CH616509A5

CH616509A5 - Electronic maximum-demand meter

Info

Publication number: CH616509A5
Application number: CH338077A
Authority: CH
Inventors: Artur Dr Ing Seibt
Original assignee: Heliowatt Werke
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1977-03-16
Publication date: 1980-03-31
Also published as: IE44656L; DK127477A; DE2613112B2; GB1524794A; IT1085108B; BE852686A; FR2345724A1; DE2613112A1; IE44656B1; FR2345724B1; NL7702596A

Description

616 509

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektronischer Maximumzähler, bestehend aus einem Kilowattstundenzähler und einem Maximumwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximumwerk einen Mikrocomputer mit integrierten Speichern zur Auswertung der impulsförmig angebotenen Angaben über den Energieverbrauch aufweist, wobei die Steuerung des Mikrocomputers über externe Kodierstecker geschieht und die Augenblicks- und Monatsmaxima digital und/oder analog für eine Anzeige- und Datenspeichereinrichtung ausgegeben werden, und dass der Mikrocomputer bei Netzausfall ein Signal erhalt, das durch Absinken der Netzspannung unter einen festgelegten Wert ausgelöst wird und bewirkt, dass vor dem Zusammenbrechen der Speisespannung die Zahlen- und Logikzustandswerte in den nichtflüchtigen Speicher übertragen werden.

2. Maximumzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein externer Speicher zur Änderung von Programmteilen vorgesehen ist, der eine Programmänderung ohne Austausch des Mikrocomputers gestattet.

3. Maximumzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Messperiode und bei selbsttätiger Rückstellung die Länge einer Rückstellperiode aus einer extern angelieferten Referenzfrequenz berechnet wird.

4. Maximumzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Verwendung in einem Netz mit Rundsteuerung ausgebildet ist, und dass das Maximumwerk aus den Rundsteuerimpulsen die Schaltbefehle dekodiert.

Der Verwendung von Maximumzählern durch Kleinverbraucher von elektrischer Energie steht der relativ hohe Preis der gebräuchlichen mechanischen Geräte entgegen, der bedingt ist durch grossen manuellen Fertigungs- und Justageaufwand. Zur Verminderung dieses Aufwandes und damit zur Schaffung eines ökonomischen Maximumzählers, gemäss der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe, sind elektronische Bauelemente besonders geeignet, wobei eine geforderte Langzeitzuverlässigkeit bei gleichzeitiger wirtschaftlicher Fertigung eines elektronischen Maximumzählers nur dann erzielbar ist, wenn die Zahl der Bauelemente klein gehalten werden kann.

Diese Aufgabe ist durch die Erfindung, wie sie im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert ist, gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemässen Maximumzählers sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Bei elektronischen Maximumzählern besteht die Forderung, dass bei Netzausfall der Zahlenwert des bis dahin aufgelaufenen höchsten Monatsmaximums gespeichert bleiben muss. Zusätzlich sind bestimmte Zustände der Steuerlogik zu speichern, um nach Wiederkehr der Netzspannung den Lauf des Maximumwerkes von der unterbrochenen Stelle an zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig, wenn das Maximumwerk während des monatlichen Übertragens des Monatsmaximums in das mechanische Kumulativzählwerk durch Netzausfall gestört wurde, um die Übertragung falscher Werte zu verhindern. Für den Übertrag einer z.B. max. 4-stelligen Zahl («9999») aus dem elektronischen Monatsspeicher in das Kumulativzählwerk sind bei Schrittgeschwindigkeiten von z.B. 10 ... 20 Hz Zeiten von mehreren Minuten anzusetzen, so dass ein Netzausfall auch während eines Übertrags auftreten kann. Prinzipiell sind zwar auch elektronische Speicher und Anzeigevorrichtungen für das übliche Kumulativzählwerk verwendbar, jedoch besitzen derzeitig weder elektronische Speicher noch Anzeigeelemente eine dem mechanischen Zählwerk vergleichbare Zuverlässigkeit.

