JP7062512B2 - 並列冗長式ｕｐｓシステムおよびそれを用いた監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、並列冗長式ＵＰＳシステム等に関する。

従来から、停電などによって電力が断たれた場合にも電力を供給し続ける無停電電源装置(以下、「ＵＰＳ」とも言う。)を、複数並列に接続した並列冗長式が知られている。この並列冗長式ＵＰＳシステムにおいては、ＵＰＳの出力電圧・電流・周波数を各ＵＰＳ間で並列制御することでＵＰＳの並列運転を実現し、安定した交流出力を供給する。ＵＰＳシステム容量の電源供給にＮ台（Ｎ＞１）のＵＰＳが必要な場合、（Ｎ＋１）台のＵＰＳを設置することにより、ＵＰＳ１台の故障や点検時においても、残りの健全機でＵＰＳ給電を継続することができる。

このような並列冗長式ＵＰＳシステムにおける監視技術が提案されている。
特許文献１には、プライベートＬＡＮを利用した無停電電源装置における電源制御方式に関する提案がある。当該提案は、マスタ無停電電源装置（ＵＰＳ）に接続させている基本処理装置側で、異常が発生したスレーブＵＰＳを特定可能とし、かつ、異常の種類を判別可能とするために、マスタとスレーブとをＬＡＮを介して接続し、スレーブに障害が発生した場合に、スレーブからマスタに障害発生と障害詳細情報を知らせるものである。

特許文献２は、系統連系システムにおいて定周期でインバータの運転情報を他のインバータに送信し、他のインバータからそれぞれの運転情報を返信するものである。そして、正常なインバータのうちの最も上位のインバータが自動的にマスタインバータとなることで、複数台のインバータを並列運転する場合に、マスタインバータの切り換えを容易にする。

特許第２９０７１９８号公報 特許第３７４０１１８号公報

例えば、図５は、並列冗長式ＵＰＳシステムＸの一構成例を示す機能ブロック図である。図５に示すように、並列冗長式ＵＰＳシステムＸは、無停電電源装置ＵＰＳ１，２，…，ｎ（ｎ＞１）を有している。それぞれの無停電電源装置ＵＰＳ１，２，…，ｎは、監視部１０３－１～ｎと制御部１０５－１～ｎとを有している。監視部１０３は制御部に個別に接続されており、制御部１０５－１～ｎは、シリアル通信ラインＬｓにより接続される。加えて、それぞれの無停電電源装置ＵＰＳ１，２，…，ｎは、パルス通信ラインＬｐによるパルス通信が可能に接続されている。

上記の並列冗長式ＵＰＳシステムＸは、以下の特徴を有する。
１）全てのＵＰＳは制御部と監視部とから構成されている。
２）制御部はパルス通信ラインとシリアル通信ラインを有している。
３）監視部は制御部からの計測情報や状態情報などを監視、表示する機能を有している。
４）制御部はパルス通信によってＵＰＳの台数、ＵＰＳのＩＤ、マスタ／スレーブを認識する（認識した情報を、以下「接続情報」と称する）。
５）制御部は、接続情報よりシリアル通信が可能の場合、ポーリングを開始する。ポーリングとは、ＵＰＳ間のシリアル通信においての競合を回避し、ＵＰＳに対し定期的に問い合わせを行い、一定の条件を満たした場合に送受信や処理を行うことである。

図６は、並列冗長式ＵＰＳシステムＸにおける状態遷移図の一例を示す図である。
以下に、図６に示す状態遷移例について説明する。ここでは、遷移条件を符号Ｃｘｘｘで、処理を符号Ｓｙｙｙで示している。

遷移条件Ｃ１０１は、電源の起動である。すると、全並列冗長式ＵＰＳシステムＸが、ステップＳ１０１において、通信やディップスイッチなどで設定された装置容量や装置台数を読み出し、ステップＳ１０２において、一定の条件でパルス信号を出力し、パルス通信ラインから入力したパルス信号より接続情報を作成する。遷移条件Ｃ１０３は、パルス通信による接続情報取得であり、接続情報取得後、パルス通信終了しステップＳ１０４へ遷移する。ステップＳ１０４において、接続情報よりマスタ／スレーブが確定できるか判断する。

