(57)【要約】【課題】一部のアナログ入力信号を高速で計測する場合において、高速なＡ／Ｄ変換回路を採用することなく、簡易な構成によって必要なサンプリング速度を達成することのできるアナログ／ディジタル変換方法および装置を提供する。【解決手段】複数のアナログ入力信号４をアナログマルチプレクサ７の切替え制御により順次選択し、アナログ／ディジタル変換を行ってサンプリング値列を得るアナログ／ディジタル変換方法において、アナログマルチプレクサ７の切替え制御が一巡して全てのアナログ入力信号が選択される期間内に一部の特定のアナログ入力信号については複数回選択し、それぞれアナログ／ディジタル変換を行ってサンプリング値列に加える方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアナログ入力信号をアナログマルチプレクサの切替え制御により順次選択し、アナログ／ディジタル変換を行ってサンプリング値列を得るアナログ／ディジタル変換方法において、前記アナログマルチプレクサの切替え制御が一巡して全てのアナログ入力信号が選択される期間内に一部の特定のアナログ入力信号については複数回選択し、それぞれアナログ／ディジタル変換を行ってサンプリング値列に加えることを特徴とするアナログ／ディジタル変換方法。
【請求項２】
前記アナログマルチプレクサに切替え制御の開始を指示するタイミング信号を入力し、前記タイミング信号の立上りまたは立下りのいずれかで一連の切替え制御を開始し、前記タイミング信号の立上りおよび立下りの両方で前記特定のアナログ入力信号を選択することを特徴とする請求項１に記載のアナログ／ディジタル変換方法。
【請求項３】
前記アナログマルチプレクサの切替え制御が一巡して再び元のアナログ入力信号が選択されるまでの期間をＴとしたとき、前記特定のアナログ入力信号以外のアナログ入力信号については期間Ｔの複数回経過毎に一度選択し、アナログ／ディジタル変換を行ってサンプリング値列に加えることを特徴とする請求項１に記載のアナログ／ディジタル変換方法。
【請求項４】
前記アナログマルチプレクサに切替え制御の開始を指示するタイミング信号を入力し、前記タイミング信号の立上りまたは立下りのいずれかで一連の切替え制御を開始し、前記特定以外のアナログ入力信号については前記タイミング信号の立上りまたは立下りの複数回につき一度選択することを特徴とする請求項３に記載のアナログ／ディジタル変換方法。
【請求項５】
複数のアナログ入力信号を切替え制御により順次選択するアナログマルチプレクサと、前記アナログマルチプレクサによって選択されたアナログ入力信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記アナログマルチプレクサに制御信号を出力して前記アナログマルチプレクサの切替え制御が一巡して全てのアナログ入力信号が選択される期間内に一部の特定のアナログ入力信号については複数回選択させるとともに前記ディジタル値を入力されてサンプリング値列を形成する入力制御部とを備えていることを特徴とするアナログ／ディジタル変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変電機器制御装置、保護装置または監視装置等において一部のアナログ入力信号を他のアナログ入力信号より高速で計測するためのアナログ／ディジタル変換方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用遮断器の開極や閉極のタイミングを制御して、系統や電力機器に過酷な過渡現象を発生させない方法が従来から提案されている。このような遮断器の開閉制御装置は、開極指令信号または閉極指令信号を検出した時に、所望の電流または電圧位相で遮断器を遮断又は投入させるために、開極指令信号又は閉極指令信号の遮断器への出力タイミングを遅延制御する機能を有している。
【０００３】
このような遮断器開閉制御を行う装置（以下、同期開閉制御装置と呼ぶ）の従来装置の中には、制御が正しく実行されたかどうか自己検証するため、遮断器主接点の行程（ストローク）または遮断器主接点の開閉時期を計測するものがある。この計測は、同期開閉制御のタイミング評価に用いることから、同タイミングの制御精度よりも十分高速であることが要求される。
【０００４】
一方、同期開閉制御装置を含む従来のディジタル形変電機器制御装置、保護装置または監視装置においては、例えば図５に示すように、電圧、電流などの複数のチャネルＣＨ１〜ＣＨ７のアナログ入力信号をアナログマルチプレクサにより順次切り替え、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換を行うことで各入力のサンプリング値列を得て、ＣＰＵなどにより演算処理し装置機能を実現することが一般的である。アナログマルチプレクサは高速の選択動作が可能なスイッチであり、この構成によればＡ／Ｄ変換回路を節約できるので、広く適用されている。