Elektronische nichtflüchtige Speicher sind bekannt. Praktische Bedeutung haben solche Speicher erlangt, die in einem speziellen Programmiergerät, d.h. nicht in der eigentlichen Schaltung, gesetzt werden können. Nichtflüchtige Speicher, die wie frei adressierbare Speicher in der Schaltung selbst betrieben werden können, sind z.Zt. noch relativ unzuverlässig. Bekannte Speicher dieser Art haben die Eigenschaft, dass die Zahl der Schreibzyklen begrenzt ist. Es ist nicht möglich, einen solchen Schaltkreis wie einen normalen Speicher zu betreiben, weil die Zahl der nutzbaren Schreibzyklen schnell erreicht wäre. Es darf nur dann ein Schreibbefehl gegeben werden, wenn die Eigenschaft der Speicherung bei Stromausfall tatsächlich benötigt wird. Hierzu muss ein Netzausfall so rechtzeitig erkannt werden, dass bis zum Zusammenbrechen der Speisespannugen der Elektronik alle zu speichernden Werte in den nichtflüchtigen Speicher übertragen sind. Nach dem Stand der derzeitigen Technologie ist es möglich, einen solchen nichtflüchtigen Speicher zusammen mit anderen Metalloxid-Transistoren auf demselben Chip zu integrieren.

Es sind zwei grundsätzliche Ausführungen eines elektronischen Maximumzählers möglich:

1. Ein kundenspezifischer Grossschaltkreis mit einem Maximumwerk in herkömmlicher Digitaltechnik und

2. die Verwendung eines Mikrocomputers.

Hierbei kann die gesamte Schaltung auf einem Chip integriert sein ; es ist aber auch ein Mehrchip-System verwendbar.

Als günstige Lösungen bieten sich an: ein Einchip-Mikro-computer mit auf dem Chip integriertem, nichtflüchtigem Speicher, der elektrisch änderbar ist, oder ein nichtflüchtiger, integrierter Speicher, der in einem speziellen Programmiergerät gesetzt wird, oder ein Einchip-Mikrocomputer mit externem nichtflüchtigem Speicher für die während eines Netzausfalles zu speichernden Werte.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die Ausführung mit einem Mikrocomputer, die gegenüber dem kundenspezifischen Grossschaltkreis wirtschaftlicher ist, da für eine kundenspezifische Anpassung des Mikrocomputers nur eine Maskenänderung seines Programmspeichers erforderlich ist.

Dem elektronischen Maximumwerk werden z.B. von aussen Angaben über den Energieverbrauch zugeführt, z.B. in Gestalt von Läuferscheibenimpulsen des zugeordneten Elektrizitätszählers, eine Impulskonstante als Anpassungsfaktor der aufgenommenen Impulse zur Kennzeichnung des Energieverbrauchs, eine Messperiodenvorgabe und die Netzfrequenz zur Steuerung der Messperiode. Für die Messperiodenvorgabe kann dabei eine Zeitbasiseinrichtung im Maximumzähler vorgesehen werden, die beispielsweise Netzfrequenzimpulse zählt, die dann ein Mass für die Dauer der Messperiode bilden und einem Sollzähler zur vergleichenden Auswertung zugeführt werden. Als weitere Information können dem elektronischen Maximumwerk Tarif -umschaltbefehle, Ein- und Ausschaltbefehle, Monatsrückstell-befehl und Netzausfallsignale zugeführt werden.

Die Tarif umschaltbefehle und die Ein- und Ausschaltbefehle können kombinierbar sein, wodurch ein Eingang des Maximumwerkes entfällt bzw. frei wird. Der Monatsrückstell-befehl wird z.B. durch einen Rundsteuerempfänger gegeben oder innerhalb des Gerätes für eine vorgegebene feste Zeit programmiert. Ausserdem kann eine manuelle Rückstellung vorgesehen werden.

Bei einem Maximumzähler müssen der Zahlenwert des Monatsmaximums und bestimmte Zustandssignale der Logik bzw. des Programmablaufs bei Netzausfall gespeichert werden.

Zur Auslösung der Speicherung in dem nichtflüchtigen Speicher muss dem Maximumwerk ein bevorstehender Netzspannungsausfall mitgeteilt werden. Bei Netzwiederkehr veranlasst dasselbe Signal den Computer, an einer vorbestimmten Stelle sein Programm wiederaufzunehmen, wobei er die in dem nichtflüchtigen Speicher enthaltenen Werte ausliest, in seinen Arbeitsspeicher überträgt und weiterverarbeitet.

Die vorerwähnten Programmierungen müssen kundenspezifisch änderbar sein. Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies zu erreichen:

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

a. Bei einem Computer, dessen Befehlsspeicher vorzugsweise ebenfalls als nichtflüchtiger Speicher ausgeführt ist, wird bei jedem Gerät im Prüffeld von einem geeigneten Datenträger (z.B. Lochstreifen) der gesamte Befehlsspeicher gesetzt, wobei sämtliche Kundenwünsche mitprogrammiert werden.

b. Bei einem Computer mit maskenprogrammierbarem Befehlsspeicher wird das Programm so ausgeführt, dass der Computer an seinen Eingängen externe Kodierungen in Form von Dioden- oder Drahtbrückenfestwertspeichern abfragt, die dann kundenspezifisch geändert werden.

c. Bei einem Computer mit separatem Befehlsspeicher, d.h. bei dem der Befehlsspeicher nicht integriert ist, kann der gesamte Befehlsspeicher kundenorientiert ausgetauscht werden.

