DE2812121A1 - Messeinrichtung zur messung von wechselstromgroessen unter verwendung digitaler datenverarbeitung - Google Patents
Messeinrichtung zur messung von wechselstromgroessen unter verwendung digitaler datenverarbeitungInfo
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- G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
- G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique
Description
Meßeinrichtung zur Messung von Wechselstromgroßen unter Verwendung digitaler Datenverarbeitung
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Messung von Größen des elektrischen Stromes in Stromversorgungseinrichtungen
und insbesondere mit Messungen unter Verwendung digitaler Datenverarbeitung, wobei die Rechenschritte programmgesteuert
von Festkörperschaltungen ausgeführt werden.
Auf dem Gebiet der Leistungs- und Energiemessungen in Stromversorgungseinrichtungen
wurden kommerziell vor allem die nach dem Induktionsprinzip arbeitenden elektromechanischen Wattstundenzähler
verwendet worden. Wenn auch viele elektronische Meßschaltungen bekannt sind, so sind doch Verbesserungen
hinsichtlich ihrer Genauigkeit, Empfindlichkeit, Zuverlässigkeit und Herstellungskosten erwünscht.
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Seile ~\Λ Unser Zeichen:
/M
In elektronischen Meßschaltungen zur Messung der elektrischen Leistung und Energie wurden hauptsächlich analog arbeitende
Multiplizierschaltungen vewendet, um das Produkt aus Spannungsund Stroinstärkekomponenten einer zu messenden Strommenge zu
bilden. Die Kenntnis des Energieverbrauches in Kilowattstunden und des Leistungsbedarfs, in Kilowatt ist für ein Stromversorgungsunternehmen
aus Gründen der Rechnungstellung notwendig und eine berechnete Leistungsgröße muß von Meßschaltungen
durch die Ableitung des Produktes aus Spannung und Stromstärke berechnet werden. Die Leistungsgröße muß über die Zeit
integriert werden, um Meßergebnisse in Form von Kilowatt-Stunden zu erhalten. Es sind ferner Schaltungen erwünscht, mit
Hilfe derer man zusätzliche Stromparameter eines Stromnetzes messen kann, wie beispielsweise Blind-Kilowatt-Stunden, Voltquadratstunden
und Amperequadratstunden für Verbrauchsstudienο
In einer in der US-PS 3 764 9o8 beschriebenen Eestkörpermeßschaltung
werden Spannungs- und Stromsignale einer Halbleiterschaltungsanordnung mit logarithmischer Berechnungskennlinie
zugeführt. Entsprechend wird ein Ausgangssignal erzeugt, das gleich dem Produkt der Eingangssignale ist.
Eine andere bekannte Analog-Multipliziertechnik umfaßt eine Zeitmultiplikation. Es wird beispielsweise ein Spannungssignal
abgetastet,um ein den Spannungsamplituden entsprechendes
Signal mit modulierter Pulsbreite abzuleiten. Das Stromsignal wird mit einer Rate abgetastet, die durch das Signal mit
variabler Pulsbreite gesteuert wird. Das erzeugte Ausgangssignal besteht aus einer Reihe von Impulsen mit einer den momentanen
Stromstärkewerten proportionalen Höhe und einer .Impulsbreite, die den momentanen Spannungswerten proportional ist.
Das resultierende Signal wird gefiltert, um einen Mittelwert der Impulse zu erhalten, der seinerseits der momentanen
Leistung
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Seite ~v) Unser Zeichen:
/la.
Leistung proportional ist. Das Mittelwertsignal wird einem Spannungs/Frequenzumsetzer zugeführt, der beispielsweise integrierende
Kondensatoren verwendet. Von dem Umsetzer werden Impulse mit variabler Frequenz einem Magnet-Aufzeichnungsgerät
oder einem Impuls-Summierer zugeführt, der von einem elektromechanischen Zähler oder einer elektronischen Zählschaltung
gebildet ist. Die summierten Impulse geben den Verbrauch an elektrischer Energie in Kilowattstunden wieder, so daß ein
Versorgungsunternehmen den Verbrauch in Rechnung stellen oder einer Leistungsanalyse zugrundelegen kann.
Elektronische Schaltungen zur Messung verschiedener Stromparameter
sind in den US-PS'en 3 364 631 und 3 778 794 beschrieben.
Es wurde gefunden, daß die analog arbeitenden elektronischen Schaltungsanordnungen manchmal schwierig anzuwenden sind, um die
gewünschte Genauigkeit zu erzielen. Genaue, driftfrei arbeitende Analog-Multiplizierer sind häufig teuer und es ist ferner
schwierig, Schaltungen zur Berechnung der Quadratwurzel auf dem Gebiet der Analog-Schaltungstechnik zu finden, die man manchmal
für die Berechnung von Stromgrößen benötigt. Auch erzeugen die analog arbeitenden Integrationsschaltungen, die in einer analog
arbeitenden elektronischen Leistungsmeßeinrichtung erforderlich sind, über lange Zeitintervalle eine unerwünschte Drift und
Abweichungen. Bei Zeitmultiplikationsschaltungen ist es bekannt,
daß am Multiplizierer eine frequenzabhängige Abtastung
erfolgt, wobei die zugehörige digitale Integration eine ähnliche Abhängigkeit von Variationen der integrierenden
Kondensatoren zeigt.
Eine dem idealen Zustand näher kommende Lösung für die Messung elektrischer Leistung liegt in der Verwendung von Techniken der
digitalen
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Unser Zeichen: WSl 2 IP-1751
Ab-
digitalen Datenverarbeitung, wobei Spannungs- und Stromsignale mit sehr hohen Abtastraten abgetastet werden, beispielsweise in
der Größenordnung von tausendmal pro Schwingungsperiode. Die
abgetasteten Momentanwerte würden in ein hohes Auflösungsvermögen besitzenden Analog-Digitalumsetzern qucintisiert, die eine
hohe Ordnung von Bits in der binären Darstellung der digitalisierten Ausgangssignale des Umsetzers besitzen. Die für die
Quantisierung der Amplitude benötigte Zeit wäre vernachlässigbar und die Geschwindigkeit der digitalen Verarbeitungsschaltung
wäre genügend hoch, so daß alle Rechenvorgänge mit den hohen
Abtastgeschwindigkeiten Schritt halten könnten.
Die bekannten Vorteile der idealen digitalen Lösung liegen darinsaß
nach dem Umsetzen der Analogwerte in Digitalsignale keine Veränderung der Genauigkeit aufgrund von Drift oder Abweichungen
der jeweiligen Komponente auftreten können. Die Berechnung der verschiedenen die elektrische Leistung und Energie
kennzeichnenden Parameter ist in digitalen Schaltungen leichter durchzuführen. Die Verwendung programmierbarer Festwertspeicher
erlaubt eine Flexibilität der Meßeinrichtung, so daß es möglich ist, sehr viele verschiedene Funktionen ohne wesentliche Änderungen
in der Schaltungsanordnung auszuführen.
Die Nachteile einer idealen digitalen Meßeinrichtung liegen unter'.anderem in der Verwendung von Analog-Digitalumsetzern,
die einerseits sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeiten und andererseits ein hohes Auflösungsvermögen aufweisen. Diese Umsetzer
sind ziemlich teuer, da diese beiden kennzeichnenden Eigenschaften vom Konstruktionsstandpunkt einander widersprechen aufgrund
der Tatsache, daß typischerweise mehr Zeit benötigt wird, um bei der Quantisierung eine höhere Auflösung zu erreichen. Die
eine höhere Auflösung aufweisenden Ausgangssignale dieser Umsetzer erzeugen Wortlängen höherer binärer Ordnung, um die ana-
* *. «* logen Werte
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■4k-
logen Werte darzustellen, so daß die zugehörigen Schaltungen komplexer und teurer werden. Darüberhinaus sind Schaltungsanordriungen
für die digitale Datenverarbeitung, die mit variierenden hohen Geschwindigkeiten arbeiten können, wesentlich komplexer
und teurer und erfordern schneller arbeitende Stromversorgungseinheiten.
Auf der anderen Seite behält eine Leistungsmeßeinrichtung mit digitaler Datenverarbeitung, die bei niedrigeren Abtastgeschwindigkeiten
arbeitet und die momentanen Signalwerte mit einer geringeren Auflösung digitalisiert, die Vorteile der digitalen
Techniken einschließlich der Stabilität und Flexibilität bei wesentlich geringeren Kosten. Die Verringerung des Auflösungsvermögens erlaubt die Verarbeitung kürzerer binärer Worte mit
weniger Bits zur Erzeugung der binären Digitaldarstellung der Analogsignalamplituden. Niedrigere Abtastgeschwindigkeiten erlauben
eine digitale Datenverarbeitung mit geringeren Geschwindigkeiten und somit eine Vereinfachung der hierfür benötigten
Schaltungsanordnung. Jedoch hat die Verringerung der Abtastgeschwindigkeiten und die geringere digitale Auflösung eine entsprechende
Verringerung der Genauigkeit der digitalen Darstellung der abgetasteten Amplituden und eine Verringerung in der
tatsächlichen digitalen Darstellung jeder vollständigen Periode der analogen Eingangssignale zur Folge.
Ein Beispiel aus bekannten Patentschriften, die allgemein die
Anwendung digitaler Schaltungstechniken und digitaler Rechenoperationen in Stromnetzen und Leistungsmeßsystemen beschreiben,
ist die US-PS 3 758 763, die ein Verfahren zur digitalen Verarbeitung von Wechselstromsignalen unter Verwendung eines
Digitalrechners beschreibt. Die Komponenten eines Eingangswechselstromsignales werden dabei zu vorbestimmten Abtastzeitpunk-
ten abgetastet
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Seite ~\% Unser Zeichen:
ten abgetastet und digitalisiert. Ein erster Abtastwert wird gespeichert und dann ein zweiter Abtastwert erhalten. Danach
wird das Produkt aus den beiden Signalen ermittelt,um zu bestimmen,
ob das Produkt ein negatives Zeichen besitzt, welches anzeigt, daß in dem abgetasteten Signal ein Nulldurchgang stattgefunden
hat. Mit dem beschriebenen System erhält man eher
Frequenzen, Phasendifferenzen, Leistungswerte und Impedanzen eines Stromnetzes als die Messung von Parametern der elektrischen Energie wie in der vorliegenden Erfindung.
Frequenzen, Phasendifferenzen, Leistungswerte und Impedanzen eines Stromnetzes als die Messung von Parametern der elektrischen Energie wie in der vorliegenden Erfindung.
In der US-PS 3 56 9 785 ist eine Steuereinrichtung unter Verwendung
eines Rechners dargestellt, die mehr der Schutzsignalübertragung
in einem Stromnetz als der Messung der elektrischen
Leistung dient, wobei die Spannungs- und Stromkomponenten
eines Wechselstromnetzes abgetastet, digitalisiert und dann
einem Rechner zugeführt werden, der die Berechnung der Übertragungssteuerfunktionen durchführt.
Leistung dient, wobei die Spannungs- und Stromkomponenten
eines Wechselstromnetzes abgetastet, digitalisiert und dann
einem Rechner zugeführt werden, der die Berechnung der Übertragungssteuerfunktionen durchführt.
Die ÜS-PS 4 oll 5o9 beschreibt eine digitale Meßschaltung zur
Messung von Hochfrequenzleistung, die einen digitalen Leistungswert speichert und mit einem gemessenen Leistungswert vergleicht,
um einen relativen Leistungswert zu erhalten und das Ergennis in Dezibel auszudrücken. Eine derartige Messung ist
nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Beispiele von Meßeinrichtungen unter Verwendung von nach dem Induktionsprinzip arbeitenden elektromechanischen Wattstundenzähler
zur Durchführung von Messungen der elektrischen
Energie, die eine Beziehung zu den von der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung durchgeführten Messungen haben, sind die
Magnetbandmeßeinrichtungen, die unter den Bezeichnungen WRS, WRR und WRP bekannt sind. Die vorstehend genannten Typen von
Energie, die eine Beziehung zu den von der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung durchgeführten Messungen haben, sind die
Magnetbandmeßeinrichtungen, die unter den Bezeichnungen WRS, WRR und WRP bekannt sind. Die vorstehend genannten Typen von
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■Akt-
Meßeinrichtungen werden von der Westinghouse Electric
Corporation/ Meter and Instrument Transformer Division, Raleigh, North Carolina, geliefert. Die Meßeinrichtungen umfassen
eine Magnetaufzeichnungseinrichtung nach Art einer Lastüberwachungseinrichtung, und eine Kombination eines Mehrphasen-
2 Wattstundenzählers, eines Q-Stundenmessers und eines V Stundenmessers
oder A -Stundenmessers, wobei jede Zähl- oder Meßeinheit mit einem elektronischen Impulsauslöser zur Erzeugung
von Ausgangsimpulsen versehen ist, der auf die Drehung der Zählerbewegungen anspricht. Die Meßeinrichtungen sind so konstruiert,
daß sie eine Reihe von üblichen Stromversorgungsdienstleistungen zum Zwecke der VerbrauchsStudien oder der Rechnungstellung überwachen.
Die Stromparameter, die aus den Ausgangsdaten der Meßeinrichtung abgeleitet werden können, umfassen Kilowatt-Stunden,
Kilowatt, Blind-Kilowattstunden, Volt-Quadrat-Stunden oder
Ampere-Quadrat-Stunden, um eine vollständige Analyse der gemessenen Energiemenge und des Stromverbrauchsprofils für eine
gegebene Meßeinrichtung zu erhalten. Die Daten können für Verbrauchsstudien, die Ermittlung der Kosten für Dienstleistungen
oder für Betriebsdaten verwendet werden, welche die Belastung der Hauptleitungen, die Konstruktion von Fakturiereinrichtungen
und andere Zwecke eines Stromversorgungsunternehmens betreffen.
Wenn auch die vorgenannten Meßeinrichtungen in vielen Anwendungsbereichen
befriedigend arbeiten, so benötigen sie doch viel Raum und sind in ihrer Flexibilität hinsichtlich der Ausgangssignale
und der verschiedenen möglichen Energiemessungen wegen der Verwendung einer Mehrzahl von nach dem Induktionsprinzip arbeitenden Meßvorrichtungen beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wechselstrommeßeinrichtung
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Süfltr ~\jfl ' Unser Zeichen:
einrichtung unter Verwendung digitaler Datenverarbeitung und -berechnung anzugeben, welche bei Vermeidung der oben genannten
Nachteile eine optimale Nutzung der digitalen Schaltungsanordnungen
ermöglicht und mit optimalen Signalverarbeitungsgeschwindigkeiten arbeitet, wobei gleichzeitig die gewünschte Zuverlässigkeit
und Genauigkeit in den gemessenen und berechneten Parametern der elektrischen Energie gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Wechselstrommeßeinrichtung unter Verwendung digitaler Datenverarbeitung zur Messung
mindestens eines Parameters einer Menge an Viechseistromenergie in einem Stromversorgungsnetz vorgeschlagen, die erfindungsgemäß
gekennzeichnet ist durch eine Signalabtasteinrichtung mit Signaleingängen und Signalausgängen, wobei die Signaleingänge Eingangssignale
in Form von Spannungs- oder Stromstärkekomponenten der Wechselstromenergiemenge empfangen und die Ausgänge Momentanwerte
der Eingangsspannungs- und Eingangsstromstärkesignale abgeben, wenn die Signalabtasteinrichtung in ihren Abtastzustand
versetzt ist, einen Analog-Digital-Umsetzer 38 zur binären Darstellung der momentanen Signalwerte, einen Abtastzeitgeber
zur Erzeugung von Zeitsignalen in gemäß einer Zufallsverteilung variierenden Intervallen, wobei die Zeitsignale
den Abtastzustand der Signalabtasteinrichtung zu gemäß einer Zufallsverteilung auftretenden AbtastZeitpunkten herstellen,
eine Rechenanordnung zur Berechnung einer Zuwachsgröße des Eingangssignals aus dessen binärer Darstellung zu jedem Abtastzeitpunkt,
eine Akkumulator-Anordnung, die jede so berechnete Zuwachsgröße aufnimmt, um Gesamtwerte der Zuwachsgröße
zu speichern, wobei die Gesamtwerte ein Zeitintegral· über die Teilsummen jeder berechneten Zuwachsgröße
darstellen, die aufgenommen wird, um Meßwerte des Parameters zu erzeugen, und eine Ausgabeanordnung, die auf die Gesamtwerte
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Unser Zeichen:
λ*
werte in der Akkumulator-Anordnung anspricht/ um den gemessenen
Parameterwerten entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der Beschre-ibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit
den Zeichnungen und den Ansprüchen. Es stellen dar:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen
WechselstrommeSeinrichtung mit digitaler Datenverarbeitung,
Fig. 2A und 2B Diagramme elektrischer 5chaltungsanordnungen der
in Fig. 1 dargestellten Meßeinrichtung,
Fig. 3A und 33 Teile der in Fig. 1 dargestellten Stromversorgungsschaltung,
und
Fig. 4 ein Inpuls-Zeitdiagramm, welches die in den Schaltungsanordnungen gemäi3 den Fig. 2A und 2B enthaltene Steuerung
der zu willkürlichen Zeitpunkten erfolgenden Signalabtastung erläutert.
