JP3918833B2 - 遠方監視システム - Google Patents

Description

本装置は、遠方監視システムに係り、特に監視位置に設ける監視端末（または監視回路）の電源バックアップ方式に関する。

遠方監視システムとしては、例えば、各種電気設備の状態を現地の監視端末で監視し、中央の監視室コンピュータに監視情報の送信や異常発生を通信回線を利用して通知する方式のものがある。具体的には、配電系統における電気設備の接地線に流れる漏電電流を監視端末で監視し、漏洩電流の異常検出で警報を監視室コンピュータに通知する。

このような遠方監視システムにおいて、監視端末は無人化される場合が多く、監視端末の電源に停電が発生すると監視機能の喪失になるため、電池電源による電源バックアップ回路を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

この制御電源のバックアップ回路の概略構成を図８に示す。商用電源（ＡＣ１００Ｖ）１の交流電力をスイッチング電源などのＡＣ／ＤＣ変換器２によって電圧制御した直流電力に変換し、制御電源の電圧出力Ｖｄｄ（５Ｖ）を得る。バックアップ回路は、停電を電圧低下検出回路３による交流入力の一次側で検出し、この停電検出信号をホトカプラなどの外部−内部絶縁回路４によって絶縁して取り込み、この停電検出信号によって電池制御回路５がバッテリ切替回路６に電源切替信号を出力する。この切替信号によりバッテリ切替回路６はＡＣ／ＤＣ変換器２の出力に代えて、一次電池７を電源とした電圧Ｖｄｄの出力を得る。

この電源を監視端末に適用する場合、コンピュータ回路８は、外部−内部絶縁回路４からの停電検出出力を割り込み（ＮＭＩ）信号として受け、一次電池７を電源として、中央の監視室コンピュータに監視情報や電源異常発生を通知する。ことができる。
特開平８−３２８６７４号公報

前記のように、従来の電源バックアップ方式は、停電時にはその一次電圧の低下で電池電源に切替え、一次電圧の復旧で電源を電池から交流電源側に戻す。

ここで、交流電源には開閉サージなどが発生することが多い。また、交流電源には、極めて短い時間だけ電圧が低下する瞬断が起きることが多い。これらサージ時間や瞬断時間によっては、電圧低下検出回路３が誤って応動することが考えられ、電圧低下検出回路３が誤って応動すると、その度に電圧低下検出で電池電源に切替えられる。この場合、電池の消耗を早めることになるし、電池の小型化を図ることができない。また、誤った停電検出を上位のコンピュータに誤って通知してしまうという問題がある。

この対策として、電圧低下検出回路３による検出と電池制御回路５による切替制御に時間遅れを持たせることが考えられるが、この時間遅れの設定や設計が不適当になると、実際に停電発生したときにコンピュータ回路８等の停電を引き起こし、コンピュータ回路８の誤った処理や制御、さらには監視端末の機能喪失を起こす問題が生じる。

本発明の目的は、瞬断等による誤った停電検出を無くし、また電池の消耗を少なくしながら、監視装置の停電を確実に防止してバックアップ電源への自動切り替えとその復旧処理ができる電源バックアップ方式を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、ＡＣ／ＤＣ変換器の二次側出力の電圧が低下し始めたことを停電として検出し、この検出を基にバッテリ切替制御を行い、さらにコンピュータ回路による処理データの退避処理、上位のコンピュータへの停電通知を行うようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）商用電源から制御電源を得るＡＣ／ＤＣ変換器を有して監視位置に設けられ、商用電源の停電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の出力に代えてバッテリ切替回路で一次電池電源に切替える電源バックアップ手段を備えた監視端末と、この監視端末と上位コンピュータとの間で監視情報を通信する遠方監視システムにおいて、
前記電源バックアップ手段は、
前記商用電源の電圧低下を検出する電圧低下検出回路と、
前記電圧低下検出回路で検出された電圧低下検出信号を絶縁して取り込む外部−内部絶縁回路と、
前記外部−内部絶縁回路で絶縁され、取り込まれた電圧低下検出信号が与えられ、かつ前記ＡＣ／ＤＣ変換器の二次側出力が低下し始めたときに前記バッテリ切替回路に一次電池電源への切替え出力を得る電池制御回路と、
復電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の一次側の電圧の復電を検出したときに前記バッテリ切替回路を商用電源側に切替え、前記上位コンピュータには無停電で復電通報などの処理を行う手段と、
を備えたことを特徴とする。
（２）商用電源から制御電源を得るＡＣ／ＤＣ変換器を有して監視位置に設けられ、商用電源の停電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の出力に代えてバッテリ切替回路で一次電池電源に切替える電源バックアップ手段を備えた監視端末と、この監視端末と上位コンピュータとの間で監視情報を通信する遠方監視システムにおいて、
前記電源バックアップ手段は、
前記商用電源の電圧低下を検出する電圧低下検出回路と、
前記電圧低下検出回路で検出された電圧低下検出信号を絶縁して取り込む外部−内部絶縁回路と、
前記外部−内部絶縁回路で絶縁され、取り込まれた電圧低下検出信号をＮＭＩ割り込み信号とし、その時点の処理データの退避を行い、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の二次側電圧低下が始まる直前にバッテリ切替信号を発生し、この後に前記上位コンピュータに停電通知を行うコンピュータ回路と、
前記外部−内部絶縁回路で絶縁され、取り込まれた電圧低下検出信号が与えられ、かつ前記コンピュータ回路からバッテリ切替信号を発生したときに前記バッテリ切替回路に一次電池電源への切替え出力を得る電池制御回路と、
復電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の一次側の電圧の復電を検出したときに前記バッテリ切替回路を商用電源側に切替え、前記上位コンピュータには無停電で復電通報などの処理を行う手段と、
を備えたことを特徴とする。

