СИСТЕМА УЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2005 года по МПК G01R21/06 G01R11/00 G07F19/00 

Изобретение относится к регистрирующей технике и может быть использовано для организации оперативной регистрации, учета и оплаты потребляемой электрической энергии абонентами различного типа.

Известны различные устройства и системы регистрации электроэнергии, используемой потребителями, например, по авторским свидетельствам и патенту: SU №1647413 A1 на "Электросчетчик"; SU №1780022 A1 на "Способ контроля потребления электроэнергии"; RU №2000577 С на "Устройство для учета стоимости электроэнергии при переменном тарифе".

Соответствующие устройства содержат измерительные преобразователи, счетчики, коммутаторы, элементы совпадения, дешифраторы и предназначены для измерения и учета потребленной мощности. В случае превышения заданных условий эксплуатации потребитель может быть отключен от электропитания. Общими недостатками аналогов являются трудности с организацией оперативного контроля энергетическими службами за превышением абонентом оплаченного лимита электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство по патенту RU №2000577 С, МКИ G 01 R 11/32. Данный прототип содержит первый и второй счетчики, тактовый генератор, блок определения параметров, импульсный преобразователь и постоянное запоминающее устройство.

В данном прототипе происходит преобразование информации о количестве потребленной энергии в импульсы, частота которых пропорциональна потреблению энергии. Из них формируется группы импульсов в соответствии с тарифом, код которого хранится в постоянном запоминающем устройстве. В счетчике эти группы импульсов суммируются, что позволяет извлекать информацию о потребляемой энергии.

Описанное устройство не позволяет выполнять ряд важных в настоящее время функций. Разнообразие типов абонентов, потребляющих электрическую энергию, обуславливает и разнообразие требований на организацию оплаты электроэнергии, контроля и учета ее потребления. В частности, известные устройства не обеспечивают возможность оплаты абонентом выбранного определенного объема лимита электроэнергии, контроля и учета исчерпания этого лимита, автоматического отключения потребителя от источника электроэнергии в случае невозобновления оплаты, а также организации отпуска электроэнергии абоненту по кредитной системе при кредите определенного объема.

Задачей настоящего изобретения является повышение удобства, точности и оперативности контроля и учета потребления электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что система учета электрической энергии, содержащая первый тактовый генератор и первое запоминающее устройство, выполнена в виде набора, включающего устройство записи, информационную карту и устройство учета, причем в устройство записи введены первый разъем ввода-вывода, первый и второй блоки памяти, первый блок управления, первый генератор адреса, генератор случайных чисел, первый коммутатор, блок набора кода, первый дешифратор и первый блок "исключающее ИЛИ", при этом выход первого тактового генератора соединен с тактируемыми входами первого блока памяти, первого генератора адреса и первого блока управления, выход блока набора кода через первый дешифратор подключен ко входу первого коммутатора, выход которого соединен со входом первого блока "исключающее ИЛИ", генератор случайных чисел через второй блок памяти подсоединен ко второму входу первого коммутатора и через последовательно соединенные первый генератор адреса и первое постоянное запоминающее устройство - ко второму входу первого блока "исключающее ИЛИ", а его выход - ко входу первого блока памяти, другой вход первого блока управления соединен с пусковым входом устройства записи, а выходы первого блока управления - с управляющими входами первого генератора адреса, первого коммутатора, первого и второго блоков памяти, тактовым входом и входом записи/стирания первого разъема ввода-вывода, информационный вход которого подключен к выходу первого блока памяти, в информационную карту введены третий блок памяти и второй разъем ввода-вывода, причем тактовый вход, вход записи/стирания, информационный вход и вход считывания третьего блока памяти соединены с соответствующими выходами второго разъема ввода-вывода, в устройство учета введены третий разъем ввода-вывода, второй и третий блоки управления, четвертый, пятый и шестой блоки памяти, второй тактовый генератор, второй и третий генераторы адреса, второй блок "исключающее ИЛИ", второе и третье постоянные запоминающие устройства, блок сравнения, реверсивный счетчик, второй дешифратор, индикатор оплаченного объема, блок контроля, индикатор отключения, второй коммутатор и блок измерения, при этом выход второго тактового генератора соединен с тактируемыми входами второго и третьего блоков управления, четвертого, пятого и шестого блоков памяти, второго и третьего генераторов адреса и блока сравнения, выход четвертого блока памяти через пятый блок памяти подключен ко входу второго блока "исключающее ИЛИ", а его выход через последовательно соединенные шестой блок памяти, третье постоянное запоминающее устройство, реверсивный счетчик и второй дешифратор - ко входу индикатора оплаченного объема, выход второго генератора адреса подключен к другому входу пятого блока памяти, а выход третьего генератора адреса через второе постоянное запоминающее устройство - к другому входу второго блока "исключающее ИЛИ", другой выход шестого блока памяти соединен со входом блока сравнения, а его выход - с одним из входов третьего блока управления и с одним из входов третьего генератора адреса, другой выход которого соединен с другим входом третьего блока управления и со входом индикатора отключения, вход второго блока управления подключен к выходу третьего разъема ввода-вывода, а выходы второго блока управления – к управляющим входам третьего блока управления и четвертого блока памяти, а также к тактовому входу и входу считывания третьего разъема ввода-вывода, выходы третьего блока управления соединены с управляющими входами четвертого, пятого и шестого блоков памяти, блока сравнения, второго и третьего генераторов адреса и реверсивного счетчика, а также со входом записи/стирания третьего разъема ввода-вывода, а его информационный выход - с другим входом четвертого блока памяти, вход блока контроля подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход - к управляющему входу второго коммутатора и к другому входу индикатора отключения, вход второго коммутатора подключен к электросети, а его выход через блок измерения - к потребителю, информационный выход блока измерения соединен с другим входом реверсивного счетчика, а управляющий выход блока измерения - с другим управляющим входом реверсивного счетчика.

