(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、多重化して収集し、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が使え、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を提供する。【解決手段】センサ部と計測部と収集部を含み、センサ部は電圧、電流、温度、湿度等の機器の特性値を検出するセンサを備え、計測部は第１の所定の周期で特性値をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、第１、第２の所定の周期で演算して電力を加えた特性値の平均値の累積値を含む中間データを求める１次演算部と、第３の所定の周期で収集部の要求に応じて中間データを送信する送受信部とを備え、収集部は、複数の計測部から得た中間データを演算、補正処理して最終的特性値を得る。【選択図】図１
2005069766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力消費に係る複数の機器の特性を検出してアナログ信号値を得るセンサ部と、前記アナログ信号をデジタル変換して第１の演算により中間データを得る計測部と、複数の前記計測部から前記中間データを収集し第２の演算を行う収集部とを含む、電気的情報の計測収集システムであって、
前記センサ部は、前記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電圧値ｖｖ、ｖｉとして検出し、
前記計測部は、第１の所定の周期で、前記アナログ電圧値ｖｖ、ｖｉ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変換部と、
前記ＶＶ、ＶＩの２乗値、ＶＶとＶＩの積を演算して、ＶＶ２、ＶＩ２、電力Ｐを求め、第２の所定の周期で、前記各々の平均値を演算し、さらにＶＶ２，ＶＩ２の平均値については開平する１次演算部と、
各々を加算し、これらの累積値と加算回数Ｎからなる中間データを記憶する１次累積部と、
前記収集部からの送信要求信号を受けて、前記中間データを前記収集部に送信する送受信部と、前記中間データの送信後に前記１次累積部に記憶された前記中間データをクリアするリセット手段とを備え、
前記収集部は、複数の前記計測部に対し、第３の所定の周期で、前記中間データの送信要求信号を送信し、前記中間データを受信する送受信制御部と、
前記中間データから、前記累積値を前記加算回数Ｎで除算し、前回と今回の送信要求信号の間の平均値（平均電圧、平均電流、平均電力）を算出、補正する２次演算部と、その結果を記憶する２次累積部とを備える、
ことを特徴とする電気的情報の計測収集システム。
【請求項２】
前記センサ部が、さらに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として検出し、
前記計測部が、前記第１の所定の周期で、前記アナログ電圧値ｖｔ、ｖｈをそれぞれデジタル変換して対応する出力ＶＴ、ＶＨを得るＡ／Ｄ変換部と、
第２の所定の周期で、前記ＶＴ、ＶＨの平均値を演算し、各々を加算し、これらの累積値を得る１次演算部とをさらに備え、
前記中間データとして前記ＶＴ、ＶＨの平均値の累積値をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的情報の計測収集システム。
【請求項３】
前記第１の所定の周期が１．２５ミリ秒又はその整数分の１であり、前記第２の所定の周期が８０ミリ秒（前記機器の系統電力が５０Ｈｚの場合）または１００ミリ秒（前記機器の系統電力が６０Ｈｚの場合）であり、前記第３の所定の周期が前記第２の所定の周期より短くない、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収集システム。
【請求項４】
前記計測部は、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を含む、タイプ設定を行う手段をさらに備える、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収集システム。
【請求項５】
