JP6597798B2 - 負荷制御装置、負荷制御装置の電流計測方法 - Google Patents
負荷制御装置、負荷制御装置の電流計測方法 Download PDFInfo
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Description
この発明は、ヒータ等の複数の負荷を制御する際に、各負荷に流れる電流を計測する負荷制御装置、負荷制御装置の電流計測及び負荷制御方法に関する。
従来より、時間比例制御等、負荷電源のＯＮ／ＯＦＦ時間比率、すなわちデューティ比を変化させ、ヒータ等の負荷への電力供給を制御する制御機器が知られている。このような制御機器では、ヒータ等の負荷の断線や劣化等といった異常を検知するために各負荷に流れる負荷電流の計測を行う。
負荷電流の計測手法については、負荷につながるラインそれぞれに分流器や変流器等の電流検出器を、負荷の電源特性に合わせて取り付け、各負荷に流れる電流を計測する手法が知られている。
しかし、分流器や変流器等の電流検出器には高価な部品もあり、特に変流器はサイズが大きく重いものが多い。そのため、組み込み機器等に用いる場合には、製品のコストダウン、サイズダウンの実現が困難であった。
しかし、分流器や変流器等の電流検出器には高価な部品もあり、特に変流器はサイズが大きく重いものが多い。そのため、組み込み機器等に用いる場合には、製品のコストダウン、サイズダウンの実現が困難であった。
このような課題に対応するために、１つの電流検出器を用いて複数のヒータに流れる負荷電流を計測するヒータ制御装置が特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載の発明には、複数のヒータのうち、負荷電流の計測を所望するヒータ以外への電力供給をＯＦＦにすることで当該ヒータに流れる負荷電流のみを計測し、それを全てのヒータに対して行うことで各ヒータに流れる負荷電流を計測するヒータ制御装置が開示されている。
さらに、複数のヒータのうち、まず全てのヒータへの電力供給をＯＦＦにし、一定時間経過ごとに、段階的に電力供給を開始し、各ヒータへの電力供給開始前後に計測された電流値の差分を取ることで、所望するヒータに流れる負荷電流値を算出するヒータ制御装置が開示されている。
特許文献１に記載の発明には、複数のヒータのうち、負荷電流の計測を所望するヒータ以外への電力供給をＯＦＦにすることで当該ヒータに流れる負荷電流のみを計測し、それを全てのヒータに対して行うことで各ヒータに流れる負荷電流を計測するヒータ制御装置が開示されている。
さらに、複数のヒータのうち、まず全てのヒータへの電力供給をＯＦＦにし、一定時間経過ごとに、段階的に電力供給を開始し、各ヒータへの電力供給開始前後に計測された電流値の差分を取ることで、所望するヒータに流れる負荷電流値を算出するヒータ制御装置が開示されている。
ところが、上記従来の装置では、負荷電流の計測を行う際に、一定時間の間は各ヒータへの電力供給をＯＦＦにする必要があり、この時間の分だけ電力供給が止まることになる。従って、従来の装置では、特に操作出力値１００％に近い大きな出力が必要な状況において、所望する操作出力値に見合うだけの出力が得られない状況があった。また、同時に負荷電流の計測を行うヒータの数が増加するにつれて、計測の対象でないヒータへの電力供給が止まる時間が累積されていくため、この傾向はさらに顕著となる。その結果、必要な電源供給が行えないために、装置の立ち上げ完了が遅れる原因となっていた。この装置の立ち上げ完了が遅れる問題を解消するために、電力供給が止まる時間を短くすると、ＡＤ変換に割り当てることができる時間も短くなり、計測結果の負荷電流値の分解能が低下してしまう。
従って、１つの電流検出器を用いて複数の負荷電流を計測する場合、電流計測の分解能や精度を保ちつつ、電流計測時に電力供給が止まる時間を短くすることが難しいという課題があった。
従って、１つの電流検出器を用いて複数の負荷電流を計測する場合、電流計測の分解能や精度を保ちつつ、電流計測時に電力供給が止まる時間を短くすることが難しいという課題があった。
本発明は、上記事情に鑑み、１つの電流検出器による複数の算出対象負荷に流れる電流の検出結果を用いて、各算出対象負荷に流れる負荷電流値を算出する負荷制御装置、負荷制御装置の電流計測方法であって、電流計測の分解能や精度の向上を図りながら、電流計測時に電力供給が止まる時間を短くすることが可能な、負荷制御装置、負荷制御装置の電流計測方法を得ることを目的とする。
（構成１）
制御対象である複数の負荷への電力供給を制御する装置であって、
前記複数の負荷のうち、負荷電流値の算出を行う複数の算出対象負荷に対して、事前に設定された時間において、前記複数の算出対象負荷のうち何れか１つの負荷に流れる電流のみが０である場合に、電流検出部によって検出された前記複数の算出対象負荷に流れる電流を電流値として取り込み、合成電流値として記録する処理を、全ての前記複数の算出対象負荷について実施し、前記複数の算出対象負荷の中のｘ番目の負荷に流れる負荷電流値を、以下の式で表されるＩ（ｘ）によって算出する負荷電流算出部を備え、
制御対象である複数の負荷への電力供給を制御する装置であって、
前記複数の負荷のうち、負荷電流値の算出を行う複数の算出対象負荷に対して、事前に設定された時間において、前記複数の算出対象負荷のうち何れか１つの負荷に流れる電流のみが０である場合に、電流検出部によって検出された前記複数の算出対象負荷に流れる電流を電流値として取り込み、合成電流値として記録する処理を、全ての前記複数の算出対象負荷について実施し、前記複数の算出対象負荷の中のｘ番目の負荷に流れる負荷電流値を、以下の式で表されるＩ（ｘ）によって算出する負荷電流算出部を備え、
Ｉｃ(ｋ)は、前記複数の算出対象負荷の中のｋ番目の負荷に流れる電流のみが０である場合の前記負荷電流算出部で記録された前記合成電流値であり、
ｎは前記複数の算出対象負荷の総数であり、２以上の整数であることを特徴とする負荷制御装置。
（構成２）
前記負荷制御装置における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにするとともに、前記制御信号の出力周期内における電力供給をＯＮにする時間とＯＦＦにする時間の比率が、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて決定されることを特徴とする、構成１に記載の負荷制御装置。
前記負荷制御装置における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにするとともに、前記制御信号の出力周期内における電力供給をＯＮにする時間とＯＦＦにする時間の比率が、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて決定されることを特徴とする、構成１に記載の負荷制御装置。
（構成３）
前記負荷制御装置における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値より多くの電力が供給されてしまう負荷がある場合に、その負荷に限り前記事前に設定された時間においては電力供給を終始ＯＦＦとし、前記制御信号の出力周期内における、前記事前に設定された時間以外にだけ、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、構成１又は２に記載の負荷制御装置。
前記負荷制御装置における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値より多くの電力が供給されてしまう負荷がある場合に、その負荷に限り前記事前に設定された時間においては電力供給を終始ＯＦＦとし、前記制御信号の出力周期内における、前記事前に設定された時間以外にだけ、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、構成１又は２に記載の負荷制御装置。
（構成４）
前記負荷制御装置における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、その負荷に限り前記制御信号の出力周期内における前記事前に設定された時間以外において、電力供給を終始ＯＮとすることを特徴とする、構成１又は２に記載の負荷制御装置。