Выполнение системы учета электрической энергии в виде устройства записи, информационной карты и устройства учета позволит повысить удобство, точность и оперативность контроля и учета электрической энергии.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства записи.

На фиг.2 представлена структурная схема информационной карты.

На фиг.3 представлена структурная схема устройства учета.

На фиг.4 представлен вариант структурной реализации генератора случайных чисел.

На фиг.5 и 6 представлены варианты структурной реализации блока измерения.

На фиг.7 представлены графики, поясняющие работу системы.

На фиг.1 обозначены: информационная карта 1, первый разъем ввода-вывода 2, первый блок памяти 3, второй блок памяти 4, первый тактовый генератор 5, первый блок управления 6, первое постоянное запоминающее устройство 7, первый генератор адреса 8, генератор случайных чисел 9, первый коммутатор 10, блок набора кода 11, первый дешифратор 12, первый блок "исключающее ИЛИ" 13.

На фиг.2 обозначены: третий блок памяти 14 и второй разъем ввода-вывода 15.

На фиг.3 обозначены: третий разъем ввода-вывода 16, второй 17 и третий 18 блоки управления, четвертый 19, пятый 20 и шестой 21 блоки памяти, второй тактовый генератор 22, второй 23 и третий 24 генераторы адреса, второй блок "исключающее ИЛИ" 25, второе 26 и третье 27 постоянные запоминающие устройства, блок сравнения 28, реверсивный счетчик 29, второй дешифратор 30, индикатор оплаченного объема 31, блок контроля 32, индикатор отключения 33, второй коммутатор 34, блок измерения 35, блок идентификации карты 36.

На фиг.4 обозначены: дешифратор 37, тактовый генератор 38 и счетчик 39.

На фиг.5 обозначены: измеритель напряжения 40, измеритель тока 41, первый 42 и второй 43 аналого-цифровые преобразователи, перемножитель 44, генератор записи 45, генератор считывания 46, сумматор 47.

На фиг.6 обозначены: электромеханический датчик 48, формирователь 49, постоянное запоминающее устройство 50.

На графиках, поясняющих работу системы (фиг.7), обозначены: часть (длиной М бит) эталонной кодовой последовательности 51, предшествующей контрольной и информационной группам; контрольная кодовая группа 52 (длиной L₁ бит); информационная кодовая группа 53 (длиной L₂ бит); оставшаяся часть эталонной кодовой последовательности 54 (длиной M-M-L₁-L₂ бит).

На фиг.1 информационная карта 1 вставляется в первый разъем ввода-вывода 2. Тактовый генератор 5 подключен ко входам первого блока памяти 3, первого блока управления 6 и первого генератора адреса 8. К первому блоку управления 6 подсоединен пусковой вход, а выходы первого блока управления 6 соединены со входами первого блока памяти 3, первого генератора адреса 8, второго блока памяти 4 и первого коммутатора 10, а также с первым разъемом ввода-вывода 2. Блок набора кода 11 через шину, состоящую из нескольких параллельных проводов, подключен ко входу первого дешифратора 12, а его выход - к первому коммутатору 10. Генератор случайных чисел 9 через второй блок памяти 4 соединен с первым коммутатором 10 и через последовательно соединенные первый генератор памяти 8, первое запоминающее устройство 7, первый блок "исключающее ИЛИ" 13 с первым блоком памяти 3.

Выход первого коммутатора 10 подключен ко входу первого блока "исключающее ИЛИ" 13, а выход первого блока памяти 3 - к первому разъему ввода-вывода 2.

На фиг.2 третий блок памяти 14 соединен со вторым разъемом ввода-выхода 15.

На фиг.3 третий разъем ввода-вывода 16 соединен со входами второго блока управления 17, четвертого блока памяти 19, входом реверсивного счетчика 29, и с выходами второго 17 и третьего 18 блоков управления. Второй тактовый генератор 22 соединен со входами второго 17, третьего 18 блоков управления, входами четвертого 19, пятого 20 и шестого 21 блоков памяти, второго 23 и третьего 24 генераторов адреса и входом блока сравнения 28. Выходы второго блока управления 17 соединены со входами четвертого блока памяти 19 и третьего блока управления 18, а его выходы - со входами четвертого 19, пятого 20 и шестого 21 блоков памяти, второго 23 и третьего 24 генераторов адреса, и со входом блока сравнения 28. Ко входам пятого блока памяти 20 подключены выходы четвертого блока памяти 19 и второго генератора адреса 23, а выход пятого блока памяти 20 через второй блок "исключающее ИЛИ" 25 и шестой блок памяти 21 соединен со входом третьего постоянного запоминающего устройства 27. Выход шестого блока памяти 21 соединен со входом блока сравнения 28, а его выходы – со входами третьего блока управления 18, третьего генератора адреса 24, его выход через второе постоянное запоминающее устройство 26 - со входом второго блока "исключающее ИЛИ" 25.

Входы реверсивного счетчика 29 соединены с выходами третьего постоянного запоминающего устройства 27, блока измерения 35, а выход реверсивного счетчика 29 подключен ко входу блока контроля 32 и через второй дешифратор 30 - к индикатору оплаченного объема 31. Выход блока контроля 32 соединен с индикатором отключения 33 и со вторым коммутатором 34, который также соединен с электросетью и с блоком измерения 35, выход которого подключен к потребителю электроэнергии. Один из выходов третьего генератора адреса 24 подключен также ко входам третьего блока управления 18 и индикатора отключения 33.