（３）商用電源から制御電源を得るＡＣ／ＤＣ変換器を有して監視位置に設けられ、商用電源の停電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の出力に代えてバッテリ切替回路で一次電池電源に切替える電源バックアップ手段を備えた監視端末と、この監視端末と上位コンピュータとの間で監視情報を通信する遠方監視システムにおいて、
前記電源バックアップ手段は、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器の二次側電圧が低下し始めたことを検出する電圧低下検出回路と、
前記電圧低下検出回路で検出された電圧低下検出信号で前記バッテリ切替回路に一次電池電源への切替え出力を得る電池制御回路と、
前記電池制御回路から発生する停電検出信号でＮＭＩ割り込み信号とし、その時点の処理データの退避および前記上位コンピュータに停電通知を行い、この後に前記電池制御回路に一次電池電源による駆動切りの信号を発生するコンピュータ回路と、
復電時にＡＣ／ＤＣ変換器の二次側の電圧の復電を検出したときに前記バッテリ切替回路を商用電源側に切替え、前記上位コンピュータには無停電で復電通報などの処理を行う手段と、
を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、以下の効果がある。

実施形態１では、商用電源の電圧低下検出とＡＣ／ＤＣ変換器の一次側電圧低下の始まりを検出することにより、二次側の停止に裕度を持って電池電源への切替が可能である。

実施形態２では、商用電源の電圧低下検出で、コンピュータ回路への割り込みによるソフトウェア処理することにより、停電検出起動によるソフトウェア処理、すなわち停電通報処理、停電によるＤＩ誤検出ロック、ＤＯ誤出力ロックなど、外部回路との協調をソフトウェア処理が可能となる。また、ソフトウェア処理であるので、停電検出処理と併用して処理が可能である。

実施形態３では、停電時に電源回路の二次側の電圧の低下を検出し、電池切替えを行うことにより、電源一次側と絶縁回路が不要であり、二次側回路だけで、停電によるコンピュータ処理が可能となる。また、停電検出回路用の電子デバイスが少量で済み、実装面積の縮小化が可能である。

実施形態４では、復電時に電源回路の一次側の電圧で復電を検出し、ハードウェアによる復電制御を行うことができる。

実施形態５では、復電時に電源回路の二次側の電圧の復電を検出し、ハードウェアによる復電制御を行うことができる。

実施形態６では、復電時に電源回路の一次側の電圧の復電を検出し、ソフトウェアによる復電制御を行うことができ、実施形態４、５のようにハードウェアによらないため、復電時の電池ＯＦＦ処理も、停電となった後の必要な処理後とのシャットダウン処理として、コンピュータ回路自身で電池ＯＦＦとし、停止させることが容易になる。

本実施形態は、図１に示すハードウェア回路構成とし、停電を電源回路の一次側電圧の低下で検出し、バッテリ切替回路６のＯＮ／ＯＦＦ切替をＡＣ／ＤＣ変換器の二次側（出力）電圧によって制御する方式とする。