前記負荷制御装置における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、その負荷に限り前記制御信号の出力周期内における前記事前に設定された時間以外において、電力供給を終始ＯＮとすることを特徴とする、構成１又は２に記載の負荷制御装置。
（構成５）
前記負荷制御装置における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、前記複数の算出対象負荷の全てにおいて、前記事前に設定された時間に順次前記複数の算出対象負荷の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとする操作を行わずに、前記制御信号の出力周期内において、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、構成１又は２に記載の負荷制御装置。
前記負荷制御装置における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、前記複数の算出対象負荷の全てにおいて、前記事前に設定された時間に順次前記複数の算出対象負荷の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとする操作を行わずに、前記制御信号の出力周期内において、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、構成１又は２に記載の負荷制御装置。
（構成６）
前記複数の負荷へ供給される電力が交流電源により供給され、１つの変流器によって構成される前記電流検出部を備える、構成１から５の何れかに記載の負荷制御装置。
前記複数の負荷へ供給される電力が交流電源により供給され、１つの変流器によって構成される前記電流検出部を備える、構成１から５の何れかに記載の負荷制御装置。
（構成７）
前記電流検出部は、前記複数の算出対象負荷に接続される電源の経路が個別に構成されるとき、前記経路を前記1つの変流器に貫通させることで、前記電流値を取得することを特徴とする構成６に記載の負荷制御装置。
前記電流検出部は、前記複数の算出対象負荷に接続される電源の経路が個別に構成されるとき、前記経路を前記1つの変流器に貫通させることで、前記電流値を取得することを特徴とする構成６に記載の負荷制御装置。
（構成８）
制御対象である複数の負荷への電力供給を制御する負荷制御装置の電流計測方法であって、
前記複数の負荷のうち、負荷電流値の算出を行う複数の算出対象負荷に対して、事前に設定された時間において、前記複数の算出対象負荷のうち何れか１つの負荷に流れる電流のみが０である場合に、検出された前記複数の算出対象負荷に流れる電流を電流値として取り込み、合成電流値として記録する処理を、全ての前記複数の算出対象負荷について実施し、前記複数の算出対象負荷の中のｘ番目の負荷に流れる負荷電流値を、以下の式で表されるＩ（ｘ）によって算出する負荷電流算出ステップを備え、
制御対象である複数の負荷への電力供給を制御する負荷制御装置の電流計測方法であって、
前記複数の負荷のうち、負荷電流値の算出を行う複数の算出対象負荷に対して、事前に設定された時間において、前記複数の算出対象負荷のうち何れか１つの負荷に流れる電流のみが０である場合に、検出された前記複数の算出対象負荷に流れる電流を電流値として取り込み、合成電流値として記録する処理を、全ての前記複数の算出対象負荷について実施し、前記複数の算出対象負荷の中のｘ番目の負荷に流れる負荷電流値を、以下の式で表されるＩ（ｘ）によって算出する負荷電流算出ステップを備え、
Ｉｃ(ｋ)は、前記複数の算出対象負荷の中のｋ番目の負荷に流れる電流のみが０である場合の前記負荷電流算出ステップで記録された前記合成電流値であり、
ｎは前記複数の算出対象負荷の総数であり、２以上の整数であることを特徴とする負荷制御装置の電流計測方法。
（構成９）
前記負荷制御装置の電流計測方法における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにするとともに、前記制御信号の出力周期内における電力供給をＯＮにする時間とＯＦＦにする時間の比率が、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて決定されることを特徴とする、構成８に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
前記負荷制御装置の電流計測方法における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにするとともに、前記制御信号の出力周期内における電力供給をＯＮにする時間とＯＦＦにする時間の比率が、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて決定されることを特徴とする、構成８に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
（構成１０）
前記負荷制御装置の電流計測方法における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値より多くの電力が供給されてしまう負荷がある場合に、その負荷に限り前記事前に設定された時間においては電力供給を終始ＯＦＦとし、前記制御信号の出力周期内における、前記事前に設定された時間以外にだけ、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、構成８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
前記負荷制御装置の電流計測方法における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値より多くの電力が供給されてしまう負荷がある場合に、その負荷に限り前記事前に設定された時間においては電力供給を終始ＯＦＦとし、前記制御信号の出力周期内における、前記事前に設定された時間以外にだけ、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、構成８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
（構成１１）
前記負荷制御装置の電流計測方法における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、その負荷に限り前記制御信号の出力周期内における前記事前に設定された時間以外において、電力供給を終始ＯＮとすることを特徴とする、構成８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
前記負荷制御装置の電流計測方法における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、その負荷に限り前記制御信号の出力周期内における前記事前に設定された時間以外において、電力供給を終始ＯＮとすることを特徴とする、構成８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
（構成１２）
前記負荷制御装置の電流計測方法における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、前記複数の算出対象負荷の全てにおいて、前記事前に設定された時間に順次何れか１つの前記複数の算出対象負荷への電力供給をＯＦＦにしようとする操作を行わずに、前記制御信号の出力周期内において、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、構成８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
前記負荷制御装置の電流計測方法における前記制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、前記複数の算出対象負荷の全てにおいて、前記事前に設定された時間に順次何れか１つの前記複数の算出対象負荷への電力供給をＯＦＦにしようとする操作を行わずに、前記制御信号の出力周期内において、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、構成８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