На фиг.4 тактовый генератор 38 через счетчик 39 соединен с дешифратором 37.

На фиг.5 электросеть через измеритель тока 41 и измеритель напряжения 40 подключена к потребителю электроэнергии. Выходы измерителя тока 41 и измерителя напряжения 40 через соответственно второй 43 и первый 42 аналого-цифровые преобразователи соединены со входом перемножителя 44, выход которого соединен со входом сумматора 47, другие его входы подключены к выходам генератора записи 45 и генератора считывания 46.

На фиг.6 электромеханический датчик 48 через формирователь 49 соединен с постоянным запоминающим устройством 50.

Блоки всех устройств работают следующим образом.

В устройстве записи (фиг.1) первый разъем ввода-вывода 2 служит для подачи на информационную карту 1 сигналов тактовой синхронизации (тактовых импульсов); сигнала, управляющего записью информации на информационную карту и стиранием записанной информации; сигнала, в последовательном двоичном коде записывающего на информационную карту кодирующие символы для предотвращения неоплаченного пользования электроэнергией и идентификации карты, а также содержащего информацию о величине оплаченного абонентом в очередной раз объема электроэнергии.

Первый блок памяти 3 служит для хранения записанного в параллельном коде кодового слова (содержащего шифрующие символы информации), преобразования его в последовательный код и подачи его через первый разъем ввода-вывода 2 на информационную карту 1. Работа блока синхронизируется тактовым генератором 5, режим работы определяется первым блоком управления 6. Параллельный двоичный код подается с первого блока "исключающее ИЛИ" 13.

Второй блок памяти 4 служит для записи случайного числа, вырабатываемого генератором случайных чисел 9. Случайное число из нескольких бит в параллельном коде записывается в этот блок памяти по управляющему сигналу первого блока управления 6 в момент прихода управляющего сигнала и хранится в блоке памяти до следующего момента прихода управляющего сигнала.

Первый тактовый генератор 5 вырабатывает тактовые импульсы, управляющие и синхронизирующие работу первого блока управления 6, первого блока памяти 3 и первого генератора адреса 8.

Первое постоянное запоминающее устройство 7 содержит эталонную кодовую последовательность случайных чисел, сгруппированных по группам, например по байтам. Байты записаны в адресах с последовательно возрастающими номерами, начиная с нулевого. На его выход извлекается в параллельном коде двоичное слово определенной длины (1 байт). Адрес этого байта задается в параллельном коде первым генератором адреса 8.

Генератор случайных чисел 9 работает непрерывно, вырабатывая случайные многоразрядные (например, 8 разрядов) случайные числа.

Первый коммутатор 10 служит для подключения на свой многоканальный выход многоразрядного (например, 8 разрядного) двоичного сигнала с одного из двух своих многоканальных входов. Какой из входов подключен к выходу, определяется управляющим сигналом первого блока управления 6.

Блок набора кода 11 служит для ввода в устройство информации о внесенной абонентом денежной сумме и, соответственно, об оплаченном объеме электроэнергии. После внесения абонентом оплаты оператор (кассир) в энергетической службе вводит определенную информацию в этот блок набора кода 11, соответствующую внесенной сумме (блок может быть реализован, например, в виде клавишного узла). Первый дешифратор 12 преобразует информацию, поступающую с блока набора кода 11 в соответствующий параллельный двоичный код.

Первый блок “исключающее ИЛИ” 13 осуществляет логическую операцию над двумя многоразрядными двоичными словами, поступающими на два его входа. Количество разрядов обоих слов одинаковое. Операция производится по отдельности с каждой парой бит, стоящих в одинаковых позициях. (При этом берется по одному биту из первой позиции обоих сигналов, над ними производится эта логическая операция, и результат помещается в первую позицию выходного многоразрядного слова. Одновременно с этим берутся биты из второй позиции обоих входных сигналов, и результат их логической обработки помещается во вторую позицию выходного сигнала, и т.д.).

Если х₁ - бит одного сигнала и х₂ - другого сигнала, то после проведения операции “исключающее ИЛИ”, ее результат у определяется формулой:

Первый блок управления 6 вырабатывает сигналы, управляющие работой других блоков. На первый разъем ввода-вывода 2 подается сигнал, управляющий записью информации в информационной карте, и сигнал с определенным количеством тактовых импульсов для синхронизации этого процесса. На первый 3 и второй 4 блоки памяти и первый генератор адреса 8 и первый коммутатор 10 подаются сигналы, управляющие режимами их работы.

В информационной карте (фиг.2) на третий блок памяти 14 со второго разъема 15 подаются сигналы, управляющие его работой и переносящие кодированную информацию либо в блок памяти (когда карта подсоединена к устройству записи), либо с блока памяти (если карта подключена к устройству учета).

Каждая ячейка блока памяти хранит один бит. В отсутствие тактовых импульсов блок памяти 14 сохраняет ранее записанную информацию.

С появлением на его синхровходе тактовых импульсов блок активируется. Режим его работы определяется управляющими сигналами на входах записи и считывания. При появлении управляющего потенциала на входе записи предыдущая информация из блока памяти стирается, и с приходом каждого нового тактового импульса начинается побитовая запись двоичных символов в ячейки, начиная с нулевого адреса последовательно с возрастанием номера ячеек. При исчезновении управляющего потенциала на входе записи и тактовых импульсов запись прекращается, и блок переходит в режим хранения. Записываемые двоичные символы подаются с разъема 15 на информационный вход блока памяти. При появлении управляющего потенциала на входе записи и отсутствии тактовых импульсов осуществляется только стирание всей ранее записанной информации.