【０００５】
一例として下記特許文献１の図２によれば、複数のアナログ入力信号（１〜５、Ｔ）は、信号処理後アナログマルチプレクサ９に導かれて順次切替えられ、Ａ／Ｄ変換回路１０にてサンプリング値列に変換され、ＣＰＵ８にて演算処理される。
【特許文献１】特許第３２０５４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなアナログマルチプレクサを適用する方式においては、アナログ入力信号１点当りのＡ／Ｄ変換に一定の時間を要することから、アナログマルチプレクサの切替え速度に上限が存在する。従って、従来装置におけるアナログ入力点数とサンプリング周期とは互いに制約しあう関係にある。すなわち、アナログ入力信号１点当りのＡ／Ｄ変換時間をＴｃ、アナログ入力点数をＮ、サンプリング周期をＴｓとすると、制約は下式で表され、サンプリング周期Ｔｓは  Ｎ・Ｔｃ  よりも短く（速く）することができない。
Ｔｓ  ≧  Ｎ・Ｔｃ
【０００７】
アナログ入力点数Ｎを同一に保ったままサンプリング周期Ｔｓを速くするには、Ａ／Ｄ変換時間Ｔｃを短くする必要があり高速なＡ／Ｄ変換回路を採用することとなり、装置の複雑化、消費電力の増大、高価格化を招く。
【０００８】
前記特許文献１に記載されている発明は、電圧や電流の高調波成分を簡易に測定するために、サンプリング周期を可変とし、所定の期間に亘ってサンプリング周期Ｔ１で高速計測を行い、その後さらに所定の期間に亘ってサンプリング周期Ｔ１の整数倍であるサンプリング周期Ｔ２で低速計測を行い、これを繰り返すものである。低速計測結果から演算した基本波電力を、高速計測結果に基づき補正することにより、正確な電力を求める。
【０００９】
この方法は高調波を含む電力を簡易かつ正確に測定するために有効であるが、同期開閉制御装置の場合のように、一部のアナログ入力信号のみ高速で計測する必要には応えられない。また、この方法において使用するＡ／Ｄ変換回路は、高調波を検出する目的を達成するために十分高速とする必要があり、Ａ／Ｄ変換回路の必要速度は常時高速計測を行う場合と変わらない。
【００１０】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、一部のアナログ入力信号を高速で計測する場合において、高速なＡ／Ｄ変換回路を採用することなく、簡易な構成によって必要なサンプリング速度を達成することのできるアナログ／ディジタル変換方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明のアナログ／ディジタル変換方法は、複数のアナログ入力信号をアナログマルチプレクサの切替え制御により順次選択し、アナログ／ディジタル変換を行ってサンプリング値列を得るアナログ／ディジタル変換方法において、前記アナログマルチプレクサの切替え制御が一巡して全てのアナログ入力信号が選択される期間内に一部の特定のアナログ入力信号については複数回選択し、それぞれアナログ／ディジタル変換を行ってサンプリング値列に加える方法とする。
【００１２】
本発明のアナログ／ディジタル変換装置は、複数のアナログ入力信号を切替え制御により順次選択するアナログマルチプレクサと、前記アナログマルチプレクサによって選択されたアナログ入力信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記アナログマルチプレクサに制御信号を出力して前記アナログマルチプレクサの切替え制御が一巡して全てのアナログ入力信号が選択される期間内に一部の特定のアナログ入力信号については複数回選択させるとともに前記ディジタル値を入力されてサンプリング値列を形成する入力制御部とを備えている構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、一部のアナログ入力信号を高速で計測する場合において、高速なＡ／Ｄ変換回路を採用することなく、簡易な構成によって必要なサンプリング速度を達成することのできるアナログ／ディジタル変換方法および装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のアナログ／ディジタル変換方法および装置の２つの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
（構成）
図１は、本発明の実施の形態のアナログ／ディジタル変換装置を備えた同期開閉制御装置の構成を示すブロック図である。同図は、アナログ入力信号の処理に関わる部分を主に記載しており、遮断器制御回路や演算回路の詳細は省略している。すなわち、同期開閉制御装置１は制御部２および演算処理部３から構成されており、制御部２は、アナログ入力信号数に応じた数の入力変換器５およびアナログローパスフィルタ（ＬＰＦ）６と、アナログマルチプレクサ（ＭＰＸ）７と、アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）８と、入力制御部９と、接点入力回路１３と、開閉指令出力制御部１５と、半導体スイッチ１６を備えている。演算処理部３は、ＣＰＵ２１と、ＲＡＭ２２と、ＲＯＭ２３と、外部インターフェース２４と、Ｉ／Ｏ（入出力）バス１０とを備えている。ＭＰＸ７とＡ／Ｄ変換回路８と入力制御部９がアナログ／ディジタル変換装置を構成している。
