特開 2016-225735 電源重畳通信システム、電源重畳通信モデム、および電源重畳通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-225735(P2016-225735A)

(43)【公開日】2016年12月28日

(54)【発明の名称】電源重畳通信システム、電源重畳通信モデム、および電源重畳通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 3/54 20060101AFI20161205BHJP

   H04L 12/10 20060101ALI20161205BHJP

   H04L 12/28 20060101ALI20161205BHJP

【ＦＩ】

   H04B3/54

   H04L12/10

   H04L12/28 400

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-108579(P2015-108579)

(22)【出願日】2015年5月28日

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】蒋 偉

【テーマコード（参考）】

5K030

5K033

5K046

【Ｆターム（参考）】

5K030GA08

5K030HB06

5K030JL06

5K030KA23

5K033AA04

5K033BA08

5K033DB09

5K033DB23

5K033DB25

5K046AA03

5K046BA02

5K046BB05

5K046PS03

5K046PS16

5K046PS31

5K046PS36

(57)【要約】

【課題】既存機器を利用しつつ、配線工事全体のコストを削減する。
【解決手段】機器２０ごとに対応して複数のモデム１０を設けて、配線３０により互いにカスケード接続し、このモデム１０が、配線３０を介して前段モデム１０Ａから供給された電源を自己の対応機器２０に供給するとともに、配線３０を介して後段モデム１０Ｂに供給し、対応機器２０から入力された低帯域通信信号を、当該低帯域通信信号より通信速度が高い高帯域通信信号に変調して、配線３０上の電源に重畳して前段モデム１０Ａまたは後段モデム１０Ｂへ送信し、前段モデム１０Ａまたは後段モデム１０Ｂから送信された高帯域通信信号を配線３０上の電源から分離して、低帯域通信信号に復調した後、対応機器３０へ出力することにより、配線３０を介した対応機器２０のデータ通信を実現する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器と、
前記各機器で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線と、
前記機器ごとに対応して設けられた複数のモデムとを備え、
前記モデムは、前記配線により互いにカスケード接続されて、当該配線を介して前段モデムから供給された電源を自己の対応機器に供給するとともに、当該配線を介して後段モデムに供給し、前記対応機器から入力された前記低帯域通信信号を、当該低帯域通信信号より通信速度が高い高帯域通信信号に変調して、前記配線上の電源に重畳して前段モデムまたは後段モデムへ送信し、前段モデムまたは後段モデムから送信された前記高帯域通信信号を前記配線上の電源から分離して、前記低帯域通信信号に復調した後、前記対応機器へ出力することにより、前記配線を介した前記対応機器のデータ通信を実現する
ことを特徴とする電源重畳通信システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電源重畳通信システムにおいて、
前記モデムは、
前記低帯域通信信号を用いて前記対応機器との間でデータ通信を行う低帯域通信Ｉ／Ｆ部と、
前記高帯域通信信号を用いて前段モデムまたは後段モデムとの間でデータ通信を行う高帯域通信Ｉ／Ｆ部と、
前記低帯域通信信号と前記高帯域通信信号とを相互に変換する信号変復調部と、
前記配線を介して前段モデムから供給された前段電源を、前記対応機器に電源供給するとともに、前記配線を介して後段モデムへ後段電源として電源供給し、前記高帯域通信Ｉ／Ｆ部から出力された前記高帯域通信信号を前記前段電源または前記後段電源に重畳し、前記前段電源または前記後段電源から分離した前記高帯域通信信号を前記高帯域通信Ｉ／Ｆ部へ出力する重畳・分離部とを備える
ことを特徴とする電源重畳通信システム。

【請求項3】

請求項２に記載の電源重畳通信システムにおいて、
前記機器は、これら機器間のデータ通信を制御する１つの親機と、当該親機の制御に基づきデータ通信を行う複数の子機とからなり、
前記低帯域通信Ｉ／Ｆ部は、前記親機からなる前記対応機器との間で前記低帯域通信信号をやり取りするスレーブＩ／Ｆ部と、前記子機からなる前記対応機器との間で前記低帯域通信信号をやり取りするマスターＩ／Ｆ部とを有し、
前記信号変復調部は、前記対応機器が前記親機の場合には、前記スレーブＩ／Ｆ部を介して当該親機とやり取りする前記低帯域通信信号を、後段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号と相互に変復調し、前記対応機器が前記子機の場合には、前記マスターＩ／Ｆ部を介して当該子機とやり取りする前記低帯域通信信号を、前段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号、および、後段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号と相互に変復調するとともに、前段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号と後段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号とを変復調せずに中継転送する
ことを特徴とする電源重畳通信システム。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載の電源重畳通信システムにおいて、
前記高帯域通信Ｉ／Ｆ部は、当該モデム内で動作異常が発生した場合、前段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号と後段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号とをバイパス接続するリレーを有することを特徴とする電源重畳通信システム。

【請求項5】

低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器と、前記各機器をカスケード接続するとともにこれら機器で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線と、前記機器ごとに対応して設けられた複数の電源重畳通信モデムとを備える電源重畳通信システムで用いられる前記電源重畳通信モデムであって、
前記低帯域通信信号を用いて前記対応機器との間でデータ通信を行う低帯域通信Ｉ／Ｆ部と、
前記高帯域通信信号を用いて前段または後段の電源重畳通信モデムとの間でデータ通信を行う高帯域通信Ｉ／Ｆ部と、
前記低帯域通信信号と前記高帯域通信信号とを相互に変換する信号変復調部と、
前記配線を介して前段の電源重畳通信モデムから供給された前段電源を、前記対応機器に電源供給するとともに、前記配線を介して後段の電源重畳通信モデムへ後段電源として電源供給し、前記高帯域通信部から出力された前記高帯域通信信号を前記前段電源または前記後段電源に重畳し、前記前段電源または前記後段電源から分離した前記高帯域通信信号を前記高帯域通信部へ出力する重畳・分離部とを備える
ことを特徴とする電源重畳通信モデム。

