DE2130756A1 - Einrichtung zur Abfrage und Fernuebertragung des Standes eines Zaehlers,insbesondere eines Elektrizitaetszaehlers - Google Patents

Description

WKSTINGHOUSEELECTRIO Erlangen, den 21, Juni 1971

CORPORATION,!'ittsburgh/öSA Werner-von-Siemens-Str.50

Unser Zeichen: VPA 71/8317 Hs/Kz

Einrichtung zur Abfrage und Fernübertragung des Standes eines Zähler:!, insbesondere eines Elektrizitätszählers

Die Priorität der entsprechenden US-Anmeldung Serial-No, 49,132 vom 24.6.1970 wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abfrage und Fernübertragung des Standes eines Zählers, insbesondere eines Slektrizitätszählers, bei der der Zähler einen abfragenden Code-Träger antreibt, wobei jeder Winkelstellung des Oode-Trägers ein diese Stellung kennzeichnendes Signal zugeordnet ist.

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art (z.B. US-Patent 3 299 423) ist jeder Stelle des Zählwerkes ein eigener Code-Träger zugeordnet und jede Stelle wird für sich abgefragt. Der Aufwand pro Abfragestelle und die Abfragezeit ist daher abhängig von der Stellenzahl des jeweils abzufragenden Zählwerkes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Abfrage und Fernübertragung des Standes eines Zählers zu schaffen, bei der der bauliche Aufwand nahezu unabhängig von der Stellenzahl ist bei nahezu gleichbleibender Abfragezeit. Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler über ein Anpassungsgetriebe und ein Schrittschaltwerk einen Code-Träger antreibt, der pro Umdrehung eine größere Schrittzahl als 10 ausführt. Vorzugsweise ist ein zweiter, ebenfalls schrittweise antreibbarer Code-Träger vorgesehen, der pro Umdrehung eine größere Schrittzahl als 10 ausführt und der bei einer vollen Umdrehung des ersten Code-Trägers um einen Schritt weiter bewegt wird.

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Die Erfindung ist besonders geeignet für die Abfrage von Elektrizitätszählern und wird im Zusammenhang mit einem solchen Zähler höher beschrieben. Selbstverständlich kann die erfindungsgcmäße Einrichtung auch dazu verwendet werden, Zähler für V/arme, V/asser und Gas abzulesen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.

Pig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer mit einem Zähler vereinigten Übertragungseinheit, teilweise in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 zeigt in Form einer Tabelle den zeitlichen Ablauf des Abfragevorganges des Systems gemäß Pig/ 1.

Pig. 1 zeigt einen Zähler 1, der abgelesen werden soll. Es wird angenommen, daß es sich im vorliegenden Fall um einen Elektrizitätszähler handelt. Die vom Zähler 1 in analoger Form bereitgestellte Information wird einer Übertragungseinheit TU bereitgestellt, welche einen Wandler 3 enthält zur Umformung der analogen Information in eine für die Übertragung zu einem Auswerter geeignete Form.

Die Übertragungseinheit TU enthält weiterhin eine Abfragevorrichtung 4 zur aufeinanderfolgenden Anfrage der Ausgänge des Wandlers und zur Übertragung dieser Information zu einem geeigneten Auswerter S. Falls erforderlich, kann zur Anpassung der Information an den Auswerter in der Übertragungseinheit TU ein Anpassungsglied vorgesehen sein.

Der Zähler 1 kann üblicher Bauart sein; er weist u.a. eine Läuferscheibe 13, eine Spannungsspule 113 und eine Stromspule 115 auf« Von Ger Läuferscheibe 13 wird ein herkömmliches Zählwerk angetrieben, das mehrere dekadisch gestufte Skalen 7 und 9 mit je einem Zeiger 7A und 9A enthält. Wie Fig. 1 zeigt, wird der Zähler 1 über Leitungen L1 und L2 von einem 60 Hz Wechselstromnetz gespeist.

