JP4988450B2 - 分電盤内電力線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電力を搬送する分電盤内の電力線配線を利用して通信する分電盤内電力線通信システムに関する。

従来から、主幹ブレーカが配設された主幹回路と分岐ブレーカが配設された分岐回路の通電状態を監視する状態監視制御ユニットを備えた分電盤がある。この種の分電盤内において各ブレーカと状態監視制御ユニット間の通信を電力線通信により実現する場合、分電盤内で閉じた電力線通信システムであっても、主幹ブレ−カに接続される電力線を通じて、電力線通信の信号が分電盤外へ漏れ出てしまい、電力線やトランスが共通な他の分電盤の電力線通信システムと互いに干渉する虞がある。そして、他の電力線通信システムからの干渉を防ぐために、ブロッキングフィルタを挿入すると、電力線は電流容量が大きいため、ブロッキングフィルタは電流飽和しないよう形状も大きいものになってしまい、大きなスペースを必要とし、またコスト高となる。

また、オフィスビルの分電盤において各分岐回路の状態情報を任意のコンセントに繋がれた表示装置に電力線通信によって表示する電力線通信システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。図９に、特許文献１に示される電力線通信システムの構成を示す。電力線通信システム１０１は分電盤１１１内に各分岐回路１２２の状態情報を監視する計測装置１０５を備えており、分電盤１１１や任意のコンセント１０８に繋がれた表示部１０９に各分岐回路の状態を電力線通信により表示する。

しかしながら、上記特許文献１に示されるような電力線通信システムにおいても、オフィスビル内の他の部署で同様の電力線通信システムを使用する場合には、大きなブロッキングフィルタを設置しなければならず大きなスペースを必要とし、またコスト高となる。
特開平８−７９９８７号公報

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、他の分電盤内電力線通信システムからの信号の漏れに干渉されない分電盤内電力線通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、主回路としての電路バーに介在させた主幹ブレーカと、前記電路バーから分岐した分岐回路に介在させた分岐ブレーカと、これら各ブレーカの状態情報を監視する状態監視制御ユニットと、を備え、前記状態監視制御ユニットは電力線通信親機（以下、親機と略す）を有し、前記主幹ブレーカ及び分岐ブレーカは電力線通信子機（以下、子機と略す）を有し、前記状態監視制御ユニットから各ブレーカへのオン／オフ制御と、各ブレーカから前記状態監視制御ユニットへの各ブレーカの状態情報の通知とを前記電路バーを含む電力配線路を介して電力線通信によって行なう分電盤内電力線通信システムにおいて、前記親機は、前記子機に通信を許可する旨と、該親機のアドレスと、通信時間帯情報とを含んだビーコンを定期的に前記子機に発信し、前記子機は、前記ビーコンに基づいて、同一の分電盤内の親機から通信が許可される場合に、親機のアドレスと通信時間帯情報とを取得した後に、前記ビーコンに同期して前記親機に通信を行ない、前記親機は、運用を開始すると、他の親機からビーコンが発信されていないかを一定時間監視し、他の分電盤の親機からのビーコンを受信すると、該親機に対して所定のアドレスを使用する旨の通知を行い、その後、該親機から該アドレスの変更の要求を受信した場合には該アドレス以外のアドレスを使用する旨の通知を行うことで該親機とアドレス設定のための調停を行うものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の分電盤内電力線通信システムにおいて、前記親機は、他の分電盤の親機からのビーコンを受信すると、更に、互いに重ならないような通信時間帯を設定するものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の分電盤内電力線通信システムにおいて、前記親機は、自機のアドレス設定後に自機と同一分電盤内の子機とを同一グループに関連付ける親子設定モードを有し、前記親機は、前記親子設定モード中には設定中であることを示す親子設定ビーコンを前記同一分電盤内の子機に送信するものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の分電盤内電力線通信システムにおいて、前記親機が他の親機からのビーコンを受信し、該ビーコンから同一分電盤内の別機能の親機の存在を検出した場合、両方の親機間でマスタ親機又はスレーブ親機の調停を行なってどちらか一方をマスタ親機とし、該マスタ親機となった親機は、ビーコンを発信し、他方のスレーブ親機及び子機は、該ビーコンに同期して通信するものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の分電盤内電力線通信システムにおいて、前記親機は、自機のアドレス設定後に自機と同一分電盤内の別機能の親機との間でマスタ親機を設定するマスタ設定モードを有し、前記親機は、前記マスタ設定モード中には設定中であることを示すマスタ設定ビーコンを送信するものである。

