DE3620484C2

DE3620484C2 -

Info

Publication number: DE3620484C2
Application number: DE3620484A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Fukuyama Hiroshima Jp Toda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-06-19
Filing date: 1986-06-19
Publication date: 1991-06-13
Also published as: US4907165A; DE3620484A1; CH668131A5; JPS61292067A

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Messen der einer Last gelieferten elektrischen Energie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Verfahren sind allgemein bekannt, z. B. aus der DE-OS 33 29 760.

In der Fig. 3 der Zeichnung ist das Blockschaltbild eines elektronischen digitalen Multiplikations-Wattstundenzählers 20 nach einem ähnlichen, als bekannt vorausgesetzten Stand der Technik dargestellt.

An den Eingangsanschlüssen 1 und 2 des Wattstundenzählers 20 werden die zu messende Spannung und der zu messende Strom eingegeben, wobei der Eingangsanschluß 1 mit einem Kontakt 3a eines ersten Umschalters 3 und der Eingangsanschluß 2 mit dem anderen Kontakt 3b des Umschalters 3 verbunden ist. Ein gemeinsamer Kontakt 3c des ersten Umschalters 3 liegt an einem Kontakt 4a eines zweiten Umschalters 4, dessen anderer Kontakt 4b an einem Bezugspotential liegt. Der gemeinsame Kontakt 4c des zweiten Umschalters 4 ist mit einem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 5 verbunden, dessen Ausgang mit einer Sammelleitung 10 führt, die den A/D-Wandler 5, eine Zentraleinheit CPU 6, einen Festspeicher ROM 7 zum Speichern der Anweisungen usw., die durch die CPU 6 auszuführen sind, einen Direktzugriffsspeicher RAM 8 zum kurzzeitigen Speichern von Parameterdaten und eine Schnittstelle I/O 9 verbindet.

Die Schnittstelle 9 ist über eine Ausgangsleitung 11 mit dem ersten Umschalter 3, dem zweiten Umschalter 4 und einem Steuereingang des A/D-Wandlers 5 verbunden und liegt über eine Signalleitung 12 an einem Ausgang 13 des Wattstundenzählers 20. Der Direktzugriffsspeicher RAM 8 enthält ein Register zum Speichern eines momentanen Leistungswertes, der durch die CPU 6 berechnet wird.

Im folgenden wird anhand des in Fig. 4 dargestellten Flußdiagramms die Arbeitsweise des Wattstundenzählers mit dem obigen Aufbau beschrieben.

Die CPU 6 liest periodisch die aufeinanderfolgenden Anweisungen im Speicher ROM 7, entschlüsselt diese und führt sie aus. Zuerst wird über die Ausgangsleitung 11 ein Umschaltbefehlssignal ausgegeben, um den gemeinsamen Kontakt 4c des zweiten Umschalters 4 mit dem Kontakt 4b zu verbinden und dadurch das Bezugspotential an den A/D-Wandler 5 zu legen (Schritt 211). Diesem Bezugspotential entspricht ein digitaler Ausgangswert des A/D-Wandlers 5, so daß ein digitaler Wert, der der Meßwertverschiebung im A/D-Wandler 5 ent spricht, über die Sammelleitung 10 am Speicher RAM 8 anliegt und dort gespeichert wird (Schritt 213). Auf die Abspeicherung dieses digitalen Wertes während des Schrittes 213 im RAM 8 hin werden Umschaltbefehlssignale über die Schnittstelle 9 und die Ausgangsleitung 11 ausgegeben, um den zweiten Umschalter 4 mit dem Kontakt 4a zu verbinden und außerdem den gemeinsamen Kontakt 3c des ersten Umschalters 3 mit dem Kontakt 3a zu verbinden, so daß eine am Eingangsanschluß 1 liegende Lastspannung dem A/D-Wandler 5 eingegeben wird (Schritt 215). Im Schritt 217 wird diese Lastspannung in einen digitalen Wert umgewandelt. Dieser digitale Wert enthält die Meßwertverschiebung, die im A/D-Wandler 5 usw. erzeugt wird. Deshalb wird der der Meßwertverschiebung entsprechende und im Schritt 213 gespeicherte Wert abgezogen, um dadurch einen die Eingangsspannung wiedergebenden digitalen Wert zu erhalten (Schritt 219).

