WO2022185665A1 - アナログ入力ユニット、およびアナログ入力ユニットの制御方法 - Google Patents

アナログ入力ユニット、およびアナログ入力ユニットの制御方法 Download PDF

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WO2022185665A1
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analog
voltage
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好孝 菊永
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オムロン株式会社
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00Arrangements for measuring electric power or power factor

Definitions

  • the present invention relates to an analog input unit capable of power measurement and general-purpose analog input.
  • a PLC Programmable Logic Controller
  • PLCs have various types of input/output units, among which are analog input units and power metering units.
  • the power measurement unit in the conventional PLC is a dedicated product and cannot be used as an analog input unit. Therefore, the analog input unit and the power measurement unit, which both handle analog quantities, must be accounted for as maintenance parts, which causes maintenance inventory to pile up.
  • an object of one aspect of the present invention is to realize an analog input unit that can be used as both an analog input unit and a power measurement unit as an input/output unit of a PLC.
  • an analog input unit is an analog input unit that includes a mode switching section that switches between an analog input mode and a power measurement mode, and a voltage measurement section that measures voltage. a current measurement unit that measures current; and a power calculation unit that calculates power by multiplying the voltage measured by the voltage measurement unit by the current measured by the current measurement unit in the power measurement mode; Prepare.
  • a control method for an analog input unit comprising a mode switching step of switching between an analog input mode and a power measurement mode, wherein in the power measurement mode, a voltage measurement step of measuring voltage and a current measurement step of measuring current; A power calculation step of multiplying the voltage measured in the voltage measurement step by the current measured in the current measurement step to calculate power.
  • an analog input unit that can be used by switching between an analog input mode and a power measurement mode, thereby saving the number of analog input units and reducing the number of types of maintenance inventory. can.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the main part of the power measurement system according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is an example of a power measurement system according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the analog input unit according to Embodiment 1;
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the main part of the power measurement system according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the main part of the power measurement system according to Embodiment 3;
  • one analog input unit can be used to measure analog quantity in addition to power measurement.
  • FIG. 2 is an example of the power measurement system 100 according to the first embodiment.
  • channel (1) measures the voltage of the AC power supply 21 for power measurement
  • channel (2) measures the CT voltage for power measurement
  • the sensor 22 measures the current
  • the power calculator 141 calculates the power.
  • channel (3) measures the voltage of the voltage output sensor 23a as a general-purpose analog input
  • channel (4) measures the current of the current output sensor 23b as a general-purpose analog input.
  • the analog input unit can measure power as a PLC input/output unit, there is no need to build a communication interface with a dedicated power measurement unit, and power measurement results can be easily obtained. It can be used in PLC.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a power measurement system 100 according to the first embodiment.
  • the power measurement system 100 includes an analog input unit 10 having multiple channels 11 , an AC power supply 21 , a CT (Current Transformer) sensor 22 and an analog sensor 23 .
  • CT Current Transformer
  • the AC power supply 21 is an AC power supply, and may be a single-phase power supply or a three-phase power supply.
  • the voltage of the AC power supply 21 is measured by connecting the analog input unit 10 in parallel to the single phase of the AC power supply 21 .
  • the CT sensor 22 is a transformer that uses electromagnetic induction to measure the current flowing through the wire without contact. By passing a single wire to be measured so as to pass through the center of the CT sensor 22, a current proportional to the current flowing in the wire is generated in the CT sensor 22, so the generated current is connected in series and measured. .
  • the analog sensor 23 is any sensor with an analog output. Analog outputs include voltage output and current output.
  • the AC power supply 21, the CT sensor 22, and the analog sensor 23 are all connected to the same channel 11, but this is a diagram for explaining the functional blocks. one of them is connected.
  • Channel 11 includes mode switching section 111, input selection section 112, voltage input port (first input port) 121, current input port (second input port) 122, and analog input port (third input port) 123. , a voltage measurement unit 131 , a current measurement unit 132 , an analog measurement unit 133 , a power calculation unit 141 , and an output unit 142 . Some functional blocks may not be present for each channel 11, but may be one in the analog input unit 10 and shared by all channels 11 and used alternately.
  • each channel of the analog input unit 10 may have multiple channels at the same time, for example, four channels are common.
  • Each channel can measure one type of analog input (including an analog input for power measurement).
  • the mode switching unit 111 is a functional block that switches the operation mode of the channel 11.
  • the operation mode of the channel 11 includes a power measurement mode and an analog input mode, and the operation mode can be switched individually for each channel 11 .
  • the operation mode is selected and set in advance by the user.
  • the voltage input port 121 is an input port for connecting the AC power supply 21 .
  • a current input port 122 is an input port for connecting the CT sensor 22 .
  • the analog input port 123 is an input port for connecting the analog sensor 23 .
  • Each input port is provided for each channel 11 .
  • the voltage measurement unit 131 is connected to the voltage input port 121, AD (Analog-Digital) converts the voltage of the AC power supply 21 connected to the voltage input port 121, and measures it. The measured voltage is output to the power calculator 141 .
