專利名稱：具有自動設(shè)施檢測的電子計費器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在固態(tài)電子電量計費器(electronic revenue meter)中進(jìn)行系統(tǒng)安裝診斷的綜合方法和裝置。
背景技術(shù)：
在此使用的術(shù)語“計費器”指的是通常通過電氣設(shè)備安裝在用戶處用于測量用戶的用電量以便記賬的電量計。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的那樣，計費器一般安裝在用戶處牢固固定的永久基座上，即，通常將這種計費器“密閉地”置于永久安裝在用戶處的插座上。因此，在此使用的術(shù)語“計費器”并不包括那些不是插裝在牢固固定的永久性基座上的儀器。特別是，并不認(rèn)為那些包含與被測電路相連的導(dǎo)線的儀器都是計費器。
感應(yīng)型瓦時計費器通常采用脈沖啟動器，該啟動器產(chǎn)生與儀器盤轉(zhuǎn)速成正比的脈沖。將所產(chǎn)生的這種脈沖輸送到電子寄存器以便推導(dǎo)出電流、電壓、功率和/或使用能耗的時間。
迄今為止已普遍使用了各種固態(tài)多相電子計費器。這些以千瓦時、功率因數(shù)、KVA、和/或電抗電壓安培形式監(jiān)視電能消耗和記錄或報告這種消耗的多相電子計費器通常采用固態(tài)元件，而且可以利用模-數(shù)轉(zhuǎn)換器來提供可從其中提取各種用量/消耗指示的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而不是脈沖數(shù)據(jù)。
可以安裝在各種單相或多相電量分配系統(tǒng)中任何一種系統(tǒng)內(nèi)的固態(tài)電子計費器也是公知的。在授予Germer等人的美國專利5059896中公開了一個固態(tài)電子瓦時計費器的實例。
在授予Swanson的美國專利4697182中公開了一個與傳統(tǒng)瓦時計結(jié)合使用的固態(tài)電量記錄儀的實例。
在安裝這些計費器時服務(wù)人員需利用各種輔助設(shè)備和診斷技術(shù)以確保和保證正確安裝計費器。特別是，這種輔助設(shè)備包括不屬于計費器的各種儀器，這些儀器通常包括或適合于包括把它們與被測電路相連接的纜線。用于此目的的輔助設(shè)備并不一定成為電路中的一個永久部件，而且其并不適合插入用于此目的的儀器插座中。此外，雖然可以用這種設(shè)備來測量兩點或多點之間的電參數(shù)，但是這需要進(jìn)行人工介入以確定在其間進(jìn)行測量的各點。另一方面，將計費器直接插入到已與用戶的永久性電氣設(shè)施用導(dǎo)線連通的插座上。而且，當(dāng)將計費器插入時，不需要人工介入便可確定將要測量的量，這是因為當(dāng)將儀器插座與系統(tǒng)連通時這種確定便已經(jīng)完成。所以，雖然可以用已有技術(shù)中的輔助設(shè)備來確定是否已正確連通插座，但是其需要人工介入。此外，這種輔助設(shè)備通常需要由其使用者進(jìn)行測量結(jié)果的人工介入。因為很多安裝檢查例如極性和相位交叉檢查都是由現(xiàn)場施工人員進(jìn)行，因此使這些安裝檢查與現(xiàn)場施工人員的知識和能力有很大關(guān)系。
雖然在進(jìn)行安裝和周期性維護時現(xiàn)場施工人員可以使用各種診斷設(shè)備，但是仍然需要一種能在不干擾儀器工作的情況下自動和周期性地完成標(biāo)準(zhǔn)串聯(lián)系統(tǒng)和安裝診斷的綜合裝置。此外，還需要儀器能進(jìn)行周期性自檢以便確定和記錄在儀器操作中出現(xiàn)的選擇性預(yù)定義的致命和非致命誤差。
此外，雖然適用于一種以上電氣設(shè)施的計費器很有效，但是這些計費器的一個缺點是在安裝之前用戶常常必須把設(shè)施類型的程序編入儀器中。這種多設(shè)施計費器的預(yù)安裝程序會限制它們適應(yīng)多種設(shè)施的能力。
發(fā)明概要因此本發(fā)明的一個目的是提供一種用于固態(tài)電子計費器的整體系統(tǒng)檢查和故障查找程序包。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種與固態(tài)計費器集成一體和在儀器上自動完成一系列預(yù)定系統(tǒng)安裝和診斷測試的方法和裝置。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種系統(tǒng)檢查和故障查找程序包，其支持電子計費器并與計費器形成一體，而且其包括當(dāng)服務(wù)人員查詢時用于顯示選定的自檢和系統(tǒng)診斷測試結(jié)果的裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種自動的系統(tǒng)檢查裝置，該裝置周期性地檢查是否存在特定的預(yù)定義條件和根據(jù)誤差的性質(zhì)產(chǎn)生與檢測到的任何誤差相應(yīng)的預(yù)定作用。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種方法和裝置，其用于確定與預(yù)選的基本相量相應(yīng)的每個電壓和電流相量的相位角，以達(dá)到檢驗是否正在檢測所有儀器和接收多相電氣設(shè)施中每一相的正確電壓和電流的目的。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種方法和裝置，所述裝置與多個固態(tài)設(shè)施計費器構(gòu)成一體且能在安裝計費器之后和在其工作期間周期性地自動檢測電氣設(shè)施的具體類型。
按照本發(fā)明，其設(shè)置的整體電子計費器自檢和系統(tǒng)診斷程序包包括微處理器、存儲器，自動和周期性地進(jìn)行一組預(yù)選儀器自檢和記錄其所有誤差的邏輯單元，自動對多個預(yù)選系統(tǒng)進(jìn)行診斷測試并記錄超過預(yù)定可編程閾值的所有結(jié)果的邏輯單元，及顯示誤差和/或診斷信息的顯示裝置，所述信息可分別識別一個或多個自檢誤差或選定的診斷數(shù)據(jù)和/或在預(yù)定的周期內(nèi)在儀器自檢中發(fā)現(xiàn)的誤差。
優(yōu)選將本發(fā)明的裝置與固態(tài)計費器結(jié)合在一起，所述計費器采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的數(shù)字采樣技術(shù)以獲得與和計費器相連的單相或多相系統(tǒng)中的一相或多相電流及電壓相應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
本發(fā)明自動地進(jìn)行預(yù)選的儀器自檢，優(yōu)選的是每天一次，和/或當(dāng)儀器在斷電后重新供電時，和/或當(dāng)整個儀器完成重構(gòu)時，由此可確定選定的儀器部件的連續(xù)工作能力。例如，在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的裝置檢查其自身的存儲器、微處理器和儀器中選定的寄存器以確定記賬數(shù)據(jù)是否因上一次檢查而不可靠。由于記賬數(shù)據(jù)的不純被認(rèn)為是計費器的致命誤差，所以本發(fā)明的裝置將產(chǎn)生和顯示表示誤差性質(zhì)的誤差代碼，在該誤差代碼上鎖定該顯示，并且在儀器重構(gòu)完成之前中斷所有的儀器功能(除了通訊功能之外)。
此外，該裝置還周期性地檢查其它非致命誤差，例如寄存器溢出、時鐘、使用時間、反向能流和較低的電池誤差。誤差檢查的頻率可以隨受檢的部件和/或條件以及儀器連續(xù)工作時誤差的潛在效應(yīng)而改變。一但發(fā)現(xiàn)非致命誤差，可以根據(jù)誤差的性質(zhì)和特定儀器的結(jié)構(gòu)情況切斷或不切斷顯示器。
本發(fā)明還周期性地進(jìn)行一系列預(yù)選的系統(tǒng)診斷測試。這些測試應(yīng)在安裝儀器時進(jìn)行且優(yōu)選在儀器正常工作期間約每5秒鐘進(jìn)行一次。在優(yōu)選實施例中，該裝置利用在工廠確定的參數(shù)以及由用戶確定的參數(shù)進(jìn)行極性、相位交叉和能流診斷，相電壓偏差診斷，無功相電流診斷，可能的功率因數(shù)診斷，和電流波形畸變檢測診斷，所述由用戶確定的參數(shù)可以由安裝現(xiàn)場的人員指定。
在進(jìn)行極性、相位交叉和能流診斷時，本發(fā)明的裝置利用累加的電流和電壓信息來確定每個電壓和電流相量(例如VB，VC，IA，IB和IC)相對于多相系統(tǒng)中的參考相量(例如VA)的相位角。在這種安裝方式下每個相量的合適位置是預(yù)定的而且可以將其作為與算出的相位角相對比以確定每個角度是否落入預(yù)定包絡(luò)線內(nèi)的實例來使用。如果算出的任何一個相位角落到其相應(yīng)的預(yù)定包絡(luò)線之外，則會顯示出診斷誤差信息。這種診斷在安裝時是特別有用的，這是因為該誤差可以指示電壓或電流電路的相位交叉，電壓或電流電路的錯誤極性，一相或多相反向能流(同時發(fā)生)，或儀器內(nèi)部的測量失靈。
本發(fā)明的裝置還優(yōu)選包括“工具箱”顯示器，當(dāng)現(xiàn)場施工人員進(jìn)行手動啟動時，該顯示器將使顯示滾過預(yù)選值表，例如由現(xiàn)場施工人員觀察到的每個相位的電壓和電流，與每個電壓和電流相量相關(guān)的角度，和出現(xiàn)每個診斷錯誤的數(shù)量。
在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)安裝了計費器并接通電源之后，而且優(yōu)選在儀器正常工作期間，本發(fā)明的裝置將自動檢測電氣設(shè)施的類型(即單相，三線三角形連接，四線星形連接，或四線三角形連接)。
除非因致命誤差而特意暫停執(zhí)行所述操作，否則本發(fā)明的裝置可以在不影響儀器工作的情況下完成系統(tǒng)診斷，工具箱顯示和自動的設(shè)施檢測等功能。
通過以下結(jié)合附圖對實現(xiàn)本發(fā)明的最佳實例進(jìn)行的詳細(xì)描述將更有助于理解本發(fā)明的上述目的和其它目的、特征、及優(yōu)點。
附圖的簡要說明