Die Beschreibung offenbart eine Wechselstrommeßeinrichtung unter Verwendung digitaler Datenverarbeitung, welche eine Prograramsteuer-
und -recheneinheit zur Steuerung der Arbeitsschritte der Meßeinrichtung in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten
gespeicherten Programm umfaßt. Eine Analog-Eingangseinheit der Meßeinrichtung empfängt Signale, in Form von Spannungs- und
Stromkomponenten einer Strommenge aus einem Stromversorgungsnetz, die mit der Meßeinrichtung gemessen werden soll. Momentanwerte
der Spannungs- und Stromsignale werden zu willkürlichen Abtastzeitpunkten erhalten, um die Genauigkeit der Meßeinrichtung
zu erhöhen und eine optimale Ausnutzung der verwendeten
_ digitalen
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Patentanwälte Λ Q Λ <y Λ J λ
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digitalen elektronischen Schaltungseinrichtungen zu erreichen.
Die Momentanwerte der Signale werden nacheinander in einem einzigen Analog-Digital-Umsetzer digitalisiert. Eine Wiedergabeeinrichtung
erzeugt numerische Ablesewerte einer Vielzahl von Energie-Parametermeßwerten. Eine Vielzahl von DatenimpulsausgangsSignalen,
welche die Meßergebnisse darstellen, werden einem Impulsempfänger zugeführt, der die Datenimpulse einem
entfernt gelegenen Telemetriesystem zuführen kann. Die Datenimpulse können jedoch auch in einer Magnetaufζeichnungseinrichtung
der Empfängeranordnung gespeichert werden.
Eingangs- und AusgangsZwischenmodule verarbeiten binäre Darstellungen
der abgetasteten Eingangssignale, binäre Steuersignale und Systemüberwachu:igssignale sowie Datenausgangssignale
zwischen den Eingängen und den Ausgängen der Meßeinrichtung und der Programmsteuer- und-recheneinheit.
Die Programmsteuer- und -recheneinheit umfaßt eine Mikroprozessor-Untereinheit
mit einem programmierbaren Festwertspeicher (PROM) und einem Schreib-Lese-Speicher oder Speicher mit direktem
Zugriff (RAM). Die programmierte Folge von Betriebsschritten der Meßeinrichtung und die Systemkonstanten sind in
dem programmierbaren Festwertspeicher gespeichert. Die gespeicherten Systemkonstanten umfassen Grenzwerte der zu messenden
Stromparameter, so daß bei Anwachsen der berechneten Werte bis zu den Grenzwerten ein Datenimpulsausgangssignal erzeugt
wird, welches einem vorbestimmten Wert eines gemessenen Parameters entspricht.
Der RAM-Speicher ermöglicht eine zeitweilige Speicherung der Systemkonstanten sowie vorübergehender Daten und dient als
Zwischenspeicher oder Arbeitsbereichsspeicher. Eine Mehrzahl von Parametern der zu messenden Strommenge werden in einem
gemeinsamen Rechenteilprogramm berechnet, das die Momentan-
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Patentanwälte 2 $ 1 9 1 9 1
S.-.I.? 2D Unser Zeichen: WSl 2 IP-1751
•90-
wertsignale in binärer Darstellung digital verarbeitet. Die
Meßeinrichtung berechnet Zuwachsgrößen von Kilowatt, Q und Volt-Quadrat. Ein schrittweises Erhöhen jeder dieser berechneten
Werte erzeugt den Wert eines Zeitintegrals der gemessenen Stromparameter. In dem System werden Verbrauchsintervallimpulse
empfangen, um den Spitzenenergieverbrauch oder den Leistungsbedarf
durch Aufsummierung der Kilowattstunden-Ergebnisse bis zu einem Maximum zu bestimmen, die während der VerbrauchsIntervalle
zwischen den Verbrauchsintervallimpulsen stattfinden.
Die aufsummierten Werte der berechneten Parameter werden mit
den Grenzwerten verglichen. Wenn ein Grenzwert erreicht ist, wird ein Datenimpulsausgangssignal erzeugt. Die berechneten
Parameter werden in binär codierter Dezimaldarstellung (BCD-Darstellung)
in BCD-Akkumulatorspeicherregistern erhöht. Die aufsummierten BCD-Binärsignale sind leicht für eine direkte
Eingabe in die Wiedergabeeinrichtung verwendbar, um numerische Echtzeitablesungen der gemessenen Stromparameter zu ermöglichen.
Die BCD-Darstellung der gespeicherten Werte macht eine eigene Dekodierschaltung überflüssig, die man benötigen würde,
um die Werte vor ihrer Eingabe in die Wiedergabeeinrichtung aus der binären Darstellung in die BCD-Darstellung umzuwandeln.
Eine Abtastzeitgeberschaltung verwendet einen Zeitgeber der
Programmsteuer- und-recheneinheit zur Erzeugung von Abtastintervalltaktimpulsen,
welche jedes willkürliche Abtastintervall einleiten. Die Taktimpulse erzeugen willkürliche Zeitperioden
in den Abtastintervallen, die um einen vorbestimmten Zeitmittelwert für die AbtastintervalIe schwanken. Die
Taktimpulse werden von der Programmsteuer- und -recheneinheit erfaßt. Zwischen dem Beginn eines jeden Taktimpulses und dem
Zeitpunkt, zu dem ein Abtast- und Haltesteuerimpuls (HOLD-Impuls) eingeleitet wird, wird eine Verzögerung erzeugt. Der
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&.Ο \ L \ JL I
2 JT
Unser Zeichen:
HOLD-Impuls wird zum Abtastbeginn erzeugt, worauf eine
Eingangssignalamplitude abgetastet und für eine Digitalisierung festgehalten wird.
Eine vorbestimmte Verzögerungsperiode wird in dem programmierten Betrieb der Programmsteuer- und -recheneinheit quantisiert
und der Beginn eines jeden Taktimpulses bewirkt, daß eine vorbestimmte Folge willkürlich auftretender Zahlen ausgewählt wird,
die in ihrer Anzahl der vorbestimmten Quantenanzahl der Verzögerungsperiode entsprechen. Die willkürlichen Abtastintervalle
werden so erzeugt, daß man nach einer erheblichen Anzahl von willkürlichen Abtastintervallen den vorbestimmten Zeitmittelwert
für die Abtastintervalle erhält.
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung umfaßt Steuereinrichtungen
für eine manuelle Steuerung zur Auswahl eines der gemessenen Parameters, der dargestellt werden soll, zur Rückstellung beim
Beginn jeder Meßperiode für die Messung des Leistungsbedarfes und bei der Hauptnullstellung der Meßeinrichtung.
EiTie Stromversorgungseinrichtung für die Meßeinrichtung
empfängt Primärenergie von einer herkömmlichen Spannungsquelle mit einer Wechselspannung von 12o V, um stabilisierte Gleichspannungen
für die Festkörperschaltungen zu erzeugen. In der Stromversorgungseinheit sind Mittel zur Überwachung der stabilisierten
Ausgangsspannungen der Stromversorgungseinheit und
zum Entdecken eines Ausfalls der Primärenergie vorgesehen. Die Stromversorgungseinheit liefert an ihrem Ausgang einen
momentanen Spannungsübertrag, so daß dann, wenn die Programm-Steuer- und -recheneinheit von einem Mikroprozessor gebildet
ist, wie dies in einer bevorzugten Ausführungsform der Fall ist,
die Einheit im Falle eines längeren Stromausfalls zu einem bekannten Zustand im Systemprogramm zurückkehren kann. Ferner ist
als
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Seile ££ Unser Zeichen:
• 3a.
als Notstromversorgung eine Batterie vorgesehen, um die in dem RAM-Speicher gespeicherte Information einschließlich der Systemkonstanten,
der Übergangsdaten und der zwischengespeieherten
Werte während eines längeren Stromausfalles zu erhalten.
Sin wesentliches Merkmal der Erfindung liegt also darin, eine
Strommeßeinrichtung zur Erzeugung von Binärdarstellungen von abgetasteten Momentanwerten der Eingangsspannungen und Eingangsströme
anzugeben und eine auf der Binärdarstellung basierende Datenverarbeitung vorzusehen, um unerwünschte Schwankungen
zu vermeiden, die in Meßeinrichtungen mit analoger Signalverarbeitung auftreten. Ein weiteres wesentliches Merkmal
liegt in der optimalen Nutzung der Schaltungen zur digitalen Datenverarbeitung mit einer zu willkürlichen Zeitpunkten erfolgenden
Signalabtastung, um eine gewünschte Genauigkeit in den Messungen verschiedener Parameter einer Wechselstromgröße
in einem Stromversorgungsnetz zu erreichen und insbesondere, um Messungen von Stromparametern für Mehrphasenstromgrößen zu
ermöglichen.
In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein schematisches
Blockdiagramm der mit digitaler Datenverarbeitung arbeitenden erfindungsgemäßen Wechselstrommeßeinrichtung 2o
dargestellt. Eine Analogeingangseinheit 22 empfängt Analog-Eingangssignale in Form von Spannungskomponenten V7., Vn, Vn
Ά a L.
und Stromstärkekomponenten IA, I , Ic in den drei Phasen
0A, 0B, 0C eines Wechselstromversorgungsnetzes, wie es beispielsweise
von dem übertragungs- oder Verteilungsnetz eines Stromversorgungsunternehmens gebildet wird. Die analogen Eingangssignale
werden als sinusförmig angenommen mit einer Netzfrequenz von 60 Hz, wie sie typischerweise von Stromversorgungungsunternehmen
verwendet wird. Die den Komponenten V7., V ,
A. Q
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Unser Zeehen: WS121P-1751
V-, I,, T und I^ entsprechenden Signale werden von nicht
dargestellten üblichen Potential- und Stromumformern erzeugt, die an das ebenfalls nicht dargestellte Übertragungs- oder
Verteilungsnetz angekoppelt sind. Die. Meßeinrichtung 2o erfaßt die den Spannungs- und Stromstärkekomponenten entsprechenden
Signale und berechnet eine Mehrzahl von Stromparametern der Menge an elektrischer Energie, die den Verbrauchseinheiten
eines Kunden auf mehreren Phasen zugeführt wird und die zu Zwecken der Rechnungsstellung, der Verbrauchsüberwachung und
anderer von einem Stromversorgungsunternehmen erwünschter
Analysen gemessen werden soll.
Eine Programmsteuer- und -recheneinheit 24 steuert eine programmierte
Folge von Arbeitsschritten der Meßeinrichtung 2o und umfaßt eine Zentraleinheit (CPU) 26 nach Art eines noch später
zu beschreibenden Mikroprozessors. Adressen- und Dateneingangs- und -ausgangsleitungen der Zentraleinheit 26 sind mit programmierbaren
Festwertspeichern 27 (PROM) Speicher und Speichern mitdirektem Zugriff oder Schreib-Lese-Speichern 28 (RAM-Speieher)
verbunden. Ein Zeitgeber 3o erzeugt Taktsignale sowohl für die Zentraleinheit 26 als auch die Meßeinrichtung und liefert ferner
ein noch weiter unten zu beschreibendes Systemsteuersignal.
Ein Eingangs- und ein Ausgangs-Zwischenmodul 32 bzw. 34, die
teilweise durch einen zugeordneten Adressendekoder 36 gesteuert werden, leiten digitale Datensignale und binäre Steuersignale
zu und von der Zentraleinheit 26 in Abhängigkeit der von dar Programmsteuer- und -recheneinheit 24 den Zwischenmodulen
32 und 34 zugeführten Adressenbefehle. Ein Analog-Digital-Umsetzer 38 (A/D Umsetzer) liefert dem Eingangszwischenmodul
32 digitale Eingangsdaten in Form binärer Darstellungen der Momentanwerte der sechs Analog-Eingangssignale.
Die
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Die Analog-Eingangseinheit 22 tastet gleichzeitig die sechs Analog-Eingangssignale ab, wonach die Momentanwerte der Reihe
nach dem Analog-Digital-Umsetzer 38 zugeführt werden, um alle Abtastsignale zu digitalisieren. Die Abtastintervalle werden
mit Hilfe von Steuersignalen von dem Ausgangszwischenmodul in willkürlicher Weise variiert. Nach Abschluß jeder Digitalumwandlung
in dem Analog-Digital-Umsetzer 38 erhält der Eingangszwischenmodul 32 einen Befehl und liefert die digitalisierten
Datensignale der Zentraleinheit 26.
Von einer Handsteuereinrichtung 4o werden dem Eingangszwischenmodul
32 zusätzliche binäre Steuersignale eingegeben. Die Handsteuereinrichtung 4o umfaßt Steuerschalter zur Auswahl eines
von mehreren gemessenen Stromparametern, um diesen in einer Datenwiedergabe 42 darzustellen. In der Datenwiedergabe dargestellte
Zahlen werden durch von dem Ausgangszwischenmodul abgegebene Steuersignale erzeugt, um den zuletzt berechneten
Wert des Stromparameters der zu messenden Dreiphasenstromgröße
optisch anzuzeigen. Die Meßeinrichtung 2o mißt bei einem Dreiphasenstrom den Energieverbrauch in Kilowattstunden (KWH), den
2 Leistungsbedarf in Kilowatt (KWD), Q-Stunden (QHR) und VoIt-
2
Stunden (V H). Die vorstehend genannten Stromparameter werden üblicherweise von Stromversorgungsunternehmen für die Ermittlung des Verbrauchs oder der Kosten für Dienstleistungen, Betriebsinformationen über die Belastung der Hauptleitungen, die Konstruktion von Fakturiereinrichtungen und viele andere Zwecke verwendet.
Stunden (V H). Die vorstehend genannten Stromparameter werden üblicherweise von Stromversorgungsunternehmen für die Ermittlung des Verbrauchs oder der Kosten für Dienstleistungen, Betriebsinformationen über die Belastung der Hauptleitungen, die Konstruktion von Fakturiereinrichtungen und viele andere Zwecke verwendet.
Eine\erbrauchsintervallsteuereinheit 44 gibt an den Eingangszwischenmodul
32 Signale in Form von Verbrauchsintervallimpulsen ab als welche von Fachleuten gleichmäßige Intervalle von
beispielsweise 15 oder 3o Minuten bezeichnet werden, die zur Bestimmung des Spitzenleistungsbedarfs während einer
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bestimmten Fakturierperiode verwendet werden. Ein Abtastzeitgeber 46 erhält Taktsignale von dem Zeitgeber 3o und umfaßt
eine später noch zu beschreibende Zählschaltung zur Erzeugung von Steuersignalen, die dem EingangsZwischenmodul 32 zugeführt
werden und zur Bestimmung der Abtastzeitpunkte dienen, zu denen die Momentanwerte der analogen Eingangssignale in der
Analog-Eingangseinheit 22 erfaßt und gehalten werden. Nach dem Auslösen eines Abtastintervalles wird der Abtastzeitgeber
46 durch Signale von dem Ausgangszwischenmodul 34 wieder zurückgestellt. Ein weiteres Steuersignal des Abtastzeitgebers 46
wird dem Zeitgeber 3o zugeführt, um das Versagen des Abtastzeitgebers 46 beim Auslösen eines weiteren Abtastintervalles
anzuzeigen und die Meßeinrichtung von neuem zu starten, indem zunächst die Zentraleinheit 26 zurückgestellt wird und die
Programmsteuer- und -recheneinheit 24 veranlaßt wird, die
Meßeinrichtung neu zu starten aufgrund der Annahme, daß wegen der Nichtauslösung eines neuen Abtastintervalles die korrekte
Programmfolge verloren ging und das Meßsystem sich erholen muß.
