WO2013175810A1 - 電力線通信システム - Google Patents

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WO2013175810A1
WO2013175810A1 PCT/JP2013/052057 JP2013052057W WO2013175810A1 WO 2013175810 A1 WO2013175810 A1 WO 2013175810A1 JP 2013052057 W JP2013052057 W JP 2013052057W WO 2013175810 A1 WO2013175810 A1 WO 2013175810A1
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slave units
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slave
communication system
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Inventor
憲治 北村
石井　英一
Original Assignee
株式会社吉川アールエフセミコン
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5404—Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines
    • H04B2203/542—Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines using zero crossing information

Definitions

  • the present invention relates to a power line communication system, and more particularly to a technique suitable for use in controlling lighting states of a plurality of LED terminal devices connected to a power line communication control device via a power line.
  • the X10 standard is a standard for transmitting and receiving digital data superimposed on power wiring.
  • This digital data is encoded with a 120 kHz carrier wave and is burst transferred when a 50/60 Hz AC waveform is near zero. Since 1-bit information is transmitted when the AC waveform is once at the zero-cross point, it is a very low-speed communication specification that takes about 800 ms per command.
  • the address is 8 bits, and 256 types of devices can be controlled logically.
  • This communication system uses either C-band (132 KHz / 115 KHz) BPSK or A-band (86 KHz / 75 KHz) BPSK as a communication carrier regardless of the zero cross point, and the data communication speed is 5.4 Kbps in the C band.
  • the A band is 3.6 Kbps.
  • the address supports 32-bit IPv4 and can constitute a network topology that is not limited to power line communication.
  • the former is still used for home use as a very simple control system, and the latter is also used for highly reliable control systems such as building maintenance.
  • a power line communication method including a zero cross point detection circuit that detects a zero cross point at which the voltage of a current flowing through a commercial AC power line becomes zero (see, for example, Patent Document 1).
  • LED light bulbs and LED lighting devices have been rapidly spreading against the background of increasing power saving needs, and high-performance lighting devices that can be controlled and controlled by remote control have also come out. Yes.
  • Such LED bulbs and lighting devices can also be regarded as digital devices. In offices, commercial stores, wedding halls, vegetable factories, etc., these lighting devices are managed individually, and multiple LED bulbs are grouped together. The need to do is increasing.
  • Patent Document 1 The technique described in Patent Document 1 described above can be used when there are few devices on the slave unit side, for example, when about eight camera devices on the slave unit side are connected. However, if the operation control is performed using only the vicinity of the zero cross where the voltage of the current flowing through the commercial AC power line is 0, the communicable time is limited to a short time. When performing dimming, toning, ON / OFF control, etc. of a plurality of LED bulbs / lighting devices, it was necessary to increase the communication speed.
  • An object of this invention is to enable it to control the lighting state of several LED light bulb and an illuminating device at high speed using a commercial alternating current power line in view of the above-mentioned problem.
  • the power line communication system of the present invention is within the range blocked by the filter from the AC line, PLC communicates between one master unit and a number of slave units assigned with independent IDs for identification, and the master unit is connected to the plurality of slave units.
  • the master unit has AC zero cross point detection means of an AC power source, In synchronization with the zero-cross point detected by the AC zero-cross point detection means, a specific section is selected from the cycle of the AC power source and communicated to the plurality of slave units, and one communication period is about the power cycle. Limit the length to 1/5 to 1/10 or less, and communicate in multiples as many times as necessary.
  • the slave unit having the ID transmitted from the master unit responds synchronously to the command sent from the master unit.
  • a plurality of LED bulbs / lighting devices are grouped into a plurality of groups, and the lighting state is controlled for each group. Can be controlled at high speed.
  • each LED bulb / illuminator can participate in a plurality of groups, so that the degree of freedom in lighting control can be increased.
  • the power line communication system of the present embodiment includes a management personal computer (central management device constituting a host system) 101 for collective centralized management, and a control communication for transmitting a control signal from the management personal computer 101.
  • a management personal computer central management device constituting a host system
  • a control communication for transmitting a control signal from the management personal computer 101.
  • a filter 106 that blocks high-frequency components from the 105 side, and multiple slave units are connected.
  • AC cable 107 is a system consisting of LED lamp tag (lighting device group) 108 is a child device to be controlled.
  • a command code carrier wave output from the controller 103 to the filter connection cable 104 is shown in FIG.
  • the carrier wave and the modulation method adopt the FSK (400 KHz / 444 KHz) NRZI method.
  • the communication data is appended with a SYNC pattern for synchronization and a SUM check code for data verification.
  • the synchronization pattern: SYNC is a series of 16 etu (element time unit).
  • This carrier wave is superimposed on the power supply line 105 by the filter 106 and output to the AC line 107.
  • the signal waveform of the AC line 107 is shown in FIG. FIG. 3A is an example of a waveform in which no particular noise is superimposed on the AC power supply and communication is performed at the zero cross point of the AC power supply.
  • FIG. 3B is an example of a waveform in which no particular noise is superimposed on the AC power supply and communication is performed at the zero cross point of the AC power supply and at another location.
  • FIG. 3C is an example in which noise is superimposed in the vicinity of the maximum peak voltage of the AC power supply, and occurs when the load is operated by being converted to DC through a rectifier circuit.
  • the voltage waveform as indicated by an arrow 301, the voltage is only slightly reduced near the maximum peak value.
  • the power supply current is concentrated at this time.
  • communication is performed at the zero cross point of the AC power supply.
