JP2016163369A - 電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でバックアップ用コンデンサの充電時間を短縮する。【解決手段】機器４ならびに機器４に電力を供給する主電源２およびバックアップ用コンデンサ３と接続することができる電源制御装置１であって、主電源２から機器４への電力供給が停止したことを検知した場合に、停電状態信号を機器４に送信する信号送信部１１と、主電源２から機器４への電力供給が停止したときに、機器４への電力供給を開始するバックアップ用コンデンサ３と、バックアップ用コンデンサ３により電力が供給されている機器４における消費電流が、機器４がアイドル状態に移行したことを示す所定値にまで低下したか否かを判定する判定部１２と、判定部１２により、機器４における消費電流が所定値にまで低下したと判定された場合に、バックアップ用コンデンサ３の電力供給を停止させる停止部１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、機器の電源を制御する電源制御装置に関する。

下記特許文献１には、プラント機器を制御するプロセスコントローラにおいて、主電源断が発生した場合に、バックアップ用コンデンサからプラント機器に電力を供給することが開示されている。この特許文献１では、バックアップ用コンデンサとして電気二重層コンデンサを用いている。そして、主電源断が発生したときに、プラント機器のＣＰＵは、電気二重層コンデンサから供給される電力により、保存すべきデータをフラッシュＲＯＭなどの不揮発性メモリに保存させている。さらに、データを保存させた後も電気二重層コンデンサによる電力供給を継続させ、電気二重層コンデンサの電圧が低下してプラント機器のＣＰＵが動作不能になるまでの余裕時間を求めている。特許文献１では、この余裕時間に基づいてバックアップ用コンデンサを交換すべきか判断している。

下記特許文献２には、電源を落とす前にシャットダウン処理を行う装置で主電源スイッチをいきなりＯＦＦにしてしまうと、保存すべきデータがバックアップされず、次回立ち上げ時に再設定する必要があることに鑑み、主電源スイッチを使用者が容易に操作できない位置に配置し、その替りに使用者が容易に操作可能な位置にパワースイッチを設けた装置が開示されている。この特許文献２では、パワースイッチが一定時間以上押下された場合に、シャットダウン処理を開始し、その処理が終了したときにＣＰＵから電源に信号を出力して電源の出力を停止させている。

特開２０１０−８６４４８号公報 特開２００１−２２８９３７号公報

上記特許文献１では、データのバックアップが終了した後も、電気二重層コンデンサが電力を供給し続けることとなり、次回立ち上げ時に行われる充電処理に時間を要してしまうことになる。一方、上記特許文献２では、バックアップが終了した時点で電源を落とすことが可能になるが、ＣＰＵと電源との間に相互にやり取りを行うための回路を追加する必要があり、構成が複雑になってしまう。

本発明は、簡易な構成でバックアップ用コンデンサの充電時間を短縮することができる電源制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電源制御装置は、機器ならびに当該機器に電力を供給する主電源およびバックアップ用コンデンサと接続することができる電源制御装置であって、前記主電源から前記機器への電力供給が停止したことを検知した場合に、停電状態信号を前記機器に送信する信号送信手段と、前記主電源から前記機器への電力供給が停止したときに、前記機器への電力供給を開始するバックアップ用コンデンサと、前記バックアップ用コンデンサにより電力が供給されている前記機器における消費電流が、前記機器がアイドル状態に移行したことを示す所定値にまで低下したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記機器における消費電流が前記所定値にまで低下したと判定された場合に、前記バックアップ用コンデンサの電力供給を停止させる停止手段と、を備えることを特徴とする。

上記所定値を変更するための変更手段を、さらに備えることとしてもよい。

上記機器が複数存在し、前記所定値は、全ての前記機器がアイドル状態に移行したことを示す値であることとしてもよい。

上記主電源から前記機器への電力供給が停止してから所定時間が経過するまでに、前記機器における消費電流が前記所定値にまで低下したと判定されない場合に、アラームを出力する出力手段を、さらに備えることとしてもよい。

上記機器との接続を切り離すための分離手段を、さらに備えることとしてもよい。

本発明によれば、簡易な構成でバックアップ用コンデンサの充電時間を短縮することができる電源制御装置を提供することができる。

第１実施形態における電源制御装置の構成を例示する図である。 第１実施形態の機器における消費電流の推移を例示する図である。 第２実施形態における電源制御装置の構成を例示する図である。 第２実施形態の２台の機器における合計消費電流の推移を例示する図である。

以下、図面を参照して本発明に係る各実施形態について説明する。ただし、以下に説明する各実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

