УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОТРЕБЛЕННЫХ КОММУНАЛЬНЫХ УСЛУГ Российский патент 2011 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и применяется для контроля предоставления и потребления разного вида коммунальных услуг в системах контроля расхода электроэнергии, газа, холодной и горячей воды, тепловой энергии. Изобретение может применяться в коммунальном хозяйстве для бытовых потребителей.

Контроль коммунальных услуг состоит из двух частей: контроля расхода услуг, в котором фиксируются такие сигналы расхода услуг, как ток потребления для электроэнергии, расход газа, воды холодной и горячей, и контроля качества предоставления услуг, в котором измеряются такие сигналы потенциала, как напряжение электрической сети, давление в трубопроводах газа, воды и отопления, температура горячей воды.

Если сигналы от датчиков расхода зависят от действий потребителя и это есть количество использованной услуги, то сигналы от датчиков потенциала определяет поставщик и они характеризуют качество предоставления услуги. Поскольку потребитель использует услуги по своему усмотрению, то ему необходимо измерять сигналы потенциала (определять качество услуги), например напряжения в электрической сети, только тогда, когда он потребляет услугу. Качество услуги в другое время его не интересует.

Известен анализатор напряжения (SU, АС №1538140, опубл. 23.01.90, бюл. №3), который состоит из преобразователя входного сигнала в постоянное напряжение, первого компаратора, источника напряжения, n счетчиков, блока статистической обработки, первого ключа сброса, генератора линейно изменяемого напряжения, датчика интервалов отбора, генератора импульсов, n-разрядного регистра сдвига, триггера, элемента задержки, второго ключа сброса, причем выход преобразователя входного сигнала соединен с первым входом первого компаратора, у второго компаратора первый вход подсоединен к источнику напряжения, выходы n счетчиков соединены с входами блока статистической обработки, входы сброса в "0" счетчиков подсоединены к первому ключу сброса, вход пуска генератора линейно изменяемого напряжения подсоединен к выходу датчика интервалов отбора, вход останова - к выходу первого компаратора, R- входа триггера, R- выхода регистра сдвига и второго ключа сброса, а выход - к вторым входам первого и второго компараторов, выход второго компаратора соединен с D- входом триггера и управляющим входом генератора импульсов, выход которого подсоединен к C- входа триггера и через элемент задержки к C- входа регистра сдвига, D- вход которого подключен к выходу триггера, а разрядные выходы - к соответствующим входам счетчиков.

Общим признаком известного устройства-аналога и предлагаемого является наличие входного преобразователя.

Причиной, которая мешает достижению поставленной технической задачи, является то, что в устройстве-аналоге измерение напряжения не привязано к времени потребления услуги.

Известен статистический анализатор качества параметров электрической энергии (SU, АС №1223156, опубл. 07.04.86, бюл. №13), который состоит из преобразователя входного сигнала в постоянное напряжение, многопредельного блока сравнения с n выходами, n каналов, которые состоят из счетчиков и соединенных с их входами выходов коммутаторов, блока управления, блока статистической обработки, причем выход преобразователя входного сигнала в постоянное напряжение соединен с входом многопредельного блока сравнения, выходы которого подсоединены к входам коммутаторов, другие входы которых соединены с выходом блока управления, выходы счетчиков подключены к входам блока статистической обработки.

Общими признаками известного устройства-аналога и предлагаемого устройства являются наличие преобразователя входного сигнала, многопредельного блока сравнения, причем вход преобразователя входного сигнала является входом устройства, а выход соединен с входом многопредельного блока сравнения.

Причиной, которая мешает достижению поставленной технической задачи, является то, что в прототипе измерение напряжения не привязано к времени потребления услуги.