Die Meßeinrichtung 2o besitzt eine Stromversorgungsschaltung 5o,
deren Eingang 52 an eine PrimärSpannungsquelle mit einer Wechselspannung
von 12o V angeschlossen ist. Die Stromversorgungsschaltung
5o erzeugt an ihren Ausgängen eine Gleichspannung von +15 V und -15 V und +5 V, um die Festkörperschaltelemente
der Meßeinrichtung 2o mit den erforderlichen Gleichspannungen zu versorgen (Fig. 1). Eine Kontrollampe 53
zeigt an, daß die Primärspannung anliegt und daß stabilisierte Gleichspannungen an die Meßeinrichtung 2o abgegeben werden. Die
Kontrollampe 53 ist vorzugsweise an einer gut sichtbaren Vorderseite eines die Meßeinrichtung 2o enthaltenden Gehäuses
angeordnet.
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Die Stromversorgungsschaltung 5o enthält starke Filterschaltungen,
um eine ausreichende Energiespeicherung vorzusehen, so daß bei einer Unterbrechung der Primärspannung während eines
Zeitraums von etwa 3o bis 5o Millisekunden ein Ausgangsspannungsübertrag geliefert wird, bevor die Stabilisierung der
Stromversorgungsschaltung 5o zusammenbricht. Wie noch weiter unten beschrieben wird, gibt die Stromversorgungsschaltung 5o
ein Signal an den EingangsZwischenmodul 32, welches anzeigt,
daß eine Unterbrechung der Primärspannung für länger als etwa 2o Millisekunden erfolgt ist. Die Stromversorgungsschaltung
umfaßt eine Batterie 54, die normalerweise über den Eingang geladen wird und bei einem Ausfall der Primärspannung für langer
als etwa 2o Millisekunden eine Spannung von +5 V an den Schreib-Lesespeicher 28 abgibt, um die darin gespeicherte Information
während des Spannungsausfalls zu erhalten. Der programmierbare Festwertspeicher 27 benötigt keinen Notstrom
von der Batterie 54, da ihm feste Daten und Programmschritte fest einprogrammiert sind. Bei Verlust der stabilisierten
Spannung an der Stromversorgungsschaltung 5o und bei Anzeige dieses Verlustes wird ein weiteres Signal an dem Ausgangszwischenmodul
34 erzeugt und der Stromversorgungsschaltung
5o zugeführt. Ein Steuersignal von der Stromversorgungsschaltung 5o zu dem Zeitgeber 3o stellt die Zentraleinheit 26
zurück, um den Betrieb der Meßeinrichtung 2o zu stoppen, und die Batterie 54 versorgt den Schreib-Lese-Speicher 28 mit
Notstrom.
An dem AusgangsZwischenmodul 34 werden Ausgangssignale 56
erzeugt. Für einen vorbestimmten Wert eines gemessenen Parameters einer Stromgröße wird ein Ausgangsimpuls erzeugt. Es
werden also KWH-, QHR- und V H-Impulse erzeugt, die einem Impulasmpfänger
58 zugeführt werden. Die Ausgangssignale können
für eine
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S«.o >7 UnserZeichen: WS121P-1751
für eine Fernübertragung kodiert werden oder können ein Drei-Leitungstelemetrie-System,
Impulssummations-Einrichtungen, Irapuls-Aufzeichnungseinrichtungen und dergleichen einschalten.
In der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung
umfaßt der Impulsempfänger 58 ein Vielkanalmagnetbandaufzeichnungsgerät,
das gleichzeitig die den Leistungsmeßintervallen entsprechenden Zeit-Impulse aufzeichnet. Ein
Testimpulsausgang 60 liefert Tßstimpulse die zur Eichung und
Prüfung der Meßeinrichtung 2o dienen. Schließlich liefert der AusgangsZwischenmodul 34 Ausgangssignale an Indikatoren 62,
welche zusätzlich zu der der Stromversorgungsschaltung 5o zugeordneten und einen Spannungsausfall anzeigenden Kontrollampe
53 den Zustand der Meßeinrichtung 2o anzeigen.
Im weiteren werden die Fig. 2A und 2B beschrieben, in denen
elektrische Schaltdiagramme der erfindungsgemäßen Wechselstrommeßvorrichtung
mit digitaler Datenverarbeitung dargestellt sind. In diesen Figuren ist die anhand des allgemeinen Blockdiagramms
der Fig. 1 und in Verbindung mit der Beschreibungseinleitung beschriebene Meßeinrichtung 2o im Detail dargestellt. Um das
Verständnis der Fig. 2A und 2B zu erleichtern, sind die in den Fig. 2A eingezeichneten binären Steuer- und Datensignale in den
folgenden Tabellen I und II aufgeführt/ welche die Interface-Eingangssignale bzw. die Interface-Ausgangssignale des Systems
beschreiben. Die Programmadresse, der Signalname und die Beschreibung
sind in jeder der Tabellen aufgeführt, um die Erläuterung und Beschreibung der Fig. 2A und 2B zu erleichtern.
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Tabelle I System-Interface-Eingangssignale
Adresse
Name
| 1 E 4o | DBl |
| 2 | DB2 |
| 4 | DB 3 |
| 6 | DB 4 |
| 8 | DB5 |
| A | DB6 |
| C | DB 7 |
| E | DB8 |
| 1 S 5o | DB 9 |
| 2 | DBlO |
| 4 | DBIl |
| 6 | SIGN |
| 8 | STAT |
| A | PWRF |
| C | DINT |
| E | RESET |
| 1 S 6o | DTST |
| 2 | DVSQ |
| 4 | DQHR |
| 6 | DDEM |
| 8 | RDEM |
| A | RBEA |
| C | DKWH |
| E | TIMR |
| A/D | Daten | Bit | 1 (LSB) | AUS |
| A/D | Daten | Bit | 2 | Verbrauchs-Intervall-Impuls |
| A/D | Daten | Bit | 3 | Haup t-Rucks telIs ehalter |
| A/D | Daten | Bit | 4 | |
| A/D | Daten | 3it | 5 | |
| A/D | Daten | Bit | 6 | |
| A/D | Daten | Bit | 7 | |
| A/D | Daten | Bit | 8 | |
| A/D | Daten | Bit | 9 | |
| A/D | Daten | Bit | Io | |
| A/D | Daten | Bit | 11 | |
| A/D | Vorzeichen-Bit | |||
| A/D | Status | |||
| Primärenergie | ||||
Wiedergabe-Prüf-Schalter
V2-H-Wiedergabe-Schalter Q-H-Wiederhabe-Schalter
KWH-Wiedergabe-Schalter Verbrauchs-Ruckstell-Sehalter
Batterie-Notstrom-Fehler-Rucksteusnalter
KWH-Wiedergabe-Schalter Abtastinte rvalltaktimpulse
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System-Interface-Ausgangssignale
| Acresse | O | iuame |
| E O | 2 | SCOM |
| 4 | ADRO | |
| δ | ADRl | |
| 8 | ADR2 | |
| A | Ζ00ΝΪ | |
| C XIj |
HOLD | |
| O | ||
| £ 1 | 2 | DSA |
| 4 | DSB | |
| 6 | DSC | |
| 8 | DSD | |
| A | DSE | |
| C | DSF | |
| i_i | DSG | |
| O | TLKD | |
| Ξ 2 | 2 | DS 8 |
| 4 | DS 7 | |
| 6 | DSd | |
| 8 | DS 5 | |
| A | DS 4 | |
| C | DS 3 | |
| S | DS 2 | |
| O | DSl | |
| E 3 | 2 | RINT |
| 4 | KWHP | |
| 6 | QHRP | |
| 8 | VSQP | |
| Λ | BCF | |
| C | STOP | |
| E | ||
| TSTP |
Beschreibuna
Starte-MUX-UmsGtzung
MUX Adressen-Bit MUX Adressen-Jit
MUX Adressen-Bit
Stromstärkenamplituden-Eingangssteuerung
Abtast- und Haltesteuerung
Siffernsegment A
Ziffernsegment 3 Ziffernsegment C
Ziffernsegment D Ziffernsegment E Ziffernsegment F
Ziffernsegment G Testimpuls Ind. Ausgang
Ziffernwahlsignal 3 Ziffernwahlsignal 7
Ziffernwahlsignal 5 Ziffernwahlsignal 5
Ziffernwahlsignal 4 Ziffernwahlsignal 3 Ziffernwahlsignal 2
Ziffernwahlsignal 1
Abtastzeitgeber-Rucksteilung
KWH Ausgangsinpuls QHR Ausgangsimpuls V -Ausgangsimpuls
Batterie-Notstromausfall CPU-Rucksteilung
Testimpuls-Ausgang
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Die Analog-Eingangseinheit 22 umfaßt sechs Abtast- und Halteschaltungen
66, 67 und 68 und 69, 7o und 71 (S+H-Schaltungen). Jede dieser Abtast- und Halteschaltungen ist eine Schaltung
des Typs AD 583, die von der Firma Analog Devices Inc., Norwood, MA o2o62,geliefert wird. Die Komponenten V7., V und V des
dreiphasigen Spannungssignales eines zu überwachenden Stromversorgungsnetzes werden den Signaleingängen der Schaltungen
66, 67 bzw. 68 zugeführt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Ausgangssignalspannungen der S+H-Schaltungen
jeweils einen Nominalwert in einem Bereich von + 5 V. Jeder der Abtast- und HalteschalZungen 66 bis 72 wird ein binäres
HOLD-Steuersignal zugeführt. Der binäre Zustand 1 dieses Signales versetzt die Abtast- und Halteschaltungen in den
Haltezustand, um den Momentanwert der abgetasteten Eingangssignale an den Ausgängen zu halten. Die Abtastung erfolgt
beim Übergang des HOLD-Signals vom binären Zustand Null zum
binären Zustand 1. Der binäre Zustand Null des HOLD-Signals bewirkt, daß die Werte an den Ausgängen der Abtast- und Halteschaltungen
den Werten an den Eingängen folgen.
Die Komponenten I,, ID und I des Dreiphasen-Stromstärkesignals
sind so gewählt, daß sie einen Wert von O bis Io Ampert an den Eingängen eines Analog-Multiplexers 73 haben.
Der Multiplexer 73 ist von einem Dreifach-2-Kanal-Analog-Multiplexer
des Typs 14o53 der Firma CMOS Division, Motorola Semiconductor Products Inc. gebildet. Die Analog-Eingangssignale
der Stromstärke durchlaufen den Analog-Multiplexer 73, wenn ein binäres ZCONT-Steuersignal mit dem
binären Zustand 1 den Analogeingängen der Abtast- und Halteschaltungen 69, 7o und 71 zugeführt wird. Wenn das ZCONT-Signal
den binären Wert Null hat, werden die drei Stromstärkeeingänge auf dem analogen Erdungswert oder einem
Null-Bezugsniveau gehalten, um eine Eichung und Einstellung
hinsichtlich
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hinsichtlich irgendeiner Drift oder irgendwelchen Schwankungen bei der Messung der abgetasteten Stromstärkewerte zu erreichen.
Die Momentanwerte der drei Stromstärkeeingangssignale werden
an den Ausgängen der jeweiligen Abtast- und Halteschaltungen in der gleichen Weise erzeugt, wie dies oben für die die
Spannungswerte verarbeitenden Abtast- und Halteschaltungen beschrieben wurde. Es versteht sich, daß die Signalwerte der
Signale V^, V , Vc, IA, Iß und I bezüglich der analogen Signalerde
gemessen werden und eine bestimmte Proportionalbeziehung zu den Spannungs- und Stromstärkekomponenten der zu
messenden Dreiphasen-Stromgröße haben.
Die Abtast- und Halteschaltungen 66 bis 71 umfassen jeweils eine, durch das HOLD-Signal gesteuerte Zwischenspei eher schaltung
mit einem Kondensator von o,ol .uF. Die IIOLD-Signale
werden in Abhängigkeit des Abtastzeitgebers 46 unter der Steuerung der Zentraleinheit 26 erzeugt, wie dies weiter unten
noch beschrieben wird, um die Abtastintervalle mit den Zeitpunkten zu bestimmen, zu denen die Momentanwerte der Amplituden
der analogen Eingangssignale für eine Digitalisierung erfaßt werden. Die Momentanwerte der Analog-Signale zum
Zeitpunkt des Auftretens des HOLD-Signals werden in dem jeweils zugehörigen nicht dargestellten Kondensator gehalten,
während die Abtastwerte nacheinander dem Analog-Digital-Umsetzer 38 zugeführt werden.
Ein Analog-Multiplexer (MUX) 76 empfängt die analogen Ausgangssignale
der Abtast- und Halteschaltungen. Er ist von einem 8-Kanal-Analog-Multiplexer des Typs 14o51 der oben
genannten Firma Motorola Semiconductor Products Inc. gebildet. Die Momentanwerte der abgetasteten Signale werden in Abhängigkeit
eines binären drei Bit umfassenden Eingangsbefehls dem Multiplexer-Ausgang 78 zugeführt, wobei der Eingangsbefehl
von dem Ausgangszwischenmodul 34 über die Sammel-
1 adressenleitung
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SfIl,- y2 Unser Zeichen: WS 12 IP-1751
•32-
adressenleitung MUX ADR zusammen mit den Befehlssignalen
ADRQ, ADRl und ADR2 geleitet wird. Die vorstehend genannten
MUX-ADR-Adressenbits haben einen positiven Wahrheitswert.
Jede der sechs verschieden kodierten Adressen verbindet einen der Multiplexereingänge und daher jeweils nur eine der
Abtast- und Halteschaltungen mit ihrem Ausgang mit dem Multiplexer
aus gang 78.
Der Analog-Digital-Umsetzer 38 besteht vorzugsweise aus einem 12 Bit Analog-Digital-Umsetzer des Typs 572 der vorher bereits
genannten Firma Analog Devices Inc. Der Analog-Digital-Umsetzer 38 digitalisiert die ihm über den Multiplexerausgang
78 zugeführten momentanen Signalwerte. Das binär kodierte Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers besteht aus zwölf
Datenbits, nämlich den in Tabelle I dargestellten Bits DBl bis DBlI und dem Zeichenbit. Der Analog-Digital-Umsetzer ist
so ausgebildet, daß die 11-Bit-Signale repräsentativ sind
für jeweils einen von 2o48 Bitzuständen, welche die momentanen Analogeingangswerte quantisieren. Das 12. oder Zeichenbit
bezeichnet mit einem binären Zustand Null ein positives Ausgangssignal und mit einem binären Zustand 1 ein negatives
Ausgangssignal, um positive und negative Phasen bei den Analog-EingangsSignalen anzuzeigen.
Der Analog-Digital-Umsetzer 3S weist ferner einen Eingang für
ein die Umsetzung auslösendes Steuersignal SCON auf. Er beginnt mit der Digitalisierung der Amplitude des empfangenen
Analog-Eingangssignales, wenn SCON einen hohen Wahrheitswert oder binären Zustand 1 besitzt» Der Analog-Digital-Umsetzer
38 beginnt mit der Digitalisierung und erzeugt ein STAT-Signal mit einem übergang aus dem binären Zustand 1 in den binären
Zustand Null, der den Abschluß der Digitalisierung anzeigt.
Die
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Die Wirkungsweise des Analogmultiplexers 73 beim Emfpang
von Stromeingangssignalen umfaßt eine Kompensierung der Signaldrift. Fehler in den gemessenen Amplituden der Strom-Analogsignale
können Fehler bei der Berechnung der Energieparameter in einigen Anwendungsfällen der erfindungsgemäßen
Meßeinrichtung hervorrufen. Wie bekannt ist, ändern sich die Werte des Stromstärkesignals mit Änderungen im Stromverbrauch,
während die Spannungseingangssignale relativ konstant bleiben. Wenn daher ein ZCCMT-Signal vorhanden ist, werden alle
Signaleingänge für die Stromstärke mit einem analogen Nullbezugsniveau verbunden. Diese drei Stromstärkesignale gelangen
nacheinander über den Multiplexer 76 zum Analog-Digital-Umsetzer 38, wo die Werte digitalisiert werden.Wenn die
Systemschwankungen von Null abweichende binäre Ausgangssignale an den Datenausgangen des Analog-Digital-Umsetzers 38 erzeugen,
dann ist klar, daß die Schwankungen Fehler in den digitalisierten Stromstärkesignalen erzeugen. Diese Schwankungen
oder Abweichungen von dem Null-Bezugsniveau geben einen Fehlerwert, der gespeichert und von der Programmsteuer- und
-recheneinheit 24 dazu verwendet wird, die gemessenen Stromstärkesignale zu korrigieren, die nach der Freigabe des
Multiplexers 73 durch das Signal ZCONT umgesetzt wurden.
