JP6634701B2

JP6634701B2 - 配電盤制御システムおよびそれを用いた受配電設備

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Publication number: JP6634701B2
Application number: JP2015103544A
Authority: JP
Inventors: 真隆柴田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2035-05-21
Also published as: JP2016218777A

Description

この発明は、工場等における機器に電力供給を行う配電盤制御システムおよびそれを用いた受配電設備に関するものである。

従来の受配電設備等に用いられる制御システムにおいては、信頼性確保のために多重化し、冗長化を図っているものが多く存在する。例えば、制御回路に用いるプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）の一方を常用系、他方を待機系として二重化し常用系のＰＬＣの異常時には、常用系のＰＬＣからの異常信号を受信した二重化制御手段により常用系から待機系へ切換えることによって継続して制御を行うように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−７３３０４号公報（図１）

しかしながら、上記のような制御システムでは、信号系の断線等によって二重化制御手段が異常信号を受信できないという事象が発生し、常用系から待機系へ切換えることができず、システム全体が機能不全になるというおそれがあり、信頼性が低下するという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、信頼性の高い配電盤制御システムおよびそれを用いた受配電設備を得るものである。

この発明の配電盤制御システムは、制御対象機器の制御を行う複数の常用系制御部を備えた配電盤制御システムであって、複数の常用系制御部に対応して接続され、対応する常用系制御部から受信した制御信号を送信する複数のスイッチ部と、制御対象機器に対して、複数のスイッチ部に接続されて設けられ、複数のスイッチ部から受信する制御信号が複数の場合、複数の制御信号を統合して制御対象機器に出力し、複数のスイッチ部から受信する制御信号が１つの場合、１つの制御信号を制御対象機器に出力する共通スイッチ部とを備えたものである。

この発明によれば、複数の常用系制御部全てが機能停止しない限り継続して制御対象機器を制御することが可能となり、信頼性の高い配電盤制御システムを得ることができる。

この発明の実施の形態１における受配電設備を示す概略構成図である。この発明の実施の形態２における受配電設備を示す概略構成図である。状態信号の同一性チェックに関するタイミングチャートである。この発明の実施の形態３における受配電設備を示す概略構成図である。ＰＬＣの異常検出に関するタイミングチャートである。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。
受配電設備１００は、配電盤制御システム１０と、制御対象機器であるｎ個の配電盤９０１〜９０ｎを有する配電盤群９０とを備えている。配電盤制御システム１０は、配電盤９０１〜９０ｎにそれぞれ制御信号を送信して、配電盤９０１〜９０ｎの内部に備えられた開閉器（図示せず）を開閉制御する。配電盤９０１〜９０ｎは、それぞれの開閉器の開閉状態を表す状態信号を配電盤制御システム１０に出力する機能を有している。

配電盤制御システム１０は、Ａ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂを有する２つの常用系制御部１と、Ａ系ＰＬＣ１Ａにそれぞれ接続されたＡ系スイッチ部２Ａ１〜２Ａｎを有するＡ系スイッチ群２Ａと、Ｂ系ＰＬＣ１Ｂにそれぞれ接続されたＢ系スイッチ部２Ｂ１〜２Ｂｎを有するＢ系スイッチ群２Ｂと、Ａ系スイッチ群２ＡおよびＢ系スイッチ群２Ｂに接続された共通スイッチ群３とを備えている。共通スイッチ群３は、共通スイッチ部３１〜３ｎを有しており、共通スイッチ部３１はＡ系スイッチ部２Ａ１およびＢ系スイッチ部２Ｂ１に接続されている。他の共通スイッチ部３２〜３ｎも共通スイッチ部３１と同様に、それぞれＡ系スイッチ部２Ａ２〜２ＡｎおよびＢ系スイッチ部２Ｂ２〜２Ｂｎに接続されている。また、共通スイッチ部３１〜３ｎは、配電盤９０１〜９０ｎにそれぞれ接続されている。なお、Ａ系スイッチ部２Ａ１〜２ＡｎおよびＢ系スイッチ部２Ｂ１〜２Ｂｎには、例えばミニチュアリレーなどのスイッチ手段を用いることができる。