Известное устройство определения качества коммунальных услуг (UA, патент №82952, опубл. 25.03.2008, бюл. №10) выбрано в качестве прототипа и содержит измерительный преобразователь, многопредельный блок сравнения, дешифратор, генератор временных импульсов, n счетчиков времени, второй измерительный преобразователь, компаратор, источник смещения, (n+1) логических схем I, (n+1) счетчик времени, причем вход измерительного преобразователя является входом устройства, а выход подсоединен к входу многопредельного блока сравнения, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, вход второго измерительного преобразователя является вторым входом устройства, а выход подсоединен к первому входу компаратора, второй вход которого связан с выходом источника смещения, выход компаратора соединен с первым входом (n+1) логической схемы I, второй вход которой подсоединен к выходу генератора временных импульсов, а выход соединен со счетным входом (n+1) счетчика времени и первыми входами других n логических схем I, вторые входы n логических схем I подсоединены к соответствующим n выходов дешифратора, выходы n логических схем I соединены со счетными входами n счетчиков времени, сбросовый вход всех счетчиков времени подсоединен к входу сброса устройства, а выходы всех счетчиков времени являются выходами устройства.

Общими признаками известного устройства-прототипа и предлагаемого устройства являются наличие измерительного преобразователя, многопредельного блока сравнения, причем вход измерительного преобразователя является входом устройства, а выход подсоединен к входу многопредельного блока сравнения.

Причиной, которая мешает достижению технической задачи, является то, что в устройстве-прототипе количество потребленных услуг на каждом участке сигнала качества не определяется и, соответственно, не привязано к участкам сигнала качества.

В основу изобретения поставлена задача подсчета количества потребленных услуг на соответствующих участках сигнала качества только тогда, когда услуга потребляется, а также предоставленная возможность контроля правильности подсчета количества потребленных услуг за все время их потребления.

Задача решается тем, что в устройство определения качества потребленных коммунальных услуг, которое содержит измерительный преобразователь, многопредельный блок сравнения, причем вход измерительного преобразователя является входом устройства, а выход подсоединен к входу многопредельного блока сравнения, согласно изобретению введены входные регистры и схема совпадения, шина данных, регистры памяти, микроконтроллер, причем входы-выходы первого входного регистра, входы-выходы многопредельного блока сравнения, входы-выходы регистров памяти, входы-выходы микроконтроллера связаны с шиной данных, второй вход устройства связан с входами первого и второго входных регистров, выход второго входного регистра подсоединен к входу третьего входного регистра и первого входа схемы совпадения, выход третьего входного регистра соединен со вторым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения соединен с первым входом микроконтроллера, второй вход микроконтроллера является входом сброса устройства, первый выход микроконтроллера подсоединен ко вторым входам первого и третьего входных регистров, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго входного регистра, третий выход микроконтроллера является выходом устройства, четвертый выход микроконтроллера соединен с третьими входами первого, второго и третьего входных регистров и входами регистров памяти.

Отличиями устройства, которое предлагается, является наличие входных регистров и схемы совпадения, шины данных, регистров памяти, микроконтроллера, причем входы-выходы первого входного регистра, входы-выходы многопредельного блока сравнения, входы-выходы регистров памяти, входы-выходы микроконтроллера связаны с шиной данных, второй вход устройства связан с входами первого и второго входных регистров, выход второго входного регистра подсоединен к входу третьего входного регистра и первого входа схемы совпадения, выход третьего входного регистра соединен со вторым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения соединен с первым входом микроконтроллера, второй вход микроконтроллера является входом сброса устройства, первый выход микроконтроллера подсоединен к вторым входам первого и третьего входных регистров, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго входного регистра, третий выход микроконтроллера является выходом устройства, четвертый выход микроконтроллера соединен с третьими входами первого, второго и третьего входных регистров и входами регистров памяти.