  • AD Analog-Digital
  • the current measurement unit 132 is connected to the current input port 122, AD-converts the current flowing from the CT sensor 22 connected to the current input port 122, and measures the current.
  • the current measurement unit 132 obtains the current by multiplying the measured current by a predetermined ratio.
  • the predetermined ratio is a value determined according to the number of windings of the CT sensor 22 and is a value set for each channel 11 in advance.
  • the obtained current is output to the power calculator 141 .
  • the analog measurement unit 133 AD-converts and measures the analog quantity output by the analog sensor 23 connected to the analog input port 123 .
  • the analog quantities include voltage and current, and the analog measurement unit 133 has a function of measuring voltage (voltage input) and a function of measuring current (current input), which can be operated by switching. can.
  • the input selection unit 112 is a functional block connected to the analog input port 123 and having the function of connecting the analog amount of the analog sensor 23 connected to the analog input port 123 to the analog measurement unit 133 .
  • the input selection unit 112 connects to the analog measurement unit 133, the user presets which of the voltage input and the current input in the analog measurement unit 133 is used to measure the analog amount. and connect to the analog measurement unit 133 according to the setting.
  • the input selection unit 112 has an analog amplifier inside, and amplifies (attenuates) the voltage or current input from the analog input port 123 to the input selection unit 112 so as to match the analog amount output range of the analog sensor 23 . ) and output to the analog measurement unit 133 .
  • the power calculation unit 141 calculates power by multiplying the voltage measured by the voltage measurement unit 131 and the current measured by the current measurement unit 132 .
  • the instantaneous value of power is calculated from the instantaneous values of the measured voltage and measured current. Then, the amount of electric power may be calculated by accumulating them.
  • Power calculator 141 outputs the calculated power and power amount to output unit 142 .
  • the output unit 142 can output the power and power amount calculated by the power calculation unit 141 to a higher-level device (CPU (Central Processing Unit) unit of PLC) or an external device.
  • Data to be output may include voltage and current in addition to power and electric energy in the power measurement mode. In analog input mode, it outputs an analog quantity of voltage or current.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the analog input unit 10 according to the first embodiment.
  • the mode switching unit 111 confirms the preset operation mode and switches the operation of the channel 11. If the operation mode is the power measurement mode (Yes in S11), the process proceeds to S12, and if the operation mode is the analog input mode (No in S11), the process proceeds to S15.
  • the mode switching unit 111 turns off the voltage input and the current input of the input selection unit 112.
  • the voltage measurement unit 131 measures the voltage of the AC power supply 21 by AD conversion.
  • the current measurement unit 132 measures the current input from the CT sensor 22 by AD conversion, and multiplies the measured value by a predetermined ratio to obtain the current.
  • the power calculation unit 141 uses the voltage measured by the voltage measurement unit 131 and the current measured by the current measurement unit 132 to calculate power and electric energy.
  • the power and electric energy may be calculated by accumulating average values or instantaneous values of voltage and current.
  • the method of calculating the power and the amount of power is not limited to this method, and any calculation method may be used.
  • the mode switching unit 111 confirms the preset voltage input or current input for each channel 11, and switches the analog amplifier according to the input range of each channel 11. is selected by the input selection unit 112 . If the setting set for each channel 11 according to the analog output of the analog sensor 23 is voltage input (Yes in S15), the process proceeds to S16, and if it is current input (No in S15), the process proceeds to S18.
  • the mode switching unit 111 causes the input selection unit 112 of the channel 11 to turn on (enable) the voltage input and turn off (invalidate) the current input.
  • the analog measurement unit 133 AD-converts the input voltage amplified by the analog amplifier in the input selection unit 112 and measures it.
  • the mode switching unit 111 turns off (disables) the voltage input and turns on (enables) the current input in the input selection unit 112 of the channel 11 concerned.
  • the analog measurement unit 133 AD-converts the input current amplified by the analog amplifier in the input selection unit 112 and measures it.
  • the analog input unit 10 which can switch the operation mode by the mode switching section 111, can measure the analog amount at a low voltage and a small current in addition to measuring the power at a large voltage and a large current. can be done. Therefore, a single analog input unit can serve as both a dedicated power measurement unit and a general-purpose analog input unit, saving the number of analog input units and reducing the number of types of maintenance inventory. can get.
  • analog input mode for general-purpose analog input (analog amount measurement at low voltage and low current), voltage input and current input can be switched by the input selector 112, and the analog input port 123 port A reduction in numbers can be made.
  • a voltage input port 121 for inputting a large voltage, a current input port 122 for inputting a large current, and an analog input port 123 for inputting a small voltage/current are connected to different ports, whereby an analog It reduces the risk of applying excessive voltages and currents to the internal circuitry of the input unit 10 .