圖1是系統(tǒng)的方框圖；圖2是與本發(fā)明所述系統(tǒng)成一體的計費器的透視圖；圖3是圖2所述計費器的方框圖；圖4是本發(fā)明電氣系統(tǒng)診斷檢查的流程圖；圖5是由本發(fā)明完成的極性、相位交叉和能流診斷的第一部分流程圖；圖6是由本發(fā)明完成的極性、相位交叉和能流診斷的第二部分流程圖；圖7是由本發(fā)明完成的相電壓偏差診斷程序的第一部分流程圖；圖8是由本發(fā)明完成的相電壓偏差診斷的第二部分流程圖；圖9是由本發(fā)明完成的無功相電流診斷的第一部分流程圖；圖10是由本發(fā)明完成的無功相電流診斷的第二部分流程圖；圖11是由本發(fā)明完成的每一相功率因數(shù)診斷的第一部分流程圖；圖12是由本發(fā)明完成的每一相功率因數(shù)診斷的第二部分流程圖；圖13是由本發(fā)明完成的每一相功率因數(shù)診斷的第三部分流程圖；圖14是在工具箱顯示器中顯示的項目表；圖15是適用于典型三相計費器安裝的相量圖；圖16是表示代表由系統(tǒng)跟蹤的兩個相量的波形關(guān)系曲線圖；圖17A是圖3中所示前端模塊42的第一部分方框圖；圖17B是圖3中所示前端模塊42的第二部分方框圖；圖18A是圖3中所示寄存器模塊48的第一部分方框圖；圖18B是圖3中所示寄存器模塊48的第二部分方框圖；圖19是由本發(fā)明完成的電流波形畸變檢測診斷的第一流程圖；圖20是由本發(fā)明完成的電流波形畸變檢測診斷的第二流程圖；圖21是表示計費器波形系數(shù)和由這些系數(shù)支持的相關(guān)類型電氣設(shè)施的圖表；圖22是由本發(fā)明完成的自動設(shè)施檢測功能的第一部分流程圖；和圖23是由本發(fā)明完成的自動設(shè)施檢測功能的第二部分流程圖。
最佳工作模式參照圖1，通常用標(biāo)號20表示的本發(fā)明的系統(tǒng)是一個電量計費器，該計費器可以插到儀器插座上，而儀器插座是永久地安裝在電氣設(shè)施使用者的駐地。正如在已有技術(shù)中公知的那樣，這種插座用導(dǎo)線連接到電氣設(shè)備的供電線上，而且它們可根據(jù)用戶的要求斷開與供電線的連接，因此需要將計費器安裝在這種插座上以達(dá)到恢復(fù)這種連接的目的。同時這種計費器測量用戶使用的電量。
通常，在確立了插座的位置時或者當(dāng)將電氣設(shè)施裝到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上時將插座永久地固定在用戶駐地。此后，安裝計費器，而且通常是將其“密封”到插座上以使這種安裝實際上為永久性安裝，只有破壞該密封才能夠拆除計費器并將端接的電氣設(shè)施保持在此位置上直至將另一個計費器安裝好為止。
當(dāng)在與實際安裝計費器不同的時刻連接插座時，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到這種插座包括例如帶插座孔的裝置，所述裝置能與例如計費器上的插頭等互補裝置相互配合。因此，通常在安裝電計費器時，將計費器基座上的插頭插到插座中，由此把電氣設(shè)施連接到用戶駐地。
如上所述，本發(fā)明涉及計費器，這種計費器意在通過把電路接通并將其設(shè)定到用戶的預(yù)定量和通過在電量通過該計費器時測量該設(shè)施的電參數(shù)來提供和記錄用戶預(yù)定的用電量。
從上述觀點出發(fā)，盡管插座安裝在用戶駐地的方式將決定由計費器檢測的各種相位和其它參數(shù)，但是本發(fā)明的計費器只根據(jù)計費器上插頭的結(jié)構(gòu)而不是根據(jù)儀器安裝者一方的任何決定而自動與現(xiàn)有的設(shè)施連通，下面將對此進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在插入現(xiàn)有電路和其它輔助測量設(shè)備中的計費器之間存在固有差異，所述電路和輔助測量設(shè)備可以用于確定電氣設(shè)施的相位和其它參數(shù)，該電氣設(shè)施通常通過用接線柱和儀器導(dǎo)線與輔助設(shè)備相連接。此外，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到當(dāng)使用輔助設(shè)備時一般需要人工介入和判斷。因此，作為實例，如果使用由BMI制造的3030/3060功率分配器(Powerprofile r)，則必須將其用探頭和纜線連接到檢查的設(shè)施中。這意味著，技術(shù)人員必須知道如何將各探頭與電氣設(shè)施相連，而且技術(shù)人員必須知道如何將該探頭與功率分配器相連。此后，技術(shù)人員必須知道如何判斷在功率分配器上產(chǎn)生的各種電壓和電流相量圖以便確定是否已進(jìn)行了正確連接。對熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很顯然不正確的相量可能由與待檢設(shè)施的不正確連接引起或是與功率分配器的不正確連接引起。類似地，如果使用功率分配器的技術(shù)人員并不非常熟悉它的使用方式，就有可能對功率分配器進(jìn)行錯誤連接，由此會導(dǎo)致不正確讀數(shù)，其隨后將導(dǎo)致技術(shù)人員改變其它與儀器插座的正確連接。
為了取消上述對輔助測量設(shè)備例如功率分配器的所有需要，和為了不必嚴(yán)格地與這種輔助設(shè)備連接和解釋由這種設(shè)備獲得的讀數(shù)，本發(fā)明所述計費儀的連接是僅通過將其插入與之相配的插座而實現(xiàn)的。此后，本發(fā)明的計費器將自動地檢測和顯示電連接的性質(zhì)，其與進(jìn)行這種連接操作的人員的知識和技術(shù)無關(guān)，因此不需要熟練的技術(shù)人員、探頭或纜線。
因此，參照圖1和圖2，本發(fā)明的計費器包括中心處理單元22，存儲器24，適用于存儲與分別來自電壓A/D轉(zhuǎn)換器26和電流A/D轉(zhuǎn)換器28的電壓及電流數(shù)據(jù)周期性采樣相對應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，邏輯單元30用于進(jìn)行儀器自檢和由系統(tǒng)支持的系統(tǒng)及安裝診斷，而顯示裝置32用于顯示誤差和診斷信息。
參照圖2，系統(tǒng)20優(yōu)選與固態(tài)多相千瓦/千瓦時(“KW/kWh”)單功能計費器34相結(jié)合(如圖3，17A-B和18A-B所示且在下面將詳細(xì)描述)，所述計費器包括基本上呈環(huán)形的基座36，固定有面板38的傳統(tǒng)模制塑料外殼(未示出)，和儀器蓋40。計費器34還包括適合于與現(xiàn)有電氣系統(tǒng)相連接的傳統(tǒng)的電流檢測元件。
參照圖3，在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明所述系統(tǒng)20中的診斷邏輯單元30與計費器的前端模塊42相結(jié)合，所述前端模塊42包括微處理器44，用作電壓A/D轉(zhuǎn)換器26的8比特A/D轉(zhuǎn)換器，部分地作為系統(tǒng)存儲器24的一部分使用的隨機存取存儲器45，和只讀存儲器以及EEPROM，在此處設(shè)有系統(tǒng)診斷邏輯單元46。前端模塊還優(yōu)選支持其它儀器功能，這些功能包括儀器部件自檢，A/D采樣，能量計算，當(dāng)前用量，瞬時值，任選的輸出，和除了系統(tǒng)和安裝診斷之外的儀器通訊和由本發(fā)明的系統(tǒng)20進(jìn)行的工具箱顯示。該實施例中的顯示器是液晶顯示器33，如圖3所示，其優(yōu)選包括97段數(shù)字，三個十進(jìn)制點和由傳統(tǒng)計費器顯示的多個在顯示電系統(tǒng)信息中非常有用的圖象，以及由本發(fā)明的系統(tǒng)產(chǎn)生的診斷數(shù)據(jù)。
計費器34還包括帶有微處理器50的寄存器模塊48，其包括只讀存儲器；部分地作為系統(tǒng)存儲器使用的隨機存取存儲器51，96段LCD顯示驅(qū)動器；和24條I/O線。在該實施例中，只讀存儲器和寄存器CPU50包括用于產(chǎn)生工具箱顯示的顯示邏輯和由本發(fā)明的系統(tǒng)20產(chǎn)生的診斷誤差代碼。寄存器模塊48還支持其它儀器功能，例如保持記賬值和與記賬寄存器相關(guān)的功能以及與包括自讀、使用時間、工作時間等時間相關(guān)的功能，和海量存儲器。
應(yīng)該注意到，在圖3所示的計費器34的實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)20采用了8字節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器26來檢測電壓信號，而用外部12字節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器28來檢測電流采樣。正如熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員所知道的那樣，電流轉(zhuǎn)換器28需要較高的分辯率，這是因為電流的變化范圍比電壓的變化范圍更寬。熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員還將認(rèn)識到最好用獨立的轉(zhuǎn)換器來同時檢測電流和電壓以便通過調(diào)節(jié)電流采樣和電壓采樣之間的滯后直接補償由變流器引起的相位誤差。因此，結(jié)果是變流器很理想而且不會引起相位滯后，隨后可以用獨立的轉(zhuǎn)換器26和28同時對電壓和電流進(jìn)行采樣。
用于產(chǎn)生工具箱顯示和系統(tǒng)20的診斷誤差信息的顯示邏輯單元是顯示邏輯單元52的一部分，其在圖3所示的特定實施例中由寄存器CPU50實現(xiàn)。然而，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到本發(fā)明所述系統(tǒng)的邏輯單元和CPU的能力可以在一個簡單的單一處理器結(jié)構(gòu)(例如如圖1所示)中，以及圖3中所示的結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)，或是由其它未脫離本發(fā)明構(gòu)思的硬件實現(xiàn)。