同図が図８と異なる部分は、バッテリ切替回路６の入力には電圧低下検出回路３からの検出信号に加えて、ＡＣ／ＤＣ変換器２の出力電圧が一定レベル以上か否かのバッテリ切替信号を入力する点にある。

電圧低下検出回路３による一次側の電圧低下検出は、例えば、６０〜７０Ｖ程度を瞬断保証電圧として電圧低下を検出する。ＡＣ／ＤＣ変換器２は、ＡＣ／ＤＣ変換機能の他に、その出力電圧が規定電圧にあるか否かの判定出力としてバッテリ切替信号（リセット信号）を発生する機能を設ける。このバッテリ切替信号の発生には、例えば、規定電圧よりも少し低い比較基準電圧をもつ簡単なコンパレータ回路によって実現される。

電池制御回路５は、停電検出信号が入力され、かつバッテリ切替信号が与えられた（ＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧が低下し始めた）ときに、バッテリ切替回路６に対し、バッテリ切替指令を出す。

本実施形態によるバックアップ動作は、図２に示すタイムチャートで説明する。商用電源１（ＡＣ１００Ｖ）の印加によって（時刻ｔ１）、ＡＣ／ＤＣ変換器２の整流出力は一定電圧まで上昇し、これに伴ってＡＣ／ＤＣ変換器２の出力電圧（５Ｖ）は正規の電圧出力を得る。また、ＡＣ／ＤＣ変換器２は、出力電圧（５Ｖ）の確立によってバッテリ切替信号を復帰（電圧低下でない）させる。

一方、停電検出回路３は商用電源１（ＡＣ１００Ｖ）の印加時点から一定時間の遅れをもって停電検出信号のＯＦＦ出力を得る（時刻ｔ２）。この出力によって、バッテリ切替回路６はＯＦＦ状態にあり、ＡＣ／ＤＣ変換器２による電圧Vdd（５V）の電源供給を行う。

この状態において、商用電源１に瞬断が発生したとき（時刻ｔ３）、停電検出回路３はその期間だけの停電検出を行うが、ＡＣ／ＤＣ変換器２がバッテリ切替信号を発生しないため、バッテリ切替えは行わない。

一方、商用電源１に停電が発生したとき（時刻ｔ４）、ＡＣ／ＤＣ変換器２の電圧が低下し始めたときにバッテリ切替信号が発生し、電池制御回路５はバッテリ切替回路６に切替信号を出力し、一次電池７を電源として出力電圧Ｖｄｄを得る。停電が解消したとき（復電時）は、時刻ｔ１→ｔ２と同様になる。

したがって、本実施形態によれば、バッテリ切替えは、一次電圧の低下で直ちに切替えることなく、ＡＣ／ＤＣ変換器２の二次側電圧の低下が始まるときに初めて切替える。このため、商用電源の瞬断（二次側電圧低下が始めるまでの時間内の瞬断）によるバッテリ切替えを起こすことがなく、一次電池７の無駄な消耗を無くすことができる。

また、バッテリ切替えは、ＡＣ／ＤＣ変換器２の二次側電圧の低下が始まるタイミングで行うため、この切替えが早すぎたり、遅すぎることなく、確実なバッテリ切替えになる。

（実施形態２）
本実施形態は、停電時に電源回路の一次側電圧低下を検出し、コンピュータ回路への割り込みによるソフトウェア処理で電池切替えを行うバックアップ方式とする。

本実施形態は、図３に示す回路構成とし、図４に示すタイムチャートになる。図３が図１と異なる部分は、電圧低下検出信号をコンピュータ回路８へのＮＭＩ割り込み信号とし、コンピュータ回路８によるソフトウェアによりバッテリ切替信号を発生する点にある。また、コンピュータ回路８は、電圧低下検出信号が消滅（復電）したときに一定の確認時間を有してバッテリ切替信号を復帰させる。

コンピュータ回路８は、ＮＭＩ割り込みの発生で、その時点の処理データの一時退避などのデータ保持を行い、ＡＣ／ＤＣ変換器２の二次側電圧低下が始まる直前のタイミングでバッテリ切替信号を発生し、この後に停電通知を行う。このときのタイミングは、実機の試験運転によって予め測定しておくか、もしくは時間的な余裕を持たせて設定しておく。