С появлением управляющего потенциала на входе считывания и с приходом тактовых импульсов включается режим считывания и начинается побитовое считывание записанных в блоке памяти двоичных символов.

Символы поступают на разъем ввода-вывода 15 с того же информационного входа блока памяти. При считывании записанная в блоке памяти информация не повреждается и остается в блоке. Считывание начинается с ячейки нулевого адреса и проводится последовательно по возрастанию номера ячеек памяти. При пропадании управляющего потенциала и каждом возобновлении его подачи считывание каждый раз начинается вновь с ячейки с нулевым адресом.

В устройстве учета (фиг.3) третий разъем ввода-вывода 16 служит для соединения со вторым разъемом ввода-вывода 15 информационной карты. Кроме этого при вставлении карты в разъем 16 с него на второй управляющий блок 17 подается сигнал о том, что карта вставлена и с нее можно считывать информацию.

Второй блок управления 17 служит для организации считывания информации с карты учета. С этой целью он вырабатывает тактовый и управляющий сигналы, подаваемые на третий разъем ввода-вывода 16, а также на четвертый блок памяти 19.

По завершению считывания он управляющим сигналом сообщает об этом на третий блок управления 18 и передает ему управление дальнейшей работой устройств учета.

Третий блок управления 18 вырабатывает управляющие сигналы для работы четвертого 19, пятого 20 и шестого 21 блоков памяти, второго 23 и третьего 24 генераторов адреса, а также блока сравнения 28.

В случае успешного считывания информации с карты и проверки ее подлинности третий блок управления 18 также вырабатывает информационный сигнал на реверсивный счетчик 29 о необходимости считывания обработанной информации, а также сигнал на третий разъем ввода-вывода 16 и далее на информационную карту, стирающий с нее ранее записанную информацию.

Четвертый блок памяти 19 считывает с третьего разъема ввода-вывода набор двоичных битов в последовательном коде и запоминает его. Далее по сигналу третьего блока управления он в параллельном коде выдает группы символов (например, по 8 битов, образующих байт).

Пятый блок памяти 20 записывает эти байты по адресам, расположенным последовательно, начиная с нулевого адреса, руководствуясь управляющим сигналом с третьего блока управления 18.

Также третий блок управления 18 переключает пятый блок памяти в режим считывания, при этом на выход пятого блока памяти подаются байты, записанные по адресам, двоичный номер которых определяется многоканальным сигналом со второго генератора адреса 23.

Шестой блок памяти 21 записывает двоичную кодовую группу (например, байт), поступающую на ее многоканальный вход со второго блока “исключающее ИЛИ” 25. Запись производится по группам (байтам) в ячейки, начиная с нулевого адреса группы по команде с третьего блока управления 18. В каждой ячейке записывается одна группа (байт), кроме того, информация, записанная в ячейках заранее определенных номеров, постоянно подается на третье постоянно запоминающее устройство 27 и на блок сравнения 28.

Второй тактовый генератор 22 вырабатывает тактовые импульсы, синхронизирующие работу других блоков.

Второй генератор адреса 23 при подаче управляющего сигнала с блока управления начинает на своих выходах вырабатывать двоичный код, начиная с нуля, являющийся номером ячейки, с которой в пятом блоке памяти 20 считывается байт.

При прерывании подачи управляющего сигнала и после этого подаче его вновь выработка двоичного кода вторым генератором адреса 23 вновь начинается с нуля, независимо от того, до какого номера он успел досчитать в предыдущем цикле.

Третий генератор адреса 24 при подаче управляющего сигнала с третьего блока управления 24 начинает вырабатывать двоичный код, последовательно возрастающий от некоторого начального числа. В первом цикле это начальное число равно нулю. В случае прихода управляющего импульса с блока сравнения 28 следующее начальное число при запуске с блока управления в следующем цикле будет единица. В следующем (третьем) цикле при приходе управляющего импульса с блока сравнения 28 начальное число будет равно двум, и т.д. Таким образом, при приходе с блока сравнения управляющих импульсов, с каждым новым управляющим импульсом в определенном цикле начало вырабатываемой числовой последовательности будет постоянно возрастать. (Пусть, например, третьему генератору адреса 24 необходимо каждый раз вызывать группу длиной в 5 байтов. Тогда в первом цикле будет выработана последовательность номеров ячеек, откуда вызываются байты, имеющая вид: 0-1-2-3-4; во втором цикле будет выработана последовательность номеров ячеек 1-2-3-4-5; в третьем цикле 2-3-4-5-6, и т.д.).

В случае, если третий генератор адреса 24 при постоянном поцикловом возрастании номера первого байта кодовой группы исчерпает всю память второго постоянного запоминающего устройства 26, он вырабатывает контрольный сигнал, который подается на третий блок управления 18 и на индикатор отключения 33.

Появление данного контрольного сигнала свидетельствует либо об ошибке считывания информационной карты, либо о повреждении записанной на ней информации, либо о попытке использования поддельной карты. В этом случае третий блок управления 18 приостанавливает работу устройства, которая вновь может быть возобновлена повторным вставлением карты в третий разъем ввода-вывода 16, при этом весь процесс повторится сначала.

Второй блок “исключающее ИЛИ” 25 вычисляет логическую функцию “исключающее ИЛИ” от двух многоразрядных двоичных входных сигналов (аналогично функционированию блока 13). Операция производится параллельно с каждой парой битов, стоящих в одинаковых разрядах. Результат заносится в такой же разряд.