本發(fā)明的系統(tǒng)20通過“工具箱”顯示提供了全方位的系統(tǒng)診能力和診斷顯示功能。系統(tǒng)和安裝診斷在一定程度上是由使用者通過程序軟件定義的。工具箱是一組固定診斷信息的顯示器，所述信息包含在特定操作模式中，信息可由使用者通常為現(xiàn)場施工人員通過啟動計費器上的磁性開關(guān)進(jìn)行存取。下面將詳細(xì)討論每種診斷能力。
在一個實施例中，系統(tǒng)20還具有自動設(shè)施檢測能力。如在下面將要詳細(xì)說明的那樣，該能力包括在接通電源的情況下和在計費器周期性工作期間，根據(jù)由下述系統(tǒng)自動周期性確定的計費器的預(yù)編程格式數(shù)和電壓矢量Va和Vc的角位移而自動確定在安裝時由計費器支持的電氣設(shè)施。
系統(tǒng)和安裝診斷本發(fā)明的系統(tǒng)20進(jìn)行多種系統(tǒng)和安裝診斷并通過診斷來指示電氣設(shè)施的潛在問題，如計費器的不正確安裝，或內(nèi)部儀器的不正常工作。雖然這些診斷可以隨由計費器支持的電氣設(shè)備類型而改變，但是下述診斷一般由該系統(tǒng)完成。
參照圖4，系統(tǒng)和安裝診斷優(yōu)選由政府機構(gòu)執(zhí)行。在優(yōu)選實施例中，該診斷包括四種可以由使用者選擇且由計費器完成的診斷(1)極性、交叉相和能流檢查；(2)相電壓偏差檢查；(3)變流器檢查；(4)每相功率因數(shù)檢查；和(5)電流波形畸變檢查。計費器至少在每5個采樣間隔中進(jìn)行一次所有選定的診斷。
當(dāng)按照由使用者根據(jù)診斷出的故障確定的參數(shù)得出出現(xiàn)誤差的結(jié)論時，計費器將顯示指示誤差狀況的信息，并且選擇性地觸發(fā)一個輸出觸點閉合器，例如水銀濕式繼電器或以“誤差狀態(tài)報警”形式編程的固態(tài)觸點。當(dāng)將一個選擇性輸出編為誤差狀態(tài)報警輸出時，則不管使用者選定的診斷誤差是否被觸發(fā)，該輸出觸點將總是關(guān)閉。
再來參照圖4，本發(fā)明的系統(tǒng)20優(yōu)選通過54-62示出的一系列計算和診斷檢查而迭代。在優(yōu)選實施例中，將處理時間分成相當(dāng)于60個輸電線時鐘周期的采樣間隔。例如，在50Hz的安裝條件下，該間隔是1.2秒。在60Hz的安裝條件下，采樣間隔將是1秒。
利用一個簡單的計數(shù)器，系統(tǒng)20完成必要的采樣和計算以確定IA角度(優(yōu)選的是相對于基本相量VA)，以及在54所示的在第一間隔期間完成#1診斷檢查。
在56所示的第二間隔中，系統(tǒng)20對必要的采樣進(jìn)行累加以計算IB的角度并且進(jìn)行#2診斷檢查。
在58所示的第三間隔中，系統(tǒng)對必要的采樣進(jìn)行累加以計算IC的相位角和完成#3診斷檢查。
在60所示的第四間隔中，系統(tǒng)對必要的采樣進(jìn)行累加以計算VB的相位角和完成#4診斷檢查。
在62所示的第五間隔中，系統(tǒng)對必要的采樣進(jìn)行累加以計算VC的相位角和完成#5診斷檢查，并使計數(shù)器置零。
在這些間隔中的每一個結(jié)束時計數(shù)器將進(jìn)級(64)，該程序?qū)⑦B續(xù)地重復(fù)進(jìn)行。因此，在60Hz系統(tǒng)中，計算每個電流和電壓相量的相位角，并且每5秒鐘進(jìn)行一次四個診斷檢查的每一個。正如熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到的那樣，可以使用不同的時間間隔和/或改變子程序54-62以便對根據(jù)需要選定的一個或多個診斷進(jìn)行更頻繁和或不頻繁的檢查。
#1診斷-極性、交叉相和能流檢查參照圖5和圖6，將極性、交叉相和能流檢查設(shè)計成檢查任何相電壓或相電流的相反極性，和檢查與不同相位的電流錯誤連接的某一相位的電壓。這種情況還會導(dǎo)致出現(xiàn)共振(cogeneration)。這一檢查是通過周期性測量每個電壓和電流相量相對于參考相量(優(yōu)選為VA)的角度而完成的。將每個角度與其理想角度相比較，所述理想角度定義為能產(chǎn)生平衡、純電阻負(fù)載的角度。如果任何電壓角比其理想角度滯后或超前的量多于預(yù)定量(優(yōu)選為10度)，或如果任何電流角比其理想角度滯后或超前的量多于第二預(yù)定量(優(yōu)選為90度)，則計費器將指示出#1診斷誤差。
如圖5中所示，系統(tǒng)20的極性、交叉相和能流檢查診斷程序66首先檢查每個電流和電壓相量的每個角度(可應(yīng)用于連接有計費器的特定電系統(tǒng)上)(68-76)以確定是否每個角度都落入按ABC順序旋轉(zhuǎn)的預(yù)定理想角度公差范圍內(nèi)。如果有任何角度未落入理想角度的公差范圍內(nèi)，則系統(tǒng)將認(rèn)定abc標(biāo)記是錯的(78)并轉(zhuǎn)而(如圖6所示)檢查假設(shè)按CBA順序旋轉(zhuǎn)的每個角度。
如果在68-76中斷定所有角度都處于其預(yù)定的理想公差內(nèi)，則系統(tǒng)20將在80中認(rèn)定abc標(biāo)記是對的并轉(zhuǎn)而檢查假設(shè)按CBA順序旋轉(zhuǎn)的角度。
現(xiàn)在參照圖6，一旦完成ABC旋轉(zhuǎn)檢查，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入82-90進(jìn)行每個電流和電壓相量的角度檢查以確定相對于CBA旋轉(zhuǎn)而言相位角是否落入預(yù)定的理想角度公差范圍內(nèi)。如果有任何一個相位角處于預(yù)定的理想相量角度的公差范圍之外，系統(tǒng)將在92中認(rèn)定cba標(biāo)記是錯的。如果斷定所有相位角都處于預(yù)定的理想角度公差范圍內(nèi)，系統(tǒng)將在94中認(rèn)定cba標(biāo)記是對的。然后系統(tǒng)20將判斷abc或cba標(biāo)記是否是對的。如果兩者中有任一個是對的，該診斷檢查便通過。如果abc標(biāo)記或cba標(biāo)記都是錯的，則診斷檢查對ABC和CBA旋轉(zhuǎn)來說均未通過，此時表明出現(xiàn)診斷誤差。
確定了出現(xiàn)診斷誤差后，系統(tǒng)將如下面所述記錄出現(xiàn)的誤差并顯示該誤差。然而，在優(yōu)選實施例中，在連續(xù)三次檢查中均出現(xiàn)該誤差狀態(tài)之前不對該診斷誤差進(jìn)行初始顯示。
正如熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到的那樣，該診斷表示多種問題中的一種問題，這些問題包括潛在的或電流電路的交叉定相，潛在的或電流電路的錯誤極性，一相或多相反向能流，或儀器內(nèi)部測量失靈。
#2診斷-相電壓偏差檢查現(xiàn)在參照圖7和圖8，將相電壓偏差檢查設(shè)計成在98中檢查任何處于由使用者確定的包絡(luò)線之外的相電壓。這實際上是檢查分布的變壓隙。該檢查是通過周期性地測量每個相位的電壓和根據(jù)由程序軟件確立的預(yù)定電壓包絡(luò)線對其進(jìn)行檢查而實現(xiàn)的。
該檢查使用的公式是


如果任何相電壓高于V上限或低于V下限，計費器將顯示相電壓包絡(luò)線診斷誤差。
應(yīng)該注意到，在優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)20在100中檢查以判斷由與系統(tǒng)20相結(jié)合的計費器支持的電氣設(shè)施是否是三元件四線Δ接法的設(shè)施。如果是這樣的話，如在102處所示，系統(tǒng)將計算特定情況下相位C的電壓上限和下限。
而且，如果相位B或相位C中任一個電壓超過預(yù)定界限，系統(tǒng)將顯示表示診斷誤差的診斷檢查的失誤(在104或106)，而且如下面所述記錄所述誤差和顯示合適的誤差信息。否則，便可通過診斷檢查(在108)和完成該檢查。
然而，應(yīng)該注意到，在優(yōu)選實施例中，在三次連續(xù)檢查均出現(xiàn)誤差的情況之前將不進(jìn)行該診斷誤差的初始顯示。
該診斷可以指出損失的相電壓，錯誤的變壓系數(shù)，短路的變壓線圈，錯誤的相電壓，和儀器內(nèi)部測量失靈，以及其它潛在問題。
#3診斷-無功相電流檢查現(xiàn)在參照圖9和10，在進(jìn)行無功相電流診斷時，系統(tǒng)20周期性地將每相的瞬時RMS電流與預(yù)定的最小電流水平相比較，所述最小電流優(yōu)選以1ma的增加量在5ma-200A的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。如果所有三相電流均高于可接受的水平，或所有三相電流均低于可接受的水平，該診斷便可通過。任何其它組合都將導(dǎo)致3#診斷不能通過，并將顯示3#診斷的誤差。
然而，在三次連續(xù)檢查均出現(xiàn)誤差狀態(tài)之前，最好不記錄和顯示該診斷誤差。
出現(xiàn)3#診斷誤差標(biāo)志著一個或多個儀器相電流存在幅值誤差。如下面所述，為了確定問題所在，使用者必須從工具箱模式中獲得相電流信息。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以用這種診斷檢查來指示任何一種潛在的問題，例如變流器電路的開路或短路。
4#診斷-每相的功率因數(shù)檢查參照圖11-13，將每相功率因數(shù)診斷檢查設(shè)計成檢驗就每個測量相位而言，電流相量和理想的電壓相量之間的角度是否落入由使用者指定的包絡(luò)線內(nèi)(+/-1-90°)。由于該公差比1#診斷的公差更加限制，所以在1#診斷通過之前系統(tǒng)20并不進(jìn)行該診斷檢查。該診斷可以指示多種潛在問題中的任何一種問題，這些問題包括較差的負(fù)載功率因數(shù)狀態(tài)，較差的系統(tǒng)狀態(tài)，或系統(tǒng)設(shè)備的失靈。
在114和116中系統(tǒng)20首先檢查abc和cba旋轉(zhuǎn)標(biāo)記。如果這兩個標(biāo)記都是錯的，這就表明1#診斷已經(jīng)不能通過。由于該診斷的公差比1#診斷更加限制，所以該診斷失靈。