[第１実施形態]
まず、図１を参照して、第１実施形態における電源制御装置の構成について説明する。図１に示すように、電源制御装置１は、主電源２およびバックアップ用コンデンサ３から機器４に対して供給される電力を制御する装置である。

機器４としては、例えば、プラント内に配置される各種の機器が該当する。各種の機器としては、例えば、ファウンデーションフィールドバス技術に対応する機器や、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信機能を搭載する機器、プロフィバス（Profibus）技術に対応する機器がある。これらの機器には、例示的に、流量や圧力、温度等を検出する各種センサ機器から受信した信号に基づく演算を行い、流量制御弁や圧力制御弁等の各種バルブを制御するバルブポジショナ、ポンプやファン等を動作させる各種アクチュエータ等に対し当該演算結果を送信するＩＯモジュールが含まれる。

機器４は、物理構成として、例えば、演算処理手段としてのＣＰＵ４１、記憶手段としてのフラッシュＲＯＭ（不揮発性メモリ）４２やＲＡＭ等のメモリ、通信手段としての通信インターフェース等を備える。

主電源２は、通常に動作している間、機器４に電力を供給する。バックアップ用コンデンサ３は、例えば、停電等により主電源２から機器４への電力供給が停止したときに、機器４への電力供給を開始するバックアップ用の電源である。

バックアップ用コンデンサ３として、例えば、電気二重層コンデンサを用いることが好ましい。一般に、電気二重層コンデンサは、バッテリ等に比べて容量が少ないため、充電時間を短縮できるという特性がある反面、十分な電力を供給できる時間が短いという特性がある。

本発明は、このような特性を有する電気二重層コンデンサを、主電源のバックアップ用電源として採用し、停電が発生したとき等に電気二重層コンデンサから機器４への電力供給を開始し、データのバックアップ処理が終わり次第、機器４への電力供給を停止させることとしたものである。これにより、電気二重層コンデンサの充電時間が短いという特性を活かしつつ、コンデンサの電荷消費の削減や消耗の抑制を図ることが可能となる。

電源制御装置１は、物理構成として、例えば、演算処理手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ、通信手段としての通信インターフェース等を備える。電源制御装置１は、ＣＰＵが、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行し、通信インターフェースを介して受信されるメッセージや、ＲＡＭに展開されるデータ等を処理することで、以下の機能構成を実現する。

電源制御装置１は、機能構成として、例えば、信号送信部１１と、判定部１２と、停止部１３と、変更部１４とを有する。

信号送信部１１は、主電源２から機器４への電力供給が停止したことを検知した場合に、停電状態信号を機器４に送信する。停電状態信号は、停電が発生したことを示すステータス信号である。

ここで、機器４のＣＰＵ４１は、停電状態信号を受信すると、データのバックアップ処理を実行するモードに移行する。データのバックアップ処理は、ＣＰＵ４１で演算される等した保存すべきデータを、不揮発性メモリ４２に保存する処理である。機器４のＣＰＵ４１は、データのバックアップ処理を開始すると、データのバックアップ処理を優先して実行し、他の処理を実行しない状態に移行する。機器４のＣＰＵ４１は、保存すべきデータを不揮発性メモリ４２に保存すると、データのバックアップ処理を終了し、アイドル状態に移行する。アイドル状態は、待機状態であり、必要最小限の電力を消費する状態である。

判定部１２は、バックアップ用コンデンサ３により電力が供給されている機器４における消費電流が、予め設定した所定値にまで低下したか否かを判定する。所定値は、機器４がアイドル状態に移行したことを示す値に設定する。この所定値は、対象となる機器４や機器４の設置環境等により変動し得るため、設置環境等に応じて管理者が適宜変更することができる。

停止部１３は、判定部１２により、上記機器４における消費電流が、所定値にまで低下したと判定された場合に、バックアップ用コンデンサ３の電力供給を停止させる。

変更部１４は、管理者の操作指示に従って所定値を変更する。所定値はフラッシュＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶される。

図２を参照して、第１実施形態の機器４における消費電流Ｉの推移について説明する。

最初に、時間ｔ０から時間ｔ１までの間において、機器４のＣＰＵ４１は、主電源２から供給される電力により動作する。この間、機器４のＣＰＵ４１は、外部との通信制御や、メモリへのアクセス制御、演算処理の実行等を行い、定格電流に近い範囲で継続的に電流を消費する（例えば、図２の電流ｉ３）。