Введение в устройство входных регистров и схемы совпадения, шины данных, регистров памяти, микроконтроллера, причем цифровые входы-выходы первого входного регистра, входы-выходы многопредельного блока сравнения, входы-выходы регистров памяти, входы-выходы микроконтроллера связаны с шиной данных, второй вход устройства связан с входами первого и второго входных регистров, выход второго входного регистра подсоединен к входу третьего входного регистра и первого входа схемы совпадения, выход третьего входного регистра соединен со вторым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения, соединенный с первым входом микроконтроллера, второй вход микроконтроллера является входом сброса устройства, первый выход микроконтроллера подсоединен к вторым входам первого и третьего входных регистров, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго входного регистра, третий выход микроконтроллера является выходом устройства, четвертый выход микроконтроллера соединен с третьими входами первого, второго и третьего входных регистров и с входами регистров памяти, что позволяет подсчитать количество потребленных услуг на соответствующих участках сигнала качества только тогда, когда услуга потребляется, а также предоставляет возможность контроля правильности подсчета количества потребленных услуг за все время их потребления.

Суть изобретения поясняет чертеж, где изображена блок-схема заявленного устройства;

Устройство, блок-схема которого изображена на чертеже, содержит измерительный преобразователь 1, многопредельный блок сравнения 2, входные регистры 3.1, 3.2, 3.3 и схему совпадения 4, шину данных 5, регистры памяти 6.1÷6.(n+1), микроконтроллер 7, причем вход измерительного преобразователя 1 является входом устройства, а выход подсоединен к входу многопредельного блока сравнения 2, входы-выходы первого входного регистра 3.1, входы-выходы многопредельного блока сравнения 2, входы-выходы регистров памяти 6.1÷6.(n+1), входы-выходы микроконтроллера 7 связаны с шиной данных 5, второй вход устройства связан с входами первого и второго входных регистров 3.1, 3.2, выход второго входного регистра 3.2 подсоединен к входу третьего входного регистра 3.3 и первого входа схемы совпадения 4, выход третьего входного регистра 3.3 соединен со вторым входом схемы совпадения 4, выход схемы совпадения 4 соединен с первым входом микроконтроллера 7, второй вход микроконтроллера 7 является входом сброса устройства, первый выход микроконтроллера 7 подсоединен ко вторым входам первого и третьего входных регистров 3.1 и 3.3, второй выход микроконтроллера 7 соединен со вторым входом второго входного регистра 3.2, третий выход микроконтроллера 7 является выходом устройства, четвертый выход микроконтроллера 7 соединен с третьими входами первого, второго и третьего входных регистров 3.1, 3.2, 3.3 и входами регистров памяти 6.1÷6.(n+1).

Устройство работает следующим образом. На вход 1 устройства поступает сигнал типа потенциала о коммунальной услуге, который характеризует качество услуги. В нормативных документах, например, Постановление КМ Украины №630 от 21.07.05 "Об утверждении "Правил предоставления услуг по централизованному отоплению, снабжению холодной и горячей водой и водоотведению и типичного договора о предоставлении этих услуг", ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения". К.: Госстандарт. - 1998, приведены участки сигналов качества с высоким, средним и низким качеством.

Измерительный преобразователь 1 превращает сигнал в стандартный сигнал ГСП, например напряжение постоянного тока соответствующего диапазона, который подается на вход многопредельного блока сравнения 2.

В многопредельном блоке сравнения 2 определяется принадлежность сигнала к одному из возможных участков 1, 2, ÷n сигнала качества, а на его выходе появляется цифровой код участка, где в текущий момент находится входной сигнал качества. Если входной сигнал переходит на другой участок, на выходе многопредельного блока сравнения 2 появляется соответственно другой цифровой код.

На второй вход устройства поступает в виде цифрового кода сигнал количества потребленной услуги. В регистрах памяти 6.1÷6.n, сохраняется количество потребленной услуги на участках 1, 2, ÷n диапазона сигнала качества услуги.

Новый цикл определения качества услуги начинается после окончания внешнего или внутреннего сигнала сброса. За сигналом сброса из четвертого выхода микроконтроллера 7 в начальное, т.е. в нулевое, состояние устанавливаются входные регистры 3.1, 3.2, 3.3 и регистры памяти 6.1÷6.(n+1).