【００１６】
（作用）
同期開閉制御に必要なアナログ入力信号４は、まず制御部２の入力変換器５により電子回路で処理容易なレベルの電圧信号に変換された後、アナログローパスフィルタ（ＬＰＦ）６により、信号に含まれるナイキスト周波数を超える成分が抑制される。ＣＨ１〜ＣＨ７として示されている各々のアナログ入力信号は、全て同様の処理を受けてアナログマルチプレクサ（ＭＰＸ）７まで送られる。ＭＰＸ７は、これらの信号を順次切り替え選択し、Ａ／Ｄ変換回路８へ導く。Ａ／Ｄ変換回路８は、選択された信号をディジタル値に変換し、入力制御部９へ渡す。入力制御部９は、アナログマルチプレクサ制御信号１２により選択すべきアナログ入力信号をＭＰＸ７へ指示するとともに、Ａ／Ｄ変換回路８のディジタル値変換結果を各入力のサンプリング値列として、入力制御部９内部の所定の記憶領域（図示せず）に格納する。
【００１７】
演算処理部３のＣＰＵ２１は、制御部２の入力制御部９から各アナログ入力信号のサンプリング値列をＩ／Ｏバス１０を経由して読み出し、演算と制御のために用いる。ＣＨ１ストロークセンサの入力は、遮断器主接点の行程を計測し、制御が正しいタイミングで実行されたことの検証に用いられる。ＣＨ２計器用変圧器、ＣＨ３計器用変圧器およびＣＨ４計器用変流器の各入力は、開閉制御の基準位相を得るなどのために用いられる。ＣＨ５操作圧力センサ、ＣＨ６温度センサおよびＣＨ７遮断器制御電圧の各入力は、遮断器の状態による開閉動作時間変化量を推定し、開閉指令信号の遅延量を調整するなどのために用いられる。
【００１８】
さらにＣＰＵ２１は、入力制御部９に対して、ＭＰＸ７の切替え制御の開始を指示するタイミング信号１１を発生する。入力制御部９は、タイミング信号１１の立上りまたは立下りを基準として同切替え制御を開始する。
【００１９】
なお、ＲＡＭ２２は主にデータの一時記憶、ＲＯＭ２３は主にプログラムの記憶、外部インターフェイス２４は装置の設定や状態表示、履歴表示などを行うが、必ずしもこれらを全て具備している必要はない。
【００２０】
接点入力回路１３は、上位システムからの開閉指令信号を検出するとともに、遮断器のａ接点入力、ｂ接点入力により遮断器主接点の開閉状態を検知する。また開閉指令出力制御部１５は、ＣＰＵ２１から指示された遅延時間にもとづき、半導体スイッチ１６の制御を行い、遮断器操作コイル１８に通電する。
【００２１】
本実施の形態における同期開閉制御装置１のアナログ信号サンプリング方法について、図２を用いて説明する。  
ＣＨ１のストロークセンサの入力信号は、その他の信号よりも高速に計測する必要があるため、ＭＰＸ７の切替え制御が一巡する期間内に２回選択が行われる。
【００２２】
タイミング信号１１の立上りを基準として、入力制御部９からのＭＰＸ制御信号１２により、まずＣＨ１入力信号が選択される。所定のＡ／Ｄ変換時間が経過した後、入力制御部９は変換結果を格納し１サンプルのＡ／Ｄ変換が完了する。次にＭＰＸ制御信号１２により、ＣＨ２入力信号が選択される。以下同様にしてＣＨ３、ＣＨ４の順でＡ／Ｄ変換が進む。
【００２３】
その後タイミング信号１１が立下り、これを基準として再度ＣＨ１入力信号が選択されてＡ／Ｄ変換が完了すると、その後はＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７の順に選択されＡ／Ｄ変換が完了する。以上で切替え制御が一巡し、その後タイミング信号１１が立上ると同じ制御を繰り返す。
【００２４】
ここで、タイミング信号１１の立上りから立下りまで、および立下りから立上りまでの時間は、ＣＨ１に必要なサンプリング周期となるように、またタイミング信号１１の立上りから次の立上りまでの時間は、すべての入力信号に必要なサンプリング周期となるようにそれぞれ制御されている。このようなタイミング信号１１の発生は、例えばＣＰＵ２１の内蔵タイマなどにより実現可能である。また入力信号選択順序の制御は、入力制御部９の論理回路、またはＣＰＵ２１の実行するプログラムにより実現可能である。
【００２５】
（効果）
以上のように本実施の形態のアナログ／ディジタル変換方法および装置によれば、入力信号選択順序を工夫し、高速計測の必要なＣＨ１入力信号はＭＰＸ７の一巡周期内に２回選択するので、ＣＨ１入力信号については他の入力信号より２倍の速度のサンプリング値列が得られる。
【００２６】