Die Übertragungseinheit TU wird über Leitungen 5A mit Energie

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versorgt. Die Leitungen 5A sind an eine Sekundärwicklung 11S eines Transformators angeschlossen, dessen Primärwicklung die Spannungsspule 113 des Zählers bildet. Vorzugsweise wird die Spannung auf 12 V herabgesetzt. -

Im Y/andler 3 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung der durch die Drehung der Läuferscheibe 1 3 gebildeten analogen Information in eine digitale Information vorgesehen. Diese Vorrichtung enthält einen Code-Träger in Form einer Skalenscheibe 41, welche von der Läuferscheibe 13 über ein Schrittschaltwerk G1 , z.B. einem Llalteserkreuagetriebe, und einem Getriebe G2 schrittweise angetrieben wird. Mit 41A wird eine Zeigermarke bezeichnet. Die Skalenscheibe 41 ist unterteilt in eine vorbestimmte Anzahl Teilschritte, und zwar in mindestens 10. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel ist eine Teilung von 32 vorgesehen; diese Teilung ist am Rand der Scheibe nummeriert. Es ist ferner noch eine zweite ähnliche Skalenscheibe 43 vorgesehen, die relativ zu einer Marke 43A beweglich ist. Die Scheibe 43 ist mit der Scheibe 41 über ein Getriebe G3 gekuppelt, das so ausgelegt ist, daß bei einer Umdrehung der Scheibe 41 die Scheibe 43 um einen Schritt bzw. eine Teilung schrittweise weiterbewegt wird.

Die digitale Information wird von den Skalenscheiben hergeleitet. Zu diesem Zweck sind eine Mehrzahl von Bürsten vorgesehen, die mit an jeder Skalenscheibe angeordneten Kontaktoren sowie je einem leitenden Ring zusammenwirken. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Bürsten 41B bis f."\ nit Hilfe einer Platte 44 vor der Skalenscheibe 41 derart angeordnet, daß sie mit den Kommutatoren in V/irkverbindung treten können. Die Platte 44 ist mit Hilfe von Lagern 44B drehbeweglich gelagert. Die einseinen Kommutatoren einer Scheibe sind konzentrisch angeordnet und bestehen aus kreisförmig angeordneten Segmenten, die abwechselnd leitend und nichtleitend sind. Jedem Kommutator ist eine Bürste 41B bis 41F zugeordnete Die leitenden Segmente führen eine vorbestiinnte Spannung realtiv zur Erde. Diese Spannung wird vorzugsweise von der Sekundärwicklung 11S über einen Gleichrichter RE hergeleitet. Die Bürste 41G steht mit einem leitenden Ring 41K an der Skalenscheibe 41 in Verbindung. Wenn eine Bürste, z.B.

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die Bürste 41B, ein leitendes Segment. z.B. das Segment 41H berührt, so führt die Bürste ein Signal von binärem Wert 1. Wenn die Bürste jedoch ein Segment aus nichtleitendem Material berührt, so hat sie den binären Wert 0. Bei geeigneter^;Auslegung der Kommutatoren treten an den Bürsten 41G bis 41P Signale in binärer Form auf, die.der Winkelstellung der Skalenscheibe für jeden Teilschritt (Stufe) ihrer 32 Teile ent- , spricht. Diese Art Umsetzer ist an sich bekannt. ;

Gemäß der Erfindung hat der äußenliegende Kommuta.tor mehr als 10 leitende und nichtleitende Segmente, vorzugsweise·32 Segmente. Angenommen, daß η-Segmente verwendet werden, dann haben die vier übrigen Kommutatoren fortschreitend von außen nach innen n/2, n/4, n/8 und n/16 Segmente. . ,-

Die Bürsten 43E bis 43G wirken in ähnlicher Weise mit der Skalenscheibe 43 zusammen. Jeder der beiden Skalenscheiben 41 und 43 erzeugt oder definiert eine binäre Zahl aus fünf bit. Eine der sechs Bürsten (z.B. die Bürste 41G) ist geerdet und dient als elektrischer Rückschluß. Die höherstellige Skalenscheibe 43 erzeugt die ersten fünf höherstelligen Bits einer Zahl aus 10 bits und die Skalenscheibe 41 erzeugt die fünf niederstelligen Bits. Wenn eine aus 10 bits bestehende Binärzahl zur Übertragung einer Zahl von 10 - 23 benutzt werden soll, kann sie registriert werden, bevor ein Rücklauf auf Null erreicht ist. Wenn jeder Bit 10 kW-Stunden darstellt, kann eine Zahl von 10 000 kW-Stunden registriert werden;.dies entspricht der Kapazität eines herkömmlichen Zählers. Dies wird in einfacher Weise mit nur zwei Skalenscheiben erreicht.