  • FIG. 3D shows an example in which noise is superimposed in the vicinity of the zero cross of the AC power supply, as indicated by an arrow 302. This example occurs when the load controls the power receiving operation to the limit near the zero cross in order to improve the power factor. It is. In this example, communication is performed avoiding the vicinity of the zero cross of the AC power supply.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of controlling the lighting operation for the group A.
  • the management personal computer 101 outputs an LED lamp group control command to the controller 103.
  • the controller 103 receives the control command sent from the controller 103, the controller 103 performs processing for issuing to the slave unit by PLC communication (S1). Then, the LED lamp group control command by PLC communication is output to a number of slave units (lighting device groups) 108 at time t2.
  • the signal output from the controller 103 is superimposed on the AC power supply voltage of the AC cable 107 by the filter 106 and sent to a large number of slave units (lighting device groups) 108.
  • Each lighting device of a large number of slave units (lighting device group) 108 receives a lighting command designating group A from the signal, and determines whether each lighting device belongs to group A. The lighting operation is not executed and the command standby state is continued. If it belongs to the group A, the fact that the command is received at the time t3 is returned by PLC communication, and the lighting operation is performed after the delay time (td) has elapsed (S2).
  • the controller 103 receives responses from many slave units (lighting device groups) 108 by PLC communication, the controller 103 transmits a response indicating a normal response from the slave units to the management personal computer 101 at time t4 (S3).
  • the delay time (td) depends on the delay data set in each case when the device delays the operation cut-off control timing by generating random numbers, when using each unique ID data, and when setting the lighting device. There is a case.
  • the delay time (td) is set within 0 to 1 second so that a special lighting delay is not noticeable.
  • FIG. 5 shows an example of group control according to the present embodiment.
  • the illuminator to be controlled is fixed in advance with a corresponding power supply wiring.
  • the power supply wiring of the same illuminator can be freely set, such as control grouping according to the time of morning, day, night, grouping by the window and passage side, and special groups depending on the application (such as lighting in some areas with spots) Then it could not be realized.
  • an ID number corresponding to the installation location of each illuminator is assigned to the LED lamp tag 108. Further, in order to control the operation in various group units, the LED lamp tag 108 is divided into groups 1 to 10 and registered.
  • Each LED lamp tag of the LED lamp tag 108 stores a group code that is classified in addition to an ID number corresponding to each installation location.
  • the specific LED lamp tag of the LED lamp tag 108 may not be divided into any group or may be registered in a plurality of groups, but in this example, all the LED lamp tags 108 are all in any group. It is registered in. Further, some of the LED lamp tags 108 are registered in a plurality of groups.
  • Group control is realized by control from the management personal computer 101 to the controller 103.
  • the management personal computer 101 and the controller 103 store the ID number corresponding to the installation location of each illuminator and the group registration data.
  • LED bulbs (LED lamp tags 108) assigned ID numbers according to the present embodiment are arranged on the ceiling, and are divided into groups from Group 1 to Group 10. . LED bulbs belonging to the same group accept the same dimming setting. When issuing a dimming command with this group control, it is only necessary to specify the dimming level to be set and the target group.
  • the LED bulbs (LED lamp tags 108) which are divided into groups in duplicate are operated once upon receiving the dimming command designated by the corresponding group, and are further dimmed by another group designation registered again. When a command is received, the operation based on the dimming command received later is performed.
  • the groups from Group 2 to Group 8 are turned on at “brightness 100%” and only Group 1 is turned on at “brightness 30%”. be able to.
  • the groups from Group 3 to Group 8 can be turned on at “brightness 100%”, and Group 1 and Group 2 can be turned on at “brightness 30%”.
  • FIG. 5D after the groups 3 to 8 are turned on at “brightness 100%”, Group1, Group2, and Group10 can be turned on at “brightness 30%”.
  • operation mode control Next, operation mode control will be described. Of the 64 LED bulbs, operation settings corresponding to a plurality of operation modes M1 to MN are recorded in advance in LED bulbs that are targets of operation mode control. In this example, eight operation modes are defined, and operation settings corresponding to the eight operation modes specified for all 64 LED bulbs are stored.
  • the management personal computer 101 issues an operation mode instruction to the controller 103, and the operation mode instruction signal sent from the controller 103 is superimposed on the AC power supply voltage on the AC cable 107 by the filter 106 and sent to the 64 LED bulbs.
  • the individual LED bulbs are switched from the eight operation settings stored in advance to the designated operation settings after each delay time (td). If there is an LED bulb that is not subject to operation mode control, the operation mode designation is not accepted and the operation up to that point is continued.
  • the operation can be controlled by one communication.
  • the operation modes of a large number of LED bulbs are switched, the current fluctuation is suppressed because the operations are not switched at the same time due to individual delay times (td) until the control operation.
  • a new lighting pattern can be added to the operation mode control by storing each of the 64 LED bulbs by specifying individual IDs and controlling the lighting state and then storing it as a new operation mode.
  • the amount of memory used is increased as compared with the example of FIG. 5, but it is convenient that a batch dimming pattern can be set with one command.
  • a command for switching the operation simultaneously can be issued to a large number of LED bulbs.
  • the operation of each LED bulb is switched after an individual delay time (td), it is possible to prevent a large surge current from flowing in the power supply current, and the power supply voltage fluctuation can be reduced.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the LED lamp tag 108.
  • the AC line 107 and the coupling circuit 1081 couple the transmission / reception signal for PLC communication.
  • the internal control circuits 1083 to 1085 of the LED lamp tag 108 are driven by the DC voltage generated by the rectifier circuit 1082.