共通スイッチ部３１〜３ｎは、並列に配設された２つのミニチュアリレー（図示せず）を有し、一方のミニチュアリレーはＡ系スイッチ部２Ａ１〜２Ａｎに接続され、他方のミニチュアリレーはＢ系スイッチ部２Ｂ１〜２Ｂｎに接続されている。なお、ここでは共通スイッチ部３１〜３ｎにミニチュアリレーを用いているが、他のスイッチ手段を用いてもよい。

Ａ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂは、各配電盤からの状態信号に基づいて、それぞれ同様に演算を行い、同じ制御信号をそれぞれ生成し出力して配電盤９０１〜９０ｎを制御する。Ａ系スイッチ部２Ａ１〜２ＡｎおよびＢスイッチ部２Ｂ１〜２Ｂｎは、Ａ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂから受信した制御信号を共通スイッチ部３１〜３ｎに送信する。共通スイッチ部３１〜３ｎは、それぞれＡ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂの両方から制御信号を受信した場合、受信した２つの制御信号を１つの制御信号に統合して、対応する配電盤にそれぞれ出力し、いずれか一方のみから制御信号を受信した場合、受信した制御信号を対応する配電盤にそれぞれ出力する。
また、共通スイッチ部３１〜３ｎは、それぞれ対応する配電盤から状態信号を受信した場合、受信した状態信号を接点増幅して生成した２つの同一の状態信号をＡ系スイッチ部およびＢ系スイッチ部にそれぞれ出力する。Ａ系スイッチ部２Ａ１〜２ＡｎおよびＢスイッチ部２Ｂ１〜２Ｂｎは、共通スイッチ部３１〜３ｎから受信した状態信号をＡ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂにそれぞれ出力する。

次に動作について説明する。まず、２つのＰＬＣ１Ａ、１Ｂがいずれも正常な場合には、Ａ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂは、各配電盤からの状態信号をそれぞれ受信し、受信した状態信号に基づいて演算処理した結果から配電盤９０１に対する制御信号をそれぞれ生成する。生成された制御信号は、それぞれＡ系スイッチ部２Ａ１およびＢ系スイッチ部２Ｂ１を介して共通スイッチ部３１に送信される。共通スイッチ部３１は、両方のＰＬＣから受信した制御信号を１つの制御信号に統合して配電盤９０１に送信し、配電盤９０１内の開閉器が開閉制御される。配電盤９０２〜９０ｎにおいても上記した配電盤９０１の場合と同様に、各配電盤からの状態信号に基づいてＡ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂがそれぞれ生成した制御信号がＡ系スイッチ部２Ａ２〜２ＡｎおよびＢ系スイッチ部２Ｂ２〜２Ｂｎを介して共通スイッチ部３２〜３ｎに送信され、共通スイッチ部３２〜３ｎで統合された制御信号が配電盤９０２〜９０ｎに送信され、配電盤９０２〜９０ｎ内の開閉器がそれぞれ開閉制御される。

次に、２つのＰＬＣ１Ａ、１Ｂのうち、Ａ系ＰＬＣ１Ａが故障し機能停止した場合について説明する。この場合、Ｂ系ＰＬＣ１Ｂから出力された制御信号を受信した共通スイッチ部が、受信した制御信号を対応する配電盤に送信するので、各配電盤内の開閉器が継続して開閉制御される。また、Ｂ系ＰＬＣ１Ｂが故障し機能停止した場合も同様に、Ａ系ＰＬＣ１Ａから出力された制御信号を受信した共通スイッチ部が、受信した制御信号を対応する配電盤に送信して、各配電盤内の開閉器が継続して開閉制御される。