如果abc和cba標(biāo)記都是對的(表示1#診斷已經(jīng)通過)，則系統(tǒng)20在114和116中分別進(jìn)行相應(yīng)的ABC或CBA旋轉(zhuǎn)檢查。就ABC旋轉(zhuǎn)而言，在118-122中系統(tǒng)檢查相應(yīng)的電流相量和理想電壓相量之間的角度以確定該角度是否落入使用者指定的包絡(luò)線內(nèi)。如果該角度處于預(yù)定的包絡(luò)線之間，該診斷將在124中通過。如果不是，則診斷不能通過(在126)，表示4#診斷誤差。在CBA旋轉(zhuǎn)的情況下，系統(tǒng)20在128-132中對合適的電流相量進(jìn)行類似的包絡(luò)線檢查。
5#診斷-電流波形畸變檢查參照圖19，將電流波形畸變檢查設(shè)計成檢測在任何相上出現(xiàn)的DC電流。該診斷對設(shè)計成只通過交流電流的計費器特別有用，而且由于直流電流對變流器形成偏壓使其在非線性區(qū)域工作，所以在足夠大的直流電流下變流器的特性將變壞。
在計費器上形成直流電流的基本途徑是與正常負(fù)載并聯(lián)地放置的半波整流負(fù)載。半波整流信號的出現(xiàn)具有加大正半周或負(fù)半周波形同時使另一個不受影響的效果。就那些設(shè)計成不通直流電流的計費器而言，當(dāng)在變流器的輸入中出現(xiàn)該信號時，該信號產(chǎn)生電平移位從而使輸出信號的平均值為零。然而正和負(fù)半周波形的波峰不再具有相同的幅值。直流電流檢測診斷通過在計費器的采樣間隔內(nèi)取正和負(fù)峰值的差值而利用了這一現(xiàn)象。如果不出現(xiàn)直流電流的話，在間隔內(nèi)的電流采樣的累加結(jié)果將是接近零的值。如果出現(xiàn)直流電流，則累加值將明顯增高。該方法(下面將稱之為Comb濾波器法)可產(chǎn)生與伴隨交流電流波形出現(xiàn)的相位和幅值無關(guān)的精確值。
由于采用本發(fā)明的計費器通常是多相儀器，即存在由計費器測量的兩相或三相電流，某些人在負(fù)載上跨接一個半波整流電路而將直流電流引入裝置中來竄改計費器是可能的。這種電路可能加在單相上。為此，DC檢測診斷可以檢測每相偏壓上的直流電流。
在圖19的流程圖中示出了計算每相直流電流檢測值的Comb濾波器法。該方法在每個采樣間隔內(nèi)包括以下步驟(1)記錄每個間隔內(nèi)第一電壓采樣符號；(2)使用第一電壓采樣符號，檢測第一過零電壓；(3)在過零電壓進(jìn)入電流峰值累加器后累加第二采樣電流(近似90°)；(4)在最初的電流采樣進(jìn)入電流峰值累加器中之后，對每四個電流采樣進(jìn)行累加(約相隔180°)(5)重復(fù)步驟4；和(6)在采樣間隔結(jié)束時，用在間隔中使用的相應(yīng)電流除以累加的電流峰值。這具有對相應(yīng)于電流而存在的三個不同增益范圍的結(jié)果進(jìn)行歸一化的效果。而且，使累加器相對于下一個采樣間隔回零。
在步驟6中相除的結(jié)果是一個直接與該相上出現(xiàn)的直流量成比例的無單位值。該值將被稱為DC檢測值。用DC檢測值與預(yù)選的檢測閾值進(jìn)行比較來確定是否出現(xiàn)直流電流。在優(yōu)選實施例中，將檢測閾值設(shè)定為3000，這是因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于200amp和20amp的儀器來說合適的閾值是3000。
該診斷利用A/D采樣來檢查在每個采樣間隔(通常為1秒)中采樣481次時來自每相的電壓和電流。每相的電流具有與之相關(guān)的增益。如果電流幅值變化的足夠快，則該增益能改變每個采樣間隔。這一事實在檢測直流電流時是非常重要的，這是因為檢測技術(shù)需要對在某一長度時間內(nèi)采樣的電流值進(jìn)行累加。如果選擇的時間周期大于采樣間隔，則存在這樣的可能性，即電流值的和包括在不同增益范圍內(nèi)的采樣，而且這樣累加的采樣將失去其意義。因此，重要的是通過在上述步驟(6)中指定的每個間隔內(nèi)使用的合適電流增益對得到的累加電流峰值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
應(yīng)該注意到，就一相而言，DC檢測值的計算僅發(fā)生在任何單一采樣間隔內(nèi)。因此，最好由計費器至少在每5個采樣間隔(一般為每5秒鐘)進(jìn)行一次不同于其它的診斷，對每相15秒的全部采樣時間而言，要在5秒鐘的間隔內(nèi)對可能的三相中的每一相進(jìn)行三次連續(xù)檢查。因此，完成電流波形畸變檢查所需的整個時間長度是45秒(相A、相B和相C中每一相為15秒)。
對于一個特定相而言，如果發(fā)現(xiàn)在所有三個連續(xù)間隔中DC的檢測值均大于選定的檢測閾值，那么將記錄出現(xiàn)在該相上的直流電流。在檢查完所有三相之后，如果在任何相上記錄有直流電流，則診斷開動。如果經(jīng)過45秒的間隔后沒有發(fā)現(xiàn)在任何相上有故障，則診斷程序?qū)㈥P(guān)閉。
可以看出，應(yīng)將檢測閾值設(shè)定在與使計費器上的變流器開始退化的直流電流電平相應(yīng)的電平上，由此可以檢測出5#診斷未通過并在達(dá)到該直流電電流電平之前將其記錄下來。
參照圖20，針對三相中的每一相，該診斷將調(diào)用相位檢查程序三次。然后相位檢查程序?qū)⑨槍υ撓嘀腥齻€采樣間隔中的每一間隔對電流采樣進(jìn)行累加，將累加的采樣標(biāo)準(zhǔn)化和存儲作為DC檢測值DVn的值。
再一次參照圖19，通過對間隔計數(shù)、和相位A、相位B和相位C中每相的誤差計數(shù)(PHAERRCT，PHB ERRCT，和PHC ERRCT)進(jìn)行清零后在步驟200中開始5#檢查診斷程序。間隔計數(shù)器可以是一個模9計數(shù)器，該計數(shù)器可以從值0增加到8，然后回到0。就首先出現(xiàn)的三個5秒間隔(即間隔計數(shù)＝0，1或2)中的每一個間隔而言，程序在202中完成針對相位A的相位檢查。對下三個5秒間隔(即，間隔計數(shù)＝3，4或5)而言，程序在204完成針對相位B的相位檢查。而且對45秒診斷循環(huán)中最后三個5秒間隔(即間隔計數(shù)＝6，7或8)而言，程序在206完成針對相位C的相位檢查。
當(dāng)每個相位檢查程序完成了對相位A的檢查后，系統(tǒng)將在208中判斷DC檢測值是否大于檢測閾值，并且如果DC檢測值大于閾值，則增加相位A誤差計數(shù)器(相位AERRCT)計數(shù)。然后相位檢查程序?qū)⒄{(diào)用三次相位B。同樣，在每個相位檢查程序完成檢查后，系統(tǒng)在210中判斷DC檢測值是否大于檢測閾值并同樣設(shè)定相位B誤差計數(shù)器(相位B ERRCT)。然后相位檢查程序調(diào)用相位C。同樣，系統(tǒng)在212中將得到的相位C的DC檢測值與檢測閾值進(jìn)行比較并增加相位C誤差計數(shù)器(相位C EERCT)的計數(shù)。
然后，系統(tǒng)在214中判斷相位A、相位B或相位C誤差計數(shù)器中是否有等于3的。如果是，則表明在該相的三個連續(xù)采樣間隔中檢測到DC電流，該系統(tǒng)將在216中注明5#診斷錯誤，和針對每個ERRCT＝3的相位而言，相位A，相位B或相位C的錯誤計數(shù)(分別為PHA CHK FAILURE，PHBCHK FAILURE，或PHC CHK FAILURE)。在所有情況下，在218中將PHA，PHB，和PHC CHK FAILURE計數(shù)中的每一個加到5#診斷計數(shù)器中(表示所有5#診斷的累加數(shù)誤差)并結(jié)束診斷。
因此，在45秒采樣間隔時，在對每一相檢查三次之后，如果三相誤差計數(shù)中的任一相在所有三次檢查中已經(jīng)記錄有失效則需對5#診斷錯誤進(jìn)行記錄。在工具箱模式中報告的5#診斷計數(shù)器(DIA#5 ERRORCOUNTER)將是三個單相DC檢測計數(shù)器的總合。
自動設(shè)施檢測在本發(fā)明的一個實施例中，所述系統(tǒng)包括根據(jù)計費器的預(yù)編程形式系數(shù)和電壓相量Va和Vc的角位移自動確定由計費器支持的電氣設(shè)施的邏輯單元。這種能力消除了用戶對在安裝之前把電氣設(shè)備類型編程到計費器中的要求，因此，使用戶能利用計費器靈活和多功能能力的所有優(yōu)點并降低了用戶對計費器的總體要求。此外，自動電氣設(shè)施檢測能力確保了計費器和任何能實現(xiàn)的系統(tǒng)和安裝診斷在用最小預(yù)編程序安裝時能夠正確工作。最后，自動設(shè)施檢測能力允許在不需要對改變由計費器支持的電氣設(shè)施類型進(jìn)行預(yù)編程的情況下，把計費器從一個電氣設(shè)施重新安裝到另一個上。
參照圖21，在另一個實施例中，所述系統(tǒng)包括這些計費器的自動電氣設(shè)施檢測能力，所述計費器已被預(yù)編程成5S，6S，9S，12S，16S，26S，5A，6A，8A和10A的形式。圖19所示的一組形式內(nèi)的每個不同設(shè)施都具有唯一的平衡電阻負(fù)載相量圖，該圖示出了每個單獨的相電流和相電壓相對于A相電壓的角位置。在一個真正的世界申請中，通過負(fù)載變化可以將電流相量從這些平衡的電阻負(fù)載位置上除去。然而，電壓相量并不隨負(fù)載而改變，并且位于其平衡電阻負(fù)載位置的一度或兩度范圍內(nèi)。由于B相電壓相量既不出現(xiàn)在兩元件計費器上，也不在6S(6A)儀器上，所以可考慮該電壓。然而，相位C的電壓相量以所有不同的形式和功能出現(xiàn)并可相對于相位A的電壓進(jìn)行測量。因此，對于圖21中示出的儀器形式，通過檢查相位C的電壓相量相于對A電壓相量的角位置將能提供確定計費器處于哪種設(shè)施中所需的信息。
這一規(guī)則的唯一例外是不能在5S，5A，26S形式組的基礎(chǔ)上通過簡單地檢驗相位C和相位A電壓相量位置來區(qū)分網(wǎng)絡(luò)和四線WYE設(shè)施。在此所述的系統(tǒng)實施例中，系統(tǒng)將根據(jù)這些條件簡單地假設(shè)一種四線WYE設(shè)施。
因此，如圖21所示，如果已知計費器的波形系數(shù)，則常?？梢酝ㄟ^測量電壓系數(shù)的角位移來確定電氣設(shè)施的類型。特別是，每種儀器形式8A，10A，9S和16S支持四線WYE和四線Δ接法電氣設(shè)施。由于在四線WYE和四線Δ接法系統(tǒng)中電壓相量Va和Vc的位移不同(就ABC旋轉(zhuǎn)而言分別為120°和90°)，所以在啟動后且能確保對系統(tǒng)計算的相量進(jìn)行有效角度測量的合適時間延遲后，系統(tǒng)將確定Va和Vc電壓相量之間的位移并根據(jù)該位移確定計費器是否安裝在四線WYE或四線Δ接法系統(tǒng)中。