【請求項6】

低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器と、前記各機器をカスケード接続するとともにこれら機器で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線と、前記機器ごとに対応して設けられた複数のモデムとを備える通信システムで用いられる電源重畳通信方法であって、
前記モデムが、前記配線を介して前段モデムから供給された電源を自己の対応機器に供給するとともに、当該配線を介して後段モデムに供給するステップと、
前記モデムが、前記対応機器から入力された前記低帯域通信信号を、当該低帯域通信信号より通信速度が高い高帯域通信信号に変調して、前記配線上の電源に重畳して前段モデムまたは後段モデムへ送信するステップと、
前記モデムが、前段モデムまたは後段モデムから送信された前記高帯域通信信号を前記配線上の電源から分離して、前記低帯域通信信号に復調した後、前記対応機器へ出力するステップと
を備えることを特徴とする電源重畳通信方法。

【請求項7】

低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器と、前記各機器をカスケード接続するとともにこれら機器で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線を備える電源重畳通信システムにおいて、前記機器ごとに対応して設けられた各モデムで用いられる電源重畳通信方法であって、
前記低帯域通信信号を用いて前記対応機器との間でデータ通信を行う低帯域通信ステップと、
前記高帯域通信信号を用いて前段または後段の電源重畳通信モデムとの間でデータ通信を行う高帯域通信ステップと、
前記低帯域通信信号と前記高帯域通信信号とを相互に変換する信号変復調ステップと、
前記配線を介して前段の電源重畳通信モデムから供給された前段電源を、前記対応機器に電源供給するとともに、前記配線を介して後段の電源重畳通信モデムへ後段電源として電源供給し、前記高帯域通信部から出力された前記高帯域通信信号を前記前段電源または前記後段電源に重畳し、前記前段電源または前記後段電源から分離した前記高帯域通信信号を前記高帯域通信部へ出力する重畳・分離ステップとを備える
ことを特徴とする電源重畳通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、データ通信技術に関し、特に電源を供給する配線に通信信号を重畳することによりデータ通信を行うための電源重畳通信技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、施設における設備機器を監視・制御する監視システムでは、複数の設備機器間で各種データをやり取りするものとなっている。例えば、空調設備を監視・制御する空調システムの場合、親機となる空調器コントローラに対し、子機となる複数のＶＡＶコントローラを、通信配線を介してカスケード接続し、親機から各子機に対して順にリクエストを送信し、このリクエスト信号に応じて子機がレスポンスを返送するものとなっている（例えば、特許文献１など参照）。具体例としては、ベースバンドで４８００ｂｐｓの低帯域通信信号を用い、配線総長が１Ｋｍ、接続子機数が５０台、ネットワークトポロジーがマルチドロップ（例えばＲＳ−４８５）としたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−２５８６１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような従来技術では、各機器への電源供給は、データ通信用の通信配線とは別個に電源配線を設け、通信配線と同様に、この電源配線により各機器をカスケード接続することにより、各機器へ電源供給を行う構成が考えられる。これにより、子機の出力先がダンパモータやアクチュエータなどの場合でも、大電流を提供することができる。
しかしながら、このような配線構成によれば、同じ経路で通信配線と電源配線を二重に配線することになり、このような二重配線を行った場合、配線の線材コストだけでなく配線工事の作業負担も大きくなるため、結果として配線工事全体で必要とされるコストが増大するという問題点があった。

【0005】

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、既存機器を利用しつつ、配線工事全体のコストを削減できる電源重畳通信技術を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このような目的を達成するために、本発明にかかる電源重畳通信システムは、低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器と、前記各機器で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線と、前記機器ごとに対応して設けられた複数のモデムとを備え、前記モデムは、前記配線により互いにカスケード接続されて、当該配線を介して前段モデムから供給された電源を自己の対応機器に供給するとともに、当該配線を介して後段モデムに供給し、前記対応機器から入力された前記低帯域通信信号を、当該低帯域通信信号より通信速度が高い高帯域通信信号に変調して、前記配線上の電源に重畳して前段モデムまたは後段モデムへ送信し、前段モデムまたは後段モデムから送信された前記高帯域通信信号を前記配線上の電源から分離して、前記低帯域通信信号に復調した後、前記対応機器へ出力することにより、前記配線を介した前記対応機器のデータ通信を実現するようにしたものである。

【0007】

また、本発明にかかる上記電源重畳通信システムの一構成例は、前記モデムが、前記低帯域通信信号を用いて前記対応機器との間でデータ通信を行う低帯域通信Ｉ／Ｆ部と、前記高帯域通信信号を用いて前段モデムまたは後段モデムとの間でデータ通信を行う高帯域通信Ｉ／Ｆ部と、前記低帯域通信信号と前記高帯域通信信号とを相互に変換する信号変復調部と、前記配線を介して前段モデムから供給された前段電源を、前記対応機器に電源供給するとともに、前記配線を介して後段モデムへ後段電源として電源供給し、前記高帯域通信Ｉ／Ｆ部から出力された前記高帯域通信信号を前記前段電源または前記後段電源に重畳し、前記前段電源または前記後段電源から分離した前記高帯域通信信号を前記高帯域通信Ｉ／Ｆ部へ出力する重畳・分離部とを備えるものである。