本実施の形態によれば、配電盤の制御を行うＡ系ＰＬＣおよびＢ系ＰＬＣを有する２つの常用系制御部を備え、Ａ系ＰＬＣおよびＢ系ＰＬＣの少なくとも一方から制御信号を受信した場合、受信した制御信号を配電盤に出力する共通スイッチ部を備えたことにより、両方のＰＬＣが機能停止しない限り、継続して制御対象の配電盤を制御することが可能となり、信頼性の高い配電盤制御システムを得ることができる。

また、各配電盤に対して共通スイッチ部をそれぞれ設けたことにより、一部の共通スイッチ部が故障しても、故障した共通スイッチ部に対応する配電盤が制御不能になるのみで、他の配電盤は継続して制御することが可能であり、共通スイッチ部が故障した場合の影響を最小限に抑制することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２を図２および図３に基づいて説明する。なお、図１と同一または相当部分については同一符号を付し、その説明を省略する。

受配電設備２００は、配電盤制御システム２０と、制御対象機器であるｎ個の配電盤９０１〜９０ｎを有する配電盤群９０とを備えている。配電盤制御システム２０は、配電盤９０１〜９０ｎにそれぞれ制御信号を送信して配電盤９０１〜９０ｎの内部に備えられた開閉器を開閉制御する。配電盤９０１〜９０ｎは、それぞれの開閉器の開閉状態を表す状態信号を配電盤制御システム２０に出力する機能を有している。

配電盤制御システム２０は、Ａ系ＰＬＣ１１ＡとＢ系ＰＬＣ１１Ｂとを有する２つの常用系制御部１１と、Ａ系ＰＬＣ１１Ａにそれぞれ接続されたＡ系スイッチ部２Ａ１〜２Ａｎを有するＡ系スイッチ群２Ａと、Ｂ系ＰＬＣ１１Ｂにそれぞれ接続されたＢ系スイッチ部２Ｂ１〜２Ｂｎを有するＢ系スイッチ群２Ｂと、Ａ系スイッチ群２ＡおよびＢ系スイッチ群２Ｂに接続された共通スイッチ群３とを備えている。共通スイッチ群３は、共通スイッチ部３１〜３ｎを有しており、共通スイッチ部３１はＡ系スイッチ部２Ａ１およびＢ系スイッチ部２Ｂ１に接続されている。他の共通スイッチ部３２〜３ｎも共通スイッチ部３１と同様に、それぞれＡ系スイッチ部２Ａ２〜２ＡｎおよびＢ系スイッチ部２Ｂ２〜２Ｂｎに接続されている。また、共通スイッチ部３１〜３ｎは、配電盤９０１〜９０ｎにそれぞれ接続されている。

２つの常用系制御部１１のＡ系ＰＬＣ１１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１１Ｂは、実施の形態１のＡ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂが有する構成および機能に加え、各配電盤から受信した状態信号の同一性チェックを行うチェック部１１Ａａ、１１Ｂａを備えている。また、Ａ系ＰＬＣ１１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１１Ｂは、光リンクケーブルなどのネットワークケーブル７０によって接続されており、このネットワークケーブル７０を介して相手方の系のＰＬＣと状態信号を互いに送受信する。

チェック部１１Ａａは、同一の配電盤の状態信号について、Ａ系ＰＬＣ１１Ａが受信した状態信号と、Ｂ系ＰＬＣ１１Ｂが受信した状態信号とを比較して同一性をチェックする。２つの状態信号が同一である場合、チェック対象となった状態信号を出力した配電盤に対応するＡ系スイッチ部およびＢ系スイッチ部の両方が正常であり、対応する共通スイッチ部で接点増幅された状態信号が、Ａ系ＰＬＣ１１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１１Ｂに正常に送信されていると判断する。２つの状態信号が同一でない場合、対応するＡ系スイッチ部またはＢ系スイッチ部の故障などにより、対応する共通スイッチ部で接点増幅された状態信号がＡ系ＰＬＣ１１ＡまたはＢ系ＰＬＣ１１Ｂに正常に送信されていないと判断して警報器など（図示なし）に発報させる。チェック部１１Ｂａは、同一の配電盤の状態信号について、Ｂ系ＰＬＣ１１Ｂが受信した状態信号と、Ａ系ＰＬＣ１１Ａが受信した状態信号とを比較して同一性をチェックし、上記したチェック部１１Ａａと同様に状態信号が正常に送信されているかどうかを判断する。なお、ここではチェック部１１Ａａおよび１１ＢａをＡ系ＰＬＣ１１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１１Ｂに備えているが、これに限られるものではなく、Ａ系ＰＬＣ１１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１１Ｂの外部に備えてもよい。

