DE2630969B2

DE2630969B2 - Elektronischer Maximumzähler

Info

Publication number: DE2630969B2
Application number: DE19762630969
Authority: DE
Inventors: Artur Dr.-Ing. Seibt; Omer Viaene
Original assignee: Heliowatt Werke Elektrizitaet GmbH
Current assignee: Heliowatt Werke Elektrizitaet GmbH
Priority date: 1976-07-08
Filing date: 1976-07-08
Publication date: 1980-06-12
Also published as: IT1114629B; DK127377A; IE45755L; BE855801R; CH619785A5; NL7703781A; FR2357904A2; DE2630969A1; GB1524795A; FR2357904B2; IE45755B1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Maximumzähler, bestehend aus einem Kilowattstundenzähler und einem Maximumwerk, das einen Mikrocomputer mit integriertem oder externem nichtflüchtigen Speieher aufweist, nach Patentanmeldung P 26 13 112.4.

In der Hauptanmeldung ist ein elektronischer Maximumzähler beschrieben, dem zur Auswertung der impulsförmig angebotenen Angaben über den Energieverbrauch, die z. B. von einem Ferraris-Meßwerk kommen können, ein Einchip-Mikrocomputer mit zugeordnetem nichtfiüehtigen Speicher zur Verfugung steht. Dieser Mikrocomputer gibt in digitaler und/oder analoger Form Zahlenwerte aus. Bei einem Maximumzähler sind dies: Augenblicksmaximum, Monatsmaximum, kumulierte Monatsmaxima sowie die Anzahl der getätigten Rückstellungen. Darüber hinaus ist der Computer in der Lage, aus den ihm zur Verfügung stehenden Eingangssignalen (verbrauchsproportionale Impulse, Netzfrequenz, eventuell aufbereitete Rund-Steuerimpulse, Steuerbefehle zur Ein- und Ausschaltung der Maximummessung, Tarifumschaltbefehle usw.) sehr viele weitere Werte auszurechnen und damit eine bedeutend höhere Informations-Leistung zur Verfügung zu stellen, als dies bei mechanischen Maximumzäh-

J5 lern möglich ist

In der Haupt anmeldung ist dargelegt, daß der Computer über einen nichtflüchtigen Speicher verfügt, der entweder extern angeordnet oder auf demselben Chip integriert ist Dieser nichtflüchtige Speicher sollte die Eigenschaften eines elektrisch änderbaren Festspeichers (EaROM, Electrically alterable Read-Only Memory) haben, d. h. er sollte sich wie ein Schreib-Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) verhalten, jedoch bei Ausfall der Stromversorgung seinen Speicherinhalt bewahren. Solche Speicher sind in Form von Magnetkernspeichern bekannt; diese kommen jedoch aus zahlreichen Gründen für die vorliegende Anwendung nicht in Frage. In Form von Haltleiterspeichern sind seit mehreren Jahren MNOS- und MAS-Speicher bekannt.

Beide unterscheiden sich nur in der Zusammensetzung des Gate-Dielektrikums: Beim MNOS-Speicher wird ein Zweischichten-Dielektrikum aus Siliziumnitrid und Siliziumoxyd, beim MAS-Speicher aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd verwendet. In beiden Fällen wird

ν-, durch Anlegen hoher Spannungen eine Ladung in der Grenzschicht beider Dielektrika gespeichert, die durch das dünne Siliziumoxyd hindurchtritt. Damit der Tunneleffekt von relativ niedrigen Spannungen ausgelöst werden kann, darf das Siliziumoxyd nur wenige

m> Atomlagen dick sein, muß dabei jedoch gleichzeitig über die gesamte Fläche des Gates gleichmäßig und porenfrei verteilt sein. Abgesehen von den Schwierigkeiten, solche Halbleiterspeicher in großen Stückzahlen bei guter Ausbeute zu fertigen, verbleibt als praktischer

