現在値のエリアのみを有効に設定しておき、端末１１Ｃから伝送された現在値をエリアに格納し、格納した電圧の現在値を無線２００経由でマスタ変換器２０に送信する。
マスタ変換器２０は、ＰＬＣ結合器１に瞬時値を返信データとして伝送し、ＰＬＣ結合器１はアプリケーションにて表示等の処理を実行する。

以上のように、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力計測システムによれば、電圧値、電流値または電力量、あるいはこれらを処理して得られるデータ（例えば、上述した電圧値の瞬時値や電力量の積算値、その他のデータでもよい）をスレーブ側の端末１１ないし１３またはスレーブ変換器２１に格納するので、一時的に無線通信の異常が発生した場合でも、無線通信が復旧した後に最新の瞬時値をＰＬＣ結合器１に送信することができる。このため、無線通信の断絶している間のデータの欠落を抑制することができる。

次に、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムにおける異常監視処理について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムにおける異常監視処理の流れとマスタ側及びスレーブ側でのフラグの状況を示す処理状況説明図である。

具体的には、この図３は、ＰＬＣ結合器１の異常報知表示部の表示状態と、マスタ側の変換器２０及びスレーブ側の変換器２１にそれぞれ設けられたマスタ変換器警報状態エリア２０ａ及びスレーブ変換器警報状態エリア２１ａのフラグの状態と、異常監視を行う端末１１によって検知される異常発生の有無の状態とを時系列的に示す。

マスタ変換器警報状態エリア２０ａには、スレーブ警報状態フラグ及びマスタ警報状態フラグが格納される。
スレーブ変換器警報状態エリア２１ａには、端末警報状態フラグ、スレーブ警報状態フラグ及びマスタ警報状態フラグが格納される。
これらのフラグは警報１点毎に設けられており、複数点の警報を取り込むことが可能である。

ここで、端末１１が異常を検知したときの処理について図３を用いて説明する。
図３に示す状態１は、異常要因が発生した状態である。
この異常要因は例えば、電圧値の瞬時値や電力量の異常である。
電圧値の瞬時値や電力量の異常を検出可能な端末１１によって瞬時値や電力量の異常が検出されると、マスタ変換器２０は、スレーブ変換器警報状態エリア２１ａ内の端末警報状態フラグをＯＮにする（０（オフ）から１（オン）になる）。

このように端末警報状態フラグがＯＮになると、スレーブ変換器２１は、状態２に示すようにスレーブ警報状態フラグをＯＮにする。マスタ変換器２０とスレーブ変換器２１は、無線２００経由にて一定周期で通信しているため、無線経由にてマスタ変換器警報状態エリア２０ａ内のスレーブ警報状態フラグに書き込みが行われ、マスタ変換器警報状態エリア２０ａ内のスレーブ警報状態フラグがＯＮになる。すなわち、異常フラグに基づく異常情報がマスタ処理端末である電力計測処理端末１０に伝達される。

このようにスレーブ警報状態フラグがＯＮになると、マスタ変換器２０は、状態３に示すようにＰＬＣ結合器１に異常発生通知を伝達する。
ＰＬＣ結合器１は、異常発生通知を受けると、アプリケーションにより、表示部を異常発生表示に切り替える。
更に、マスタ変換器２０は、ＰＬＣ結合器１に警報を通知した後に、マスタ警報状態フラグをＯＮにする。
マスタ変換器２０とスレーブ変換器２１の間では、無線経由にて一定周期で通信している為、無線経由にてスレーブ変換器警報状態エリア２１ａ内のマスタ警報状態フラグをＯＮにする。

ここで、スレーブ変換器警報状態エリア２１ａ内のスレーブ警報状態フラグがＯＦＦされる条件は、マスタ警報状態フラグがＯＮで、かつ、端末警報状態フラグがＯＦＦになったことである。
従って、状態４では、マスタ警報状態フラグ及び端末警報状態フラグが共にＯＮであり、スレーブ警報状態フラグはＯＮのまま保持される。

次に示す状態５は、異常要因が無くなった状態である。
この状態では、端末１１から異常発生通知が通知されなくなるため、スレーブ変換器警報状態エリア２１ａ内の端末警報状態フラグがＯＦＦとなり、スレーブ警報状態フラグのＯＦＦ条件が成立する。
続いて、マスタ変換器２０とスレーブ変換器２１との間の無線通信により、マスタ変換器警報状態エリア２０ａ内のスレーブ警報状態フラグがＯＦＦにされる。

次に、状態６では、マスタ変換器２０がＰＬＣ結合器１に異常要因がなくなったことを通知すると共に、マスタ変換器警報状態エリア２０ａ内のマスタ警報状態フラグをＯＦＦする。
ＰＬＣ結合器１は、異常要因がなくなった通知を受けると、異常表示を解除する。また、スレーブ変換器２１内のマスタ警報状態フラグは無線経由にてＯＦＦされる。

以上、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムによれば、スレーブ側で異常状態を示すフラグを格納するので、無線通信に一時的な通信異常が発生した場合においても、無線通信の復旧後に異常発生通知を行うことが可能である。
なお、以上では、電圧値の瞬時値または電力量の積算値を計測する場合について説明したが、電流値の瞬時値を計測するように構成してもよい。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムのシステム構成を示す図である。
無線電波（計測データ搬送波）２００および２０１を介してマスタ側無線機３０に複数のスレーブ側無線機３１、３２等を接続している。すなわち、実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムにスレーブ側無線機３２を付加した構成である。
スレーブ側無線機３１については、実施の形態１におけるスレーブ側無線機３１と同様の構成であり、その説明は省略する。