【0008】

また、本発明にかかる上記電源重畳通信システムの一構成例は、前記機器が、これら機器間のデータ通信を制御する１つの親機と、当該親機の制御に基づきデータ通信を行う複数の子機とからなり、前記低帯域通信Ｉ／Ｆ部は、前記親機からなる前記対応機器との間で前記低帯域通信信号をやり取りするスレーブＩ／Ｆ部と、前記子機からなる前記対応機器との間で前記低帯域通信信号をやり取りするマスターＩ／Ｆ部とを有し、前記信号変復調部は、前記対応機器が前記親機の場合には、前記スレーブＩ／Ｆ部を介して当該親機とやり取りする前記低帯域通信信号を、後段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号と相互に変復調し、前記対応機器が前記子機の場合には、前記マスターＩ／Ｆ部を介して当該子機とやり取りする前記低帯域通信信号を、前段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号、および、後段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号と相互に変復調するとともに、前段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号と後段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号とを変復調せずに中継転送するようにしたものである。

【0009】

また、本発明にかかる上記電源重畳通信システムの一構成例は、前記高帯域通信Ｉ／Ｆ部が、当該モデム内で動作異常が発生した場合、前段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号と後段モデムとやり取りする前記高帯域通信信号とをバイパス接続するリレーを有するものである。

【0010】

また、本発明にかかる電源重畳通信モデムは、低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器と、前記各機器をカスケード接続するとともにこれら機器で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線と、前記機器ごとに対応して設けられた複数の電源重畳通信モデムとを備える電源重畳通信システムで用いられる前記電源重畳通信モデムであって、前記低帯域通信信号を用いて前記対応機器との間でデータ通信を行う低帯域通信Ｉ／Ｆ部と、前記高帯域通信信号を用いて前段または後段の電源重畳通信モデムとの間でデータ通信を行う高帯域通信Ｉ／Ｆ部と、前記低帯域通信信号と前記高帯域通信信号とを相互に変換する信号変復調部と、前記配線を介して前段の電源重畳通信モデムから供給された前段電源を、前記対応機器に電源供給するとともに、前記配線を介して後段の電源重畳通信モデムへ後段電源として電源供給し、前記高帯域通信部から出力された前記高帯域通信信号を前記前段電源または前記後段電源に重畳し、前記前段電源または前記後段電源から分離した前記高帯域通信信号を前記高帯域通信部へ出力する重畳・分離部とを備えている。

【0011】

また、本発明にかかる電源重畳通信方法は、低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器と、前記各機器をカスケード接続するとともにこれら機器で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線と、前記機器ごとに対応して設けられた複数のモデムとを備える通信システムで用いられる電源重畳通信方法であって、前記モデムが、前記配線を介して前段モデムから供給された電源を自己の対応機器に供給するとともに、当該配線を介して後段モデムに供給するステップと、前記モデムが、前記対応機器から入力された前記低帯域通信信号を、当該低帯域通信信号より通信速度が高い高帯域通信信号に変調して、前記配線上の電源に重畳して前段モデムまたは後段モデムへ送信するステップと、前記モデムが、前段モデムまたは後段モデムから送信された前記高帯域通信信号を前記配線上の電源から分離して、前記低帯域通信信号に復調した後、前記対応機器へ出力するステップとを備えている。

【0012】

また、本発明にかかる他の電源重畳通信方法は、低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器と、前記各機器をカスケード接続するとともにこれら機器で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線を備える電源重畳通信システムにおいて、前記機器ごとに対応して設けられた各モデムで用いられる電源重畳通信方法であって、前記低帯域通信信号を用いて前記対応機器との間でデータ通信を行う低帯域通信ステップと、前記高帯域通信信号を用いて前段または後段の電源重畳通信モデムとの間でデータ通信を行う高帯域通信ステップと、前記低帯域通信信号と前記高帯域通信信号とを相互に変換する信号変復調ステップと、前記配線を介して前段の電源重畳通信モデムから供給された前段電源を、前記対応機器に電源供給するとともに、前記配線を介して後段の電源重畳通信モデムへ後段電源として電源供給し、前記高帯域通信部から出力された前記高帯域通信信号を前記前段電源または前記後段電源に重畳し、前記前段電源または前記後段電源から分離した前記高帯域通信信号を前記高帯域通信部へ出力する重畳・分離ステップとを備えている。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、各機器に電源を供給するための電源配線と、機器間でデータ通信を行う通信配線とを、一本化することができる。また、モデムにより機器と配線とのインターフェースをとるようにしたので、既存の機器を利用することができる。このため、同じ経路で通信配線と電源配線を二重に配線する場合と比較して、配線の線材コストだけでなく配線工事の作業負担も軽減でき、結果として配線工事全体で必要とされるコストを削減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施の形態にかかる電源重畳通信システムの構成を示すブロック図である。

【図2】ＬＣフィルタを用いた電源重畳通信システムの構成例である。

【図3】マンチェスター符号化方式を示す信号波形例である。

【図4】マルチドロップ形式のネットワークトポロジーを示す説明図である。

【図5】ポイントツーポイント形式を示す説明図である。

【図6】第１の実施の形態にかかるモデムの構成を示すブロック図である。

【図7】信号変復調部の動作を示す説明図である。

【図8】第２の実施の形態にかかる機器の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる電源重畳通信システム１について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる電源重畳通信システムの構成を示すブロック図である。
この電源重畳通信システム１は、空調設備を監視・制御する空調システムなど、施設における設備機器を監視・制御する監視システムで用いられる通信システムである。