同樣，對6S或6A形式的儀器而言，系統(tǒng)將確定Va和Vc相量的位移是否處于120°，優(yōu)選+10°的可接受范圍內(nèi)以便確保計費器安裝在它支持的合適的四線WYE電氣設(shè)施中。對12S儀器而言，系統(tǒng)將確定Va和Vc相量的角度是否處于60°、120°、或180°的可接受范圍內(nèi)，如果是，則可斷定計費器已經(jīng)分別安裝在三線Δ接法網(wǎng)絡(luò)或單相電氣設(shè)施中。最后，相對于5S，5A和26S形式，系統(tǒng)將檢查Va和Vc相量以確定它們的角度是否落在每個三線Δ接法(60°)、四線Δ接法(90°)或四線WYE(120°)設(shè)施的可接受閾值內(nèi)，如果是，則記錄相應(yīng)的電氣設(shè)施類型。
應(yīng)該注意到，在5S、5A和26S的形式下，系統(tǒng)不能區(qū)分四線WYE和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，這是因為這些設(shè)施的Va和Vc相量之間的角度在ABC旋轉(zhuǎn)中是120°。然而，由于目前在網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中使用5S不是很有效，所以，在一個實施例中，系統(tǒng)僅假設(shè)120°的Va/Vc角位移是四線WYE電系統(tǒng)。應(yīng)該認(rèn)識到，如果將計費器實際應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中，則盡管依靠自動設(shè)施檢測能力確定出計費器裝在四線WYE網(wǎng)絡(luò)中，但計費器仍能正常運行。然而，由于在四線WYE中的電流(I)和電壓(V)之間的相移為30°和由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中的電流和電壓相量彼此不相對偏移，所以如果在網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中使用了包括具有上述自動電氣設(shè)施檢測能力的5S，SA或26S形式的儀器的話，某些診斷計算，例如本文中所述的診斷1和4可能會錯誤地指示誤差。
應(yīng)該認(rèn)識到，利用該系統(tǒng)通過檢查電壓相量和/或其它用自動系統(tǒng)診斷得到的信息同樣可以自動檢測安裝有其它形式儀器的電氣設(shè)施。
應(yīng)該注意到，圖21中示出的角位移是針對ABC順序的。在進(jìn)行電氣設(shè)施確定時系統(tǒng)還優(yōu)選檢查相對ABC旋轉(zhuǎn)的Va和Vc角位移值。應(yīng)該認(rèn)識到，在CBA旋轉(zhuǎn)中，相位C的電壓相量Vc為360°減去圖21中所示的Vc位置。
圖22和23表示在本發(fā)明一個實施例中使用的自動設(shè)施檢查功能的流程圖。每當(dāng)將計費器接通，或重構(gòu)系統(tǒng)診斷時，計費器將行使系統(tǒng)檢查設(shè)施的職能。該過程可以通過將設(shè)施類型初始化到無效值而啟動。該系統(tǒng)，例如在斷電后起動或重構(gòu)時，將識別無效值和自動開始進(jìn)行有效設(shè)施類型判斷。
對在60Hz下工作的計費器來說，需設(shè)定預(yù)定周期，優(yōu)選為約8秒的診斷滯后以便于計費器進(jìn)行調(diào)整和對需計算的五個可能的相量進(jìn)行有效角度測量。在此，由于Va和Vc相量值可能不可靠，所以在滯后生效時自動設(shè)施檢測功能并不執(zhí)行。在診斷滯后周期過去后，在每個采樣間隔結(jié)束時啟動自動設(shè)施檢測功能(對60Hz而言為1秒)直到找到有效設(shè)施為止。如果沒有找到有效設(shè)施并在系統(tǒng)中啟動了任何診斷，則將沒有確定有效設(shè)施記錄為1#診斷未通過。如果未啟動診斷，則將不記錄無效設(shè)施誤差。在采用自動設(shè)施檢測功能系統(tǒng)的一個實施例中，不在顯示器上報告無效設(shè)施的1#診斷誤差，除非1#診斷能夠如本文中所述那樣滾動或鎖定。
只要沒有發(fā)現(xiàn)有效設(shè)施，就不進(jìn)行診斷檢查。一旦確定了有效設(shè)施，并將設(shè)施類型記錄在系統(tǒng)中，自動設(shè)施檢測將停止，而且如下面所述，計費器開始在每個采樣間隔對那些已啟動的系統(tǒng)診斷進(jìn)行診斷檢查。
應(yīng)該注意到，在本發(fā)明的一個實施例中，設(shè)施檢測錯誤出現(xiàn)時的1#診斷操作未通過與通常的1#診斷未通過略有不同。如果在第一次檢查時沒有馬上發(fā)現(xiàn)設(shè)施，那么只要在系統(tǒng)中實現(xiàn)了至少一種系統(tǒng)診斷能力，便可顯示1#診斷未通過。一旦發(fā)現(xiàn)有效設(shè)施，將馬上清除1#診斷誤差。如果能夠使1#診斷滾動或鎖定，則該錯誤將僅顯示在計費器上。只要能夠?qū)崿F(xiàn)一個系統(tǒng)診斷，就總能將錯誤記錄在1#診斷誤差計數(shù)器上。如果不能實現(xiàn)系統(tǒng)診斷，則將不記錄該未通過。這樣可以允許用戶選擇關(guān)閉所有警報。
應(yīng)該注意到，在圖22和23所示的過程中，系統(tǒng)允許電壓相量的位置有優(yōu)選為±10°的公差以便使診斷能夠通過。鑒于電壓相量的變化有限，一般在現(xiàn)場操作中相量平衡電阻負(fù)載位置的變化在一或兩度內(nèi)，所以可以看到，該公差是足夠的。
用戶定義的診斷該系統(tǒng)優(yōu)選使用戶在安裝計費器時能夠或不能夠進(jìn)行任何一種或多種系統(tǒng)診斷。如果進(jìn)行診斷，則系統(tǒng)還提供用戶定義的參數(shù)，優(yōu)選如下面所述。
為了啟動或中斷任何上述診斷檢查，用戶必須響應(yīng)下面在由系統(tǒng)支持的每種診斷檢查程序軟件中給出的提示類型。
“N#診斷不能進(jìn)行”就每個“N診斷”(其中N表示診斷次數(shù)1-4之一)而言，用戶在壓下反回鍵時得到優(yōu)選包括下列選擇的菜單不可能忽略鎖定滾動不可能選擇意味著不可能實現(xiàn)所述診斷。
如果執(zhí)行了忽略選擇，則意味著所述診斷將影響誤差狀態(tài)警報(如下所述)，但是不進(jìn)行顯示。
如果執(zhí)行了鎖定選擇，則在確定了診斷誤差的情況下，鎖定選擇將使計費器的顯示鎖定在診斷誤差信息上。
如果執(zhí)行了滾動選擇，則在發(fā)現(xiàn)診斷誤差信息時，將在每個正常模式的儀器顯示項目之間的“關(guān)機時間”內(nèi)顯示診斷誤差信息。
除了上述提示之外，還將提示用戶對由特定儀器安裝支持的電氣設(shè)施類型(例如四線WYE)進(jìn)行編程。
對2#診斷而言，還將提醒用戶根據(jù)下列提示通過插入數(shù)字(優(yōu)選對應(yīng)于百分比公差)對所有電壓的公差進(jìn)行編程2#診斷百分比公差＿＿對3#診斷而言，還優(yōu)選提醒用戶根據(jù)下列提示對可接受的最小電流密度進(jìn)行編程
3#診斷最小電流＿＿對4#診斷而言，還優(yōu)選提醒用戶根據(jù)下列提示通過插入數(shù)字(1-90°)對允許的角度差進(jìn)行編程4#診斷公差角度＿＿如果選擇了鎖定或滾動選擇，則一旦檢測到診斷誤差，計費器將顯示下列信息誤差診斷N(其中N＝診斷#)而且只要檢測到誤差，則將該誤差計數(shù)器產(chǎn)生的數(shù)字加1。然而，如上所述，在優(yōu)選實施例中，直到三次連續(xù)檢查已經(jīng)出現(xiàn)誤差狀態(tài)之前將不進(jìn)行系統(tǒng)認(rèn)定和診斷誤差的最初顯示。同樣，直到兩次連續(xù)檢查已經(jīng)沒有出現(xiàn)誤差時才從顯示器上清除所述誤差。
而且，根據(jù)系統(tǒng)在安裝時的編程方式，顯示器將鎖定在誤差信息上，或者在每個正常模式的儀器顯示項目之間的“關(guān)機時間”內(nèi)通過顯示誤差信息而使其滾動。按照本發(fā)明的教導(dǎo)還可以采用各種其它誤差顯示方法。
儀器自檢還優(yōu)選適當(dāng)?shù)貙Ρ景l(fā)明的系統(tǒng)20進(jìn)行編程以便周期性地進(jìn)行一系列儀器自檢，而且如果檢測到任何誤差的話，系統(tǒng)將記錄出現(xiàn)的誤差狀態(tài)，顯示與檢測到的誤差類型相應(yīng)的誤差代碼，并根據(jù)誤差的類型采取其它合適的行動。
系統(tǒng)優(yōu)選執(zhí)行一系列周期性檢查致命誤差或非致命誤差的程序。在檢測到的錯誤可能產(chǎn)生錯誤記賬數(shù)據(jù)的情況下或是在檢測到的錯誤使計費器將來不能可靠工作的情況下，將所述誤差劃為致命誤差。系統(tǒng)20優(yōu)選對儀器寄存器模塊的內(nèi)RAM、寄存器模塊的ROM、寄存器模塊的EEPROM、寄存器模塊的偽RESET、和前端模塊的內(nèi)RAM、ROM和EEPROM進(jìn)行儀器自檢。當(dāng)在斷電后向計費器重新恢復(fù)供電時或換句話說當(dāng)計費器重構(gòu)時，優(yōu)選對這些儀器部件進(jìn)行檢查。如果檢測到RAM、ROM、EEPROM、前端模塊處理器誤差或其它致命誤差，系統(tǒng)20將顯示與檢測到的誤差相對應(yīng)的預(yù)定誤差代碼，并把顯示鎖定在誤差代碼上直至計費器重新啟動，和中止除通信以外的所有儀器功能。
在不首先通過預(yù)定斷電程序的情況下系統(tǒng)20通過判斷寄存器模塊處理器是否已與硬件RESET相互作用來檢查斷電誤差。如果電源線上的瞬變剎那間集中于RESET線便會出現(xiàn)這種情況。檢查寄生RESET的一種方法是象在處理斷電時的上一步驟那樣把特定字節(jié)與寄存器EEPROM連通。如果在電源接通時沒有出現(xiàn)該特定字節(jié)，則會產(chǎn)生偽RESET。然后，系統(tǒng)20將顯示斷電誤差代碼并中止除通信以外的所有儀器功能。