前記収集部と、前記計測部の送受信部との間のデータ伝送をシリアル伝送により行う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収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力消費に係る複数の機器の特性の計測収集システムに係り、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、前記上位装置としてパソコンをあて、上記伝送ラインからネットワークを経由して前記パルス列をパソコンに取り込んで分析する場合、最終的な分析には不必要な、膨大な生データである前記パルス列をそのまま伝送しているので、途中のインタフェースが効率的ではなかった。
【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、そのための計測収集システム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２００１−２５７６７６号公報
【特許文献２】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ことができる、電気的情報の計測収集システム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が使え、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収集システムは、
電力消費に係る複数の機器の特性を検出してアナログ信号値を得るセンサ部と、前記アナログ信号をデジタル変換して第１の演算により中間データを得る計測部と、複数の前記計測部から前記中間データを収集し第２の演算を行う収集部とを含む、電気的情報の計測収集システムであって、
前記センサ部は、前記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電圧値ｖｖ、ｖｉとして検出し、
前記計測部は、第１の所定の周期で、前記アナログ電圧値ｖｖ、ｖｉ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変換部と、前記ＶＶ、ＶＩの２乗値、ＶＶとＶＩの積を演算してＶＶ２，ＶＩ２、電力Ｐを求め、第２の所定の周期で、前記各々の平均値を演算し、さらにＶＶ２，ＶＩ２の平均値については開平する１次演算部と、各々を加算し、これらの累積値と加算回数Ｎからなる中間データを記憶する１次累積部と、前記収集部からの送信要求信号を受けて、前記中間データを前記収集部に送信する送受信部と、前記中間データの送信後に前記１次累積部に記憶された前記中間データをクリアするリセット手段とを備え、
前記収集部は、複数の前記計測部に対し、第３の所定の周期で、前記中間データの送信要求信号を送信し、前記中間データを受信する送受信制御部と、前記中間データから、前記累積値を前記加算回数Ｎで除算し、前回と今回の送信要求信号の間の平均値（平均電圧、平均電流、平均電力）を算出、補正する２次演算部と、その結果を記憶する２次累積部とを備える、ことを特徴とする。
【００１４】
好ましくは請求項２に係り、前記センサ部が、さらに、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として検出し、前記計測部が、前記第１の所定の周期で、さらに前記アナログ電圧値ｖｔ、ｖｈをそれぞれデジタル変換して対応する出力ＶＴ、ＶＨを得るＡ／Ｄ変換部と、第２の所定の周期で、前記ＶＴ、ＶＨの平均値を演算し、各々を加算し、これらの累積値を得る１次演算部とをさらに備え、前記中間データとして前記ＶＴ、ＶＨの累積値をさらに含む。
【００１５】
好ましくは請求項３に係り、前記第１の所定の周期が１．２５ミリ秒又はその整数分の１であり、前記第２の所定の周期が８０ミリ秒（前記機器の系統電力が５０Ｈｚの場合）または１００ミリ秒（前記機器の系統電力が６０Ｈｚの場合）であり、前記第３の所定の周期が前記第２の所定の周期より短くない。
【００１６】
好ましくは請求項４に係り、
前記計測部は、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を含む、タイプ設定を行う手段をさらに備える。
【００１７】
好ましくは請求項５に係り、
前記収集部と、前記計測部の送受信部との間のデータ伝送をシリアル伝送により行う。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による電力計測システムによれば、複数の機器−センサ部、複数のセンサ部―計測部、複数の計測部−収集部という階層構造をとり、計測部を汎用ボードとして標準化し、複数の計測部と収集部を汎用のシリアル伝送インタフェースで接続できるので、全体の負荷構成のバランスがとれて経済的であり、しかもセンサ部、計測部（汎用ボード）の設置、更新、保守に際して、現地の電源供給モードに即応して、計測モードの特定化を含むタイプ設定が容易である。