次に、図３に基づいて動作について説明する。Ａ系ＰＬＣ１１Ａのチェック部１１Ａａは、Ａ系ＰＬＣ１１Ａが配電盤９０１から受信した状態信号（Ａ系ＰＬＣ状態信号）を取得するとともに、Ｂ系ＰＬＣ１１Ｂが配電盤９０１から受信した状態信号（Ｂ系ＰＬＣ状態信号）をネットワークケーブル７０を介して取得して、２つの状態信号を比較する。２つの状態信号が共に「閉」状態で一致している場合、チェック部１１Ａａは、２つの状態信号が同一であると判定し、Ａ系スイッチ部２Ａ１およびＢ系スイッチ部２Ｂ１の両方が正常であり、共通スイッチ部３１で接点増幅された状態信号がＡ系ＰＬＣ１１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１１Ｂに正常に送信されていると判断して、スイッチ部故障信号をＯＦＦとする。
Ａ系ＰＬＣ状態信号のみが「開」状態となり、不一致が生じている状態が状態信号不一致許容時間Ｔ_１以上継続すると、チェック部１１Ａａは、２つの状態信号が同一ではないと判定する。この場合、チェック部１１Ａａは、Ａ系スイッチ部２Ａ１またはＢ系スイッチ部２Ｂ１の故障により、共通スイッチ部３１で接点増幅された状態信号がＡ系ＰＬＣ１１ＡまたはＢ系ＰＬＣに正常に送信されていないと判断して、スイッチ部故障信号をＯＮとし、警報器などに発報させる。
Ｂ系ＰＬＣ状態信号も「開」状態となり不一致が解消されると、チェック部１１Ａａは、２つの状態信号が同一であると判定し、スイッチ部故障信号をＯＦＦとする。以後も同様に、不一致が生じている状態が状態信号不一致許容時間Ｔ_１以上継続するとスイッチ部故障信号を出力し、不一致が解消されるとスイッチ部故障信号をＯＦＦとする。
なお、ここではＡ系ＰＬＣ１１Ａのチェック部１１Ａａが２つの状態信号の同一性をチェックしてＡ系スイッチ部２Ａ１、Ｂ系スイッチ部２Ｂ１の故障を検出する場合について説明したが、Ｂ系ＰＬＣ１１Ｂのチェック部１１Ｂａが２つの状態信号の同一性をチェックする場合も同様である。また、ここでは配電盤９０１からの状態信号の同一性チェックし、これに対応するＡ系スイッチ部２Ａ１、Ｂ系スイッチ部２Ｂ１の故障を検出する場合について説明したが、配電盤９０２〜９０ｎの状態信号についても同様であり、各配電盤に対応するＡ系スイッチ部およびＢ系スイッチ部の故障を検出する。また、状態信号不一致許容時間Ｔ_１は、あらかじめ設定されている。
また、上記した状態信号の同一性チェック以外の動作については、実施の形態１と同じであるので、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、同一の配電盤の状態信号について、自己の系のＰＬＣが受信した状態信号と、互いにネットワークケーブルで接続された相手方の系のＰＬＣが受信した状態信号との同一性チェックを行うチェック部を備えたことにより、それぞれの系のスイッチ部の故障を早期に検出して異常を知らせることが可能となる。このため、故障状態からの復帰を早期に行うことが可能となり、信頼性をさらに向上させることができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３を図４および図５に基づいて説明する。なお、図１および図２と同一または相当部分については同一符号を付し、その説明を省略する。

