DE19531772A1

DE19531772A1 - Zähler

Info

Publication number: DE19531772A1
Application number: DE19531772A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Windsheimer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-03-06

Description

Die Erfindung betrifft einen Zähler für einen Energieverbrauch mit einem integrierten Rundsteuerempfänger.

Zum Ein- und Ausschalten oder Steuern von elektrischen Gerä ten, insbesondere Verbrauchern, in einem Wechsel- oder Dreh stromnetz ist es bekannt, daß der Wechselspannung ein Tonfre quenzsignal überlagert wird, das eine Information zum Ein- oder Ausschalten der Geräte enthält. Diese Technik ist unter dem Begriff "Rundsteuerung" bekannt.

Dabei ist den zu schaltenden Geräten jeweils ein sogenannter Rundsteuerempfänger mit Schaltglied zugeordnet. Bei einem Drehstromnetz ist der Rundsteuerempfänger in der Regel auf eine bevorzugte Phase geschaltet. Dies kann je nach Land un terschiedlich sein. In Österreich ist beispielsweise die Pha se T bevorzugt, während in Deutschland die Phase R üblich ist. Der Rundsteuerempfänger kann auch einem Zähler für elek trische Energie oder Gas zugeordnet sein, so daß eine Tarif umschaltung durch ein Rundsteuersignal möglich ist. Bei einem Spannungsausfall oder einem Fehler auf der jeweiligen Phase des Drehstromnetzes ist ein Empfang des Rundsteuersignals nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache zweckmäßige Lösung für einen Zähler mit Rundsteuerempfänger anzugeben, mit dem ein nahezu ausfallsicherer Rundsteueremp fang bei einem Phasenfehler gegeben ist.

Die Lösung gelingt erfindungsgemäß mit einem Zähler für einen Energieverbrauch mit einem integrierten Rundsteuerempfangs glied und einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung zur Signalbearbeitung der von einem Analog-Digital-Modulator digitalisierten Spannungssignale der Phasen eines Drehstrom netzes,

- wobei die digitale Signalverarbeitungseinrichtung einen auf eine der Phasen des Drehstromnetzes geschalteten Demodula tor zur Demodulation eines Rundsteuersignals aufweist, das auf das Rundsteuerempfangsglied führbar ist,
- wobei eine Umschaltlogik mit einer phasenselektiven Span nungsüberwachungseinrichtung für eine Phasenauswahl vorge sehen ist, und
- wobei die Umschaltlogik den Demodulator bei einem Ausfall der Phase auf die er jeweils geschaltet ist auf eine feh lerfreie Phase umschaltet.

Auf diese Weise ist der Rundsteuerempfänger mit einfachen Mitteln in einem Zähler integriert, wodurch beispielsweise eine Umschaltung des jeweils gültigen Tarifs direkt im Zäh lerbaustein erfolgt. Ein Phasenausfall wird sofort erkannt, so daß eine automatische Umschaltung des Rundsteuerempfangs auf eine gesunde oder fehlerfreie Phase möglich ist. Der in tegrierte Rundsteuerempfänger ist also damit dreiphasig rea lisiert. Die digitale Signalverarbeitungseinrichtung (DS) kann auch für weitere Zähleraufgaben genutzt werden, wodurch zusätzlicher Bauteileaufwand vermieden ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist gegeben mit einem Zähler für einen Energieverbrauch mit einem inte grierten Rundsteuerempfangsglied und einer digitalen Signal verarbeitungseinrichtung zur Signalbearbeitung der von einem Analog-Digital-Modulator digitalisierten Spannungssignale der Phasen eines Drehstromnetzes,

- wobei die digitale Signalverarbeitungseinrichtung einen auf eine der Phasen des Drehstromnetzes geschalteten Demodula tor zur Demodulation eines Rundsteuersignals aufweist, das auf das Rundsteuerempfangsglied führbar ist,
- wobei eine Umschaltlogik mit einer phasenselektiven Span nungsüberwachungseinrichtung für eine Phasenauswahl vorge sehen ist, und
- wobei die Umschaltlogik bei einem Ausfall oder einem Fehler der Spannung der jeweils angewählten Phase dem Rundsteuer empfangsglied das Rundsteuersignal einer fehlerfreien Phase zu führt.

Auf diese Weise ist die gesamte Demodulation dreiphasig, was zu einer besonders zuverlässigen Rundsteuerfunktion innerhalb des Zählers führt. Die Spannungsüberwachung kann auch gege benenfalls am Ausgang des Demodulators angreifen. Dadurch ist auch gleichzeitig eine Überwachung der eigenen Demodulatoren gegeben, falls einer dieser ausfällt oder fehlerhalft ist.

Mit Vorteil ist der Analog-Digital-Modulator ein Sigma-Delta- Modulator. Auf diese Weise ist eine präzise und schnelle Wandlung der Spannungssignale möglich, die sowohl den zähler als auch den rundsteuertechnischen Anforderungen entgegen kommt.

Bevorzugt weist die DS einen digitalen Signalprozessor auf. Diese Ausbildung kommt den Anforderungen nach einer möglichst umfassenden Signalverarbeitung, insbesondere in bezug auf die Bildung von Filtern und Demodulatoren, entgegen.