請求項１の発明によれば、親機は他の分電盤の親機とは異なるアドレスを使用するので、親子の設定をしている同一分電盤内の子機が、他の分電盤の親機からのビーコンを受信しても区分することができ、その結果、分電盤内の電力線通信を円滑に行なうことができる。また、子機のアドレスを親機のアドレスに繋がる形にすることで、子機のアドレスを分電盤内で一意にすればよく、全ての分電盤内で一意にする必要がないので、アドレスの付与が容易である。

請求項２の発明によれば、複数の分電盤の各通信時間帯が異なるので、通信が混線せず、分電盤内の電力線通信を円滑に行なうことができる。

請求項３の発明によれば、親機が、異なる分電盤の子機と親子の設定を行なうことがないので、親機が他の分電盤の子機からの状態情報に基づいて、誤った情報を表示したり、誤って各ブレーカを制御することがない。

請求項４の発明によれば、同一分電盤内の複数の親機がビーコンを送信して通信が混線することや、それぞれの親機が通信時間帯を設定して通信時間が不足することを防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、他の分電盤の親機をマスタ親機とすることがないので、スレーブ親機が他の分電盤の親機のビーコンにより、誤動作することがない。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る分電盤内電力線通信システム（以下、通信システムと略す）について説明する。図１は本実施形態に係る通信システム１を示す。通信システム１は、外部の商用電源に接続された電力線２に接続された主幹ブレーカ３と、主幹ブレーカ３に接続され主回路を形成する電路バー２１と、電路バー２１から分岐した複数の分岐回路２２に配設された分岐ブレーカ４と、主回路及び各分岐回路の電流や電圧やトリップ等の状態情報を監視し表示する状態監視制御ユニット５と、を分電盤１１中に備えている。

主幹ブレーカ３は、電力線２の接続をオン／オフする接点を有している。主幹ブレーカ３は、３本の電力線２の電流と電圧を検出するセンサ（図示なし）と、電力線通信子機６１（以下、子機と略す）とを有しており、センサによって検出した状態情報を子機６１から電路バー２１を介して、電力線通信により状態監視制御ユニット５へ出力する。電路バー２１は、バー形状であり、３本の電路バー２１が互いに接触しないように間隔を開けて、平行な状態で分電盤１１の上部から下部へかけて配設されている。

分岐ブレーカ４は、分岐回路２２の接続をオン／オフする接点を有している。分岐ブレーカ４は、分岐回路２２の電流と電圧を検出するセンサ（図示なし）と、子機６１とを有しており、センサによって検出した状態情報を子機６１から電路バー２１を含む電力配線路を介して、電力線通信により状態監視制御ユニット５へ出力する。分岐ブレーカ４は分岐回路２２に過電流や短絡等が発生すると分岐回路２２を遮断し、負荷への電源供給を停止する。状態監視制御ユニット５は、電路バー２１に繋がる電力線通信親機６２（以下、親機と略す）を有しており、主幹ブレーカ３、及び分岐ブレーカ４へのオン／オフ制御や、主幹ブレーカ３、及び分岐ブレーカ４からの状態情報の受信等を、電路バー２１を含む電力配線路を介して電力線通信によって行なう。

分電盤内での親機と子機間の電力線通信について説明する。図２は、親機６２と２台の子機６１間の通信の状態を示す。２台の子機を６１ａと６１ｂとする。親機６２は通信のタイミングを表す同期のための信号であるビーコンに、自機のアドレスと、通信を許可する子機のアドレスと、子機に通信を許可する通信時間帯情報等を含んで定期的に発信する。子機６１ａ及び６１ｂは常にビーコンを観察しており、通信を許可されると指定された通信時間帯に状態情報を発信する。時点ｔ１において、親機６２は自機のアドレスと子機６１ａに通信を許可する旨と通信時間帯情報等を含んだビーコンＢ１を発信する。ビーコンＢ１を受信した子機６１ａは、受信したビーコンから同一の分電盤１１内の親機６２から通信を許可されたことを検知し、指定された時間帯の時点ｔ２において、状態情報のデータＲ１を発信する。子機６１ａからのデータＲ１を受信した親機６２は受信した旨のデータＲ２を時点ｔ３において発信する。この時、子機６１ｂは、通信を許可されていないので、状態情報を発信しない。

続いて、時点ｔ４において、親機６２は自機のアドレスと子機６１ｂに通信を許可する旨と通信時間帯情報等を含んだビーコンＢ２を発信すると、通信を許可された子機６１ｂは上述した子機６１ａと同様に指定された通信時間帯の時点ｔ５において、状態情報のデータＲ３を発信する。このようにして、親機６２と子機６１ａ及び６１ｂとは通信を行う。

