Устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии Советский патент 1992 года по МПК G01R11/56 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах учета потребления электроэнергии.

Известно устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии Е440, содержащее счетчик электроэнергии с диском, на светоотражающую поверхность которого нанесено светопоглощающее пят- но, генератор импульсов, формирователь- усилитель, первый и второй фотодатчики, оптически связанные через поверхность диска с осветителем, первый, второй, третий и четвертый триггеры и первый и второй опт- ронные ключи.

Известное устройство отличается сложностью технической реализации, а также не обеспечивает автоматического разделения выходных сигналов в зависимости от на- правления вращения диска.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии, содержащее счетчик электроэнергии с диском, на светоотражающую поверхность которого нанесено светопоглощающее пятно, последовательно соединенные генератор импульсов и формирователь-усилитель, первый выход кото- рого соединен с тактовыми входами первого и второго D-триггеров, информационные входы которых подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ и к выходам соответствующих фотодатчиков, оптически связанных через поверхность диска с осветителем, соединенным с вторым выходом формирователя-усилителя. Выходы первого и второго триггеров соединены с единичными входами соответственно третьего и четвертого триггеров, связанных перекрестно с их тактовыми входами, при этом выходы третьего и четвертого триггеров соединены с выходными ключами и R-входами первого и второго триггеров соответственно, а R-входы третьего и четвертого триггеров подключены к выходу элемента ИЛИ-НЕ.

Однако известное устройство отличается сложностью технической реализации, что снижает его надежность, а также не позво- ляет выявлять отказы, приводящие к искажениям выходной информации.

Цель изобретения-упрощение и повышение надежности устройства за счет использования логики на основе программируемых ПЗУ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии, содержащее счетчик электроэнергии с диском, на

светоотражающую поверхность которого нанесено светопоглощающее пятно, последовательно соединенные генератор импульсов и формирователь-усилитель, выход которого соединен с осветителем, оптически связанным через поверхность диска с первым и вторым фотодатчиками, а также первый и второй оптронные ключи, введено ПЗУ, первый и второй адресные входы которого подключены к выходам соответствующих фотодатчиков, а первый и второй выходы ПЗУ подключены к соответствующим оптронным ключам, при этом третий, четвертый и пятый выходы ПЗУ соединены с его одноименными адресными входами.

На фиг, 1 представлена схема устройства для дистанционного измерения потребления электроэнергии; на фиг. 2 - алгоритмы работы устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 4 и 5 - последовательность выборки слов ПЗУ при работе устройства.

Устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии содержит счетчик электроэнергии с диском 1, на светоотражающую поверхность которого нанесено светопоглощающее пятно 2, последовательно соединенные генератор. 3 импульсов и формирователь-усилитель 4, выход которого соединен с осветителем 5, оптически связанным через поверхность диска с фотодатчиками 6 и 7, выходы которых подключены соответственно к первому и второму адресным входам ПЗУ 8, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими оптронными ключами 9 и 10, при этом третий, четвертый и пятый выходы ПЗУ 8 соединены с его одноименными адресными входами.

Для нормальной работы устройства светопоглощающее пятно диска выполнено таким образом, чтобы обеспечивалось перекрытие как зон затемнения, так и зон засветки обоих фотодатчиков, а частота следования импульсов излучения выбирается такой, чтобы при максимальной скорости вращения диска в интервале времени между началами зон устойчивого затемнения или зон устойчивой засветки поступал хотя бы один импульс.

В качестве ПЗУ 8 может быть использована, например, микросхема К155РЕЗ -однократно программируемое пользователем при помощи плавких перемычек постоянное запоминающее устройство. ПЗУ имеет пять адресных входов (А, В, С, D, Е) и восемь выходов (F, G, H, I, J, К, L, М).

Однако для предлагаемого устройства в каждом слове ПЗУ 8 требуется программировать только пять (при необходимости индикации отказа - шесть), например, первых F, G, H, I, J, (К) разрядов (остальные разряды не используются и не программируются).