μ Nachteil eine begrenzte Speicherzeit, die von der Kombination Spannungshöhe/Impulsbreite abhängt und typisch bei Raumtemperatur ein |ahr beträgt. Ein weiteres Merkmal dieser bisher bekannten Halbleiter-

speicher ist die begrenzte Zahl der zulassigen Schreibzyklen, die zwischen 10«· und 10⁸ Hegt; hiernach ist ein solcher Speicher unbrauchbar. Auch die Zahl der Lesezyklen ist beschränkt, weil zum Lesen eine kleine Spannung an das Gate angelegt werden muß; diese wirkt wie eine schwache Schreibspannung, so daß typisch nach etwa 10" Lesevorgängen der Speicherinhalt nicht mehr zuverlässig erkannt werden kann. Aus den angeführten Gründen ist es nicht möglich, bei den zur Verfugung stehenden elektrisch änderbaren Festspeichern (EaROM) diese wie normale Schreib-Lese-Speicher (RAM) zu betreiben, weil sie dann nach kurzer Zeit schon unbrauchbar wären. Ein normaler Schreib-Lese-Speicherbetrieb ist aber auch deswegen nur in seltenen Fällen möglich, weil im Gegensatz zu ihm beim MNOS-Speicher zunächst ein ca. Is dauernder Löschvorgang durchgeführt werden muß, bevor ein typisch 1 ms dauernder Schreibvorgang ermöglicht wird. Zweckmäßig wird man den elektrisch änderbaren Festspeicher (EaROM) daher nur aktivieren, wenn die Versorgungsspannung wegfällt bzw. nachdem sie wiedergekehrt ist Hierzu muß der Ausfall der Versorgungsspannung so rechtzeitig erkannt werden, daß die Speicherkondensatoren des Gerätes noch genügend Energie zur Verfugung stellen können, um die zu rettenden Daten sicher in den Festspeicher (EaROM) einzuschreiben.

In der Hauptanmeldung ist bereits beschrieben, daß die anwendungsbezogene Programmierung des Gerätes durch Einschreiben in dafür bestimmte Speicherplätze des nichtflüchtige.·. Speichers vorgenommen werden kann. Nachteilig ist jedoch die erwähnte begrenzte Speicherzeit von nur etwa einem Jadr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel der nichtflüchtigen Speicher durch geeignete Schalt- bzw. Programm-Maßnahmen zu beheben.

Durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche dargestellte Erfindung ist diese Aufgabe gelöst Sie wird nachfolgend näher erläutert

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird das an sich bekannte Verfahren der Speicher-Wiederauffrischung verwendet. Hierbei wird der Speicherinhalt insgesamt oder in bestimmten Teilen regelmäßig ausgelesen und neu eingeschrieben. Wird diese Wiederauffrischung in Abständen vorgenommen, die klein gegen die minimale garantierte Speicherzeit sind, so kann dadurch eine einmal eingeschriebene Information beliebig lange aufbewahrt werden, wenn zweii Voraussetzungen erfüllt sind:

1) Das Gerät, das den beschriebenen nichtflüchtigen Speicher enthält darf nie länger als es der minimalen garantierten Speicherzeit entspricht ohne Stromversorgung bleiben.

2) Die gespeicherten Daten müssen jederzeit überprüfbar sein, d. h. auch der Teil des Speicherinhaltes, der nur der anwendungspezifischen Programmierung dient, sollte zweckmäßig auf der vorhandenen Anzeige dargestellt werden können.

Die anwendungsbezogene Programmierung wird zweckmäßig entweder im Prüffeld des Herstellers oder in der Prüfstelle des Anwenders vorgenommen. So ist es z. B. auch jederzeit möglich, ein Gerät für einen anderen Einsatzort neu zu programmieren, während bei den bekannten mechanischen Geräten hierzu zeitraubende und teure, von Fachleuten auszuführende Umbauarbeiten notwendig sind. Zum Zwecke der Programmierung wird für einen bestimmten Gerätetyp ein Programmiergerät erstellt, das z, B. über eine Steckverbindung mit dem elektronischen Teil des Maximumzählers verbunden wird. An diesem Programmiergerät können dann die einzuspeichernden Werte von Hand eingestellt und dann mittels eines Speicherbefehls in den nichtflüchtigen Speicher des Maximumzählers eingeschrieben werden; selbstverständlich sind auch häufig wiederkehrende Programmierungen auf geeigneten bekannten Datenträgern (Lochstreifen, Magnetband, Magne.karte

to usw.) speicherbar und in entsprechend kürzerer Zeit einzugeben. Nach der Programmierung gibt der Maximumzähler aufgrund eines entsprechenden Computerprogramms entweder die soeben eingespeicherten Werte zur Kontrolle an das Programmiergerät zurück und löst dort bei Nichtübereinstimmung ein Alarmsignal aus oder es werden die programmierten Werte auch auf der Anzeige des Maximumzählers der Reihe nach wiedergegeben und optisch auf ihre Richtigkeit überprüft