Nachdem auf diese Weise die verschiebungsbereinigte Eingangsspannung berechnet wurde, wird über die Schnittstelle 9 und die Ausgangsleitung 11 ein Umschaltbefehlssignal ausgegeben, um den ersten Umschalter vom Kontakt 3a auf den Kontakt 3b umzuschalten und einen Laststrom, der dem Eingangsanschluß 2 zugeführt wird, dem A/D-Wandler 5 einzugeben (Schritt 221). Im Schritt 223 wird dieser Laststrom in einen digitalen Wert umgewandelt. Da dieser digitale Wert wieder die Meßwertverschiebung enthält, die im A/D-Wandler 5 usw. erzeugt wird, wird der oben genannte, im Schritt 213 gespeicherte Wert abgezogen, um einen digitalen Wert zu erhalten, bei dem der nachteilige Einfluß der Verschiebung beseitigt ist (Schritt 225). Im Schritt 227 wird der im Schritt 225 berechnete digitale Wert mit dem im Schritt 219 gebildeten digitalen Wert multipliziert, das Ergebnis als momentaner Energiewert dem Register im Speicher RAM 8 eingegeben und dann im Register akkumuliert (Schritt 229). Danach wird der Arbeitsvorgang vom Schritt 211 bis zum Schritt 229 periodisch wiederholt, so daß die momentanen Energiewerte ohne Verschiebung im Register akkumuliert werden. Wenn die Akkumulation im Schritt 231 einen bestimmten Wert erreicht hat, werden die genannten Daten über die Schnittstelle 9 und die Signalleitung 12 im Schritt 233 dem Ausgang 13 zugeführt, während das Register im Schritt 235 gelöscht wird.

Bei der Energiemessung mit diesem Wattstundenzähler 20 soll das Zeitintervall des seriellen Betriebes von der Analog/ Digitalumwandlung bis zur Multiplikation und Akkumulation im Hinblick auf eine bessere Charakteristik bezüglich einer Verzerrung der Eingangswellenform so kurz wie möglich sein. Beispielsweise steht für eine zweihundertmalige Wiederholung des Arbeitsablaufes vom Schritt 211 bis zum Schritt 229 bei einer Frequenz von 50 Hz eine Zeit von 100 µs zur Verfügung.

Um die Schritte 211 bis 229 innerhalb einer Zeit von 100 µs zweihundertmal zu wiederholen, müssen die Zentraleinheit CPU 6 und die anderen Bauteile jedoch in der Lage sein, entsprechend schnell zu arbeiten. Eine Messung mit hoher Genauigkeit ist daher nur mit einem aufwendigen, mit hohen Kosten verbundenen elektronischen Wattstundenzähler möglich.

Der Elektrizitätszähler gemäß der eingangs erwähnten DE-OS 33 29 760 weist einen Multiplikator und einen nachgeschalteten Integrator auf. Zum Offsetausgleich wird der Multiplikator in bestimmten Zeitabständen durch einen Schalter mit einem Bezugspotential und der Integrator mit einer eigenen Kompensationseinrichtung verbunden.

Aus der DE-OS 30 05 672 ist darüberhinaus ein Verfahren zum Messen von zum Beispiel dem Mittelwert der Energie eines Wechselstromes unter Verwendung von A/D-Wandlern und einem Mikroprozessor bekannt, wobei jedoch Strom und Spannung periodisch mit einer Frequenz abgetastet werden, die zur Wechselstromfrequenz asynchron ist. Eine Offsetkorrektur ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannte Verfahren so auszugestalten, daß die Messung der der Last gelieferten elektrischen Energie mit hoher Genauigkeit unter Verwendung eines einfach aufgebauten, digitalen Multiplikations-Wattstundenzählers möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Mit diesem Verfahren läßt es sich vermeiden, daß die erforderlichen Offset-Korrekturen aufwendig anhand einer Bezugsspannung ermittelt werden müssen. Die Verschiebung im A/D-Wandler kann durch den Mittelwert des gemessenen Stromes oder der gemessenen Spannung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalles korrigiert werden.

