JP2013120152A

JP2013120152A - 計測システム

Info

Publication number: JP2013120152A
Application number: JP2011269149A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nishikawa; 誠西川; Akimi Shiokawa; 明実塩川; Hideaki Nagatoshi; 英昭永利; Yoshito Mutsuno; 慶人陸野; Shogo Ichimura; 省互一村; Fumitoshi Ogaki; 史迅大垣
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-17

Abstract

【課題】増設ユニットの増設に伴ってシステムの動作が不安定になるのを防止する。
【解決手段】本体ユニットＭの処理部10は、起動後に切替部15を開成した状態で情報線４に定電圧を印加し、情報線４に流れる電流値を計測して情報線４に接続されている抵抗素子の合成抵抗の値を算出する。処理部10は、増設されている全ての増設ユニットS1〜S3の最大消費電流の総量(400mA)と上限値(400mA)を比較し、総量が上限値を超えていないと判断して切替部15を閉成させる。一方、増設されている全ての増設ユニットS1〜S4の最大消費電流の総量が上限値を超えた場合、本体ユニットＭの処理部10は切替部15を閉成させない。したがって、増設ユニットS1〜S3の最大消費電流の総量(総和)が電源部14の給電能力を超えることがないから、本体ユニットＭ並びに増設ユニットS1〜S3の何れの動作も不安定になることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力量や温度、湿度などの物理量を計測する計測システムに関する。

従来の計測システムとして、例えば、特許文献１に記載されている電力量計測システム(多回路電力量計)がある。この従来例は、複数回路の電力量を各別に計測する計測装置本体と、計測装置本体に接続される１乃至複数の増設ユニットとを備え、計測装置本体に増設ユニットが接続(増設)されることで計測装置本体が装備する回路数以上の回路の電力量の計測を可能とする。

また、別の計測システムとして、それぞれに同種又は異種の物理量(電力量や温度、湿度など)を計測する１乃至複数の増設ユニットと、各増設ユニットで計測される計測値を収集して管理する本体ユニットとを有する計測システムがある。

上記何れの計測システムにおいても、増設ユニットの設置場所の自由度を高めるため、計測装置本体や本体ユニットから各増設ユニットに動作用の電力が供給される。ただし、計測装置本体や本体ユニットが備える電源部(電源回路)の容量に応じて接続可能(電源供給可能)な増設ユニットの台数に限りがある。

特開２００５−５５４０４号公報

しかしながら、施工ミスなどによって本体ユニットの電源部の給電能力を超える台数の増設ユニットが増設されてしまった場合、電源部の電力供給が不足して増設ユニットや本体ユニットの動作が不安定になってしまう虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、増設ユニットの増設に伴ってシステムの動作が不安定になるのを防止することを目的とする。

本発明の計測システムは、電力量や温度、湿度などの物理量を計測する計測手段を備える１乃至複数の増設ユニットと、前記増設ユニットで計測される物理量のデータを収集して管理する本体ユニットとを有する計測システムであって、前記本体ユニットは、給電線を介して前記増設ユニットに動作用の電力を供給する給電手段と、前記給電線を介して前記給電手段に接続されている前記増設ユニットに関する情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段で取得される前記情報に基づいて前記増設ユニットに供給すべき電力の総量を求め、前記電力の総量が前記給電手段の給電量の上限値を超えているときは前記給電手段の給電を中止し、前記電力の総量が前記上限値を超えていないときは前記給電手段に給電を行わせる制御手段とを備えることを特徴とする。

この計測システムにおいて、前記増設ユニットは、自らが消費する電力の最大値に関する情報を保持する情報保持手段を備え、前記本体ユニットの前記情報取得手段は、前記情報保持手段から保持する前記情報を取得することが好ましい。

この計測システムにおいて、前記情報保持手段は、前記最大値に対応した抵抗値を持つ抵抗素子からなり、前記情報取得手段は、前記抵抗素子の抵抗値に応じた物理量を検出することで前記情報を取得することが好ましい。

この計測システムにおいて、前記情報保持手段は、消費電流の最大値に対応した抵抗値を持つ抵抗素子からなることが好ましい。

この計測システムにおいて、前記抵抗素子は、前記給電線に並列に接続され、前記情報取得手段は、前記給電線に定電圧が印加されたときに流れる電流の大きさから前記情報を取得することが好ましい。