В таблице приведены состояния выходов ПЗУ 8 в зависимости от состояния его адресных входов (программа, записанная в первых шести разрядах F, G, H, I, J, К всех 32 слов ПЗУ), а также характеристика и последовательность выполняемых функций при вращении диска по часовой стрелке.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 3 вырабатывает короткие импульсы, причем пауза между импульсами значительно больше их длительности. Эти импульсы через формирователь-усилитель 4 поступают на осветитель 5, который излучает короткие световые импульсы. Предположим, что в исходном состоянии оба фотодатчика 6 и 7 относительно поверхно- сти диска 1 находятся в зоне засветки. При отсутствии импульса излучения на их выходах формируются единичные сигналы, поступающие на первый и второй адресные входы А, В ПЗУ 8. На остальные адресные входы С, D, Е ПЗУ 8 по цепям обратной связи поступают нулевые сигналы. При этом осуществляется выборка из ПЗУ 8 слова № 4 00000 (см. табл.).

При появлении короткого светового им- пульса, воспринимаемого обоими фотодатчиками, нулевые сигналы на их выходах приводят к смене кода на адресных входах А, В, С. D, Е ПЗУ 8 с 11000 на 00000, в результате чего на время действия светово- го импульса осуществляется выборка слова Мг 1, аналогичного предыдущему слову № 4.

Кратковременная смена слова Nb 4 словом № 1 будет происходить с частотой следования импульсов излучения, при этом на выходных шинах устройства сигналы отсутствуют.

При вращении диска 1, например, в направлении +, что соответствует прямому направлению потока энергии, в зону затем- нения первым входит фотодатчик б (момент времени ti на фиг. 3). Единичный сигнал на его выходе независимо от состояния излучателя будет постоянно присутствовать в течение всего времени нахождения фото- датчика б в зоне затемнения. При появлении очередного импульса излучения нулевой сигнал с выхода фотодатчика 7 приводит к смене кода на адресных входах ПЗУ 8 с 11000 на 10000. При этом начинается выборка нового слова № 2 00100. Однако режим выборки этого слова относится к неустойчивому состоянию ПЗУ, так как поступление по цепи обратной связи с выхода Н на вход С ПЗУ сигнала 1 вновь приводит

к смене кода на адресных входах с 10000 на 10100, причем это происходит с незначительным по отношению к предыдущей смене запаздыванием, определяемым только временем задержки распространения сигнала через ПЗУ, и, следовательно, начавшаяся выборка слова № 2 тотчас же сменяется на выборку нового слова № 6, аналогичного предыдущему. При этом состояние выходов F, G, H, I, J ПЗУ 8 не изменяется.

Если световой импульс совпадает с моментом вхождения фотодатчика 6 в зону затемнения и при этом происходят многократные колебания диска (дребезг), вызываемые, например, вибрациями, то на выходе фотодатчика 6 формируется пачка импульсов. При этом в момент освещения фото датчика 6 сигналы на адресных входах А, В, С, D, E ПЗУ образуют кодовую комбинацию 00100, что приводит к выборке слова № 5, и на выходах F, G, H, I, J ПЗУ 8 формируется кодовая комбинация 00000, в результате чего ПЗУ 8 под действием обратной связи возвращается в исходное состояние (к выборке слова Ms 1 00000), а в момент затемнения фотодатчика б будет вновь выполняться последовательнеая выборка слов № 2 и №6.

В дальнейшем при исчезновении импульса излучения единичные сигналы с выходов обоих фотодатчиков 6 и 7 приводят к смене кода на адресных входах ПЗУ 8 с 10100 на 11100. Выборка слова № 8 аналогичного предыдущему слову № 6 не .изменяет состояние выходов ПЗУ.

