. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Nová generace měření odběru elektřiny
29. prosince 2009 - 9:27 | Stefan Schauer | Nová generace měření odběru elektřiny | Komentářů: 7  

Nová generace měření odběru elektřiny

Nová generace měření odběru elektřiny pro domácnosti přináší moderní koncepce elektronických elektroměrů, vyžadujících použití pouze jediného integrovaného obvodu.

Během posledních let jsou stará mechanická, tzv. Ferrarisovy počítadla postupně nahrazována elektronickými elektroměry a to nejen z důvodů rostoucí potřeby dalších funkcí, jako jsou systémová integrace, mechanická odolnost, menší rozměry a vyšší přesnost, ale také z toho důvodu, že staré tvrzení o spolehlivosti elektronického měřiče již dávno neplatí. Kvalita elektronických měřičů se během této doby trvale zvyšovala a současně byly přidávány nové funkce. Jednočipové řešení nahradilo dřívější čistě analogové a později kombinované analogové a mikrokontrolérové verze. Současná elektronická řešení měření mohou nabídnout všechny nezbytné komponenty a funkce, jako jsou měření analogových signálů, výpočty požadovaných údajů, ukládání kalibračních údajů a naměřených hodnot, řadiče displejů a komunikační kanály na jednom čipu.


Obr. 1: Srovnání řešení elektronických elektroměrů

Rychlý rozvoj procesorů pro zpracování digitálních signálů a mikrokontrolérů umožnil obrovskou rozmanitost alternativních řešení, zatímco integrace digitálních prvků a analogových funkcí na jednom kousku křemíku vyřešila mnohé z technických problémů dříve spojených s elektronickými měřiči odběru. Dostupné jsou již mikrokontroléry s integrovanými analogově-digitálními převodníky (ADC), které umožňují vysokou systémovou integraci a následné úspory na ceně systému. Nejenom toto, ale současné standardní produkty specifikované uživatelem (ASSP) pro systémy měření odběru elektrické energie se mohou pochlubit speciálním integrovaným vstupním dílem pro provádění veškerých výpočtů energetických hodnot. Tyto nové řadiče, jako je například MSP430FE427 od Texas Instruments, poskytují mnohem širší aplikační spektrum, čímž uvolňují hlavní procesor pro provádění jiných důležitých úkolů.

Protože požadavky na výkon takovýchto vstupních dílů jsou značně vysoké, je nezbytné, aby to byly samostatné systémy, schopné provádět všechny výpočty samy o osobě. Pro inicializaci kalibračních parametrů vstupního dílu je od hlavního systému zapotřebí pouze několik činností: nastavení provozního režimu a vydání signálu k zahájení činnosti. Poté by měl vstupní díl běžet bez jakýchkoli, nebo jen s několika přerušeními od hlavního procesoru, který musí pouze sbírat vypočítané výsledky a je tak k dispozici pro provádění jiných operací, jako je kupříkladu řízení přepínání tarifů. Přepínání tarifů nabývá na důležitosti obzvláště ve východní Evropě, kde by mělo umožnit dodavatelům energie dosáhnout stabilnějšího vytížení místních rozvodných sítí. Vyhovět požadavkům na špičkový odběr během dne, kdy průmysl pracuje na plný výkon, je mimořádně nákladné, zatímco v noci, kdy požadavky jsou nízké, jsou generátory vypínány. Tato praxe je velmi neefektivní a rovněž velmi těžko regulovatelná. Motivovat uživatele v domácnostech, aby používali své pračky a myčky v noci místo ve dne, může napomoci upravit vyváženost odběrů.

Druhou důležitou funkcí je komunikace prostřednictvím několika nezávislých kanálů. Standardní infračervený komunikační kanál na čelní straně měřiče, který je specifikován v normách EN, má sám o sobě velmi rozsáhlý protokol a syntaxi příkazů, což zvyšuje požadavky na výpočetní výkon a paměť mikrořadiče. Kromě toho předpoklad systémové obsluhy jednoduchých protokolů na silnoproudých vedeních nabývá v nedaleké budoucnosti na přitažlivosti.

