(57)【要約】【課題】多数の個別機器の電力／電圧／電流、温度／湿度等の特性を、一括、多重化して収集する、電気的情報の計測収集システムに好適であって、機器ごとに電源供給モードや温度／湿度計測の有無が相違しても汎用、標準的なハードウェアとして使え、対応するソフトウェア上のパラメータを自動的に更新できる、経済的でコンパクトで、かつバーサタイルな電気的情報の計測回路を提供する。【解決手段】センサ部と計測部を含み、センサ部は、電圧、電流と、好ましくは温湿度を検出する、各々、ＰＴモジュール、ＣＴモジュール及び所定の抵抗値を有する電流／電圧変換用抵抗器、温湿度モジュールからなり、計測部は、センサ出力をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、その出力を演算処理して所望の電気的情報を得るＣＰＵとを備え、前記計測部と前記抵抗器が１枚の計測ボードに搭載されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の電力消費に伴う電圧と電流を各々に比例するアナログ信号値ｖｖ、ｖｉとして検出するセンサと、前記アナログ電圧値をそれぞれデジタル変換して対応する出力ＶＶ、ＶＩを得るＡ／Ｄ変換器と、前記ＶＶ、ＶＩを演算処理して所望の電気的情報を得るＣＰＵ（マイクロプロセッサユニット）とを備える電気的情報の計測回路において、
前記電圧を検出するセンサが、複数の電圧／低電圧変換器（ＰＴ）を搭載したＰＴモジュールにより構成され、
前記電流を検出するセンサが、複数の電流／小電流変換器（ＣＴ）を搭載したＣＴモジュールと、所定の抵抗値を有する電流／電圧変換用抵抗器により構成され、
少なくとも、前記電流／電圧変換用抵抗器と前記Ａ／Ｄ変換器と前記ＣＰＵとが、１枚の計測ボードに搭載されており、
前記ＰＴモジュールとＣＴモジュールが、各々前記電圧、電流のアナログ信号を伝えるケーブルを介して前記計測ボードに接続されている、
ことを特徴とする電気的情報の計測回路。
【請求項２】
前記計測ボード上において、前記ＣＴモジュールからの前記ケーブルを介した入力端子と前記Ａ／Ｄ変換器の間に、前記入力端子を、前記電流／電圧変換用抵抗器により接地する際に、前記所定の抵抗値を複数個の中から選択できる第１種のジャンパーピンが備えられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的情報の計測回路。
【請求項３】
前記機器に係る温度と湿度を各々に比例するアナログ電圧値ｖｔ、ｖｈとして検出するセンサを搭載した温湿度モジュールと、前記アナログ電圧値を伝えるケーブルとをさらに含み、前記計測ボード上にはさらに温湿度チャネルが設定されており、前記温湿度チャネルの出力と前記チャネルの出力とを選択できる、第２種のジャンパーピンが備えられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電気的情報の計測回路。
【請求項４】
前記計測ボードは、個別機器に対する電源供給モード（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、３相／単相／マルチ、及び／又は、２００Ｖ／１００Ｖ）、及び／又は、温度／湿度計測モードの特定に加えて、前記第１種及び／又は第２種のジャンパーピンの選択位置を含む、タイプ設定を行うＤＩＰスイッチをさらに備える、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電気的情報の計測回路。
【請求項５】
前記ＰＴモジュール、ＣＴモジュール、温湿度モジュールの内、少なくとも一つは、分電板の内部の、系統電力配線の間の空隙に固着されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電気的情報の計測回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力消費に係る機器の特性の計測回路に係り、特に前記特性を計測して得た電気的情報を一括収集する、電気的情報の計測収集システムに好適な、電気的情報の計測回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球環境問題への取組みのために、あらゆる分野で省エネルギや電力の有効利用が義務付けられている。そのためには店舗や工場などのプラントにおける電力使用状況を把握しなければならないが、プラント全体としての電力計測だけでは状況把握に限界があり、個別の機器や系統別の時系列計測を行い、その履歴を分析する必要がある。すなわち、そのためには個別の機器や系統別の電力量を計測し、一括して収集するシステムが不可欠になる。
【０００３】
また、個別の機器や系統別の電力状況把握に際しては、消費された電力値だけではなく、その際の電圧、電流値や、場合によっては個別の機器周辺の温度や湿度の計測データがあることが望ましい。