図５に示した従来の方法と比較すると、各入力に必要なサンプリング速度を達成しながら、１サンプルのＡ／Ｄ変換時間を７／４倍まで延長することが許容される。従って高速なＡ／Ｄ変換回路を採用する必要が無くなり、簡易、低消費電力、低価格の変電機器制御装置、保護装置または監視装置等を実現することができる。
【００２７】
なお本実施の形態において、ＣＨ１およびＣＨ２の入力信号を、その他の信号よりも高速に計測する場合には、図３に示す入力信号選択順序とすればよい。これを図５と比較すると、１サンプルのＡ／Ｄ変換時間を７／５倍まで延長できることとなり、上記と同様の効果が得られる。
【００２８】
さらに他の変形例としては、ＬＰＦ６の後にサンプルホールド回路を設けるなどの構成としてもよいし、周辺回路を内蔵したＡ／Ｄ変換器を採用した構成としてもよい。また、本実施の形態で示した入力信号が別の種類の信号であっても、また入力信号の点数が増減しても、同様の方法が適用可能であることは言うまでも無い。
【００２９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態のアナログ／ディジタル変換装置の構成は前記第１の実施の形態における図１と同じである。
【００３０】
本実施の形態におけるアナログ／ディジタル変換方法について、図４を参照して説明する。本実施の形態においては、ＣＨ５〜ＣＨ７の入力信号は、その他の信号よりも緩慢に変動する信号であるので、低速の計測でもよく、ＣＨ１〜ＣＨ４の信号が３回選択される期間内に、ＣＨ５〜ＣＨ７の入力信号がそれぞれ１回ずつ選択されるものとする。そのために、
（ａ）タイミング信号１１の立上りを基準として、入力制御部９からのＭＰＸ制御信号１２により、ＭＰＸ７においてまずＣＨ１入力信号が選択される。所定のＡ／Ｄ変換時間が経過した後、入力制御部９は変換結果を格納し１サンプルの変換が完了する。引き続いてＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５の順で変換が進む。
【００３１】
（ｂ）タイミング信号１１の次の立上りを基準として、ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ６の順に選択される。すなわちＣＨ１〜ＣＨ４までは同じ順番であるが、最後にＣＨ６が選択される。
【００３２】
（ｃ）タイミング信号１１のさらに次の立上りを基準として、ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ７の順に選択される。すなわち最後にＣＨ７が選択される。  
この後は（ａ）に戻り、上記と同じ制御を繰り返す。
【００３３】
ここで、タイミング信号１１の立上りから次の立上りまでの時間Ｔが、ＣＨ１〜ＣＨ４の入力信号に必要なサンプリング周期となるように、また時間Ｔの整数倍が、ＣＨ５〜ＣＨ７の入力信号に必要なサンプリング周期となるようにそれぞれ制御される。
【００３４】
本実施の形態によれば、低速計測でもよいＣＨ５〜ＣＨ７の入力信号については、ＭＰＸ７の切り替え周期の３回に１回のみ選択されるので、必要以上の高速計測をしなくても済む。従ってＡ／Ｄ変換回路８の速度を最適化することができ、簡易、低消費電力、低価格の変電機器制御装置、保護装置または監視装置等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態のアナログ／ディジタル変換装置を備えた同期開閉制御装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施の形態のアナログ／ディジタル変換方法を説明するタイムチャート。
【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例のアナログ／ディジタル変換方法を説明するタイムチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態のアナログ／ディジタル変換方法を説明するタイムチャート。
【図５】従来のアナログ／ディジタル変換方法を説明するタイムチャート。
【符号の説明】
【００３６】
１…同期開閉制御装置、２…制御部、３…演算処理部、４…アナログ入力信号、５…入力変換器、６…アナログローパスフィルタ（ＬＰＦ）、７…アナログマルチプレクサ（ＭＰＸ）、８…アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）、９…入力制御部、１０…Ｉ／Ｏバス、１１…タイミング信号、１２…アナログマルチプレクサ制御信号（ＭＰＸ制御信号）、１３…接点入力回路、１５…開閉指令出力制御部、１６…半導体スイッチ、１８…遮断器操作コイル、２１…ＣＰＵ、２２…ＲＡＭ、２３…ＲＯＭ、２４…外部インターフェース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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