  • the voltage and current synchronized with each other can be measured at the same time, so the power at the same time can be calculated. Also, high-speed sampling is possible, and the sampling frequency can be made sufficiently higher than the frequency of the commercial power supply (for example, 200 kHz), so power can be measured with high accuracy.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of main parts of the power measurement system 100b according to the second embodiment.
  • the power measurement system 100 b includes an analog input unit 10 b and an external circuit 20 .
  • the external circuit 20 is a variety of analog output circuits, such as analog sensors, AC power supplies, and CT sensors. That is, the external circuit 20 is a circuit that outputs various analog quantities that can be input to the analog input unit 10 in the first embodiment.
  • Channel 11b of analog input unit 10b is different from channel 11 of analog input unit 10 in that instead of voltage input port 121, current input port 122, and analog input port 123, channel 11b includes input port 120, and input selector 112. , in that an input selection unit 112b is provided instead.
  • the input port 120 is a single input port for each channel that connects the external circuit 20, and outputs the input analog quantity to the input selector 112b.
  • the input selection unit 112b Based on the command from the mode switching unit 111, the input selection unit 112b connects the input port 120, the voltage measurement unit 131, the current measurement unit 132, or the analog measurement unit 133 according to the analog quantity to be measured. . Further, when the input selection unit 112b connects the input port 120 and the analog measurement unit 133 (in the case of analog measurement mode), similarly to the input selection unit 112 of the first embodiment, it is possible to select either the voltage input or the current input. Also switch connections.
  • An analog input unit 10b with at least two channels 11b can use the power measurement mode.
  • the input port 120 of one channel 11b and the voltage measurement unit 131 are connected, and the input port 120 of another channel 11b and the current measurement unit 132 are connected.
  • the analog input unit 10b of the second embodiment has only one input port 120 for each channel 11b. Therefore, in the second embodiment, the mounting area of the input port 120 per channel 11b is smaller than in the first embodiment, and as a result, one analog input unit 10b can accommodate many channels 11b.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of main parts of the power measurement system 100c according to the third embodiment.
  • the power measurement system 100c includes an analog input unit 10c, an AC power supply 21a, a CT sensor 22a, an AC power supply 21b, and a CT sensor 22b.
  • the AC power supply 21a, the CT sensor 22a, the AC power supply 21b, and the CT sensor 22b measure the voltage and current of the same three-phase AC power supply.
  • the AC power supply 21a measures voltages of the first phase and the third phase.
  • the CT sensor 22a measures the current of the first phase.
  • the AC power supply 21b measures voltages of the second phase and the third phase.
  • the CT sensor 22b measures the current of the second phase.
  • the measurement method is not limited to this, and the voltage for the neutral phase and the line current of each phase may be measured for each phase.
  • channel 11 is changed to channel 11c.
  • Channel 11c is changed to channel 11
  • power calculator 141 is changed to power calculator 141c.
  • the power calculation unit 141c does not calculate power from one set of voltage and current, but calculates power from multiple sets of voltage and current. That is, while the first embodiment calculates power in a single phase, the third embodiment can calculate power in multiple phases (for example, three-phase alternating current). In this case, the power calculation unit 141c can also calculate the power factor and the like in addition to the power.
  • the function of the analog input unit 10 (hereinafter referred to as "device") is a program for causing a computer to function as the device, and each control block of the device (especially the mode switching unit 111 and the power calculation unit 141) It can be realized by a program for making a computer function as
  • the device comprises a computer having at least one control device (eg processor) and at least one storage device (eg memory) as hardware for executing the program.
  • control device eg processor
  • storage device eg memory
  • the above program may be recorded on one or more computer-readable recording media, not temporary.
  • the recording medium may or may not be included in the device.
  • the program may be supplied to the device via any transmission medium, wired or wireless.
  • control blocks can be realized by logic circuits.
  • integrated circuits in which logic circuits functioning as the control blocks described above are formed are also included in the scope of the present invention.
  • control blocks described above it is also possible to implement the functions of the control blocks described above by, for example, a quantum computer.
  • each process described in each of the above embodiments may be executed by AI (Artificial Intelligence).
  • AI Artificial Intelligence
  • the AI may operate on the control device, or may operate on another device (for example, an edge computer or a cloud server).
  • an analog input unit is an analog input unit that includes a mode switching section that switches between an analog input mode and a power measurement mode, and a voltage measurement section that measures voltage. a current measurement unit that measures current; and a power calculation unit that calculates power by multiplying the voltage measured by the voltage measurement unit by the current measured by the current measurement unit in the power measurement mode; Prepare.
  • analog input mode voltage input and current input are possible, an input selection unit that enables the voltage input or the current input, and an analog quantity is measured from the voltage input or the current input. and an analog measurement unit.
  • a general-purpose voltage input and a general-purpose current input are provided, and a general-purpose analog signal can be input.
  • the mode switching section may not enable the voltage input and the current input in the input selection section in the power measurement mode.
  • a third input port connected to the current measuring unit may further be provided.