Wie in der Hauptanmeldung dargelegt, läuft der Computer bei jeder Netzwiederkehr bei einem definierten Programmpunkt an und liest als erstes den Inhalt des nichtflüchtigen Speichers teilweise oder ganz aus und überträgt bzw. kopiert ihn, soweit er ihn benötigt, in seinem eigenen Schreib-Lese-Speicher (RAM).

Bei Verwendung des hier vorgeschlagenen Verfahrens der regelmäßigen Wiederauffrischung des nichtflüchtigen Speichers ist es möglich, alle Daten, die bei einem Netzausfall zu retten sind, nicht erst bei Netzausfall, sondern schon vorher, sobald sie verfügbar bzw. errechnet sind, einzuschreiben. Bei einem Maximumzähler wird z. B. der aktuelle Stand des Monatsmaximums am Ende jeder Meßperiode neu eingeschrieben. Trotz der begrenzten Zahl von Schreibzyklen ist dieses

J5 Verfahren durchführbar, zumal es in der Praxis nicht vorkommen wird, daß das Monatsmaximum bei jeder Meßperiode erhöht wird, so daß die tatsächliche Zahl der auszuführenden Schreiboperationen bedeutend kleiner als die theoretische ausfallen würde.

Da jeder Schreiboperation ein Löschvorgang vorausgehen muß, ist es im Prinzip gleich, ob man beim Einschreiben nur einzelne Werte oder den gesamten Speicherinhalt schreibt Dies hängt von der Konzeption des nichtflüchtigen Speichers ab; bei bekannten MNOS-Speichern ist es z. B. möglich, einzelne Blöcke zu je 4 Worten zu 4 Bit zu adressieren, d. h. zu lesen oder zu löschen und zu schreiben.

Verwendet der Maximumzähler als Kumulativzählwerk ein mechanisches Zählwerk, in das am Monatsende das jeweilige Monatsmaximum nur mit einer bestimmten maximalen Zählfrequenz hineingezählt werden kann, so kann ein solcher Übertrag mehrere Minuten dauern. Fällt während des Übertragens das Netz aus, muß festgehalten werden, wie viele Impulse bereits eingezählt wurden. Es ist zweckmäßig, hierzu den nichtflüchtigen Speicher mitzubenutzen, indem während des Einzählens der gespeicherte Monatsmaximumwert fortlaufend dekrementiert wird. Da hierbei die Gefahr besteht, daß die zulässige Zahl der Schreibzyklen erreicht oder gar überschritten würde, ist das Computerprögrämrn so auszuführen, daß ζ. Β. nur jeder zehnte Zählimpuls aus dem nichtflüchtigen Speicher ausgezählt wird, so daß also die Zahl der erforderlichen Lösch- und Schreiboperationen auf ein

*>■>· Zehntel herabgesetzt wird. Ein zusätzliches Statuszeichen (Bit) wird bei Beginn des Übertrags in den nichtflüchtigen Speicher gesetzt und nach Vollendung wieder gelöscht. Es teilt dem Computer bei Netzwieder-

kehr nach einem gegebenenfalls eintretenden Netzausfall den Betriebszustand mit, der vor dem Ausfall bestand.

In der Hauptanmeldung ist beschrieben, daß sich der Maximumzähler selbsttätig zurückstellen kann, d. h., es ist mittels anwendungsbezogener Programmierung ein Zeitraum vorgebbar, nach dessen Ablauf der Maximumzähler eine Rückstellung auslöst Hierbei sind Zeiten von 30 Tagen bis zu einem Jahr üblich. Der aktuelle Stand dieses Zeitzählers, der im allgemeinen Tage zählt, muß bei Netzausfall ebenfalls gespeichert werden, damit sich der elektronische Maximumzähler ebenso verhält wie die bekannten mechanischen; er wird dann nach Netzwiederkehr immer vom gespeicherten Zählwerkstand weiterzählen.