Микроконтроллер 7 через шину данных 5 опрашивает выход многопредельного блока сравнения 2, определяет, на каком участке находится сигнал качества услуги, и запоминает участок. После этого во входные регистры 3.1, 3.2 записывается цифровой код количества потребленных услуг. Микроконтроллер 7 опрашивает выход схемы совпадения 4, и если во входных регистрах 3.2 и 3.3 коды отличаются, то из входного регистра 3.1 через шину данных 5 в микроконтроллер 7 записывается код количества потребленных услуг

Микроконтроллер 7 через шину данных 5 опрашивает выход многопредельного блока сравнения 2 до того момента, когда сигнал качества переходит на другой участок. В этот момент микроконтроллер 7 формирует управляющие сигналы, по которым код из входного регистра 3.2 переносится во входной регистр 3.3, а цифровой код количества потребленных коммунальных услуг заносится во входной регистр 3.1. Микроконтроллер 7 через первый вход опрашивает выход схемы совпадения 4.

Если коды во входных регистрах 3.2 и 3.3 равны, то на выходе схемы совпадения 4 есть единичный сигнал, который означает, что за время с начала цикла услуга не потреблялась. Микроконтроллер 7 через шину данных 5 продолжает следить за выходом многопредельного блока сравнения 2.

Если коды во входных регистрах 3.2 и 3.3 не равны, то на выходе схемы совпадения 4 есть нулевой сигнал, который означает, что за время с начала цикла услуга потреблялась. В этом случае в микроконтроллер 7 с выхода входного регистра 3.1 через шину данных 5 записывается код количества потребленной услуги и определяется разность между первым и вторым кодами количества услуг, которые сохраняются в микроконтроллере 7. Эта разность суммируется к величине, которая записана в тот регистр памяти 6.1÷6.n, что отвечает участку диапазона качества услуг, за границу которой вышел сигнал качества.

После перехода сигнала качества на следующий участок на выходе многопредельного блока сравнения 2 появляется другой код. Микроконтроллер 7 через шину данных 5 следит за изменением кода и запоминает его. После этого микроконтроллер 7 формирует управляющие сигналы, по которым код из входного регистра 3.2 переносится во входной регистр 3.3, а код количества потребленных коммунальных услуг со второго входа устройства заносится во входной регистр 3.1. Микроконтроллер 7 опрашивает выход схемы совпадения 4, и в зависимости от сигнала на нем микроконтроллер 7 или продолжает и дальше следить за выходом многопредельного блока сравнения 2, или заносит через шину данных 5 код количества потребленной услуги с выхода регистра 3.1 и суммирует разность между двумя следующими один за другим кодами количества потребленных услуг к значению в соответствующем участку качества регистре 6.1÷6.n, а потом сумма поступает через шину данных 5 в тот же регистр.

Каждая разность между двумя следующими один за другим кодами суммируется к значению в регистре памяти 6.(n+1), поэтому когда оканчивается время определения качества услуг, в этом регистре накапливается значение количества потребленных услуг за все время определения.

Когда время определения качества услуги оканчивается, например через каждый месяц, в микроконтроллере 7 формируется сигнал сброса и цикл начинается сначала.

Таким образом, за время потребления услуги в регистрах памяти 6.1÷6.n накапливаются значения количества потребленной услуги на каждом участке диапазона сигнала качества. Сумма количества услуг, которая накапливается в регистрах 6.1÷6.n, должна быть равна общей сумме количества потребленной услуги, которая накапливается в регистре 6.(n+1). Если значение в регистре 6.(n+1) равняется сумме количества услуги, которая накапливается в регистрах памяти 6.1÷6.n, то погрешностей подсчета количества услуги нет, а если количество потребленной услуги в регистре памяти 6.(n+1) не равняется сумме значений в регистрах памяти 6.1÷6.n, то есть погрешность подсчета количества потребленной услуги.

Качество услуги определяется коэффициентом качества, который рассчитывается в микроконтроллере 7 через заранее обусловленное время, например один раз за месяц, неделю, день, час, и который передается на выход устройства через третий выход микроконтроллера 7.