Mit Vorteil sind dem Analog-Digital-Modulator die drei Span nungssignale eines dreiphasigen Drehstromnetzes zugeführt sind. Dadurch ist eine einfache Anwendung bei Haushaltszäh lern gegeben.

Der Zähler kann als Elektrizitäts-, Gas- oder Wärmemengenzäh ler ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausbildung ist dabei als digitaler Elektrizitätszähler gegeben. Hierbei können be reits vorhandene digitale Bausteine, z. B. eine Spannungsüberwachung oder eine Meßwertverarbeitung, mehrfach genutzt werden.

Die Erfindung, weitere Vorteile und Details werden nachfol gend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung naher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines Zählerbausteins eines Zählers.

Die Fig. 1 zeigt einen Zählerbaustein 1 eines Elektrizitäts zählers (nachfolgend Zähler 2 genannt), der einen Demodulator 4 für einen Rundsteuerempfang umfaßt. Der Zählerbaustein 1 kann beispielsweise als Bauteil oder auch als Programm in ei ner digitalen Signalverarbeitungseinrichtung (DS), insbeson dere bei Verwendung eines digitalen Signalprozessors, reali siert sein und stellt eine Teilfunktion des gesamten Zählers 2 dar. Der Zählerbaustein 1 kann auch bei einem Gas- oder Wärmemengenzähler prinzipiell Verwendung finden.

Bei Verwendung einer DS sind die nachfolgend beschriebenen Funktionsblöcke als Programmbausteine (Software) zu verste hen, die die Spannungssignale datentechnisch bearbeiten. Ge gebenenfalls können bereits für Zählerfunktionen vorhandene Funktionsblöcke, zum Beispiel eine Spannungsüberwachung, für die hier vorgesehenen Aufgaben oder Funktionen verwendet oder angepaßt werden. Eine Realisierung des vorliegenden Zählers ist prinzipiell auch mit Hilfe von diskreten elektronischen Bauteilen oder Bausteinen möglich.

Dem Zählerbaustein 1 sind eingangsseitig die Spannungssignale U1, U2, U3 eines elektrischen Versorgungsnetzes an einem nicht näher gezeigten Verbraucher zugeführt. Die Spannungssignale U1, U2, U3 werden von einem nicht weiter dargestellten Analog- Digital-Modulator zuvor digitalisiert. Dieser ist bevorzugt als ΣΔ-Modulator ausgeführt. Bei Verwendung nur eines Ana log-Digital-Modulators können die Spannungssignale U1, U2, U3 über einen Multiplexer geführt werden. Eingangsseitig weist der Zählerbaustein 1 eine Umschaltlogik 3 auf, die prinzi piell eine Phasenauswahl für den nachgeschalteten Demodulator 4 durchführt.

Die Spannungssignale U1, U2, U3 sind gleichzeitig einer Span nungsüberwachungseinrichtung 5 zugeführt. Diese schaltet beim Fehlen des Spannungssignals der jeweils gerade angewählten Phase den Ausgang 7 mit Hilfe eines Schalters 6 auf die je weils nächste fehlerfreie Phase. Die Umschaltung kann bei spielsweise zyklisch oder antizyklisch erfolgen. Bevorzugt wird dabei gezielt auf eine fehlerfreie Phase umgeschaltet, so daß eine Unterbrechung möglichst kurz bleibt.

Bei einer Ausbildung des Zählers mit einer redundanten, mehr kanaligen Signalerfassung für die jeweiligen Phasen kann die Umschaltung auch zusätzlich noch zwischen den Kanälen erfol gen, so daß Fehler in der Signalerfassung möglichst keine Auswirkungen auf den Rundsteuerempfang haben.

Der nachgeschaltete Demodulator 4 ist folgendermaßen aufge baut:
Er umfaßt eine Reihenschaltung mit einem Bandpaß 9, einem Be tragsbildner 11, einem Tiefpaß erster Ordnung 13a und einem Schwellwertschalter 15. Mit dieser Funktionsanordnung ist ei ne Demodulation eines Rundsteuersignals, das eine vorgegebene Höhe hat, möglich. Der Bandpaß 9 und der Tiefpaß 13a sind entsprechend der vorgegebenen Rundsteuerfrequenz in ihrem Frequenzgang bemessen. Am Ausgang 16 steht dann das demodu lierte Rundsteuersignal 17 ( als elektrisches Signal darge stellt) zur weiteren Signalverarbeitung zur Verfügung. Es wird dann einem nicht näher dargestellten Rundsteuerempfangs glied mit der jeweils vorgegebenen Schaltfunktion zugeführt.

Die für die gezeigten Funktionsbausteine benötigten Daten, insbesondere die Filterkoeffizienten, werden durch Parame trierung in einem nicht gezeigten nicht flüchtigen Speichers hinterlegt, so daß diese auch bei einem Spannungsausfall oder einem Ausschalten dauerhaft zur Verfügung stehen.

