§ 14 Принцип действия электронного счетчика А100


Устройство и работа основных элементов

Электронный модуль счетчика

Высокая точность измерений активной энергии достигнута использованием специальной измерительной ИС, включающей в себя «дельта-сигма» преобразователи (АЦП) для входных сигналов тока и напряжения, с высокостабильным опорным напряжением и кварцевым генератором, а также цифровой сигнальный процессор (DSP). Выходные сигналы двух «дельта-сигма» преобразователей поступают в цифровой сигнальный процессор (DSP), где обрабатываются и перемножаются. В результате на выходе цифрового сигнального процессора (DSP) формируются импульсы с частотой пропорционально потребленной мощности. Также цифровой сигнальный процессор управляет процессом выделения и фильтрации возможной постоянной составляющей сигналов тока и напряжения. Подсчет импульсов выдаваемых цифровым сигнальным процессором производит микроконтроллер с последующим увеличением регистра активного тарифа и сохранением (записи) данных в энергонезависимой памяти EEPROM. Микроконтроллер является важным звеном между микропроцессором и периферийными устройствами схемы, управляя работой жидкокристаллического дисплея (ЖКИ), светодиодного индикатора LED, IrDA порта и импульсного выхода.

Используемые для необходимых вычислений постоянные калибровкизагружаются в счетчик на заводе и сохраняются в энергонезависимойпамяти EEPROM вместе с конфигурацией.

В токовой цепи счетчика используется низкоомный шунт ссопротивлением не более 0,6 мОм. Напряжение перед поступлением на вход «дельта-сигма»преобразователя проходит через ряд высоколинейных резистивныхделителей напряжения.

Все основные электронные элементы счетчика расположены на однойпечатной плате с планарно-поверхностным и сквозным монтажом. Напечатной плате установлены следующие компоненты:

  • измерительная ИС (измерительный чип)

  • микроконтроллер

  • память EEPROM

  • резистивные делители напряжения

  • «дельта-сигма» преобразователи тока и напряжения (АЦП)

  • блок питания

  • IrDA порт

  • жидкокристаллический индикатор (ЖКИ)

  • кварцевый генератор (мегагерцого диапазона)

  • светодиодный индикатор LED

Блок-схема счетчика

Рис. 1. Структурная схема счетчика типа А100

Блок питания

Во всех модификациях счетчиков А100 установлен источник питания,рассчитанный на широкий диапазон входных напряжений питающейсети - от 184 до 276 В. Для надежной защиты от перегрузок и быстрыхпереходных всплесков входные цепи источника питания имеютнелинейное устройство подавления, ряд защитных резисторов по токуи напряжению, а также фильтр ВЧ.

Измерительные датчики напряжения

Для получения высоколинейного сигнала напряжения и сведения к минимуму фазового сдвига в широком динамическом диапазоне используются резистивные делители напряжения. В качестве делителей используются высокостабильные SMT резисторы с минимальным температурным коэффициентом.
Напряжение подается непосредственно на основную плату, где при помощи резистивных делителей приводятся к необходимому уровню входных сигналов для «дельта-сигма» преобразователя измерительной ИС (АЦП).
Измерительная ИС в составе схемы обеспечивает точное измерение напряжения и тока для использования в расчетах необходимых величин.

Преобразование и вычисление сигналов

Измерительная ИС содержит «дельта-сигма» преобразователи (АЦП)которые преобразуют входные сигналы напряжения и тока в цифровойкод и цифровой сигнальный процессор (DSP), соответствующимобразом перемножающий результаты АЦП. Далее измерительная ИСпреобразует энергию в импульсы для микроконтроллера счетчика,который обрабатывает входные импульсы и передает данные в памятьсчетчика, а также при необходимости обеспечивает передачу данныхна ЖКИ и переферийные устройства схемы (реле, порты). Такжеизмерительная ИС содержит схему обнаружения перерывов питания,посылающую соответствующий сигнал на микроконтроллер.Постоянные калибровки, хранящиеся в памяти EEPROM, загружаютсяв счетчик на заводе и становятся частью соответствующих операцийвычисления нужных величин.

Микроконтроллер

  • Микроконтроллер выполняет различные функции, такие как:

  • прием управляющих сигналов тарифного входа

  • связь между DSP и памятью EEPROM

  • передачу данных через IrDA порт

  • управление светодиодным индикатором LED и импульснымвыходом (S0)

  • управление работой жидкокристаллического индикатора (ЖКИ)

Микроконтроллер и измерительная ИС постоянно поддерживают связьмежду собой для непрерывной обработки входных сигналов токов инапряжений. Когда обнаруживается отключение питания счетчика,микроконтроллер инициирует отключение и сохраняет расчетные идругие данные.

Память EEPROM

 счетчиках А100 используется энергонезависимая память EEPROMдля длительного хранения конфигурации, заводских постоянных(констант), расчетных (коммерческих) и других данных. Привосстановлении (подаче) питания все данные считываются из памятимикроконтроллером и счетчик возвращается в рабочее состояние доотключения питания.
При отсутствии питания память может поддерживать сохранностьданных не менее 10 лет.

Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ)

Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) используется дляотображения измеренных (вычисленных) данных и статуснойинформации.
Отображаемые сегменты ЖКИ обладают высокой контрастностью илегко различимы под разными углами зрения. ЖКИ можно условно разделить на несколько информационных зон(полей), каждая из которых отображает определенную информацию,как показано на рис.1-5.

Вспомогательные (сервисные) функции

Дополнительные функции

Дополнительные (сервисные) функции могут использоваться дляполучения справочной информации о достоверности работы и учетаактивной электрической энергии счетчиком А100. Эти данные могутбыть считаны на РС через IrDA порт счетчика.
Ниже рассмотрены данные дающие информацию по достоверномуучету электрической энергии.

Поток энергии в обратном направлении

Количество случаев реверса энергии
Счетчик А100 обнаруживает и записывает в память общее числослучаев потока энергии в обратном направлении. Счетчикобнаруживает поток в обратном направлении только в случаепревышения установленного порога энергии (5Втч). Значение порогаустанавливается на заводе.

Суммарная активная выданная энергия

Счетчик А100 обнаруживает и записывает в память суммарное
значение активной выданной энергии.

Индикатор обратного потока энергии

Индикатор обратного потока энергии отображается на ЖКИ в случаеобнаружения протекания тока в обратном направлении (выдача).
Индикатор обратного потока энергии будет оставаться на ЖКИ домомента отключения питания счетчика даже, если ток вновь будетпротекать прямом направлении (потребление).

Время работы счетчика

Счетчик производит отсчет и регистрацию в памяти каждого полногочаса работы (без учета времени отсутствия питания) и хранитпродолжительность работы за период 27 лет.

Количество отключений питания

Счетчик производит отсчет и регистрацию в памяти количестваотключений питания.

Время действия режима отсутствия тока

Счетчик времени производит отсчет и регистрацию каждого полногочаса нахождения счетчика в режиме отсутствия тока. Данный режимпозволяет обнаружить неправильную схему нагрузки потребителя.

Контрольные функции

Счетчик внутренних сбоев

Данное устройство производит регистрацию в памяти количестваслучаев перезапуска центрального процессора по причине аварийнойработы (сбоев правильной работы микропроцессора).