如上所述，系統(tǒng)同樣要檢查前端模塊中的RAM、ROM、EEPROM和處理器故障。在與圖3所示計費器有關(guān)的實施例中，如果發(fā)現(xiàn)前端模塊的任何致命誤差，前端模塊將停止與寄存器模塊連通。如果前端模塊不與寄存器模塊連通的時間超過5秒鐘，且假定已檢測到這些誤差中的一種，則將顯示前端處理器的誤差代碼，并在前端模塊重新工作之前確認(rèn)68HC11RESET線。
由系統(tǒng)執(zhí)行的儀器自檢還優(yōu)選包括一系列非致命誤差，例如寄存器完全溢流，系統(tǒng)時鐘，所用時間(TOU)，海量存儲器，反向能流，和低電池誤差狀態(tài)。
例如，如果峰值Kw寄存器超過預(yù)編程寄存器全額值，將報告寄存器全額溢流誤差。如果檢測到這種情況，系統(tǒng)將顯示寄存器全額溢流誤差，而且當(dāng)將計費器置零時或當(dāng)通過預(yù)定的編程裝置清除誤差時這些誤差將得以清除。
如果分、時、日或月數(shù)據(jù)超過預(yù)定范圍，則將報告時鐘誤差。如果產(chǎn)生時鐘誤差，將不可能實現(xiàn)TOU和海量存儲器選擇并在計費器重構(gòu)之前將停止記錄間隔數(shù)據(jù)。
如果內(nèi)部TOU參數(shù)存在錯誤和包含其預(yù)定可接受范圍之外的值，則將報告TOU誤差。如果出現(xiàn)TOU誤差，將顯示合適的誤差代碼且將不可能進(jìn)行TOU選擇。
如果內(nèi)部海量存儲器參數(shù)存在錯誤或是超出其預(yù)定的可接受范圍，則將報告海量存儲器誤差。如果出現(xiàn)海量存儲器誤差，將顯示合適的誤差代碼并且將不可能進(jìn)行海量存儲器選擇。
如果前端模塊檢測到反方向上的一個完整和連續(xù)的盤旋轉(zhuǎn)等效量，則將報告反向能流誤差。不管是否停止或不停止所述能量都將報告該誤差。
當(dāng)檢測到電源集成電路的電平時，如果確認(rèn)了電源集成電路上的LOBAT信號，則將報告低電池誤差。如果檢測到低電池誤差，將顯示合適的誤差代碼，而且如同時鐘誤差一樣，將不可能進(jìn)行所有的TOU和海量存儲器選擇。如果在所有電源斷開之前替換電池，則將在電池電壓上升到預(yù)定閾值之上時清除低電池誤差。然而，如果在發(fā)生斷電時電池電壓低于閾值，則必須重構(gòu)計費器以清除該誤差。
在每個定量間隔結(jié)束時系統(tǒng)還優(yōu)選檢查寄存器全額過流，并優(yōu)選檢查在電源接通后2300小時且任何類型儀器重構(gòu)時的時鐘、TOU和海量存儲器誤差。優(yōu)選由系統(tǒng)在每秒鐘進(jìn)行反向能流誤差檢查，和在電源接通的情況下在每個間隔進(jìn)行一次低電池誤差檢查。
在系統(tǒng)20的一個優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)允許使用者選擇將要執(zhí)行的儀器自檢。在優(yōu)選實施例中，如果檢測到任何一個選定的非致命誤差，在正常顯示項目之間關(guān)機期間，系統(tǒng)將顯示一個與檢測到的誤差相應(yīng)的預(yù)定誤差代碼。此外，系統(tǒng)可以允許使用者對系統(tǒng)進(jìn)行編程以便一旦檢測到任何此類誤差都將該顯示鎖定在任何非致命誤差的誤差代碼上。在這種情況下，由使用者啟動開關(guān)可使計費器滾動過一次正常顯示的表格而且然后反過來鎖定在非致命誤差顯示上。
應(yīng)該認(rèn)識到，在優(yōu)選實施例中，不是不可能檢查致命誤差。如果沒有選擇任何非致命誤差，則將不對其進(jìn)行顯示或作標(biāo)記。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以采用各種顯示方式。例如，可以對系統(tǒng)進(jìn)行編程以將顯示鎖定在與任何檢測到的非致命誤差相應(yīng)的誤差代碼上直到啟動磁性開關(guān)。啟動磁性開關(guān)時，系統(tǒng)將滾動它的正常顯示，然后反過來鎖定在非致命誤差代碼的顯示上。此外，可以對系統(tǒng)進(jìn)行編碼以便連續(xù)滾動過預(yù)定的顯示表格，周期性地顯示任何和所有非致命誤差代碼。
當(dāng)想要提醒使用者可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤或計費器工作不可靠時，利用傳統(tǒng)裝置和可進(jìn)行顯示的給定誤差代碼同樣可以周期性地檢查其它儀器部件。
工具箱模式診斷工具箱是一組固定的優(yōu)選為圖14中所示格式的選定顯示項目。在優(yōu)選實施例中，通過位于儀器板上12點位置處的磁性舌簧開關(guān)存取工具箱顯示，而且通過將靠近舌簧開關(guān)的磁鐵保持至少5秒鐘來啟動工具箱顯示器。這可以由使用者把磁鐵放到儀器頂部來實現(xiàn)。
當(dāng)存取時，工具箱顯示項目是每個在圖14中分別顯示和以圖14中所示順序顯示的每一項。一旦儀器是工具箱顯示模式，則它將滾動過所有工具箱顯示項目至少一次。當(dāng)除去磁鐵時，儀器將完成滾動以結(jié)束工具箱顯示形式然后返回到正常模式的操作。在儀器處于工具箱模式的整個時間內(nèi)，TESR信號器將每秒鐘閃爍兩次。
優(yōu)選通過外部裝置清除所有各#診斷誤差計數(shù)器，例如通過手提式個人計算機，或通過正常通信手段。在優(yōu)選實施例中，每個計數(shù)器的最大值是255。
當(dāng)儀器處于工具箱模式時，它將連續(xù)完成儀器的正常工作。這樣便確保了即使在磁鐵離開計費器頂部較長時間周期計費器工作也不受影響。在計費器處于工具箱模式的整個時間內(nèi)系統(tǒng)根據(jù)工具箱數(shù)量的變化值而不斷更新顯示的工具箱數(shù)量。
在工具箱模式下，瓦特盤仿真器(Watt Disk Emulator)以每1.33秒一圈的速率沿相位的能流方向滾動，由此實時地顯示該點信息。例如，當(dāng)顯示A相電壓、電流、電壓角和電流角時，瓦特盤仿真器(watt disc emulator)沿相位A的能流方向上每秒滾動一次。一旦顯示相位B的值(如果存在的話)，如果B相的能流與A相相反則瓦特盤仿真器將反向。在顯示四個診斷誤差計數(shù)時，瓦特盤仿真器關(guān)閉。
由于用戶需要連續(xù)的電位指示，所以在顯示器上有三個電位指示器，優(yōu)選為示蹤的VA，VB，和VC。只要相應(yīng)的電壓高于預(yù)定閾值，這些指示器便為“ON”。優(yōu)選將該閾值確定為能使計費器工作的最低電壓的75％。如果任何電壓降低于閾值，則它的指示器將閃爍，優(yōu)選的閃爍速率為每秒兩次。
當(dāng)同時存在多于一個誤差時，將根據(jù)預(yù)定的優(yōu)先顯示僅與一個誤差相關(guān)的信息。在系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中建立了以下次序1.儀器自檢誤差優(yōu)先于系統(tǒng)和安裝診斷誤差。
2.由于一次只能顯示一個系統(tǒng)和安裝診斷誤差，所以最優(yōu)先的誤差將是用預(yù)定優(yōu)先格顯示的一個誤差。
如果存在兩個或多個系統(tǒng)和安裝診斷誤差，則最優(yōu)先的誤差將是被顯示的一個誤差和使輸出觸點閉合的一個誤差。如果該誤差隨后被糾正，則將顯示仍然存在的下一個最優(yōu)先誤差并且將再一次觸發(fā)輸出觸點閉合。只要已經(jīng)觸發(fā)了一個或多個診斷誤差則可確認(rèn)存在輸出觸點閉合(誤差狀態(tài)報警)。
如上所述和如圖14所示，工具箱顯示器還優(yōu)選顯示每個相位的電流和電壓瞬時值，和它們的相位與相位A上的電壓之間的關(guān)系。借助于這一信息，使用者可以繪制相量圖，該相量圖有助于確定計費器的正確安裝和工作。由于上次已對系統(tǒng)進(jìn)行清除，所以該顯示器還顯示每次診斷累計的診斷誤差數(shù)量。
圖14和15中分別示出了三相計費器安裝的相量圖和工具箱顯示之間所需的關(guān)系實例。借助于在工具箱顯示中給出的相電流、電壓和角度信息，使用者能夠繪制出圖15中所示的相量圖。這將使用戶得到供電系統(tǒng)狀態(tài)的抽點打印，并識別所有特性或誤差。如上所述，工具箱顯示器還將給出四個診斷計數(shù)器的狀態(tài)，這將為用戶提供更詳細(xì)的系統(tǒng)狀態(tài)信息。
相位角的計算在優(yōu)選實施例中，根據(jù)累加的每一相電流和電壓值以及累加的Q和Y(在下文中定義)乘積來確定在1#和4#系統(tǒng)診斷中使用的和在工具箱顯示器中進(jìn)行顯示時所需要的相電流和電壓角度信息。優(yōu)選使用相位A的電壓作為其它角度的基準(zhǔn)(或基本相量)。相位A的電壓角在顯示中將表現(xiàn)為0.0°。將根據(jù)相位A上的電壓報告(IA，IB，IC，VB，VC)五個其它角度值，而且總能給出與滯后基準(zhǔn)相對應(yīng)的五個其它角度值。
1.VA和IA之間的相位角如果已知功率和視在功率，則可推導(dǎo)出功率因數(shù)。其關(guān)系如下視在功率＝IRMSVRMS

然后可以按下列公式計算電壓和電流之間的相位角(Θ)Θ＝sarccos(功率因數(shù))本發(fā)明的裝置還可以通過檢驗無功功率的符號來判斷電流是超前于還是滯后于電壓。如果無功功率是正值，則電流滯后于電壓，而如果無功功率是負(fù)值，則電流超前于電壓。
在優(yōu)選實施例中，對儀器上的每一相而言，需在每隔60行的周期(linecycles)內(nèi)進(jìn)行一次功率、RMS電壓和RMS電流計算。這是通過在60行的周期內(nèi)對電壓和電流進(jìn)行481次采樣實現(xiàn)的。進(jìn)行必要的相乘和累加，然后將這些值平均后得到在給定的60行循環(huán)周期內(nèi)的功率、RMS電壓、和RMS電流。隨后在每個60行循環(huán)周期結(jié)束時使用這些量來計算每相的功率因數(shù)。
除非必須在電流和電壓測量之間引入90°相移，否則完全可以用與功率同樣的方式來計算無功功率。所述相移可以通過對當(dāng)前的電流采樣和用相應(yīng)于90°相移的滯后電壓采樣(存儲在存儲器中)與之相乘而得到。
2.總相位角偏差的計算方法如下面所述，計算相位角VA-IA的方法可以概括成計算任何基本相量(例如VA)和任何其它相量(例如VB，IB，VC或IC)之間的角度。
現(xiàn)在參照圖16，其中考慮了相同頻率、不同幅值和彼此間具有以下相移的兩個正弦波a(t)＝A cos(ωt)b(t)＝B cos(ωt-Θ).
