JP4733342B2

JP4733342B2 - 負荷制御システム

Info

Publication number: JP4733342B2
Application number: JP2003339493A
Authority: JP
Inventors: 哲也谷川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP2005109800A

Description

本発明は、例えば照明機器や照明制御機器間の情報通信に送信部と受信部の間で所定の通信信号を用いて電力線搬送を行う照明システムなどの負荷制御システムに関するものである。

図２０は、特許文献1に示されたような、従来の電力線搬送を用いた負荷制御システムの構成図で、1-A〜1-C、2-A〜2-C、3-A〜3-Cは端末、BF0〜BF3はブロッキングフィルタである。例えば、図1において、端末１−Aから端末１−Bへ通信する際には、端末１−Aから線1に対して信号が送信される。線1に流れた信号は、端末１−Ｂ、端末１−Ｃ、ブロッキングフィルタＢＦ１などで受信できるが、ブロッキングフィルタＢＦ1で受信した際に、線1内の信号であるため、そこでストップさせる。また、端末1−Aから端末3−Cへ通信する際には、端末１−Aが線1へ信号を送信し、それを受信したブロッキングフィルタＢＦ1が線0に対して同じ信号を送信する。その線0に流れた信号をブロッキングフィルタBFO、BF2、BF3が受信しブロッキングフィルタBFOは全ての情報を通過させず、ブロッキングフィルタBF2は端末3−Cへの信号であることを認識し通過させず、ブロッキングフィルタBF3は端末3−Cへの信号であることを認識して線3に対して同じ信号を送信する。線3に流れた信号を端末3−Cが受信して通信が完了する。

この図２０のシステムの効果は線1内→線1内の信号はブロッキングフィルタＢＦ1によって、線0へ通信されることは無く、同様に線2内→線2内、線3内→線3内の信号は線0へ通信されることは無いので、線1と線2と線3の通信は干渉することなく同時通信が可能になる。また、線1内（端末１−A）→線3内（端末3−C）の通信の場合は、端末1−A→線1→ブロッキングフィルタBFl→線0→ブロッキングフィルタBF3→線3→端末3−Cという経路を通って、3回の電力線搬送通信を利用して、通信を行っている。

しかし、このシステムは、他グループへ通信する際に3回の電力線搬送を利用しているため、通信速度が遅くなる問題点がある。

この通信速度の低下を改善したのが図２１に示す、特許文献２に示されるシステムで、ブロッキングフィルタＢＦ1、ＢＦ2、ＢＦ3間を専用通信線で接続し、例えば端末１−A→端末3−Cへの通信の場合、端末1−A→線1→ブロッキングフィルタＢＦ1→通信専用線一ブロッキングフィルタＢＦ3→線3→端末3−Cの経路で通信される。
実開昭63−64140号特公平8−8519号

電力線搬送の通信は一回の通信が数100msであるのに対して、専用通信線の通信は数msと通信が早いために、線1と線3の電力線搬送が2回と通信専用線の高速通信が1回で通信されると、図２０のシステムの電力線搬送3回に対して通信時間が短縮される。

しかし、電力線搬送2回、専用線1回の合計3回の通信を行うため、通信速度が落ち、3回通信があるため、エラー率も上がるという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、他のグループ間の通信の回数を減らし且つ、他グループの通信には影響を与えない負荷制御システムを提供することである。

この発明の負荷制御システムは、送信部および受信部の少なくとも一方を有しコンピュータを内蔵した複数の端末が、複数の電力線のそれぞれに接続され、各電力線にブロッキングフィルタを接続するとともに前記複数の電力線が前記ブロッキングフィルタを介して相互に接続され、同一の前記電力線の前記端末間および異なる前記電力線の前記端末間で所定の通信信号を用いて電力線搬送を行う負荷制御システムにおいて、各ブロッキングフィルタは、自己が接続された電力線の前記端末から信号を受信する受信機を有し送信先が他の電力線の前記端末である場合に受信信号を前記他の電力線へ送信する送信機を有し、かつ前記他の電力線から前記自己の電力線の前記端末への信号を素通りさせる構成を有するか、または他の前記電力線からの信号を受信する受信機を有し送信先が自己の電力線の前記端末である場合に受信信号を自己の電力線に送信する送信機を有し、かつ前記自己の電力線の前記端末から他の前記電力線の前記端末への信号を素通りさせる構成を有するものである。