遷移条件Ｃ１０５： 接続台数とマスタ／スレーブが確定できないとき、接続情報無効としＳ１０２のパルス通信処理へ遷移する。

遷移条件Ｃ１０６： 接続台数とマスタ／スレーブが確定できたとき、ステップＳ１０７のポーリング処理（シリアル通信）へ遷移する。

ステップＳ１０７： マスタまたはスレーブはそれぞれのポーリング処理を行う。

遷移条件Ｃ１０８： ステップＳ１０７でマスタは全スレーブからの通信異常、スレーブはマスタからの通信異常が一定時間継続した場合はポーリングを中止し、ステップＳ１０２へ遷移する。

しかしながら、上記の技術においては、並列冗長式ＵＰＳシステムにおいて、通信やディップスイッチなどで設定された装置容量や装置台数を読み出し（上記ステップＳ１０１）、その範囲内でのみＵＰＳの増減が可能であった。また、ポーリングは設定した装置台数の範囲内で行っていた。

従って、従来の技術では，並列冗長式ＵＰＳシステムにおいて、システムの動作中のＵＰＳの減少や増加は初期設定時に決めた装置台数の範囲内で行うことは可能であったが、ＵＰＳの増設はできなかった。並列冗長式ＵＰＳシステムの装置の容量の変更の自由度が小さかった。

本発明は、並列冗長式ＵＰＳシステムにおいて、監視部と複数のＵＰＳを並列に接続することで、運転中にＵＰＳの台数に変動があっても、ＵＰＳ台数とその識別番号（ＩＤ，以下「ＩＤ」と称する。）とを自動的に特定し、並列冗長式ＵＰＳシステムの装置の容量を変更することを容易にすることを目的とする。

本発明の一観点によれば、制御部を有するマスタ（監視部）と、被制御部を有する複数のスレーブ（ＵＰＳ）と、を備えた並列冗長式ＵＰＳシステムであって、前記制御部と前記被制御部との間で、シリアル信号ラインにおけるシリアル通信が常時行われるとともに、所定（特定）のタイミングにおいてパルス信号ラインによるパルス通信が行われ、前記制御部と前記被制御部との間のパルス通信の結果に基づいて、前記制御部（監視制御部）が前記スレーブの台数と前記スレーブのＩＤの情報を取得し、前記制御部から前記被制御部へのシリアル通信による応答要求に対して、前記被制御部からの応答信号数が前回のパルス通信時と比べて変化した場合に前記制御部と前記被制御部との間のパルス通信の結果に基づいて、前記制御部が、前記スレーブの台数と前記スレーブのＩＤの情報を取得し、前記制御部が前記スレーブの台数の変動を認識することを特徴とする並列冗長式ＵＰＳシステムが提供される。

スレーブの台数の変動を通知する信号が当該スレーブから出力されると、前記被制御部は、パルス通信の開始（再開）を前記制御部に通知し、前記制御部に対してパルス出力することで、前記スレーブの台数と接続しているスレーブのＩＤとを前記制御部に通知し、前記制御部は、前記被制御部との間の前記パルス通信の過程において取得したスレーブの台数と接続しているスレーブのＩＤとをシリアル通信に反映する。

すなわち、スレーブの台数の変動時においても行われているシリアル通信により、スレーブの切断、スレーブの増加が発生すると、パルス通信を行って、スレーブの台数の変動を認識するとともに、どのスレーブＩＤが切断されたか、追加されたかを知ることができる。

前記マスタは、キャビネットに設けられ、前記スレーブは、前記キャビネットに配置されるモジュールであっても良い。

また、上記のいずれか１に記載の並列冗長式ＵＰＳシステムにおける前記マスタ同士をシリアル通信ラインにより接続したシステムとしても良い。
さらに、前記マスタ同士をパルス通信ラインにより接続したシステムとしても良い。

本発明の他の観点によれば、制御部を有するマスタと、被制御部を有する複数のスレーブと、を備えた並列冗長式ＵＰＳシステムにおける監視方法であって、前記制御部と前記被制御部との間で、シリアル信号ラインにおけるシリアル通信が常時行われるとともに、所定（特定）のタイミングにおいてパルス信号ラインによるパルス通信が行われており、前記制御部と前記被制御部との間のパルス通信の結果に基づいて、前記制御部が前記スレーブの台数とスレーブのＩＤの情報を取得するステップと、前記制御部から前記被制御部へのシリアル通信による応答要求に対して、前記被制御部からの応答信号数が前回のパルス通信時と比べて変化した場合に、前記制御部と前記被制御部との間のパルス通信の結果に基づいて、前記制御部が、前記スレーブの台数と前記スレーブのＩＤの情報を取得し、前記制御部が前記スレーブの台数の変動を認識するステップと、を有することを特徴とする並列冗長式ＵＰＳシステムにおける監視方法が提供される。

