CS260689B1

CS260689B1 - Connections for digital measurement of AC signals

Info

Publication number: CS260689B1
Application number: CS864959A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Mejta
Original assignee: Frantisek Mejta
Priority date: 1986-07-01
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS495986A1

Abstract

Řešení se týká oboru elektrotechniky. Jedná se o technický problém přesného číslicového vyhodnocení úrovně většího počtu střídavých harmonických signálů s velmi krátkou dobou odezvy na vstupní změnu v číslicových řídících systémech, zejména mikropočítačových, s možností současného měření většího množství vstupních signálů v krátkém časovém intervalu. Podstata zapojení spočívá v tom, že každý měřený signál je připojen přes analogový kanál na analogové vstupy multiplexu ve spojení s analogočíslioovým převodníkem a řídící jednotkou, přičemž v každém analogovém kanálu je vstupní signál filtrován analogovým filtrem* ve špičkovém detektoru je zapamatována úroveň jeho amplitudy a v následující půlperiodě je přepsána do analogové paměti s následným nulováním špičkového detektoru. Přepis úrovně ze špičkového detektoru do analogové paměti je zakázán pomocí jediného výstupu řídící jednotky v časovém intervalu postupného analogočíslico· yého převodu jednotlivých měřených signálů. Řešení je možno využít v aplikacích číslicových řídících systémů, zejména mikropočítačových, přo řízení v reálném čase v energetice i v průmyslu.The solution concerns the field of electrical engineering. It is a technical problem of accurate digital evaluation of the level of a large number of alternating harmonic signals with a very short response time to an input change in digital control systems, especially microcomputer systems, with the possibility of simultaneous measurement of a large number of input signals in a short time interval. The essence of the connection is that each measured signal is connected via an analog channel to the analog inputs of the multiplex in connection with an analog-to-digital converter and a control unit, while in each analog channel the input signal is filtered by an analog filter* in the peak detector its amplitude level is remembered and in the next half-period it is rewritten to the analog memory with subsequent resetting of the peak detector. Rewriting the level from the peak detector to the analog memory is prohibited using a single output of the control unit in the time interval of the gradual analog-to-digital conversion of the individual measured signals. The solution can be used in applications of digital control systems, especially microcomputer-based ones, for real-time control in the energy sector and in industry.

Description

Vynález se týká zapojení pro číslicové měření střídavých signálů, zejména v mikropočítačových řídicích systémech, jehož účelem je analogočíslicový převod s velmi krátkou dobou odezvy na vstupní změnu při zachování přesnosti měření a možnosti současného měření většího počtu střídavých signálů s nesynchronním časovým průběhem.The invention relates to a circuit for digital measurement of AC signals, in particular in microcomputer control systems, the purpose of which is an analog-to-digital conversion with very short response time to input change while maintaining measurement accuracy and the possibility of simultaneous measurement of multiple AC signals with non-synchronous timing.

Pro číslicové měření střídavých signálů se v současné době využívá metod lineárního usměrnění s filtrací, s následným analogočíslicovým převodem. Velikost časové konstanty filtrace roste s požadavkem vyšší přenosti převodu. Nevýhodou je, že vzniká relativně dlouhá prodleva mezi změnou vstujbní veličiny a platným údajem analogočíslicového převodu a nelze,zaregistrovat změny vstupního signálu, jejichž doba trvání je kratší nebo srovnatelná s časovou konstantou filtrace. Metoda vzorkování a následné numerické zpracování číslicového údaje jednotlivých vzorků řídící jednotkou klade vysoké nároky na rychlost a přesnost aritmetických operací řídicí jednotky.Nevýhody této metody spočívají v tom, že je nutné věnovat reálný čas řídicí jednotky na zpracování vzorků, je nutná synchronizace řídicí jednotky měřeným signálem a vzhledem k možné rychlosti aritmetických operací zejména u mikropočítačů je velmi omezen možný počet současně měřených střídavých signálů.Linear rectification methods with filtration followed by analog-to-digital conversion are currently used for digital measurement of AC signals. The size of the filtering time constant increases with the requirement for higher conversion accuracy. The disadvantage is that there is a relatively long delay between the change of the input value and the valid analog-to-digital conversion data, and it is not possible to register changes in the input signal whose duration is shorter or comparable to the filtering time constant. The method of sampling and subsequent numerical processing of the digital data of individual samples by the control unit places high demands on the speed and accuracy of arithmetic operations of the control unit. The disadvantages of this method are that it is necessary to devote real time to the sample processing unit. and due to the possible rate of arithmetic operations, especially for microcomputers, the possible number of alternately measured AC signals is very limited.