  • the analog input unit further includes a plurality of channels each including a single input port, and the mode switching unit switches the input port to the voltage measurement unit, the current measurement unit, and the analog measurement unit for each of the channels. can be connected to either
  • measurement is performed by switching the internal circuit according to the type of analog circuit for the common input port. Since the mounting area of the input port per channel can be reduced, multi-channel input is possible.
  • the power calculation unit may calculate power from voltages at a plurality of voltage measurement units and currents at a plurality of current measurement units in a three-phase alternating current.
  • a control method for an analog input unit comprising a mode switching step of switching between an analog input mode and a power measurement mode, wherein in the power measurement mode, a voltage measurement step of measuring voltage and a current measurement step of measuring current; A power calculation step of multiplying the voltage measured in the voltage measurement step by the current measured in the current measurement step to calculate power.

Abstract

アナログ入力ユニットで、電力計測することが求められている。アナログ入力ユニット(10)は、アナログ入力モードと電力計測モードとを切り換えるモード切換部(111)を備え、前記電力計測モードでは、電圧を計測する電圧計測部(131)と、電流を計測する電流計測部(132)と、前記電圧計測部(131)による電圧と、前記電流計測部(132)による電流とを乗じて電力を算出する電力算出部(141)と、をさらに備える。

Description

アナログ入力ユニット、およびアナログ入力ユニットの制御方法
 本発明は電力計測と汎用アナログ入力とができるアナログ入力ユニットに関する。
 産業用制御装置に用いられる制御装置としては、PLC(Programmable Logic Controller)が一般的である。PLCは、多様な種類の入出力ユニットがあり、その中には、アナログ入力ユニットおよび電力計測ユニットがある。
 また、産業用機器として、専用の電力計測ユニットもあり、これらは、計測結果を通信によって出力することができるため、PLCの通信ユニットと併せて用いることで、電力を計測し、PLCの制御に用いることができる。
日本国特開2007-104191号公報
 しかしながら、上述のような従来製品では、従来のPLCにおける電力計測ユニットは専用品であり、アナログ入力ユニットと兼用することはできない。そのため、保守部品として、ともにアナログ量を取り扱う、アナログ入力ユニットと電力計測ユニットとを計上する必要があり、保守在庫がかさむ原因となっていた。
 また、専用品の電力計測ユニットでは、PLCのソフトで、電力計測ユニットと通信をして電力の計測値を取り込むためのソフトウェアを実装する必要があった。そのため、ソフトウェアの実装コストがかかってしまい、電力を計測することが少なかった。しかしながら、昨今のIoT化の要望により、機器の電力をモニタする需要は増加している。
 そこで、本発明の一態様は、PLCの入出力ユニットとして、アナログ入力ユニットと電力計測ユニットを兼用できるアナログ入力ユニットを実現することを目的とする。
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアナログ入力ユニットは、アナログ入力ユニットであって、アナログ入力モードと電力計測モードとを切り換えるモード切換部と、電圧を計測する電圧計測部と、電流を計測する電流計測部と、前記電力計測モードにおいて、前記電圧計測部によって計測された電圧と、前記電流計測部によって計測された電流とを乗じて電力を算出する電力算出部と、を備える。
 アナログ入力ユニットの制御方法であって、アナログ入力モードと電力計測モードとを切り換えるモード切換ステップを含み、前記電力計測モードにおいて、電圧を計測する電圧計測ステップと、電流を計測する電流計測ステップと、前記電圧計測ステップにおいて計測された電圧と、前記電流計測ステップにおいて計測された電流とを乗じて電力を算出する電力算出ステップと、をさらに含む。
 本発明の一態様によれば、アナログ入力モードと、電力計測モードとを切り換えて使用できるアナログ入力ユニットが実現でき、アナログ入力ユニットの台数の節約、および保守在庫を確保する品種を削減することができる。