Второе постоянное запоминающее устройство 26 содержит эталонную кодовую последовательность, представляющую собой случайные двоичные числа, сгруппированные по байтам. Байты записаны постоянно в ячейки с возрастающими номерами, начиная с нулевого. При этом на выход запоминающего устройства подается тот байт, адрес ячейки которого поступает в данный момент в виде двоичного кода с третьего генератора адреса 24.

Третье постоянное запоминающее устройство 27 содержит информацию о различной величине оплаты, зашифрованной кодом, определяемым первым дешифратором 12.

Каждому варианту кода соответствует своя оплата. Этот код поступает на многоканальный вход запоминающего устройства 27 с определенных ячеек шестого блока памяти 21. В результате на выход запоминающего устройства 27 подается величина оплаты, соответствующей этому коду.

Блок сравнения 28 сравнивает числа, записанные в определенных ячейках шестого блока памяти 21. Сравнение начинается после заполнения некоторого числа ячеек. В случае несовпадения чисел, записанных в эти ячейки (что говорит о дефекте считывания), блок сравнения вырабатывает контрольный сигнал.

Реверсивный счетчик 29 складывает число, поступающее с третьего постоянного запоминающего устройства 27 с уже имеющимся в счетчике, а также вычитает из уже имеющего числа число, поступающее из блока измерения 35. Режим сложения устанавливается управляющим сигналом с третьего блока управления 18, режим вычитания устанавливается управляющим сигналом с блока измерения 35. В случае одновременного их поступления управляющий сигнал сложения имеет приоритет.

Второй дешифратор 30 преобразует двоичный код с выходов реверсивного счетчика 29 в код, управляющий цифровым индикатором оплаченного объема 31.

На индикаторе оплаченного объема 31 отображается величина оплаченного на настоящий момент объема электричества (например, в киловатт-часах).

Блок контроля 32 постоянно сравнивает текущую величину оплаченного объема с некоторым порогом. В случае его падения ниже порога он вырабатывает отключающее напряжение на второй коммутатор 2.

Порог может быть либо равен нулю, либо некоторому отрицательному числу в случае организации кредитной формы расчетов.

Индикатор отключения 33 вырабатывает определенного вида оптический или звуковой сигнал (или оба вместе) в случае исчерпания оплаты, и сигнал другого вида в случае ошибки считывания информационной карты.

Второй коммутатор 34 отключает электросеть от потребителя (абонента) в случае поступления на него отключающего напряжения с блока контроля 32.

Блок измерения 35 непрерывно измеряет текущую мощность, потребляемую от сети абонентом, суммирует ее за некоторый период времени и периодически в виде цифрового кода подает полученную таким образом величину потребленной за этот период электрической энергии на реверсивный счетчик 29. (Период может быть, например, 1 час; 0,1 часа, и т.п.).

Все блоки и узлы, определяющие идентичность карты, и выделяющие из него информацию, объединены в блок идентификации карты 36.

В варианте структурной реализации генератора случайных чисел 9 (фиг.4) дешифратор 37 преобразует код на выходе счетчика 39 в код, требующийся для работы последующих блоков.

Тактовый генератор 38 работает постоянно и вырабатывает тактовые импульсы, поступающие на двоичный счетчик 39.

Двоичный счетчик 39 на параллельном выходе вырабатывает постоянно возрастающий двоичный код. По заполнении счетчика код циклически принимает нулевое значение. Поскольку момент запроса числа с дешифратора 37 случаен и зависит от момента пуска устройства записи (т.е. пуска первого блока управления 6), а частота тактового генератора 38 выбирается достаточно большой, то получаемые с дешифратора 37 числа достаточно случайны.

В варианте структурной реализации блока измерения 35 (фиг.5) измеритель напряжения 40 и измеритель тока 41 вырабатывают сигналы, пропорциональные напряжению в электросети и току, потребляемому абонентом.

Первый 42 и второй 43 аналого-цифровые преобразователи преобразуют входные аналоговые сигналы с измерителей тока и напряжения в двоичный цифровой код.

Перемножитель 44 осуществляет постоянное цифровое перемножение входных многоразрядных двоичных сигналов.

Цифровой сумматор 47 осуществляет периодическое суммирование поступающего с перемножителя 44 кода с ранее зафиксированном числом. Периодичность суммирования определяется тактовыми импульсами с генератора записи 45 (эта периодичность может быть заранее установлена равной, например: 0,1 с; 1 с; 10 с; и т.п., в зависимости от ожидаемой скорости изменения нагрузки у данного потребителя). Через определенный период записанная информация, представляющая собой величину электроэнергии, потребленной абонентом за этот период, вычитается в реверсивном счетчике 29 из ранее оплаченного объема электроэнергии.

Эти периоды задаются импульсами, вырабатываемыми генератором стирания 46. (Их периодичность может быть равной, например, 1 час). Одновременно с переносом информации с сумматора 47 на реверсивный счетчик 29 обнуляется сумматор 47 и вся информация из него стирается.

В другом варианте структурной реализации блока измерения 35 (фиг.6) электромеханический датчик 48 подает сигнал после потребления определенной порции электроэнергии (например, в бытовых электросчетчиках эта порция определяется одним оборотом диска).

В формирователе 49 этот сигнал превращается в импульс определенного вида.

В постоянном запоминающем устройстве 50 постоянно занесен цифровой код порции электроэнергии, соответствующей одному обороту диска электромеханического датчика 48.

Этот код и импульсы подаются на реверсивный счетчик.

Принцип работы системы учета электрической энергии заключается в следующем.

При нормальном функционировании системы эксплуатируется одно общее для всех абонентов устройство записи, расположенное в энергетических службах, и по одному устройству учета, расположенному у каждого потребителя-абонента в месте его подключения в электросети. Каждый абонент также имеет свою информационную карту.