  • the transmission / reception circuit 1083 receives the communication command from the controller 103 from the AC line coupling circuit 1081, amplifies it, demodulates it, passes the signal component to the control circuit 1084, and modulates response data from the control circuit 1084 to modulate the AC line. This is transmitted to the coupling circuit 1081.
  • the control circuit 1084 has a function of analyzing a communication command and returning a control signal output to the LED driver circuit 1085 or data held in the control circuit to the transmission / reception circuit 1083.
  • the control circuit 1084 has a built-in random number generator 1084b that generates memory 1084a delay time data for performing the group control and operation mode control described in FIG.
  • the LED driver circuit 1085 is a circuit that performs lighting / extinguishing / dimming control in accordance with an LED control signal from the control circuit.
  • the LED lighting unit 1086 includes an LED that actually emits light and a peripheral circuit that efficiently supplies power to the LED. For example, when the dimming level of 50% is designated by the LED control signal, the power that the LED driver circuit 1085 charges to the charging coil L is adjusted so that the power supplied to the LED becomes 50%.
  • the PTC in the LED lighting unit 1086 is a circuit for temperature protection.
  • FIG. 7 shows a configuration diagram of the filter 106.
  • a filter circuit 1062 is mounted between the AC cable 107 on the side to which the LED lamp tag 108 is connected via the FUZE connected to the power supply side terminal of the external power supply source and the safety circuit 1061 for lightning surge countermeasures.
  • the filter circuit 1062 has a function of blocking a control signal from the controller 103 from going to the power cable 105 side and blocking noise from the power cable 105 side.
  • the AC coupling circuit 1063 bridges the control signal from the controller 103 and the response signal from the LED lamp tag 108.
  • the power source 1064 generates a DC power output to the controller.
  • the zero cross detection circuit 1065 detects the timing at which the polarity of the power supply voltage is inverted as an operation reference point.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the controller 103.
  • a DC power source input circuit 1031 that connects a DC power source output from the filter 106 generates a power source for the controller.
  • the 232C conversion circuit 1032 is a circuit for a communication interface with the management personal computer 101 and is connected to the control circuit 1033.
  • the control circuit 1033 has a function of performing on / off control of the LED lamp tag 108 and operation mode control of the LED lamp tag 108 by a group command based on management settings from the management personal computer 101.
  • This control circuit 1303 is connected to the transmission / reception circuit 1103 of the LED lamp tag 108 and converts it into an AC signal for coupling to the AC line 107 by this circuit.
  • the variable delay circuit 1035 generates a timing for performing a communication operation within the power supply cycle using the zero cross detection signal as a reference timing signal.
  • the transmission / reception circuit 1103 measures the noise level jumping into the reception system when there is no reply from the LED lamp tag 108, and determines the magnitude of the noise level at the candidate timing for the communication operation. From this result, the control circuit 1033 selects a timing with a low noise level as a candidate.
  • the control circuit 1033 controls the transmission / reception circuit 1103 to repeatedly execute commands to be sequentially returned to the LED lamp tag 108, and to select a timing that does not cause a problem in the communication success rate.
  • the operation for determining the communication timing is basically executed and determined at the time of installation of the system, but is also executed by an instruction from the management personal computer 101 even during operation.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a hardware configuration of the management personal computer 101 of this embodiment, and performs power line communication control.
  • the management personal computer 101 of this embodiment includes a CPU (Central Processing Unit) 1011 and an HDD / SSD (Hard Disk Drive / Solid State Drive) 1012. Further, it has a ROM (Read Only Memory) 1013, a RAM (Random Access Memory) 1014, and a VRAM (Video RAM) 1015. Further, a keyboard 1016, a mouse 1017, a recording medium 1018, and a monitor 1020 are provided, and these blocks are connected to each other by a bus 1019.
  • the HDD / SSD 1012 stores a program for multi-read control processing for reading IDs of a large number of connected LED lamp tags 108 and a program for controlling LED lamp groups.
  • the CPU 1011 reads out a control processing program from the HDD / SSD 1012 via the bus 1019 and executes the program while developing it on the RAM 1014. Further, the CPU 1011 reads the multi-read control processing data from the HDD / SSD 1012 via the bus 1019 in accordance with a command of the control processing program, and displays it on the monitor 1020 through the VRAM 1015.
  • the management personal computer 101 is connected to the control communication cable 102 via the interface 1021 and transmits various commands to the controller 103 and receives response signals from the LED lamp tag side sent from the controller 103.
  • the CPU 1011 performs various processing such as multi-read control processing group control processing, operation mode control, and communication timing determination control based on data or commands input from a pointing device such as a keyboard 1016 and a mouse 1017.
  • the LED bulb / lighting device can be individually turned on / off and dimmed. Furthermore, since the control to the lighting pattern set in advance can be performed with one command, the control to the predetermined lighting pattern can be performed at high speed.
  • thermometer with a built-in temperature sensor
  • hygrometer with a built-in humidity sensor
  • barometer with a built-in pressure sensor
  • pyroelectric infrared sensor that detects changes in infrared rays
  • the movement of a heating element human body, animal Etc.
  • the communication operation is communicated using the timing with small power synchronization noise superimposed on the AC power supply. Can withstand noise. Also, fluctuations in the power supply current can be suppressed when controlling the operations of the slave units all at once.