この計測システムにおいて、前記増設ユニットは、前記本体ユニットと通信する通信手段と、前記給電線を介した前記計測手段への給電の実行と停止を切り替える切替手段と、少なくとも前記計測手段を除いた消費電力の情報を保持する前記情報保持手段と、前記記憶手段を含む消費電力の最大値の情報を記憶した記憶手段とを備え、前記本体ユニットは、前記増設ユニットの前記通信手段と通信して前記記憶手段に記憶されている前記消費電力の最大値の情報を取得する通信手段を備え、前記制御手段は、前記通信手段で取得する前記消費電力の最大値の情報に基づき、前記上限値を超えない範囲で前記計測手段に給電可能な前記増設ユニットを選択し、選択した前記増設ユニットに対して前記切替手段を給電実行に切り替えるように指示し、前記切替手段は、前記本体ユニットからの指示に応じて給電の実行と停止を切り替えることが好ましい。

この計測システムにおいて、前記増設ユニットは、固有のアドレスを生成するアドレス生成手段を備え、前記情報取得手段は、前記アドレス生成手段で生成される前記アドレスを前記情報として取得し、前記制御手段は、前記情報取得手段で取得される前記アドレスに基づいて前記増設ユニットに供給すべき電力の総量を求めることが好ましい。

この計測システムにおいて、前記増設ユニットは、前記給電線に対し、前記本体ユニットから見て後段に接続される他の増設ユニットの有無を検知する検知手段と、前記検知手段で前記他の増設ユニットが検知されない場合に前記給電線を介した後段への給電を停止させる給電停止手段とを備えることが好ましい。

本発明の計測システムは、増設ユニットの増設に伴ってシステムの動作が不安定になるのを防止することができるという効果がある。

本発明に係る計測システムの実施形態１を示し、(ａ)はシステム構成図、(ｂ)は情報保持部のブロック図である。本発明に係る計測システムの実施形態２を示すシステム構成図である。本発明に係る計測システムの実施形態３を示し、(ａ)はシステム構成図、(ｂ)はアドレス生成部のブロック図である。同上における検知手段を示す回路図である。

(実施形態１)
本実施形態の計測システムは、図１(ａ)に示すように１台の本体ユニットＭと、１乃至複数台の計測ユニットS1，S2，…，Snとで構成される。

計測ユニットSi(i=1,2,…,n)は、処理部20、センサ部21、データ通信部22、アドレス設定部23、情報保持部24などを備える。センサ部21は、電圧や電流、温度、湿度などの物理量を検出し、検出した物理量を電気信号に変換して処理部20に出力する。ただし、各物理量を検出するためのセンサについては従来周知であるから詳細な説明を省略する。

処理部20は、マイクロコンピュータを主構成要素とし、センサ部21から受け取る電気信号を信号処理して物理量の計測値(例えば、瞬時電力や電力量、温度、湿度など)を演算する。データ通信部22は、本体ユニットＭのデータ通信部11との間で通信線３を介してポーリング／セレクティング方式のデータ通信を行う。アドレス設定部23は、データ通信部22のデータ通信で使用される固有のアドレスを設定するものであって、例えば、ディップスイッチからなる。情報保持部24は、２線式の情報線４に並列接続される抵抗素子からなる。なお、抵抗素子の抵抗値Ｒは、それぞれの増設ユニットSiにおける定格消費電力に対応した値に設定される。

一方、本体ユニットＭは、処理部10、データ通信部11、データ管理部12、データ出力部13、電源部14、切替部15などを備える。データ通信部11は、各増設ユニットSiのデータ通信部22を定期的にポーリングし、送信すべきデータ(計測値データ)を保持している増設ユニットSiを選択(セレクティング)し、選択した増設ユニットSiのデータ通信部22から通信線３を介してデータを受信する。