（構成１３）
前記複数の負荷へ供給される電力が交流電源により供給され、１つの変流器によってなされる前記電流検出ステップを備える、構成８から１２の何れかに記載の負荷制御装置の電流計測方法。
前記複数の負荷へ供給される電力が交流電源により供給され、１つの変流器によってなされる前記電流検出ステップを備える、構成８から１２の何れかに記載の負荷制御装置の電流計測方法。
（構成１４）
前記電流検出ステップは、前記複数の算出対象負荷に接続される電源の経路が個別に構成されるとき、前記経路を前記1つの変流器に貫通させることで、前記電流値を取得することを特徴とする構成１３に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
前記電流検出ステップは、前記複数の算出対象負荷に接続される電源の経路が個別に構成されるとき、前記経路を前記1つの変流器に貫通させることで、前記電流値を取得することを特徴とする構成１３に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
この発明によれば、１つの電流検出器による複数の算出対象負荷に流れる電流の検出結果を用いて、各算出対象負荷に流れる負荷電流値を算出する負荷制御装置、負荷制御装置の電流計測方法において、電流計測の分解能や精度の向上を図りながら、電流計測時に電力供給が止まる時間を短くすることができるという効果がある。
実施の形態
以下、本発明の実施の形態に係る負荷制御装置について図を参照して説明する。
以下、本発明の実施の形態に係る負荷制御装置について図を参照して説明する。
＜機能及び構成＞
図１はこの発明の実施の形態に係る負荷制御装置１００の構成を示すブロック図である。
負荷制御装置１００は、出力部１１０と、負荷電流算出部１３０と、異常検出部１５０と、出力タイミング生成部１６０と、を備え、同じく接続された操作器１４１〜１４４により各負荷への電力供給を制御し、負荷制御装置１００に接続された電流検出部１２０によって負荷に流れる電流を検出する。
なお、ここでは負荷制御装置１００が電流検出部１２０と、操作器１４１〜１４４を備えないものを例として説明しているが、電流検出部１２０と操作器１４１〜１４４の何れか若しくは双方が、負荷制御装置１００に備えられるものであっても良い。
図１はこの発明の実施の形態に係る負荷制御装置１００の構成を示すブロック図である。
負荷制御装置１００は、出力部１１０と、負荷電流算出部１３０と、異常検出部１５０と、出力タイミング生成部１６０と、を備え、同じく接続された操作器１４１〜１４４により各負荷への電力供給を制御し、負荷制御装置１００に接続された電流検出部１２０によって負荷に流れる電流を検出する。
なお、ここでは負荷制御装置１００が電流検出部１２０と、操作器１４１〜１４４を備えないものを例として説明しているが、電流検出部１２０と操作器１４１〜１４４の何れか若しくは双方が、負荷制御装置１００に備えられるものであっても良い。
出力タイミング生成部１６０は、操作出力値等の設定を行い、制御信号の生成を行うと共に、出力部１１０、負荷電流算出部１３０、および異常検出部１５０の動作タイミングを統括する。
出力部１１０は、負荷制御装置１００に接続された操作器１４１〜１４４へ、出力タイミング生成部１６０にて生成された出力タイミングに基づいた制御信号を出力する。
操作器１４１〜１４４は、接続された負荷それぞれに対して、出力部１１０からの制御信号に従い電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
電流検出部１２０は複数の算出対象負荷（負荷電流値の算出を行う対象の負荷）に流れる電流を検出する。なお、本実施の形態においては、全ての負荷を算出対象負荷とするものを例として説明する（以下、特に言及する場合を除き、算出対象負荷のことを単に負荷という。図内の説明についても同様である。）。
負荷電流算出部１３０は、電流検出部１２０で検出された電流を計測し、電流値として取り込み、合成電流値として記録し、それぞれの負荷に流れる負荷電流値を算出する。
異常検出部１５０は、出力タイミング生成部１６０において生成された出力タイミング及び負荷電流算出部１３０にて算出した負荷電流値に基づいて、負荷自体、または負荷に接続された回路等の異常を検出する。
出力部１１０は、負荷制御装置１００に接続された操作器１４１〜１４４へ、出力タイミング生成部１６０にて生成された出力タイミングに基づいた制御信号を出力する。
操作器１４１〜１４４は、接続された負荷それぞれに対して、出力部１１０からの制御信号に従い電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
電流検出部１２０は複数の算出対象負荷（負荷電流値の算出を行う対象の負荷）に流れる電流を検出する。なお、本実施の形態においては、全ての負荷を算出対象負荷とするものを例として説明する（以下、特に言及する場合を除き、算出対象負荷のことを単に負荷という。図内の説明についても同様である。）。
負荷電流算出部１３０は、電流検出部１２０で検出された電流を計測し、電流値として取り込み、合成電流値として記録し、それぞれの負荷に流れる負荷電流値を算出する。
異常検出部１５０は、出力タイミング生成部１６０において生成された出力タイミング及び負荷電流算出部１３０にて算出した負荷電流値に基づいて、負荷自体、または負荷に接続された回路等の異常を検出する。
なお、本実施の形態においては、前述のごとく負荷制御装置１００に接続された負荷の全て（負荷１〜負荷４）を算出対象負荷とし、算出対象負荷の数が４であるものを例としているが、算出対象負荷の数については、２以上の任意の数であってもよい。また、本実施の形態では、算出対象負荷を事前に定めた例を説明しているが、図示しない入力部等により算出対象負荷を切り替える構成など、任意のタイミングで算出対象負荷を切り替える構成にしてもよい。
また、電流検出部１２０は変流器等によって構成される電流検出器（電流検出センサ）であり、複数の負荷に流れる電流を検出できる構成であればよい。また、負荷に接続されている電源の種類に合わせて分流器等を用いてもよい。また、負荷電流算出部１３０には、電流検出部１２０にて検出された出力信号を計測し、電流値に変換する回路等が組み込まれていてもよい。
なお、負荷電流算出部１３０、異常検出部１５０および出力タイミング生成部１６０は、それぞれ専用の回路によって構成されているが、マイクロコンピュータ等で構成されていてもよい。また、操作器１４１〜１４４は、半導体リレー（ＳＳＲ：Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）によって構成されているが、機械式リレーや、ハイブリッドリレー等で構成されていてもよい。
また、各負荷へ接続された電源は、単相の交流電源により構成されているが、経路により位相および周波数がそれぞれ異なる交流電源や直流電源により構成されていてもよい。
また、電流検出部１２０は変流器等によって構成される電流検出器（電流検出センサ）であり、複数の負荷に流れる電流を検出できる構成であればよい。また、負荷に接続されている電源の種類に合わせて分流器等を用いてもよい。また、負荷電流算出部１３０には、電流検出部１２０にて検出された出力信号を計測し、電流値に変換する回路等が組み込まれていてもよい。
なお、負荷電流算出部１３０、異常検出部１５０および出力タイミング生成部１６０は、それぞれ専用の回路によって構成されているが、マイクロコンピュータ等で構成されていてもよい。また、操作器１４１〜１４４は、半導体リレー（ＳＳＲ：Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）によって構成されているが、機械式リレーや、ハイブリッドリレー等で構成されていてもよい。
また、各負荷へ接続された電源は、単相の交流電源により構成されているが、経路により位相および周波数がそれぞれ異なる交流電源や直流電源により構成されていてもよい。
以下に、負荷電流算出部１３０にて用いる電流算出手法について説明する。
本手法は、１つの電流検出部により検出された複数の負荷に流れる電流から、所定の条件における電流を計測し、得られた電流値を合成電流値として記録し、各負荷に流れる負荷電流値を算出するものである。