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Abstract

ＡＣラインからフィルターで遮られた範囲で、１台の親機と識別のために独立なＩＤが割り振られた多数の子機との間をＰＬＣで通信して、前記親機が前記多数の子機の中から、動作制御する子機のＩＤを指定して制御を行なう電力線通信システムにおいて、前記親機は、ＡＣ電源の交流ゼロクロス点検出手段を有し、前記交流ゼロクロス点検出手段により検出されたゼロクロス点に同期してＡＣ電源の周期の中から、特定の区間を選んで前記多数の子機に向かって通信し、一回の通信期間は電源周期の約1/5～1/10以下の長さに限定して、必要な回数分複数に分けて通信し、前記親機から送信されたＩＤを有する子機は、親機から送られてきたコマンドに対して同期して応答することにより、複数のＬＥＤ電球・照明機器の点灯状態を商用の交流電力線を用いて高速に制御できるようにする。

Description

電力線通信システム
　本発明は電力線通信システムに関し、特に、電力線を介して電力線通信制御装置と接続されている複数のＬＥＤ端末装置の点灯状態を制御するために用いて好適な技術に関するものである。
　制御機器の電源ＯＮ／ＯＦＦや、照明の調光、温度、湿度センサのデータ読み取りを遠隔地から行うことを目的としてＡＣラインに通信信号を重畳する電力線通信技術は以前からあり、古くは１９７５年に制定されたホームオートメーションでの機器間通信に関する国際オープン工業規格Ｘ１０がある。
　Ｘ１０規格は、電力配線にデジタルデータを重畳して送受信する規格であり、このデジタルデータは、１２０ｋＨｚの搬送波で符号化され、５０／６０Ｈｚの交流波形がゼロ近辺にあるときにバースト転送される。交流波形が１回ゼロクロス点にあるときに1ビットの情報を伝送するため、１コマンドあたり約８００ｍｓかかる非常に低速な通信仕様である。アドレスは８ｂｉｔであり論理的に２５６種類の機器を制御できる。
　また、同じ目的の電力線通信規格で通信速度と通信信頼性を向上させた米エシェロン社のLon Worksの電力線通信システムがあり、１９９９年にANSI/EIA709.1、ISO/IEC14908-3標準規格として採用されている。
　この通信システムは、ゼロクロス点によらずＣバンド（１３２ＫＨｚ／１１５ＫＨｚ）のBPSKまたはＡバンド（８６ＫＨｚ／７５ＫＨｚ）のＢＰＳＫのいずれかを通信キャリアとして使用し、データ通信速度はＣバンドで５．４Ｋｂｐｓ、Ａバンドで３．６Ｋｂｐsである。アドレスは３２ｂｉｔのＩＰｖ４をサポートしており、電力線通信に限らないネットワークトポロジーを構成することもできる。
　前者は、非常に簡易な制御システムとしてホームユースなどで現在でも用いられており、また後者もビルのメンテナンスなどの信頼性の高い用途の制御システムに採用されている。商用の交流電力線に流れる電流の電圧が０になるゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出回路を備えた電力線通信方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－１７２３２９号公報
　近年、省電力のニーズの高まりを背景としてＬＥＤ電球、ＬＥＤ照明機器が急速に普及するようになってきており、リモコンによって調光・調色制御ができるような高機能な照明機器も出てきている。このようなＬＥＤ電球・照明機器はデジタル機器として捉えることもでき、オフィスや商業店舗、結婚式場、野菜工場などにおいてはこれらの照明機器を個別に管理する他、複数のＬＥＤ電球をまとめてグループ制御したいニーズが高まっている。
　前述の特許文献１に記載の技術は、子機側の機器が少ない場合、例えば、子機側のカメラ機器が８台程度接続されているような場合には用いることは可能である。しかしながら、商用の交流電力線に流れる電流の電圧が０になるゼロクロス付近だけを用いて動作制御を行うのでは、通信可能時間が短時間に制限される。複数のＬＥＤ電球・照明機器の調光、調色、ＯＮ／ＯＦＦ制御などを行う場合には、通信スピードを高速化する必要があった。
　また、使用する照明器具が力率改善されている場合には、ゼロクロス付近に電源周期に同期したノイズが発生してしまう場合があった。さらに、多数の子機の動作を一斉に切り替えると電源電流の大きな変動により電圧が変動してしまう問題があった。
　本発明は前述の問題点に鑑み、複数のＬＥＤ電球・照明機器の点灯状態を商用の交流電力線を用いて高速に制御できるようにすることを目的とする。
　また、ゼロクロス点を基準に通信期間を調整、変更し、通信系に検出されるノイズの大きさを評価して、ノイズの少ない期間だけを選定して通信することで電源同期ノイズの影響を避けること、グループ制御、動作モード制御により複数の子機を一斉に制御することで高速に制御すること、多数の子機の動作を一斉に切り替えると、発生してしまう電源電流の変動を多数の子機の動作の切り替えのタイミングをずらすことで押えることを他の目的とする。
　本発明の電力線通信システムは、
ＡＣラインからフィルターで遮られた範囲で、１台の親機と識別のために独立なＩＤが割り振られた多数の子機との間をＰＬＣで通信して、前記親機が前記多数の子機の中から、動作制御する子機のＩＤを指定して制御を行なう電力線通信システムにおいて、
　前記親機は、ＡＣ電源の交流ゼロクロス点検出手段を有し、