本発明は、制御部を有するマスタと被制御部を有する複数のスレーブ（ＵＰＳ）を並列に接続した並列冗長式ＵＰＳシステムにおいて、ＵＰＳの台数とＩＤを自動的に特定し、並列冗長式ＵＰＳシステムの装置の容量を変更することを容易にするができる。

本発明の第１の実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す斜視図である。 本実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。 本実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムにおけるシーケンス図である。 本発明の第２の実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。 従来の並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。 従来の並列冗長式ＵＰＳシステムにおける状態遷移図の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムについて図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す斜視図である。図１Ｂは、本実施の形態よる並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。

図１Ａに示すように、本実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムは、例えば、キャビネットＣの構成を有している。そして、キャビネットＣには、マスタとして機能する例えば引き出しのような１台の監視部（マスタ）１と、マスタ１内に例えば同様に引き出しのように複数配置されるＵＰＳ３－１～３ｎ（スレーブ，モジュールとも称する）とを有する。尚、マスタ１とスレーブ３－１～３－ｎとの配置はこのようなキャビネットにおける複数の引き出しを有する構成例に限定されるものではない。

図１Ｂに示すように、本実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムＡは、監視制御部（制御部）１－１を有するマスタ（監視部）１と、監視制御部を有しておらず、被制御部（ＵＰＳ制御部）５－１～５－ｎを有するスレーブ（ＵＰＳ）３－１～３－ｎ（ｎ＞１の整数）とを有する。マスタ１においては、台数は１台に固定されている。スレーブ３－１～ｎにおいては、マスタに接続している台数は不定であり、動作中のスレーブの台数が変動しうる。マスタ１とそれぞれのスレーブ３－１～３－ｎとは、シリアル通信ラインＬｓとパルス通信ラインＬｐとで互いに接続されている。また、シリアル通信ラインＬｓによって、スレーブ３－１～３－ｎまでの状態（システムの状態監視：例えば、入出力電力、電流、電圧、などのスレーブの動作状態（故障、過電流など））がわかる。

本実施の形態によれば、マスタ１と複数のスレーブ３を並列に接続した並列冗長式ＵＰＳシステムにおいて、マスタ１の制御部１－１とスレーブ３－１～３－ｎの被制御部５－１～５－ｎとの間で、シリアル信号ラインにおけるシリアル通信が常時行われる。マスタ１の制御部１－１とスレーブ３－１～３－ｎの被制御部５－１～５－ｎとの間の所定のタイミングにおけるパルス通信の結果に基づいて、制御部１－１がスレーブ３－１～３－ｎの台数とスレーブ３－１～３－ｎのＩＤの情報を取得し、ＵＰＳの台数とＩＤを自動的に特定し、システムの状態監視や制御を行うことができる。
図５と対比すると、スレーブ３－１～３－ｎには、制御部１－１は不要である。

図２は、本実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムＡにおけるシーケンス図である。

まず、マスタ１の制御部１－１において、電源がオンされると（ステップＳ１１）、制御部１－１からパルス通信ラインＬｐに対してＨｉｇｈのパルス出力要求がなされる（Ｌ１１）。

すると、並列冗長式ＵＰＳシステムＡにパルス通信の開始が知らせられ（Ｌ１２）、マスタ１と各スレーブ３－１～３－ｎとの間でパルス通信が行われる（Ｌ３１）。

パルス通信の結果により、各スレーブ３－１～３－ｎからの返信信号を参照して、マスタ１に接続されているスレーブ３－１～３－ｎの台数とそれを一意に識別するＩＤとを知ることができる。すなわち、返信信号には、各スレーブ３－１～３－ｎのＩＤが含まれているため、接続されているスレーブ３－１～３－ｎのみがそのＩＤをマスタ１に知らせることができる。

ここで、シリアル通信Ｌｓによりマスタ１の制御部１－１に対して、マスタ１と接続されているスレーブ３－１～３－ｎの台数とスレーブ番号（ＩＤ）が通知される（Ｌ１３）。

このように、マスタ１の制御部１－１と各スレーブ３－１～３－ｎの被制御部５－１～５－ｎとの間において常時行われるシリアル通信により、マスタ１と接続されているスレーブ３－１～３－ｎの台数とスレーブ番号（ＩＤ）との要求／応答が継続的に行われる（Ｌ１４，Ｌ１５）。

Ｌ１６に示すように、一旦、スレーブ３－１～３－ｎのうちのいずれかが切断されると（ステップＳ１２，Ｌ１６），マスタ１の制御部１－１からのシリアル通信による応答要求（Ｌ１７）に対して、スレーブからの応答がなくなる。