【0016】

図１に示すように、電源重畳通信システム１は、低帯域通信信号を用いてデータ通信を行う複数の機器２０と、各機器２０で用いる電源を供給する２芯ケーブルからなる配線３０と、機器２０ごとに対応して設けられた複数のモデム（電源重畳通信モデム）１０とから構成されている。
図１では、これら機器２０間のデータ通信を制御する１つの親機２１（＃０）と、この親機２１によるトークンパッシング方式などの通信制御に基づきデータ通信を行うＮ（Ｎは２以上の整数）個の子機２２とが設けられており、これら親機２１および子機２２ごとに、合わせてＮ＋１個のモデム１０（＃０〜＃Ｎ）が設けられている。

【0017】

本実施の形態は、このような電源重畳通信システム１において、配線３０により各モデム１０を互いにカスケード接続し、それぞれのモデム１０が、配線３０を介して前段モデムから供給された電源を自己の対応機器２０に供給するとともに、配線３０を介して後段モデムに供給するようにしたものである。なお、前段モデムとは、任意のモデム１０から見て親機２１側に接続された隣接モデムのことであり、後段モデムとは、任意のモデム１０から見て親機２１とは反対側に接続された隣接モデムのことである。

【0018】

また、本実施の形態は、それぞれのモデム１０が、対応機器２０から入力された低帯域通信信号を、当該低帯域通信信号より通信速度が高い高帯域通信信号に変調して、配線３０上の電源に重畳して前段モデムまたは後段モデムへ送信し、前段モデムまたは後段モデムから送信された高帯域通信信号を配線３０上の電源から分離して、低帯域通信信号に復調した後、対応機器２０へ出力することにより、配線３０を介した対応機器２０のデータ通信を実現するようにしたものである。

【0019】

本実施の形態では、低帯域通信信号が４．８Ｋｂｐｓの信号からなり、高帯域通信信号が５００Ｋｂｐｓからなるものとし、配線３０の総配線長を１．０Ｋｍとし、カスケード接続可能な接続子機数を５０とし、供給電源が１００ＶＡＣからなる場合を例に説明する。なお、これら前提条件は単なる一例であり、本発明がこれに限定されるものではない。

【0020】

［本発明の原理］
まず、本発明の原理について説明する。
機器を接続する配線に関する配線工事全体で必要とされるコストを削減するための効果的な方法として、電源配線と通信配線とを一本化する方法が考えられる。この一本化が実現されれば、配線の線材コストだけでなく配線工事の作業負担も大幅に削減されるからである。この一本化の具体的な実現方法としては、電源に通信信号を重畳させる電源重畳通信が一般的である。

【0021】

図２は、ＬＣフィルタを用いた電源重畳通信システムの構成例である。電源に通信信号を重畳させる方式として、ＬＣフィルタを用いる方式が、最も簡素な構成の１つである。しかし、既存機器の低帯域通信信号が４．８Ｋｂｐｓと信号周波数が低いため、ＡＣ電源から通信信号を分離するには、ＬＣフィルタとして数Ｈ程度のコイルＬが必要となる。また、機器に供給する電源電流が数Ａとなるため、コイルＬが極めて大きくなり、一般的で安価な市販品には存在しない。さらに、ＡＣ電源がコイルＬを通過する際に発生する損失が大きくなるため、この損失による発熱も大きくなる。

【0022】

したがって、コイルＬを小型化してＬＣフィルタを設計しやすくするには、電源に重畳させる通信信号を、低帯域通信信号より高い通信速度（周波数）の高帯域通信信号に変換する必要がある。この際、電源に重畳する通信信号として高帯域通信信号を用いる場合、周波数が高いほど通信距離が短くなるため、最大配線長１．０Ｋｍの場合の信号減衰や、自己放射雑音を考慮して、高帯域通信信号の通信速度や符号化方式を決定する必要がある。

【0023】

ここで、例として高帯域通信信号の通信速度を５００Ｋｂｐｓとし、符号化方式としてマンチェスター符号化方式とした場合について検討する。
図３は、マンチェスター符号化方式を示す信号波形例である。マンチェスター（Manchester）符号化方式は、図３に示すように、ビットごとに電位レベルを切り替える符号化方式であり、５００Ｋｂｐｓの通信帯域における最大周波数は約５００ＫＨｚとなる。

【0024】

配線用のケーブルとして弱電計装用の一般的なシールドケーブル（ＩＰＥＶ−Ｓ／０．５ｍｍ２）を想定した場合、５００ＫＨｚの通信信号が１Ｋｍの通信距離において減衰する減衰量は、約２１．５ｄＢとなる。この減衰量は、受信感度が４０〜５０ｄＢの既存機器において対応可能な値であり、より減衰量の大きいケーブルを採用したとしても、ある程度の余裕があることがわかる。

【0025】

また、ＬＣフィルタにおいて、コンデンサＣの抵抗成分はＺＣ＝１／２ΠｆＣで求められるが、ケーブル特性インピーダンス（約１００Ω）の１／１０倍以上であることが望ましいとされている。ｆ＝５００ＫＨｚの場合、Ｃ＝０．０３２μＦとなる。
一方、コイルＬの抵抗成分は、ＺＬ＝２ΠｆＬで求められるが、ケーブル特性インピーダンス（約１００Ω）の１００倍以上であることが望ましいとされている。ｆ＝５００ＫＨｚの場合、Ｌ＝３．２ｍＨとなる。

【0026】

本発明は、以上のような試算結果に鑑み、電源に重畳する通信信号として、既存機器の低帯域通信信号より通信速度の高い高帯域通信信号を用いることにより、最大配線長の通信距離に対応しつつ、ＬＣフィルタの時定数Ｌ，Ｃを高くすることができ、これによりＬＣフィルタの小型化さらには低コスト化を実現したものである。また、本発明では、既存機器の利用を前提としているため、既存機器と配線との間に電源重畳通信用のモデムを設け、このモデムにより既存機器の低帯域通信信号と高帯域通信信号とを相互に変復調するようにしたものである。