次に、親機が他の通信システムの親機と行なう調停について説明する。図３は、３台の通信システム１Ａ、１Ｂ及び１Ｃが電力線２によって接続されている状態を示す。通信システム１Ａは、通信システム１Ｂ及び通信システム１Ｃとトランス７を介して繋がっており、通信システム１Ｂと通信システム１Ｃとは、同一の電力線２から分岐している。分電盤内電力線通信の他の分電盤への漏れは、分電盤間のトランスの介在や、分電盤間の距離、電路インピーダンス、及びノイズの状況等により異なり、矢印Ｄ１及びＤ２に示されるように、通信システム１Ａと通信システム１Ｂの間、及び通信システム１Ｂと通信システム１Ｃの間では互いの分電盤内電力線通信の信号が漏れて互いに検知され、通信システム１Ａと通信システム１Ｃの間では互いの分電盤内電力通信の信号は、矢印Ｄ３に示されるように互いに検知されない。

上述した３台の通信システム１Ａ、１Ｂ及び１Ｃのそれぞれの親機６２Ａ、６２Ｂ及び６２Ｃ間の調停の動作を図４に示す。親機６２Ａと親機６２Ｃが運用している状態において、新たに親機６２Ｂの運用を開始する。親機６２ＡのアドレスをＡＤ１とし、親機６２ＣのアドレスをＡＤ２とする。親機６２Ｂは、運用を開始すると、最初に他の親機からビーコンが発信されていないかを一定時間監視する。そして、親機６２Ｂは、親機６２ＡからのビーコンＢ１１と、親機６２ＣからのビーコンＢ３１とを観測すると、アドレスＡＤ１を使用する旨の通知Ｒ２１を親機６２Ａと親機６２Ｃとに行なう。このとき、親機６２Ｂは、他の親機からのビーコンを監視せずに、アドレスＡＤ１を使用する旨の通知Ｒ２１を行うようにしてもよい。

この通知Ｒ２１に対し親機６２Ａは、アドレスＡＤ１が自機のアドレスと同一であるので、親機６２Ｂに対してアドレスの変更の要求Ｒ１１を行なう。変更要求を受けた親機６２Ｂは自機のアドレスをＡＤ２に変更して親機６２Ａと親機６２Ｃに変更通知Ｒ２２を行なう。この変更通知に対して親機６２Ｃは、アドレスＡＤ２が自機のアドレスと同一であるので、親機６２Ｂに対してアドレスの変更の要求Ｒ３１を行い、変更要求を受けた親機６２Ｂは自機のアドレスをＡＤ３に変更し、通知Ｒ２３を行なう。こうして、親機６２Ａ、６２Ｂ及び６２Ｃ間においてアドレスの調停が行われる。このように、各親機のアドレスが異なり、子機は自機の親機からのビーコンと他の分電盤の親機からのビーコンとを区分することができるので、分電盤内の電力線通信を円滑に行なうことができる。また、子機のアドレスを親機のアドレスに繋がる形にすることで、子機のアドレスを分電盤内で一意にすればよく、全ての分電盤内で一意にする必要がないので、アドレスの付与が容易である。

次に、親機６２Ｂは、通信時間帯の調停を行なう。親機６２ＡのビーコンＢ１１と親機６２ＣのビーコンＢ３１から、親機６２Ａと６２Ｃの通信時間帯が重なっていることを検知した親機６２Ｂは、通信が混線するので、自機の通信時間帯を親機６２Ａの通信時間帯より早く設定すると共に、親機６２Ｃに通信時間帯を遅らせることの要求Ｒ２４を行ない、親機６２Ｃは通信時間帯を遅らせた旨の回答Ｒ３２を行なう。この調停により、通信時間帯は親機６２ＢのビーコンＢ２０、親機６２ＡのビーコンＢ１０、親機６２ＣのビーコンＢ３０の順となり、互いに重ならないので通信が混線せず、分電盤内の電力線通信を円滑に行なうことができる。

こうして、親機は他の分電盤の親機とアドレスと通信時間帯の調停を終了すると、同一の分電盤内の子機と親機子機の関連付けを行なう。親機子機の関連付けのフローを図５に示す。親機は、最初に親子設定モード中であることを示すビーコン（以下、親子設定ビーコンと略す）を発信する（ステップＳ１、Ｓ１と略記、以下同様）。子機はビーコンを受信すると（Ｓ２）、親子設定ビーコンであるかを確認する（Ｓ３）。子機は、ビーコンが親子設定ビーコンである場合には、そのビーコンを発信した親機と親子の設定をし（Ｓ４）、親子設定ビーコンでない場合には何もせずに待機する。