この発明の負荷制御システムによれば、電力線搬送２回でどの電力線へも送信可能となり、通信速度および通信性能が向上する。このように、他のグループ間の通信の回数を減らすことができるので、通信時間を短縮でき、しかも他グループの通信には影響を与えない。

（第１の実施の形態）
この発明の第１の実施の形態を図１から図８により説明する。第１の実施の形態は、図２に示すような電力線搬送を行う照明システムにおいて、各端末１−１から端末3−4は、送信先のグループに応じて、電力線搬送の周波数帯を変化させるものである。

まず、この照明システムの概要を説明する。図１は送信部および受信部を有する端末の一例であり、その送信部の詳細の一例を図３に示す。すなわち、送信の際はマイコンがスイッチ、各種センサ、リモコン等からの情報を得て送信データを作成して、周波数変調機へ送信し、周波数変調機は送信データを数kHz高周波に変調して、拡散機へ送信し、拡散機は高周波信号を拡散機が用意しているスペクトラム拡散方式で、信号を0〜1MHz程度に拡散して、送信フィルタへ送信し、送信フィルタ（BPF：バンドパスフィルタ）は、0〜1MHz程度に拡散された信号の10〜400kHz成分を通過させ、トランスへ送信し、トランスは電力線と電磁気的に結合しており、電力線に拡散された高周波信号を送信する。

図１の受信部の詳細の一例を図４に示す。すなわち、受信の際は、電力線中に流れる高周波成分をトランスにより、電力成分（100V60Hzなど）を除去して、受信フィルタへ送信し、受信フィルタ（BPF）はトランスから来た高周波成分の10〜400kHzを通過させ、逆拡散機へ送信し、逆拡散機は10〜400kHzの信号を、スペクトラム拡散方式の逆拡散を用いて、数kHzの高周波信号にして周波数復調機へ送信し、周波数復調機は逆拡散された高周波信号を復調し、元のデータを取り出す。元のデータを受信したマイコンは、受信データに基づき照明器具や表示部等の負荷を制御する。

図５は図３の送信部と図４の受信部を有する通信部の構成である。

このような、スイッチ部や負荷部などを有する送信部、受信部および通信部が電力線に対して多数繋がった状態が、例えば図６に示すような電力線搬送の照明システムである。

またこのような照明システムを含む負荷制御システムにおいて、電力線の分岐が、例えば1階、2階、3階に分かれていて、それぞれを階毎にグループ分けしたものを例えば図７に示し、これを簡略に示したものが図２に相当する。

このように、グループ分けした場合、同じ階同士の同じグループ内の通信が一番頻度が高い。また、10〜400MHzの周波数を利用した電力線搬送のシステムでは、ある器具同士が通信しているときには、他の器具は通信できなくなるため、できるだけ電力線に流れる通信回数を減らしたい。そこで、グループごとに通信を区切って、自分のグループ内の信号を他のグループに漏らさないことで、一番頻度の多い、自グループ同士の通信は同時にできるようになる。すなわち、グループ1同士が通信しているときにグループ2同士または、グループ3同士が通信できる。

このグループごとに通信をまとめ、自グループの信号を他グループに漏らさないことを、実現するため、第１の実施の形態では図８に示す構成を採用する。すなわち、図８において、送信フィルタが100〜200kHzを通過させるBPF(バンドパスフィルタ)、200〜30OkHzを通過させるBPF、300〜400kHzを通過させるBPFの3つのフィルタで構成され、コンピュータにより送信相手先に応じてフィルタのON/OFFを切り替えるようにしている。

各端末の送信仕様は例えばグループ1へ送信したい場合には、100〜200kHzの周波数帯、グループ2へ送信したい場合には、200〜300kHzの周波数帯、グループ3へ送信したい場合には、300〜400kHzの周波数帯にて送信するように選択する。ここで、グループ１は図２において端末１−１〜端末１−４であり、グループ２は端末２−１〜端末２−４であり、グループ３は端末３−１〜端末３−４である。

また、各端末の受信仕様は、グループ1の端末１−１〜１−４は図８に示すように100〜200kHzのみを受信する受信フィルタを逆拡散機の前段に設ける。同様にグループ2の端末２−１〜２−４は200〜300kHzのみを受信する受信フィルタを設け、グループ3の端末３−１〜３−４は300〜400kHzのみを受信する受信フィルタを設ける。