Vom Maximumwerk werden, je nach Zahl der Maximumtarife, die Augenblicks- und Monatsmaxima in Form digitaler oder analoger Zahlenwerte zur Anzeige und/oder zur Datenausgabe abgegeben.

Ferner können Steuersignale für Rückstellzählwerk und Kumulativzählwerke sowie für Anzeigeorgane bei mehreren Maximumtarifen ausgegeben werden.

Bei der Verwendung eines Einchip-Mikrocomputers wird dieser aufgrund der geringen Zahl der Eingänge vorzugsweise durch vorgeschaltete Multiplexeinrichtungen betrieben. Die externe Befehlseingabe wird somit über ein oder mehrere Mul-tiplexer gesteuert. Dabei werden Festprogramme, z.B. die Messperiodenlänge, Impulskonstante, Monatsrückstellbefehl bei selbsttätiger Rückstellung nach einer vorgewählten Zeit usw. über Kodierstecker dem Mikrocomputer mitgeteilt.

Die Zahl der verfügbaren Ausgänge ist hingegen fast immer ausreichend, so dass man dem Kumulativzählwerk, dem Rück-stellzählwerk, den Anzeigeelementen für das Augenblicks- und das Monatsmaximum usw. jeweils eigene Ausgänge zuordnen kann.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Mikrocomputern der genannten Art ist die einfache Programmierung mehrerer Maximumtarife, da der im Mikrocomputer integrierte, freiprogrammierbare Datenspeicher immer eine wesentlich grössere

3 616 509

Speicherkapazität aufweist, als für einen Tarif erforderlich ist; so sind für jedes weitere Monatsmaximum nur 16 Bit im Arbeitsspeicher und im nichtflüchtigen Speicher erforderlich.

Anstelle eines integrierten, vollständigen Programmspei-5 chers (ROM) des Einchip-Mikrocomputers ist auch ein externer Speicher verwendbar, durch den das Programm ohne Austausch des Einchip-Mikrocomputers änderbar ist. Dabei werden bestimmte Teile des Programms in einem zusätzlichen äusseren Schaltkreis, z.B. nicht änderbarem Nur-Lese-Speicher (ROM) i„ eingeschrieben. Somit ist beispielsweise bei einem Drahtbrük-ken-Nur-Lese-Speicher keine Änderung der Maske des Programmspeichers des Einchip-Mikrocomputers erforderlich.

Ferner bietet sich für sehr wirtschaftliche Maximumzähler die Fortlassung von externen Speichern an: nach einem Netz-i5 ausfall läuft bei Wiederkehr der Netzspannung der Mikrocomputer von einem vorbestimmten Programmpunkt an weiter und sämtliche Speicher werden auf Null gesetzt.

Da der Maximumzähler normalerweise noch einen Rundsteuerempfänger benötigt, liegt es nahe, den bereits vorhande-2o nen Computer auszunützen, der gemäss dem kundenorientiert vorgegebenen Programm die Ausrechnung der Rundsteuerbefehle mitübernehmen kann. Es ist dann lediglich notwendig, die Rundsteuerimpulse aus dem Netz herauszufiltern und dem Computer in Form einwandfreier Digitalsignale anzubieten; die 25 gesamte normalerweise notwendige Dekodierung der Befehle kann dann entfallen.

Als Anzeige der Augenblicks- und Monatsmaxima können Digitalanzeigen verwendet werden, wobei eine einzige Anzeige mit Umschaitung eingesetzt werden kann, oder es können qua-mi sianaloge Anzeigen in Form von Balken aus Leichtdioden, Flüssigkristallsegmenten usw. verwendet werden, da bei diesen Anzeigen eine geringe Auflösung und Genauigkeit genügen. Es können auch herkömmliche Zeigerinstrumente eingesetzt werden; hierbei ist es wirtschaftlich, den Strom für diese Instruis mente ohne Digital/Analog-Wandler direkt aus dem Computer in Form einer tastverhältnismodulierten Impulsreihe beliebiger Frequenz zu entnehmen.

C