МНОГОТАРИФНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЙ УЗЛОВОЙ СЧЕТЧИК ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ Российский патент 1999 года по МПК G01R21/06 G01R21/133 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для непосредственного и дистанционного контроля и учета в распределительных узлах многоканального получения и разветвляемого потребления как электрических энергий, мощностей, эффективных значений напряжений, токов, и т. д., так и объемов, мощностей, энергий и прочих параметров других энергоносителей.

Патентный поиск в ВПТБ - "Изобретения стран мира" по МПК 01к за период с 1982 по 1996 годы включительно показал, что в настоящее время в мире имеются множества узкоспециализированных счетчиков для раздельного учета и контроля потребления (передачи) мощностей, энергий, объемов и прочих параметров различных энергоносителей: электричества, газа, воды, отопления и др. В связи с этим на соответствующих станциях, разного уровня подстанциях и других узлах распределения энергоносителей, в том числе в многоквартирных и даже отдельных квартирах и домах, ставят множества узкоспециализированных счетчиков электроэнергии (например, типа СЭБ, ALFA фирмы ABB и др.), газа (например, типа G4, G6, СГ-16М, СГ-75 и др.), горячей (например, типа ВСГ (д15,...,250) и др.) и холодной (например, типа ВСХ (д15,...,250) и др.) воды, жидкого топлива, количества, давления и температуры входного и выходного теплоносителя в отопительных системах (например, типа СТ1, СТЗ, СТ6, MULTICAL III UF, КСТ и др.) и т.д.. Счетчиков потребления хотя бы двух, а тем более множества видов энергоносителей одновременно, при поиске не обнаружено.

В качестве прототипа взят "интеллектуальный" многотарифный цифровой счетчик "Альфа" (A1R-AL) электроэнергии фирмы ABB, стуктурная схема которого приведена на фиг. 1.

Счетчик электроэнергии "Альфа" A1R-AL микропроцессорный и состоит из:
- контактной колодки (1);
- датчиков тока в цепях потребления электроэнергии (2);
- датчиков напряжения контролируемой электросети (3);
- коммутатора сигналов датчиков напряжения и токов (4);
- аналого-цифрового преобразователя (5);
- модуля постоянного запоминающего устройства (6);
- цифрового однопроцессорного вычислителя (7);
- электронного индикатора (8);
- блока электропитания собственно счетчика (9);
- энергонезависимых оперативного запоминающего устройства с таймером (10):
- органа для ручного управления счетчиком (11);
- телеметрического приемопередатчика (12).

На первый вход контактной колодки (1) подается питающее напряжение сети. Это напряжение поступает на входы датчиков напряжения (3), на вход блока питания (9) собственно счетчика, а через датчики тока (2) и вторые клеммы контактной колодки (1) - потребителю. Сигналы с выхода датчиков тока и напряжения подаются соответственно на второй и третий входы одного коммутатора (4), а с выхода последнего - поочередно на вход одного аналого-цифрового преобразователя (5), который выходом непосредственно связан с первым входом цифрового однопроцессорного вычислителя (7). Цифровой однопроцессорный вычислитель соединен: вторым входом - с выходом модуля постоянного запоминающего устройства (6); третьим входом - с первым выходом оперативного запоминающего устройства с таймером (10); четвертым входом - с первым выходом телеметрического приемопередатчика (12); пятым входом - с выходом органа ручного управления (11); первым выходом - одновременно с управляющими первыми входами коммутатора, оперативного запоминающего устройства с таймером и модуля постоянного запоминающего устройства; вторым выходом - с первым управляющим входом аналого-цифрового преобразователя; третьим выходом - со вторым входом оперативного запоминающего устройства с таймером; четвертым выходом - со вторым входом телеметрического приемопередатчика; пятым выходом - со входом электронного индикатора (8). Второй выход оперативного запоминающего устройства с таймером соединен с первым входом телеметрического приемопередатчика. Питание всех узлов счетчика осуществляют вторичными напряжениями с выхода блока электропитания счетчика. Вычисленные в цифровом однопроцессорном вычислителе по "электроэнергетическим" алгоритмам, программа которых заложена в модуле постоянного запоминающего устройства, значения итоговых многотарифных потребленных электроэнергий, мощностей, эффективных напряжений, токов, и т. д., заносятся в энергонезависимое оперативное запоминающее устройство с таймером, выводятся по сигналам от органа ручного управления на электронный индикатор, отправляются по кодированному запросу (паролю) через телеметрический приемопередатчик по дуплексному каналу связи в систему учета и контроля потребления электроэнергии.

Как видно из схемы прототип имеет недостаток, заключающийся в том, что он предназначен для работы лишь с одним из видов энергоносителей, а именно - электроэнергией.