この際、シリアル通信Ｌｓにより、マスタ１の制御部１－１に対して通信異常の発生が通知される（Ｌ１８）。すると、制御部１－１からパルス通信ラインＬｐに対してＨｉｇｈのパルス出力要求がなされる（Ｌ１９）。

システムにパルス通信の開始が報知されると、マスタ１と各スレーブ３－１～３－ｎとの間でパルス通信が行われる（Ｌ３２）。

パルス通信の結果により、上記の処理Ｌ３１と同様にして各スレーブ３－１～３－ｎからの返信信号を参照し、現在、マスタ１に接続されているスレーブ３－１～３－ｎの台数とＩＤとを知ることができる。この場合には、応答のないスレーブ３－１～３－ｎ分だけ、スレーブ３－１～３－ｎの台数が減少し、また、減少したスレーブ３－１～３－ｎの台数とＩＤがシリアル通信により制御部１－１に通知される（Ｌ２１）。

次いで、例えば、スレーブ３－１～３－ｎが修理又は交換されてキャビネット１（マスタ）に挿入されると（ステップＳ１３、追加（増加））、スレーブ３－１～３－ｎの追加されたいずれかから、Ｈｉｇｈのパルス出力要求がなされる（Ｌ２２）。これを契機に、スレーブ３－１～３－ｎとキャビネット１（マスタ）との間のパルス通信が行わる（Ｌ３３）。パルス通信の結果として得られた、スレーブ３－１～３－ｎの台数と増加したＩＤがシリアル通信によりキャビネット１（マスタ）に通知され（Ｌ２３）、制御部１－１にスレーブ３－１～３－ｎの台数の増加が通知される（Ｌ２４）。

以上の処理の後で、キャビネット１（マスタ）からスレーブ３－１～３－ｎへのシリアル信号による、応答要求（Ｌ２５）と、応答（Ｌ２６）とのやり取りが継続される。

以上のように、本実施の形態によれば、並列冗長式ＵＰＳシステムにおいて、監視装置と複数のＵＰＳを並列に接続し、マスタの監視制御部とスレーブの被制御部との間で、シリアル信号ラインにおけるシリアル通信が常時行われる。監視制御部と被制御部との間の所定のタイミングにおけるパルス通信の結果に基づいて、監視制御部がスレーブの台数とスレーブのＩＤの情報を取得し、ＵＰＳの台数とＩＤを自動的に特定し、システムの状態監視や制御を行うことができる。

また、マスタに接続されているスレーブの台数とＩＤとを自動的に特定することができるため、並列冗長式ＵＰＳシステムの起動中においてもスレーブの台数の変動を認識することができ、スレーブの台数設定や操作ミスが少なくなり、設置作業の効率が向上する。また、設定した装置台数の範囲を超えてスレーブを増設することも可能である。従って、並列冗長式ＵＰＳシステムの装置の容量を自由に変更することが容易である。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。図３に示すように、本実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムＤは、例えば図１Ｂに示す並列冗長式ＵＰＳシステムＡを複数有する。これらを、キャビネット１からｍまでと称する。キャビネットＣＡＢ１は、例えば、図１Ｂに示す並列冗長式ＵＰＳシステムＡと同様にマスタ１と、スレーブ３－１～３－ｎまでを有する。キャビネットＣＡＢ２は、マスタ１ａと、スレーブ３ａ－１～３ａ－ｎ２までを有する。同様に、キャビネットＣＡＢｍは、マスタ１ｍと、スレーブ３ｍ－１～３ｍ－ｎ３までを有する。すなわち、キャビネットＣＡＢ２からキャビネットＣＡＢｍまでも、それぞれ、図１Ｂに示す並列冗長式ＵＰＳシステムＡと同様の構成を有する。

加えて、マスタ１と、マスタ１ａ～マスタ１ｍまでは、シリアル通信ラインＬ２ｓにより接続されており、シリアル通信を行うことができる。

ここで、マスタ１は、マスタ１ａ～マスタ１ｍまでのマスタとしての機能を有しており、マスタ１は、シリアル通信ラインＬ２ｓによるシリアル通信により、各マスタ１ａ～マスタ１ｍまでのキャビネットのうち接続されているキャビネットの台数を取得することができる。

但し、本実施の形態では、監視部１は、あくまでキャビネット台数が固定された状態において、全体のシステムにおける個々のキャビネット内のＵＰＳの状態を監視することができる。