Tyto nevýhody podstatně zmírňuje zapojení pročíslicové měření střídavých signálů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vstupní svorky měření jsou připojeny na prvni vstupy analogových kanálů, jejichž výstupy jsou připojeny na první vstupy analogového multiplexeru, druhé vstupy analogových kanálů jsou spojeny paralelně a současně připojeny na prvni výstup řídicí jednotky, první vstup analogového kanálu je vstupem analogového filtru, jehož výstup je současně připojen na první vstup napěfového komparátoru a na první vstup špičkového detektoru, jehož výstup je připojen na první vstup analogové paměti, jejíž výstup je výstupem analogového kanálu, zdroj napětí je připojen na druhý vstup napěfového komparátoru, jehož výstup je připojen na vstup prvního monostabilního klopného obvodu, jehož výstup je současně připojen na první vstup obvodu logického součinu a na vstup druhého monostabilního klopného obvodu, jehož výstup je připojen na druhý vstup špičkového detektoru, druhý vstup analogové paměti je připojen na výstup obvodu logického ”These disadvantages are greatly mitigated by the wiring of the AC digital signal measurement according to the invention, which is based on the fact that the measurement input terminals are connected to the first analog channel inputs whose outputs are connected to the first analog multiplexer inputs, the second analog channel inputs are connected in parallel and simultaneously connected to the first output of the control unit, the first input of the analog channel is the input of the analog filter, the output of which is simultaneously connected to the first input of the voltage comparator and to the first input of the peak detector whose output is connected to the first input of the analog memory; the voltage is connected to the second input of the voltage comparator whose output is connected to the input of the first monostable flip-flop, the output of which is simultaneously connected to the first input of the logic product circuit and to the input of the second monostabil flip-flop, the output of which is connected to the second input of the peak detector, the second input of analog memory is connected to the

260 689 součinu, jehož druhý vstup je druhým vstupem analogového kanálu, výstup analogového multiplexeru je připojen na vstup analogočíslicového převodníku, jehož výstupy jsou připojeny na vstupy řidiči jednotky, jejíž druhé výstupy jsou připojeny na druhé vstupy analogového multipléxeru.260 689, the second input of which is the second analog channel input, the analog multiplexer output is connected to the analog-to-digital converter input, the outputs of which are connected to the inputs of the control unit, the second outputs of which are connected to the second analog multiplexer inputs.

Výhodou zapojeni podle vynálezu je, že lze jednoduše v řídicím systému, zejména mikropočítačovém,současně číslicově vyhodnotit větší počet vstupních střídavých signálů s minimální dobou využíváni reálného času řídicí jednotky pro vlastní měřeni se současným zajištěním velmi krátké doby odezvy na vstupní změnu měřeného signálu a se zachováním zvolené přesnosti měřeni. Není nutná časová synchronizace řídicí jednotky od měřených signálů.The advantage of the connection according to the invention is that in a control system, in particular a microcomputer, it is possible to simultaneously simultaneously evaluate a plurality of AC input signals with a minimum time of real-time control of the control unit for self-measurement while providing very short response time selected measurement accuracy. No time synchronization of the control unit from the measured signals is required.