受配電設備３００は、配電盤制御システム３０と、制御対象機器であるｎ個の配電盤９０１〜９０ｎを有する配電盤群９０とを備えている。配電盤制御システム３０は、配電盤９０１〜９０ｎにそれぞれ制御信号を送信して配電盤９０１〜９０ｎの内部に備えられた開閉器を開閉制御する。配電盤９０１〜９０ｎは、それぞれの開閉器の開閉状態を表す状態信号を配電盤制御システム３０に出力する機能を有している。

配電盤制御システム３０は、Ａ系ＰＬＣ１２ＡとＢ系ＰＬＣ１２Ｂとを有する２つの常用系制御部１２と、Ａ系ＰＬＣ１２Ａにそれぞれ接続されたＡ系スイッチ部２Ａ１〜２Ａｎを有するＡ系スイッチ群２Ａと、Ｂ系ＰＬＣ１２Ｂにそれぞれ接続されたＢ系スイッチ部２Ｂ１〜２Ｂｎを有するＢ系スイッチ群２Ｂと、Ａ系スイッチ群２ＡおよびＢ系スイッチ群２Ｂに接続された共通スイッチ群３とを備えている。共通スイッチ群３は、共通スイッチ部３１〜３ｎを有しており、共通スイッチ部３１はＡ系スイッチ部２Ａ１およびＢ系スイッチ部２Ｂ１に接続されている。他の共通スイッチ部３２〜３ｎも共通スイッチ部３１と同様に、それぞれＡ系スイッチ部２Ａ２〜２ＡｎおよびＢ系スイッチ部２Ｂ２〜２Ｂｎに接続されている。また、共通スイッチ部３１〜３ｎは、配電盤９０１〜９０ｎにそれぞれ接続されている。

２つの常用系制御部１２のＡ系ＰＬＣ１２ＡおよびＢ系ＰＬＣ１２Ｂは、実施の形態１のＡ系ＰＬＣ１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１Ｂが有する構成および機能に加え、自己が正常であることを示すヘルシー信号を生成し出力するヘルシー信号生成部１２Ａａ、１２Ｂａと、ヘルシー信号に基づいて異常を検出する検出部１２Ａｂ、１２Ｂｂとを備えている。また、Ａ系ＰＬＣ１１ＡおよびＢ系ＰＬＣ１１Ｂは、光リンクケーブルなどのネットワークケーブル７０により接続されており、このネットワークケーブル７０を介して相手方の系のＰＬＣとヘルシー信号を互いに送受信する。なお、Ａ系ＰＬＣ１２ＡおよびＢ系ＰＬＣ１２Ｂに、実施の形態２で説明したチェック部１１Ａａ、１１Ｂａを備えてもよい。

検出部１２Ａｂ、１２Ｂｂは、ネットワークケーブル７０で互いに接続された相手方の系のＰＬＣからヘルシー信号を受信した場合、相手方の系のＰＬＣが正常であると判断する。相手方の系のＰＬＣからヘルシー信号を受信しない状態があらかじめ定められた時間以上継続した場合、相手方のＰＬＣが故障状態であると判断して警報器などに発報させる。