【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、２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１〜５に係る第１の実施例として、電力消費に係る機器が２つある場合（「機器１」「機器２」）について例示的に説明する。
【００２１】
本発明によれば、「センサ部」において、「電圧センサ」は「共通電源」の電圧を検出し、「電流センサ１、２」は各々機器１、２の消費電流を検出し、「温度センサ」「湿度センサ」は各々機器周辺の環境温度、湿度を検出し、各々アナログ電圧ｖｖ、ｖｉ１、ｖｉ２、ｖｔ、ｖｈを出力する。
【００２２】
次に「計測部１」はさらに「ＣＰＵ」を有し、「計測部１」の「Ａ／Ｄ変換部１〜５」は、前記「ＣＰＵ」からのイネーブル信号ＥＮＡＢＬＥに基き、これらをデジタル化し、各々電圧信号ＶＶ、電流信号ＶＩ１、ＶＩ２、温度信号ＶＴ、湿度信号ＶＨを出力する。
「ＣＰＵ」は、その「１次演算部」において、ＶＶ、ＶＩ１、ＶＩ２、を各々２乗し、ＶＶとＶＩ１、ＶＶとＶＩ２の積を演算して電力Ｐ１、Ｐ２とし、これらＶＶ，ＶＩ１、ＶＩ２の２乗、Ｐ１、Ｐ２、ＶＴ、ＶＨの各々を前回までの合計値に加算して新しい合計値を演算する。
以上のデジタル化〜新しい合計値の演算は、「第１の所定の周期」である１．２５ミリ秒又はその整数分の１の時間に１回実行される。
【００２３】
さらに前記「１次演算部」において、「第２の所定の周期」である８０ミリ秒に１回（５０Ｈｚ系統の場合）、又は１００ミリ秒に１回（６０Ｈｚ系統の場合）、前記の合計値から各々の平均値を演算し、さらにＶＶ２、ＶＩ２の平均値については開平する。
次に「ＣＰＵ」は、その「１次累積部」において、各々を、各々の直前の第２の所定の周期までの累積値に加算して新しい累積値を演算し、これらの累積値と加算回数Ｎを「中間データ」として記憶する。
【００２４】
以上、「計測部」として、単相の「共通電源」、２つの「機器」、各々１ヶ所づつの「温度センサ」「湿度センサ」という最も簡単な場合である「計測部１」を例示したが、一般には個別機器に対する電源供給モードが多様であり、そのタイプ設定を行わなければならない。
【００２５】
より具体的には、共通電源の周波数系統：５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、給電方法：３相／単相／マルチ、単相の場合の系統電圧：２００Ｖ／１００Ｖ、温度／湿度計測の有無、に加え、各々の対応機器の数、さらには、消費電流のスケールなどを特定しなければならない。本実施例１においては、個別機器にセンサ部を設置する際の配線により、これらの特定をハードウェア的に行った後で、「計測部１」に備えた「ＤＩＰスイッチ」により、そのタイプ設定を行い、あるいは更新できるので、「ＣＰＵ」は運転中に容易にこれを読み取ることができる。
【００２６】
換言すると、「計測部」のハードウェアは、例えばＡ／Ｄ変換部１６個とそれに対応する１６本のチャネルを持つ形の１種類の汎用ボードとして標準化しておき、運用に当たってのタイプ特定は、現地での様々な電源供給モードに合わせたセンサ部分の配線工事と同時にその内容をＤＩＰスイッチに設定するだけでよい。すなわち、１枚ごとに異なる「計測部」の設定作業が１種類の汎用ボードだけを使って、簡明にかつ標準化して行える。
【００２７】
再び図１に戻ると、前記「１次累積部」に記憶された「中間データ」は、「収集部」からの送信要求信号を受けて「収集部」に送信される。これらのやりとりは、「計測部１」の「送受信部」と、「収集部」の「ＣＰＵ」に属する「送受信制御部」との間で、前者をスレーブ、後者をマスタとして、「シリアル伝送」ＲＳ４８５インタフェースを介して行う。送信要求信号は、「第３の所定の周期」である、例えば、１分に１回、出される。
【００２８】
「計測部１」は、上記「中間データ」の送信直後に、上記累積値と加算回数ＮをＲＥＳＥＴ信号によりリセットし、「収集部」から次の送信要求があるまで、新たに前記「中間データ」の累積、記憶を行う。
【００２９】