そのために、まず、複数の負荷に流れる電流を計測する。以下に、操作器の特性および負荷電源の特性に応じた電流の取り扱いについて説明する。
本手法は、１つの電流検出部により検出された複数の負荷に流れる電流から、所定の条件における電流を計測し、得られた電流値を合成電流値として記録し、各負荷に流れる負荷電流値を算出するものである。
そのために、まず、複数の負荷に流れる電流を計測する。以下に、操作器の特性および負荷電源の特性に応じた電流の取り扱いについて説明する。
図２は、負荷電源が単相の交流電源である場合における電源電圧と、操作器における制御信号と、負荷に流れる電流との関係を示した模式図である。なお、図２においては、負荷１〜４の抵抗値は全て同じ値として説明する。
操作器が、半導体リレーにより構成され、ゼロクロス機能（電源電圧が０ボルトをさえぎる瞬間にスイッチング動作を行う機能）を有する場合において、ゼロクロスのタイミングと入力信号の立ち上がり（または立ち下がり）のタイミングが重なった際には、回路特性や負荷電源に重畳するノイズの影響によって、スイッチング動作のタイミングがずれてしまい、各負荷に流れる電流が不確定になる場合がある。すなわち、図２における点線で示された電流波形のいずれの状態を取るかが確定しない場合がある。そのため、スイッチング動作直後半周期の間は、電流の計測を行わない期間を設ける。このような期間を設けることにより、制御信号と電力供給が一致した状態での計測が可能となり、正確な電流を計測することができる。
以後、そのような電流の計測を行わない期間を未計測期間とし、図４から図６、図１４のグラフ上において、グレーの期間で表す。図９から図１２についても、同様の表現である。
なお、操作器が半導体リレーではなく、機械式リレーの場合は未計測期間をリレー接点の機械的な動作時間として設定することで、正確な電流を計測することができる。より具体的には、未計測期間を、動作時間とバウンス時間の和、または復帰時間とバウンス時間の和の何れか長いほうを設定する。
操作器が、半導体リレーにより構成され、ゼロクロス機能（電源電圧が０ボルトをさえぎる瞬間にスイッチング動作を行う機能）を有する場合において、ゼロクロスのタイミングと入力信号の立ち上がり（または立ち下がり）のタイミングが重なった際には、回路特性や負荷電源に重畳するノイズの影響によって、スイッチング動作のタイミングがずれてしまい、各負荷に流れる電流が不確定になる場合がある。すなわち、図２における点線で示された電流波形のいずれの状態を取るかが確定しない場合がある。そのため、スイッチング動作直後半周期の間は、電流の計測を行わない期間を設ける。このような期間を設けることにより、制御信号と電力供給が一致した状態での計測が可能となり、正確な電流を計測することができる。
以後、そのような電流の計測を行わない期間を未計測期間とし、図４から図６、図１４のグラフ上において、グレーの期間で表す。図９から図１２についても、同様の表現である。
なお、操作器が半導体リレーではなく、機械式リレーの場合は未計測期間をリレー接点の機械的な動作時間として設定することで、正確な電流を計測することができる。より具体的には、未計測期間を、動作時間とバウンス時間の和、または復帰時間とバウンス時間の和の何れか長いほうを設定する。
図３は、図１に示す電流検出部１２０が変流器１２０´により構成され、負荷電源がそれぞれ異なる経路により構成される場合の構成図である。
図４は、交流電源の位相が１２０度ずつ異なる（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）場合、各相により負荷に印加される電源電圧を示したものである。上記のようにグレーで示される未計測期間を定めているため、位相によらず未計測期間以外での出力状態が確定する。そのため、負荷制御装置１００が図３のように構成され、負荷電源の位相がそれぞれ異なる場合であっても、図２同様に正確な電流を計測することができる。
図５は、交流電源の周波数がそれぞれ５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであった場合の、負荷に印加される電源電圧を示したものである。また、図５に示すように、未計測期間は、電源周波数５０Ｈｚの場合を基準に１０ｍｓの整数倍に設定することで、電源周波数が５０Ｈｚ、６０Ｈｚのどちらの場合でも、未計測期間以外での出力状態が確定する。そのため、負荷制御装置１００が図３のように構成され、負荷電源の周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚで異なった場合においても、図２同様に正確な電流を計測することができる。
なお、計測期間を５０ｍｓの整数倍にすることで、電源周波数が５０Ｈｚの場合は２．５周期の整数倍の期間、６０Ｈｚの場合は３周期の整数倍の期間で電流を計測できる。
なお、電流検出部１２０を１つの変流器で構成することができるため、基板に部品を搭載する実装工程の工数削減、および製品重量削減の効果が得られる。
また、図３から理解されるように、複数の電源供給路（ケーブル）が存在する場合においても、１つの変流器に各負荷が接続されたケーブルを貫通させることで電流の計測が可能となるため、敷設済みの配線をそのまま使用でき、システム更新時のコスト削減の効果が得られる。更に、電流容量の小さい細いケーブルを使用できるため、配線の取り回しが容易になるという効果も得られる。
なお、計測期間を５０ｍｓの整数倍にすることで、電源周波数が５０Ｈｚの場合は２．５周期の整数倍の期間、６０Ｈｚの場合は３周期の整数倍の期間で電流を計測できる。
なお、電流検出部１２０を１つの変流器で構成することができるため、基板に部品を搭載する実装工程の工数削減、および製品重量削減の効果が得られる。
また、図３から理解されるように、複数の電源供給路（ケーブル）が存在する場合においても、１つの変流器に各負荷が接続されたケーブルを貫通させることで電流の計測が可能となるため、敷設済みの配線をそのまま使用でき、システム更新時のコスト削減の効果が得られる。更に、電流容量の小さい細いケーブルを使用できるため、配線の取り回しが容易になるという効果も得られる。
このように、負荷電源として位相や周波数の異なる交流電源を用いたとしても、未計測期間を除いて、意図した、すなわち、操作器への制御信号を正しく反映した状態での負荷に流れる電流を計測できることがわかる。
図６は、負荷電流算出部１３０において、電流の計測を行う期間、すなわち電流計測時に、出力部１１０から出力される制御信号を示すタイミングチャートである。
このように、電流の計測を連続して行う場合でも、制御信号の切り替わるタイミングの前後に適切な未計測期間を設けることで、制御信号の状態を反映した電流を計測することができる。以降、本実施の形態においては、複数の負荷に流れる電流を、複数の組み合わせで連続して計測を行う期間のことをスキャン期間と呼ぶ。
このように、電流の計測を連続して行う場合でも、制御信号の切り替わるタイミングの前後に適切な未計測期間を設けることで、制御信号の状態を反映した電流を計測することができる。以降、本実施の形態においては、複数の負荷に流れる電流を、複数の組み合わせで連続して計測を行う期間のことをスキャン期間と呼ぶ。
次に、複数の負荷に流れる電流の計測と、合成電流値の記録、負荷電流算出部１３０における負荷電流値の算出方法について説明する。
図６において、電力供給がＯＮであるときの各負荷１〜４に流れる負荷電流値をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと仮定する。また、負荷電源が交流電源の場合は、電流値、合成電流値および負荷電流値については実効値として取り扱う。
負荷電流値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの算出のために、まず、負荷１への制御信号のみを事前に定められた、未計測期間ｔｂと計測期間ｔｓの合計である時間（ｔｂ＋ｔｓ）だけＯＦＦにする（図６における期間１）。その際に、制御信号をＯＦＦにした負荷１以外の負荷、すなわち、負荷２〜４の制御信号はＯＮとする。よって、期間１の計測期間において電流検出部１２０にて検出され、負荷電流算出部１３０に取り込まれる電流値はＢ＋Ｃ＋Ｄとなる。この電流値を、合成電流値Ｉｃ(１)として記録する。同様に負荷２への制御信号のみをＯＦＦにした場合、期間２の計測期間における電流値Ａ＋Ｃ＋Ｄを、合成電流値Ｉｃ(２)として記録する。同様に負荷３への制御信号のみをＯＦＦにした場合、期間３の計測期間における電流値Ａ＋Ｂ＋Ｄを、合成電流値Ｉｃ(３)として記録する。同様に負荷４への制御信号のみをＯＦＦにした場合、期間４の計測期間における電流値Ａ＋Ｂ＋Ｃを、合成電流値Ｉｃ(４)として記録する。