【０００４】
従来、これらの電圧、電流や電力量の計測に際しては、電圧をＰＴ（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）で低電圧信号に変換し、電流をＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）で低電流信号に変換し、両者の積をアナログ的又はデジタル的に演算して電力値を得て、これにもとにパルス信号を送出し、このパルス信号を積算して、所定の時間内の平均電力量等を求めていた。
【０００５】
前記個別機器の平均電力量等を上位装置で一括して収集する場合、機器に設置した電力量計等から、予め決められた、電力値等に相当する数のパルス列（例えば、２０００個／ｋＷｈ）を伝送ラインに送出し、前記上位装置でこれをカウントして任意の時間間隔における電力量等、すなわち平均電力量等を求めていた。
【０００６】
しかしながらこの方法では、個別機器ごとに伝送ラインが必要であり、多重化が困難であった。
【０００７】
また従来、商取引用の検定に合格する品質レベルの電力量計等を使うと、嵩張って個別機器の分電板の空隙などに納まらず、伝送ラインと合わせて大きいスペースを占有する上、保守管理が面倒であった。
【０００８】
また従来、商取引用の検定に合格する品質レベルの電力量計等を使うと、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、３相／単相／マルチ、２００Ｖ／１００Ｖ等の、電源供給モードの違いに合わせて高価で専用の電力量計等を個別機器ごとに設置、管理しなければならず、コストがかかった。
【０００９】
これに加えて、個別機器周辺の温度、湿度を計測、収集しようとすると、従来は、そのための計測回路を新たに組まなければならず、上記の諸問題をさらに悪化させた。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−０４１９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の第１の目的は、上記の諸問題を解決するために、多数の個別機器の、電力消費に係る電力／電圧／電流、及び／又は、温度／湿度等の特性計測データを、経済的でコンパクトに計測できるので、前記データを一括、多重化して収集し、必要な情報のみを上位装置の分析に供する電気的情報の計測収集システムに好適な、電気的情報の計測回路を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、個別機器ごとに電源供給モードや、温度／湿度計測の有無が相違しても、汎用、標準的なハードウェアとして使え、対応するソフトウェア上のパラメータを自動的に更新できる、経済的でコンパクトな電気的情報の計測収集システムに好適な、電気的情報の計測回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような課題を解決するためになされた、本発明による電気的情報の計測回路は、
機器の電力消費に伴う電圧と電流を各々に比例するアナログ信号値ｖｖ、ｖｉとして検出するセンサと、前記アナログ電圧値をそれぞれデジタル変換して対応する出力ＶＶ、ＶＩを得るＡ／Ｄ変換器と、前記ＶＶ、ＶＩを演算処理して所望の電気的情報を得るＣＰＵ（マイクロプロセッサユニット）とを備える電気的情報の計測回路において、
前記電圧を検出するセンサが、複数の電圧／低電圧変換器（ＰＴ）を搭載したＰＴモジュールにより構成され、前記電流を検出するセンサが、複数の電流／小電流変換器（ＣＴ）を搭載したＣＴモジュールと、所定の抵抗値を有する電流／電圧変換用抵抗器により構成され、少なくとも、前記電流／電圧変換用抵抗器と前記Ａ／Ｄ変換器と前記ＣＰＵとが、１枚の計測ボードに搭載されており、前記ＰＴモジュールとＣＴモジュールが、各々前記電圧、電流のアナログ信号を伝えるケーブルを介して前記計測ボードに接続されている、ことを特徴とする。
【００１４】
好ましくは請求項２に係り、前記計測ボード上において、前記ＣＴモジュールからの前記ケーブルを介した入力端子と前記Ａ／Ｄ変換器の間に、前記入力端子を、前記電流／電圧変換用抵抗器により接地する際に、前記所定の抵抗値を複数個の中から選択できる第１種のジャンパーピンが備えられている、ことを特徴とする。
【００１５】
好ましくは請求項３に係り、前記機器に係る温度と湿度を各々に比例するアナログ電圧値ｖｔ、ｖｈとして検出するセンサを搭載した温湿度モジュールと、前記アナログ電圧値を伝えるケーブルとをさらに含み、前記計測ボード上にはさらに温湿度チャネルが設定されており、前記温湿度チャネルの出力と前記チャネルの出力とを選択できる、第２種のジャンパーピンが備えられている。