続いて、時間ｔ１において、停電が発生すると、機器４のＣＰＵ４１は、バックアップ用コンデンサ３から供給される電力によりバックアップ処理の実行を開始する。このとき、機器４のＣＰＵ４１は、外部との通信を行わず、保存すべきデータを不揮発性メモリ４２に保存する処理のみを実行することとなり、ある特定の範囲で電流を消費する（例えば、図２の電流ｉ２）。

続いて、時間ｔ２において、バックアップ処理が終了すると、機器４のＣＰＵ４１は、アイドル状態に移行する。このとき、機器４のＣＰＵ４１は、必要最小限となる特定の電流を消費することになる（例えば、図２の電流ｉ１）。

図２に例示するような特性を有する機器４を管理する場合、管理者は、所定値に電流ｉ１の値を設定する。これにより、判定部１２は、時間ｔ３に移行したときに、バックアップ用コンデンサ３により電力が供給されている機器４における消費電流が所定値にまで低下したと判定し、バックアップ用コンデンサ３の電力供給を停止させることができる。すなわち、バックアップ用コンデンサ３は、機器４でのデータのバックアップ処理が終わり次第、機器４への電力供給を停止することができる。

このように、第１実施形態における電力制御装置１によれば、バックアップ用コンデンサ３の電力供給を停止させるときの電流値を所定値に設定することで、機器４でのデータのバックアップ処理が終わり次第、バックアップ用コンデンサ３からの電力供給を停止させることができる。したがって、回路を追加することなく、簡易な構成とすることができる。

また、バックアップ用コンデンサ３からの電力供給をできる限り短縮して停止させることができるため、バックアップ用コンデンサ３の次回の充電時間を短くすることができる。また、次回の充電時間を短縮することで、短時間のインターバルで繰り返し停電が発生するような場合であっても、充電に要する時間を短くすることが可能となる。

また、変更部１４により所定値を変更することができるため、接続先の機器４を変更するような場合であっても柔軟に対応することができる。

以上のように、第１実施形態における電力制御装置１によれば、バックアップ用コンデンサ３の電荷消費の削減や消耗の抑制を図ることができる。それゆえ、簡易な構成でバックアップ用コンデンサ３の充電時間を短縮することが可能となる。

[第２実施形態]
本発明の第２実施形態について説明する。図３に示すように、第２実施形態における電源制御装置１が、上述した第１実施形態における電源制御装置１と相違する点は、機能構成として、分離部１５が追加される点である。また、電源制御装置１に接続する機器４が複数台となる点についても第１実施形態と異なる。それ以外の構成については、第１実施形態における構成と同様である。したがって、各構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。以下においては、主に第１実施形態との相違点について説明する。なお、図３では、説明の便宜のために、機器４を２台接続する場合について例示しているが、機器４を３台以上接続することとしてもよい。

分離部１５は、電源制御装置１と各機器４との間の接続を、それぞれ切り離す機能を有する。分離部１５は、例えば、異常が検出された機器４を切り離すことができる。また、分離部１５は、切り離した電源制御装置１と機器４とを接続する機能も有する。分離部１５は、それぞれの機器４との間の接続を、電気的に切断／接続することとしてもよいし、物理的に切断／接続することとしてもよい。

第２実施形態における電源制御装置１では、２台の機器４が接続されるため、判定部１２が判定に使用する所定値には、両方（全て）の機器４がアイドル状態に移行したことを示す値を設定する。

図４を参照して、第２実施形態の２台の機器４における合計消費電流Ｉの推移について説明する。図２に示す各消費電流ｉ１〜ｉ４は、２台の機器４における消費電流の合計値となる。

最初に、時間ｔ０から時間ｔ１までの間において、各機器４のＣＰＵ４１は、主電源２から供給される電力により動作する。この間、各機器４のＣＰＵ４１は、外部との通信制御や、メモリへのアクセス制御、演算処理の実行等を行い、定格電流に近い範囲でそれぞれ継続的に電流を消費する。例えば、図４に示す電流ｉ４が、この間の合計消費電流となる。

続いて、時間ｔ１において、停電が発生すると、各機器４のＣＰＵ４１は、バックアップ用コンデンサ３から供給される電力によりバックアップ処理の実行を開始する。このとき、各機器４のＣＰＵ４１は、外部との通信を行わず、保存すべきデータを不揮発性メモリ４２に保存する処理のみを実行することとなり、ある特定の範囲で電流を消費する。例えば、図４に示す電流ｉ３が、このときの合計消費電流となる。

続いて、時間ｔ２において、一方の機器４のバックアップ処理が終了すると、バックアップ処理が終了した機器４のＣＰＵ４１は、アイドル状態に移行する。例えば、図４に示す電流ｉ２が、このときの合計消費電流となる。