【0027】

一方、電源に通信信号を重畳する場合、配線容量の増加に応じて通信信号が減衰する。図４は、マルチドロップ形式のネットワークトポロジーを示す説明図である。図４に示したネットワークトポロジーは、配線に対して各機器が並列的に接続されるマルチドロップ形式である。このようなマルチドロップ形式では、配線に接続される機器の増加に応じて、機器の入力容量Ｃｉｎが配線に接続されることになるため、配線容量が増加することになり、高帯域通信信号が減衰しやすくなるという悪影響が無視できなくなる。また、配線の両端に終端抵抗Ｒを接続する必要があるため、配線時の作業負担が増大する要因にもなる。

【0028】

本発明は、このようなネットワークトポロジーに由来する影響に鑑み、ポイントツーポイント形式を採用することとした。図５は、ポイントツーポイント形式を示す説明図である。ポイントツーポイント形式によれば、２つのノード間が独立した配線により１対１で接続されることになるため、例えば子機が増加しても配線容量は増加せず、高帯域通信信号が減衰しやすくなることもない。

【0029】

このようなポイントツーポイント形式を用いる通信方式の代表として、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の１００ＢＡＳＥ−ＴＸ（１００Ｍｂｐｓ）があるが、一般的な１００ＢＡＳＥ−ＴＸ用回路は比較的コストが高い。
ここで、空調システムなどの一般的な監視システムでは、１００Ｍｂｐｓほど高い通信帯域を必要としない。また、図５に示すように、ポイントツーポイント形式は、配線を終端するためのバランストランスと、このバランストランスを駆動するためのドライバ回路とから構成されており、基本回路構成が比較的シンプルである。

【0030】

また、バランストランスを用いているため配線上の通信信号は平衡信号となり、コモン雑音の影響を受けにくいだけでなく、自身からの妨害放射も少ないため、厳密な回路を必要するものではない。
本発明では、このような観点から、ドライバ回路としては、汎用のＣＰＵに搭載されている標準シリアルポートＵＡＲＴと親和性の高いＲＳ−４８５用の安価な市販のドライバ回路を利用し、モデム間で２線式半二重のシリアルデータ通信を行うようにしたものである。

【0031】

［モデム］
次に、図６を参照して、本実施の形態にかかるモデム１０の構成について詳細に説明する。図６は、第１の実施の形態にかかるモデムの構成を示すブロック図である。
このモデム１０（＃ｉ，ｉ＝０〜Ｎの整数）には、主な回路部として、低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１、信号変復調部（ＣＰＵ）１２、高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３、および重畳・分離部１４が設けられている。

【0032】

低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１は、低帯域通信信号（4.8Kbps）用のＩ／Ｆ回路からなり、低帯域通信信号を用いて当該モデム１０と対応する対応機器２０との間でデータ通信を行う機能を有している。この低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１には、スレーブＩ／Ｆ部１１ＡとマスターＩ／Ｆ部１１Ｂが設けられている。

【0033】

スレーブＩ／Ｆ部１１Ａは、対応機器２０が親機２１である場合に用いられて、親機２１に搭載されているマスターＩ／Ｆ部との間で、端子ＳＩＮを介して低帯域通信信号をやり取りする機能を有している。マスターＩ／Ｆ部１１Ｂは、対応機器２０が子機２２である場合に用いられて、子機２２に搭載されているマスターＩ／Ｆ部との間で、端子ＳＯＵＴを介して低帯域通信信号をやり取りする機能を有している。なお、スレーブＩ／Ｆ部１１ＡとマスターＩ／Ｆ部１１Ｂは、いずれか一方が用いられ、両方に親機２１および子機２２が接続されることはない。

【0034】

信号変復調部１２は、ＣＰＵからなり、低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１で扱う低帯域通信信号（4.8Kbps）と高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３で扱う高帯域通信信号（500Kbps）とを相互に変復調する機能を有している。図７は、信号変復調部の動作を示す説明図である。ここでは、低帯域通信信号（4.8Kbps）から高帯域通信信号（500Kbps）への変換処理が符号化処理とされ、高帯域通信信号（500Kbps）から低帯域通信信号（4.8Kbps）への変換処理が復号処理とされている。

【0035】

この信号変復調部１２には、標準シリアルポートＵＡＲＴからなるシリアルポートＵＡＲＴ１，ＵＡＲＴ２が設けられている。シリアルポートＵＡＲＴ１は、前段モデム１０Ａとやり取りする高帯域通信信号を高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３との間で送受信する機能を有している。シリアルポートＵＡＲＴ２は、後段モデム１０Ｂとやり取りする高帯域通信信号を高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３との間で送受信する機能を有している。

【0036】

また、信号変復調部１２は、対応機器２０が親機２１の場合には、スレーブＩ／Ｆ部１１Ａを介して親機２１とやり取りする低帯域通信信号を、後段モデム１０Ｂとやり取りする高帯域通信信号と相互に変復調する機能と、対応機器２０が子機２２の場合には、マスターＩ／Ｆ部１１Ｂを介して子機２２とやり取りする低帯域通信信号を、前段モデム１０Ａとやり取りする高帯域通信信号、および、後段モデム１０Ｂとやり取りする高帯域通信信号と相互に変復調するとともに、前段モデム１０Ａとやり取りする高帯域通信信号と後段モデムとやり取りする高帯域通信信号とを変復調せずに中継転送する機能とを有している。

【0037】

高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３は、高帯域通信信号を用いて前段モデム１０Ａまたは後段モデム１０Ｂとの間でデータ通信を行う機能を有している。この高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３には、ＲＳ−４８５用のドライバ回路Ｕ１，Ｕ２、バラントランスＴ１，Ｔ２、およびリレーＲＬが設けられている。