【００１６】
好ましくは請求項４に係り、前記計測ボードは、個別機器に対する電源供給モード（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、３相／単相／マルチ、及び／又は、２００Ｖ／１００Ｖ）、及び／又は、温度／湿度計測モードの特定に加えて、前記第１種及び／又は第２種のジャンパーピンの選択位置を含む、タイプ設定を行うＤＩＰスイッチをさらに備える。
【００１７】
好ましくは請求項５に係り、前記計測ボードは、前記ＰＴモジュール、ＣＴモジュール、温湿度モジュールの内、少なくとも一つは、分電板の内部の、系統電力配線の間の空隙に固着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、多数の個別機器の電力／電圧／電流、温度／湿度等の特性を、一括、多重化して収集する、電気的情報の計測収集システムに好適であって、機器ごとに電源供給モードや温度／湿度計測の有無が相違しても汎用、標準的なハードウェアとして使え、対応するソフトウェア上のパラメータを自動的に更新できる、経済的でコンパクトで、かつバーサタイルな、電気的情報の計測回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を、図１を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１を参照すると、本発明の請求項１〜４に係る第１の実施例の、全体の回路ブロック図を示す。
【００２１】
図１において、本発明による電気的情報の計測回路は、電源線Ｒ、Ｓ、Ｔにより給電される複数の機器（図では、機器１のみを代表例として示す。）の消費電圧、電流、及び機器周辺の温度、湿度を計測の対象とし、各々、電圧、電流、温湿度用のセンサを搭載した、ＰＴモジュール、ＣＴモジュール、温湿度モジュールからなるセンサ部、計測ボード、及び前記センサ部と計測ボードを接続する複数のケーブルから構成される。これらのセンサ部、ケーブル、計測ボードの配線上の小さい白丸は、Ｙ端子もしくはコネクタによる接続を示す。
【００２２】
電源線は、図では、単相３線式１００Ｖ、又は３相３線式Ｖ結線を想定し、いずれの場合もＲ，Ｔを活線、Ｓを接地（中性線）としている。単相２００Ｖ、あるいはその他の３相結線方式の場合の配線変更は当事者には容易であろう。
【００２３】
ＰＴモジュールでは、Ｒ−Ｓ、Ｔ−Ｓ間の電圧が、複数の機器に共通の電源電圧として、電圧センスされ、電圧信号ケーブルを介して、計測ボードに送られる。
計測ボードが１枚では足りない場合は、他の計測ボードにも電圧信号ケーブルを増設するだけで送ることができる。
ＣＴモジュールでは、電流センサＣＴ１では活線Ｒの全電流が、電流センサＣＴ２では、機器１の消費電流が電流センスされ、同様に計測ボードに送られる。
センス電流を電圧に変換するためには、所定の値の抵抗器が必要であるが、この抵抗器の接続は、モジュール上ではなく、計測ボード上で行う。
温湿度モジュールでは、機器群周辺の温度、湿度が電圧センスされ、同様に計測ボードに送られる。
【００２４】
図２、図３を参照すると、各々、前記ＰＴモジュールとＣＴモジュールの外形を示す概念図である。いずれも分電板の系統電力配線の間の空隙に配置され、分電板の奥の垂直面に対してゴム磁石を介して固着される。
図２には、本ＰＴモジュールを取り付けた状態での正面図を示す。モジュール本体の寸法は、横幅、１００ｍｍ×高さ、１５０ｍｍ×奥行き、２５ｍｍ、程度である。実際の作業としては、本モジュール上部で、Ｙ端子線を介して電圧トランスフォーマ（図示せず）を系統電力配線（Ｒ、Ｓ、Ｔ）に各々接続し、本モジュール下部で、Ｙ端子付きケーブル線を接続するだけでよい。
【００２５】
一方、図３には、本ＣＴモジュールを取り付けた状態での、水平断面図を示す。モジュール本体の寸法は、横幅、６０ｍｍ×高さ、１４０ｍｍ×奥行き、４５ｍｍ、程度である。実際の作業としては、本モジュール前面（図３の上部）で、Ｙ端子線を介して電流トランスフォーマ（ＣＴ）を系統電力配線（Ｒ、Ｓ、Ｔ）のいずれかに接続し、本モジュール奥部（図３の下部）で、コネクタ（好ましくは、ＭＩＬコネクタ）を介して、ツイストペアフラットケーブルを接続するだけでよい。
このように、ＰＴ、ＣＴモジュールのいずれも系統電力配線の空隙に容易に着脱可能にセットできる上に、モジュールの奥行きが小さく分電板の箱内部に容易に納めることができる。
【００２６】
このように、センサ部を３種類の標準化されたモジュールにより構成することにより、各モジュールを現場の状況に応じて、分電盤の空隙などに適宜設置でき、ＰＴ、ＣＴをカップリング工事し、コネクタを介して標準ケーブル工事をするだけでよいので、従来煩雑であった個別のセンス部の工事が簡明になる。
【００２７】