実際の動作として、端末１−1から端末１−2へ送信する際にはグループ1への送信なので100〜200kHzの周波数帯を利用する。電力線全体として、100〜200kHzの周波数帯しか使用していないので、他の機器がグループ2や3へ送信したい際には混信が無く通信が可能である。

また、端末1-1から端末3−4へ送信する際にはグループ3への送信なので300〜400kHzの周波数を利用する。この間、グループ1や2への通信は可能になっている。

このシステムの効果として、送信機が送信先のグループに応じて、数種類の送信周波数帯を選んで送信し、電力線搬送の送信周波数帯を変化させるため、従来例にあるように、ブロッキングフィルタなどを用いなくても、通信のグループ分けが可能となっており、且つ通信一回で他グループへの送信が可能であるため、通信速度も速く、エラー率も減る。

図９は、第１の実施の形態の変形形態であり、各送信フィルタごとに、それぞれ別の拡散機と周波数変調機をもつ別構成の送信部を設けたものであり、この場合も第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
（第２の実施の形態）
この発明の第２の実施の形態を図１０および図１１により説明する。図１０（ａ）に示すようなシステムにおいて、各端末1一１〜3−4は、送信元のグループに応じて、電力線搬送の周波数帯を変化させる。各端末の送信仕様は例えばグループ1の端末が送信したい場合には100〜200kHzの周波数帯により送信し、グループ2の端末が送信したい場合には200〜300kHzの周波数帯により送信し、グループ3の端末が送信したい場合には300〜400kHzの周波数帯により送信する。このため、各端末はグループごとに上記の周波数帯の異なる送信フィルタを設けている。

また、各端末の受信仕様は、グループ1〜3の端末は周波数復調機において100〜200kHz、200〜300kHz、300〜400kHzの受信信号を短い時間で切り替えてキャリアセンスを行い、キャリアがあると判定した際にそのデータの受信を開始する。例えば数種類のバンドパスフィルタを信号の長さに対して十分短い時間間隔で切り換えてマイコンによりキャリアセンスを行ない、数種類の周波数の信号を受信し、キャリアがあると判定した際にデータの受信を開始する。

実際の動作として、端末1-1から端末1-2へ送信する際には端末1-1はグループ1の端末なので100〜200kHzの周波数帯を利用する。電力線全体として、100〜200kHzの周波数帯しか使用していないので、グループ2の機器や、グループ3の機器が送信したい際には混信無く通信が可能である。

また、端末1−1から端末3−4へ送信する際には端末1-1はグループ1の端末なので100〜200kHzの周波数帯を利用する。グループ2の機器や、グループ3の機器が送信したい際には混信無く通信が可能である。

このシステムの効果として、従来例にあるように、ブロッキングフィルタなどを用いなくても、通信のグループ分けが可能となっており、かつ通信１回で他グループへ送信可能であるため、通信速度も速く、エラー率も減る。また第１の実施の形態では送信フィルタが３種類でそれを切り換えていたが、そのフィルタは１つでよくなる。その代わり受信を時間的に切り換えてキャリアセンスすることが必要となる。

ここで、マイコンから受信周波数（Local周波数）を図１１（ａ）に示すように時間的に短い時間で切り替えさせてキャリアセンスを行う。

これに対して、200〜300kHzの信号が図１１（ｂ）のタイミングで来た場合、タイミングＡからデータの受信が始まる。200〜300kHzの信号には最初にプリアンブル（同期信号）という、データとして意味を持たない、キャリアセンスするためだけの信号があるため、データの最初のほうが受信できなくても特に問題は無い。

また、自グループ内同士の信号が頻繁にある場合などは、図１１（ｃ）のように、自グループのキャリアセンス間隔を例えば２０ｍｓと他グループの間隔１０ｍｓより長くすることで、自グループの通信を取りこぼす可能性は下がる。

図１２は、キャリアセンスを切り替えない変形の実施の形態であり、図のように受信部は、とくに100〜200kHz用、200〜300kHz用および300〜400kHz用の各周波数復調機を有する。この実施の形態では、少しコストはかかるが、キャリアセンスの切り替え等は不要になる。
（第３の実施の形態）
この発明の第３の実施の形態を図１３により説明する。図１３（ａ）に示すようなシステムにおいて、各端末1−1〜3−4は、送信先のグループに応じて、電力線搬送の拡散符号を変化させるものであり、拡散機は拡散符号D1〜D3が設けられている。