V současnosti je diskutováno několik možností implementace. Sahají od velmi vysokých datových toků, které vyžadují další procesory DSP až po jednodušší protokol s klíčováním kmitočtovým posunem (FSK). U standardních elektroměrů by to mělo být akceptovatelné, pokud data, která je třeba načítat, mají pouze několik bytů a jejich opakovací kmitočet není příliš vysoký. V takovém případě výkonný 16bitový procesor, jakým MSP430 je, může zpracovávat uvedený protokol s klíčováním kmitočtovým posuvem pouze s několika vnějšími součástkami.

Použití nejmodernější elektroniky samozřejmě znamená, že celý kalibrační proces může probíhat prostřednictvím programového vybavení, takže nastavení zisku, obzvláště pro proudový kanál, odchylky a také kompenzace fázového posuvu představují pouze několik parametrů, které jsou požadovány. Tyto parametry lze uložit do flash paměti dnešních mikrokontrolérů, čímž je umožněno jejich odeslání do výpočetní části ve vstupním dílu měřícího zařízení.


Obr. 2: Elektronický elektroměr s obvodem MSP430FE427

Kompenzace fázového posuvu je velký problém, který musí být překonán, protože většina systémů využívá proudových snímačů odolných vůči stejnosměrnému proudu, což je velkou nevýhodou při fázovém posuvu asi o 4 stupně. To je poměrně vysoká hodnota a bez kompenzace může vznikat chyba měření větší než deset procent, jestliže zátěž na silovém rozvodu také vykazuje posuv. K tomu dochází stále častěji, protože značná část zátěže pochází od motorů a spínaných zdrojů. Jestliže ale jako proudový snímač použijeme bočník, problém se stane méně závažný, i když v tomto případě je nutné použít další zesilovač, který převede vstupní signál z bočníku do měřícího rozsahu AD převodníku. Například bočník o hodnotě 200 µ? bude generovat špičkový signál při proudu 60 A pouze 22 mV. Následující zesilovač se ziskem 32 poskytne napětí přibližně 700 mV, což je dostatečné pro většinu převodníků a přesto poskytuje požadovaný dynamický rozsah.
Všechny tyto funkce musí být snadno přístupné a zpracovatelné, aby bylo možné dosáhnout rychlého a spolehlivého vývoje v oblasti tohoto rychle rostoucího trhu.

Mikrokontrolér typu MSP430FE42x s vestavěným modulem ESP430CE1 pro zpracování signálu pro jednofázové měření energie a integrovaný vstupní analogový díl, které byly vyvinuty speciálně pro aplikace v oblasti měření energie, otvírají dveře pro mnoho různých typů měřičů. Procesor ESP430CE1 provádí většinu měření energie automaticky, aniž by vyžadoval součinnost hlavního procesoru, čímž jej ponechává k dispozici pro jiné úkoly, jako je například komunikace. Modul ESP430CE1 poskytuje snímačům proudu velkou přizpůsobivost, takže je možné použít bočník, proudové transformátory (včetně proudových transformátorů s velkým fázovým posuvem, které jsou odolné vůči stejnosměrnému proudu) nebo Rogowského cívky bez dalších prvků. V kombinaci s velkým počtem specifických cyklů čtení-mazání paměti flash v mikrořadiči MSP430, který umožňuje využití této paměti pro program, kalibraci a ukládání dat, to pak znamená, že může být postaven skutečný jednočipový elektroměr.


Obr. 3: Blokové schéma obvodu MSP430FE42x

Tlak na vývojáře aplikací je obzvláště na trhu elektroměrů velmi silný, nejen aby vyhověli požadavkům na snížení ceny, ale současně s tím, aby nabídli více funkcí. Jediným schůdným řešením pro většinu požadovaných funkcí je, aby byly integrovány v řadiči, čímž bude vývoj elektroměrů urychlen a společnostem bude poskytnuta tolik potřebná konkurenční výhoda být první na trhu.

Autor: Stefan Schauer - Texas Instruments Freising

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Texas Instruments
Domovská stránka firmy Texas Instruments v českém jazyce
Informace o obvodech MSP430FE42x







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (7):

Zobrazit starší 30 dnů (7)...

host
7. Dne 02. 01. 2010 v 11:28 zaslal host
detekce nacerno odebiraneho proudu
a jak se pomoci 2 proudových vstupu detekuje načerno odebíraný proud?


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
WIZ110SR - RS232
Převodník TCP/IP <-> RS232 s konektory RJ45 i D-Sub
Skladem od 730 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007