スレーブ側無線機３２は、無線電波（計測データ搬送波）２０１による計測データを受信するためのアンテナ４２を備え、ネットワーク１１２を介して変換器２２をスレーブ側無線機３１、３２と接続している。
また、変換器２２と電力計測用の端末１４、１５及び１６を電力計測用ネットワーク１０２で接続している。端末１４、１５及び１６には、電力計測用のセンサ５３、５４及び５５がケーブル６３、６４及び６５を介してそれぞれ接続されている。
このように、この発明の実施の形態２に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムによれば、マスタ側とスレーブ側を無線電波で接続しているので、電力計測用ネットワークの系統数や電力計測処理端末の数を増やすことが可能である。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムのシステム構成を示す図である。
この発明の実施の形態３に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムは、マスタ側無線機３０とスレーブ側無線機３１の間に、無線電波（計測データ搬送波）２００および２０２によって搬送される計測データを中継するための中継アンテナ４３を備える。
その他の構成は実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムの構成に準じる。

このように、この発明の実施の形態３に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムは、中継アンテナ４３を備えることにより、無線通信距離を増大させているので、異常の発生をより確実にメイン側に伝達することが可能となり、無線ネットワークの信頼性を向上させることができる。

また、この発明によれば、データ欠けを生じさせることなく電力監視する為の積算値や瞬時値のデータ通信を行なうことができるため、無線ネットワークの信頼性を向上させることができる。
また、電力監視する為の積算値や瞬時値のデータ通信と異常を伝達する通信を全て無線にて確実に行うことができるため、無線を適用することによりレイアウト変更時等における配線工事が不要となり、ケーブル配線配管工事費の削減や工事期間の短縮を図ることができる。

また、無線による通信を行うため、１つのマスタ側無線機３０に複数のスレーブ側無線機を接続することができ、従来は一系統の電力計測用ネットワークしか繋がらなかったシステムでも、無線通信を行うことにより１：ｎ（ｎは整数）の複数の系統の既存電力計測用ネットワークを接続でき、電力計測用ネットワークの系統数や電力計測処理端末の数を増やすことができる。
また、無線部にリピータを接続すれば、無線部分の到達距離を増やすことができる。

この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムの構成を概略的に示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムにおける積算値処理と瞬時値処理の処理内容を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムにおける異常監視処理の流れとマスタ側及びスレーブ側でのフラグの状況を示す処理状況説明図である。 この発明の実施の形態２に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムのシステム構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るＰＬＣ結合器を用いた電力監視システムのシステム構成を示す図である。

符号の説明

１ ＰＬＣ結合器、２ 電力計測用ネットワークインターフェイスカード、１０ 電力計測処理端末、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２、１３、１４、１５、１６ 端末、２０ マスタ変換器、２０ａ マスタ変換器警報状態エリア、２０ｂ マスタ変換器データエリア、２１、２２ スレーブ変換器、２１ａ スレーブ変換器警報状態エリア、２１ｂ スレーブ変換器データエリア、３０ マスタ側無線機、３１、３２ スレーブ側無線機、４０、４１、４２ アンテナ、４３ 中継アンテナ、５０、５１、５２、５３、５４、５５ センサ、６０、６１、６２、６３、６４、６５ ケーブル、８１ 表示部、１００、１０１、１０２ 電力計測用ネットワーク、１１０、１１１、１１２ ネットワーク、１３０ ネットワーク、２００ 無線、３００ 電力監視パソコンＰＣ 電力監視用。

Claims (4)

1. ＰＬＣ結合器と、
   このＰＬＣ結合器に接続され、電圧値、電流値または電力量に関するデータ処理を行うメイン処理端末と、
   前記メイン処理端末に接続された第１無線通信手段と、
   前記メイン処理端末と前記第１無線通信手段との間でデータ変換を行う第１データ変換手段と、
   前記第１無線通信手段と無線通信によるデータ通信を行う第２無線通信手段と、
   電圧値、電流値または電力量を検出するセンサと、
   前記センサに接続され、電圧値、電流値または電力量の計測処理を行うスレーブ処理端末と、
   前記第２無線通信手段と前記スレーブ処理端末との間でデータ変換を行う第２データ変換手段と
   を備え、前記スレーブ処理端末または前記第２データ変換手段は、電圧値、電流値または電力量、またはこれらの値を処理して得られるデータを格納するデータ格納手段を備えることを特徴とするＰＬＣ結合器を用いた電力監視システム。
2. 前記スレーブ処理端末は、電圧値、電流値または電力量の所定の閾値を記憶保持しており、
   前記センサによって検出される電圧値、電流値または電力量が前記所定の閾値を超えた場合に異常と判定する異常判定部と、
   電圧値、電流値または電力量が異常判定部によって異常と判定された場合に、異常フラグを格納する異常状態格納部と
   を備え、前記第２無線通信手段を通じて、前記異常フラグに基づく異常情報を前記マスタ処理端末に伝達することを特徴とする請求項１記載のＰＬＣ結合器を用いた電力監視システム。
3. 前記マスタ処理端末には、無線通信によって複数のスレーブ処理端末が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載のＰＬＣ結合器を用いた電力監視システム。
4. 前記第１無線通信手段と前記第２無線通信手段との間に、無線通信を中継する無線通信中継手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載のＰＬＣ結合器を用いた電力監視システム。

Images