　前記交流ゼロクロス点検出手段により検出されたゼロクロス点に同期してＡＣ電源の周期の中から、特定の区間を選んで前記多数の子機に向かって通信し、一回の通信期間は電源周期の約1/5～1/10以下の長さに限定して、必要な回数分複数に分けて通信し、
　前記親機から送信されたＩＤを有する子機は、親機から送られてきたコマンドに対して同期して応答することを特徴とする。
　本発明によれば、複数のＬＥＤ電球・照明機器を複数個にグループ分けし、各グループ毎に点灯状態を制御するようにしたので、複数のＬＥＤ電球・照明機器の点灯状態を商用の交流電力線を用いて高速に制御することができる。
　また、それぞれのグループ毎にどのＬＥＤ電球・照明機器を参加させるか決められる。これにより、各ＬＥＤ電球・照明機を複数のグループに参加させることが可能となるので、点灯制御の自由度を高くすることができる。
本発明にかかわる電力線通信システムの全体構成を示す図である。 電力線通信搬送波と符号データの一例を示す図である。 ＡＣ電源に重畳させた通信タイミングを説明する図である。 ＡＣ電源に重畳させた通信タイミングを説明する図である。 ＡＣ電源に重畳させた通信タイミングを説明する図である。 ＡＣ電源に重畳させた通信タイミングを説明する図である。 管理パソコンからのＬＥＤランプグループ制御の手順を説明するタイミングチャートである。 グループ制御を説明する図である。 グループ制御を説明する図である。 グループ制御を説明する図である。 グループ制御を説明する図である。 ＬＥＤランプタグの回路構成の一例を示す図である。 フィルター回路の構成例を説明する図である。 コントローラの構成例を説明する図である。 管理パソコンの構成例を示すブロック図である。
　本発明にかかわる電力線通信システムの構成例を図１に示す。
　図１に示すように、本実施形態の電力線通信システムは、一括集中管理するための管理パソコン（上位システムを構成する集中管理装置）１０１、この管理パソコン１０１からの制御信号を伝達する制御用通信ケーブル１０２、制御信号を電力線に重畳するため搬送波に符号化するコントローラ（電力線通信制御装置：ホスト用リーダー：親機）１０３、符号化した信号を伝達するフィルター接続ケーブル１０４、宅内に引き込む商用電源ケーブル１０５、商用電源ケーブル１０５とフィルター接続ケーブル１０４を接続し、商用電源に符号化した制御信号を重畳し、かつ子機側からの応答信号を抽出してフィルター接続ケーブル１０４に伝達し、かつ商用電源ケーブル１０５側との高周波成分を遮断するフィルター１０６、複数の子機が接続されるＡＣケーブル１０７、制御対象となる子機であるＬＥＤランプタグ（照明機器群）１０８で構成されるシステムである。
　コントローラ１０３がフィルター接続ケーブル１０４に出力するコマンド符号の搬送波を図２に示す。
　本実施形態の電力線通信システムにおいて、搬送波と変調方式はＦＳＫ（４００ＫＨｚ／４４４ＫＨｚ）のＮＲＺＩ方式を採用している。
　通信データは同期をとるためのSYNCパターンと、データ検証用のSUMチェックコードを末尾につける。なお、同期パターン：SYNCは、1６etu（element　time　unit:単位期間）の１の連続としている。
　この搬送波をフィルター１０６で電源ライン１０５に重畳してＡＣライン１０７に出力する。このＡＣライン１０７の信号波形を図３に示す。
　図３Ａは、交流電源に特段のノイズが重畳されず、交流電源のゼロクロス点で通信している波形の例である。
　図３Ｂは、交流電源に特段のノイズが重畳されず、交流電源のゼロクロス点、さらに、もう１箇所で通信している波形の例である。
　図３Ｃは、交流電源の最大ピーク電圧付近にノイズが重畳されている例で、負荷が整流回路を通して直流化して動作している場合に起きる例である。電圧波形では、矢印３０１で示すように、最大ピーク値付近で電圧が少し下がっているだけであるが、このときに集中して電源電流が流れている例である。この例でも交流電源のゼロクロス点で通信している。
　図３Ｄは、矢印３０２で示すように、交流電源のゼロクロス付近にノイズが重畳されている例で、負荷が力率改善のために、ゼロクロス付近ぎりぎりまで受電動作を制御している場合に起きる例である。この例では、交流電源のゼロクロス付近を避けて通信している。
　次に、図４のタイミングチャートを参照しながら、管理パソコン１０１からのＬＥＤランプグループ制御の手順を説明する。
　図４は、グループＡに対して点灯動作を制御する例を示す図である。
　時点ｔ１で管理パソコン１０１からコントローラ１０３に、ＬＥＤランプグループ制御コマンドを出力する。
　コントローラ１０３は、コントローラ１０３から送られた制御コマンドを受信すると、ＰＬＣ通信で子機に発行する処理を行う（Ｓ１）。そして、時点ｔ２でＰＬＣ通信によるＬＥＤランプグループ制御コマンドを多数の子機（照明機器群）１０８に出力する。
　コントローラ１０３から出力された信号は、フィルター１０６で、ＡＣケーブル１０７のＡＣ電源電圧に重畳されて、多数の子機（照明機器群）１０８に送られる。
　多数の子機（照明機器群）１０８のそれぞれの照明機器は、信号からグループＡを指定した点灯命令を取り、各照明機器は、自分がグループＡに属するか判断し、グループＡに属していなければ点灯動作は実行せず、コマンドの待機状態を継続する。また、グループＡに属していれば、時点ｔ３でコマンドを受信したことをＰＬＣ通信で返信し、遅延時間（td）の経過後に点灯動作を行う（Ｓ２）。