Zusätzlich kann dem Tiefpaß 13a auch ein zweiter Tiefpaß mit großer Zeitkonstante parallelgeschaltet sein. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Demodulation des Rundsteuersignals auch bei der Überlagerung von starken Oberwellensignalen ge währleistet ist. Dazu die folgende Erläuterung:
Wenn auf dem jeweils ausgewählten Spannungssignal U1, U2 oder U3 Oberwellen (beispielsweise aus dem Drehstromnetz), welche im Durchlaßbereich des Bandpasses 9 liegen, vorhanden sind, kann es vorkommen, daß der Schwellwertschalter 15 auch ohne oder mit einem unterhalb der minimalen Funktionsspannung lie genden Rundsteuersignal anspricht. Die Oberwellen sind in ei nem solchen Fall ein quasi stationäres Signal und erzeugen am Ausgang des Betragsbildners 11 ein Gleichspannungssignal, während das Rundsteuersignal entsprechend der Telegrammform oder dem Bitmuster überlagert ist.

Mit Hilfe des zweiten Tiefpasses 11 mit großer Zeitkonstante wird zunächst der Mittelwert über einen vorgegebenen Zeit raum, beispielsweise der letzten Sekunden, gebildet. Dieser wirkt auf die Ansprechwelle des Schwellwertschalters, so daß quasi ein "schwimmender" Schwellwert gegeben ist.

Alternativ (abweichend von Fig. 1) kann der Zählerbaustein 1 auch folgendermaßen ausgebildet sein: Die Demodulation des Rundsteuersignals erfolgt zunächst dreiphasig. Dies kann bei spielsweise dadurch erzielt werden, daß der Schalter 6 als Multiplexer ausgebildet ist. Der Demodulator 4 verarbeitet dann die Signale aller Phasen. Er umfaßt dann zusätzlich eine nicht näher gezeigte nachgeschaltet Umschalteinrichtung, die dem Rundsteuerempfangsglied das Rundsteuersignal einer feh lerfreien Phase zuführt. Die Spannungs- und/oder Rundsteuer signalüberwachung erfolgt dann am Ausgang des Demodulators 4. Selbstverständlich kann der Demodulator 4 auch komplett drei phasig ausgeführt sein. Diese beiden Alternativen benötigen bei Ausführung als Programmbaustein mehr Speicherplatz und auch mehr Rechenzeit als die oben beschriebene Ausführung.

Die vorliegende Idee eignet sich insbesondere für einen digi talen Elektrizitätszähler, wobei die beschriebenen Funktionen und Bausteile als Programme realisiert sind. Die Signale oder Daten des Verbrauchers sind dabei ohnehin im Zähler vorhan den. Selbstverständlich sind die beschriebenen Merkmale wahl weise miteinander kombinierbar, ohne daß der Grundgedanke der vorliegenden Idee verlassen wird.

Claims

1. Zähler (2) für einen Energieverbrauch mit einem integrierten Rundsteuerempfangsglied und einer digi talen Signalverarbeitungseinrichtung zur Signalbearbeitung der von einem Analog-Digital-Modulator digitalisierten Spannungssignale (U1, U2 ,U3) der Phasen eines Drehstromnetzes,

- wobei die digitale Signalverarbeitungseinrichtung einen auf eine der Phasen des Drehstromnetzes geschalteten Demodula tor (4) zur Demodulation eines Rundsteuersignals aufweist, das auf das Rundsteuerempfangsglied führbar ist,
- wobei eine Umschaltlogik (3) mit einer phasenselektiven Spannungsüberwachungseinrichtung für eine Phasenauswahl vorgesehen ist, und
- wobei die Umschaltlogik (3) den Demodulator (4) bei einem Ausfall der Phase auf die er jeweils geschaltet ist auf eine fehlerfreie Phase umschaltet.

2. Zähler (2) für einen Energieverbrauch mit einem integrier ten Rundsteuerempfangsglied und einer digitalen Signalverar beitungseinrichtung zur Signalbearbeitung der von einem Ana log-Digital-Modulator digitalisierten Spannungssignale (U1, U2, U3) der Phasen eines Drehstromnetzes,

- wobei die digitale Signalverarbeitungseinrichtung zumindest einen auf eine der Phasen des Drehstromnetzes geschalteten Demodulator (4) zur Demodulation eines Rundsteuersignals aufweist, das auf das Rundsteuerempfangsglied führbar ist,
- wobei eine Umschaltlogik (3) mit einer phasenselektiven Spannungsüberwachungseinrichtung für eine Phasenauswahl vorgesehen ist, und
- wobei die Umschaltlogik (3) bei einem Ausfall oder einem Fehler der Spannung der jeweils angewählten Phase dem Rund steuerempfangsglied das Rundsteuersignal einer fehlerfreien Phase zuführt.

3. Zähler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Analog-Digital- Modulator ein Sigma-Delta-Modulator ist.

4. Zähler nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Signalverarbei tungseinrichtung einen digitalen Signalprozessor umfaßt.

5. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei dem Analog- Digital-Modulator die drei Spannungssignale (U1, U2, U3) eines dreiphasigen Drehstromnetzes zugeführt sind.

6. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welcher Zähler als Elektrizitäts-, Gas- oder Wärmemengenzähler ausgebildet ist.