Выборка слова № 8 и кратковременная (на время действия светового импульса) смена его словом № 6 может иметь место до тех пор, пока при дальнейшем вращении диска 1 в зону затемнения не входит фотодатчик 7, на выходе которого независимо от состояния излучателя 5 устанавливается единичный сигнал на все время нахождения его в указанной зоне. При этом ПЗУ переходит в режим постооянной выборки слова № 8. При возможном появлении на выходе фотодатчика 7 пачки импульсов (дребезга) будет происходить описанная поочередная смена двух одинаковых слов.№ 6 и № 8,

Дальнейшее вращение диска 1 приводит к выходу из зоны затемнения фотодатчика 6 (момент времени ta), после чего при появлении очередного светового импульса нулевой сигнал с выхода фотодатчика 6 приводит к смене кодовой комбинации на адресных входах А, В, С, D, Е ПЗУ 8 с 11100 на 01100, в результате чего будет осуществляться выборка слова № 7 10011, что обеспечивает формирование на выходной шине

+, связанной через ключ 9 с выходом F ПЗУ, единичного сигнала.

Однако режим выборки этого слова относится к неустойчивому состоянию ПЗУ, так как поступление по цепям обратной свя- зи с выхдов Н, I, J на входы С, D, Е ПЗУ 8 кодовой комбинации 011 вновь приводит к смене кода на его адресных входах на 01011 и начавшаяся выборка слова № 7 тотчас же сменяется на выборку аналогичного слова № 27. При этом состояние выходов F, G, Н, I, J ПЗУ 8 остается прежним.

Возможное появление пачки импульсов в этот момент времени на выходе фотодатчика б приводит к коочередной смене кодо- вых комбинаций 01011 и 11011 на адресных входах ПЗУ 8 и, следовательно, к поочередной выборке двух аналогичных слов № 27 и № 28, что также не влияет на состояние выходных шин устройства.

Исчезновение импульса излучения приводит к выборке слова № 28. На шине + единичный сигнал удерживается до выхода фотодатчика 7 из зоны затемнения (момент времени t4), после чего при появлении оче- редкого светового импульса на выходах обоих фотодатчиков 6 и 7 формируются нулевые сигналы и смена кодовой комбинации на адресных входах на 00011 приводит к выборке слова № 25 00000. Режим выборки этого слова отоносится к неустойчивому состоянию ПЗУ, и под действием обратной связи ПЗУ 8 возвращается в исходное состояние, характеризуемое выборкой слова № 1. Сигнал на выходной шине + устройства снимается.

Возможные колебания диска 1 вызывают в момент затемнения фотодатчика 7 последовательную выборку слов № 3 и № 11, а в момент освещения - последовательную выборку слов Ns 9 и № 1 ПЗУ 8. Это происходит до тех пор, пока фотодатчик 7 не выйдет из зоны дребезга. При этом на обоих шинах + и .- устройства удерживаются нулевые сигналы. Если направление враще- ния диска не изменяется, то при дальнейшем его вращении цикл работы повторяется, при этом происходит выборка слов из ПЗУ 8 в последовательности, приведенной на фиг. 4.

Вращение диска в противоположном направлении (-), что свидетельствует обратному направлению потока энергии, вызывает обратный порядок работы фотодатчиков 6 и 7, и сигнал формируется на выходе ключа 10 (фиг. 3, правая часть временной диаграммы), при этом происходит выборка слов из ПЗУ 8 в последовательности, приведенной на фиг. 5.

Если в зонах затемнения одного или обоих фотодатчиков 6 и 7 происходит изменение направления вращения или возникают колебания диска 1 в этих зонах, то выходные импульсы либою не появляются вовсе (если реверс происходит в интервале времени от t1 до т.3), либо появляется пара импульсов, прямой и обратный (если реверс происходит в интервале времени oTt3 до t4), что при использовании реверсивного счета исключает возможность ошибки.

Кроме рассмотренных функций формирования выходных сигналов в предлагаемом устройстве выявляются отказы, приводящие к появлению на адресных входах ПЗУ 8 запрещенных комбинаций, которые при нормальной работе устройства быть не могут, а именно присутствие на входах обратных связей ПЗУ комбинаций 110, 001 и 111 при различных сочетаниях сигналов от фотодатчиков 6 и 7. К запрещенным относятся также кодовые комбинации 00100, 00010, 00101 и 00011.

Во всех словах, соответствующих запрещенным адресным комбинациям, в разрядах Н, I, J, используемых в цепях обратной связи, записан код, предусматривающий исправление адресной комбинации (см. таблицу).