実施形態1に係る電力計測システムの要部の構成を示すブロック図である。 実施形態1に係る電力計測システムの実施例である。 実施形態1に係るアナログ入力ユニットの動作を示すフローチャートである。 実施形態2に係る電力計測システムの要部の構成を示すブロック図である。 実施形態3に係る電力計測システムの要部の構成を示すブロック図である。
 〔実施形態1〕
 以下、本発明の一側面に係る実施の形態(以下、「本実施形態」とも表記する)を、図面に基づいて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
 §1.適用例
 電力計測とアナログ入力との両方の機能を有するアナログ入力ユニットを用いることで、1つのアナログ入力ユニットによって、電力計測に加え、アナログ量の計測をすることができるようになる。
 図2は、実施形態1に係る電力計測システム100の実施例である。例えば、図2に示すように、アナログ入力ユニットが4チャンネルを備えた場合、チャンネル(1)で電力計測のために交流電源21の電圧を計測し、チャンネル(2)で電力計測のためにCTセンサ22で電流を計測し、電力算出部141で電力を算出する。また、チャンネル(3)で汎用のアナログ入力として電圧出力センサ23aの電圧を計測し、チャンネル(4)で汎用のアナログ入力として電流出力センサ23bの電流を計測する。
 そのため、当該アナログ入力ユニットの保守在庫をもつだけで、専用のアナログ入力ユニットと汎用のアナログ入力ユニットとの保守在庫をもつ必要がなくなり、保守在庫の削減につながる。
 また、当該アナログ入力ユニットでは、PLCの入出力ユニットとして、電力計測をすることができるようになるため、専用の電力計測ユニットとの通信インターフェースを構築する必要がなくなり、容易に電力計測の結果をPLCにて使用することができるようになる。
 §2.構成例
 図1は、実施形態1に係る電力計測システム100の要部の構成を示すブロック図である。電力計測システム100は、複数のチャンネル11を備えたアナログ入力ユニット10と、交流電源21と、CT(Current Transformer)センサ22と、アナログセンサ23と、を備える。
 交流電源21は、交流電源であり、単相電源でも3相電源でも構わない。アナログ入力ユニット10を、交流電源21の単相に対し、並列に接続することで、交流電源21の電圧を計測する。
 CTセンサ22は、電線に流れる電流を、電磁誘導を利用して非接触で計測するトランスである。CTセンサ22の中心を通るように、計測対象の電線を単線通すことで、当該電線に流れている電流に比例した電流がCTセンサ22に生じるため、生じた電流を直列に接続し、計測する。
 アナログセンサ23は、アナログ出力を持つ任意のセンサである。アナログ出力としては、電圧出力と電流出力がある。
 図1では、交流電源21と、CTセンサ22と、アナログセンサ23とが、全て同一のチャンネル11に接続されているが、これは、機能ブロックを説明するための図であり、実際には、いずれか1つが接続されている。
 チャンネル11は、モード切換部111と、入力選択部112と、電圧入力ポート(第1入力ポート)121と、電流入力ポート(第2入力ポート)122と、アナログ入力ポート(第3入力ポート)123と、電圧計測部131と、電流計測部132と、アナログ計測部133と、電力算出部141と、出力部142と、を備える。一部の機能ブロックはチャンネル11毎になくてもよく、アナログ入力ユニット10に1つあり、全てのチャンネル11で共有し交替で使用してもよい。
 上記構成は、アナログ入力ユニット10の1チャンネル毎にある構成であり、アナログ入力ユニット10は同時に複数チャンネルを備えていてもよく、例えば4チャンネルなどが一般的である。各チャンネルでは、1種類のアナログ入力(電力計測用のアナログ入力をも含む)を計測することができる。
 モード切換部111は、チャンネル11の動作モードを切り替える機能ブロックである。チャンネル11の動作モードは電力計測モードとアナログ入力モードとがあり、チャンネル11毎に、動作モードを個別に切り替えることができる。動作モードは、ユーザが予め選択し設定しておく。
 電圧入力ポート121は、交流電源21を接続する入力ポートである。電流入力ポート122は、CTセンサ22を接続する入力ポートである。アナログ入力ポート123は、アナログセンサ23を接続する入力ポートである。各入力ポートは、チャンネル11毎に設けられる。
 電圧計測部131は、電圧入力ポート121に接続され、電圧入力ポート121に接続された交流電源21の電圧をAD(Analog - Digital)変換し、計測する。計測した電圧を電力算出部141に出力する。
 電流計測部132は、電流入力ポート122に接続され、電流入力ポート122に接続されたCTセンサ22から流れる電流をAD変換し、計測する。電流計測部132は、計測した電流に対し、所定の比率にて乗算することで、電流を求める。ここで、所定の比率は、CTセンサ22の巻き線数に応じて定まる値であり、予めチャンネル11毎に設定された値である。求めた電流を電力算出部141に出力する。
 アナログ計測部133は、アナログ入力ポート123に接続されたアナログセンサ23が出力したアナログ量をAD変換し、計測する。当該アナログ量としては、電圧と電流があり、アナログ計測部133内には、電圧を計測する機能(電圧入力)と、電流を計測する機能(電流入力)とがあり、切り替えて動作することができる。
 入力選択部112は、アナログ入力ポート123に接続され、アナログ入力ポート123に接続されたアナログセンサ23のアナログ量を、アナログ計測部133に接続する機能をもつ機能ブロックである。入力選択部112が、アナログ計測部133に接続するに際し、入力選択部112は、アナログ計測部133内の電圧入力、および電流入力の、どちらを用いてアナログ量を計測するかをユーザが予め設定しておき、設定に従いアナログ計測部133に接続する。