Предлагается указанный недостаток устранить и обеспечить возможности в узловых точках с помощью одного счетчика вычислять, регистрировать, накапливать и передавать значения мощностей, энергий, объемов и других параметров всех потребляемых энергоносителей.

Указанная цель достигается, как это показано на фиг. 2, путем введения в структуру счетчика-прототипа новых и дополнительных элементов, модулей и блоков:
- коммутационного разъема (17) счетчика с внешними аналоговыми, импульсными и цифровыми датчиками текущих значений параметров и расходов жидких, твердых, газообразных и других энергоносителей;
- дополнительных коммутаторов (4^*) входных аналоговых сигналов, поступающих через разъем (17) от внешних аналоговых датчиков;
- дополнительных аналого-цифровых преобразователей (5^*);
- многопроцессорной (7_Э, 7_А, 7_Ц, 7_И,...) цифровой вычислительной системы (7^*) вместо цифрового однопроцессорного вычислителя;
- коммутатора-распределителя (14) аналого-цифровых преобразователей (5, 5^*);
-канальных мультиплексоров (18) для передачи последовательной и параллельной цифровой информации от внешних цифровых датчиков через входной разъем (17) в многопроцессорную цифровую вычислительную систему (7^*) счетчика;
- блока энергонезависимых двоичных реверсивных счетчиков-регистров (19) для непрерывного подсчета импульсов, поступающих через входной разъем (17) от внешних импульсных датчиков;
- мультиплексоров (20) счетчиков-регистров;
- дополнительных модулей постоянных запоминающих устройств (6₂, ...,6_s);
- коммутатора блока модулей постоянных запоминающих устройств (15);
- коммутатора электронного индикатора (16);
- распределителя тактовых импульсов (13);
- увеличения емкости энергонезависимого оперативного запоминающего устройства с таймером (10^*);
- увеличения количества позиций органа ручного управления (11).

На входы коммутационного разъема (17), как это отмечалось выше, подаются сигналы от внешних аналоговых, импульсных и цифровых датчиков текущего состояния (температура, давление, влажность и др.) и расхода жидких, твердых, газообразных и других энергоносителей. Клеммы разъема с сигналами: от аналоговых датчиков соединены со входами (2,..., n) дополнительных коммутаторов (4^*); от цифровых датчиков последовательной и параллельной передачи данных связаны соответственно с информационными входами (2,..., m) канальных мультиплексоров (18), от импульсных датчиков подключены к счетным входам (2,..., k) энергонезависимых двоичных реверсивных счетчиков-регистров (19).

Выходы дополнительных коммутаторов (4^*) соединены со вторыми входами дополнительных аналого-цифровых преобразователей (5^*). Выходы аналого-цифровых преобразователей (5, 5^*) связаны соответственно со вторым и с третьим входами коммутатора-распределителя (14). Распределитель тактовых импульсов (13) первыми и вторыми входами соединен с первыми и вторыми выходами многопроцессорной цифровой вычислительной системы (7^*), своими первыми выходами подключен к первым управляющим входам датчиковых коммутаторов (4, 4^*), а вторыми подсоединен к первым управляющим входам аналого-цифровых преобразователей (5, 5^*). Коммутатор-распределитель (14) первыми выходами соединен с первыми входами многопроцессорной цифровой вычислительной системы (7^*), а первым входом связан со вторыми управляющими выходами этой же вычислительной системы.

Канальные мультиплексоры (18) выходами соединены с первыми входами многопроцессорной цифровой вычислительной системы (7^*), а управляющими первыми входами - с ее вторыми выходами. По этому цифровому каналу предлагаемый счетчик будет способен принимать для хранения, преобразования и дальнейшей передачи информацию не только от указанных датчиков, но и от себе подобных счетчиков и других цифровых подсистем.

Энергонезависимые двоичные реверсивные счетчики-регистры (19) своими выходами подключены ко вторым входам мультиплексоров (20), а управляющими первыми входами - к первым выходам многопроцессорной цифровой вычислительной системы (7^*). Мультиплексоры (20) выходами соединены с первыми входами многопроцессорной цифровой вычислительной системы (7^*), а первыми управляющими входами связаны с ее вторыми выходами. По этому импульсному каналу представляется возможным принимать в предлагаемый счетчик для хранения, преобразования и дальнейшей передачи в виде цифровой информации данные не только от импульсных датчиков, но и от импульсных счетчиков электроэнергии и других импульсных подсистем.

Обработка многоканальной информации в многопроцессорной цифровой вычислительной системе с целью вычисления всех параметров потребляемых энергоносителей, включая естественно и электроэнергию, осуществляется по "S" алгоритмам (S ≤ n, S ≤ m, S ≤ k), программы которых заложены в соответствующие модули блока постоянных запоминающих устройств (6₁,..., 6_s), по принципу соответствия, когда при подключении коммутаторами (4, 4^*), канальными мультиплексорами (18), мультиплексорами (20) счетчиков-регистров комплектов датчиков конкретных каналов энергоносителей, к этим же микропроцессорам (7_Э, 7_А, 7_Ц, 7_И,...) коммутаторами (15) подключаются соответствующие модули блока постоянных запоминающих устройств (6₁,...,6_s) для программного управления требуемыми для каналов вычислительными процессами.