Bevor nun die übrigen Abschnitte der in den Fig. 2A und 2B dargestellten Meßeinrichtung 2o beschrieben werden, soll
die Programmsteuer- und -recheneinheit 2 4 im folgenden beschrieben werden. Die Einheit 24 ist von einem auf einem
Mikroprozessor beruhenden System gebildet, in dem die Zentraleinheit 26 einen 16-Bit-Mikroprozessor vom Typ TMS 99oo umfaßt,
der von der Semiconductor Group, Texas Instruments Inc., Dallas, Texas 75222, geliefert wird. Die Zentraleinheit
26, der Zeitgeber 3o, der programmierbare Festwertspeicher
80 9 8 3 9/0901 und
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und der Schreib-Lese-Speicher 28 bilden zusammen eine TMS
9900-Mikroprozessor-Untereinheit, die in den folgenden Veröffentlichungen
beschrieben ist: a) TMS-99OC—Microprocessor Data Manual, 1976; b) The Minimum System Design TMS 99oo
16-Bit-Microprocessor Application Report, Bulletin CA-1S4;
c) Model 99o Computer/TMS 99oo Microprocessor Assembly
Language Programmers Guide,die ebenfalls von der Firma
Texas Instruments Inc. erhalten werden kann. Der allgemeine Aufbau der Mikroprozessor-Zentraleinheit 26 ist in Fig. 2B
so dargestellt, wie er ir der vorliegenden Erfindung im wesentlichen verwendet wird, und wird nicht näher beschrieben,
da die oben genannten Veröffentlichungen die Verwendung und die Wirkungsweise der Mikroprozessor-Untereinheit in der
Weise beschreiben, wie sie für die Verwendung in der Meßeinrichtung 2o zur Verfügung steht.
Die Programmsteuer- und -recheneinheit 24 umfaßt neben der
Mikroprozessor-Zentraleinheit 26 einen Zeitgeber 3o, der von einem Taktgenerator des Typs SN74LS36 2 gebildet ist,
wie er von der Firma Texas Instruments Inc. zur Verfügung gestellt wird. Er umfaßt einen kristallgesteuerten Oszillator
mit einer Frequenz von 48 MHz, der Vierphasen-Taktsignale 01, 02, 03 und 04 an die Zentraleinheit 26 abgibt, wie in
Fig. 2B dargestellt ist. Nach der Beschreibung in den vorstehend genannten Veröffentlichungen ist dem Zeitgeber 3o
ein RC-Glied zugeordnet, das von einem Widerstand 82 und einem Kondensator 83 gebildet wird. Die Verbindung 84 zwischen
dem Widerstand 82 und dem Kondensator 33 ist mit dem D-Eingang einer von einem Schmitt-Trigger getriggerten logischen
Schaltung in dem Zeitgeber 3o verbunden, während der andere Anschluß des Kondensators an die Geräteerde angeschlossen
ist. Der andere Anschluß des Widerstandes 82 liegt auf einem Potential von +5V. Wenn der D-Eingang des Zeitgebers
einen
8098 39/0901
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« 3/
niedrigen Wert annimmt, erhält der Mikroprozessor in der Zentraleinheit
26 an seinem Anschluß 6 ein Signal Power-on Reset. Die von dem Q-Ausgang des Zeitgebers wegführende Leitung ist
in Fig. 2B mit RESTART bezeichnet, besitzt einen niedrigen Wahrheitswert entsprechend dem Nullzustand, der eine Synchronisierung
der Zentraleinheit 26 bewirkt und zur Rückstellung und zum Auslösen der Zentraleinheit 26 bei einem Signal
Power-turn-Reset dient. Die mit RESTART bezeichnete Leitung
ist dieselbe, wie die in den vorstehend genannten TMS 99oo Mikroprozessor-Anschlußfunktionen beschriebene Leitung RESET,
um die Zentraleinheit 26 zurückzustellen, wie dies in den vorstehend genannten Veröffentlichungen beschrieben ist.
Der programmierbare Festwertspeicher 27 besteht aus vier einzelnen
bipolaren programmierbaren Festwertspeichern des Typs SN745472 mit 512 χ 8 Bit zur Speicherung fester Daten und
Programme. Dieser Typ ist ebenfalls bei der Texas Instruments Inc. erhältlich. Die vier Speicherschaltungen in dem programmierbaren
Festwertspeicher 27 sind in Fig. 2B mit den Bezugsziffern 27-1,27-2,27-3und 27-4bezeichnet. Der PROM-Speicher
27 bietet also einen programmierbaren Speicher für permanent gespeicherte Worte von bis zu 1ο24 χ 16 Bit. Der
Schreib-Lese-Speicher umfaßt eine Anordnung von Schreib-Lese-Speichern des Typs TMS4o42-CMOS, die. mit den Bezugsziffern
28-1, 28-2, 28-3 und 28-4 bezeichnet sind. Die Schaltungen in dem Schreib-Lese-Speicher 2 8 sind in einer 256 χ 16 Bit-Anordnung
organisiert, um Speicherplatz für Zwischendaten und Arbeitsbereichsregister zur Verfügung zu stellen.
Das Speicher-Interface der Zentraleinheit 26 umfaßt eine Adressen-Sammelleitung 89 zur Ausgabe von Adressenbits A3
bis A14 (LSB), von denen die Bits A6 bis ΑΪ4 den vier PROM-Schaltungen
27-1 bis 27-4 parallel zugeführt werden. Die
parallele 809839/0901
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■ 26·
parallele Adressierungsanordnung ermöglicht den Zugriff zu jeweils einem bestimmten der 512 Worte in jedem PROM-Speicher.
Die Adressenbits Ai und Ad werden von einem Dekoder dekodiert,
der die NAND-Glieder 91, 92 und 9 3 und die Inverter 94 und 95 umfaßt. Die Ausgänge der NAND-Glieder 91, 92 und 93 sind
mit jeweils einem Paar von PROM-Speichern 27-1 und 27-2, 27-3 und 27-4 und jeweils einem Paar von RAM-Speichern 28-1
und 28-2 bzw. 28-3 und 2 8-4 verbunden, wie dies in Fig. 23 dargestellt ist. Die Adressenbits A4 und A3 werden mittels
einer vom Speicher ausgewählten Logik dekodiert, um die Adressierung des PROM-Speichers 27 und des RAM-Speichers 28 zu
vereinfachen. Ein Schreibsignal WE kann über eine Leitung 97 jedem der RAM-Speieher zugeführt werden. Ferner wird ein
Dateneinspeicherungssignal DBIN zur Einspeicherung von Daten aus der Zentraleinheit 26 über eine Inverterschaltung 99 in
eine Leitung lol eingespeist, um ebenfalls jedem der RAM-Speicher
ein DBIN-Signal zuzuführen.
Die Zentraleinheit 26 umfaßt ferner einen Informationskanal Io2 mit den Datenbits DO bis D15 (LSB), der einen Zweirichtungs-Informationskanal
mit drei Zuständen umfaßt. Der Informationskanal Io2 überträgt Speicherdaten beim Schreiben
zu und beim Lesen von den Speichern 27 und 28. Die Datenbits D8 bis D15 sind mit den PROM-Speichern 27-1 bis 27-3 und die
verbleibenden acht Datenbits DO bis D7 mit den PROM-Speichern 27-2 und 27-4 verbunden. Vier Datenbits D12 bis D15 sind mit
dem RAM-Speicher 28-1, die Datenbits D-8 bis D-Il mit dem RAM-Speicher 28-2, die Datenbits D4 bis D7 mit dem RAM-Speicher
28-3 und die verbleibenden vier Datenbits DO bis D3 mit dem RAM-Speicher 28-4 verbunden. Von der Zentraleinheit 26
werden außerdem aus der Programmsteuer- und -recheneinheit heraus Adressenbits in Adressenleitungen Io5 und Io6 gegeben.
Die Adressenleitung Io5 umfaßt Adressenbits A7 bis All und
führt
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unser ZeichenWSl 21 P-1751
führt zum Dekoder 36. Die Adressenleitung Io6 umfaßt die drei
Adressenbits A12, A,3 und A, ., die über eine Treiberstufe Io7
des Typs SN8216 laufen. Die von der Treiberstufe Io7 ausgehende Adressenleitung Io7 führt zu dem Eingangszwischenmodul 32 und
dem Ausgangszwischenmodul 34 in Fig. 2A für noch näher zu erläuternde Zwecke.
Die verbleibenden von der Zentraleinheit 26 ausgehenden Ausgangssignale
umfassen drei dem Mikroprozessor zugeordnete Signale CRUCLK (CRU-Zeitgabe) auf der Leitung Ho,das Signal
CRUOUT (CRU-Datenausgäbe) auf Leitung 112 und das Signal
CRUIN (CRU-Dateneingabe) auf Leitung 114. über die Leitung
114 werden die Daten der Zentraleinheit 26 bitweise seriell zugeführt und die Zentraleinheit 26 prüft ein Eingangsbit,
indem es die Bitadresse auf die Adressensammelleitung setzt und dann das Signal CRUIN prüft, um Eingangsdaten von dem
EingangsZwischenmodul 32 zu empfangen. Die Zentraleinheit 26
setzt oder löscht ein Ausgangsbit, indem es die Bitadresse auf die Adressensammelleitung, das Ausgangsdatenbit auf die Leitung
112 und einen Taktimpuls auf die Leitung 114 gibt. Die Daten auf der Leitung 112 erscheinen seriell und werden von
dem AusgangsZwischenmodul 34 abgetastet, wenn das CRUCLK-Signal
einen hohen Wahrheitswert oder binären Zustand 1 besitzt. Die Leitung 112 verläuft durch die Treiberstufe Io7 und
führt zu dem Ausgangszwischenmodul 34. Die Leitung Ho führt über einen Inverter 116 zu dem Ausgangszwischenmodul 34, um
die Daten auf der Leitung 112 in einem bestimmten Takt in den AusgangsZwischenmodul 34 einzuspeisen, wie dies weiter unten
noch genauer beschrieben wird.
Der Abtastzeitgeber 46 in Fig. 2B wird nun genauer beschrieben, da er von einem der mit der TTL-Schaltung kompatiblen Taktimpulse
gesteuert wird, die auf der Leitung 116 von dem Zeitgeber
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geber 3o her mit einer Frequenz von 3 MHz erzeugt werden. Der Abtastzeitgeber 46 erzeugt das TIMR-Signal an der Zeitgeber-Aus
gangs leitung 117, um die willkürlichen Abtastintervalle in den Abtast- und Haltesignalen zu steuern, die der Analog-Eingangseinheit
22 zugeführt werden, die anhand der Fig. 4 beschrieben wird. Ein erstes SYSINT-Signal wird auf einer zweiten
Zeitgeberausgangsleitung 118 erzeugt. Das SYSINT-Signal
hat einen Wahrheitswert mit niedrigem Niveau, wenn es dem D-Eingang des Zeitgebers 3o zugeführt wird, um die Abgabe
eines RESTART-Signals von dem Zeitgeber 3o auszulösen, wenn die für das Auftreten des TIMR-Signals übliche Zeit abgelaufen
ist, ohne daß dieses Signal aufgetreten ist. Das SYSINT-Signal wird unter der Annahme erzeugt, daß die korrekte
Programmabfolge verloren ging, weil das TIMR-Signal nicht aufgetreten ist und sich die Programmsteuer- und -recheneinheit
24 daher wieder erholen muß.
Der Abtastzeitgeber 46 umfaßt eine Impulszähleranordnung mit
einem eine Division durch 16 durchführenden Zähler des Typs SN74LS93 der Firma Texas Instruments Inc., der mit dem Bezugszeichen
121 bezeichnet ist und an einem Takteingang Taktsignale über die Leitung 116 empfängt. Die beiden Ausgänge
zu den Pufferanschlüssen 122 liefern "Teile durch 4"- und "Teile durch 8"-Ausgangssignale, die an den Anschlüssen
anliegen, wo sie von einer Überbrückung ausgewählt werden, um wechselnde Ausgangsimpulsraten einem Zähler 124 zuzuführen,
der von einem 14-stufigen Binärzähler des Typs CD4o2o
gebildet ist. Das Takteingangssignal des Zählers 124 wird durch die Faktoren 512, Io24 und 4o96 an den drei Zählerausgängen
119-1, 119-2 und 119-3 dividiert und die ersten zwei Ausgangssignale liegen an den Pufferanschlüssen 126 an,
denen überbrückungen zugeordnet sind, wie dies in Fig. 2B
dargestellt
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S3·
dargestellt ist. Eines oder eine Kombination von zwei der zur Verfugung stehenden Ausgangssignale des Zählers 124 wird zur
Eingabe in die beiden Eingänge des NAND-Gliedes 127 ausgewählt. Eine Reihe von negativen TIMR-Impulsen werden am Ausgang
des NAND-Gliedes 127 erzeugt und auf die Leitung 117 gegeben. Die Impulsperioden können von etwa 1,5 bis 3,ο !Millisekunden
durch wechselnde Verbindungen an den Pufferanschlüssen 122 und 126 varriert werden. Das TIMR-Impulssignal wird
über den Eingangszwischenmodul 32 der Programmsteuer- und
-recheneinheit 24 zugeführt, um den 3eginn eines Abtastintervalls zu signalisieren. Die abwechselnden Anschlußverbindungen
an den Zählern 121 und 124 ergeben Schwankungen in der Zeitdauer der Abtastintervalle zwischen aufeinanderfolgenden
Abtastzeitpunkten.
Ein Rückstellsteuereingang des Abtastzeitgebers 46 ist mit einer Leitung 128 verbunden und umfaßt ein NOR-Glied 129, dessen
beide Eingänge mit der RESTART-Leitung 128 verbunden sind, um den binären Zustand des über die Leitung 12 8 laufenden
Signals umzukehren. Ein zweites NOR-Glied 131 erhält ein Eingangssignal von dem NOR-Glied 129 und ein zweites Eingangssignal
von der RINT-Signalleitung 133. Das Ausgangssignal des
NOR-Gliedes 131 wird einem Inverter 134 zugeführt, um die Eingänge der Zähler 121 und 124 zu löschen. Wenn die Programmsteuer-
und -recheneinheit 24 den Beginn eines Abtastsignales feststellt, nimmt das RINT-Signal einen hohen Wert am Ausgang
des AusgangsZwischenmoduls 34 an, um die Zeitzähleranordnung
auf Null zurückzustellen. Das niedrigste Ausgangssignal des Zählers 124 wird den beiden Eingängen eines NOR-Gliedes 136
zugeführt, dessen Ausgang über eine Diode. 137 mit einer Leitung 118 verbunden ist, um ein SYSINT-Signal dem Takteingang
zuzuführen. Solang der Zähler regelmäßig durch das RINT-Signal
zurückgestellt
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- 1*0-
zurückgestellt wird, bleibt der Ausgang des NOR-Gliedes 136 auf einem hohen Wert. Die Dauer der dem NOR-Glied 136 von dem
dargestellten untersten Ausgang des Zählers 124 zugeführten Impulse ist in einer bevorzugten Ausführungsform etwa zweimal
so lang wie die Zeit zwischen den Zeiträumen der TIMr-impulse
an dem Ausgang des NAND-Gliedes 127, so daß bei Fehlen eines TIMR-Signales für eine Zeit, die etwa zweimal so lang ist wie
die normalerweise für die Erzeugung des Signales auf der Leitung 117 benötigte Zeit, das SYSINT-Signal am Ausgang des
NOR-Glieds 136 erzeugt wird. Dies erzeugt ein RESTART-Signal
welches die Zentraleinheit 26 zurückstellt. Da das RESTART-Signal dem NOR-Glied 129 zugeführt wird, wird der Abtastzeitgeber
46 auch zurückgestellt, wenn das SYSINT-Signal durch das NOR-Glied 136 ausgelöst wird, und wird wiederum freigegeben,
wenn das RESTART-Signal dem Abtastzeitgeber 46 zugeführt wird.