なお、合成電流値を記録する順番は、スキャン期間の中で必要に応じて入れ替えても良い。
Ｉｃ(１)からＩｃ(４)の合成電流値をまとめると、以下の数３のようになる。
図６において、電力供給がＯＮであるときの各負荷１〜４に流れる負荷電流値をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと仮定する。また、負荷電源が交流電源の場合は、電流値、合成電流値および負荷電流値については実効値として取り扱う。
負荷電流値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの算出のために、まず、負荷１への制御信号のみを事前に定められた、未計測期間ｔｂと計測期間ｔｓの合計である時間（ｔｂ＋ｔｓ）だけＯＦＦにする（図６における期間１）。その際に、制御信号をＯＦＦにした負荷１以外の負荷、すなわち、負荷２〜４の制御信号はＯＮとする。よって、期間１の計測期間において電流検出部１２０にて検出され、負荷電流算出部１３０に取り込まれる電流値はＢ＋Ｃ＋Ｄとなる。この電流値を、合成電流値Ｉｃ(１)として記録する。同様に負荷２への制御信号のみをＯＦＦにした場合、期間２の計測期間における電流値Ａ＋Ｃ＋Ｄを、合成電流値Ｉｃ(２)として記録する。同様に負荷３への制御信号のみをＯＦＦにした場合、期間３の計測期間における電流値Ａ＋Ｂ＋Ｄを、合成電流値Ｉｃ(３)として記録する。同様に負荷４への制御信号のみをＯＦＦにした場合、期間４の計測期間における電流値Ａ＋Ｂ＋Ｃを、合成電流値Ｉｃ(４)として記録する。
なお、合成電流値を記録する順番は、スキャン期間の中で必要に応じて入れ替えても良い。
Ｉｃ(１)からＩｃ(４)の合成電流値をまとめると、以下の数３のようになる。
数３に表される連立方程式を解くことにより、負荷電流値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値を算出することができる。例えば、負荷１に流れる負荷電流値であるＡは以下の数４により算出される。
上述の内容を一般化すると、ｘ番目の負荷に流れる負荷電流値Ｉ（ｘ）は、以下の数５で表すことができる。
なお、ｎは負荷制御装置１００に接続されている算出対象負荷の数（ただし、１つの変流器で電流の計測対象となっている算出対象負荷の数）であり、２以上の整数である（本実施の形態では４）。
このように、まず、何れか１つの負荷への制御信号のみをＯＦＦにし、それ以外の負荷への制御信号をＯＮとしている場合の計測期間における電流を計測し、合成電流値として記録する。そして、同様の処理を全ての負荷について順次行ってゆき、記録された全ての合成電流値を数５に代入することで、各負荷に流れる負荷電流値を算出することができる。
なお、本実施の形態においては、負荷制御装置１００に接続されている全ての負荷について負荷電流値の算出を行うように構成されていたが（全ての負荷を算出対象負荷とした。）、任意の負荷についてのみ電流の計測と合成電流値の算出を行うようにしてもよい（任意の負荷のみを算出対象負荷とする。）。その際、電流計測時は負荷電流値の算出を行わない負荷の電流が０になっている必要がある。
なお、本実施の形態においては、負荷制御装置１００に接続されている全ての負荷について負荷電流値の算出を行うように構成されていたが（全ての負荷を算出対象負荷とした。）、任意の負荷についてのみ電流の計測と合成電流値の算出を行うようにしてもよい（任意の負荷のみを算出対象負荷とする。）。その際、電流計測時は負荷電流値の算出を行わない負荷の電流が０になっている必要がある。
図１に戻り、異常検出部１５０には、各負荷のスキャン期間中の出力状態が出力タイミング生成部１６０から入力され、更に、負荷電流算出部１３０によって算出された各負荷に流れる負荷電流値が入力される。そして、負荷毎に、スキャン期間中の出力状態及び、設定された種々の異常に対応した閾値および負荷電流値等を比較することで、接続された回路等に発生した異常を検出する。
具体的には、出力タイミング生成部１６０によって生成された出力タイミングにおいて、スキャン期間内の特定の負荷の制御信号がＯＮになっているにも関わらず、負荷電流値が０であった場合には、断線と判定する。また、同様に、特定の負荷の制御信号がＯＮになっているにも関わらず、負荷電流値が期待する電流値を大きく下回っていた場合、負荷の性能低下、消耗や故障等の異常と判定し、負荷電流値が期待する電流値を大きく上回っていた場合、過電流や、ショートが発生していると判定する。また、上記出力タイミングにおいて、スキャン期間内の特定の負荷の制御信号が終始ＯＦＦになっているにも関わらず、負荷電流値が０でない場合には、操作器等の接点溶着やショート等の異常が発生していると判定する。
検出した異常は、異常検出ＬＥＤ等の図示しない表示部によりユーザへ通知される。
なお、検出する異常の種類及び判定手法については上記例に限られるものではなく、負荷への出力状況と実際に負荷に流れる電流値との比較によって検出が可能な異常及び判定手法であればよい。
また、検出した異常については、ユーザへ直接通知するだけではなく、通信データとして、別のシステムへと情報が転送されるようにしてもよい。
具体的には、出力タイミング生成部１６０によって生成された出力タイミングにおいて、スキャン期間内の特定の負荷の制御信号がＯＮになっているにも関わらず、負荷電流値が０であった場合には、断線と判定する。また、同様に、特定の負荷の制御信号がＯＮになっているにも関わらず、負荷電流値が期待する電流値を大きく下回っていた場合、負荷の性能低下、消耗や故障等の異常と判定し、負荷電流値が期待する電流値を大きく上回っていた場合、過電流や、ショートが発生していると判定する。また、上記出力タイミングにおいて、スキャン期間内の特定の負荷の制御信号が終始ＯＦＦになっているにも関わらず、負荷電流値が０でない場合には、操作器等の接点溶着やショート等の異常が発生していると判定する。
検出した異常は、異常検出ＬＥＤ等の図示しない表示部によりユーザへ通知される。
なお、検出する異常の種類及び判定手法については上記例に限られるものではなく、負荷への出力状況と実際に負荷に流れる電流値との比較によって検出が可能な異常及び判定手法であればよい。
また、検出した異常については、ユーザへ直接通知するだけではなく、通信データとして、別のシステムへと情報が転送されるようにしてもよい。
＜動作＞
図７及び図８は、本実施の形態における負荷制御装置１００の概略動作を示したフローチャートである。以下、それぞれの動作につき図７及び図８を参照しながら説明する。
図７及び図８は、本実施の形態における負荷制御装置１００の概略動作を示したフローチャートである。以下、それぞれの動作につき図７及び図８を参照しながら説明する。
図７は、本実施の形態における制御信号の生成についての概略動作を示したフローチャートである。これらの動作は、出力周期毎に１回ずつ、繰り返し実行され、ステップＳ７１１からＳ７２３までの処理は、各負荷に対して個別に実施されることを基本動作としている。
まず、ステップＳ７０１にて、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御に必要なパラメータを取得する。このとき、スキャン期間Ｓが、未計測期間ｔｂ、計測期間ｔｓ、負荷の数ｎ（算出対象負荷の数であり、本実施の形態では４である。）によって決定され、以下の数６で表される。
まず、ステップＳ７０１にて、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御に必要なパラメータを取得する。このとき、スキャン期間Ｓが、未計測期間ｔｂ、計測期間ｔｓ、負荷の数ｎ（算出対象負荷の数であり、本実施の形態では４である。）によって決定され、以下の数６で表される。
なお、未計測期間ｔｂ及び計測期間ｔｓについては、図示しない入力部等の設定値を参照するようにしてもよいし、あらかじめ装置ごとに決められた値を用いるようにしてもよい。