Каждый абонент периодически оплачивает в энергетической службе определенное количество электроэнергии согласно своим потребностям и текущему тарифу. После оплаты оператор-кассир записывает на информационную карту этого абонента информацию об оплаченном объеме электроэнергии, определенным образом зашифрованную, а также набор кодовых символов, предотвращающих попытку подделки карты или самостоятельного занесения абонентом информации об оплате.

После этого абонент помещает информационную карту в собственное устройство учета, установленное в месте потребления энергии. Величина оплаченного объема считывается с карты в память устройства учета и прибавляется там к оставшемуся имеющемуся оплаченному объему. При этом также проверяется правильность считывания, подлинность карты и записанной на нее информации.

В случае несоответствия кодов выдается сообщение об ошибке считывания. В этом случае при правильной карте абонент должен вынуть ее из разъема устройства учета и вставить еще раз. В случае подделки карты абонент должен вставить правильную карту.

По мере потребления электроэнергии величина зафиксированного оплаченного объема постоянно уменьшается. Ее остаток постоянно индицируется для контроля абонентом. Если абонент исчерпал весь оплаченный объем, устройство контроля автоматически отключает его от электросети, подавая при этом определенный световой (звуковой) сигнал. В случае кредитной формы оплаты отключение абонента производится после исчерпания кредита.

Когда абонент вновь оплатит какой-то объем электроэнергии, занесет его в информационную карту и перенесет с карты в устройство учета, оно вновь подключит абонента к электросети.

Осуществление этих укрупненных операций производится следующим образом.

Все двоичные сигналы группируются для устройства в кодовые группы по 8 бит (в байты), хотя возможно любое другое количество бит в группе.

В первом 7 и втором 26 постоянных запоминающих устройствах заранее занесена одинаковая для обоих устройств эталонная кодовая последовательность, состоящая из n байт (N=8n бит). Для примера пусть ее длина будет равна 256 байт (возможна другая величина). Каждый байт представляет собой случайное число, полученное заранее либо генератором случайных чисел, либо взятое при программировании из таблиц случайных чисел.

Длина информационной кодовой группы, переносящей сведения о величине оплаченного при последнем посещении энергослужбы объема электричества, равна l₂ байт (L₂=812 бит).

Длина контрольной кодовой группы, служащей для проверки информационной карты в устройстве учета, равна l₁ байт (L₁=81₁ бит). Длины l₁ и l₂ составляют некоторую долю от n, (l₁+l₂)<n.

И кодовая, и информационная кодовые группы формируются из эталонной кодовой последовательности. Все байты эталонной кодовой последовательности пронумерованы (первый номер = 0).

В устройстве записи выбирается некоторое число m, являющееся номером определенного байта из эталонной кодовой последовательности.

При формировании контрольной группы выбираются l₁ последовательно расположенных байтов из эталонной кодовой последовательности, начиная с байта номера m (номер m также представляет собой байт, т.к. общее число эталонных байтов равно 8⁸=256).

Далее каждый байт группы байтов длиной l₁, выбранный из эталонной последовательности, объединяется логической операцией “исключающее ИЛИ” с одним и тем же байтом m.

Объединение в каждом байте производится по битам в одинаковых позициях (первый бит байта m с первым битом байта эталонной последовательности, второй со вторым и т.д.). Полученные биты - результаты логической операции - вставляются в те же позиции.

Подобным образом обрабатываются все выбранные исходные l₁ байтов эталонной последовательности, формируя новую контрольную кодовую группу тоже длиной l₁ байт.

Для формирования информационной кодовой группы используются l₂ байтов эталонной кодовой последовательности, расположенные непосредственно после l₁ байтов, формировавших контрольную кодовую группу. Для этого все эти l₂ байтов также объединяются операцией “исключающее ИЛИ” с некоторым другим восьмиразрядным двоичным числом К (равным также одному байту).

Полученные две кодовые группы общей длиной l=l₁+l₂ байтов в последовательном коде побитно записываются в память информационной карты.

При помещении карты в устройство учета записанная в ней информация также побитно считывается и формирует в памяти устройства такую же общую кодовую группу длиной l=l₁+l₂ байт.

В памяти устройства учета первоначально и постоянно занесена та же эталонная кодовая последовательность, что и в устройстве записи.

Далее проводится проверка подлинности информации. Поскольку в устройстве учета заранее неизвестно, из какой части эталонной кодовой последовательности сформированы устройством записи контрольная и информационная кодовые группы, т.е. неизвестна величина числа m, то производится его определение путем поиска. Здесь используется следующее свойство логической операции “исключающее ИЛИ”.

Пусть х - некий бит кодовой последовательности, находящийся в определенной позиции, а - некоторая двоичная переменная. Обозначим через y=x+a=xvx - результат объединения двоичных переменных х и а операцией “исключающее ИЛИ”.

Применим вновь к переменной у операцию “исключающее ИЛИ” с битом х и получим новую переменную z, т.е. z = х + у.

Тогда

z=x(xva)v(xva)=x(x·a)vxva=

=x[(va)·(xv)]va=x(xvaxvva)va=

=x(axv)va=xx avxva=xava=

(xv)a=a.

(Используя свойства х=а=0;=.)

Таким образом, повторное использование операции “исключающее ИЛИ” вновь восстанавливает исходную двоичную переменную а.

Поэтому, если полученную из информационной карты контрольную кодовую группу объединить в устройстве учета по этой логической операции с байтами хранящейся во втором постоянном запоминающем устройстве 26 эталонной кодовой последовательности, начиная с номера m, то в результате получается l₁ одинаковых двоичных чисел - байтов, каждое из которых равно m. Это объясняется тем, что в устройстве записи эти же l₁ байтов такой же эталонной последовательности объединены той же логической операцией с одним и тем же числом m.