Der Eingangszwischenmodul 32 und der Ausgangszwischenmodul
sowie der zugehörige Adressendekoder 36, der eine Adressierung der Eingangs- und Ausgangszwischenmodul-Chips bewirkt, werden
nun entsprechend der Darstellung in Fig. 2A beschrieben. Der Eingangszwischenmodul 32 umfaßt drei TSL (tri-state-logic)-Octal-Multiplexer
mit 8 zu 1 Leitungen, die durch die Bezugszeichen 14o, 142 und 144 bezeichnet sind. Sie sind beispielsweise
von Octal-Multiplexern des Typs SN 74LS251 der
Firma Texas Instruments Inc. gebildet. Die Ausgänge der drei Octal-Multiplexer 14o, 142 und 144 sind parallel zueinander
an die CPU-Dateneingangsleitung 114 angeschlossen. Da die
Multiplexer jeweils acht Eingänge haben, können die vierundzwanzig Zwischenmoduleingangssignale des Systems auf die Multiplexereingänge
gegeben werden, welche die Eingangskanäle der Eingangs- und AusgangsZwischenmodule 32 bzw. 34 bilden zur
Eingabe des Eingangssignales CRUIN in die Zentraleinheit CPU 26. Die CPU Adressenbits A12, A13 und A14 werden parallel
den
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den Multiplexern 14o, 142 und 144 über die Adressenleitung Io6
zugeführt. Ein Erregereingang jedes Multiplexers empfängt die Chipauswahlsignale SEL4, SEL5 bzw. SEL6 von dem Adressendekoder
35- Einer der drei die Multiplexer 14o, 142 und 144 bildenden Schaltchips wird von einem der Auswahlsignale SEL4, SEL5 bzw.
SELo erregt, so daß die Drei-Bit-Adresse die Ausgabe eines
der acht Systemeingangssignale auf die Datenleitung 114 bewirkt.
Der AusgangsZwischenmodul 34 umfaßt vier adressierbare Zwischenspeicher
146, 148, 15o und 152, die beispielsweise von Zwischenspeichern
des Typs SN 74LS259 der Firma Texas Instruments Inc. gebildet sein können. Drei-Bit-Adresseneingänge der Zwischenspeicher
146 bis 152 sind parallel zueinander an die Adressenleitung Io6 angeschlossen, v/elche die CPU-Adressenbits A12,
A13 und Al 4 von der Treiberstufe Io7 her liefert. Die CPU-Datenausgangsleitung
112 liefert die Datenausgabesignale zu den Dateneingängen der Zwischenspeicher in dem Ausgangszwischenmodul
Löscheingänge der Zwischenspeicher 146 bis 152 sind mit der Leitung 153 verbunden, die ein RESET-Signal führt, das dann
erzeugt wird, wenn das System manuell zurückgestellt wird, wie dies noch weiter unten genauer erläutert wird.
Erregereingänge der Zwischenspeicher 146 bis 152 empfangen Chipauswahl-/Taktsignale SELO, SELl, SEL2 und SEL3 von dem
Adressendekoder 36. Die acht Ausgänge jedes der vier Zwischenspeicher 146 bis 152 definieren acht Ausgangskanäle der Eingangs-
und Ausgangszwischenmodule 32 bzw. 34 der 2-leßeinrichtung
2o und liefern die Systemausgangssignale, die in der Tabelle II aufgeführt und beschrieben und an den Ausgängen
des Ausgangszwischenmoduls 34 in Fig. 2A dargestellt sind. Wenn eines der Signale SELO, SELl, SEL2 oder SEL3 einen niedrigen
Wert oder einen binären Zustand Null annimmt, wird der den entsprechenden adressierbaren Zwischenspeicher bildende
Schaltungschip erregt und die CPU-Ausgangsdaten auf der
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Leitung
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Leitung 112 gelangen in den ausgewählten Zwischenspeicher und werden aus dem Ausgangskanal ausgegeben, der durch das Drei-Bit-Signal
auf der Adressenleitung I06 bezeichnet wurde, wenn die Signale SELO bis SEL3 einen niedrigen Wert annehmen infolge
der dem Dekoder 36 über die Leitung Ho zugeführten CPU-Taktsignale.
Wie weiter unten bemerkt wird, sollten Daten auf der von der Zentraleinheit kommenden Ausgangsleitung 112
durch den AusgangsZwischenmodul abgetastet werden, wenn das Signal
- CRUCLK einen hohen Wert annimmt. Der hohe Wert oder· Ja-Wert
des Signales CRUCLK wird invertiert und erscheint entsprechend als niedriger Wert oder Nein-Wert an dem Ausgang
SELO über drei Signale, wie dies in Verbindung mit dem Dekoder 36 noch genauer beschrieben wird.
Der Adressendekoder 36 umfaßt eine Dekoderschaltung 154, die von einer Schaltung des Typs SN 74LS138 gebildet wird, die
von der Firma Texas Instruments Inc. erhältlich ist. Die Dekoderschaltung 15 4 hat acht Ausgänge, von denen sieben verwendet
werden und die Signalausgänge für die Chipauswahlsignale SEL4, SEL5, SEL6 umfassen, die den Octal-Multiplexern 14o, 142
und 144 zugeführt werden, wie dies oben beschrieben wurde. Die Dekoderschaltung 154 umfaßt ferner zwei NAND-Glieder 155 und
156, welche Adressenbits A3, A4, A5 und A6 von der Sammelleitung Io5 empfangen (Fig. 2A). Die Ausgangssignale der NAND-Glieder
werden einem NOR-Glied 15 7 zugeführt, von dem ein Ausgangssignal auf den Erregereingang der Dekoderschaltung 154
gegeben wird. Die Adressenbits A7, A8, A9, AIo und All werden der Dekoderschaltung 154 zugeführt. Vier der Äusgangssignale
der Dekoderschaltung 154 werden jeweils einem Eingang der
ODER-Glieder 158-1, 153-2, 158-3 und 158-4 zugeführt. Mit der Leitung Ho ist ein Inverter in Reihe geschaltet, um das
invertierte CRUCLK-Signal den zweiten Eingängen der ODER-Glieder 158-1 bis 158-4 zuzuführen. Der Ausgang des Adressen
dekoders
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•Λ3-
dekoders 36, der einem ausgewählten Zwischenspeicherschaltungschip
zugeordnet ist, nimmt einen niedrigen Wahrheitswert an, so daß die Taktisgnale dadurch erzeugt werden, daß die Erregereingänge
an dem Zwischenspeicher einen niedrigen Wahrheitswert annehmen, um die Daten von der Zentraleinheit 26 in dem
geeigneten Takt einzuspeichern, wie dies oben beschrieben wurde. Die Adressen A3 bis A6, die dekodiert und dem Erregereingang
der Dekoderschaltung 154 zugeführt werden, stellen sicher, daß die mit IEO, IEl, 1E2 und 1E3 beginnenden Adressen
vorhanden sein müssen, bevor die Dekoderschaltung 154 erregt wird, da diese Gruppen die Teile der in Tabelle II
aufgeführten Systemausgangsadressen mit der höchsten Signifikanz sind.
Nun wird der Eingangsabschnitt der Meßeinrichtung 2o beschrieben unter Berücksichtigung der dem EingangsZwischenmodul 32
zugeführten Eingangssignale. Die Ausgangssignale von dem Analog-Digital-Umsetzer
umfassen die Datenbits DBl bis DB8, die den acht Eingängen des Octal-Multiplexers 14o zugeführt werden.
Die Datenbits DB9, DBIo und DBlI zusammen mit dem zwölften
Ausgangsbit des Analog-Digital-Umsetzers, das als Zeichenbit SIGN bezeichnet wird, werden in Gruppen zu vier den Eingängen
des Octal-Multiplexers 142 zugeführt. Die Bits DBl bis DBlI und das Zeichenbit SIGN des Analog-Digital-Umsetzers werden
nacheinander der Dateneingangsleitung 114 unter Steuerung des Adressendekoders 36 zugeführt. Auf der Adressen-Sammelleitung
Io6 erscheinen Adressen, um die digitalisierten Signalwerte in binäre Darstellung zu überführen.
Die Handsteuerung 4o in Fig. 1 umfaßt einen Wiedergabe-Wahlschalter
159, einen Leistungsrückstellschalter 16o, einen Rückstellschalter 161 für eine einen Fehler in der Stromversorgung
anzeigende Kontrollampe und einen Hauptrückstellschalter 162. Der Wiedergabe-Wahlschalter 159 ist ein Sechs-
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welcher
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Stellungsschalter mit einem beweglichen Schaltarm, welcher
die Schalterausgangsanschlüsse mit der Geräteerde verbindet. Durch Einstellung des Schaltarmes des Wiedergabewahlschalters
159 wird immer der Parameter der Menge an elektrischer Energie auf der Datenwiedergabe 42 dargestellt. Die Ausgangsanschlüsse
des Wiedergabewahlschalters 159 sind mit KWK für die Darstellung der Kilowattstunden, KWD für die Darstellung des
Leistungsbedarfs, QH für die Darstellung der Q-Stunden und
2
V H für die Darstellung der Volt-Quadrat-Stunden sowie mit TUST für die Darstellung eines Testausgangssignales auf der Datenwiedergabe 42 bezeichnet. Entsprechend wurden binäre Steuersignale DKWiI, DDEM, DQIIR, DVSQ und DTST von den entsprechenden Schalterausgangen sechs Eingängen des Octal-Multiplexers 144 zugeführt.Die vorstehend aufgeführten Steuersignale des Wiedergabewahlschalters haben niedrige Wahrheitswerte, um dem System den erwünschten Parameterwert zu signalisieren, der auf der Datenwiedergabe 42 dargestellt werden soll.
V H für die Darstellung der Volt-Quadrat-Stunden sowie mit TUST für die Darstellung eines Testausgangssignales auf der Datenwiedergabe 42 bezeichnet. Entsprechend wurden binäre Steuersignale DKWiI, DDEM, DQIIR, DVSQ und DTST von den entsprechenden Schalterausgangen sechs Eingängen des Octal-Multiplexers 144 zugeführt.Die vorstehend aufgeführten Steuersignale des Wiedergabewahlschalters haben niedrige Wahrheitswerte, um dem System den erwünschten Parameterwert zu signalisieren, der auf der Datenwiedergabe 42 dargestellt werden soll.
Die Schaltungen 16o, 161 und 16 2 sind Einfach-, Einpol- oder
Druckknopfschalter, deren einer Anschluß jeweils mit der
Geräteerde verbunden ist, wie dies in den Fig. 2A dargestellt ist.
Der Verbrauchs-Rückstellschalter 16o bewirkt,- da,3 einen Eingang
des Multiplexers lio ein REDM-Signal zugeführt wird,um
den Verbrauchsmeßzeitraum der Meßeinrichtung 2o zurückzustellen. Dies erfolgt im allgemeinen am Ende einer regelmäßigen
Fakturierperiode, d.h. beispielsweise einmal im Monat, und entspricht der Rückstellung des einen Maximalwert anzeigenden
Zeigers einen elektromechanischen Verbrauchszählers auf Null. Der Schalter 161 bewirkt, daß ein Steuersignal RBEA
mit einem niedrigen Wahrheitswert bei Schließen des Schalters erzeugt wird, um die später noch genauer beschriebene
Kontrollampe 163 zurückzustellen. Schließlich bewirkt der Hauptrückstellschalter 162 bei seinem Schließen, daß dem
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Multiplexer 142 ein RESET-Signal zugeführt wird. Der niedrige
Wahrheitswert des RESET-Signals bewirkt, daß die gesamte Meßvorrichtung
auf Null zurückgestellt wird einschließlich der Rückstellung der adressierbaren Zwischenspeicher in dem Ausgangszwischenmodul
34, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Die acht Eingangssignale des Octal-Multiplexers 14 4 umfassen
das TIMR-Signal auf der Leitung 117, die von dem oben beschriebenen
Abtastzeitgeber 146 kommt., Der Z us tandsaus gang
des Analog-Digital-Umsetzers 38 liefert ein Status-Eingangs-Signal STAT an den octalen Multiplexer 142» Der binäre Zustand
1 des Signales STAT zeigt an, daß die Datenumsetzung noch nicht abgeschlossen ist und der Übergang zu dem binären Zustand
Hull zeigt an, daß die Datenumsetzung abgeschlossen ist und die Ausgangssignale des Analog-Digital-Umsetzers in der
Meßeinrichtung verarbeitet werden können.
In dem Impulsempfänger 58, der nach der Darstellung in Fig. 2A von einem Bandaufzeichnungsgerät gebildet ist,wird ein DINT-Signal
erzeugt= Der Verbrauchsintervallimpuls DINT besitzt einen niedrigen Wahrheitswert und wird in regelmäßigen Verbrauchsintervallen
wie beispielsweise alle 15 Minuten ausgesendet .
Der Multiplexer 1.42 empfängt schließlich noch ein einen Ausfall der Stromversorgung kennzeichnendes Steuersignal PWRF,
das in der Stromversorgungsschaltung 5o erzeugt wird, wie dies weiter unten noch beschrieben wird» Ein niedriger Wahrheitswert
des PWRF-Signals zeigt an, daß die Primärenergie an dem Energieeingang 52 ausgefallen ist.
Nun. wird der Ausgangsabschnitt der Meßeinrichtung 2o beschrieben,
wobei zunächst auf die Ausgangskanäle der Meßeinrichtung
Bezug
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Bezug genommen wird, die von den Ausgängen der in dem Ausgangszwischenmodul
34 enthaltenen vier Zwischenspeicher 146, 143, 15o und 152 gebildet werden. Die Systemausgangssignale
sind in Tabelle II aufgeführt und sind allgemein in den drei Ausgangsfunktionen enthalten. Die Ausgangsfunktionen umfassen
die Bereitstellung der achtziffrigen numerischen Ablesewerte der Datenwiedergabe 42 und die Wiedergabelichter des Indikatorabschnittes
62. Ferner umfassen die Ausgangsfunktionen
die Ausgabe der Ausgangssignale, die den gemessenen und von
der Meßeinrichtung berechneten Parametern entsprechen sowie einen Testimpuls. Schließlich liefern die Ausgangsfunktionen
die Systemsteuersignale, die in der Programmsteuer- und -recheneinheit
24 erzeugt werden.
Sieben Ausgänge des Zwischenspeichers 145 erzeugen die Ziffernsegment-Wahlsignale
DSA, DSB, DSC, DSD, DSE, DSF und DSG und führen diese über Treiber 165 der numerischen Datenwiedergabe
42 zu. Die acht Ziffern der Datenwiedergabe sind jeweils von sieben Segmentlichtelementen gebildet, die in der
numerischen Datenwiedergabe 42 vorgesehen sind, welche zwei Wiedergabeeinheiten des Typs DL-34M der Firma Litronix Inc.
umfaßt. Die sieben Segmente jeder der acht Ziffern der Datenwiedergabe werden eingeschaltet, wenn die Wiedergabesegment-Wahlsignale
DSA bis DSG den binären Zustand Null besitzen. Die acht Ausgänge des Zwischenspeichers 148 liefern die Ziffern-Wahlsignale
DSl, DS2, DS3, DS4, DS5, DSb, DS7 und DS3, die übsr Treiberschaltungen 156 den Ziffern-Wahleingängen der
Datenwiedergabe zugeführt werden.
Der Anzeigebereich 62 umfaßt die vorstehend genannte Kontrolllampe
163 zur Anseige eines Fehlers in der Stromversorgung
und eine Testimpulslampe 168, die beide von Leuchtdioden
(LEDs) gebildet sind, deren Anoden mit dem positiven
Pol
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Pol einer Spannungsquelle verbunden sind, wie dies in Fig. 2A dargestellt ist. Von dem achten Ausgang des Zwischenspeichers
146 wird ein Steuersignal TLED erzeugt, welches die Lampe 16 über Treiber 169 einschaltet, wenn das TLED-Signal den binären
Zustand 1 aufweist. Ein von dem Zwischenspeicher Io5 ausgehendes binäres Signal BCF schaltet die Kontrollampe. 163
über die Treiberschaltungen 16 9 ein, wenn das BCF-Signal den binären Zustand 1 aufweist. Die Kontrollampe 16 3 zeigt
den Zustand an, daß das System einen Speicherverlust in dem Schreib-Lese-Speicher 28 festgestellt hat, wobei angenommen
wird, daß ein solcher Verlust durch das Wegfallen der Batterienotspannung verursacht wird, die von der Stromversorgungsschaltung 5o erzeugt wird, und daß der Speicherinhalt in dem
Schreib-Lese-Speicher 28 von dem programmierbaren Festwertspeicher 27 aus neu eingespeichert werden muß.