Das Verfahren kann mit einem zufriedenstellenden Meßergebnis und hoher Genauigkeit so ausgeführt werden, daß entweder der Strom oder die Spannung der Last gemessen wird. Das beste Ergebnis wird jedoch dann erzielt, wenn sowohl der Strom als auch die Spannung gemessen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einem Blockschaltbild einen digitalen elektronischen Multiplikations-Wattstundenzähler zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens,

Fig. 2 in einem Flußdiagramm die Arbeitsvorgänge im Wattstundenzähler von Fig. 1,

Fig. 3 in einem Blockschaltbild einen herkömmlichen Wattstundenzähler und

Fig. 4 in einem Flußdiagramm die Arbeitsvorgänge im Wattstundenzähler von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen digitalen elektronischen Multipli kations-Wattstundenzähler zum Messen der elektrischen Energie. Ähnlich wie bei dem herkömmlichen obenbeschriebenen Beispiel, das in Fig. 3 dargestellt ist, weist dieser Wattstunden zähler 101 Eingangsanschlüsse 1 und 2, einen Umschalter 3, einen Analog/Digital-Wandler 5, eine Zentraleinheit CPU 6, einen Festspeicher ROM 7, einen Direktzugriffsspeicher RAM 8, eine Schnittstelle I/O 9, eine Sammelleitung 10, Signalleitungen 11 und 12 und einen Ausgangsanschluß 13 auf. Diese Bauteile sind im wesent lichen identisch mit den in gleicher Weise bezeichneten Bauteilen von Fig. 3. Der in Fig. 1 dargestellte Wattstundenzähler unterscheidet sich von dem in Fig. 3 dargestellten Zähler darin, daß fünf Register im Speicher RAM 8 enthalten sind und der zweite Umschalter fehlt.

Im folgenden wird anhand des Flußdiagrammes von Fig. 2 das Meßverfahren im Wattstundenzähler von Fig. 1 beschrieben.

Vor Beginn der Messung setzt die Zentraleinheit CPU 6 die Anzahl N der zu wiederholenden Meßwertnahmen zum Bilden eines Mittelwertes der genommenen Meßwerte aus deren Akkumulation fest und löscht das erste und zweite Register, die einen digitalen Wert speichern, der den obigen Mittelwert wiedergibt und als Verschie bungskorrekturwert benutzt werden soll (Schritt 111).

Nachdem die Anzahl N der Meßwertnahmen im Schritt 111 vorgegeben ist, erzeugt die Zentraleinheit CPU 6 ein Umschalt-Befehlssignal über die Ausgangsleitung 11, um den Umschalter 3 vom Kontakt 3b auf den Kontakt 3a umzuschalten, woraufhin eine Lastspannung, die keinen Gleichspannungsanteil enthält und am Eingangsanschluß 1 liegt, in den A/D-Wandler 5 eingegeben wird (Schritt 113). Die in dieser Weise eingegebene Lastspannung wird in einen digitalen Wert umgewandelt, der der Last spannung entspricht (Schritt 115). Dieser digitale Wert wird bezüglich der Verschiebung durch den Wert im ersten Register des Speichers RAM 8 korrigiert, um dadurch einen digitalen Wert zu bilden, der der verschiebungsfreien Lastspannung entspricht (Schritt 116).

