§ 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 калибровки загружаются в счетчик на заводе и сохраняются в энергонезависимой памяти EEPROM вместе с конфигурацией.

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

Все основные электронные элементы счетчика расположены на одной печатной плате с планарно-поверхностным и сквозным монтажом. На печатной 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 питающей сети - от 184 до 276 В. Для надежной защиты от перегрузок и быстрых переходных всплесков входные цепи источника питания имеют нелинейное устройство подавления, ряд защитных резисторов по току и 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 цифровой код и цифровой сигнальный процессор (DSP), соответствующим образом перемножающий результаты АЦП. Далее измерительная ИС преобразует энергию в импульсы для микроконтроллера счетчика, который обрабатывает входные импульсы и передает данные в память счетчика, а также при необходимости обеспечивает передачу данных на ЖКИ и переферийные устройства схемы (реле, порты). Также измерительная ИС содержит схему обнаружения перерывов питания, посылающую соответствующий сигнал на микроконтроллер. Постоянные калибровки, хранящиеся в памяти EEPROM, загружаются в счетчик на заводе и становятся частью соответствующих операций вычисления 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 импульсным выходом (S0)

  • управление работой жидкокристаллического индикатора (ЖКИ)

Микроконтроллер и измерительная ИС постоянно поддерживают связь между собой для непрерывной обработки входных сигналов токов и напряжений. Когда обнаруживается отключение питания счетчика, микроконтроллер инициирует отключение и сохраняет расчетные и другие данные.

Память EEPROM

 счетчиках А100 используется энергонезависимая память EEPROM для длительного хранения конфигурации, заводских постоянных (констант), расчетных (коммерческих) и других данных. При восстановлении (подаче) питания все данные считываются из памяти микроконтроллером и счетчик возвращается в рабочее состояние до отключения питания.
При отсутствии питания память может поддерживать сохранность данных не менее 10 лет.

Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ)

Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) используется для отображения измеренных (вычисленных) данных и статусной информации.
Отображаемые сегменты ЖКИ обладают высокой контрастностью и легко 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 для получения справочной информации о достоверности работы и учета активной электрической энергии счетчиком А100. Эти данные могут быть считаны на РС через IrDA порт счетчика.
Ниже рассмотрены данные дающие информацию по достоверному учету электрической энергии.

Поток энергии в обратном направлении

Количество случаев реверса энергии
Счетчик А100 обнаруживает и записывает в память общее число случаев потока энергии в обратном направлении. Счетчик обнаруживает поток в обратном направлении только в случае превышения установленного порога энергии (5Втч). Значение порога устанавливается 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 случае обнаружения протекания тока в обратном направлении (выдача).
Индикатор обратного потока энергии будет оставаться на ЖКИ до момента отключения питания счетчика даже, если ток вновь будет протекать прямом направлении (потребление).

Время работы счетчика

Счетчик производит отсчет и регистрацию в памяти каждого полного часа работы (без учета времени отсутствия питания) и хранит продолжительность работы за период 27 лет.

Количество отключений питания

Счетчик производит отсчет и регистрацию в памяти количества отключений питания.

Время действия режима отсутствия тока

Счетчик времени производит отсчет и регистрацию каждого полного часа нахождения счетчика в режиме отсутствия тока. Данный режим позволяет обнаружить неправильную схему нагрузки потребителя.

Контрольные функции

Счетчик внутренних сбоев

Данное устройство производит регистрацию в памяти количества случаев перезапуска центрального процессора по причине аварийной работы (сбоев правильной работы микропроцессора).