「収集部」は、受信した「中間データ」を用いて、その「２次演算部」において、前記、電圧ＶＶ、電流ＶＩの２乗開平値、消費電力Ｐ，温度ＶＴ、湿度ＶＨの平均値の、各累積値を加算回数Ｎで除算して、「第３の所定の周期」の間の平均値を得て、これらを物理量に変換し、最後に「計測部１」あるいは個別の機器ごとに合せた補正を行った後、「２次累積部」に格納する。
【００３０】
「収集部」は、物理量への変換にあたり、個々の「計測部」の、前記のタイプ設定とそれに合わせた、例えば消費電流のスケーリング等の変換情報を必要とするが、各「計測部」の「ＣＰＵ」は前記「ＤＩＰスイッチ」からの読取により、ソフトウェア上で容易にこの変換情報を予め「収集部」に伝達しておくことができる。
【００３１】
前記の場合は、電圧値、電流値はすべて２乗平均値の開平の形で得られるが、分析の目的によっては、例えば、計測部で、電圧値、電流値の絶対値を加算、平均してもよい。
また、前記「２次演算部」での演算の一部を、「収集部」ではなく「計測部」で負担してもよい。
【００３２】
前記「２次累積部」に記憶された情報は、単独で、又は、ＬＡＮ回線もしくは公衆回線を介して、図示されていない「分析部」に送られ、プラント全体、あるいは複数のプラントを含む系全体の電力消費状況の分析に供されるが、本発明ではその詳細に触れない。
【００３３】
「シリアル伝送」ＲＳ４８５インタフェースによれば、マスタである「収集部」は、複数の、スレーブである「計測部」を制御できる。従って、図１を参照すると、同一のシリアル伝送パスに、「計測部１」と同等の「計測部２」を接続して、別の機器群に関する「中間データ」を収集することができ、さらにこれは例えば、３１個の計測部まで拡張できる。
【００３４】
このように、「計測部」、「収集部」間の「中間データ」のフォームが標準化されているので、本発明による電力計測システムの拡張、更新、保守は容易である。
【００３５】
さらにここで、本発明による電力計測システムにおける「計測部」のデータレートをレビューする。各「計測部」は、例えば２Ｂ（バイト）出力のＡ／Ｄ変換部が１６個ある場合、前記の「１次演算部」により、
「第１の所定の周期」１．２５ミリ秒に１回（＝８００Ｈｚ）、２Ｂ＊１６＝３２Ｂのデータを演算して、４Ｂ＊（１６〜３０、この値は、計測部の設定タイプにより変動する。）＝最大１２０Ｂのデータを得て、
さらに「第２の所定の周期」８０ミリ秒に１回（＝１２．５Ｈｚ）、このデータを演算して、加算回数Ｎ（４Ｂ）を加えて、最大１２４Ｂのデータを得て、
さらに「第３の所定の周期」１分に１回、「収集部」に送っている。
すなわち「１次演算部」の各ステップの入力データレートは、３２Ｂ＊８００Ｈｚ＝２５６００Ｂｐｓ、１２０Ｂ＊１２．５Ｈｚ＝１５５０Ｂｐｓ、１２４Ｂ＊（１／６０）Ｈｚ＝２Ｂｐｓ、になる。
【実施例２】
【００３６】
次に、図２を参照して、本発明の請求項１、５に係る実施例として、シリアル伝送による「計測部」と「収集部」のやりとりに係るフローを詳細に説明する。
【００３７】
「収集部」は、複数の「計測部」に対して個別にそのアドレスｙｙｙｙを指定して「中間データ」の送信要求をＲＳ４８５上に発信し、この発信に関して待機状態に入り、同時に次の送信要求手続に進む。
【００３８】
「計測部」は、ＲＳ４８５を監視し、自分以外のボードアドレスＢＡを検知した場合は無視して（ＮＡ）待機状態を続け、自分のＢＡ、ａａａａを検知した場合のみ、まずその情報パケットのエラーチェックを行う。
エラー有りの場合は無視して待機状態を続け、エラー無しの場合は、「中間データ」を、自分のＢＡを含む所定のフォームに従い発信して、待機する。
【００３９】
「収集部」は、この発信を規定のタイムアウト時間（例えば、１秒）内に受信した場合は、その情報パケットのエラーチェック後、エラー有りならばＮＡＣＫを（ただし、例えば連続２回まで）、エラー無しならばＡＣＫを前記ＢＡ、ａａａａ宛に発信し、同時に得られた「中間データ」をＢＡとともに「２次演算部」に送る。
【００４０】
「計測部」は、前記自分宛のＡＣＫ又はＮＡＣＫ信号を受信した場合は、ＡＣＫの場合は、正常終了して、最初の待機状態に戻り、ＮＡＣＫの場合は、「中間データ」を再発信する。
【００４１】
「収集部」は、タイムアウトの場合、又はＮＡＣＫが例えば３回以上連続した場合は、図示されていない異常処理ルーチンに入るが、本発明ではその詳細に触れない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による実施例１に係るものである。
【図２】本発明による実施例２に係るものである。
【図１】
2005069766.tif 000003
【図２】
2005069766.tif 000004