Если же контрольную кодовую группу “совмещать” с любым другим отрезком эталонной кодовой последовательности (тоже длиной l₁), то в результате никогда не получится l₁ одинаковых байтов.

Это и используется для проверки правильности карты. Принятая в устройстве учета контрольная кодовая группа первоначально побитно объединяется операцией “исключающее ИЛИ” с частью эталонной кодовой последовательности длиной l₁, начиная с байта нулевого адреса. Если получившиеся в результате байты не равны между собой, то сравниваемая часть эталонной последовательности сдвигается, т.е. обработка начинается с байта номер 1. Если вновь получаются различающиеся байты, то обработка производится с байта номер 2, и т.д.

Таким образом, контрольная последовательность “передвигается” по эталонной последовательности, пока не дойдет до места, где после логической обработки все байты получатся одинаковыми. Это и есть то число m, которое было занесено в устройство записи.

В случае необходимости увеличения секретности полученное логической операцией значение m может дополнительно управляться номером первого байта области эталонной последовательности, где стало выполняться условие равенства всех l₁, полученных после логической операции байтов. Если такой необходимости нет, то в устройстве записи не обязательно выбранную для образования контрольной группы область эталонной кодовой последовательности логически обрабатывать именно с номером m ее первого байта. Достаточно все l₁ байтов обработать с любым другим двоичным восьмиразрядным числом (но одинаковым для всех байтов области!).

Если "перемещение" контрольной группы вдоль эталонной последовательности достигло байта номера n-l₁-l₂, а условие равенства всех байтов результата логической операции не выполнено, это означает, что информационная карта дефектна (причины чему могут быть различными). Блок контроля сигнализирует об этом, дальнейший анализ прекращается вплоть до следующего помещения карты в устройство.

В случае, если при смещении контрольной группы вдоль эталонной последовательности правильное ее положение найдено, это означает, что следующие l₂ байтов эталонной последовательности разрешается использовать для расшифровывания информации, заключенной в информационной кодовой группе. Расшифровывание производится аналогично, объединяя побитно логической операцией “исключающее ИЛИ” байты с соответствующими номерами из эталонной кодовой последовательности и принятой информационной кодовой группы.

В результате получается l₂ байтов, каждый из которых равен числу К, занесенному в устройство записи. Это число указывает, какой объем электроэнергии оплатил в этот раз абонент и используется в дальнейшей обработке.

Если необходимо производить дополнительную проверку подлинности карты, то (поскольку информационных байтов несколько) может также дополнительно проверяться равенство всех К, полученных логической операцией, во всех информационных байтах. Если же такой необходимости нет, то информационная группа может состоять только из одного байта (т.е. l₂=1).

После идентификации карты и вычисления К обе кодовые группы из памяти информационной карты стираются.

На основе полученного К вычисляется число, которое прибавляется к имеющейся в наличии величине оплаченного объема.

Описанный принцип в блоках реализуется так:

Генератор случайных чисел 9 вырабатывает число m. Оно запоминается во втором блоке памяти 4. Первый дешифратор 12 образует число К. Первый генератор адреса 8 последовательно извлекает из эталонной кодовой последовательности, записанной в первом постоянном запоминающем устройстве 7, l₁+l₂ байтов, начинающихся с номера m. При этом первые l₁ из них обрабатываются логической операцией “исключающее ИЛИ” в первом блоке 13 с числом m. Последующие l₂ байтов обрабатываются в том же блоке 13 с числом К. Переключение с числа m на число К производится в первом коммутаторе 10.

Обе формирующиеся кодовые группы накапливаются в первом блоке памяти 3 и после окончания формирования в последовательном коде через первый разъем ввода-вывода 2 подаются на информационную карту 1.

В устройстве учета блоком идентификации карты 36 через третий разъем ввода-вывода 16 производится в последовательном коде считывание обеих кодовых групп, и в четвертом блоке памяти 19 биты группируются в байты, которые далее обрабатываются в параллельном коде.

После формирования обе кодовые группы переносятся в пятый блок памяти 20. Далее происходит одновременный последовательный вызов байтов из пятого блока памяти 20 и из второго постоянного запоминающего устройства 26. Адреса извлекаемых байтов вырабатываются во втором 23 и третьем 24 генераторах адреса. Генератор 23 вырабатывает адреса, начиная с нулевого, при каждом новом запуске. Начальный адрес, вырабатываемый генератором 24 в первом цикле, тоже равен нулю. В каждом следующем цикле (при “неудачных” предыдущих циклах) начальный адрес увеличивается на единицу. Сигнал о том, что цикл “неудачный”, т.е. контрольная группа сформирована не из тех байтов эталонной последовательности, с которыми в данном цикле совместно обрабатывается, подается блоком сравнения 28. Он сравнивает значения байтов, записанных в шестой блок памяти 21, куда последовательно записываются результаты логической обработки байтов новой группы и эталонной последовательности в данном цикле.

Если же карта идентифицирована, то из соответствующей ячейки шестого блока памяти 21 извлекается величина К.

В случае, если необходимо передать информацию, большую, чем заключено в одном байте, то можно использовать несколько информационных байтов, в каждый из которых заносится свое число: K1, К2, К3 и т.д.

Число К является кодом, извлекающим из третьего постоянного запоминающего устройства 27 информацию об оплаченном в этот раз объеме электроэнергии.

Сигнал с третьего блока управления 18 разрешает реверсивному счетчику 29 суммировать эту величину к оставшемуся оплаченному объему.