各端末1−1〜3−4の送信仕様は例えばグループ1へ送信したい場合には、Dlの拡散符号にて送信し、グループ2へ送信したい場合には、D2の拡散符号にて送信し、グループ3へ送信したい場合には、D3の拡散符号にて送信する。このシステムを実現する端末の構成として、拡散符号Dl、D2、D3を送信相手先に応じてマイコンによりON／OFFで切り替える。

受信側は自グループの拡散符号のみで良い。すなわち、各端末1−1〜3−4の受信仕様は、グループ1の端末1−1〜１−4は逆拡散で拡散符号Dlをもつ信号のみを受信し、グループ2の端末２−1〜２−4は逆拡散で拡散符号D2をもつ信号のみを受信し、グループ3の端末３−1〜3−4は逆拡散で拡散符号D3をもつ信号のみを受信する。図１３（ｂ）はグループ１の場合を示す。

実際の動作として、端末1−1が端末１−2へ送信する際にはグループ1への送信なのでDlの拡散符号を利用する。電力線全体として、拡散符号Dlの周波数帯しか使用していないので、他の機器がグループ2や3へ送信したい際には混信が無く通信が可能である。

また、端末1−1が端末3−4へ送信する際にはグループ3への送信なのでD3の拡散符号を利用する。この間、グループ1や2への通信は可能になっている。

このシステムの効果として、従来例にあるように、ブロッキングフィルタなどを用いなくても、通信のグループ分けが可能となっており、且つ通信一回で他グループへの送信が可能であるため、通信速度も速く、エラー率も減る。第１の実施の形態では、送信フィルタが3つ必要となったが、このシステムでは拡散符号が3種類必要になる。コスト的にまたは、通信性能的にどちらが効果が大きいか選んでもよい。

図１４はこの実施の形態の変形形態であり、それぞれ別の拡散符号を持つ拡散機のある送信部を3つ有しており、マイコンの制御によってグループに応じた送信周波数をもつ送信部を選択する。この形態も上記と同様の効果が得られる。
（第４の実施の形態）
この発明の第４の実施の形態を図１５および図１６により説明する。図１５（ａ）に示すようなシステムにおいて、端末1−１から端末3−4は、送信元のグループに応じて拡散符号を変化させるものである。すなわち各端末1−１から端末3−4の送信仕様は、グループ1の端末1−１から１−4が送信したい場合には、Dlの拡散符号にて送信し、グループ2の端末２−１から２−4が送信したい場合には、D2の拡散符号にて送信し、グループ3の端末３−１から3−4が送信したい場合にはD3の拡散符号にて送信する。

また、各端末の受信仕様は、グループ1〜3の端末1−１から端末3−4は拡散符号Dl、D2、D3のいずれかを有する信号の逆拡散を逆拡散機により行うが、このとき図１６（ａ）に示す短い時間で切り替えてキャリアセンスを行い、キャリアがあると判定した際にデータの受信を開始する。すなわち、マイコンから逆拡散符号を時間的に短い時間で切り替えさせてキャリアセンスを行う。

実際の動作として、端末1−1が端末1−2へ送信する際には端末1−1はグループ1の端末なのでDlの拡散符号を利用する。電力線全体として、拡散符号Dlしか使用していないので、グループ2の機器や、グループ3の機器が送信したい際には混信無く通信が可能である。

また、端末1-1が端末3−4へ送信する際には端末1-1はグループ1の端末なのでD1の拡散符号を利用する。グループ2の機器や、グループ3の機器が送信したい際には混信無く通信が可能である。

このシステムの効果として、従来例にあるように、ブロッキングフィルタなどを用いなくても、通信のグループ分けが可能となっており、且つ通信一回で他グループへの送信が可能であるため、通信速度も速く、エラー率も減る。第３の実施の形態では受信周波数を切り替えていたが、このシステムでは逆拡散符号を切り替えるため、通信性能、コスト等を比較して良いほうを選んでも良い。

図１６（ｂ）はD2の信号が図のタイミングで来た場合であり、タイミングＢからデータの受信が始まる。D2の信号には最初にプリアンブル（同期信号）という、データとして意味を持たない、キャリアセンスするためだけの信号があるため、データ最初のほうが受信できなくても特に問題は無い。

図１６（ｃ）は、自グループ内同士の信号が頻繁にある場合であり、自グループのキャリアセンス間隔を例えば２０ｍｓと長くすることで、自グループの通信を取りこぼす可能性は下がる。