Die Bürsten des Wandlers 3 sind über ein Kabel 51 zu einer Gruppe von Abfragekontakten 6A einer Abfragevorrichtung 6 geführt. Die Gruppe der Abfragekontakte kann Kontakte enthalten, welche eine binäre Erkennungszahl erzeugen, um den abzulesenden Zähler identifizieren zu können. Diese Zahl kann unmittelbar vor der eigentlichen Zählerablesung übertragenwerden. Eine andere Gruppe von Abfragekontakten 6B der Abfragevorrichtung 6 steht über ein Kabel 51A mit den Bürsten eines ähnlichen Verschlüsslers eines anderen Zählers in Ver-

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"bindung. Eine dritte und vierte Gruppe von Abfragekontakten der Abfragevorrichtung 6 können über nicht dargestellte Kabel mit entsprechenden anderen Zählern in Verbindung stehen.

Die Kontakte der Abfragevorrichtung 4 werden mit Hilfe einer Bürste 53A abgefragt, welche an einem von einem Synchronmotor 55 angetriebenen Arm 53 befestigt ist. Wenn also der Arm 53 rotiert, werden die an den Kontakten anliegenden Signale auf einen Eingang eines Auswerters gegeben, welcher die Information aufspeichert, beispielsweise auf ein Band oder einen Computer zur Auswertung und Erstellung von Rechnungen zuführt.

Die Ausgangsklemmen des Gleichrichters RE sind einmal mit der Bürste 41G- und zum anderen mit dem Eingang des Auswerters 8 verbunden. Wenn die Bürste 41B das Kontaktsegment 41H berührt und wenn die Abfragebürste 53A den entsprechend zugeordneten Abfragekontakt 6A erreicht, wird folgender Stromkreia.geschlossen: ^:

obere Klemme des Gleichrichters RE, Bürste 41G, Kontaktring 41K, Kontaktsegment 41H, Bürste 41B, Kabel 51, zugeordneter Abfragekontakt 6A, Bürste 53A, Auswerter 8 und untere Klemme des Gleichrichters RG. Auf diese Weise wird ein Bit dem Auswerter 8 zur Verfügung gestellt.

Am Ende jeder Verrechnungsperiode wird der Synchronmotor 55 durch einen Taster .61 an Spannung gelegt. Der Synchronmotor treibt eine Nockenscheibe 57 an, welche am Umfang mit einer · Ausnehmung 57A versehen ist, in der ein Nocken 59A eines Selbsthalteschalters 59 einfallen kann. Bei Anspannunglegen des Synchronmotors 55 wird der Schalter 59 geschlossen und übernimmt die Selbsthaltung des Motors für eine Umdrehung. Nach einer Umdrehung fällt der Nocken 59A in d ie Aussparung 57A der Nockenscheibe 57 ein, wodurch der Selbsthaltestromkreis des Synchronmotors 55 unterbrochen wird. AnsteLe eines Tastschalter 61 kann auch ein Kontakt eines Relais, insbesondere einer Pernsteuereinrichtung, verwendet . sein. Das Relais oder der Schalter 61 kann am Ende einer jeden Verrechnungaperiode von Hand oder automatisch zur Auslösung eines Abfr&gevorgangea kurzzeitig betätigt werden.

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■ Die Bürsten an der Platte 44 können dauernd in Eingriff mit den Kommutatoren stehen. Um jedoch die Reibungsbelastung für den Zähler zu reduzieren, ist die Platte 44 durch eine Feder 44C so weit ausgelenkt, daß die Bürsten außer Eingriff mit den zugeordneten Kommutatoren kommen.