　コントローラ１０３は、ＰＬＣ通信で多数の子機（照明機器群）１０８からの応答を受信すると、時点ｔ４でコントローラ１０３は子機からの正常応答を示すレスポンスを管理パソコン１０１に送信する（Ｓ３）。
　多数の子機（照明機器群）１０８が、コマンドを受信後、直ちに照明の動作制御をしないで、遅延時間（td）の経過を待ってから動作するのは、多数の照明機器が一斉に起動することにより大きな電流変動が起きるのを避けるためである。遅延時間（td）は、機器がその都度、乱数発生で動作切り制御タイミングを遅らせる場合と、各固有のＩＤデータを利用して遅らせる場合と、照明機器の設置時に分散させて設定した遅延データによる場合がある。遅延時間（td）は０～１秒以内程度として特段の点灯遅れが目立たない様にする。
（第１の実施形態）
　以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を説明する。
　図５に本実施形態にかかわるグループ制御の例を示す。
　従来の壁スイッチによるＯＮ／ＯＦＦ、調光器での調光では、制御対象となる照明器は、あらかじめ対応した電源配線で固定となっていた。このため、朝昼夜の時間による制御グループ化、窓際と通路側でのグループ化、用途によって特別なグループ（一部のエリアだけスポットで点灯するなど）など、自由な設定は同じ照明器の電源配線では実現することができなかった。
　本実施形態では、この課題を解決するため、照明器個々の設置場所に応じたＩＤ番号をＬＥＤランプタグ１０８に付与している。さらに、様々なグループ単位で動作制御するために、ＬＥＤランプタグ１０８をGroup１～１０に区分して登録している。
　ＬＥＤランプタグ１０８の各ＬＥＤランプタグは、それぞれの設置場所に応じたＩＤ番号の他に、区分されたグループコードを記憶している。ＬＥＤランプタグ１０８の特定のＬＥＤランプタグは、いずれのグループにも区分しなくても、あるいは複数のグループに重複して登録しても良いが、この例では全てのＬＥＤランプタグ１０８は全ていずれかのグループに登録されている。さらに、ＬＥＤランプタグ１０８の一部は複数のグループに登録されている。管理パソコン１０１からコントローラ１０３への制御でグループ制御を実現している。管理パソコン１０１、コントローラ１０３で照明器個々の設置場所に応じたＩＤ番号とグループへの登録データを記憶している。
　図５のグループ定義例では、図５Ａに示すように、本実施形態によるＩＤ番号を付与したＬＥＤ電球（ＬＥＤランプタグ１０８）６４個を天井に配置し、Group１～Group１０までのグループで区分している。同じグループに属するＬＥＤ電球は、同じ調光設定を受け付ける。このグループ制御で調光コマンドを発行する場合、設定する調光レベルと対象のグループを指定するだけでよい。
　重複してグループに区分されたＬＥＤ電球（ＬＥＤランプタグ１０８）は、該当するグループ指定の調光コマンドを受けて一旦、動作した後、さらに又、重複して登録された別のグループ指定で調光コマンドを受けた場合は、後で受け取った方の調光コマンドによる動作を行う。
　このようにグループ分けすることにより、例えば、図５Ｂに示すように、Group２～Group８までのグループを「明るさ１００％」で点灯させ、Group１のみを「明るさ３０％」で点灯させるようにすることができる。
　また、図５Ｃに示すように、Group３～Group８までのグループを「明るさ１００％」で点灯させ、Group１とGroup２を「明るさ３０％」で点灯させるようにすることができる。
　また、図５Ｄに示すように、Group３～Group８までのグループを「明るさ１００％」で点灯させた上で、Group１とGroup２とGroup１０を「明るさ３０％」で点灯させるようにすることもできる。
（動作モード制御）
　次に、動作モード制御を説明する。
　ＬＥＤ電球６４個のうち、動作モード制御の対象とするＬＥＤ電球に、Ｍ１～ＭＮの複数の動作モードに対応する動作設定をあらかじめ記録しておく。本例では、８通りの動作モードを定義し、ＬＥＤ電球６４個の全てに指定される８通りの動作モードに対応する動作設定を記憶しておく。
　管理パソコン１０１から、コントローラ１０３に動作モードの指示を出し、コントローラ１０３から送られた動作モードの指示信号はフィルター１０６でＡＣケーブル１０７にＡＣ電源電圧に重畳されて６４個のＬＥＤ電球に送られる。個々のＬＥＤ電球は、あらかじめ記憶していた８通りの動作設定から指定された動作設定に、個々の遅延時間（td）後に切り替える。動作モード制御の対象外のＬＥＤ電球が有る場合は、動作モードの指定を受け付けず、それまでの動作を継続する。
　すなわち、あらかじめ登録しておいた点灯パターンであれば、一回の通信で動作を制御することができる。また、多数のＬＥＤ電球の動作モードが切り替わるのだが、制御動作までの個々の遅延時間（td）により全て同時に動作が切り替わらないので、電流変動が押えられる。６４個のＬＥＤ電球に個々のＩＤを指定して点灯状態を制御した後に新たな動作モードとして記憶させることで、新たな点灯パターンを動作モード制御に追加できる。
　このため、図５の例に較べてメモリの使用量は増えるが１コマンドで一括調光パターンの設定ができて便利である。
　図５に示したグループ制御と、動作モード制御のいずれの方法でも、多数のＬＥＤ電球に対して同時に動作を切り変えるコマンドを発行できるので、高速で制御できる。
　さらに、各ＬＥＤ電球は個々の遅延時間（td）後に動作を切り替えるので、電源電流に大きなサージ電流が流れないようにすることができ、電源電圧変動も小さくてすむ。