Результаты вычислений из многопроцессорной цифровой вычислительной системы (7^*) отправляются: с третьего выхода - в энергонезависимое оперативное запоминающее устройство (10*); с выходов (5_Э, 5_А, 5_Ц, 5_И, 5) через коммутатор (16) ручного управления - на электронный индикатор (8). По кодированному запросу (паролю) результаты вычислений со второго выхода энергонезависимого оперативного запоминающего устройства поступают на первый вход телеметрического приемопередатчика и далее по каналам связи - в систему контроля, учета и управления потреблением всех энергоносителей и их текущими параметрами качества.

При сокращении количества счетчиков, устанавливаемых в узлах распределения энергоносителей, уменьшается по совокупности количество электронных индикаторов, блоков питания, дуплексных телеметрических приемопередатчиков и др. Последнее, в совокупности с наличием цифровых и импульсных входов у него, приводит к упрощению сетей связи счетчиков друг с другом, с диспетчерскими пунктами и другими импульсными и цифровыми подсистемами, а в совокупности - к удешевлению таким образом всей системы контроля, учета и управления энергопотреблением и его качеством. Кроме того, предлагаемый счетчик позволит внедрить принцип многотарифности для всех энергоносителей.

Перечень графических материалов.

Фиг. 1. Схема структурная электронного цифрового счетчика электроэнергии "Альфа" фирмы ABB типа AIR-AL.

Фиг. 2. Схема структурная многотарифного многоканального телекоммуникационного узлового счетчика потребления энергоносителей.

Источники информации
1, 2, 3, 4, 5. Технические описания и инструкции по эксплуатации электронных электросчетчиков ПСЧ, СЭБ, СЭТ, ЦЭ680, СЭТАРП. АООТ "Мытищинский электротехнический завод", 1996 г.

6. Информационно-рекламные материалы по электронным цифровым счетчикам "Альфа" фирмы ABB. ТОО "СП АВВ-ВЭИ "Метроника", г. Москва, 1996 - 1997 г.г.

7. Техническое описание и инструкция по эксплуатации теплосчетчиков СТ1, MULTICAL. АО "Тепловодомер", г. Мытищи, 1997 г.

8. Техническое описание и инструкция по эксплуатации теплосчетчиков ТС-ОЗ. ЗАО "НПФ "Раско", г. Москва, 1997 г.г.

9. Техническое описание и инструкция по эксплуатации теплосчетчика ТСЧ1. АО "Сарапульский электрогенераторный завод", АОКБ "Импульс", г.Арзамас, 1997 г.

10. Техническое описание и инструкция по эксплуатации счетчиков газа G4, G6. АО "Тепловодомер", г. Мытищи, 1997 г.

11. Техническое описание и инструкция по эксплуатации счетчиков холодной ВСХд и горячей ВСГд воды. АО "Тепловодомер", г. Мытищи, 1997 г.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для непосредственного и дистанционного контроля и учета в распределительных узлах многоканального получения и разветвляемого потребления как электрических энергий, мощностей, эффективных значений напряжений, токов и т.д., так и мощностей, энергий и прочих параметров других энергоносителей. В счетчик введены датчики текущих значений параметров и расходов энергоносителей, многоканальные датчиковые коммутаторы аналого-цифровые преобразователи, мультиплексоры, энергозависимые двоичные реверсивные счетчики-регистры и др. , обеспечено распределение самого вычислительного процесса путем внедрения блока модулей постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) с требуемым набором программ алгоритмов обработки информации и коммутаторами этих модулей, энергозависимых ОЗУ с таймером и т.д., накопления и сохранения в памяти требуемого массива полученных результатов, управления всем массивом результатов для передачи этих данных по телеметрическим каналам связи, а также для их визуализации на электронном индикаторе. Технический результат заключается в возможности многократно сократить количество счетчиков в узлах распределения всех энергоносителей, упростить и удешевить систему телеметрического учета, контроля и управления всеми видами энергопотребления и его качеством, внедрить принцип многотарифности для всех энергоносителей. 2 ил.