Коэффициент качества рассчитывается по формуле (1), которая базируется на формуле из заявки на изобретение №a200901200 от 16.02.09:

где

K_к - коэффициент качества,

K_п - общее количество потребленной услуги за время определения качества,

K_пi - количество потребленной услуги на i-м участке сигнала качества,

ΔK_пij - количество потребленной услуги на i-м участке сигнала качества и на j-м временном участке,

K_пi(j-1) - количество потребленной услуги на момент времени t_(j-1), когда сигнал качества находится на i-м участке,

K_пij - количество потребленной услуги на момент времени t_j, когда сигнал качества выходит из i-го участка сигнала качества,

K_i - назначенный коэффициент для i-го участка сигнала качества (тарифный коэффициент),

n - количество участков на всем диапазоне сигнала качества,

m - количество временных участков.

Величины K_i, n и границы между участками качества назначаются заранее в нормативных документах и сохраняются в памяти микроконтроллера 7.

В качестве микроконтроллера 7 может быть применен микроконтроллер КМ1816ВЕ51, который сокращенно называется МК51, имеет зарубежные аналоги и выпускался серийно советской промышленностью. Уже тогда структура МК51 была фактически международным стандартом.

Структурная схема микроконтроллера МК51 приведена на стр.52, рис.3.2 (См. В.В.Сташин, А.В.Урусов, О.Ф.Мологонцева. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 224 с.).

Микроконтроллер МК51 имеет четыре порта ввода-вывода данных. Если считать входной регистр 3.1, регистры памяти 6 и многопредельный блок сравнения 2 внешней памятью, то в качестве входа-выхода микроконтроллера 7 могут быть использованы порты 0 и 2, работа которых организуется через общую шину данных/адреса 5, работающую в режиме временного мультиплексирования (См. В.В.Сташин, …, стр.57).

Выходом устройства может быть порт 1 микроконтроллера МК51. Первый и второй входы микроконтроллера 7 могут быть отдельными линиями порта 3, которые запрограммированы в качестве входов. Первый, второй и четвертый выходы микроконтроллера 7 могут быть отдельными линиями порта 3, которые запрограммированы в качестве выходов (См. В.В.Сташин, …, стр.57).

Предложенное построение устройства позволяет автоматически определить качество предоставления услуги за все время ее потребления и обнаружить погрешности подсчета количества потребленных услуг в заданных границах.

Устройство возможно реализовать в промышленности, так как оно состоит из известных узлов и компонентов, которые серийно производятся.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах коммунального хозяйства. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата устройство содержит измерительный преобразователь, многопредельный блок сравнения, входные регистры, схему совпадения, регистры памяти и микроконтроллер. В устройстве в n регистрах памяти накапливаются величины количества услуг, которые потреблены на определенных участках диапазона сигнала качества только за время потребления услуги. В микроконтроллере рассчитывается коэффициент качества потребленных услуг, который подается на выход устройства. Ошибка или сбой в процессе подсчета количества потребленных услуг определяется путем сравнения кода в (n+1) регистре с суммой кодов, хранящихся в n регистрах памяти. 1 ил.

Устройство определения качества потребленных коммунальных услуг, которое содержит измерительный преобразователь, многопредельный блок сравнения, причем вход измерительного преобразователя является входом устройства, а выход подсоединен к входу многопредельного блока сравнения, которое отличается тем, что дополнительно введены входные регистры и схема совпадения, шина данных, регистры памяти, микроконтроллер, причем входы-выходы первого входного регистра, входы-выходы многопредельного блока сравнения, входы-выходы регистров памяти, входы-выходы микроконтроллера связаны с шиной данных, второй вход устройства связан с входами первого и второго входных регистров, выход второго входного регистра подсоединен к входу третьего входного регистра и первого входа схемы совпадения, выход третьего входного регистра соединен со вторым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения соединен с первым входом микроконтроллера, второй вход микроконтроллера является входом сброса устройства, первый выход микроконтроллера подсоединен ко вторым входам первого и третьего входных регистров, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго входного регистра, третий выход микроконтроллера является выходом устройства, четвертый выход микроконтроллера соединен с третьими входами первого, второго и третьего входных регистров и входами регистров памяти.