データ管理部12は、電気的に書換可能な半導体メモリ(フラッシュメモリなど)からなり、各増設ユニットSiから収集される計測値データを記憶する。処理部10は、マイクロコンピュータを主構成要素とし、データ通信部22で受信するデータをデータ管理部12に書き込んだり、データ管理部12に記憶されているデータをデータ出力部13によって外部に出力させる。データ出力部13は、液晶パネルなどの表示デバイスやメモリカードのカードスロット、あるいは汎用のデータ伝送回路などを有し、処理部10から渡されるデータを液晶パネルに表示させたり、メモリカードに書き込んだり、データ伝送回路により外部機器に伝送させる。

電源部14は、商用電源１から供給される交流電力から直流電力を生成して各部10〜13に動作用の電力を供給し、さらに給電線２に送り配線で接続される各増設ユニットSiに対して各部20〜23の動作用の電力を供給する。切替部15は、給電線２に挿入されるリレーからなり、処理部10から与えられる制御信号に応じて給電線２を開閉する。すなわち、切替部15が開成している状態では電源部14から増設ユニットSiへの給電が停止し、切替部15が閉成している状態で電源部14から増設ユニットSiへの給電が実行される。

ここで、従来技術で説明したように電源部14の給電能力を超える台数の増設ユニットSiが増設されてしまった場合、電源部14の電力供給が不足して増設ユニットSiだけでなく本体ユニットＭの動作までもが不安定になってしまう虞がある。

そこで本実施形態では、本体ユニットＭの処理部10が、給電線２に接続されている増設ユニットSiに関する情報(消費電力に関する情報)を取得し、増設されている全ての増設ユニットSiに供給すべき電力の総量が上限値を超えているときに切替部15を開成させる。一方、増設されている全ての増設ユニットSiに供給すべき電力の総量が上限値を超えていなければ、処理部10は切替部15を閉成させて電源部14から各増設ユニットSiに電力を供給させる。

例えば、電源部14の給電能力(ただし、電流値で表す。)の上限値を400mA(ミリアンペア)とし、増設ユニットS1〜S3の最大消費電流をそれぞれ100mA、200mA、100mAと仮定する。この場合、増設ユニットS1，S3の情報保持部24の抵抗素子は100mAに対応する抵抗値Ｒに設定され、増設ユニットS2の情報保持部24の抵抗素子は200mAに対応する抵抗値Ｒ／２に設定される(図１(ｂ)参照）。

本体ユニットＭの処理部10は、起動後に切替部15を開成した状態で情報線４に定電圧を印加し、情報線４に流れる電流値を計測して情報線４に接続されている抵抗素子の合成抵抗の値を算出する。この場合、合成抵抗の抵抗値は、1/(1/R+2/R+1/R)=R/4となり、消費電流に換算すると400mAとなる。処理部10は、増設されている全ての増設ユニットS1〜S3の最大消費電流の総量(400mA)と上限値(400mA)を比較し、総量が上限値を超えていないと判断して切替部15を閉成させる。その結果、本体ユニットＭの電源部14から増設ユニットS1〜S3への給電が実行されて各増設ユニットS1〜S3が動作を開始する。一方、本体ユニットＭに４台目の増設ユニットS4が増設された場合、増設されている全ての増設ユニットS1〜S4の最大消費電流の総量が上限値を超えてしまうので、本体ユニットＭの処理部10は切替部15を閉成させない。そして、処理部10は、増設ユニットSiの増設台数が過剰であることをデータ出力部13に出力、例えば、表示デバイスにエラー表示させる。

したがって、増設ユニットS1〜S3の最大消費電流の総量(総和)が電源部14の給電能力を超えることがないから、本体ユニットＭ並びに増設ユニットS1〜S3の何れの動作も不安定になることがないものである。なお、本実施形態では本体ユニットＭの処理部10が制御手段に相当する。

(実施形態２)
本実施形態は、図２に示すように各増設ユニットSiに記憶部25と切替部26が追加されている以外、実施形態１と共通の構成を有しているので、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜説明を省略する。

切替部26は、給電線２から処理部20及びセンサ部21への給電路に挿入される常開型のリレーからなり、後述するようにデータ通信部22から与えられる制御信号に応じて閉成される。すなわち、切替部26が開成(オフ)している状態では電力が供給されないことで処理部20及びセンサ部21が停止し、切替部26が閉成(オン)している状態では電力が供給されて処理部20及びセンサ部21が動作する。