Многотарифный многоканальный телекоммуникационный узловой счетчик потребления энергоносителей, содержащий контактную колодку, датчики подведенного напряжения и потребляемого тока, датчиковый коммутатор, третий и второй входы которого соединены соответственно с выходами указанных датчиков, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к выходу указанного датчикового коммутатора, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство с таймером, модуль постоянного запоминающего устройства, телеметрический приемопередатчик, электронный индикатор, орган ручного управления, блок электропитания счетчика и цифровой вычислитель, соединенный третьим входом с первым выходом энергонезависимого оперативного запоминающего устройства с таймером, четвертым входом - с первым выходом телеметрического приемопередатчика, пятым входом - с выходом органа ручного управления, третьим выходом - со вторым входом энергонезависимого оперативного запоминающего устройства с таймером, четвертым выходом - со вторым входом телеметрического приемопередатчика, второй выход энергонезависимого оперативного запоминающего устройства с таймером подключен к первому входу телеметрического приемопередатчика, на вход блока электропитания счетчика подается напряжение сети, а с его выходов вторичные напряжения поступают на клеммы питания всех узлов счетчика, отличающийся тем, что в счетчик дополнительно введены входная колодка с внешними аналоговыми, импульсными и цифровыми датчиками текущих значений параметров и расходов жидких, твердых, газообразных энергоносителей, коммутаторы указанных входных аналоговых сигналов, аналого-цифровые преобразователи этих сигналов, коммутатор-распределитель аналого-цифровых преобразователей, канальные мультиплексоры указанных цифровых внешних датчиков, блок энергонезависимых двоичных реверсивных счетчиков-регистров указанных внешних импульсных датчиков, мультиплексоры этих счетчиков-регистров, цифровой вычислитель выполнен в виде многопроцессорной системы, блок модулей постоянных запоминающих устройств, коммутатор электронного индикатора, распределитель тактовых импульсов, причем выходы внешних аналоговых датчиков через соответствующие клеммы входной колодки соединены со вторыми входами дополнительных коммутаторов, которые выходами подключены к вторым входам дополнительных аналого-цифровых преобразователей, основной и дополнительные аналого-цифровые преобразователи выходами подсоединены соответственно к вторым и третьим входам коммутатора-распределителя, коммутатор-распределитель первыми выходами соединен с первыми входами многопроцессорной цифровой вычислительной системы, а первыми входами связан со вторыми управляющими выходами этой же вычислительной системы, распределитель тактовых импульсов первыми и вторыми входами соединен с первыми и вторыми выходами многопроцессорной цифровой вычислительной системы, а первыми выходами подключен к первым управляющим входам датчиковых коммутаторов, вторыми выходами подсоединен к первым управляющим входам аналого-цифровых преобразователей, выходы внешних цифровых датчиков последовательной и параллельной передачи данных через соответствующие клеммы входной колодки соединены со вторыми информационными входами канальных мультиплексоров, которые выходами соединены с первыми входами многопроцессорной цифровой вычислительной системы, а управляющими первыми входами подключены к ее вторым выходам, выходы внешних импульсных датчиков через соответствующие клеммы входной колодки связаны со вторыми счетными входами блока энергонезависимых двоичных реверсивных счетчиков-регистров, двоичные реверсивные счетчики-регистры первыми управляющими входами подключены к первым выходам многопроцессорной цифровой вычислительной системы, а выходами соединены с входами мультиплексоров, мультиплексоры выходами подсоединены к первым входам многопроцессорной цифровой вычислительной системы, а управляющими первыми входами соединены с ее вторыми выходами, модули блока постоянных запоминающих устройств первыми входами соединены с первыми управляющими выходами многопроцессорной цифровой вычислительной системы, а выходами подключены ко вторым входам коммутатора модулей блока постоянных запоминающих устройств, коммутатор модулей блока постоянных запоминающих устройств подключен выходами ко вторым входам многопроцессорной цифровой вычислительной системы, распределитель тактовых импульсов первыми выходами соединен с управляющими входами всех аналого-цифровых преобразователей, вторыми выходами связан с управляющими входами всех датчиковых коммутаторов, а первыми и вторыми управляющими входами соединен с первыми и вторыми выходами многопроцессорной цифровой вычислительной системы, пятые выходы многопроцессорной цифровой вычислительной системы соединены с первыми входами коммутатора электронного индикатора, коммутатор электронного индикатора вторым входом соединен с выходом органа ручного управления, а выходом соединен с входом электронного индикатора, вычисления объемов и параметров потребляемых энергоносителей осуществляются по алгоритмам, программы которых заложены в соответствующих модулях блока постоянных запоминающих устройств по принципу соответствия, когда при подключении коммутаторами, канальными мультиплексорами, мультиплексорами счетчиков-регистров комплектов датчиков конкретных каналов энергоносителей, к этим же микропроцессорам коммутаторами подключаются соответствующие модули блока постоянных запоминающих устройств для программного управления требуемыми для каналов вычислительными процессами, результаты вычислений направляются по сигналу от органа ручного управления для визуализации на электронный индикатор, по кодированному запросу через телеметрический приемопередатчик по каналам связи в систему контроля, учета и управления потреблением всех энергоносителей и их текущими параметрами качества.