【0038】

ドライバ回路Ｕ１は、ＵＡＲＴ１の送信端子ＴＸから出力された高帯域通信信号を、バラントランスＴ１を介して前段モデム１０Ａへ送信する機能と、前段モデム１０ＡからバラントランスＴ１を介して受信した高帯域通信信号を、ＵＡＲＴ１の受信端子ＲＸへ入力する機能とを有している。

【0039】

ドライバ回路Ｕ２は、ＵＡＲＴ２の送信端子ＴＸから出力された高帯域通信信号を、バラントランスＴ２を介して後段モデム１０Ｂへ送信する機能と、後段モデム１０ＢからバラントランスＴ２を介して受信した高帯域通信信号を、ＵＡＲＴ２の受信端子ＲＸへ入力する機能とを有している。

【0040】

リレーＲＬは、当該モデム１０や対応機器２０で動作異常や停電が発生した場合、前段モデム１０Ａとやり取りする高帯域通信信号と後段モデム１０Ｂとやり取りする高帯域通信信号とを、バラントランスＴ１，Ｔ２に入力される手前でバイパス接続する機能を有している。これにより、任意のモデム１０や対応機器２０の不具合による、他のモデム１０や対応機器２０への影響を回避することができる。

【0041】

重畳・分離部１４は、配線３０を介して前段モデム１０Ａから供給された前段電源を、対応機器２０に電源供給するとともに、配線３０を介して後段モデム１０Ｂへ後段電源として電源供給する機能と、高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３から出力された高帯域通信信号を前段電源または後段電源に重畳し、前段電源または後段電源から分離した高帯域通信信号を高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３へ出力する機能とを有している。

【0042】

この重畳・分離部１４には、コイルＬ１，Ｌ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とが設けられている。コイルＬ１は、前段モデム１０Ａが接続される端子Ｓ／ＰＩＮから入力された前段電源を高帯域通信信号から分離して、対応機器２０が接続される電源端子ＰＷへ供給する機能を有している。コイルＬ２は、前段モデム１０Ａが接続される端子Ｓ／ＰＩＮ入力された前段電源を高帯域通信信号から分離して、後段モデム１０Ｂが接続される端子Ｓ／ＰＯＵＴから出力される後段電源として供給する機能を有している。

【0043】

コンデンサＣ１，Ｃ２は、端子Ｓ／ＰＩＮから入力された前段電源から高帯域通信信号を分離してバラントランスＴ１へ入力するとともに、バラントランスＴ１から出力された高帯域通信信号を前段電源へ重畳する機能を有している。コンデンサＣ３，Ｃ４は、端子Ｓ／ＰＯＵＴから出力される後段電源から高帯域通信信号を分離してバラントランスＴ２へ入力するとともに、バラントランスＴ２から出力された高帯域通信信号を後段電源へ重畳する機能を有している。

【0044】

［第１の実施の形態の動作］
次に、図１および図６を参照して、本実施の形態にかかる電源重畳通信システム１およびモデム１０の動作について説明する。

【0045】

［電源供給］
まず、子機＃１〜＃Ｎ（２２）の動作に用いる電源、例えばＡＣ１００Ｖの供給について説明する。なお、親機＃０（２１）の電源は、モデム＃０を介すことなく別個に供給される
親機＃０のモデム＃０において、電源端子ＰＷから入力された電源が、重畳・分離部１４のコイルＬ１，Ｌ２および端子Ｓ／ＰＯＵＴを介して配線３０に出力され、モデム＃０の後段モデムに相当する子機＃１のモデム＃１への後段電源として供給される。

【0046】

一方、子機＃１のモデム＃１において、前段モデム＃０から供給された前段電源は、配線３０から端子Ｓ／ＰＩＮに入力され、重畳・分離部１４のコイルＬ１および電源端子ＰＷを介して子機＃１に供給されるとともに、コイルＬ２および端子Ｓ／ＰＯＵＴを介して配線３０に出力され、モデム＃１の後段モデム＃２への後段電源として供給される。
このようにして、各子機＃１〜＃Ｎの電源は、親機＃０のモデム＃０から配線３０および各子機＃１〜＃Ｎのモデム＃１〜＃Ｎを介して順に供給される。

【0047】

［通信信号］
次に、親機＃０（２１）および子機＃１〜＃Ｎ（２２）でのデータ送受信における通信信号の流れについて説明する。

【0048】

［親機＃０での送受信］
まず、親機＃０での送信動作における通信信号の流れについて説明する。
親機＃０から送信された低帯域通信信号は、モデム＃０の端子ＳＩＮを介して低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１のスレーブＩ／Ｆ部１１Ａに入力され、スレーブＩ／Ｆ部１１Ａの送信端子ＴＸから信号変復調部１２に入力される。ここで、この低帯域通信信号は、高帯域通信信号に符号化された後、ＵＡＲＴ２の送信端子ＴＸから出力され、高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３のドライバ回路Ｕ２およびバラントランスＴ２を介して重畳・分離部１４に入力される。この後、この高帯域通信信号は、コンデンサＣ３，Ｃ４を介してコイルＬ２からの後段電源に重畳された後、端子Ｓ／ＰＯＵＴを介して配線３０に出力され、子機＃１の後段モデム＃１へ送信される。