記憶部25は、処理部20及びセンサ部21を含む消費電力(消費電流)の最大値の情報(通常モードの最大消費電流値データ)を記憶している。また、本実施形態における情報保持部24は、処理部20及びセンサ部21を除いたデータ通信部22のみの消費電力の情報(低消費モードの最大消費電流値データ)を保持している。

例えば、３台の増設ユニットS1〜S3が増設されており、電源部14の給電能力の上限値を400mAとし、増設ユニットS1〜S3の低消費モードの最大消費電流値を40mA、通常モードの最大消費電流値をそれぞれ100mA、200mA、100mAと仮定する。この場合、増設ユニットS1〜S3の情報保持部24の抵抗素子は40mAに対応する抵抗値Ｒに設定される。

本体ユニットＭの処理部10は、起動後に切替部15を開成した状態で情報線４に定電圧を印加し、情報線４に流れる電流値を計測して情報線４に接続されている抵抗素子の合成抵抗の値を算出する。この場合、合成抵抗の抵抗値は、1/(1/R+1/R+1/R)=R/3となり、消費電流に換算すると120mAとなる。処理部10は、増設されている全ての増設ユニットS1〜S3の低消費モードの最大消費電流の総量が上限値を超えていないと判断して切替部15を閉成させる。その結果、本体ユニットＭの電源部14から増設ユニットS1〜S3への給電が実行され、各増設ユニットS1〜S3が低消費モードの動作を開始する。

次に本体ユニットＭでは、データ通信部11が３台の増設ユニットS1〜S3を順番にポーリングして通常モードの最大消費電流値データの送信を要求する。一方、各増設ユニットS1〜S3では、本体ユニットＭのデータ通信部11からポーリングされたデータ通信部22が記憶部25に記憶されている通常モードの最大消費電流値データを読み出して本体ユニットＭのデータ通信部11に返信する。

本体ユニットＭの処理部10は、各増設ユニットS1〜S3から返信される通常モードの最大消費電流値データをデータ通信部11から取得して通常モードへの切替の可否を判定する。例えば、１台目の増設ユニットS1から返信された通常モードの最大消費電流値(100mA)と、残り２台の増設ユニットS2，S3の低消費モードの最大消費電流値(40mA)との合計値(180mA)は上限値(400mA)を超えていない。故に、処理部10は増設ユニットS1の通常モードへの切替が可能と判定し、増設ユニットS1のデータ通信部22に通常モードへの切替を指示する制御コマンドをデータ通信部11に送信させる。

そして、増設ユニットS1のデータ通信部22は、本体ユニットＭから送信された制御コマンドを受信すると、切替部26を閉成(オン)させて処理部20及びセンサ部21への給電を実行する。その結果、処理部20及びセンサ部21が動作を介して低消費モードから通常モードに移行し、センサ部21の検出結果に基づく計測値データを処理部20からデータ通信部22から本体ユニットＭに送信させる。

また本体ユニットＭの処理部10は、２台目の増設ユニットS2から返信された通常モードの最大消費電流値(200mA)と、通常モードに移行した増設ユニットS1の最大消費電流値(100mA)と、残り１台の増設ユニットS3の低消費モードの最大消費電流値(40mA)との合計値(340mA)を求める。そして、この合成値が上限値(400mA)を超えていないので、処理部10は増設ユニットS2の通常モードへの切替が可能と判定し、増設ユニットS2のデータ通信部22に通常モードへの切替を指示する制御コマンドをデータ通信部11に送信させる。

さらに本体ユニットＭの処理部10は、３台目の増設ユニットS3から返信された通常モードの最大消費電流値(100mA)と、通常モードに移行した増設ユニットS1，S2の最大消費電流値(100mA，200mA)との合計値(400mA)を求める。そして、この合成値が上限値(400mA)を超えていないので、処理部10は増設ユニットS3の通常モードへの切替が可能と判定し、増設ユニットS3のデータ通信部22に通常モードへの切替を指示する制御コマンドをデータ通信部11に送信させる。