次に、ステップＳ７１１にて、操作出力値ＭＶ、出力周期Ｔとの関係で以下の数７に表される関係が成立した場合（ステップＳ７１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ７１２へと移行する。また、数７に表される関係が成立しなかった場合（ステップＳ７１１：Ｎｏ）、ステップＳ７２３へと移行する。
そして、ステップＳ７１２にて、操作出力値ＭＶ、出力周期Ｔとの関係で以下の数８に表される関係が成立した場合（ステップＳ７１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ７２１へと移行する。また、数８に表される関係が成立しなかった場合（ステップＳ７１２：Ｎｏ）、ステップＳ７２２へと移行する。
つまり、設定された操作出力値ＭＶにおいて、スキャン期間Ｓの中で電流の計測と合成電流値を記録するための制御信号のＯＮ／ＯＦＦ操作が実施できるかを判断している。その結果に応じて制御信号の生成方法をステップＳ７２１〜Ｓ７２３の中から選択する。
以下、図９〜図１２を参照しながらステップＳ７２１〜Ｓ７２３について具体的に説明する。
なお、図中の上段のチャートは、一般的な電力制御方法である時間比例制御を行う際の、出力周期内における制御信号である。
また、図中の下段のチャートは、電流の計測と合成電流値を記録するためのスキャン期間Ｓが挿入された、出力周期内における制御信号の一例であり、負荷２の制御信号を示している。本実施の形態において接続された負荷の数はｎ＝４であるので、スキャン期間Ｓは（ｔｂ＋ｔｓ）×４となる。また、負荷電流値の算出に必要な合成電流値をスキャン期間Ｓ中に連続して記録する際に、負荷２の制御信号のみをＯＦＦにする順番を２番目としている。
なお、図中の上段のチャートは、一般的な電力制御方法である時間比例制御を行う際の、出力周期内における制御信号である。
また、図中の下段のチャートは、電流の計測と合成電流値を記録するためのスキャン期間Ｓが挿入された、出力周期内における制御信号の一例であり、負荷２の制御信号を示している。本実施の形態において接続された負荷の数はｎ＝４であるので、スキャン期間Ｓは（ｔｂ＋ｔｓ）×４となる。また、負荷電流値の算出に必要な合成電流値をスキャン期間Ｓ中に連続して記録する際に、負荷２の制御信号のみをＯＦＦにする順番を２番目としている。
図９の下段のチャートは、ステップＳ７１１およびステップＳ７１２において、設定された操作出力値ＭＶを維持したまま、スキャン期間Ｓの中で電流の計測と合成電流値を記録するための制御信号のＯＮ／ＯＦＦ操作を実施できると判断した場合に、ステップＳ７２１で生成される制御信号である。
スキャン期間Ｓ中に、負荷２の制御信号のみをＯＦＦにする時間が挿入されるため、スキャン期間Ｓ中のＯＮ時間ｔｏｎ１は以下に示す数９となる。
スキャン期間Ｓ中に、負荷２の制御信号のみをＯＦＦにする時間が挿入されるため、スキャン期間Ｓ中のＯＮ時間ｔｏｎ１は以下に示す数９となる。
よって、設定された操作出力値ＭＶに相当するだけのＯＮ時間を確保するには、スキャン期間Ｓ外に設けるＯＮ時間ｔｏｎ2を以下に示す数１０とする必要がある。
なお、スキャン期間Ｓ外で制御信号をＯＮにするタイミングについては、図１０の下段チャートに示すように、同じ出力周期内であれば任意のタイミングで発生させても良い。
このような制御信号を生成することで、図９の上段に示す時間比例制御と同じだけの電力供給のＯＮ／ＯＦＦ時間が設定され、同等の制御特性を得ることができる。
図１２の下段のチャートは、ステップＳ７１１およびステップＳ７１２において、スキャン期間Ｓの中で電流の計測と合成電流値を記録するための制御信号のＯＮ／ＯＦＦ操作を実施すると、設定された操作出力値ＭＶ以上に電力供給を行ってしまうと判断した場合に、ステップＳ７２３で生成される制御信号である。
スキャン期間Ｓ中は終始制御信号をＯＦＦとし、スキャン期間Ｓ外で設定された操作出力値ＭＶに相当するだけのＯＮ時間を確保する。よって、スキャン期間Ｓ中のＯＮ時間ｔｏｎ１とスキャン期間Ｓ外に設けるＯＮ時間ｔｏｎ2は数１１、数１２のようになる。
スキャン期間Ｓ中は終始制御信号をＯＦＦとし、スキャン期間Ｓ外で設定された操作出力値ＭＶに相当するだけのＯＮ時間を確保する。よって、スキャン期間Ｓ中のＯＮ時間ｔｏｎ１とスキャン期間Ｓ外に設けるＯＮ時間ｔｏｎ2は数１１、数１２のようになる。
このような制御信号を生成することで、電流の計測と合成電流値を記録するための制御信号のＯＮ／ＯＦＦ操作が実施できない負荷が含まれる場合においても、当該負荷以外の負荷電流値の算出を継続することができる。
なお、この条件において制御信号を生成した負荷については、スキャン期間Ｓ中の制御信号が終始ＯＦＦになることからも分かるように、算出される当該負荷電流値の算出結果が０となる（算出された負荷電流値が０でない場合には、操作器等の接点溶着やショート等の異常が発生していると判定されることになる）。
図１１の下段のチャートは、ステップＳ７１１およびステップＳ７１２において、スキャン期間Ｓの中で電流の計測と合成電流値を記録するための制御信号のＯＮ／ＯＦＦ操作を実施すると、設定された操作出力値ＭＶに満たないと判断した場合に、ステップＳ７２２で生成される制御信号である。
スキャン期間Ｓ中に、負荷２の制御信号のみをＯＦＦにする時間が挿入され、スキャン期間Ｓ外においては終始制御信号をＯＮにする。よって、スキャン期間Ｓ中のＯＮ時間ｔｏｎ１とスキャン期間Ｓ外に設けるＯＮ時間ｔｏｎ2は数１３、数１４のようになる。
スキャン期間Ｓ中に、負荷２の制御信号のみをＯＦＦにする時間が挿入され、スキャン期間Ｓ外においては終始制御信号をＯＮにする。よって、スキャン期間Ｓ中のＯＮ時間ｔｏｎ１とスキャン期間Ｓ外に設けるＯＮ時間ｔｏｎ2は数１３、数１４のようになる。
このような制御信号を生成することで、負荷電流値の算出を継続することができる。ただし、図１１の上段に示す時間比例制御と同等のＯＮ時間が確保できないため、電力供給が制限されているのと同じ状態となる。
ステップＳ７１１およびステップＳ７１２において、スキャン期間の中で電流の計測と合成電流値を記録するための制御信号のＯＮ／ＯＦＦ操作を実施すると、設定された操作出力値ＭＶに満たないと判断した場合、図示しない入力部等により設定を行うことで、全ての負荷において図１１の上段のような一般的な電力制御方法に切り替えられるようにしてもよい。なお、この場合には負荷電流値の算出は実施できないが、電力供給に制限をかけることなく制御を続行できるため、装置立ち上げ時間を短縮することができる等のメリットがある。
また、ステップＳ７１１およびステップＳ７１２において、スキャン期間Ｓの中で電流の計測と合成電流値を記録するための制御信号のＯＮ／ＯＦＦ操作を実施すると、設定された操作出力値ＭＶ以上に電力供給を行ってしまうと判断した場合でも、図示しない入力部等により設定を行うことで、スキャン期間Ｓの中で電流の計測と合成電流値を記録するための制御信号のＯＮ／ＯＦＦ操作を強制的に実施し、負荷電流値の算出を継続してもよい。
なお、本実施の形態においては、出力周期毎にスキャン期間Ｓを挿入し、負荷電流値を算出するようにしているが、図示しない入力部等から設定した任意のタイミングの次の出力周期にスキャン期間Ｓを挿入して、負荷電流値の算出を実行するようにしてもよい。
また、電流計測時の電流の計測と合成電流値を記録する動作を、複数の出力周期に渡って順番に実施し、必要な全ての合成電流値が記録された時点で負荷電流値を算出するようにしてもよい。
また、制御信号にスキャン期間Ｓを強制的に挿入するのではなく、一般的な電力制御方法を行う中で、そのときの各負荷への制御信号のＯＮ／ＯＦＦ状態の組み合わせが、所望の合成電流値の条件と一致している判断した場合に、電流の計測と合成電流値の記録を行い、必要な全ての合成電流値が記録された時点で負荷電流値を算出するようにしてもよい。
以上のように、操作出力値ＭＶに応じて制御信号を変えることにより、可能な限り時間比例制御と同等の制御性を維持しながら、安全に負荷電流値の算出を継続することができる。
全ての負荷について制御信号が生成されると、出力タイミング生成部が各負荷の制御信号の同期を取りながら出力動作を開始（ステップＳ７０２）する。そして、操作器１４１〜１４４に対し、出力部１１０から制御信号が出力される。