【0049】

次に、親機＃０での受信動作における通信信号の流れについて説明する。
親機＃０のモデム＃０において、端子Ｓ／ＰＯＵＴから供給している後段電源に対して、子機＃１の後段モデム＃１が重畳した高帯域通信信号は、重畳・分離部１４のコンデンサＣ３，Ｃ４により後段電源から分離され、高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３のバラントランスＴ２およびドライバ回路Ｕ２を介して、信号変復調部１２のＵＡＲＴ２の受信端子ＲＸに入力される。ここで、この高帯域通信信号は、低帯域通信信号に復調された後、低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１のスレーブＩ／Ｆ部１１Ａの受信端子ＲＸに入力され、端子ＳＩＮを介して親機＃０へ出力される。

【0050】

［子機＃ｉでの送受信］
まず、子機＃ｉでの送信動作における通信信号の流れについて説明する。
子機＃１から送信された低帯域通信信号は、モデム１０の端子ＳＯＵＴを介して低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１のマスターＩ／Ｆ部１１Ｂに入力され、マスターＩ／Ｆ部１１Ｂの送信端子ＴＸから信号変復調部１２に入力される。ここで、この低帯域通信信号は、高帯域通信信号に符号化された後、ＵＡＲＴ１の送信端子ＴＸから高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３のドライバ回路Ｕ１およびバラントランスＴ１を介して重畳・分離部１４に入力される。この後、この高帯域通信信号は、コンデンサＣ１，Ｃ２を介して端子Ｓ／ＰＩＮからの前段電源に重畳された後、端子Ｓ／ＰＩＮを介して配線３０に出力され、親機＃０または子機＃ｉ−１の前段モデム＃ｉ−１へ送信される。

【0051】

この際、信号変復調部１２で得られた高帯域通信信号は、ＵＡＲＴ２の送信端子ＴＸから高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３のドライバ回路Ｕ２およびバラントランスＴ２を介して重畳・分離部１４にも入力される。この後、この高帯域通信信号は、コンデンサＣ３，Ｃ４を介してコイルＬ２からの後段電源に重畳された後、端子Ｓ／ＰＯＵＴを介して配線３０に出力され、子機＃ｉ＋１の後段モデム＃ｉ＋１へ送信される。

【0052】

次に、子機＃ｉでの受信動作における通信信号の流れについて説明する。
子機＃ｉのモデム＃ｉにおいて、配線３０から端子Ｓ／ＰＩＮに入力される前段電源に対して、親機＃０または子機＃ｉ−１の前段モデム＃ｉ−１が重畳した高帯域通信信号は、重畳・分離部１４のコンデンサＣ１，Ｃ２により前段電源から分離され、高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３のバラントランスＴ１およびドライバ回路Ｕ１を介して、信号変復調部１２のＵＡＲＴ１の受信端子ＲＸに入力される。ここで、この高帯域通信信号は、低帯域通信信号に復調された後、低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１のマスターＩ／Ｆ部１１Ｂの受信端子ＲＸに入力され、端子ＳＯＵＴを介して子機＃ｉへ出力される。

【0053】

この際、ＵＡＲＴ１の受信端子ＲＸに入力された高帯域通信信号は、変復調されることなくＵＡＲＴ２の送信端子ＴＸにも中継転送され、高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３のドライバ回路Ｕ２およびバラントランスＴ２を介して重畳・分離部１４に入力される。この後、この高帯域通信信号は、コンデンサＣ３，Ｃ４を介してコイルＬ２からの後段電源に重畳された後、端子Ｓ／ＰＯＵＴを介して配線３０に出力され、子機＃ｉ＋１の後段モデム＃ｉ＋１へ送信される。

【0054】

一方、子機＃ｉのモデム＃ｉにおいて、配線３０から端子Ｓ／ＰＯＵＴに入力される後段電源に対して、子機＃ｉ＋１の後段モデム＃ｉ＋１が重畳した高帯域通信信号は、重畳・分離部１４のコンデンサＣ３，Ｃ４により前段電源から分離され、高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３のバラントランスＴ２およびドライバ回路Ｕ２を介して、信号変復調部１２のＵＡＲＴ２の受信端子ＲＸに入力される。ここで、この高帯域通信信号は、低帯域通信信号に復調された後、低帯域通信Ｉ／Ｆ部１１のマスターＩ／Ｆ部１１Ｂの受信端子ＲＸに入力され、端子ＳＯＵＴを介して子機＃ｉへ出力される。

【0055】

この際、ＵＡＲＴ２の受信端子ＲＸに入力された高帯域通信信号は、変復調されることなくＵＡＲＴ１の送信端子ＴＸにも中継転送され、高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３のドライバ回路Ｕ１およびバラントランスＴ１を介して重畳・分離部１４に入力される。この後、この高帯域通信信号は、コンデンサＣ１，Ｃ２を介して端子Ｓ／ＰＯＵＴからの前段電源に重畳された後、端子Ｓ／ＰＩＮを介して配線３０に出力され、親機＃０または子機＃ｉ−１の前段モデム＃ｉ−１へ送信される。

【0056】

なお、最後端に接続されているモデム＃Ｎでは、端子Ｓ／ＰＯＵＴに後段モデム１０Ｂが接続されていないため、モデム＃Ｎ−１からの前段電源から分離した高帯域通信信号は、低帯域通信信号に復調されて子機＃Ｎで受信されるだけとなり、後段モデムへの中継転送は行われない。また、モデム＃Ｎからの低帯域通信信号の送信時にも、符号化して得られた高帯域通信信号は、モデム＃Ｎ−１からの前段電源に重畳されて送信されるだけであり、後段電源に重畳されて送信されることはない。