上述のようにして全ての増設ユニットS1〜S3が低消費モードから通常モードに切り替えられて動作することになる。

ここで、本体ユニットＭに４台目の増設ユニットS4が増設された場合、増設されている全ての増設ユニットS1〜S4の通常モードの最大消費電流値の合計値が上限値を超えてしまうことになる。故に、本体ユニットＭの処理部10は、４台目の増設ユニットS4に対して通常モードへの切替を指示する制御コマンドを送信せず、増設ユニットSiの増設台数が過剰であることをデータ出力部13に出力させる。なお、４台目の増設ユニットS4は、本体ユニットＭから制御コマンドを受信できなければ、切替部26が閉成されないために処理部20及びセンサ部21が動作しない。

上述のように本実施形態では、本体ユニットＭに接続される順番(位置)とは関係なく、安定的に動作させることが可能な増設ユニットSiを選択することができる。

(実施形態３)
本実施形態は、図３(ａ)に示すように各増設ユニットSiにアドレス生成部27と切替部28が追加されるとともに情報保持部24とアドレス設定部23が省略され、さらに本体ユニットＭ及び増設ユニットSiに後段の増設ユニットSiの有無を検知する検知手段が追加されている。なお、その他の構成については実施形態１と共通であるので、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜説明を省略する。

アドレス生成部27は、図３(ｂ)に示すように論理和回路270と否定回路271を具備し、２線式の情報線４の一方に論理和回路270が挿入され、情報線４の他方に否定回路271が挿入されている。なお、情報線４は、本体ユニットＭにおいてグランドに接地されている。そして、各増設ユニットSiの処理部20は、論理和回路270の出力Ｘと、否定回路271の出力Ｙとの組み合わせ(ＸＹ)を固有のアドレスとする。

切替部28は、給電線２に挿入される常開型のリレーからなり、処理部20から与えられる制御信号に応じて給電線２を閉成(オン)する。すなわち、切替部28が開成(オフ)している状態では電源部14から後段の増設ユニットSi+1への給電が停止し、切替部28が閉成(オン)している状態で電源部14から後段の増設ユニットSi+1への給電が実行される。

また、図４に示すように本体ユニットＭの処理部10及び増設ユニットSiの処理部20のI/Oポートがプルアップ抵抗Rxを介して定電圧Vccにプルアップされている。さらに増設ユニットSiには、２線式の信号線５を介して本体ユニットＭのI/Oポート若しくは前段の増設ユニットSiのI/Oポートに接続されるループ回路６が設けられている。ただし、後段の増設ユニットSiと接続される信号線５の一端はグランドに接地される。

つまり、後段に増設ユニットSiが接続されていなければ、処理部10，20のI/Oポートがハイレベルとなる。一方、後段に増設ユニットSiが接続されていれば、信号線５と後段の増設ユニットSiのループ回路６を介して処理部10，20のI/Oポートがグランドに接続されてローレベルとなる。したがって、処理部10，20は、I/Oポートのレベルに基づいて後段に増設ユニットSiが接続されているか否かを検知することができる。

ここで、本実施形態では、電源部14の給電能力に基づく増設ユニットSiの増設可能な台数が３台までに制限されている。したがって、アドレス生成部27では、情報線４に対して本体ユニットＭの近くに接続されている順番で、本体ユニットＭのアドレス(００）を除く３種類のアドレス(０１)、(１０）、(１１)の何れか１つを生成する。

本体ユニットＭの処理部10は、起動後にI/Oポートのレベルに基づいて増設ユニットS1が接続されているか否かを判断し、接続されていれば、切替部15を閉成(オン)して増設ユニットS1への給電を実行する。

本体ユニットＭから給電されて起動した１台目の増設ユニットS1の処理部20は、アドレス設定部27で生成されるアドレスを確認し、そのアドレスの値(０１)から後段に増設ユニットS2が増設可能であると判断する。さらに増設ユニットSiの処理部20は、I/Oポートのレベルに基づいて後段に２台目の増設ユニットS2が接続されているか否かを判断し、接続されていれば、切替部28を閉成(オン)して増設ユニットS2への給電を実行する。同様に２台目の増設ユニットS2の処理部20も切替部28を閉成(オン)して後段の３台目の増設ユニットS3への給電を実行する。