　図６は、ＬＥＤランプタグ１０８の回路構成の一例を示す図である。ＡＣライン１０７と結合回路１０８１でＰＬＣ通信用送受信信号をカップリングする。ＬＥＤランプタグ１０８の内部制御回路１０８３～１０８５は、整流回路１０８２で生成したＤＣ電圧で駆動する。
　送受信回路１０８３は、コントローラ１０３からの通信コマンドをＡＣライン結合回路１０８１から入力して増幅し、復調して信号成分を制御回路１０８４に渡す他、制御回路１０８４からの応答データを変調してＡＣライン結合回路１０８１に伝達する。
　制御回路１０８４は通信コマンドを解析して、ＬＥＤドライバ回路１０８５への制御信号出力や制御回路内の保持データを送受信回路１０８３へ返信応答したりする機能を有する。この制御回路１０８４は、図５で説明したグループ制御や動作モード制御を行うためのメモリ１０８４ａ遅延時間データを生成する乱数発生器１０８４ｂを内蔵している。ＬＥＤドライバ回路１０８５は、制御回路からのＬＥＤ制御信号に従って点灯・消灯・調光制御を行う回路である。
　ＬＥＤ点灯部１０８６は、実際に発光するＬＥＤと、ＬＥＤを効率良く電力供給するための周辺回路で構成されている。たとえば、ＬＥＤ制御信号で調光レベル５０％を指定するとＬＥＤに供給する電力が５０％になるようにＬＥＤドライバ回路１０８５がチャージ用コイルＬにチャージする電力を調整する。なお、ＬＥＤ点灯部１０８６内のＰＴＣは温度保護用の回路である。
　図７に、フィルター１０６の構成図を示す。外部電力供給源の電源側端子に接続するFUZEや雷サージ対策用の安全回路１０６１を経由し、ＬＥＤランプタグ１０８を接続する側のＡＣケーブル１０７間にフィルター回路１０６２を搭載する。このフィルター回路１０６２は、コントローラ１０３からの制御信号が電源ケーブル１０５側に行くのを遮断するとともに、電源ケーブル１０５側からのノイズを遮断する機能を有する。ＡＣ結合回路１０６３でコントローラ１０３からの制御信号と、ＬＥＤランプタグ１０８からの応答信号を橋渡しする。また、電源１０６４でコントローラへのＤＣ電源出力を生成する。ゼロクロス検出回路１０６５で電源電圧の極性が反転するタイミングを動作の基準点として検出する。
　図８は、コントローラ１０３の構成図である。
　フィルター１０６からのＤＣ電源出力を接続するＤＣ電源入力回路１０３１でコントローラの電源を生成する。２３２Ｃ変換回路１０３２は、管理パソコン１０１との通信インターフェイス用の回路であり、制御回路１０３３に接続される。制御回路１０３３は管理パソコン１０１からの管理設定に基づき、ＬＥＤランプタグ１０８の点灯・消灯制御やグループコマンドによるＬＥＤランプタグ１０８の動作モード制御などを行う機能をもつ。この制御回路１３０３はＬＥＤランプタグ１０８の送受信回路１１０３に接続し、この回路でＡＣライン１０７に結合するため交流信号に変換する。
　可変遅延回路１０３５は、ゼロクロス検出信号を基準タイミング信号として電源周期内で通信動作するタイミングを発生させる。
　送受信回路１１０３では、ＬＥＤランプタグ１０８からの返信が無い時に受信系に飛び込むノイズレベルを測定して、通信動作させるタイミングの候補でのノイズレベルの大小を判定している。この結果より、制御回路１０３３がノイズレベルの少ないタイミングを候補として選択する。
　但し、ノイズが小さいだけで通信タイミングを決定すると、ＬＥＤランプタグ１０８の電源ラインからの入力インピーダンスが低くなって、ＡＣケーブル１０７における伝送ロスが大きくノイズが小さくなるが、伝送信号も小さくなってしまうタイミングを選択してしまう恐れがある。
　本実施形態においては、次に、コントローラ１０３では制御回路１０３３が送受信回路１１０３を制御して、ＬＥＤランプタグ１０８に順次、返信させるコマンドを繰り返し実行し、通信の成功率に問題無いタイミングを選択させている。
　この通信タイミングを決定する動作は基本的にはシステムの設置時に実行して、決定するが、運用中においても管理パソコン１０１からの指示で実行する。
　図９の例は、本実施形態の管理パソコン１０１のハードウェア構成を示したブロック図であり、電力線通信制御を行う。
　図９に示すように、本実施形態の管理パソコン１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１１、ＨＤＤ／ＳＳＤ（Hard Disk Drive/Solid State Drive）１０１２を有する。また、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０１３、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）１０１４、ＶＲＡＭ（Video ＲＡＭ）１０１５を有する。さらに、キーボード１０１６、マウス１０１７、記録メディア１０１８、モニタ１０２０を有し、これらの各ブロックはバス１０１９によって相互に接続されている。
　ＨＤＤ／ＳＳＤ１０１２には、多数接続されたＬＥＤランプタグ１０８のＩＤの読み出しを行うマルチリード制御処理のプログラム、ＬＥＤランプのグループの制御等のプログラムとが格納されている。ＣＰＵ１０１１は、バス１０１９を介してＨＤＤ／ＳＳＤ１０１２より制御処理のプログラムを読み出しＲＡＭ１０１４上に展開しながらプログラムを実行する。また、ＣＰＵ１０１１は制御処理のプログラムの指令により、バス１０１９を介してＨＤＤ／ＳＳＤ１０１２よりマルチリード制御処理データを読み込み、ＶＲＡＭ１０１５を通してモニタ１０２０に表示する。