子機は、親子の設定が済んでいない間は、親子設定ビーコン以外のビーコンには何もしないように設定されているので、親子設定ビーコンを受信することにより、新たに運用が開始された分電盤中の子機は親子の設定を行なうことができる。また、親子の設定が済んだ子機は、親子設定ビーコンに反応しないように設定されているので、既に運用が開始され親子の設定が済んでいる他の分電盤の子機が誤って新たに親子を設定することはない。

こうして、子機は親機との親子設定を行うと、順次、親機に自機のアドレスを要求する。取得する順番は、例えば予め各子機に設定した優先順位に従ってもよいし、また、アドレス要求の発信順でもよい。また、子機のアドレスは子機毎に、例えばディップスイッチによって設定してもよい。このように、親機子機の関連付け及び子機のアドレス設定を行なうことにより、分電盤の異なる親機と子機とが親子の設定を行なうことがないので、親機が他の分電盤の子機からの状態情報に基づいて、誤った情報を表示したり、誤って各ブレーカを制御することがない。

次に、本実施形態の変形例を説明する。本変形例における通信システムの構成は、第１の実施形態における通信システムと同じであるが、親機が他の通信システムの親機と行うアドレス及び通信時間帯の調停の方法が異なる。本変形例では、親機が他の通信システムの親機にアドレスや通信時間帯の調停を要求しても返信がない場合に、親機は自機のアドレスや通信時間帯を変更し、他の通信システムの親機のアドレスや通信時間帯と重ならないようにする。他の親機からの通信が自機には届くが自機からの通信が相手側の親機に届かずに調停ができない場合にも、他の親機とアドレスと通信時間帯とを異ならせることができるので、分電盤内の電力線通信を円滑に行なうことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る通信システムについて説明する。図６は本実施形態に係る通信システム１を示す。本実施形態に係る通信システム１は第１の実施形態における構成に加えて、親機６３を有する新たな制御ユニット５１を備えている。この制御ユニット５１は、制御ユニット５とは異なり、例えば分電盤外からの通信を受けて、各ブレーカを遠隔制御するような機能を有している。

このように、新たな親機６３が加わった場合に、既に運用を行っている親機６２が行う動作を説明する。図７は、２台の親機６２及び６３と子機６１の間の通信の状態を示す。親機６２と子機６１とが運用を行なっている状態において、親機６３が運用を開始する。親機６３は、最初にビーコン５１を送信する。このビーコンは、親機６３の有する機能を示す信号を含んでいる。親機６２はビーコン５１を受信し、自機とは異なる機能を有する親機の存在を検知すると、親機６３にマスタ親機とスレーブ親機の設定の要求Ｒ４１を行う。マスタ親機とスレーブ親機の設定は、例えば、それぞれの親機に予め優先順位を付けておくとか、先にビーコンを送信した親機をマスタ親機にする等の方法により行なう。優先順位は電力監視機能付きの親機の優先度を最優先にするなど、品種別に出荷時点に設定しておいてもよい。そして、親機６２が、予め定められた優先順位によりマスタ親機となり、親機６３がスレーブ親機となる。

こうして、スレーブ親機となった親機６３はビーコンの送信を停止し、親機６２からのビーコンに同期して通信を行なう。そして、子機６１は、マスタ親機のビーコンに同期した自機の通信時間帯において、自機が有する機能に応じたデータを送信する。例えば、電力量報知機能とブレーカ制御機能を有するブレーカは電力量とブレーカの状態を表すデータを送信する。スレーブ親機６３は、子機６１がマスタ親機６２に対して送っている状態情報を受信して子機の状態を把握し、自機の機能に関連した情報を収集する。例えば、ブレーカを遠隔制御する機能を有するスレーブ親機６３は各ブレーカのオン／オフの情報を収集する。このように、同一分電盤内の複数の親機をマスタ／スレーブに設定するので、複数の親機がビーコンを送信して通信が混線することや、それぞれの親機が通信時間帯を設定して通信時間が不足することを防ぐことができ、分電盤内の電力線通信を円滑に行なうことができる。