すなわち、シリアル通信ラインＬ２ｓによって、キャビネットＣＡＢ２からＣＡＢｍまでの各ＵＰＳの状態（システムの状態監視：例えば、入出力電力、電流、電圧、などのスレーブの動作状態（故障、過電流など））を知ることができる。

（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。図４に示すように、本実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムＥは、並列冗長式ＵＰＳシステムＤの構成に加えて、マスタ１と、マスタ１ａ～マスタ１ｍまでは、シリアル通信ラインＬ２ｓに加えてパラレル通信ラインＬ２ｐにより接続されており、パルス通信も行うことができる。

パルス通信により、キャビネットＣＡＢ１に接続している各キャビネットの台数とＩＤがわかる。

従って、本実施の形態による並列冗長式ＵＰＳシステムＥにおいては、マスタ１が、キャビネットＣＡＢ１に接続されるキャビネットの台数の変動とキャビネットのＩＤの情報を取得し、並列冗長式ＵＰＳシステムＥの状態監視や制御を行うことができる。加えて、パルス通信Ｌ２ｐにより、キャビネットの台数とＩＤを自動的に特定することができるため、固定されたシステムではなく、キャビネットの接続台数の増減にも対応することができる。

上記の実施の形態において、図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、無停電電源装置に利用可能である。

Ａ 並列冗長式ＵＰＳシステム
Ｌｓ シリアル通信（網）
Ｌｐ パルス通信（網）
１ マスタ
１－１ 監視制御部（制御部）
３－１～３－ｎ スレーブ
５－１～５－ｎ 被制御部（ＵＰＳ制御部）

Claims (6)

1. 制御部を有するマスタと、被制御部を有する複数のスレーブと、を備えた並列冗長式ＵＰＳシステムであって、
   前記制御部と前記被制御部との間で、シリアル信号ラインにおけるシリアル通信が常時行われるとともに、所定（特定）のタイミングにおいてパルス信号ラインによるパルス通信が行われ、
   前記制御部と前記被制御部との間のパルス通信の結果に基づいて、前記制御部が前記スレーブの台数と前記スレーブのＩＤの情報を取得し、
   前記制御部から前記被制御部へのシリアル通信による応答要求に対して、前記被制御部からの応答信号数が前回のパルス通信時と比べて変化した場合に前記制御部と前記被制御部との間のパルス通信の結果に基づいて、前記制御部が、前記スレーブの台数と前記スレーブのＩＤの情報を取得し、前記制御部が前記スレーブの台数の変動を認識することを特徴とする並列冗長式ＵＰＳシステム。
2. スレーブの台数の変動を通知する信号が当該スレーブから出力されると、前記被制御部は、パルス通信の開始（再開）を前記制御部に通知し、前記制御部に対してパルス出力することで、前記スレーブの台数と接続しているスレーブのＩＤとを前記制御部に通知し、
   前記制御部は、前記被制御部との間の前記パルス通信の過程において取得したスレーブの台数と接続しているスレーブのＩＤとをシリアル通信に反映する
   請求項１に記載の並列冗長式ＵＰＳシステム。
3. 前記マスタは、キャビネットに設けられ、
   前記スレーブは、前記キャビネットに配置されるモジュールである
   請求項１又は２に記載の並列冗長式ＵＰＳシステム。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の並列冗長式ＵＰＳシステムにおける前記マスタ同士をシリアル通信ラインにより接続したことを特徴とするシステム。
5. さらに、前記マスタ同士をパルス通信ラインにより接続したことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 制御部を有するマスタと、被制御部を有する複数のスレーブと、を備えた並列冗長式ＵＰＳシステムにおける監視方法であって、
   前記制御部と前記被制御部との間で、シリアル信号ラインにおけるシリアル通信が常時行われるとともに、所定（特定）のタイミングにおいてパルス信号ラインによるパルス通信が行われており、
   前記制御部と前記被制御部との間のパルス通信の結果に基づいて、前記制御部が前記スレーブの台数とスレーブのＩＤの情報を取得するステップと、
   前記制御部から前記被制御部へのシリアル通信による応答要求に対して、前記被制御部からの応答信号数が前回のパルス通信時と比べて変化した場合に、前記制御部と前記被制御部との間のパルス通信の結果に基づいて、前記制御部が、前記スレーブの台数と前記スレーブのＩＤの情報を取得し、前記制御部が前記スレーブの台数の変動を認識するステップと
   を有することを特徴とする並列冗長式ＵＰＳシステムにおける監視方法。

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