Příklad zapojení pro číslicové měření střídavých signálů je znázorněn v blokovém schématu na obrázku. Z obrázku je patrno, ža vstupní svorky 1 měření jsou připojeny na první vstupy analogových kanálů 33, jejichž výstupy jsou připojeny na první vstupy analogového multiplexeru 5., druhé vstupy analogových kanálů 13 jsou spojeny paralelně a současně připojeny na první výstup řídicí jednotky 7, první vstup analogového kanálu 13 je vstupem analogového filtru 2, jehož výstup je současně při»pojen na první vstup napětového komparátoru 8 a na.první vstup špičkového detektoru 3, jehož výstup je připojen na první vstup analogové paměti 4, jejíž výstup je výstupem analogového kanálu 33, zdroj 12 napětí je připojen na druhý vstup napěřového komparátoru 8, jehož výstup je připojen na vstup prvního monostabilního klopného obvodu 9, jehož výstup je současně připojen na první vstup obvodu 10 logického součinu a na vstup druhého monostabilního klopného obvodu 11, jehož výstup je připojen na druhý vstup špičkového detektoru 3, druhý vstup analogové paměti 4 je připojen na výstup obvodu 10 logického součinu, jehož druhý vstup je druhým vstupem analogového kanálu 33, výstup analogového multiplexeru 5 je připojen na vstup analogočíslicového převodníku 6, jehož výstupy jsou připojeny na vstupy řídicí jednotky 7, jejíž druhé výstupy jsou připojeny na druhé vstupy analogového multiplexeru 5>. .A wiring example for digital measurement of AC signals is shown in the block diagram in the figure. It can be seen from the figure that the measurement input terminals 1 are connected to the first inputs of the analog channels 33, whose outputs are connected to the first inputs of the analog multiplexer 5, the second inputs of the analog channels 13 are connected in parallel and simultaneously connected to the first output of the control unit 7, the first. the input of analog channel 13 is the input of analog filter 2, the output of which is simultaneously connected to the first input of the voltage comparator 8 and to the first input of the peak detector 3, the output of which is connected to the first input of analogue memory 4 , the voltage source 12 is connected to the second input of the comparator 8, the output of which is connected to the input of the first monostable flip-flop 9, the output of which is simultaneously connected to the first input of the logic product 10 and the input of the second monostable flip-flop 11. on the second peak input detector 3, the second input of analogue memory 4 is connected to the output of the logic product circuit 10, the second input of which is the second input of analogue channel 33, the output of analog multiplexer 5 is connected to the input of analog-to-digital converter 6 whose outputs are connected to inputs the second outputs are connected to the second inputs of the analog multiplexer 5 >. .

V analogovém filtru 2 jsou potlačeny rušivé složky, které mohou být namodulovány na měřeném vstupním signálu. Ve špičkovém detektoru 3 je zapamatována amplituda jedné polarityIn the analog filter 2, interfering components that can be modulated on the measured input signal are suppressed. The amplitude of one polarity is stored in the peak detector 3