Die der Ausgangsmeßinformation der Meßeinrichtung entsprechenden
Signale werden von KWHP-, QHRP- und VSQP-Signalen erzeugt, die ihrerseits von dem Zwischenspeicher 15o über Treiberschaltungen
17o abgegeben werden, deren Ausgänge mit den in der
2 Fig. 2A dargestellten KWH-, QHR- und V H-Ausgangssignalanschlüssen
verbunden sind. Die Ausgangssignalanschlüsse erzeugen Kilowattstunden, Q-Stunden und Volt-Quadrat-Stunden
entsprechende Impulse, wobei die Impulse übergänge zwischen entgegengesetzten Spannungspolaritäten aufweisen, so daß die
aufzeichnenden Impulsströme in entgegengesetzten Richtungen durch die Aufzeichnungsköpfe Hl, H2 und H3 des als Aufzeichnungsgerät
ausgebildeten Impulsempfängers 58 fließen, der mit den vorstehend genannten drei Ausgangssignalanschlüssen
verbunden ist. Die Magnetköpfe in dem nach Art eines Magnetaufzeichnungsgerätes
ausgebildeten Impulsempfänger 58 können entsprechend den in den US-PS'en 3 943 498, 2 47o 47o,
3 538 4o6, 3 913 129 und 3 913 13o beschriebene Aufzeichnungs-
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is-
köpfen ausgebildet sein. Wie in den vorstehend genannten Patentschriften beschrieben ist, ist ein Aufzeichnungskopf
zum Aufzeichnen des Verbrauchsintervalls wie der Aufzeichnungskopf H4 in dieser Art von Aufzeichnungsgerät vorgesehen.
Dieser wird von einer Quelle 4 4 zur Erzeugung von Intervallimpulsen betätigt, in der beispielsweise VerbrauchsintervalIe
durch das in regelmäßigen Zeitabständen erfolgende Schließen eines Kontaktes erzeugt werden können, wobei die Intervallimpulse
beispielsweise in 15-Minuten-Intervallen auftreten,
wie dies oben beschrieben wurde. Außer der Erregung des Aufzeichnungskopfes H4 erzeugt die Intervallimpulsquelle ein
binares Signal DINT mit einem niedrigen Wahrheitswert, das beispielsweise bei jedem Schließen des oben genannten Kontaktes
Verbrauchsintervallimpulse in dem Impulsempfänger 58 erzeugt. Die Impulse werden auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger
174 aufgezeichnet, wie dies in den vorstehend genannten Patentschriften beschrieben wurde. Eine in Fig. 2A
dargestellte Testimpulsausgangsbuchse 6o erzeugt Testimpulse in Abhängigkeit eines TSTP-Signales von dem Ausgang des Zwischenspeichers
15o. Der Testimpulsausgang wird zur Prüfung
und Eichung der Meßvorrichtung überwacht.
Unter den verbleibenden Ausgangssinalen der Meßeinrichtung ist ein RINT-Signal, das von dem Zwischenspeicher 15o erzeugt und
auf die Leitung 133 gegeben wird, welche mit dem NOR-Glied in dem Abtastzeitgeber 46 verbunden ist. Das RINT besitzt in
seinem Rückstellzustand den binären Wert 1 oder einen hohen Wahrheitswert und bewirkt in diesem Zustand die einem TIMR-Signal
folgende Rückstellung der Abtasttaktzähleranordnung. Ein Ausgang des Zwischenspeichers 15o erzeugt ein STOP-Signal,
das über Treiber 169 der Stromversorgungsschaltung 5o zugeführt wird, um ein SYSINT-Signal zu erzeugen und damit die
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u„.erze.ch.n:
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Zentraleinheit 26 zurückzustellen, wie dies weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung der Stromversorgungsschaltung
5o genauer beschrieben wird.
Der Zwischenspeicher 152 im AusgangsZwischenmodul 34 erzeugt
das SCON-Signal für den Analog-Digitalumsetzer 38, um in diesem
die Datenumsetzung zu starten. Ferner werden an drei Ausgängen des Zwischenspeichers 152 die Adressenbits ADRO, ADRl
und ADR2 der MUX ADR Sammelleitung bereitgestellt. Das Signal ZCONT wird von dem Zwischenspeicher 152 dem Analog-Multiplexer
73 für die Stromstärkeeingänge zugeführt. Der binäre Zustand 1 des ZCONT-Signals läßt die Stromstärkeeingangssignale I-, Iß
und !„ Abtast- und Halteschaltungen 69, 7o und 71 passieren.
Der binäre Zustand Null des ZCONT-Signals erdet die Stromstärkeeingänge der Abtast- und Halteschaltungen 59, 7o und 71. Das
HOLD-Signal von dem Zwischenspeicher 152 wird gleichzeitig den sechs Abtast- und Halteschaltungen 66 bis 71 zugeführt,
um ein Abtastsignal zu bewirken,- wobei der binäre Zustand 1 des Signals die Halteoperation bewirkt und der binäre Zustand
Null ein Nachführen der Abtast- und Halteschaltungen zuläßt oder bewirkt, daß die analogen Ausgangswerte den analogen
Eingangswerten direkt folgen.
Im folgenden wird nun die Stromversorgungseinheit 5o, die in
der Fig. 1 allgemein dargestellt ist, beschrieben. Gemäß der Fig. 1 liefert die Stromversorgungseinheit 5o Gleichspannungen
von +5V und +15 V an ihren Ausgängen. Diese Gleichspannungen werden unter Verwendung von Standarddiodenbrückenschaltungen
und Festkörperstabilisierungsschaltungen erzeugt, die mit dem Eingang 52 verbunden sind, an dem die primäre Spannungsquelle mit einer Wechselspannung von 12o V und 6o Hz anliegt.
Eine starke Filterung unter Verwendung konventioneller Filtertechniken mit Kondensatoren bewirkt eine ausreichende Energie-
A speicherung
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■ 50-
speicherung, um bis zu einem Grenzwert von 3o bis bo Millisekunden
die Ausgangsspannung im Falle einer momentanen Unterbrechung der Primärspannung an dem Eingang 52 zu halten. Bei
längerem Ausfall der Primärspannung kann die Batterie 54 eine Gleichspannung von +5V liefern, die ausschließlich dazu verwendet
wird, den RAM-Speicher 23 zu versorgen und die in diesen Speicher eingespeicherte Information während des Stromausfalles
zu erhalten. Batterienotstromschaltungen, die für die Verwendung in der Stromversorgungseinheit 5o geeignet
sind, sind in den im Zusammenhang mit dem nach Art eines Magnetaufzeichnungsgerätes
ausgebildeten Impulsempfängers 58 genannten US-Patentschriften beschrieben.
In den Fig. 3A und 3B sind zwei Überwachungsschaltungen zur überwachung des Zustandes der Stromversorgungseinheit in Form
elektrischer Schaltungsdiagramme dargestellt. Fig. 3A zeigt Komparatoren ISo und 181 in Form von Operationsverstärkern,
deren jeder eine Hälfte eines 3auteils des Typs SN 74 7 bildet. Die drei Gleichstromausgangsspannungen der Stromversorgungseinheit 5o werden summiert und beiden invertierenden Eingängen
182 bzw. 183 der Operationsverstärker ISo und 181 zugeführt.
Die Ausgangssignale der Operationsverstärker werden über Widerstände
134 bzw. 185 der jeweiligen Basis-Vorspannungsschaltung eines NPN-Transistors 186 bzw. eines PNP-Transistors
zugeführt. Die Emitter-Kollektor-Schaltungen der Transistoren sind in Reihe mit einer Leuchtdiode geschaltet, welche die
in der Fig. 1 ebenfalls dargestellte Kontrollampe 53 bildet. Die +SV-Ausgangsspannung liegt an einem Spannungsteiler mit
in Reihe geschalteten Widerständen 188 und 189 an. Ein zweiter Spannungsteiler mit in Reihe geschalteten Widerständen 19 8 und
199 liegt zwischen den Potentialen -15V und +15V. Die miteinander verbundenen Abgriffspunkte der Spannungsteiler
erzeugen
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erzeugen eine Referenzspannung von 3 Volt, wenn die Ausgangsspannungen
richtig stabilisiert sind. Die Spannung von +15V liegt an einem Spannungsteiler mit den Widerständen 191, 192
und 193 an, wobei die Verbindung zwischen den Widerständen 191 und 192 eine Bezugsspannung von +4V abgibt, die an dem
nicht invertierenden Eingang 194 des Operationsverstärkers ISo anliegt. Die Verbindung zwischen den Widerständen 192 und
gibt eine Bezugsspannung von+2V ab, die an dem nicht invertierenden
Eingang 195 des Operationsverstärkers 181 anliegt. Die +3V-Bezugsspannung an dem Abgriff zwischen den Widerständen
183 und 189 wird über gleiche Widerstandswerte aufweisende Widerstände. 196 und 197 an die invertierenden Eingänge 182
bzw. 183 angelegt. Die Transistoren 186 und 187 werden solange leibend gehalten, solange die von der Stromversorgungseinheit
5o gelieferte Gleichspannung auf dem richtigen Wert stabilisiert ist, so daß die 3V-Bezugsspannung nicht einen Wert jenseits
der Vergleichsspannung mit den Werten +2V bzw. +4V annimmt. Solange beide Transistoren 186 und 187 leitend sind,
leuchtet die Kontrollampe 53 auf.
Fig. 3B zeigt die Überwachungsschaltung der Stromversorgungseinheit zur Überwachung eines Ausfalls der primären Wechselspannung
von 12o Volt für die Stromversorgungseinheit. An den Eingängen 2oo liegt eine Wechselspannung von 12o Volt an. Die
Eingangsspannung wird durch Dioden 2ol und 2o2 und den in Reihe hierzu geschalteten Widerstand 2o3 gleichgerichtet und geglättet.
Die Gleichrichterschaltung ist mit einem optischen Koppler des Typs MCT-2 der Firma Monsanto Corporation verbunden und
umfaßt eine Leuchtdiode, die an die Eingangshalbwelle der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist. Ein Fototransistor
bildet den Ausgang des optischen Kopplers 2o5 und ist parallel zu einem Kondensator 2o6 geschaltet, der seinerseits über einen
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Widerstand 2o7 an eine Bezugsspannung von +5V angeschlossen ist. Der Kondensator 2o6 wird von der +5V-Spannungsquelle über
den Widerstand 2o7 während der Halbwelle aufgeladen, während der der Koppler 2o5 nicht leitend ist. Der Kondensator 2o6
entlädt sich über den Fototransistor des Kopplers 2o5, wenn dieser während der anderen Halbwelle der Primärspannung leitend
ist. Die Kondensatorspannung liegt über einem Widerstand
2o8 an einem von einem Operationsverstärker des Typs SN 741 gebildeten Komparator 2o9 an. Der Widerstand 2o8 ist dabei mit
dem invertierenden Eingang des Komparators 2o9 verbunden, während an dem nicht invertierenden Eingang über einen Widerstand
21o eine Spannung von +3V anliegt, die von der in Zusammenhang
mit der Fig. 3A genannten Bezugsspannung von +3V gebildet wird. Die Komparatorschaltung 2o9 umfaßt einen Widerstand
und eine Diode 212, die in der dargestellten Weise parallel zueinander zwischen den nicht invertierenden Eingang und den
Ausgang des Operationsverstärkers geschaltet sind. Die Schaltung 2o9 zeigt das Verhalten eines Komparators. Dem optischen
Koppler 2o5 werden Halbwellen einer gleichgerichteten Wechselspannung von βο Hz zugeführt. Dabei bleiben die Lade- und Entladespannungen
an dem Kondensator 2o6 unterhalb der Bezugsspannung von +3V. Wenn die Zuführung der Primärspannung von
12o Volt gestoppt oder unterbrochen wird, steigt die Spannung an dem Kondensator 2oö in etwa 2o Millisekunden nach dem Durchgang
der letzten Halbwelle durch den Koppler 2o5 auf einen Wert von über +3V an. Dies bewirkt, daß der Komparator 2o9
an seinem Ausgang auf einen Wert schaltet, der um den Betrag des Spannungsabfalls an der Diode 212 unter dem binären Erdungs-
oder Nullwert liegt.
Der Ausgang des Komparators 2o9 erzeugt das PWRF-Signal (Spannungsausfall-Signal)
. Ferner wird das Ausgangssignal des
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!Comparators dem Eingang einer Torschaltung 214 zugeführt. Ein
zweiter Eingang der Torschaltung 214 erhält das Stopp-Signal von dem Ausgangszwischenmodul 34. Das PWRF-Signal des Komparators
2o9 wird demEingangszwischenmodul 32 zugeführt. Das
PWRF-Signal hat einen niedrigen Wahrheitswert, der dann auftritt, wenn eine Unterbrechung der Primärspannung von 12o Volt über langer als 2o Millisekunden erfolgt. Die Meßeinrichtung 2o registriert das Vorhandensein des PWRF-Signales und löst
ihrerseits das STOP-Signal an dem Ausgangszwischenmodul 34
aus, das einen hohen Wahrheitswert hat, wie oben beschrieben wurde. Der niedrige Wahrheitswert oder der binäre Wert Null
des PWRF-Signals und der hohe Wahrheitswert oder binäre Wert 1 des STOP-Signals erzeugen an der Torschaltung 214 ein Ausgangssignal mit einem niedrigen Wahrheitswert, das dem SYSINT-Signal entspricht, das dem D-Eingang des Zeitgebers 3o zugeführt wird. Dies wiederum löst die Abgabe des RESTART-Signals aus, um die Zentraleinheit 26 zurückzustellen. Der momentane Spannungsübertrag während mindestens 3o bis 5o Millisekunden aufgrund der hohen Ausgangsfilterung der Stromversorgungseinheit 5o gewährleistet, daß die Zentraleinheit 26 Zeit
genug hat, um ihre Rückstellung zu bewirken, bevor der kurzzeitige Spannungsübertrag von der Stromversorgungseinheit 5o zu der Meßeinrichtung 2o beendet ist. Wenn die Primärspannung zurückkehrt, bevor der momentane Spannungsübertrag ausgelaufen ist, nimmt das SYSINT-Signal einen hohen binären Wert an und das RESTART-Signal wird freigegeben, so daß die Zentraleinheit 26 ihre Arbeit wieder aufnehmen kann» Um es kurz zusammenzufassen: Ein Ausfall der Primärspannung erzeugt das PWRF-Signal, um das STOP-Signal und durch dieses wiederum die Signale SYSINT und RESTART auszulösen und damit die Zentraleinheit 26 in
PWRF-Signal hat einen niedrigen Wahrheitswert, der dann auftritt, wenn eine Unterbrechung der Primärspannung von 12o Volt über langer als 2o Millisekunden erfolgt. Die Meßeinrichtung 2o registriert das Vorhandensein des PWRF-Signales und löst
ihrerseits das STOP-Signal an dem Ausgangszwischenmodul 34
aus, das einen hohen Wahrheitswert hat, wie oben beschrieben wurde. Der niedrige Wahrheitswert oder der binäre Wert Null
des PWRF-Signals und der hohe Wahrheitswert oder binäre Wert 1 des STOP-Signals erzeugen an der Torschaltung 214 ein Ausgangssignal mit einem niedrigen Wahrheitswert, das dem SYSINT-Signal entspricht, das dem D-Eingang des Zeitgebers 3o zugeführt wird. Dies wiederum löst die Abgabe des RESTART-Signals aus, um die Zentraleinheit 26 zurückzustellen. Der momentane Spannungsübertrag während mindestens 3o bis 5o Millisekunden aufgrund der hohen Ausgangsfilterung der Stromversorgungseinheit 5o gewährleistet, daß die Zentraleinheit 26 Zeit
genug hat, um ihre Rückstellung zu bewirken, bevor der kurzzeitige Spannungsübertrag von der Stromversorgungseinheit 5o zu der Meßeinrichtung 2o beendet ist. Wenn die Primärspannung zurückkehrt, bevor der momentane Spannungsübertrag ausgelaufen ist, nimmt das SYSINT-Signal einen hohen binären Wert an und das RESTART-Signal wird freigegeben, so daß die Zentraleinheit 26 ihre Arbeit wieder aufnehmen kann» Um es kurz zusammenzufassen: Ein Ausfall der Primärspannung erzeugt das PWRF-Signal, um das STOP-Signal und durch dieses wiederum die Signale SYSINT und RESTART auszulösen und damit die Zentraleinheit 26 in
den bekannten Ruckstellzustand zu versetzen dem ein Leerlauf- *
programm IDLE folgt= Dieses bewirkt einen neuerlichen Start der
Zentraleinheit
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Zentraleinheit 26, damit diese die intern einprogrammierten
Anlaufschritte durchläuft und synchron mit den übrigen Gerätefunktionen
wieder zu arbeiten beginnt. Wenn die Stromversorgung für die Zentraleinheit 26 verloren geht, ohne daß
die Zentraleinheit 26 in den Ruckstellzustand zurückkehrt,
wäre die Meßeinrichtung nicht fähig, nach dem Spannungsausfall wieder zu starten, da die Programmfolge unterbrochen und
das System nicht in der Lage wäre, an der richtigen Stelle wieder zu beginnen.