Величина оплаченного объема непрерывно отображается на индикаторе оплаченного объема 31.

Принцип работы блока измерения по фиг.5 заключается в том, что отсчеты цифрового измерения текущей потребленной мощности суммируются с достаточно большой частотой, формируя в сумматоре 47 величину потребленной энергии. Эта накопленная величина считывается в реверсивный счетчик 29 через равные интервалы времени, определяемые генератором считывания 46. Считываемые величины в общем случае каждый раз могут, естественно, иметь разные значения, что определяется текущим уровнем нагрузки.

В блоке же измерения по фиг.6 в реверсивный счетчик 29 считывается всегда одна и та же величина, а текущий уровень нагрузки отражается на интервалах времени между считываниями и определяется текущей скоростью вращения электромеханического датчика 48.

Использование в системе блока идентификации карточки 36 обеспечивают секретность и защищенность передачи информации и предохраняет от использования поддельных карточек.

Применение системы учета электрической энергии позволяет повысить удобство, точность и оперативность контроля и учета потребления электроэнергии абонентами различного вида, организовать в современной форме оплату энергии в требуемом каждому абоненту объеме.

Изобретение относится к регистрирующей технике и может быть использовано для организации регистрации, учета и оплаты потребляемой электрической энергии абонентами различного типа. Система включает общее для всех абонентов устройство записи, расположенное в энергетических службах, устройство учета, расположенное у каждого абонента в месте его подключения к электросети, и информационную карту для каждого абонента. Устройство записи обеспечивает запись информации об оплаченном объеме электроэнергии на информационную карту абонента. Устройство учета обеспечивает считывание информации об оплаченном объеме электроэнергии с информационной карты абонента, постоянное сравнение расходуемого и оплаченного объема электроэнергии и отключение абонента от электросети в случае исчерпания оплаченного объема. Изобретение позволяет повысить удобство, точность и оперативность контроля и учета электрической энергии. 7 ил.

Система учета электрической энергии, содержащая первый тактовый генератор и первое постоянное запоминающее устройство, отличающаяся тем, что она выполнена в виде набора, включающего устройство записи, информационную карту и устройство учета, причем в устройство записи введены первый разъем ввода-вывода, первый и второй блоки памяти, первый блок управления, первый генератор адреса, генератор случайных чисел, первый коммутатор, блок набора кода, первый дешифратор и первый блок “исключающее ИЛИ”, при этом выход первого тактового генератора соединен с тактируемыми входами первого блока памяти, первого генератора адреса и первого блока управления, выход блока набора кода через первый дешифратор подключен ко входу первого коммутатора, выход которого соединен со входом первого блока “исключающее ИЛИ”, генератор случайных чисел через второй блок памяти подсоединен ко второму входу первого коммутатора и через последовательно соединенные первый генератор адреса и первое постоянное запоминающее устройство - ко второму входу первого блока “исключающее ИЛИ”, а его выход - ко входу первого блока памяти, другой вход первого блока управления соединен с пусковым входом устройства записи, а выходы первого блока управления - с управляющими входами первого генератора адреса, первого коммутатора, первого и второго блоков памяти, тактовым входом и выходом записи/стирания первого разъема ввода-вывода, информационный вход которого подключен к выходу первого блока памяти, в информационную карту введены третий блок памяти и второй разъем ввода-вывода, причем тактовый вход, вход записи/стирания информационный вход и вход считывания третьего блока памяти соединены с соответствующими выходами второго разъема ввода-вывода, в устройство учета введены третий разъем ввода-вывода, второй и третий блоки управления, четвертый, пятый и шестой блоки памяти, второй тактовый генератор, второй и третий генераторы адреса, второй блок “исключающее ИЛИ”, второе и третье постоянные запоминающие устройства, блок сравнения, реверсивный счетчик, второй дешифратор, индикатор оплаченного объема, блок контроля, индикатор отключения, второй коммутатор и блок измерения, при этом выход второго тактового генератора соединен с тактируемыми входами второго и третьего блоков управления, четвертого, пятого и шестого блоков памяти, второго и третьего генераторов адреса и блока сравнения, выход четвертого блока памяти через пятый блок памяти подключен ко входу второго блока “исключающее ИЛИ”, а его выход через последовательно соединенные шестой блок памяти, третье постоянное запоминающее устройство, реверсивный счетчик и второй дешифратор - ко входу индикатора оплаченного объема, выход второго генератора адреса подключен к другому входу пятого блока памяти, а выход третьего генератора адреса через второе постоянное запоминающее устройство - к другому входу второго блока “исключающее ИЛИ”, другой выход шестого блока памяти соединен со входом блока сравнения, а его выход - с одним из входов третьего блока управления и с одним из входов третьего генератора адреса, другой выход которого соединен с другим входом третьего блока управления и со входом индикатора отключения, вход второго блока управления подключен к выходу третьего разъема ввода-вывода, а выходы второго блока управления - к управляющим входам третьего блока управления и четвертого блока памяти, а также к тактовому входу и выходу считывания третьего разъема ввода-вывода, выходы третьего блока управления соединены с управляющими входами четвертого, пятого и шестого блоков памяти, блока сравнения, второго и третьего генераторов адреса и реверсивного счетчика, а также со входом записи/стирания третьего разъема ввода-вывода, а его информационный выход - с другим входом четвертого блока памяти, вход блока контроля подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход - к управляющему входу второго коммутатора и к другому входу индикатора отключения, вход второго коммутатора подключен к электросети, а его выход через блок измерения - к потребителю, информационный выход блока измерения соединен с другим входом реверсивного счетчика, а управляющий выход блока измерения - с другим управляющим входом реверсивного счетчика.