Der im Maximumzähler vorhandene Computer ist für das Ausrechnen von Rundsteuerbefehlen verwendbar, wobei die anwenderspezifische Programmierung im nichtfiüchtigen Speicher enthalten ist. Da es verschiedene Rundsteuersysteme gibt und auch die Kombinationsmöglichkeiten für Rundsteuerbefehle zahlreich sind, ist es zweckmäßig, das Verfahren der indirekten Adressierung zu verwenden, d.h. im Programmspeicher des Computers alle Möglichkeiten vorzusehen und vom

ίο nichtfiüchtigen Speicher aus nur bestimmte Programmteile anwederspezifisch auszuwählen. Dort ist also nur eine Kodierung für die Art des Rundsteuersystems und eine Kodierung für den Rundsteuerbefehl selbst zu speichern.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Maximumzähler, bestehend aus einem Kilowattstundenzähler und einem Maximumwerk, das einen Mikrocomputer mit integriertem oder externem nichtfiüchtigen Speicher aufweist, nach Patentanmeldung P 26 13 112.4, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des nichtflüchtigen Speichers ausreichend häufig wieder aufgefrischt wird, daß der Wert des Monatsmaximums am Ende jeder Meßperiode oder bei Netzausfall in den nichtflüchtigen Speicher eingeschrieben wird, sofern er größer als der bereits gespeicherte Wert ist, daß bei automatischer Rückstellung des Maximumzählers ein Zeitzähler vorgesehen ist, dessen aktueller Stand ebenfalls im nichtflüchtigen Speicher entweder zu bestimmten Zeiten (im Abstand von 24 Stunden) oder bei Netzausfall festgehalten ist und daß nach Wiederkehr der Netzspannung der Mikrocomputer des Maximumzählers — von einem vorgegebenen Programmpunkt beginnend — wieder anläuft und zuerst den Inhalt des nichtflüchtigen Speichers ausliest.

2. Elektronischer Maximumzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtflüchtige Speicher neben allen für den Fall der Netzunterbrechung zu rettenden Daten die gesamte anwenderorientierte Programmierung des Gerätes mitenthält.

3. Elektronischer Maximumzähler nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anwenderspezifische Programme durch Aneinanderreihen einzelner, im Programmspeicher des Mikrocomputers vorhandener Programmteile gebildet werden und daß das Gesamtprogramm durch einen in den nichtflüchtigen Speicher eingeschrieben, vom Computerprogramm ausgelesenen Kode zusammengestellt wird, der die richtigen Programmteile selbsttätig zusammenstellt.

4. Elektronischer Maximumzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein eines mechanischen Kumulativzählwerks während des Übertragens die dort eingezählten Impulse fortlaufend von dem im nichtflüchtigen Speicher eingespeicherten Monatsmaximumwert abgezogen werden, so daß auch bei einem Netzausfall während des relativ langen Übertragungszeitraums sichergestellt ist, daß nach Netzwiederkehr die Übertragung in das Kumulativzählwerk fehlerfrei fortgesetzt und beendet wird.

5. Elektronischer Maximumzähler nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur jeder n-te Übertragungsimpuls einen Lösch- und Schreibzyklus im nichtflüchtigen Speicher auslöst.

6. Elektronischer Maximumzähler nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Unterbrechung der Übertragung in das Kumulativzählwerk Statusbits im nichtflüchtigen Speicher abgespeichert werden, die bei Netzwiederkehr dem Computer mitteilen, in welchem Betriebszustand er sich vorher befunden hatte.

7. Elektronischer Maximumzähler nach Anspruch 1, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Maximumtarifen deren Monatsmaximumwerte und entsprechende Statusbits im nichtflüchtigen Speicher enthalten sind.

8. Elektronischer Maximumzähler nach Anspruch

3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Computern, die eine Interrupt-Möglichkeit vorsehen, das Netzausfallsignal dem Interrupt-Eingang zugeführt wird und mit der Interrupt-Routine die zu rettenden Daten durch den Computer in den nichtflüchtigen Speicher übertragen werden.