 また、入力選択部112は、内部にアナログアンプを備え、アナログセンサ23のアナログ量の出力レンジに適合するように、アナログ入力ポート123から入力選択部112に入力された電圧または電流を増幅(減衰)し、アナログ計測部133に出力することができる。
 電力算出部141は、電圧計測部131で計測された電圧と、電流計測部132で計測された電流との積により、電力を算出する。電力の算出にあたっては、計測された電圧および計測された電流の平均値によって電力および電力量を算出する場合に加え、計測された電圧および計測された電流の瞬時値から、電力の瞬時値を算出し、その積算によって電力量を算出してもよい。電力算出部141は、算出した電力および電力量を出力部142に出力する。
 出力部142は、電力算出部141で算出された電力および電力量を上位の機器(PLCのCPU(Central Processing Unit)ユニット)または外部の機器に出力することができる。出力するデータは、電力計測モードでは、電力および電力量に加え、電圧および電流をも出力してもよい。アナログ入力モードでは、アナログ量の電圧または電流を出力する。
 §3.動作例
 図3は、実施形態1に係るアナログ入力ユニット10の動作を示すフローチャートである。
 S11において、モード切換部111は、予め設定された動作モードを確認し、チャンネル11の動作を切り換える。動作モードが電力計測モード(S11においてYes)の場合、S12に進み、動作モードがアナログ入力モード(S11においてNo)の場合、S15に進む。
 S12において、モード切換部111は、入力選択部112の電圧入力および電流入力をオフにする。
 S13において、電圧計測部131は、交流電源21の電圧をAD変換によって計測する。電流計測部132は、CTセンサ22から入力された電流をAD変換によって計測し、その計測値に対し所定の比率にて乗算することで、電流を求める。
 S14において、電力算出部141は、電圧計測部131によって計測された電圧と、電流計測部132によって計測された電流とを用いて、電力および電力量を算出する。電力および電力量の算出は、電圧および電流の平均値または瞬時値の積算によって算出してもよい。電力および電力量の算出方法は、この方法に限定されず、任意の算出方法でもよい。
 S15において、モード切換部111は、チャンネル11毎に、予め設定されている電圧入力であるか、電流入力であるかの設定を確認し、また、チャンネル11毎の入力レンジに合わせた、アナログアンプを入力選択部112で選択する。アナログセンサ23のアナログ出力に合わせたチャンネル11毎に設定されている設定が、電圧入力である(S15においてYes)場合、S16に進み、電流入力である(S15においてNo)場合S18に進む。
 S16において、モード切換部111は、当該チャンネル11の入力選択部112を、電圧入力をオン(有効)にし、電流入力をオフ(無効)にする。
 S17において、アナログ計測部133は、入力選択部112内のアナログアンプにて増幅された入力された電圧をAD変換し、計測する。
 S18において、モード切換部111は、当該チャンネル11の入力選択部112を、電圧入力をオフ(無効)にし、電流入力をオン(有効)にする。
 S19において、アナログ計測部133は、入力選択部112内のアナログアンプにて増幅された入力された電流をAD変換し、計測する。
 §4.作用・効果
 モード切換部111によって、動作モードの切り換えができるアナログ入力ユニット10では、大電圧・大電流での電力計測をすることに加え、小電圧・小電流でのアナログ量の計測をすることができる。そのため、1台のアナログ入力ユニットでもって、専用の電力計測ユニットと汎用のアナログ入力ユニットの機能を兼務させることができ、アナログ入力ユニットの台数の節約、および保守在庫を確保する品種の削減効果が得られる。
 また、アナログ入力モードにおける、汎用のアナログ入力(小電圧・小電流でのアナログ量の計測)では、電圧入力と電流入力を、入力選択部112によって切り換えすることができ、アナログ入力ポート123のポート数の削減をすることができる。
 さらに、電力計測モードでは、入力選択部112の電圧入力および電流入力をともにオフにすることで、アナログ計測部133に過剰な電圧および電流が印加されることを防ぐことができ、内部回路を破損するリスクを低減することができる。
 大電圧で入力される電圧入力ポート121と、大電流で入力される電流入力ポート122と、小電圧・小電流で入力されるアナログ入力ポート123とでは、接続するポートを異ならせることで、アナログ入力ユニット10の内部回路に過剰な電圧および電流が印加されるリスクを低減する。
 電力計測モードでは、互いに同期した電圧と電流とを同時に計測することができるため、同時刻における電力を演算することができる。また、高速サンプリングをすることも可能であり、サンプリング周波数を商用電源の周波数よりも十分に高くすることができる(例えば、200kHzなど)ため、精度良く電力計測が可能である。
 さらに、従来の通信にて電力の情報を取得する電力計測ユニットでは、電力を取得するタイミングに通信による遅延が発生するため、リアルタイムでの電力の取得は不可能であった。しかしながら、本実施形態の電力計測モードでは、高速サンプリングにより、PLCでのスキャン毎の電力を計測することも可能であり、当該スキャンにおける制御対象による電力の変化をリアルタイムに取得することが可能である。そのため、制御対象毎の電力の変化を把握することが可能になり、節電すべき制御対象等を特定することが容易になる。
 〔実施形態2〕
 本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