上述したように、複数の親機がマスタ親機とスレーブ親機の関係付けを行う動作のフローを図８に示す。運用を開始していた親機は自機の異なる機能を有する親機の存在を知ると、マスタ／スレーブ設定モード中であることを示すビーコン（以下、マスタ設定ビーコンと略す）を発信する（Ｓ１１）。新たな親機はビーコンを受信すると（Ｓ１２）、マスタ設定ビーコンであるかを確認する（Ｓ１３）。マスタ設定ビーコンである場合には、そのビーコンを発信した親機とマスタの優先権がどちらにあるかを判断し（Ｓ１４）、マスタ設定ビーコンでない場合には何もせずに待機する。そして、優先権が自機にある場合には自機がマスタ親機となり（Ｓ１５）、優先権が相手側にある場合には、自機がスレーブ親機となる（Ｓ１６）。新たに分電盤に追加する親機は、マスタ設定ビーコンに対応するように予め設定され、その分電盤内で運用を行っている親機は、マスタ設定ビーコンを発するように設定されている。このことにより、スレーブ親機が他の分電盤の親機をマスタ親機とすることがなく、スレーブ親機が他の分電盤の親機のビーコンにより、誤動作することがない。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、親機のアドレスの設定をディップスイッチによって行なってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る分電盤内電力線通信システムの正面図。 同システムにおける親機と子機間の通信の状態を示す図。 複数の同システムが繋がった状態を示す図。 複数の同システムにおける親機間の通信の状態を示す図。 同システムにおける親子設定のフロー図。 本発明の第２の実施形態に係る分電盤内電力線通信システムの正面図。 同システムにおける２台の親機と子機間の通信の状態を示す図。 同システムにおけるマスタ設定のフロー図。 特許文献１の電力線通信システムの構成図。

符号の説明

１ 分電盤内電力線通信システム
１１ 分電盤
２１ 電路バー
２２ 分岐回路
３ 主幹ブレーカ
４ 分岐ブレーカ
５ 状態監視制御ユニット
６１ 電力線通信子機
６２、６３ 電力線通信親機
Ｂ ビーコン

Claims (5)

1. 主回路としての電路バーに介在させた主幹ブレーカと、前記電路バーから分岐した分岐回路に介在させた分岐ブレーカと、これら各ブレーカの状態情報を監視する状態監視制御ユニットと、を備え、
   前記状態監視制御ユニットは電力線通信親機（以下、親機と略す）を有し、
   前記主幹ブレーカ及び分岐ブレーカは電力線通信子機（以下、子機と略す）を有し、
   前記状態監視制御ユニットから各ブレーカへのオン／オフ制御と、各ブレーカから前記状態監視制御ユニットへの各ブレーカの状態情報の通知とを前記電路バーを含む電力配線路を介して電力線通信によって行なう分電盤内電力線通信システムにおいて、
   前記親機は、前記子機に通信を許可する旨と、該親機のアドレスと、通信時間帯情報とを含んだビーコンを定期的に前記子機に発信し、
   前記子機は、前記ビーコンに基づいて、同一の分電盤内の親機から通信が許可される場合に、親機のアドレスと通信時間帯情報とを取得した後に、前記ビーコンに同期して前記親機に通信を行ない、
   前記親機は、運用を開始すると、他の親機からビーコンが発信されていないかを一定時間監視し、他の分電盤の親機からのビーコンを受信すると、該親機に対して所定のアドレスを使用する旨の通知を行い、その後、該親機から該アドレスの変更の要求を受信した場合には該アドレス以外のアドレスを使用する旨の通知を行うことで該親機とアドレス設定のための調停を行うことを特徴とする分電盤内電力線通信システム。
2. 前記親機は、他の分電盤の親機からのビーコンを受信すると、更に、互いに重ならないような通信時間帯を設定することを特徴とする請求項１に記載の分電盤内電力線通信システム。
3. 前記親機は、自機のアドレス設定後に自機と同一分電盤内の子機とを同一グループに関連付ける親子設定モードを有し、前記親機は、前記親子設定モード中には設定中であることを示す親子設定ビーコンを前記同一分電盤内の子機に送信することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分電盤内電力線通信システム。
4. 前記親機が他の親機からのビーコンを受信し、該ビーコンから同一分電盤内の別機能の親機の存在を検出した場合、両方の親機間でマスタ親機又はスレーブ親機の調停を行なってどちらか一方をマスタ親機とし、
   該マスタ親機となった親機は、ビーコンを発信し、他方のスレーブ親機及び子機は、該ビーコンに同期して通信することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の分電盤内電力線通信システム。
5. 前記親機は、自機のアドレス設定後に自機と同一分電盤内の別機能の親機との間でマスタ親機を設定するマスタ設定モードを有し、前記親機は、前記マスタ設定モード中には設定中であることを示すマスタ設定ビーコンを送信することを特徴とする請求項４に記載の分電盤内電力線通信システム。

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