図８は、本実施の形態における電流の計測、合成電流値の記録、負荷電流値の算出および異常検出処理についての概略動作を示したフローチャートである。これらも、出力周期毎に繰り返し実行され、ステップＳ８１１以降の処理は、各負荷に対して個別に実施されることを基本動作としている。
まず、スキャン期間Ｓ中の期間１から期間４の各計測期間において、電流検出部１２０によって検出され、負荷電流算出部１３０により取り込まれた電流値が、合成電流値Ｉｃ(１)、Ｉｃ(２)、Ｉｃ(３)、Ｉｃ(４)として記録される（ステップＳ８０１）。そして、全ての合成電流値の記録が完了すると、数５を用いて各負荷に流れる負荷電流値が算出される（ステップＳ８０２）。そして、算出された負荷電流値に基づき、異常検出部１５０にて異常検出を行うための条件を判断する（ステップＳ８１１）。
図７におけるステップＳ７２１及びステップＳ７２２で制御信号が生成された場合等は、スキャン期間Ｓ中の負荷電流値が電源電圧と負荷の抵抗値に応じて定まる値になる事が期待される（ステップＳ８１１：Ｙｅｓ）。従って、図示しない入力部等により設定された期待値と比較し、負荷電流値が当該期待値を大きく下回っていた場合または大きく上回っていた場合は、負荷に異常があると判断し（ステップＳ８１２：Ｙｅｓ）、警報がＯＮとなる（ステップＳ８０３）。また、負荷電流値が当該期待値相当となっている場合は負荷が正常と判断し（ステップＳ８１２：Ｎｏ）、警報がＯＦＦとなる（ステップＳ８０４）。
また、図７におけるステップＳ７２３で制御信号が生成された場合等は、スキャン期間Ｓ中の負荷電流値は０となることが期待される（ステップＳ８１１：Ｎｏ）。従って、負荷電流値が０である場合は正常と判断し（ステップＳ８１３：Ｙｅｓ）、警報がＯＦＦとなる（ステップＳ８０５）。また、負荷電流値が０でない場合には異常と判断し（ステップＳ８１３：Ｎｏ）、警報がＯＮとなる（ステップＳ８０６）。
まず、スキャン期間Ｓ中の期間１から期間４の各計測期間において、電流検出部１２０によって検出され、負荷電流算出部１３０により取り込まれた電流値が、合成電流値Ｉｃ(１)、Ｉｃ(２)、Ｉｃ(３)、Ｉｃ(４)として記録される（ステップＳ８０１）。そして、全ての合成電流値の記録が完了すると、数５を用いて各負荷に流れる負荷電流値が算出される（ステップＳ８０２）。そして、算出された負荷電流値に基づき、異常検出部１５０にて異常検出を行うための条件を判断する（ステップＳ８１１）。
図７におけるステップＳ７２１及びステップＳ７２２で制御信号が生成された場合等は、スキャン期間Ｓ中の負荷電流値が電源電圧と負荷の抵抗値に応じて定まる値になる事が期待される（ステップＳ８１１：Ｙｅｓ）。従って、図示しない入力部等により設定された期待値と比較し、負荷電流値が当該期待値を大きく下回っていた場合または大きく上回っていた場合は、負荷に異常があると判断し（ステップＳ８１２：Ｙｅｓ）、警報がＯＮとなる（ステップＳ８０３）。また、負荷電流値が当該期待値相当となっている場合は負荷が正常と判断し（ステップＳ８１２：Ｎｏ）、警報がＯＦＦとなる（ステップＳ８０４）。
また、図７におけるステップＳ７２３で制御信号が生成された場合等は、スキャン期間Ｓ中の負荷電流値は０となることが期待される（ステップＳ８１１：Ｎｏ）。従って、負荷電流値が０である場合は正常と判断し（ステップＳ８１３：Ｙｅｓ）、警報がＯＦＦとなる（ステップＳ８０５）。また、負荷電流値が０でない場合には異常と判断し（ステップＳ８１３：Ｎｏ）、警報がＯＮとなる（ステップＳ８０６）。
図１３は、従来手法である特許文献１に記載の方法と本実施の形態における負荷制御装置によって各負荷電流値を算出した場合の比較結果を示した表である。実際の運用事例に基づき、負荷の数はｎ＝８、出力周期はＴ＝１００００ｍｓ、未計測期間はｔｂ＝１０ｍｓ、計測期間はｔｓ＝５０ｍｓとする。このとき、スキャン期間Ｓは数６よりＳ＝（１０＋５０）×８＝４８０ｍｓとなる。
まず、出力周期毎に全ての負荷への負荷電流値の算出を行いながら負荷に供給できる最大出力（操作出力値の最大値）を比較する。
従来手法では、所望する負荷の制御信号だけを（未計測期間ｔｂ＋計測期間ｔｓ）だけＯＮにし、それ以外の負荷の制御信号はＯＦＦとする。このとき、計測期間において電流検出部にて検出され、制御装置に取り込まれる電流値を負荷電流値とする。そして、この操作を負荷の数だけ繰り返すことにより、全ての負荷の負荷電流値を取得することができる。よって、負荷電流値を得るために出力周期あたりに挿入される制御信号のＯＦＦ時間toff1は数１５で表すことができる。
まず、出力周期毎に全ての負荷への負荷電流値の算出を行いながら負荷に供給できる最大出力（操作出力値の最大値）を比較する。
従来手法では、所望する負荷の制御信号だけを（未計測期間ｔｂ＋計測期間ｔｓ）だけＯＮにし、それ以外の負荷の制御信号はＯＦＦとする。このとき、計測期間において電流検出部にて検出され、制御装置に取り込まれる電流値を負荷電流値とする。そして、この操作を負荷の数だけ繰り返すことにより、全ての負荷の負荷電流値を取得することができる。よって、負荷電流値を得るために出力周期あたりに挿入される制御信号のＯＦＦ時間toff1は数１５で表すことができる。
つまりtoff1＝（１０＋５０）×（８−１）＝４２０ｍｓとなる。
また、負荷電流値の取得を行いながら電力供給できる最大出力（操作出力値の制限）MVlimは以下に示す数１６で表される。
本実施の形態においては、図１１下段のタイミング図に該当する操作のようにスキャン期間Ｓの中で何れか１つの負荷への制御信号のみを一度だけＯＦＦにし、それ以外は終始ＯＮとする。よって、負荷電流値を算出するために出力周期あたりに挿入される制御信号のＯＦＦ時間toff1は数１７で表すことができる。
つまりtoff1＝（１０＋５０）＝６０ｍｓとなる。これを数１６に代入するとMVlimは９９．４％となる。よって、従来手法よりも、より大きな電力供給が可能となり、装置立ち上げ時間の短縮等に効果がある。
次に電流値の精度について考える。一般的に、ＡＤ変換器等による計測においては、変換時間を長くするほど、より高分解能な計測が可能となる。
従来手法においては、所望する負荷の制御信号だけを６０ｍｓ間（未計測期間＋計測期間）ＯＮにし、その中の計測期間５０ｍｓの間にＡＤ変換を行い、電流を計測し負荷電流値を得る。
本実施の形態においては、スキャン期間Ｓの中で何れか１つの負荷への制御信号のみを一度だけＯＦＦにし、スキャン期間Ｓの中に設けられている複数の計測期間においてＡＤ変換を行い、電流を計測している。よって、複数の計測期間ts_allは数１８のように表すことができる。
つまりts_all＝５０×（８−１）＝３５０ｍｓ間に計測された電流値から負荷電流値を算出している。つまり、従来手法と比較して7倍相当の時間をかけてＡＤ変換を行ったことと等価となり、より高分解能な負荷電流値を取得できる。
また、負荷電流算出部１３０及び出力タイミング生成部１６０が、本実施の形態において説明した負荷電流値の算出方法および制御信号の生成手法に加えて、連立方程式を用いた類似手法により負荷電流値の算出及び出力タイミングの生成を行うように構成してもよい。また、その場合、負荷電流値の算出方法および制御信号の生成手法が、事前に設定された条件に従い自動的に切り替えられるようにしてもよいし、図示しない入力部等の設定値により任意に切り替えられるようにしてもよい。
図１４は上記連立方程式を用いた類似手法の１例を示すための、出力部１１０からの制御信号を示すタイミングチャートである。
各期間において、電流検出部１２０にて検出され、負荷電流算出部１３０に取り込まれた電流値は、以下に示す数１９のような合成電流値として記録され、
各期間において、電流検出部１２０にて検出され、負荷電流算出部１３０に取り込まれた電流値は、以下に示す数１９のような合成電流値として記録され、
この連立方程式を解き、各負荷電流値を算出すると以下に示す数２０のようになる。
＜発明の効果＞
以上より、本実施の形態に記載の負荷制御装置１００は、以下のような効果を奏する。
以上より、本実施の形態に記載の負荷制御装置１００は、以下のような効果を奏する。
本実施の形態においては、スキャン期間の中で、算出対象負荷のうち何れか１つの負荷への制御信号のみを一度だけＯＦＦにし、スキャン期間の中に設けられている複数の計測期間においてＡＤ変換を行い、電流を計測するよう構成されている。そのため、電流計測の分解能や精度の向上を図ることができるという効果を奏する。