Im folgenden soll nun die Arbeitsweise der Meßeinrichtung beschrieben
werden. Die Meßeinrichtung 2o arbeitet nach einer vorbestimmten einprogrammierten Abfolge von Arbeitsschritten,
um Parameter einer Menge an elektrischer Energie zu messen, die in einem Mehrphasen-Stromversorgungsnetz bereitgestellt
oder verbraucht wurde. Die Meßeinrichtung tastet asynchron oder zu willkürlichen Zeitpunkten die Momentanwerte der Komponenten
von Spannung und Stromstärke eines mehrphasigen Wechselstromes ab, digitalisiert der Reihe nach die abgetasteten
Momentanwerte, führt eine Echtzeitberechnung der die Menge an elektrischer Energie kennzeichnenden Parameter umfassend
den Energieverbrauch in Kilowattstunden, den Leistungsbedarf in Kilowatt, Q-3tunden und Volt-Quadrat-Stunden durch, erzeugt
als Ausgangssignale die berechneten Parameter darstellende
Datenimpulse, bringt die aufsummierten Werte der berechneten
Parameter kontinuierlich auf den neuesten Stand, wobei die Werte zur numerischen Vfiedergabe der Bent Zeitwerte in einem
BCD-Code dargestellt sind, überwacht die Abfolge der Arbeitsschritte der Meßeinrichtung und schützt die Meßeinrichtung
gegen fehlerhafte Betriebsabläufe im Falle eines Ausfalles der Stromversorgung für die Meßeinrichtung. Da die Programmsteuer-
und -recheneinheit 24 einen Mikrocomputer oder Mikro-
prozessor
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Λ Unser Zeichen: WSl 2IP-1751
prozessor verwendet, wird für ihren Betrieb eine Folge von Instruktionen benötigt. Für eine genaue Erläuterung der
charakteristischen Basisoperationen und der Programminstruktionen für den internen Betriebsablauf des Mikroprozessors
wird auf die oben genannten Veröffentlichungen der Firma
Texas Instruments Inc. über den Mikroprozessor TMS 99oo verwiesen. Die Programmsteuer- und -recheneinheit 24 besitzt
einen Aufbau,der im wesentlichen dem Mikroprozessor TMS 99oo
entspricht, wie er in der genannten Veröffentlichung Application Report Bulletin CA-184 beschrieben ist mit Ausnahme
der oben beschriebenen Einzelheiten der Einheit 24. Das Programm mit den Instruktionen für den Betrieb der Meßeinrichtung
ist ständig in dem programmierbaren Festwertspeicher 27 gespeichert. Die bekannten und beschriebenen
Instruktionen für die Mikroprozessoreinheit 24 sind in dem programmierbaren Festwertspeicher 27 entsprechend den Richtlinien
und Instruktionen des Herstellers gespeichert. Die Folge der Arbeitsschritte und das Programm für die speziellen
Arbeitsvorgänge in der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung 2o sind hier nicht beschrieben, um die Beschreibung zu vereinfachen
und da detaillierte Informationen über den Mikroprozessor erhältlich sind, wie oben beschrieben wurde. Während
der programmierbare Festwertspeicher ständig programmiert ist, stellt der RAM-Speicher 28 einen Schreib-Lese-Speicher
zur temporären Speicherung von achtunddreißig Systemkonstanten dar, die in dem PROM-Speicher 27 permanent gespeichert
sind. Darüberhinaus bietet der RAM-Speicher 28 Speicherplätze für die temporäre Speicherung anderer Daten und Zwischenwerte
sowie für die Durchführung von Rechenoperationen.
Das die zeitliche Impulsabfolge in der Einrichtung gemäß den Fig. 2A und 2B darstellende Impuls-Zeit-Diagramm zeigt, daß
nach dem
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S.'.it- JO Unser Zeichen:
■56-
Auslösen eines TIMR-Signales durch das System ein HOLD-Signal
erzeugt wird, um den Abtastzeitpunkt auszulösen. Bei dem hier verwendeten mit einer Zufallsverteilung oder asynchron arbeitenden
Abtastverfahren wird der Zeitpunkt,zu dem ein HOLD-Signal nach dem Auftreten des TIMR-Signals erzeugt wird, gemäß
einer Zufallsverteilung verzögert. Unter willkürlicher oder gemäß einer Zufallsverteilung erfolgender Abtastung soll hier
verstanden werden, daß das Abtasten in ungleichen Abtastintervallen erfolgt, die unabhängig von der Phase, der Frequenz
und den Oberschwingungen der Eingangssignal sind und die
daher als asynchron bezeichnet werden.
Die willkürliche Verzögerung des auf das Auftreten eines TIMR-Signals
folgenden Zeitraumes durch ein Verzögerungsprogramm wird dadurch erreicht, daß in der Programmsteuer- und -recheneinheit
24 ein Zufallsdatengenerator verwendet wird. Beispielsweise folgen auf jede Abtastzeit Berechnungen der Parameter,
die binäre Zufallszahlen erzeugen. In dem vorliegenden Verfahren werden die . vier Bits mit der geringsten Signifikanz
der Adresse des KViH-Akkumulator registers in dem RAM-Speicher
als Drei-Bit-Zahlen mit einem Vorzeichenbit behandelt, um eine Folge von sechzehn Vier-Bit-Daten mit einem
Mittelwert Null zu bilden. Indem eine Adresse für jeden von fünfzehn Null-Operations-Befehlen (im weiteren als NOP-Befehle
bezeichnet) des Mikroprozessors vorgesehen wird, kann die Zentraleinheit 26 die Zeit zwischen dem Beginn eines TIMR-Signals
und dem AuslöseZeitpunkt eines HOLD-Signals verändern.
In der Praxis verändert dies die Abtastintervalle um etwa + einundzwanzig Mikrosekunden um eine mittlere Zeitdauer des
Abtastintervalls, da die NOP-Befehle des Mikroprozessors zehn Taktzyklen bei 3,3 MHz benötigen, was etwa drei Mikrosekunden
entspricht.
Nachdem
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Nachdem die Eingangsvariablen abgetastet, digitalisiert und für weitere Berechnungen gespeichert worden sind, v/erden die
drei Parameter der zu messenden elektrischen Energie, die an den Ausgängen der Meßeinrichtung 2o abgegeben werden, in einem
gemeinsamen Rechenprogramm berechnet. Dasselbe Rechenprogramm
kann auch mit geringen Abänderungen für die Berechnung jedes der Parameter verwendet werden. Folglich müssen nur die Parameter
in der richtigen Reihenfolge dem Rechenprogramm zugeführt werden, welches die Berechnungen durchführt.
Es werden als Ausgangssignals Datenimpulse erzeugt, deren Perioden der linderungsrate der gemäß den folgenden Gleichungen
berechneten Größen proportional sind. Die in der Meßeinrichtung 2o berechneten Gleichungen sind:
A30KW = (VAA*ο ΙΑ*+ν3*. IB*+VC*. Ic)/ (Konstante =335)
(-VB*· Ic*)]/ (Konstante = 335)
wobei die Größen V und I die abgetasteten Momentanwerte der Eingangsspannungen und Eingangsstromstärken bezeichnen
und die Großen X und Y jeweils den Wert Null haben. Delta bezeichnet jeweils die Zuwachsgröße.
Man sieht, daß in jeder der vorstehend aufgeführten Gleichungen
die Summe dreier Produkte berechnet wird und daß die Summe durch eine Konstante dividiert wird, die durch die Amplituden
der Eingangssignale und die die Grenzwerte bildenden sechzehn Bit-Daten bestimmt wird, mit denen die berechneten Werte verglichen
werden. Die Zuwachswerte Δ sind die berechneten Momen-
80S833/0901 tanwerte
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S.MI.» γζ Unser Zeichen: VVS121P-1751
tanwerte von KW, Q und Volt . Die Aufsummierung der für
jedes Abtastintervall berechneten 2uwachsgrößen A. liefert die Zeitintegrale über die Kilowattwerte, Q-Werte und Volt-Quadrat-Werte,
um die gewünschten gemessenen Parameter, nämlich die Kilowattstunden-Werte, Q-Stundenwerte und Volt-Quadrat-Stundenwerte
zu erzeugen. In der letzten Gleichung wird nur der Wert des Quadrates der Spannung der Phase A berechnet. Daher
sind die beiden die Größen X und Y einschließenden Ausdrucke in der Gleichung nullgesetzt, um diese Gleichung mit
dem gemeinsamen Rechenprogramm berechnen zu können. Wie bei der Messung elektrischer Energie bekannt ist, werden momentane
Zuwachsgrößen ermittelt und über einen Zeitraum aufsummiert,
um ein Zeitintegral eines Parameters einer Strommenge zu erhalten. Folglich werden die Momentanwerte der Eingangssignale
abgetastet und bei der Berechnung der obenstehenden Gleichungen verwendet. Die Ergebnisse dieser Berechnungen werden in
variablen Äkkumulatorregistern gespeichert. Wenn vorbestimmte
Grenzwerte in den Akkumulatorregistern erreicht sind, werden Ausgangsimpulse erzeugt, wobei die Akkumulatorregister den über
den Grenzwert hinausgehenden Rest zurückbehalten und zu einer neu zu bildenden Summe hinzufügen. Die Schaltungen für die Erzeugung
der Ausgangsimpulse sind so ausgebildet, daß sie die Richtung des Stromes oder den binären Zustand ändern, wenn der
Grenzwert des zugehörigen Akkumulatorregisters erreicht wird.
In Fig. 4 ist die Impulszeitfolge der in Fig. 2A aufgeführten
Signale dargestellt, die die willkürliche und asynchrone Abtastung der Eingangssignale bewirken. Die in der Fig. 4 am
weitesten oben dargestellten Impulse sind die TIMR-Abtasttaktimpulse,
die von dem Abtastzeitgeber 46 erzeugt werden. Wenn das TIMR-Signal zum Zeitpunkt TO einenniedrigen Wert annimmt,
würde bei nicht vorhandener willkürlicher Verzögerung
das System 809839/0901
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das System normalerweise mit der Erzeugung eines RINT-Signals
antworten. Die in der Fig. 4 dargestellten Zeiträume sind natürlich nicht maßstabsgetreu, sondern dienen lediglich zur
Erläuterung der Beschreibung des Ablaufs der willkürlichen Zeitverzögerung zur Erzeugung willkürlicher Abtastintervalle.
Entsprechend folgt auf den der Abstiegsflanke des TIMR-Signals
entsprechenden Zeitpunkt TO eine von dem Zufallszahlengenerator abgeleitete Zeitverzögerung, wobei dieser in der oben
beschriebenen Weise Zufallszahlen mit einem Mittelwert Null
erzeugt. Es kann eine Verzögerung von längstens 45 Mikrosekunden erreicht werden, um zum Zeitpunkt Tl die Anstiegsflanke des TIMR-Impulses zu erzeugen. Die gestrichelte Linie
Tl1 zeigt die minimal erreichbare Verzögerung und die gestrichelte Linie entsprechend dem Zeitpunkt Tl" den Mittelwert
der Verzögerung an, die dem Mittelwert entspricht, der bei der oben beschriebenen Zufallszahlenbildung erreicht wird.
Es ist zu bemerken, daß bei Beendigung des TIMR-Impulses zu den früheren Zeitpunkten Tl1 oder Tl" das RINT-Signal und
das HOLD-Signal sowie die restlichen in Fig. 4 dargestellten Signale entsprechend früher ausgelöst würden. Diese früheren
Zeitpunkte wurden in Fig. 4 aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt.
Am Ende des Zeitverzögerungsprogramms wird das RINT-Signal ausgelöst, das einen positiven Wert annimmt und die Rückstellung
des Zeitgebers 46 sowie die Rückkehr des TIMR-Signals in den binären Zustand Null bewirkt. Zu einem Zeitpunkt
T2, der in einem im wesentlichen festen konstanten Zeitraum auf das Auftreten des RINT-Signals folgt, wird das
HQLD-Signal ausgelöst, um das Abtastintervall 1 zu starten.
Gleichzeitig wird das SCON-Signal dem Analog-Digital-Umsetzer
zugeführt 809839/0901
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fco-
zugeführt. Am Ende jedes abgetasteten Eingangswertes wird
ein STAT-Signal erzeugt. Das HOLD-Signal nimmt einen niedrigen
binären Wert an, um die Abtast- und Halteschaltungen zum Zeitpunkt T3 freizugeben. Danach wartet die Meßeinrichtung
auf die Zeitsperre des TIMR-Signals zum Zeitpunkt T4, um das Abtastintervall 2 einzuleiten. Zum Zeitpunkt
T4 löst der Abtastzeitgeber 46 ein weiteres TIMR-Signal mit
niedrigem Wert aus, worauf das Unterprogramm zur Erzeugung einer willkürlichen Verzögerung ausgeführt und das RINT-Signal
zum Zeiptunkt T5 ausgelöst wird, um das TIMR-Signal wieder auf Null zu stellen und ein HOLD-Signal zum Zeitpunkt Τβ auszulösen,
so daß die Zeit zwischen T2 und T6 das Abtastintervall· 1 definiert.
Die willkürliche Zeitverzögerung bei der Erzeugung willkürlicher
Abtastintervalle ist beispielsweise die Zeit zwischen dem Zeitpunkt TO und dem Zeitpunkt Tl , d.h. dem Beginn
des TIMR-Signals und dem Beginn des RINT-Signals. Eine weitere
willkürliche Zeitverzögerung ist der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten T4 und T5. Die anderen dargestellten Zeiträume
sind während des Betriebs der Meßeinrichtung im wesentlichen konstant. Das HOLD-Signal wird zum Zeitpunkt To gleichzeitig
mit dem auf es folgenden SCON-Signal zum Starten der Analog-Digital-Umsetzung
ausgelöst. Hierauf folgt das STAT-Signal. Die Freigabe des IIOLD-Signals erfolgt zum Zeitpunkt T7, worauf
die Meßeinrichtung auf die Zeitsperre eines v/eiteren TIMR-Signals zum Zeitpunkt T8 wartet, das zum Zeitpunkt T9 mit
der Auslösung eines weiteren RINT-Signales nach Ablauf einer
willkürlichen Zeitverzögerung endet. Auf das RINT-Signal wird ein weiteres HOLD-Signal zum Zeitpunkt TIo ausgelöst,
welches das Abtastintervall 2 beendet.
In der vorstehend beschriebenen Meßeinrichtung kann der Zeitmittelwert
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So.lo #1
Unser Ze.chen: WSl 21P-1751
mittelwert für die willkürlichen Abtastintervalle beispielsweise
zwischen den Zeitpunkten T2 und T6 bzw. den Zeitpunkten T6 und TIo zwischen einer, eineinhalb und drei Millisekunden
variiert werden, wobei der Zeitmittelwert eines Abtastintervalles bei etwa 2,5 Millisekunden in einer bevorzugten Ausführungsforn
der vorliegenden Erfindung liegt. Veränderungen an den Ausgängen der Zähleranordnung im Bereich der Anschlüsse
122 und 126 in der Abtastzeitgeberschaltung 46 bewirken Änderungen in der Zeitdauer der TIMR-Impulse, die der Rückstellung
der RINT-Signale folgen. Die durch die willkürliche Zeitverzögerung
hervorgerufenen Änderungen des Mittelwertes betragen etwa + einundzwanzig Mikrosekunden, um die der Mittelwert des
Abtastintervalls verkürzt oder verlängert wird. Die maximale Schwankung zwischen zwei Abtastintervallen beträgt also etwa
45 Mikrosekunden oder annähernd den einem elektrischen Grad bei 6o Hz entsprechenden Zeitraum. Dadurch wird die Genauigkeit
der von der Meßeinrichtung 2o ermittelten Vierte erhöht und vermieden, daß die Spannungs- und Stromstärkekomponenten
der gemessenen Stromgröße an den gleichen abgetasteten Punkt eines 6o-Hz-Zyklus gemessen werden, wobei bekannt ist, daß
diese Frequenz in Stromversorgungsnetzen leicht schwankt.