　管理パソコン１０１は、インターフェイス１０２１を介して制御用通信ケーブル１０２に接続され、各種のコマンドをコントローラ１０３に送信したり、コントローラ１０３から送られるＬＥＤランプタグ側からの応答信号を受信したりする。
　ＣＰＵ１０１１は、キーボード１０１６及びマウス１０１７などのポインティングデバイスから入力されたデータ、あるいはコマンドに基づいて、マルチリード制御処理グループ制御処理、動作モード制御、通信タイミングの決定制御等の各種処理を行う。
　前述した実施形態によれば、ＬＥＤ電球・照明機器を個別に点灯、消灯、調光制御ができる。さらに、あらかじめ設定しておいた点灯パターンへの制御を１コマンドで出来るので、所定の点灯パターンへの制御を高速にできる。
　また、ＬＥＤ電球以外の装置に対するＯＮ－ＯＦＦ制御、動作制御を行うことも出来る。
　また、子機からの情報を読み取れるので、子機にセンサ装置を組み込みことにより各種の物理量の検出を行うこともできる。例えば、温度センサを組み込んで温度計、湿度センサを組み込んで湿度計、圧力センサを組み込んで気圧計、赤外線の変化を検出する焦電型赤外センサを組み込んで、発熱体の移動（人体、動物等）を検出できる。
　通信動作をゼロクロス点を基準に、電源周期の中で通信エラーの少ないタイミングを選択し所定の時間内で通信することで、ＡＣ電源に重畳する電源同期ノイズの小さなタイミングを使って通信するので、ノイズに強くできる。
　また、子機の動作を一斉に制御するときも電源電流の変動を押えることができる。
１０１　管理パソコン
１０２　制御用通信ケーブル
１０３　電力線通信制御装置
１０４　フィルター接続ケーブル
１０５　商用電源ケーブル
１０６　フィルター
１０７　ＡＣケーブル
１０８　ＬＥＤランプタグ

Claims (7)

  1. 　ＡＣラインからフィルターで遮られた範囲で、１台の親機と識別のために独立なＩＤが割り振られた多数の子機との間をＰＬＣで通信して、前記親機が前記多数の子機の中から、動作制御する子機のＩＤを指定して制御を行なう電力線通信システムにおいて、
    　前記親機は、ＡＣ電源の交流ゼロクロス点検出手段を有し、
    　前記交流ゼロクロス点検出手段により検出されたゼロクロス点に同期してＡＣ電源の周期の中から、特定の区間を選んで前記多数の子機に向かって通信し、一回の通信期間は電源周期の約1/5～1/10以下の長さに限定して、必要な回数分複数に分けて通信し、
    　前記親機から送信されたＩＤを有する子機は、親機から送られてきたコマンドに対して同期して応答することを特徴とする電力線通信システム。
  2. 　ＡＣラインからフィルターで遮られた範囲で、１台の親機と識別のため独立なＩＤが割り振られた多数の子機との間をＰＬＣで通信し、前記親機が子機のＩＤを指定して制御を行なう電力線通信システムにおいて、
    　前記親機は、ＡＣ電源の交流ゼロクロス点検出手段を有し、
    　前記交流ゼロクロス点検出手段により検出されたゼロクロス点に同期して、前記親機は、前記ＡＣ電源の周期の中で、特定の区間を選んでコマンドを発行し、前記子機は親機から送られてきたコマンドに対して同期して応答し、
    　前記親機は、通信に使用する区間を電源周期内で設定する設定手段と、
    　通信の受信系に重畳するノイズレベルを評価するノイズレベル評価手段と、
    　通信の安定度を評価する安定度評価手段とを備え、
    　前記ノイズレベル評価手段により評価されたノイズレベルの低い区間で、かつ前記安定度評価手段により通信安定度の良い区間と評価された区間を選定して通信することを特徴とする電力線通信システム。
  3. 　多数の子機をＧｒ１～ＧｒＮの複数のグループで分類し、前記親機はグループを指定して子機の動作を制御し、
    　それぞれの子機は、どのグループに登録されない場合も、特定のグループだけに登録される場合も、複数のグループに登録される場合もあることを特徴とする請求項１または２に記載の電力線通信システム。
  4. 　Ｍ１～ＭＮの複数の動作モードの設定を有し、
    　前記多数の子機には、Ｍ１～ＭＮの複数の動作モードにおけるそれぞれの子機の動作モードを記録する記録手段を有し、
    　前記親機は全体の子機に対し特定の動作モードを指示することで、多数の子機を一斉に制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電力線通信システム。
  5. 　前記多数の子機は、乱数生成手段をそれぞれ有しており、
    　前記親機が子機の動作を制御した場合に、それぞれの子機は、前記乱数生成手段から得られた乱数に応じて動作の切り替えタイミングを遅らせることを特徴とする請求項３または４に記載の電力線通信システム。
  6. 　前記親機が前記多数の子機の動作を制御した場合に、
    　前記多数の子機は、各固有のＩＤに応じてそれぞれ動作の切り替えタイミングを遅らせることを特徴とする請求項３または４に記載の電力線通信システム。
  7. 　前記親機が前記多数の子機の動作を制御した場合に、
    　前記多数の子機は、各固有の設定に応じて動作の切り替えタイミングを遅らせることを特徴とする請求項３または４に記載の電力線通信システム。
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