本実施形態によれば、コンピュータ回路８によるＮＭＩ処理によって、電池制御回路５を通して電源を電池７側に切り替える。この場合、コンピュータ回路８は、バッテリ切替信号出力を適当なタイミングで発生することで、電源の瞬断には応動しない切替制御と、通知処理などとの協調を得るのが容易となる。すなわち、停電通報処理、停電によるＤＩ誤検出ロック、ＤＯ誤出力ロックなど、外部回路との協調をソフトウェア処理可能である。また、商用電源の瞬断に誤って停電通知をすることが無くなる。

コンピュータ回路８によるソフトウェア処理例を図５に示す。同図の（ａ）は電池電源へのＯＮ切替フローを示し、ＮＭＩ割り込み処理を実行後も、電圧低下が検出されていれば電池電源への切替処理を行う。（ｂ）はＯＦＦ切替フローを示し、電圧低下復帰を確認したときのみ電池切替をＯＦＦ処理する。（ｃ）はＨ／ＷのＯＦＦフローを示し、電源オン後にシステム監視によるバッテリ切替信号が有る場合に電池電源切替をＯＦＦ処理する。

（実施形態３）
本実施形態は、停電時に電源回路の二次側の電圧の低下を検出し、コンピュータ回路によるソフトウェア処理で電池電源に切替えるバックアップ方式とする。

本実施形態は図６に示す回路構成とし、図１の実施形態１と異なる部分は、電圧低下検出回路３がＡＣ／ＤＣ変換器２の一次側電圧を監視するのではなく、その２次側を監視し、この監視で停電検出したときに電池制御回路５が直ちにバッテリ切替制御し、この後にコンピュータ回路８が停電通知し、この完了でバッテリ電源を切り制御する点にある。

本実施形態によるバックアップ動作は、図７に示すように、電圧低下検出回路３の検出信号の「Ｈ」→「Ｌ」状変を電池制御回路５で認識し、この認識で直ちにバッテリ切替回路６を動作させ、電池７から電源Ｖｄｄの供給を開始する。これと並行して、電池制御回路５より、コンピュータ回路８に対し、停電中であることを伝える。コンピュータ回路８は、停電の通知処理を行い、この終了で電池制御回路５に対し、バッテリ切替回路６に切りの信号（ＯＦＦ信号）を発生し、電池７からの供給も停止させる。

なお、ＡＣ／ＤＣ変換器２の出力端に設けるダイオード９によって、バッテリ切替回路６の出力と突き合わせる構成により、電圧Ｖｄｄの回り込みを抑止し、電圧低下検出回路３が停電・復電を検出可能としている。

本実施形態によれば、前記までの実施形態１、２の作用効果に加えて、ＡＣ／ＤＣ変換器２の二次側で停電・復電を検出するため、商用電源１と内部回路の絶縁が不必要となり、外部−内部絶縁回路４を省略してバックアップ回路構成を単純化できる。

（実施形態４）
本実施形態は、復電時に電源回路の一次側の電圧の復電を検出し、ハードウェアで自動的に商用電源側に切替える方式とする。

本実施形態は、図１に示す構成において、ＡＣ／ＤＣ変換器２の一次側の復帰電圧レベル（例えば、６０〜７０Ｖ）を検出し、電池制御回路５にて、バッテリ切替回路６を制御し、一次電池をＯＦＦする。

このＯＦＦ制御は、図３に示す構成に適用する場合、コンピュータ回路により行うことができる。この場合、コンピュータ回路は上位コンピュータに復電通報を行わせることもできる。

（実施形態５）
本実施形態は、復電時に電源回路の二次側の電圧の復電を検出し、ハードウェアとソフトウェアで自動的に商用電源側に切替える方式とする。

本実施形態は、図６に示す構成において、ＡＣ／ＤＣ変換器２の二次側電圧（＋５Ｖ）の復帰電圧レベル（例えば、４.５Ｖ）を検出し、電池制御回路５にて、バッテリ切替回路６を制御し、一次電池をＯＦＦする。同時に、コンピュータ回路８に対し、復電したことを伝える。

（実施形態６）
本実施形態は、復電時に電源回路の一次側の電圧の復電を検出し、ソフトウェアで自動的に商用電源側に切替える方式とする。

本実施形態は、図３に示す構成において、コンピュータ回路８が一次側の電圧低下状態をポーリングして復電検出を行い、バッテリ切替回路６を通して電池をＯＦＦとする。この場合、ＮＭＩの状態を監視することで、低下検出状態を監視できる。なお、本実施形態は、図１、図２に示す構成に適用することができる。