Если запрещенная адресная комбинация вызвана переходными процессами, например при включении питания, то за счет действия обратной связи ПЗУ возвращается к рабочему режиму. Если же запрещенная адресная комбинация вызвана отказом устройства, то ПЗУ остается в режиме сигнализации отказа. Например, при включении питания на адресных входах ПЗУ 8 формируется запрещеная кодовая каомбинация 10110, которая приводит к выборке слова № 14 (001000), которое за счет действия обратной связи должно привести к появлению на адресных входах кодовой комбинации 10100 и выборке слова № 6. Если же этого не происходит, что может быть при отказах ПЗУ или в цепях обратной связи, то ПЗУ остается в режиме сигнализации отказа.

Режим сигнализации обеспечивается , что во всех словах ПЗУ, код выборки которых представлен запрещенными комбинациями на адресных входах, в разряд К, к которому может быть подключен сигнализатор отказов, например светодиод, записывается О, а в остальных словах - записывается 1.

Если подключение сигнализатора отказов не предусматривается, то разряд К не используется. В режиме сигнализации на выходах F, С, связанных через оптронные ключи 9 и 10 с выходными шинами устройства. удерживаются нулевые сигналы, чем исключается возможное формирование ложных импульсов при отказах устройства. Таким образом, в предлагаемом устройстве выходные сигналы в зависимости от направления вращения диска формируются либо на шине + (при прямом потоке электроэнергии), либо на шине - (при обратном потоке электроэнергии). При этом обеспечивается точность преобразования вращения диска в импульсный сигнал при возможных колебаниях диска, вызываемых, например, вибрациями.

Использование логики на основе про- граммируемых ПЗУ и массовое производство недорогих стандартных; ПЗУ позволяет реализовать предлагаемое устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии с более широкими функци- опальными возможностями (за счет сигнализации отказов) и более экономичным путем по сравнению с известными логическими схемами.

Технико-экономический эффект от ис- пользования предлагаемого устройства

обусловлен его техническими особенностями.

Формула изобретения Устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии, содержащее счетчик электроэнергии с диском, на светоотражающую поверхность которого нанесено светопоглощающее пятно, последовательно соединенные генератор импульсов и формирователь-усилитель, выход которого соединен с осветителем, оптически связанным через поверхность диска с первым и вторым фотодатчиками, а также первый и второй оптронные ключи, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения надежности, в-него введен постоянный запоминающий блок, первый и второй адресные входы которого подключены к выходам соответствующих фотодатчиков, а первый и второй выходы постоянного запоминающего блока подключены к соответствующим оптронным ключам, при этом третий, четвертый и пятый выходы постоянного запоминающего блока соединены с его одноименными адресными входами.

Риг.2

Вращение диска 6Вращение дискет Ј

пряном направлении Зонь/3ameHHewjl

(pomodarrwutfu

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах учета потребления электроэнергии. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение надежности-достигается введением постоянного запоминающего блока 8. Устройство также содержит счетчик электроэнергии с диском 1, на светоотражающую поверхность которого нанесено светопоглощающее пятно 2, генератор 3 импульсов, формирователь-усилитель 4 и осве- титель 5, оптически связанный через поверхность диска 1 с фотодатчиками 6 и 7, а также оптронные ключи 9 и 10. Постоянный запоминающий блок 8 выполняет все логические операции по формированию выходных импульсов благодаря алгоритму, встроенному в блок 8 при его программировании. 1 табл., 5 ил. Ё 4 СО Ю СЛ

-f N//Z Ј N// x N

ч ©-1© ) / ч: :/vz.

пукктирок вкдвлвны пари слой, сменяющих друг друга с частотой/ иэлучвнияг сввтовюс импульсов, попадающие в любув из аон работы фотодатчиков, кроив гоны юс одновременного затемнения

о.с.-обратная связь

V Д

-0i-d

действие о. с. действие О.СУ

/ f ,

и) (S) .j(22)-(ay )1 ЗУ.,/

Фиг. 5

Составитель Г.Лошкарев Техред М.МоргенталКорректор Н.Ревская

Редактор Н.Яцола

««г.