Tfie zuvor ausgeführt wurde, sind die Ränder der beiden Scheiben entsprechend der Teilung in 32 Abschnitte mit Nummern versehen, damit man die Scheiben auch unmittelbar ablesen kann. Wie Pig. 1 zeigt, kann an der Scheibe 43 die Zahl 24 abgelesen werden. Da jede Scheibe 32 Teilungen aufweist, ergeben sich entsprechend dieser Zahl 24 · 32 = 768 Einheiten. Dazu kommen noch die 23 Einheiten, die die Seheibe 41 in Pig.1 zeigt. Polglich ist der Zählerstand entsprechend der Stellung der beiden Skalenscheiben 768 + 23 = 791 Einheiten. Angenommen, die Übersetzung des Getriebes G2 ist so gewählt, daß jede Teilung bzw. jeder Schritt der Scheibe 41 10 kW-Stunden darstellt, dann ist die verbrauchte Energie 791 · 10 = 7910 kW-Stunden. Durch geeignete Wahl der Getriebeübersetzung lassen sich andere Scheibenkonstanten und Multiplikatoren erzielen. " .

Die Wirkungsweise des Systems gemäß Pig. 1 wird anhand der in Pig. 2 dargestellten Tabelle näher erläutert. In dieser Tabelle ist in senkrechter Richtung die Zeit aufgetragen, und zwar vom Beginn der Abfrageoperation, Die Zeit ist in Millisekunden (ms) und in Zyklen aufgetragen, wobei der · Zyklus einer Netzfrequenz von 60 Hz entspricht.

Jedes Signal, das vom Abfragekontakt 6A kommt, ist in Pig.2 als horizontale linie dargestellt. Eine "durchgehende Linie · stellt ein 1-Bit-Signal und eine gestrichelte linie ein O-Bit-Signal dar.

Wie zuvor ausgeführt worden ist, wird bei einem Verbrauch von 10 kW-Stunden die Skälenscheibe 41 durch die laufersehe ibe 13 über Getriebe G2 und Schrittschaltwerk G1 um einen Schritt oder eine Teilung schrittweise weitergeschaltet. Nach jeder Umdrehung (560°) der Scheibe 41 wird die Scheibe

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um einen Schritt oder eine Teilung fortgeschaltet. Es wird angenommen, daß zum Zeitpunkt der Ablesung die Scheiben 41 und 4-3 einen Verbrauch von 8570 kW-Stunden zeigen.

Um den Übertragungsvorgang auszulösen, wird der Schalter 61 geschlossen. Das Schließen kann von Hand oder über eine Fernsteuerung erfolgen. Beim Schließen des Schalters 61 erhält der Synchronmotor Spannung und beginnt zu laufen. Der Synchronmotor ist vorzugsweise ein polarisierter Motor, welcher seine synchrone Drehzahl praktisch innerhalb eines Zyklus erreicht. Da der Arm 53 über ein Getriebe so angetrieben wird, daß er sich mit 20 U/M bewegt, werden für einen Abfragezyklus drei. Sekunden benötigt.

Nach Beginn der Drehung der Nockenscheibe 57 schließt der Schalter 59» wodurch einmal der Selbstahltestromkreis des Synchronmotors geschlossen wird und zum anderen über den Hebel 44G die Platte 44 so bewegt wird, daß die Bürsten mit ihren zugeordneten Kommutatoren in Eingriff treten. Nach 100 ms oder 6 Zyklen betätigt die Bürste 53A einen der Abfragekontakte 6A, um ein 1-Bit-Synchronisierungssignal B1 zu erzeugen. So ein Signal ist zuweilen erforderlich, um den Empfänger mit der Abfragevorrichtung zu synchronisieren.

Im Intervall von zwei Zyklen überstreicht die Bürste 53A dann aufeinanderfolgend drei Abfragekontakte 6A, und erzeugt hierbei die Signale B2, B3 und B4. Diese Signale dienen zur Kennzeichnung des abzufragenden Zählers. Diese drei Signale stellen eine binäre Zahl dar zwischem dem Wert 0 und 7· Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 stellen., diese drei Signale die Zahl 7 dar. Die Bürste 53A berührt als nächstes einen Abfragekontakt 6A und gibt ein Signal B7. Dieses Signal stammt von dem Kommutator an der Scheibe 431 der nur ein leitendes und ein nichtleitendes Segment hat. Dies ergibt somit die höchste Stellenzahl der Ablesung. Es stellt einen binären 0-Bi t oder einen 1-Bit dar, welcher mit dem Dezimalwert 0 und 512 übereinstimmt.