また、本実施の形態においては、スキャン期間の中で、算出対象負荷のうち何れか１つの負荷への制御信号のみを一度だけＯＦＦにし、それ以外は終始ＯＮとするよう構成されている。そのため、電流計測時に電力供給が止まる時間を短くすることができるという効果を奏する。
また、本実施の形態においては、スキャン期間の中で、算出対象負荷のうち何れか１つの負荷への制御信号のみを一度だけＯＦＦにし、それ以外は終始ＯＮとするよう構成されている。そのため、電流計測時に電力供給が止まる時間を短くすることができるという効果を奏する。
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成及び動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解しうる様々な変更を行うことができる。
１００…負荷制御装置
１１０…出力部
１２０、１２０´…電流検出部
１３０…負荷電流算出部
１４１〜１４４…操作器
１５０…異常検出部
１６０…出力タイミング生成部
１１０…出力部
１２０、１２０´…電流検出部
１３０…負荷電流算出部
１４１〜１４４…操作器
１５０…異常検出部
１６０…出力タイミング生成部
Claims (14)
- 制御対象である複数の負荷への電力供給を制御する装置であって、
前記複数の負荷のうち、負荷電流値の算出を行う複数の算出対象負荷に対して、事前に設定された時間において、前記複数の算出対象負荷のうち何れか１つの負荷に流れる電流のみが０である場合に、電流検出部によって検出された前記複数の算出対象負荷に流れる電流を電流値として取り込み、合成電流値として記録する処理を、全ての前記複数の算出対象負荷について実施し、前記複数の算出対象負荷の中のｘ番目の負荷に流れる負荷電流値を、以下の式で表されるＩ（ｘ）によって算出する負荷電流算出部を備え、
Ｉｃ（ｋ）は、前記複数の算出対象負荷の中のｋ番目の負荷に流れる電流のみが０である場合の前記負荷電流算出部で記録された前記合成電流値であり、
ｎは前記複数の算出対象負荷の総数であり、２以上の整数であることを特徴とする負荷制御装置。 - 前記負荷制御装置における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにするとともに、前記制御信号の出力周期内における電力供給をＯＮにする時間とＯＦＦにする時間の比率が、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて決定されることを特徴とする、請求項１に記載の負荷制御装置。 - 前記負荷制御装置における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値より多くの電力が供給されてしまう負荷がある場合に、その負荷に限り前記事前に設定された時間においては電力供給を終始ＯＦＦとし、前記制御信号の出力周期内における、前記事前に設定された時間以外にだけ、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の負荷制御装置。 - 前記負荷制御装置における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、その負荷に限り前記制御信号の出力周期内における前記事前に設定された時間以外において、電力供給を終始ＯＮとすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の負荷制御装置。 - 前記負荷制御装置における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、前記複数の算出対象負荷の全てにおいて、前記事前に設定された時間に順次前記複数の算出対象負荷の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとする操作を行わずに、前記制御信号の出力周期内において、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の負荷制御装置。 - 前記複数の負荷へ供給される電力が交流電源により供給され、１つの変流器によって構成される前記電流検出部を備える、請求項１から５の何れかに記載の負荷制御装置。
- 前記電流検出部は、前記複数の算出対象負荷に接続される電源の経路が個別に構成されるとき、前記経路を前記１つの変流器に貫通させることで、前記電流値を取得することを特徴とする請求項６に記載の負荷制御装置。
- 制御対象である複数の負荷への電力供給を制御する負荷制御装置の電流計測方法であって、
前記複数の負荷のうち、負荷電流値の算出を行う複数の算出対象負荷に対して、事前に設定された時間において、前記複数の算出対象負荷のうち何れか１つの負荷に流れる電流のみが０である場合に、検出された前記複数の算出対象負荷に流れる電流を電流値として取り込み、合成電流値として記録する処理を、全ての前記複数の算出対象負荷について実施し、前記複数の算出対象負荷の中のｘ番目の負荷に流れる負荷電流値を、以下の式で表されるＩ（ｘ）によって算出する負荷電流算出ステップを備え、
Ｉｃ（ｋ）は、前記複数の算出対象負荷の中のｋ番目の負荷に流れる電流のみが０である場合の前記負荷電流算出ステップで記録された前記合成電流値であり、
ｎは前記複数の算出対象負荷の総数であり、２以上の整数であることを特徴とする負荷制御装置の電流計測方法。 - 前記負荷制御装置の電流計測方法における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにするとともに、前記制御信号の出力周期内における電力供給をＯＮにする時間とＯＦＦにする時間の比率が、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて決定されることを特徴とする、請求項８に記載の負荷制御装置の電流計測方法。 - 前記負荷制御装置の電流計測方法における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値より多くの電力が供給されてしまう負荷がある場合に、その負荷に限り前記事前に設定された時間においては電力供給を終始ＯＦＦとし、前記制御信号の出力周期内における、前記事前に設定された時間以外にだけ、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、請求項８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。 - 前記負荷制御装置の電流計測方法における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、その負荷に限り前記制御信号の出力周期内における前記事前に設定された時間以外において、電力供給を終始ＯＮとすることを特徴とする、請求項８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。 - 前記負荷制御装置の電流計測方法における電力供給の制御信号が、
前記合成電流値の取得のため、前記事前に設定された時間だけ順次前記複数の算出対象負荷の中の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとすると、負荷毎に設定された操作出力値に基づいて定められた値の電力を供給できない負荷がある場合に、前記複数の算出対象負荷の全てにおいて、前記事前に設定された時間に順次前記複数の算出対象負荷の何れか１つの負荷への電力供給をＯＦＦにしようとする操作を行わずに、前記制御信号の出力周期内において、前記負荷毎に設定された操作出力値に基づく割合で電力供給を行うことを特徴とする、請求項８又は９に記載の負荷制御装置の電流計測方法。 - 前記複数の負荷へ供給される電力が交流電源により供給され、１つの変流器によってなされる電流検出ステップを備える、請求項８から１２の何れかに記載の負荷制御装置の電流計測方法。
- 前記電流検出ステップは、前記複数の算出対象負荷に接続される電源の経路が個別に構成されるとき、前記経路を前記１つの変流器に貫通させることで、前記電流値を取得することを特徴とする請求項１３に記載の負荷制御装置の電流計測方法。
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