Die erfindungsgemäß zu willkürlichen Zeitpunkten und asynchron erfolgende Abtastung ist unabhängig von der Phase, der Grundfrequenz
oder der Oberschwingungen der Grundfrequenz der Eingangssignale.
Mit einer begrenzten Anzahl von Abtastungen während jedes Zyklus der Eingangssignale ergibt eine gegebene
Anzahl von zu willkürlichen Zeitpunkten abgetasteten Momentansignalwerten in binärer Darstellung eine höhere Genauigkeit
gegenüber der selben Anzahl von abgetasteten Werten, die synchron mit den Eingangssignalen abgetastet werden und dieselben
Phasenbeziehungen bezüglich der abgetasteten Signale
haben.
8088 3 3/0901
FLEUCHAUS & WEHSER
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, 62-
haben. Die Abtastung zu willkürlichen Zeitpunkten verhindert fehlerhafte Ergebnisse, wenn die Eingangssignale stark von
der idealen Sinusform abweichen. Es ist bekannt, daß diese Verzerrungen von einigen Typen eletrischer Verbraucher erzeugt
werden, beispielsweise solcher Verbraucher, die Festkörperschaltungsvorrichtungen
besitzen oder in einem weiten Bereich variierende impedanzCharakteristiken haben. Wenn ferner
bekannt ist, daß die Abtastzeitpunkte regelmäßig aufeinander folgen anstatt gemäß einer Zufallsverteilung, würde dies eine
Gelegenheit für jene Kunden des Stromversorgungsnetzes bieten, die keine Skrupel haben, ihre VerbrauchsCharakteristiken zu
variieren, um wahrheitsgemäße Meßergebnisse zu regelmäßigen Abtastzeitpunkten zu vermeiden und die auf diese Weise korrekte
Ergebnisse des Meßsystems verhindern, wie dies in der Vergangenheit vorgekommen ist.
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ι - 63-..
Leerseite
Claims (28)
- PatentanspracheWechselstrommeßeinrichtung unter Verwendung digitaler Datenverarbeitung zur Messung mindestens eines Parameters einer Menge an Wechselstromenergie in einem Stromversorgungsnetz., gekennzeichnet durch eine Signalabtasteinrichtung (22, 66 bis 71, 76) mit Signaleingängen und Signalausgängen, wobei die Signaleingänge Eingangssignale in Form von Spannungs- oder Stromstärkekomponenten (V7., V ..., I,, In .·.) der Viechseistromenergiemenge empfangen und die Ausgänge Momentanwerte der Eingangsspannungs- und Eingangsstromstärkesignale abgeben, wenn die Signalabtasteinrichtung in ihren Abtastzustand versetzt ist, einen Analog-Digital-Umsetzer 38 zur binären Darstellung der momentanen Signalwerte, einen Abtastzeitgeber (46) zur Erzeugung von Zeitsignalen (TIMR) in gemäß einer Zufallsverteilung variierenden Intervallen, wobei die Zeitsignale (TIMR) den Abtastzustand der Signalabtasteinrichtung (22, (56 bis 71, 76) zu gemäß einer Zufalls-verteilung809839/0901FLEUCHAUS & WEHSERPatentanwälteUnser Ze,chen. WS121P-17513·verteilung auftretenden Abtastzeitpunkten herstellen, eine Rechenanordnung (24) zur Berechnung einer Zuwachsgrö3e des Eingangssignal aus dessen binärer Darstellung zu jedem AbtastZeitpunkt, eine Akkumulator-Anordnung (28), die jede so berechnete Zuwachsgröße (Δ) aufnimmt, um Gesamtwerte der Zuwachsgröße (Δ) zu speichern, wobei die Gesamtwerte ein Zeitintegral über die Teilsummen jeder berechneten Zuwachsgröße (Δ) darstellen, die aufgenommen wird, um Meßwerte des Parameters zu erzeugen, und eine Ausgabeanordnung (42, 56), die auf die Gesamtwerte in der Akkumulator-Anordnung (23) anspricht, um den gemessenen Parameterwerten entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen.
- 2. v-iechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Eingangsspannungsund Eingangsstromstärkesignale Mehrphasen-Komponenten (V , V ,..., I , I , ...) einer Mehrphasigen Energiemengesind und daß die Ausgangsdatensignale den vorbestimmten Parameter der mehrphasigen 3nergieinenge darstellen.
- 3. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Wiedergabeeinrichtung (42) fur eine numerische Anzeige aufweist, die auf einen gemessenen Parameterwert anspricht und einen entsprechenden numerischen Ablesewert der Gesamtwerte erzeugt.
- 4. Wechselstrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn z-ei chnet , daß die Ausgangsdatensignale von Impulsen gebildet sind, die jeweils einen vorbestimmten Wert des zu messenden Parameters entsprechen.809839/0901FLEUCH AUS & WEHSERPatentanwälteSoil·.1 JrUnser Zeichen:3-
- 5. Viechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Akkumulatoranordnung (28) die Gesamtwerte der Teilsunnen jeder berechneten Zuwachsgröße (Δ^ speichert, um Echt-Zeit-Gesamtwerte des zu messenden Parameters zu speicnern, daß die Wechselstrommeßeinrichtung (2o) die gespeicherten Gesamtwerte in der Akkumulatoranordnung (23) begrenzt und daß jeweils ein Ausgangsdatenimpuls erzeugt wird, wenn die Grenze für den jeweiligen Gesamtwert erreicht ist.
- 6. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Gesamtwerte ein Zeitintegral übrr die Teilsummen jeder der Vielzahl von berechneten Zuwachsgrößen (Δ/ ist, die empfangen werden, um Meßwerte für jeden Parameter der Energiemenge zu erzeugen, und daß die Ausgabeanordnung (42, 56) auf die getrennt gespeicherten Gesamtwerte der Akkumulatoranordnung (28) anspricht, um eine Vielzahl von Ausgangsdatensignalen zu erzeugen, welche den Meßwerten jedes der Vielzahl von Parametern entsprechen.
- 7. Wechselstrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Wiedergabeauswahlanordnung (159) zur selektiven Darstellung eines einem der Gesamtwerte entsprechenden Ablesewerte aufweist, um dadurch selektiv einen der Parameter (Kilowattstunden, Q-Stunden, Volt -Stunden) darzustellen.
- 8. Wechselstrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine Empfangsanordnung (142) zum Empfang von Verbrauchsintervallimpulsen (DINT) vorgesehen ist und daß die Akkumulatoranordnung (28) Meßwerte eines weiteren Parameters (Spitzenleistungsbedarf)gespeichertFLEUCHAUS & WEHSERPatentanwälteSi'ili» 7Unser Zeichen:gespeichert hält, wobei die Akkumulator-Anordnung (28) ein erstes Akkumulator-Register zur Speicherung jedes der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verbrauchsintervallimpulsen (DIWT) auftretenden Gesamtwertes der Kilowattstundenwerte und ein zweites Akkumulator-Register zur Speicherung des höchsten Gesamtwertes der Kilowattstundenwerte aufweist, die in dem ersten Akkumulator-Register gespeichert sind.
- 9. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine manuell betätigbare Steuereinrichtung (4o) zur Verbrauchsnullstellung, um das erste und zweite Akkumulator-Register zu löschen.
- 10. Wechselstrommeßexnrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsdatensignale eine Mehrzahl von binären Impulsen mit zwei einander entgegengesetzten Zuständen sind.
- 11. Wechselstrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Io, dadurch gekennzeichnet , daß eine Magnetaufzeichnungseinheit (53) mit einer Mehrzahl von Aufzeichnungsköpfen (Hl, H2, ...) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit des jeweiligen binären Zustandes einer Mehrzahl von Ausgangsdatensignalen Strom in entgegengesetzten Richtungen leiten, um NRZ (ohne -Rückkehr-zu -Null)-Aufzeichnungen der Ausgangsdatensignale zu bewirken.
- 12. Wechselstrommeßeinrichtunq nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetaufzeichnungseinheit (58) einen Generator (44) zur Erzeugung von Verbrauchsintervallimpulsen (DINT) umfaßt, die der Empfangsanordnung (142) zum Empfang der Verbrauchsintervallimpulse809839/0901(PINT)FLEUCHAUS & WEHSERPatentanwälte 9 ft 1 9 1S,,,, / Unser Zeichen: WS 12IP- 1751(DINT) zugeführt werden, und daß ferner die Magnetaufzeichnungseinheit (5S) einen weiteren Aufzeichnungskopf (H4) aufweist, um die Verbrauchsintervalliinpulse (DINT) gleichzeitig mit der Aufzeichnung der Mehrzahl von Ausgangsdatenimpulsen aufzuzeichnen.
- 13. Wechselstrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Recheneinheit (24) eine Programmsteuer- und -recheneinheit (26, 27) mit einem vorprogrammierten Ablauf von Arbeitsschritten aufweist.
- 14. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Programmsteuer- und -recheneinheit (26, 27) einen Zeitgeber (3o) zur Synchronisierung der Arbeitsschritte der Programmsteuer- und -recheneinheit (26, 27) umfaßt, daß der Zeitgeber (3o) dem Abtastzeitgeber (46) Taktsignale zuführt und daß der Abtastzeitgeber (46) eine Zählschaltung (121, 124) zur Erzeugung der Zeitsignale (TIMR) mit einer Frequenz umfaßt, die in einem vorbestimmten Verhältnis zur Frequenz der Taktsignale steht.
- 15. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Abtastzeitgeber (46) mit der Zählschaltung (121, 12 4) verschiedene vorwählbare Ausgänge (122, 126) zur Auswahl verschiedener fester vorbestimmter Ausgangs frequenzen der -Zeitsignale (TIJlR) umfaßt.
- 16. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die von dem Abtastzeit-809839/0901 s^^FLEUCHAUS & WEHSERSo,.o P•6·Unser Zeichen:geber (46) erzeugten Zeitsignale (TIMR) der Programm-Steuer- und -recheneinheit (26, 27) zugeführt werden, wobei diese mit einer willkürlichen Verzögerung ein Abtaststeuersignal (HOLD) erzeugt und der Signalabtasteinrichtung (22) mit willkürlich variierender Verzögerung nach dem Auftreten der Zeitsignale (TIMR) zuführt sowie ein Rückstellsignal (RILSIT) für den Abtastzeitgeber (4ö) erzeugt.
- 17. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die willkürliche Verzögerung von einem Generator zur Erzeugung einer Folge willkürlich auftretender, einen Mittelwert aufweisender Zahlen (Zufallzahlenfolge) ableitbar ist und durch eine vorbestinmte Größe von verschiedenen Zeitverzögerungsperioden unterscheidbar ist, die jeweils einer der Zahlen der ZufallsZahlenfolge entsprechen, wobei eine der Zahlen der Zufallszahlenfolge vor dem Auftreten des Abtaststeuersignales (HOLD) erfaßt wird, worauf eine entsprechende Seitverzögerungsperiode vor dem Auslösen des Abtaststeuersignales (HOLD) ausgelöst wird.
- IS. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitimpulse von der Signalabtasteinrichtung (22) den Beginn der Zeitverzögerungsperiode auslösen, daß die. verschiedenen Zeitverzögerungsperioden gleiche quantisierte Verzögerungswerte umfassen und daß die willkürlichen Zeitverzögerungsperioden eine vorbestimmte mittlere Abtastintervallzeitdauer erzeugen.
- 19. Viechseistrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß eine809839/0901 S t romver s or gungs s chal tungFLEUCHAUS & WEHSERPatentanwälte 5 9 1 9 1 ? 1Seilt? ti Unser Zeichen:eile η•7Stromversorgungsschaltung (5o) vorgesehen ist, die mit ihrem Eingang an eine Prirruirspannungsquelle in Form eines Wechselstromnetzes angeschlossen ist und an ihrem Ausgang eine Versorgungsspannung an die Festkörperschaltungen der Meßeinrichtung abgibt, wobei die Stromversorgungsschaltung (5o) einen Speicher zur zeitweiligen Speicherung einer Versörgungsspannung für die 2>leßeinrichtung während einer auf einen Ausfall der Primärspannung folgenden Übergangszeit aufweist.
- 20. Wechseistrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Akkumulatoranordnung (28) einen Schreib-Lese-Speicher (28-1, 23-2, ·..) aufweist, der Daten zu speichern vermag, solange er von der Stromversorgungsschaltung (5o) mit Spannung versorgt wird.
- 21. Viechseistrommeßeinrichtung nach Anspruch 2o, dadurchg. ekennzeichnet , daß die Stromversorgungsschaltung eine Batterie (54) umfaßt, die von der Primärspannungsquelle her aufladbar ist und zur Spannungsversorgung des Schreib-Lese-Speichers (23-1, 28-2, ...) nach einem Ausfall der Primärspannung dient.
- 22. Wechselstrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromversorgungsschaltung (5o) eine Überwachungsschaltung zur Erzeugung eines Spannungsausfallsignales bei Ausfall der Primärspannung aufweist.
- 23. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß der Programmsteuer-809839/0901 —FLEUCHAUS & WEHSERPatentanwälte O Q Λ O i O 1ScIo j£ UnserZeichen: WS121P-1751■2-und -recheneinheit (26, 27) das Spannungsausfallsignal (PWRF) zugeführt wird und diese ein Systemstoppsignal (STOP) der Stromversorgungsschaltung (5o) zuführt, und daß die Stromversorgungsschaltung (5o) eine Torschaltung (214) aufweist, die sowohl auf das Spannungsausfallsignal als auch das Systemstoppsignal anspricht, um ein Rückstellsignal (SYSINT) zu erzeugen, das eine Rückstellung der Programmsteuer- und -recheneinheit (26, 27) bewirkt.
- 24. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß der Abtastzeitgeber eine Anordnung (136, 137,129, 131) zur Erzeugung eines zweiten SYSINT-Signals in Abhängigkeit der Tatsache erzeugt, daß eine erste Zeitperiode langer ist als eine zweite Zeitperiode, wobei die zweite Zeitperiode etwa annähernd gleich dem Zeitmittelwert für das von dem Abtastzeitgeber(46} erzeugte Zeitsignal ist und wobei die erste Zeitperiode nur dann auftritt, wenn das Zeitsignal nicht erzeugt wird, um die Programmsteuer- und -recheneinheit (25, 27) zurückzustellen.
- 25. Wechselstrommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß die Recheneinheit einen Festwertspeicher (27-1, 27-2, usw.) zur Speicherung einer Programmfolge von Arbeitsschritten aufweist, der in der Programmsteuer- und -recheneinheit (26, 27) eingeschlossen ist.
- 26. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß die Programmsteuereinheit eine von einem Mikroprozessor gebildete Zentralprozessoreinheit (26) umfaßt, die mit dem Festwertspeieher (27) verbunden ist, und daß die Akkumulatoranordnung (28)809839/0901 sowohlFLEUCHAUS & WEHSERPatentanwälteS.?.to Q/ Unser Zeichen:• 9-sowohl mit dem Festwertspeicher (27) als auch der Zentralprozessoreinheit (26) verbunden ist.
- 27. Wechsels troinineßeinr ich tung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dc<ß der Festwertspeicher (27) permanentgespeicherte Systemkonstanten enthält einschließlich von Grenzwerten für die in der Akkumulatoranordnung gespeicherten Werte.
- 28. Wechselstrommeßeinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekenn zeichnet , daß die Systemkonstanten in der Akkumulatoranordnung (28) speicherbar sind und daß die Folge von Arbeitsschritten der Recheneinheit den Vergleich der in der Akkumulatoranordnung gespeicherten Systemkonstanten mit den in dem Festwertspeicher gespeicherten Systemkonstanten enthält, und daß die Recheneinheit ferner Mittel zur Unterbrechung des weiteren Betriebsablaufes umfaßt, die wirksam werden, wenn die in der Akkumulatoranordnung (28) gespeicherten Konstanten nicht gleich den in dem Festwertspeicher (27) gespeicherten Konstanten sind.809839/0901
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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