次に、図５に基づいて動作について説明する。Ａ系ＰＬＣ１２Ａの検出部１２Ａｂが、Ｂ系ＰＬＣ１２Ｂのヘルシー信号生成部１２Ｂａにより生成、送信されたヘルシー信号（Ｂ系ヘルシー信号）を受信した場合、検出部１２Ａｂは、Ｂ系ＰＬＣ１２Ｂが正常であると判断して、Ｂ系ＰＬＣ故障信号をＯＦＦとする。
Ｂ系ヘルシー信号を受信している状態の検出部１２ＡｂがＢ系ヘルシー信号を受信しなくなり、受信しない状態が故障発生確認時間Ｔ_２以上継続した場合、検出部１２ＡｂはＢ系ＰＬＣ１２Ｂが故障状態になったと判断して、Ｂ系ＰＬＣ故障信号をＯＮとし警報器などに発報させる。
Ｂ系ヘルシー信号を受信していない状態の検出部ＰＬＣ１２ＡｂがＢ系ヘルシー信号を受信し、受信している状態が故障復帰確認時間Ｔ_３以上継続した場合、検出部１２Ａｂは、Ｂ系ＰＬＣ１２Ｂが正常になったと判断して、Ｂ系ＰＬＣ故障信号をＯＦＦとする。なお、ここではＡ系ＰＬＣ１２Ａの検出部１２ＡｂがＢ系ＰＬＣ１２Ｂの異常を検出する場合について説明したが、Ｂ系ＰＬＣ１２Ｂの異常検出部１２ＢｂがＡ系ＰＬＣ１２Ａの異常を検出する場合も同様である。また、故障発生確認時間Ｔ_２および故障復帰確認時間Ｔ_３は、あらかじめ設定されている。
その他の動作については実施の形態１と同じあるので、その説明を省略する。

また、Ａ系ＰＬＣおよびＢ系ＰＬＣが、それぞれのＰＬＣが出力するヘルシー信号に基づいて、互いにネットワークケーブルで接続された相手方の系のＰＬＣの異常を検出する検出部を備えたことにより、相手方の系のＰＬＣの異常を相互に検出し、早期に知らせることが可能となる。このため、故障状態からの復帰を早期に行うことが可能となり、信頼性をさらに向上させることができる。

なお、上記実施の形態１〜３では、配電盤制御システムを二重化する場合について説明したが、二重化に限られるものではなく、例えば、常用系制御部としてＡ系、Ｂ系およびＣ系のＰＬＣを用い、共通スイッチ部は、３つのＰＬＣの少なくとも１つから制御信号を受信した場合に、受信した制御信号を配電盤に出力するように構成することで三重化できるように、二重化以外の多重化も実現することが可能である。

１、１１、１２２つの常用系制御部、１Ａ、１１Ａ、１２ＡＡ系ＰＬＣ、１Ｂ、１１Ｂ、１２ＢＢ系ＰＬＣ、１１Ａａ、１１Ｂａチェック部、１２Ａａ、１２Ｂａヘルシー信号生成部、１２Ａｂ、１２Ｂｂ検出部、３共通スイッチ群、３１〜３ｎ共通スイッチ部（スイッチ部）１０、２０、３０配電盤制御システム、９０配電盤群、９０１〜９０ｎ配電盤（制御対象機器）、１００、２００、３００受配電設備。

Claims

制御対象機器の制御を行う複数の常用系制御部を備えた配電盤制御システムであって、
前記複数の常用系制御部に対応して接続され、前記対応する常用系制御部から受信した制御信号を送信する複数のスイッチ部と、
前記制御対象機器に対して、前記複数のスイッチ部に接続されて設けられ、前記複数のスイッチ部から受信する制御信号が複数の場合、前記複数の制御信号を統合して前記制御対象機器に出力し、前記複数のスイッチ部から受信する制御信号が１つの場合、前記１つの制御信号を前記制御対象機器に出力する共通スイッチ部と
を備えたことを特徴とする配電盤制御システム。
前記共通スイッチ部は、複数の前記制御対象機器に対してそれぞれ設けられ、対応する前記制御対象機器にそれぞれ出力することを特徴とする請求項１に記載の配電盤制御システム。
前記常用系制御部は、前記制御対象機器から状態信号をそれぞれ受信し、同一の前記制御対象機器からそれぞれ受信した状態信号の同一性をチェックするチェック部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の配電盤制御システム。
前記常用系制御部は、それぞれ出力するヘルシー信号に基づいて相互に異常を検出する検出部を備えたことを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の配電盤制御システム。
請求項１から４いずれか１項に記載の配電盤制御システムを備えたことを特徴とする受配電設備。