【0057】

このようにして、親機＃０から送信された低帯域通信信号は、モデム＃０で高帯域通信信号に符号化された後、配線３０の電源上に重畳され、隣接する後段モデム＃１でこの電源から分離された高帯域通信信号が、低帯域通信信号に復調されて子機＃１で受信される。さらに、この高帯域通信信号は、変復調されることなく高帯域通信信号のまま、モデム＃１からさらに後段のモデム＃２へ中継転送されて子機＃２で受信される。これにより、親機＃０から送信された低帯域通信信号は、高帯域通信信号に符号化された後、子機＃１〜＃Ｎへ順に中継転送されることになる。

【0058】

また、子機＃ｉから送信された低帯域通信信号は、モデム＃ｉで高帯域通信信号に符号化された後、配線３０の電源上に重畳され、隣接する前段モデム＃ｉ−１および後段モデムｉ＋１でこの電源から分離された高帯域通信信号が、低帯域通信信号に復調されて子機＃ｉ−１，＃ｉ＋１で受信される。さらに、この高帯域通信信号は、変復調されることなく高帯域通信信号のまま、モデム＃ｉ−１からさらに前段のモデム＃ｉ−２へ中継転送されて子機＃ｉ−２で受信されるとともに、モデム＃ｉ＋１からさらに後段のモデム＃ｉ＋２へ中継転送されて子機＃ｉ＋２で受信される。これにより、子機＃ｉから送信された低帯域通信信号は、前段の子機＃ｉ−１〜＃１および親機＃０へ順に中継転送されるとともに、後段の子機＃ｉ＋１〜＃Ｎへ順に中継転送されることになる。

【0059】

なお、従来のマルチドロップ形式では、任意の機器から配線上に送信された通信信号は、すべての機器に配信される。本実施の形態では、モデム１０の信号変復調部１２で、受信した高帯域通信信号を隣接するモデム１０へ中継転送するようにしたので、従来の方式を踏襲することができる。これにより、各モデム１０では、宛先アドレスにかかわらず、受信したすべての通信信号を対応機器２０へ出力することになるが、対応機器２０では、受信した通信信号に含まれる宛先アドレスにより、自己宛てか否か判定し、自己宛てである場合には取り込んで処理し、自己宛てでない場合には破棄している。

【0060】

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、機器２０ごとに対応して複数のモデム１０を設けて、配線３０により互いにカスケード接続し、このモデム１０が、配線３０を介して前段モデム１０Ａから供給された電源を自己の対応機器２０に供給するとともに、配線３０を介して後段モデム１０Ｂに供給し、対応機器２０から入力された低帯域通信信号を、当該低帯域通信信号より通信速度が高い高帯域通信信号に変調して、配線３０上の電源に重畳して前段モデム１０Ａまたは後段モデム１０Ｂへ送信し、前段モデム１０Ａまたは後段モデム１０Ｂから送信された高帯域通信信号を配線３０上の電源から分離して、低帯域通信信号に復調した後、対応機器２０へ出力することにより、配線３０を介した対応機器２０のデータ通信を実現するようにしたものである。

【0061】

これにより、各機器２０に電源を供給するための電源配線と、機器２０間でデータ通信を行う通信配線とを、一本化することができる。また、モデム１０により機器２０と配線３０とのインターフェースをとるようにしたので、既存の機器２０を利用することができる。このため、同じ経路で通信配線と電源配線を二重に配線する場合と比較して、配線の線材コストだけでなく配線工事の作業負担も軽減でき、結果として配線工事全体で必要とされるコストを削減することが可能となる。

【0062】

また、本実施の形態では、機器２０の低帯域通信信号をモデム１０で高帯域通信信号に符号化して、配線３０上の電源に重畳するようにしたので、電源と通信信号の分離に必要となるＬＣフィルタの時定数Ｌ，Ｃを高くすることができ、ＬＣフィルタの小型化さらには低コスト化を実現することが可能となる。

【0063】

［第２の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる通信システム１について説明する。図８は、第２の実施の形態にかかる機器の構成を示すブロック図である。

【0064】

第１の実施の形態では、機器２０と配線３０との間にモデム１０を設け、このモデム１０により、機器２０が扱う低帯域通信信号と、電源に重畳する高帯域通信信号との間の、変復調を行う場合を例として説明した。
ここで、モデム１０における通信信号の変復調処理については、ＣＰＵで実現可能であるため、機器２０のＣＰＵでも実現可能であることがわかる。

【0065】

本実施の形態は、このような観点から、前述した図６のモデム１０で説明した高帯域通信Ｉ／Ｆ部１３と重畳・分離部１４を、機器２０内に設けたものである。これにより、モデム１０を省くことができる。また、機器２０間でやり取りするデータ量を増やすことができ、より高度な監視・制御にも対応することができる。

【0066】

また、本実施の形態にかかる次世代機器２０については、既存機器２０にモデム１０を接続したものと、同一通信システムにおいて混用することができる。このため、すでに設置されている既存機器２０については、すべて次世代機器２０にリプレースしてもよいが、すでに設置されている既存機器２０を利用する際は、モデム１０を追加設置するものとし、新規に機器２０を設置する場合にのみ、次世代機器２０を設置すればよい。これにより、設備コストの増大を抑制しつつ、通信システムを刷新することが可能となる。

【0067】

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0068】

１…電源重畳通信システム、１０…モデム、１０Ａ…前段モデム、１０Ｂ…後段モデム、１１…低帯域通信Ｉ／Ｆ部、１１Ａ…スレーブＩ／Ｆ部、１１Ｂ…マスターＩ／Ｆ部、１２…信号変復調部、１３…高帯域通信Ｉ／Ｆ部、１４…重畳・分離部、Ｕ１，Ｕ２…ドライバ回路、Ｔ１，Ｔ２…バラントランス、ＲＬ…リレー、Ｌ１，Ｌ２…コイル、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…コンデンサ、２０…機器、２１…親機、２２…子機、３０…配線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】