如果用(ωt-Θ)表示余弦變量，則暗含的假設(shè)是Θ代表從基準(zhǔn)a(t)到b(t)滯后的相移。各位置表示的是隨著時間的推移b(t)是在a(t)之前還是之后達(dá)到其最大值。如果b(t)在a(t)之后達(dá)到最大值，則認(rèn)為它滯后于a(t)。如果b(t)在a(t)之前達(dá)到最大值，則認(rèn)為它超前于a(t)。
為了將0相位角分離，將計算兩個正弦波乘積的平均值。該平均值將用Q表示。平均值公式如下Q=1T∫0TAcos(ωt)Bcos(ωt-Θ)dt.]]>其中A和B分別表示正弦波a(t)和b(t)的幅值。正弦波的XMAX幅值與RMS值XRMS有關(guān)，其關(guān)系如下XMAX=2XRMS]]>因此，A=2ARMS;]]>B=2BRMS·]]>將這些關(guān)系代入Q公式，則該公式變?yōu)镼＝ARMSBRMSCOSΘ或，cosΘ=QARMSBRMS]]>而且最終，Θ=arccos(QARMSBRMS)]]>因此，如果已知兩個正弦波乘積的平均值和兩個單波的RMS值，則可計算兩個波之間的角度。單獨用該信息將使我們無法確定b(t)是滯后于還是超前于a(t)。然而，如果已知正弦角Θ，則可確定該角度是超前角還是滯后角。
為了確定正弦角，可以考慮兩個正弦波乘積的平均值，其中a(t)偏轉(zhuǎn)90°或Π2弧度。描述a(t)偏移類型的公式如下a^(t)=Acos(ωt-Θ).]]>a(t)和b(t)的乘積平均值用參數(shù)Y表示。其公式如下Y=1T∫0TAcos(ωt-π2)Bcos(ωt-θ)dt]]>通過解積分得到以下關(guān)系Y=AB2sin(θ)]]>
因此，如果已知兩個正弦波(Q)乘積的平均值，已知相對于基準(zhǔn)波滯后偏轉(zhuǎn)90°(Y)的正弦波乘積的平均值，和已知RMS值f或每個波，則可算出相位角并可確定非基準(zhǔn)波是滯后還是超前于基準(zhǔn)波。用于確定相位角大小的兩個公式如下θ=arccos(QARMSBRMS)]]>θ=arcsin(YARMSBRMS)]]>通過檢驗反余弦和反正弦變量的符號可以估算角度是超前還是滯后。由于正角對應(yīng)于滯后角，所以以下是用于確定角度超前還是滯后的正確方式；反余弦自變量(+)，反正弦自變量(+)-0和90°之間的滯后反余弦自變量(-)，反正弦自變量(+)-90和180°之間的滯后；反余弦自變量(-)，反正弦自變量(-)-90和180°之間的超前；和反余弦自變量(+)，反正弦自變量(-)-0和90°之間的超前。
因此，如果Q，Y，和a(t)及b(t)的RMS值是有效的，則可以確定這些正弦波之間的相位角。
上述用于尋求相位角的技術(shù)將適用于任何一對電壓或電流。例如，為了確定VB和VA之間的角度，兩個必須計算的量是兩個波乘積的平均值(QVAB)，和相對于VA偏轉(zhuǎn)90°的兩個波乘積的平均值(YVAB)。
如上所述，與系統(tǒng)20的優(yōu)選實施例結(jié)合使用的計費器在每60行的周期內(nèi)對VA和VB采樣481次。如果針對481次采樣的每一次計算VA和VB的乘積并對采樣間隔進(jìn)行累計，則在采樣間隔結(jié)束時，可以算出兩波QVAB的乘積平均值。計算QVAB的公式如下QVAB=CΣn=1481VA(n)xVB(n)481]]>其中C是用于將相電壓降補償?shù)娇蓽y量程度的校準(zhǔn)尺度系數(shù)。
從類似的公式中可以得到Y(jié)VABYVAB=CΣn=1481VA(n-2)xVB(n)481]]>其中YVAB中C值的計算與QVAB中C值的計算方式相同而VA(n-2)是在對VA(n)采樣之前對電壓VA進(jìn)行的兩次采樣。
將采樣設(shè)計成使對信號的兩次連續(xù)采樣相隔44.91°。因此，如果從兩次采樣之前對電壓進(jìn)行抽樣，則將導(dǎo)致89.82°的相移，該相移接近90°。
應(yīng)該注意到，替代使用VA的偏移采樣，可以使其它量偏移90°以便計算相位角。這將導(dǎo)致與Y值量級相同的結(jié)果。然而，由于相位角移動了180°，所以這將改變符號信息。就這一過程而言，在反正弦和反余弦自變量之間存在以下關(guān)系反余弦(+)，反正弦(-)-滯后角在0-90°之間；反余弦(-)，反正弦(-)-滯后角在90-180°之間；反余弦(-)，反正弦(+)超前角在90～180°之間；和反余弦(+)，反正弦(-)-超前角在0-90°之間。
如果在工具箱顯示所需的每個相位角采樣間隔內(nèi)計算新值，則必須在每個采樣間隔內(nèi)計算以上所示的十個乘積和累加項。由于過度占用了累加每個采樣間隔內(nèi)所有十項所需的處理時間和RAM，所以相對每個采樣間隔來說僅優(yōu)選考慮這些項中的一對。這樣可以限制占用的處理時間和RAM，而且它使得新相位角值對每五個采樣間隔的工具箱顯示有效。
在優(yōu)選實施例中，按以下順序計算和累加乘積項1.針對相位角IA，第一采樣間隔-VA*IA和VA(-90°)*IA2.針對相位角IB，第二采樣間隔-VA*IB和VA(-90°)*IB3.針對相位角IC，第三采樣間隔-VA*IC和VA(-90°)*IC；4.針對相位角VB，第四采樣間隔-VA*VB和VA(-90°)*VB；和5.針對相位角VC，第五采樣間隔-VA*VC和VA(-90°)*VC；
在第五個采樣間隔之后，接著開始再一次累加相位角IA的必要值Q和Y。在每一個采樣間隔內(nèi)存儲對VA的采樣。這要求在每個間隔中儲存VA的兩個附加值，即兩個在先的VA。
在優(yōu)選實施例中，這些功能以68HC11匯編代碼的形式執(zhí)行。這些乘積項的相乘和累加發(fā)生在前端采樣中斷程序中。電壓值是8比特值而電流值是12比特值。由于VA總是包含在所有乘積中，所以這意味著某些乘積將是8×8比特而某些則將是8×12比特。由于可以考慮使用相同的算法得到所有乘積，所以可以把8比特值延伸到12比特值，從而可以在優(yōu)選實施例中僅使用8×12比特乘積算法。
將VB和VC的8比特電壓值作為延伸到12比特值的標(biāo)記，所以尋找相位角的所有乘積項的乘積和累加都是用兩種算法進(jìn)行處理的，一種是對Y值的乘積項進(jìn)行累加，另一種是對Q值的乘積項進(jìn)行累加。在每個采樣周期內(nèi)完成電壓值VB和VC的標(biāo)記延伸。這樣便使得不必用特殊的檢查來識別需要這些量的采樣間隔，這是因為它們在每個采樣間隔內(nèi)都有效。
因為存儲器分成字節(jié)界，所以優(yōu)選將電流和電壓的所有12比特值存儲在存儲器的16比特寄存器中。
前端采樣程序必須具有識別在每個采樣間隔內(nèi)計算哪個乘積項的路徑。計數(shù)識別器優(yōu)選采用索引形式以便存取在Q值和Y值累加中所需的正確乘積值。
為了對兩個乘積項進(jìn)行累加，將兩個累加器設(shè)在存儲器分配圖的旁邊。每個累加器的尺寸是相同的，因此都進(jìn)行8×12比特乘法運算?？梢岳奂拥淖畲笾等缦伦畲蟮?比特值＝128最大的12比特值＝2048最大的累加結(jié)果＝481*128*204807840000(hex)因此，為了調(diào)節(jié)最壞的情況下的結(jié)果每個累加器的長度是四個字節(jié)。所以將兩個四字節(jié)累加器設(shè)在旁邊以便對每個采樣間隔的每一對乘積項進(jìn)行累加。
在每個采樣間隔結(jié)束時，將兩個四字節(jié)累加器中的結(jié)果存儲在兩個四字節(jié)保持區(qū)域中以便等待后臺程序的處理，該后臺程序?qū)υ谙乱粋€間隔中進(jìn)行角度計算是必需的。
只要在采樣間隔結(jié)束時已將累加對轉(zhuǎn)移到保持寄存器，就需要在后臺確定下一個采樣間隔中產(chǎn)生的相位角的繼續(xù)計算，同時在前臺進(jìn)行下一對累加。這些后臺程序還必須具有確定它們工作在哪一對累加乘積項上的路徑。獨立的計數(shù)識別器適用于這些后臺程序，這種識別器以與前端采樣中斷計數(shù)識別器相似的方式工作。然而，可以使用同樣的計數(shù)器，這是因為該識別器將總是一個在前端模塊采樣中斷程序計數(shù)識別器之后進(jìn)行計數(shù)的識別器。
在圖2，3，17A-B和18A-B中示出的優(yōu)選與本發(fā)明的系統(tǒng)20相結(jié)合成一體的計費器34是一個固態(tài)單功能Kw/Kwh計費器，其利用數(shù)字采樣技術(shù)除了提供由本發(fā)明的系統(tǒng)20產(chǎn)生的診斷信息之外還提供傳統(tǒng)的Kw/Kwh用量、使用時間、和其它傳統(tǒng)的實時記賬信息。優(yōu)選用在IBM兼容的個人計算機上運行且采用MS-DOS操作系統(tǒng)的軟件對計費器34進(jìn)行編程。該軟件包括提醒用戶給出儀器結(jié)構(gòu)參數(shù)的邏輯且優(yōu)選包括供用戶確定由本發(fā)明所述系統(tǒng)20支持的診斷參數(shù)時所需的安裝提示，從而可以將手提式個人計算機插入計費器的通信端口上以便在安裝時對計費器進(jìn)行編程。
圖17A-B表示優(yōu)選與本發(fā)明的系統(tǒng)20相結(jié)合的計費器34的前端模塊44。前端模塊44優(yōu)選包括以單片模式運行的莫托羅拉MC68HC11KA4微處理器140，在本發(fā)明的系統(tǒng)20中起電壓轉(zhuǎn)換器26作用的集成8比特A/D轉(zhuǎn)換器142，和用144表示的24K字節(jié)只讀存儲器(ROM)，640字節(jié)可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)，以及768字節(jié)隨機存取存儲器(RAM)。ROM和EEPROM包括診斷邏輯，而且RAM作為本發(fā)明中的存儲用存儲器使用。用146表示的外部12比特A/D轉(zhuǎn)換器作為本發(fā)明系統(tǒng)20中的電流A/D轉(zhuǎn)換器28使用。
可以在前端模塊44上以選擇的形式實現(xiàn)附加的誤差狀態(tài)報警功能。該功能利用了拉向例如外部通信裝置的線，所述外部裝置能在判斷出現(xiàn)誤差狀態(tài)時被啟動。本發(fā)明的系統(tǒng)20可以利用這一選擇功能來啟動和傳送由本發(fā)明的系統(tǒng)20完成的任何一個診斷中存在的誤差狀態(tài)。
可以將選擇板146與前端模塊44相結(jié)合以便向外部提供各種信號。例如，可以將誤差狀態(tài)報警賦予低電流固態(tài)或水銀濕式繼電器以便在已確定了一個或多個診斷誤差時給出指示。其它公知的輔助功能，例如自動測量讀數(shù)或?qū)崟r記賬等均可以在選擇板146上實現(xiàn)，或是在前端模塊44所采用的類似結(jié)構(gòu)的選擇板上實現(xiàn)。
現(xiàn)在參照圖18A-B，優(yōu)選與本發(fā)明的系統(tǒng)20相結(jié)合的計費器34的寄存器模塊48包括NECuPD753 16GF單芯片微處理器148，該處理器包括用150表示的16K字節(jié)ROM，用152表示的512×4比特RAM，和96段LCD顯示驅(qū)動器154，該驅(qū)動器適合于驅(qū)動LCD顯示器156，這種顯示器包括例如圖3中示出的和在計費器34的優(yōu)選實施例中采用的特定類型的顯示器33。
通過分別在圖17A-B中的158和圖18A-B中的160處示出的四線同步串行數(shù)據(jù)鏈在前端模塊44和寄存器模塊48之間傳輸串行數(shù)據(jù)。前端模塊將監(jiān)視和更新由本發(fā)明的系統(tǒng)20完成的所述所有診斷狀態(tài)，并周期性地(優(yōu)選為每秒鐘一次)通過上述串行顯示通信鏈將這些狀態(tài)傳送到寄存器模塊48，并且在斷電的情況下存儲易失數(shù)據(jù)。此外，將根據(jù)需要通過前端模塊把在本發(fā)明的工具箱顯示器中顯示時所需的所有瞬態(tài)變量傳送到寄存器模塊。前端模塊44還將各種其它傳統(tǒng)的測量信息送到寄存器模塊48，這些信息包括例如在過去的60行循環(huán)周期中寄存的能量(以Kwh的形式)，以及能量的方向(輸送的或接收的)，當(dāng)前的需要量和間隔結(jié)束信息。