 図4は、実施形態2に係る電力計測システム100bの要部の構成を示すブロック図である。電力計測システム100bは、電力計測システム100と異なり、アナログ入力ユニット10bと、外部回路20と、を備える。
 外部回路20としては、種々多様なアナログ出力の回路であり、例えば、アナログセンサ、交流電源、CTセンサが挙げられる。すなわち、外部回路20は、実施形態1でアナログ入力ユニット10に入力できる様々なアナログ量を出力する回路である。
 アナログ入力ユニット10bのチャンネル11bは、アナログ入力ユニット10のチャンネル11と異なり、電圧入力ポート121と、電流入力ポート122と、アナログ入力ポート123と、に代わり、入力ポート120を備え、入力選択部112に代わり、入力選択部112bを備える点が異なる。
 入力ポート120は、外部回路20を接続するチャンネル毎に1つある単一の入力ポートであり、入力されたアナログ量を入力選択部112bに出力する。
 入力選択部112bは、モード切換部111の指令に基づき、アナログ量の計測対象に合わせて、入力ポート120と、電圧計測部131か、電流計測部132か、アナログ計測部133かと、を接続させる。また、入力選択部112bが、入力ポート120とアナログ計測部133を接続する場合(アナログ計測モードの場合)、実施形態1の入力選択部112と同様に、電圧入力および電流入力のどちらかへの接続をも切り替える。
 少なくとも2つのチャンネル11bをもつアナログ入力ユニット10bでは、電力計測モードを利用することができる。電力計測モードでは、あるチャンネル11bの入力ポート120と電圧計測部131とが接続され、別のチャンネル11bの入力ポート120と電流計測部132とが接続される。
 したがって、実施形態2でのアナログ入力ユニット10bでは、実施形態1でのアナログ入力ユニット10と異なり、入力ポート120はチャンネル11b毎に1つだけ備えられる。そのため、実施形態2では、実施形態1よりもチャンネル11bあたりの入力ポート120の実装面積が小さくなり、結果として、1つのアナログ入力ユニット10bで多くのチャンネル11bを搭載できる。
 〔実施形態3〕
 本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
 図5は、実施形態3に係る電力計測システム100cの要部の構成を示すブロック図である。電力計測システム100cは、電力計測システム100と異なり、アナログ入力ユニット10cと、交流電源21aと、CTセンサ22aと、交流電源21bと、CTセンサ22bと、を備える。
 交流電源21aと、CTセンサ22aと、交流電源21bと、CTセンサ22bと、は同一の3相交流の電源の電圧と電流を計測している。交流電源21aは、第1相と第3相との電圧を計測する。CTセンサ22aは、第1相の電流を計測する。交流電源21bは、第2相と第3相の電圧を計測する。CTセンサ22bは、第2相の電流を計測する。計測方法は、これに限定されず、中性相に対する電圧と各相の線電流を各相計測してもよい。
 アナログ入力ユニット10cでは、実施形態1でのアナログ入力ユニット10と異なり、チャンネル11がチャンネル11cに変わる。チャンネル11cは、チャンネル11と変わり、電力算出部141が電力算出部141cに変わる。
 電力算出部141cは、1組の電圧および電流から電力を算出するのではなく、複数の組の電圧および電流から電力を算出する。すなわち、実施形態1は単相における電力を算出することに対し、実施形態3では、多相(例えば、3相交流)における電力を算出することができる。また、この場合、電力算出部141cは、電力に加え、力率などをも算出することができる。
 〔ソフトウェアによる実現例〕
 アナログ入力ユニット10(以下、「装置」と呼ぶ)の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック(特に、モード切換部111および電力算出部141)としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
 この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも1つの制御装置(例えばプロセッサ)と少なくとも1つの記憶装置(例えばメモリ)を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。
 上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、1または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。
 また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。
 また、上記各実施形態で説明した各処理は、AI(Artificial Intelligence:人工知能)に実行させてもよい。この場合、AIは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置(例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等)で動作するものであってもよい。
 〔まとめ〕
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアナログ入力ユニットは、アナログ入力ユニットであって、アナログ入力モードと電力計測モードとを切り換えるモード切換部と、電圧を計測する電圧計測部と、電流を計測する電流計測部と、前記電力計測モードにおいて、前記電圧計測部によって計測された電圧と、前記電流計測部によって計測された電流とを乗じて電力を算出する電力算出部と、を備える。