260 689 vstupního, signálu. V následující půlpsriodě je proveden přepis analogové úrovně z výstupu špičkového detektoru £ do analogové paměti 4 a následně je vynulován špičkový detektor 3. Přechody kladné a záporné půlperiody měřeného signálu určuji hrany logického signálu na výstupu napěřového komparátoru &, který komparuje filtrovaný signál na napětové hladině v okolí nulové úrovně. Od hrany, která určuje přechod do půlperiody po zapamatování amplitudy, je odvozen impuls na výstupu prvního monostabilního klopného obvodu 9, který za předpokladu že na prvním výstupu řídicí jednotky 7 je úroveň logické jedničky, projde obvodem 10 logického součinu a přepíše úroveň z výstupu špičkového detektoru 3, na výstup analogové paměti 4, Od spádové hrany tohoto impulsu je odvozen na výstupu druhého monostabilního klopného obvodu 11 impuls, který nuluje výstup špičkového detektoru 3. Uvedená sekvence se opakuje v každé periodě měřeného signálu. Doby kyvu prvního monostabilního klopného obvodu 9 a druhého monostabilního klopného obvodu 11 mohou být shodné a jejich součet nepřesahuje půlperi-odu měřeného signálu. Výstupy analogových pamětí 4 jednotlivých analogových kanálů 13 jsou přivedeny na první vstupy analogového multiplexeru 5. Každý z nich po dobu trvání analogočíslicového převodu je připojen na vstup analogočíslicového převodníku 6 podle generované adresy na druhých výstupech řídící jednotky 7. V časovém intervalu pro analagočíslicový převod všech vstupních Signálů je na prvním výstupu řídicí jednotky 7 generován signál s logickou úrovní nula, který zajišřuje, že přepisový impuls z výstupu prvního monostabilního klopného obvodu 9 neprojde přes obvod 10 logického součinu na druhý vstup analogové paměti 4 a nedojde tak k novému přepisu na její výstup u všech analogových kanálů 13. Délka časového intervalu pro analogočíslicový převod všech měřených signálů a jeho četnost vzhledem k periodě měřených signálů je závislá na požadavcích, které vyplývají z charakteru řešené automatizační funkce. Lze však jednoduše zajistit analogočislicový převod relativně velkého počtu měřených střídavých signálů s odezvou na vstupní změnu právě jedné periody měřeného signálu.260 689 input signal. In the following half-period, the analog level is transcribed from the peak detector output 6 to the analog memory 4, and the peak detector 3 is then reset. near zero level. The pulse at the output of the first monostable flip-flop 9 is derived from the edge that determines the transition to the half-period after the amplitude is memorized, which, assuming that the first output of the control unit 7 is logic 1, passes the logic product 10 3, to the output of analog memory 4. From the edge of this pulse is derived at the output of the second monostable flip-flop 11 a pulse that resets the output of the peak detector 3. Said sequence is repeated in each period of the measured signal. The swivel times of the first monostable flip-flop 9 and the second monostable flip-flop 11 may be equal and their sum does not exceed half the period of the measured signal. The outputs of the analog memories 4 of the individual analog channels 13 are connected to the first inputs of the analog multiplexer 5. Each of them for the duration of the analog-to-digital conversion is connected to the input of the analog-to-digital converter 6 according to the generated address on the second outputs of the control unit 7. A signal with a logic level zero is generated at the first output of the control unit 7, which ensures that the transcript pulse from the output of the first monostable flip-flop 9 does not pass through the logic product circuit 10 to the second analog memory input 4. 13. The length of the time interval for analog-to-digital conversion of all measured signals and its frequency with respect to the period of measured signals depends on the requirements resulting from the character of the solved automation fu nkce. However, it is easy to provide an analog-to-digital conversion of a relatively large number of measured AC signals in response to an input change of just one period of the measured signal.

Zapojení je možné využít v aplikacích číslicových řídících systémů, které vyžadují přesné měření střídavých harmonických signálů s krátkou dobou odezvy na vstupní změnu se současným požadavkem minimální potřeby reálného času řídicíThe wiring can be used in applications of digital control systems that require accurate measurement of AC harmonic signals with a short response time to input change while requiring minimal real time control needs

260 689260 689

- 4 jednotky, zejména mikropočítačové, na vlastní měření. Typické aplikace jsou v energetice v oblasti automatizace a chránění.- 4 units, especially microcomputer, for self-measurement. Typical applications are in power engineering in the field of automation and protection.

Claims

pSedmSt invention

Connection for digital measurement of AC signals, characterized in that the measurement input terminals (1) are connected to the first inputs of the analog channels (13), whose outputs are connected to the first inputs of the analog multiplexer (5), the second inputs of the analog channels (13). ) are connected in parallel and simultaneously connected to the first output of the control unit (7), the first input of the analog channel (13) is the input of the analog filter (2), the output of which is simultaneously connected to the first input of the voltage comparator (8) and the first input of the peak detector (3), the output of which is connected to the first analog memory input (4), the output of which is the output of the analog channel (13), the voltage source (12) is connected to the second input of the voltage comparator (8), a monostable flip-flop (9), the output of which is simultaneously connected to the first input of the logic product (10) and to the input of the second monos a tabular flip-flop (11), the output of which is connected to the second input of the peak detector (3), the second input of the analogue memory (4) is connected to the output of the logic product circuit (10); the output of the analog multiplexer (5) is connected to the input of the analog-to-digital converter (5), whose outputs are connected to the inputs of the control unit (7), the second outputs of which are connected to the second inputs of the analog multiplexer (5).