可以從寄存器模塊48傳送到前端模塊44的信息通常包括周期性測量寄存器狀態(tài)的信息。
再一次參照圖17A-B，前端模塊44能夠測量每個相位的電壓，電流和一個采樣間隔的瓦特數(shù)(60行循環(huán)周期)。如上所述，前端模塊優(yōu)選在每60行循環(huán)周期中進(jìn)行481次采樣，在行頻為60Hz時，其對應(yīng)于481Hz，而當(dāng)行頻為50Hz時，其接近401Hz。根據(jù)測得的行頻率，每隔60個循環(huán)周期重新計算一次采樣頻率。如上所述，當(dāng)系統(tǒng)與圖3所示類型的計費器相結(jié)合時，優(yōu)選由前端模塊44執(zhí)行包含瞬時確定每個相電流、電壓、瓦特數(shù)和相位角的本發(fā)明的診斷功能。
再一次參照圖3和圖18A-B，寄存器模塊48優(yōu)選執(zhí)行驅(qū)動計費器34中LCD顯示器33的功能。如上所述，本發(fā)明的工具箱顯示可以通過按預(yù)定周期啟動備用顯示開關(guān)(未示出)而實現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)啟動時，工具箱顯示模式被啟動而且顯示器將如前面所述的那樣滾動工具箱顯示表。在工具箱顯示期間，“TEST”圖象最好是連續(xù)閃爍，而且在顯示器33底部用五個矩形圖象表示的瓦特盤仿真器將以約每1.33秒一圈的速率滾動。瓦特盤仿真器的方向?qū)⑴c顯示出的相位能流的方向相同(接收時為從左向右，傳輸時為從右向左)。當(dāng)顯示結(jié)束和不再啟動備用顯示開關(guān)時，計費器將保留工具箱顯示模式。應(yīng)該注意到，如上所述，在按順序啟動工具箱顯示器的同時，計費器將連續(xù)進(jìn)行所有正常模式的測量操作。
當(dāng)不啟動備用顯示開關(guān)時，儀器顯示器33按計費器34的正常顯示模式進(jìn)行工作。
通過把前端模塊44連接到光學(xué)端口162也能夠?qū)崿F(xiàn)與計費器的連接或從計費器輸出信號。
因此，本發(fā)明的集成電子計費器系統(tǒng)診斷程序包提供了計費器中內(nèi)部元件連續(xù)自檢的能力，而且在不中斷計費器工作的情況下向現(xiàn)場工作人員發(fā)出發(fā)現(xiàn)誤差的警告。該系統(tǒng)還提供了進(jìn)行常規(guī)系統(tǒng)診斷檢查，顯示這些診斷結(jié)果以便在計費器安裝期間或之后向系統(tǒng)工作人員提供相關(guān)診斷數(shù)據(jù)的能力。
該系統(tǒng)能使使用者靈活地對系統(tǒng)進(jìn)行編程以選擇和確定適合于由儀器安裝支持的特定服務(wù)的功能和參數(shù)。
最后，本發(fā)明的工具箱顯示能力允許在不中斷正常服務(wù)和儀器工作的情況下，周期性地顯示與計費器內(nèi)部功能以及由儀器支持的服務(wù)特性有關(guān)的有價值信息。
盡管以上詳細(xì)地描述了實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式，但是與本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的人員將會認(rèn)識到，可以用各種不同設(shè)計和實施例來實現(xiàn)由權(quán)利要求限定的發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種可插到儀器插座中并且可用于收集測量數(shù)據(jù)的電子計費器，所說計費器包括(a)電氣系統(tǒng)診斷程序包，包括(i)微處理器；(ii)適合與微處理器相連接的存儲用存儲器；(iii)邏輯單元，用于自動地周期性進(jìn)行預(yù)選的計費器檢查試測和記錄由此檢測到的任何誤差；(iv)邏輯單元，用于自動地周期性進(jìn)行預(yù)選的多個系統(tǒng)診斷測試和記錄任何超過預(yù)定閾值的結(jié)果；(v)用于顯示誤差信息的顯示裝置，所述誤差信息可用于識別在預(yù)定周期內(nèi)進(jìn)行的計費器檢查結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的一個或多個誤差；和(vi)顯示診斷信息的顯示裝置，所述診斷信息可用于識別在預(yù)定周期內(nèi)進(jìn)行的系統(tǒng)診斷測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的任何誤差；和(b)用于存儲計費數(shù)據(jù)的裝置，所述計費數(shù)據(jù)表示在安裝有所述計費器的地方的用電量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計費器，進(jìn)一步包括用于將所說計費器與已安裝在需收集計費數(shù)據(jù)的位置上的插座相連的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的計費器，其中所說用于將計費器與插座相連的裝置包括一個基座，基座上裝有插頭型連接器，而且其中所說的插座上具有用于接受和保持所說連接器的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計費器，進(jìn)一步包括用于自動確定與已安裝有所說計費器的插座相連接的電氣設(shè)施類型的邏輯單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計費器，其中所說的用于自動確定已安裝有所說計費器的電氣設(shè)施類型的邏輯單元在將所說計費器安裝到所說插座上時在計費器初始化期間完成所述確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計費器，其中所說的用于自動確定安裝有所說計費器的電氣設(shè)施的邏輯單元在將所說計費器安裝到所說插座上時在計費器重構(gòu)時完成所述確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計費器，其中所說的用于確定安裝有所說計費器的電氣設(shè)施的邏輯單元在所說計費器收集計費數(shù)據(jù)時在計費器正常工作期間自動地和周期性地完成所述確定。
8.一種插到儀器插座中并且用于從用戶方收集測量數(shù)據(jù)的電子計費器，所說電子計費器包括(a)電氣系統(tǒng)診斷程序包，包括(i)微處理器；(ii)適合與微處理器相連接的存儲用存儲器；(iii)邏輯單元，用于自動地確定安裝的所說計費器的電氣系統(tǒng)類型；和(b)用于存儲計費數(shù)據(jù)的裝置，所述計費數(shù)據(jù)表示在安裝有所述計費器的地方的用電量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的計費器，進(jìn)一步包括用于將所說計費器與插座相連的裝置，所述插座已安裝在設(shè)有電氣設(shè)施的地方而且通過插座可根據(jù)收集到并存儲在所說計費器中的數(shù)據(jù)得到計費數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的計費器，其中所說將計費器與插座相連的裝置包括一個基座，基座上裝有插頭型連接器，而且其中所說的插座上具有用于接受和保持所說連接器的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的計費器，進(jìn)一步包括用于根據(jù)電氣系統(tǒng)測得的計數(shù)確定電壓信息的邏輯單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的計費器，其中用于確定來自電氣系統(tǒng)電壓信息的邏輯單元包括用于相對于選定的基準(zhǔn)電壓相量確定至少一個電壓相量的相位角的邏輯單元，和其中用于確定電氣設(shè)施類型的邏輯單元包括用于將與選定的基本相量相應(yīng)的至少一個相量的電壓相位角與一組可能不同類型的電氣設(shè)施的預(yù)選電壓相量角進(jìn)行比較和如果需要的話確定作為電壓相量角函數(shù)的電氣設(shè)施類型的邏輯。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的計費器，其中用于確定電氣設(shè)施類型的邏輯單元根據(jù)C相電壓相量Vc和A相電壓相量Va之間的角度以及預(yù)定的計費器形式系數(shù)進(jìn)行所述確定。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的計費器，其中相對于選定的基本相量確定至少一個相量之相位角的邏輯單元包括存儲與相對于基本相量XB測得的瞬時電壓相應(yīng)的累加數(shù)字值，存儲與相對于另一選定的相量XN測得的瞬時值相應(yīng)的累加數(shù)字值，分別確定預(yù)定周期中用XB(RMS)和XN(RMS)表示的XB和XN的RMS值，確定XB(RMS)和XN(RMS)的乘積P，確定與XB和XN相應(yīng)的兩個正弦波的乘積平均值Q，和確定與用XB(-90)表示的XB移相類型相應(yīng)的兩個正弦波的乘積平均值Y的邏輯。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的計費器，其中邏輯單元進(jìn)一包括相對于選定的基本相量0等于反余弦(Q/P)的情況確定一個相量的相位角大小的邏輯。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計費器，其中基本相量XB是A相電壓相量，而其中另一選定的相量XN是C相電壓相量。一種集成的電子計費器系統(tǒng)診斷程序包，包括微處理器(44)，預(yù)選多個系統(tǒng)診斷測試和記錄所有超出預(yù)定可編程閾值結(jié)果的存儲用存儲器(45和51)，和作為電量計一部分的顯示器(33)，其用于顯示誤差和/或識別選定的診斷數(shù)據(jù)的診斷信息和/或在預(yù)定周期內(nèi)進(jìn)行儀器測試時發(fā)現(xiàn)的誤差，所述電量計用于收集公用事業(yè)設(shè)備的測量數(shù)據(jù)，以作為進(jìn)行記賬的數(shù)據(jù)。當(dāng)在用戶房屋內(nèi)的插座上安裝上計費器時，該系統(tǒng)將自動地檢測裝有計費器的電氣設(shè)施的類型。
全文摘要
一種集成的電子計費器系統(tǒng)診斷程序包,包括:微處理器(44),預(yù)選多個系統(tǒng)診斷測試和記錄所有超出預(yù)定可編程閾值結(jié)果的存儲用存儲器(45和51),和作為電量計一部分的顯示器(33),其用于顯示誤差和/或識別選定的診斷數(shù)據(jù)的診斷信息和/或在預(yù)定周期內(nèi)進(jìn)行儀器測試時發(fā)現(xiàn)的誤差,所述電量計用于收集公用事業(yè)設(shè)備的測量數(shù)據(jù),以作為進(jìn)行記帳的數(shù)據(jù)。當(dāng)在用戶房屋內(nèi)的插座上安裝上計費器時,該系統(tǒng)將自動地檢測裝有計費器的電氣設(shè)施的類型。
文檔編號G01R21/133GK1242836SQ98801523
公開日2000年1月26日 申請日期1998年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月19日
發(fā)明者福里斯特·W·布賴斯, 查爾斯·C·海德, 約翰·M·施拉伯, 科伊·S·洛, 克里斯托夫·J·A·富凱 申請人:施藍(lán)姆伯格資源管理服務(wù)公司