一方、３台目の増設ユニットS3の処理部20は、アドレス設定部27で生成されるアドレスの値が(１１)であることから、これ以上の増設が不可能と判断し、I/Oポートのレベルに関係なく、切替部28を開成(オフ)状態に維持して後段への給電を行わせない。

而して、本実施形態では、システムの運用中に誤って許容台数以上の増設ユニットSiが増設されても、最終段の増設ユニットSn(上述した例であれば３台目の増設ユニットS3)が後段への給電を停止することにより、システムの動作を不安定になることが防止できる。しかも、最終段の増設ユニットSnにおける切替部28が開成(オフ)状態に維持されることにより、最終段の増設ユニットSnにおける増設用の給電端子(図示せず)に電圧が印加されないために安全性の向上が図れるという利点がある。

Ｍ本体ユニット
Si 増設ユニット
２給電線
10 処理部(情報取得手段、制御手段)
14 電源部(給電手段)
15 切替部(制御手段)
21 センサ部(計測手段)

Claims

電力量や温度、湿度などの物理量を計測する計測手段を備える１乃至複数の増設ユニットと、前記増設ユニットで計測される物理量のデータを収集して管理する本体ユニットとを有する計測システムであって、前記本体ユニットは、給電線を介して前記増設ユニットに動作用の電力を供給する給電手段と、前記給電線を介して前記給電手段に接続されている前記増設ユニットに関する情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段で取得される前記情報に基づいて前記増設ユニットに供給すべき電力の総量を求め、前記電力の総量が前記給電手段の給電量の上限値を超えているときは前記給電手段の給電を中止し、前記電力の総量が前記上限値を超えていないときは前記給電手段に給電を行わせる制御手段とを備えることを特徴とする計測システム。
前記増設ユニットは、自らが消費する電力の最大値に関する情報を保持する情報保持手段を備え、前記本体ユニットの前記情報取得手段は、前記情報保持手段から保持する前記情報を取得することを特徴とする請求項１記載の計測システム。
前記情報保持手段は、前記最大値に対応した抵抗値を持つ抵抗素子からなり、前記情報取得手段は、前記抵抗素子の抵抗値に応じた物理量を検出することで前記情報を取得することを特徴とする請求項２記載の計測システム。
前記情報保持手段は、消費電流の最大値に対応した抵抗値を持つ抵抗素子からなることを特徴とする請求項３記載の計測システム。
前記抵抗素子は、前記給電線に並列に接続され、前記情報取得手段は、前記給電線に定電圧が印加されたときに流れる電流の大きさから前記情報を取得することを特徴とする請求項４記載の計測システム。
前記増設ユニットは、前記本体ユニットと通信する通信手段と、前記給電線を介した前記計測手段への給電の実行と停止を切り替える切替手段と、少なくとも前記計測手段を除いた消費電力の情報を保持する前記情報保持手段と、前記記憶手段を含む消費電力の最大値の情報を記憶した記憶手段とを備え、前記本体ユニットは、前記増設ユニットの前記通信手段と通信して前記記憶手段に記憶されている前記消費電力の最大値の情報を取得する通信手段を備え、前記制御手段は、前記通信手段で取得する前記消費電力の最大値の情報に基づき、前記上限値を超えない範囲で前記計測手段に給電可能な前記増設ユニットを選択し、選択した前記増設ユニットに対して前記切替手段を給電実行に切り替えるように指示し、前記切替手段は、前記本体ユニットからの指示に応じて給電の実行と停止を切り替えることを特徴とする請求項１記載の計測システム。
前記増設ユニットは、固有のアドレスを生成するアドレス生成手段を備え、前記情報取得手段は、前記アドレス生成手段で生成される前記アドレスを前記情報として取得し、前記制御手段は、前記情報取得手段で取得される前記アドレスに基づいて前記増設ユニットに供給すべき電力の総量を求めることを特徴とする請求項１記載の計測システム。
前記増設ユニットは、前記給電線に対し、前記本体ユニットから見て後段に接続される他の増設ユニットの有無を検知する検知手段と、前記検知手段で前記他の増設ユニットが検知されない場合に前記給電線を介した後段への給電を停止させる給電停止手段とを備えることを特徴とする請求項７記載の計測システム。