本発明の実施形態１を示すバックアップ回路図。 実施形態１のタイムチャート。 本発明の実施形態２を示すバックアップ回路図。 実施形態２のタイムチャート。 実施形態２におけるコンピュータ回路８によるソフトウェア処理例。 本発明の実施形態３を示すバックアップ回路図。 実施形態３のタイムチャート。 従来のバックアップ回路図。

符号の説明

１ 商用電源
２ ＡＣ／ＤＣ変換器
３ 電圧低下検出回路
４ 外部−内部絶縁回路
５ 電池制御回路
６ バッテリ切替回路
７ 一次電池
８ コンピュータ回路
９ ダイオード

Claims (3)

1. 商用電源から制御電源を得るＡＣ／ＤＣ変換器を有して監視位置に設けられ、商用電源の停電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の出力に代えてバッテリ切替回路で一次電池電源に切替える電源バックアップ手段を備えた監視端末と、この監視端末と上位コンピュータとの間で監視情報を通信する遠方監視システムにおいて、
   前記電源バックアップ手段は、
   前記商用電源の電圧低下を検出する電圧低下検出回路と、
   前記電圧低下検出回路で検出された電圧低下検出信号を絶縁して取り込む外部−内部絶縁回路と、
   前記外部−内部絶縁回路で絶縁され、取り込まれた電圧低下検出信号が与えられ、かつ前記ＡＣ／ＤＣ変換器の二次側出力が低下し始めたときに前記バッテリ切替回路に一次電池電源への切替え出力を得る電池制御回路と、
   復電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の一次側の電圧の復電を検出したときに前記バッテリ切替回路を商用電源側に切替え、前記上位コンピュータには無停電で復電通報などの処理を行う手段と、
   を備えたことを特徴とする遠方監視システム。
2. 商用電源から制御電源を得るＡＣ／ＤＣ変換器を有して監視位置に設けられ、商用電源の停電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の出力に代えてバッテリ切替回路で一次電池電源に切替える電源バックアップ手段を備えた監視端末と、この監視端末と上位コンピュータとの間で監視情報を通信する遠方監視システムにおいて、
   前記電源バックアップ手段は、
   前記商用電源の電圧低下を検出する電圧低下検出回路と、
   前記電圧低下検出回路で検出された電圧低下検出信号を絶縁して取り込む外部−内部絶縁回路と、
   前記外部−内部絶縁回路で絶縁され、取り込まれた電圧低下検出信号をＮＭＩ割り込み信号とし、その時点の処理データの退避を行い、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の二次側電圧低下が始まる直前にバッテリ切替信号を発生し、この後に前記上位コンピュータに停電通知を行うコンピュータ回路と、
   前記外部−内部絶縁回路で絶縁され、取り込まれた電圧低下検出信号が与えられ、かつ前記コンピュータ回路からバッテリ切替信号を発生したときに前記バッテリ切替回路に一次電池電源への切替え出力を得る電池制御回路と、
   復電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の一次側の電圧の復電を検出したときに前記バッテリ切替回路を商用電源側に切替え、前記上位コンピュータには無停電で復電通報などの処理を行う手段と、
   を備えたことを特徴とする遠方監視システム。
3. 商用電源から制御電源を得るＡＣ／ＤＣ変換器を有して監視位置に設けられ、商用電源の停電時に前記ＡＣ／ＤＣ変換器の出力に代えてバッテリ切替回路で一次電池電源に切替える電源バックアップ手段を備えた監視端末と、この監視端末と上位コンピュータとの間で監視情報を通信する遠方監視システムにおいて、
   前記電源バックアップ手段は、
   前記ＡＣ／ＤＣ変換器の二次側電圧が低下し始めたことを検出する電圧低下検出回路と、
   前記電圧低下検出回路で検出された電圧低下検出信号で前記バッテリ切替回路に一次電池電源への切替え出力を得る電池制御回路と、
   前記電池制御回路から発生する停電検出信号でＮＭＩ割り込み信号とし、その時点の処理データの退避および前記上位コンピュータに停電通知を行い、この後に前記電池制御回路に一次電池電源による駆動切りの信号を発生するコンピュータ回路と、
   復電時にＡＣ／ＤＣ変換器の二次側の電圧の復電を検出したときに前記バッテリ切替回路を商用電源側に切替え、前記上位コンピュータには無停電で復電通報などの処理を行う手段と、
   を備えたことを特徴とする遠方監視システム。

Images