続いて、時間ｔ４において、もう一方の機器４のバックアップ処理が終了すると、この機器４のＣＰＵ４１もアイドル状態に移行し、２台ともアイドル状態となる。このとき、各機器４のＣＰＵ４１は、必要最小限となる特定の電流を消費することになる。例えば、図４に示す電流ｉ１が、このときの合計消費電流となる。

図４に例示するような特性を有する２台の機器４を管理する場合、管理者は、所定値に電流ｉ１の値を設定する。これにより、判定部１２は、時間ｔ５に移行したときに、バックアップ用コンデンサ３により電力が供給されている各機器４における合計消費電流が所定値にまで低下したと判定し、バックアップ用コンデンサ３の電力供給を停止させることができる。すなわち、バックアップ用コンデンサ３は、全ての機器４でのデータのバックアップ処理が終わり次第、各機器４への電力供給を停止することができる。

このように、第２実施形態における電力制御装置１によれば、上記第１実施形態における電力制御装置１が奏する効果に加え、以下の効果がさらに得られる。

複数台の機器４をバックアップしても、一つの電流値を所定値に設定することで、全ての機器４でのデータのバックアップ処理が終わり次第、バックアップ用コンデンサ３からの電力供給を停止させることができる。したがって、回路を追加することなく、簡易な構成とすることができ、コストの削減を図ることが可能となる。

また、複数台の機器４に対して一つの電流値を所定値に設定することで実現できるため、複数台の機器４間でバックアップ処理に必要な時間が異なるような場合であっても、複雑な仕組みを追加することなく、簡易な構成で対応することができる。

以上のように、第２実施形態における電力制御装置１によれば、バックアップ用コンデンサ３の電荷消費の削減や消耗の抑制を図ることができる。それゆえ、簡易な構成でバックアップ用コンデンサ３の充電時間を短縮することが可能となる。

[変形例]
なお、上述した各実施形態の電源制御装置１において、アラームを出力する出力手段をさらに有することとしてもよい。この出力手段は、主電源２から機器４への電力供給が停止してから所定時間が経過するまでに、バックアップ用コンデンサ３により電力が供給されている機器４における消費電流が所定値にまで低下したと判定されない場合に、アラームを出力する。このように判定される場合としては、例えば、機器４のＣＰＵ４１等に異常が発生し、バックアップ処理が終了しない場合等が想定される。

アラームの出力として、例えば、ディスプレイへのメッセージ表示や、スピーカからの音／音声出力、管理装置へのメッセージ送信等を採用することができる。また、上記所定時間としては、例えば、正常時に低下すると想定され得る最大時間に誤差等の余裕時間を加えた時間を設定することができる。

また、上述した各実施形態の変更部１４は、管理者の操作指示に従って所定値を変更しているが、これに限定されない。例えば、変更部に学習機能を追加することとしてもよい。この場合、変更部は、停電時におけるバックアップ用コンデンサ３からの供給電流の変動パターンを蓄積し、この蓄積した変動パターンの平均値等に基づいて所定値を設定することとしてもよい。

１…電源制御装置
２…主電源
３…バックアップ用コンデンサ
４…機器
１１…信号送信部
１２…判定部
１３…停止部
１４…変更部
１５…分離部
４１…ＣＰＵ
４２…不揮発性メモリ

Claims (5)

1. 機器ならびに当該機器に電力を供給する主電源およびバックアップ用コンデンサと接続することができる電源制御装置であって、
   前記主電源から前記機器への電力供給が停止したことを検知した場合に、停電状態信号を前記機器に送信する信号送信手段と、
   前記主電源から前記機器への電力供給が停止したときに、前記機器への電力供給を開始するバックアップ用コンデンサと、
   前記バックアップ用コンデンサにより電力が供給されている前記機器における消費電流が、前記機器がアイドル状態に移行したことを示す所定値にまで低下したか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により、前記機器における消費電流が前記所定値にまで低下したと判定された場合に、前記バックアップ用コンデンサの電力供給を停止させる停止手段と、
   を備えることを特徴とする電源制御装置。
2. 前記所定値を変更するための変更手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
3. 前記機器が複数存在し、
   前記所定値は、全ての前記機器がアイドル状態に移行したことを示す値である、ことを特徴とする請求項１または２記載の電源制御装置。
4. 前記主電源から前記機器への電力供給が停止してから所定時間が経過するまでに、前記機器における消費電流が前記所定値にまで低下したと判定されない場合に、アラームを出力する出力手段を、さらに備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源制御装置。
5. 前記機器との接続を切り離すための分離手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源制御装置。

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