Anschließend wird der Umschalter 3 über die Schnittstel le I/O 9 auf den Kontakt 3b umgeschaltet, so daß der Laststrom dem A/D-Wandler 5 eingegeben wird (Schritt 117). Der in dieser Weise eingegebene Laststrom wird in einen digitalen Wert umgewandelt, der dem Laststrom entspricht (Schritt 118). Dieser digitale Wert wird bezüglich der Verschiebung durch den Wert im zweiten Register des Speichers RAM 8 korrigiert, um dadurch einen digitalen Wert zu bilden, der dem verschiebungsfreien Laststrom entspricht (Schritt 119).

Die in den Schritten 116 und 119 erhaltenen digitalen Werte, die der verschiebungsfreien Lastspannung und/oder dem verschiebungsfreien Laststrom entsprechen, werden in der Zentraleinheit CPU 6 im Schritt 120 multipliziert und das Ergebnis dieser Multiplikation wird im dritten Register des Speichers RAM 8 im Schritt 121 akkumuliert. Wenn die Akkumulation einen vorbestimm ten Wert im Schritt 122 erreicht hat, wird ein Ausgangs impuls über die Schnittstelle I/O 9 dem Ausgangsanschluß 13 im Schritt 123 ausgegeben. Anschließend wird der Inhalt des dritten Registers entsprechend der Ausgabe eines Impulses mit einem numerischen Wert gelöscht (Schritt 124). Wenn im Schritt 122 oder am Ende des Schrittes 124 festgestellt wird, daß der Inhalt des dritten Registers unter dem vorbestimmten Wert liegt, wird im Schritt 125 geprüft, ob die der Reihe nach erfolgenden Meßwertnahmen vom Schritt 113 bis zum Schritt 124 die am Anfang vorgegebene Anzahl N erreicht haben, wobei dann, wenn das nicht der Fall ist, die digitalen Werte, die in den Schritten 115 und 119 erhalten wurden, im vierten und fünften Register des Speichers RAM 8 in den Schritten 128 und 129 akkumuliert werden, woraufhin die obengenannten seriellen Arbeits vorgänge vom Schritt 113 an erneut durchgeführt werden. Wenn die Anzahl N der Meßwertnahmen den vorgegebenen Wert erreicht hat, wird der Inhalt des vierten und fünften Registers in den Schritten 126 und 127 durch N geteilt, um einen neuen Verschiebungskorrekturwert zu bilden, der dann auf das erste und das zweite Register des Speichers RAM 8 übertragen wird. Anschließend geht das Verfahren auf den Schritt 113 über, um die seriellen Arbeitsvorgänge fortzusetzen.

Obwohl ein Umschalter 3 bei dem obigen Ausführungsbei spiel verwandt wurde, kann dasselbe auch durch die Verwendung von zwei Analog/Digital-Wandlern 5 ohne den Schalter 3 erreicht werden. Die Ausbildung der Zentral einheit CPU 6, des Festspeichers ROM 7 und des Direktzugriffsspeichers RAM 8 in Form eines Mikroprozes sors, wie es beschrieben wurde, um die seriellen Arbeitsvorgänge auszuführen, kann auch durch eine fest verdrahtete logische Schaltung ersetzt werden, um dieselben Arbeitsvorgänge auszufüh ren.

Claims

1. Verfahren zum Messen der einer Last gelieferten elektrischen Energie, bei dem analoge Meßwerte aufgenommen werden, die die Lastspannung und/oder den Laststrom wiedergeben, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Meßwertaufnahme jeweils in einer vorgegebenen Anzahl wiederholt wird,
- jeder der Meßwerte in einen Digitalwert umgewandelt wird,
- die Digitalwerte akkumuliert werden, bis die Meßwertaufnahme in der vorgegebenen Anzahl wiederholt ist,
- der akkumulierte Wert durch diese Anzahl von Meßwertaufnahmen dividiert wird, um einen Durchschnittswert zu ermitteln, und daß
- der bei der nächsten Meßwertaufnahme aufgenommene Wert unter Verwendung des so erhaltenen Durchschnittswertes als Offset-Korrekturwert korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd ein die Lastspannung und ein den Laststrom wiedergebender Analogwert aufgenommen wird.