なお、図１７はこの実施の形態の変形形態であり、キャリアセンスを切り替えない方法として、拡散符号Ｄ１の逆拡散機をもつ受信部、拡散符号Ｄ２の逆拡散機をもつ受信部および拡散符号Ｄ３逆拡散機をもつ受信部を持つ例である。少しコストはかかるが、キャリアセンスの切り替え等は不要になる。
（第５の実施の形態）
この発明の第５の実施の形態を図１８および図１９（ａ）により説明する。図１８に示すようなシステムにおいて、各グループ間にブロッキングフィルタＢＦ１〜ＢＦ３を設置し、ブロッキングフィルタＢＦ１〜ＢＦ３が送信先を認識し、他グループへの通信の場合は通過させ、自グループの通信の場合は通過させないようにする。

１-1〜3−4に示す各端末は、それぞれ100〜400kHzの信号を送信する。受信機は100〜400kHzの信号を受信し、拡散符号は一つに固定されている。ブロッキングフィルタBFlを例にすると、図１９（ａ）に示すように、グループ1への通信の場合には左側に信号をもたらさず線1内だけの通信にする。送信先ＩＤの設定などにより、グループ1以外への通信と判断した場合には、左側に信号を再送信する。それぞれのブロッキングフィルタは左から右への信号、すなわち外部から入るすべての信号を通過させる。これにより、従来例とは違って、電力線搬送2回で、どのグループへの送信が可能となり、通信速度、通信性能が向上する。

なお、電源側に対してブロッキングフィルタを追加することができる。

図１９（ｂ）は上記例とはすこし異なり、ブロッキングフィルタＢＦ１〜３は右から左へはすべて通過させ、左から来た信号を送信先が自グループのときのみ通過させるもので、この方法でも上記と同様の効果が得られる。

この発明の第１の実施の形態のブロック図である。電力線搬送を用いたシステムの説明図である。送信部の詳細ブロック図である。受信部の詳細ブロック図である。通信部の詳細ブロック図である。電力線搬送を用いた一般的システムの説明図である。図２のグループ分けを説明する説明図である。図１の詳細図である。第１の実施の形態の変形の実施の形態のブロック図である。第２の実施の形態を示し、（ａ）はシステムの説明図、（ｂ）はブロック図である。（ａ）はキャリアセンスの説明図、（ｂ）は２００〜３００ｋＨｚの信号の受信開始の説明図、（ｃ）は時間間隔の異なるキャリアセンスの説明図である。第２の実施の形態の変形の実施の形態のブロック図である。第３の実施の形態を示し、（ａ）はシステムの説明図、（ｂ）はブロック図である。第３の実施の形態の変形の実施の形態のブロック図である。第４の実施の形態を示し、（ａ）はシステムの説明図、（ｂ）はブロック図である。（ａ）はキャリアセンスの説明図、（ｂ）は拡散符号Ｄ２の信号の受信開始の説明図、（ｃ）は時間間隔の異なるキャリアセンスの説明図である。第４の実施の形態の変形の実施の形態のブロック図である。第５の実施の形態のシステムの説明図である。（ａ）はブロッキングフィルタの説明図、（ｂ）は別の実施の形態のブロッキングフィルタの説明図である。従来例のシステムの説明図である。別の従来例のシステムの説明図である。

符号の説明

１−１〜３−４端末

Claims

送信部および受信部の少なくとも一方を有しコンピュータを内蔵した複数の端末が、複数の電力線のそれぞれに接続され、各電力線にブロッキングフィルタを接続するとともに前記複数の電力線が前記ブロッキングフィルタを介して相互に接続され、同一の前記電力線の前記端末間および異なる前記電力線の前記端末間で所定の通信信号を用いて電力線搬送を行う負荷制御システムにおいて、各ブロッキングフィルタは、自己が接続された電力線の前記端末から信号を受信する受信機を有し送信先が他の電力線の前記端末である場合に受信信号を前記他の電力線へ送信する送信機を有し、かつ前記他の電力線から前記自己の電力線の前記端末への信号を素通りさせる構成を有するか、または他の前記電力線からの信号を受信する受信機を有し送信先が自己の電力線の前記端末である場合に受信信号を自己の電力線に送信する送信機を有し、かつ前記自己の電力線の前記端末から他の前記電力線の前記端末への信号を素通りさせる構成を有する負荷制御システム。