次に、計測ボードについては、ジャンパーピンＪＴｎ（ｎ＝３〜１８）、アナログバッファＡＢｎ（ｎ＝１〜１８）、アナログ−デジタル変換回路Ａ／Ｄｎ（ｎ＝１〜１６）からなる１６本の入力チャネルと、マイクロプロセッサユニットＣＰＵ，シリアルインタフェースＲＳ４８５、ＤＩＰスイッチなどから構成される。
【００２８】
本実施例では、最初の２チャネル、次の１４チャネル、最後の２チャネルを各々、電圧、電流、温湿度に割り当て、電流の最後の２チャネルと温湿度チャネルをＡ／Ｄを共有する形で計測ボードを標準化したが、他の割り当てを行うこともできる。
【００２９】
アナログバッファＡＢｎは、過電圧保護ダイオードＤ１、Ｄ２と、容量Ｃ１、Ｃ２、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２、Ｒ１３からなるＢＰＦ（バンドパスフィルタ）と、オペアンプＯＰと抵抗器Ｒ１４からなるバッファからなる。電圧、電流、温湿度などのチャネルにより、容量、抵抗器の値は異なり、特に温湿度チャネルの場合、Ｃ１＝∞（容量をはずし、短絡）、Ｒ１１＝∞、Ｒ１２＝∞（各々、抵抗器をはずし、開放）である。
【００３０】
電流チャネル用の、第１種ジャンパーピンＪＴｎ（ｎ＝３〜１６）は、所定の大小２種類の値（例えば１Ｋオームと１００オーム）、の抵抗器Ｒ１、Ｒ２のいずれかを介して接地し、計測電流のレンジを小大２種類に切替えることができる。
【００３１】
なお、ジャンパーピンをニュートラルにすれば、電圧チャネルとして使える。これにより、上記の電源方式において、例えば、単相と３相の両系統を１枚の計測ボードで処理することができ（マルチ電源方式）、あるいは、３相４線式の第３活線の電圧計測が可能になる。
【００３２】
さらに、本実施例では、電流センサＣＴ１３、ＣＴ１４と温湿度センサとはＡ／Ｄを共有させ、切替えを第２種ジャンパースイッチＪＴ１７、ＪＴ１８により設定する。このようにすれば、アナログバッファに若干冗長度を持たせるだけで、１６ビットマシンの処理能力範囲内で、ハードウェアの標準化が図れる。
【００３３】
以上の説明に表した各種の選択肢、すなわち、個別機器に対する電源供給モード（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、３相／単相／マルチ、及び／又は、２００Ｖ／１００Ｖ）、及び／又は、温度／湿度計測モードの特定に加えて、前記第１種及び／又は第２種のジャンパーピンの位置の選択は、現場での工事の際、作業仕様に従い実行されると同時に、そのタイプ設定をＤＩＰスイッチに対し手動で行う。
【００３４】
ＣＰＵは、実際の運転時には、ＤＩＰスイッチの状態を読取るだけで、自動的に自らの計測ボードとそれに繋がる機器のタイプ設定状態を知ることができる。
ＣＰＵは、その上で、Ａ／Ｄ変換器をイネーブルして、個々の計測値をデジタル化し、上記設定状態に合わせてプログラムを選んで所定の演算、記憶処理を行い、その結果を外部と、例えばシリアルインタフェースＲＳ４８５を介して交信することができる。
【００３５】
上記計測ボードを単数又は複数個、シリアルインタフェースを介して上位装置に接続したシステムを組むと、現場でのあらゆる個別の設定状態に対してハードウェアを標準化でき、設定状態の更新、変更、保守、確認がソフトウェア上だけで容易に行える。
【００３６】
さらに、本実施例では、計測ボード／機器のタイプ設定の記憶にＤＩＰスイッチを用いたが、フラッシュメモリなどの不揮発性記憶素子を有するＣＰＵを使うならば、ＤＩＰスイッチを省くことができる。不揮発性記憶素子への書込は、例えばＰＣ、ＰＤＡ又は携帯電話端末に手動入力し、ＲＳ４８５を介してＣＰＵに伝えるようにプログラムしておく。
【００３７】
さらに、本実施例では、計測ボードのタイプ設定にジャンパーピンを用いたが、半導体スイッチを使うならば、ジャンパーピンを省くことができる。前記半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦは、上記と同じくＰＣ、ＰＤＡ又は携帯電話端末などからの手動指示により、ＣＰＵに行わせることができる。
【００３８】
さらに、本実施例では、Ａ／Ｄ変換器とオペアンプを各々チャネルごとに用意したが、これらの一部又は全部を共用化し、ＣＰＵからのプログラム指示により半導体スイッチによりチャネルを順次切替えてスキャンすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による実施例の、全体の回路ブロック図である。
【図２】本発明による実施例の、ＰＴモジュールの正面図である。
【図３】本発明による実施例の、ＣＴモジュールの水平断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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