Es wird bemerkt, daß zwei zusätzliche unrichtige Nullen B5 und B6 vorgesehen sind. Diese sind erwünscht, wenn an dem

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Ausgang der Abfragevorrichtung ein binär kodierter, dezimaler (BOD) Computer angeschlossen ist.

Die Bürste berührt als nächstes aufeinanderfolgend drei Abfragekontakte 6A,welche Signale B8, B9 und B1O bereitstellen. Sie stellen die nächst höhere Ordnungszahl dar. Diese Signale stellen eine binäre Zahl zwischen den Zahlenwerten O und 7 dar. In der besonderen Ausführung gemäß Pig. 2 ist dies die Zahl 5.

Bei kontinuierlicher Fortbewegung berührt die Bürste. 53A als nächstes aufeinanderfolgend Abfragekontakte, welche die Signale B11, .312 und B13 führen. Diese wiederum ergeben eine binäre Zahl entsprechend den Dezimalzahlen 0 bis 7, wobei in Fig. 2 die Zahl 3 dargestellt ist.

Die niedrigste Stellenzahl wird bestimmt durch die Signale B14, B15 und B16, welche bei kontinuierlicher Weiterbewegung der Bürste 53 erzeugt werden. Diese binären Zahlen entsprechen den Dezimalzahlen O bis 7. Der Darstellung gemäß Fig. 2 entspricht die Deziraalzahl 1.

Die höchste Ordnungszahl hat einen Tiert von 512. Die nächstniedrigere Ordnungszahl hat einen Einheitswert 64 oder einen Gesamtwert von 5 * 64 = 320. Die nächstniedrige Ordnungszahl hat einen Einheitswert von 8 oder einen G-esamtwert von 3*8 = 24. Die niedrigste Ordnungszahl hat den Wert 1. Durch Summierung der Werte dieser vier Zahlen wird die Zahl 857 erhalten, welche einen Verbrauch von 8570 k'tf-Stunden darstellt.

Fach Ausführung der Abfrage der Gruppe der Abfragekontakte 6A wird eine ähnliche Abfrage einer Gruppe von Abfragekontakten 6B und weiterer Gruppen vorgenommen. Im vorliegenden Fall ist angenommen, daß drei Gruppen vorgesehen sind. Die Abfrage von diesen drei- Gruppen kann in 2000 ms oder 120 Zyklen vorgenommen werden. Am Ende von 3000 ms oder 180 Zyklen wird durch die Nockenscheibe 57 der Selbsthalterschalter 59 geöffnet, der Motor 55 abgeschaltet und die Platte 44 mit den Bürsten von den Kommutatoren abgehoben.

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Claims (7)

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   Patentansprüche

   Einrichtung zur Abfrage und Fernübertragung des Standes eines Zählers, insbesondere eines Elektrizitätszählers, bei der der Zähler einen abfragbaren Code-Träger antreibt, wobei jeder Winkelstellung des Code-Trägers ein diese Stellung kennzeichnendes Signal zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler über ein Anpassungsgetriebe und ein Schrittschaltwerk einen Code-Träger antreibt, der pro Umdrehung eine größere Schrittzahl als Zehn ausführt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, ebenfalls schrittweise antreibbarer Code-Träger vorgesehen ist, der pro Umdrehung eine größere Schrittzahl als Zehn ausführt und der bei einer vollen Umdrehung des ersten Code-Trägers um einen Schritt weiterbewegt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Code-Träger bei einer Umdrehung 32 Schaltschritte ausführt.
4. 4·. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die analogen Winkelstellungen der Code-Träger in kennzeichnende binäre Signale umgewandelt werden.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Code-Träger eine Mehrzahl von Kommutatoren aufweißt, denen je eine Bürste zugeordnet ist, und daß die Bürsten mit den zugehörigen Kommutatoren nur beim Abfragevorgang in Eingriff kommen.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abfragevorrichtung vorgesehen ist, mit der die Bürsten in Abfragestellung gebracht und nacheinander abgefragt werden.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß _t der Abfragezyklus mit Hilfe einer Nockensteuerung in Gang gesetzt wird. 109882/1197