 上記の構成によれば、アナログ入力モードと、電力計測モードとを切り換えて使用できる。そのため、1台のアナログ入力ユニットでもって、電力計測とアナログ入力を兼務させることができ、アナログ入力ユニットの台数の節約、および保守在庫を確保する品種を削減することができる。
 前記アナログ入力モードでは、電圧入力と電流入力とが可能で、前記電圧入力を有効にするか前記電流入力を有効にする入力選択部と、前記電圧入力または前記電流入力から、アナログ量を計測するアナログ計測部と、をさらに備えてもよい。
 上記の構成によれば、アナログ入力モードにおいて、汎用の電圧入力と汎用の電流入力とを備え、汎用のアナログ信号を入力することができる。
 前記モード切換部は、前記電力計測モードでは、前記入力選択部において、前記電圧入力を有効にせず、かつ前記電流入力を有効にしなくてもよい。
 上記の構成によれば、電力計測モードでは、電圧入力および電流入力を選択しなくさせることで、内部回路の破壊を防ぐことができる。
 前記アナログ入力モードにおける第1入力ポートと、前記第1入力ポートとは異なる、前記電圧計測部に接続されている第2入力ポートと、前記第1入力ポートおよび前記第2入力ポートとは異なる、前記電流計測部に接続されている第3入力ポートと、をさらに備えてもよい。
 上記の構成によれば、入力ポートを入力するアナログ回路の種別により、個別に用意することで、内部回路の破壊を防ぐことができる。
 前記アナログ入力ユニットは、単一の入力ポートを含むチャンネルを複数さらに備え、前記モード切換部は、前記チャンネル毎に前記入力ポートを前記電圧計測部と、前記電流計測部と、前記アナログ計測部とのいずれかに接続してもよい。
 上記の構成によれば、共通の入力ポートに対し、アナログ回路の種別に合わせて、内部回路を切り換えて計測を行う。チャンネルあたりの入力ポートの実装面積を削減できるため、多チャンネルの入力ができるようになる。
 前記電力算出部は、3相交流において、複数の電圧計測部での電圧と、複数の電流計測部での電流と、から電力を算出してもよい。
 上記の構成によれば、3相交流でも電力を計測することができる。
 アナログ入力ユニットの制御方法であって、アナログ入力モードと電力計測モードとを切り換えるモード切換ステップを含み、前記電力計測モードにおいて、電圧を計測する電圧計測ステップと、電流を計測する電流計測ステップと、前記電圧計測ステップにおいて計測された電圧と、前記電流計測ステップにおいて計測された電流とを乗じて電力を算出する電力算出ステップと、をさらに含む。
 〔付記事項〕
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 10、10b、10c アナログ入力ユニット
 11、11b、11c チャンネル
 20 外部回路
 21、21b、21c 交流電源
 22、22b、22c CTセンサ
 23 アナログセンサ
 23a 電圧出力センサ
 23b 電流出力センサ
 100、100b、100c 電力計測システム
 111 モード切換部
 112、112b 入力切換部
 120 入力ポート
 121 電圧入力ポート(第1入力ポート)
 122 電流入力ポート(第2入力ポート)
 123 アナログ入力ポート(第3入力ポート)
 131 電圧計測部
 132 電流計測部
 133 アナログ計測部
 141、141c 電力算出部
 142 出力部

Claims (7)

  1.  アナログ入力ユニットであって、
     アナログ入力モードと電力計測モードとを切り換えるモード切換部と、
     電圧を計測する電圧計測部と、
     電流を計測する電流計測部と、
     前記電力計測モードにおいて、前記電圧計測部によって計測された電圧と、前記電流計測部によって計測された電流とを乗じて電力を算出する電力算出部と、を備えるアナログ入力ユニット。
  2.  前記アナログ入力モードでは、電圧入力と電流入力とが可能で、前記電圧入力を有効にするか前記電流入力を有効にする入力選択部と、
     前記電圧入力または前記電流入力から、アナログ量を計測するアナログ計測部と、をさらに備える請求項1に記載のアナログ入力ユニット。
  3.  前記モード切換部は、前記電力計測モードでは、前記入力選択部において、前記電圧入力を有効にせず、かつ前記電流入力を有効にしない請求項2に記載のアナログ入力ユニット。
  4.  前記アナログ入力モードにおける第1入力ポートと、
     前記第1入力ポートとは異なる、前記電圧計測部に接続されている第2入力ポートと、
     前記第1入力ポートおよび前記第2入力ポートとは異なる、前記電流計測部に接続されている第3入力ポートと、をさらに備える請求項1から3のいずれか1項に記載のアナログ入力ユニット。
  5.  前記アナログ入力ユニットは、単一の入力ポートを含むチャンネルを複数さらに備え、
     前記モード切換部は、前記チャンネル毎に前記入力ポートを前記電圧計測部と、前記電流計測部と、前記アナログ計測部とのいずれかに接続する請求項2または3に記載のアナログ入力ユニット。
  6.  前記電力算出部は、3相交流において、複数の電圧計測部での電圧と、複数の電流計測部での電流と、から電力を算出する請求項1から5のいずれか1項に記載のアナログ入力ユニット。
  7.  アナログ入力ユニットの制御方法であって、
     アナログ入力モードと電力計測モードとを切り換えるモード切換ステップを含み、
     前記電力計測モードにおいて、
      電圧を計測する電圧計測ステップと、
      電流を計測する電流計測ステップと、
      前記電圧計測ステップにおいて計測された電圧と、前記電流計測ステップにおいて計測された電流とを乗じて電力を算出する電力算出ステップと、をさらに含むアナログ入力ユニットの制御方法。
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