DE2911800A1

DE2911800A1 - Programmierbares wechselstrom-energiemessgeraet mit strahlungsempfindlicher externer datenschnittstelle

Info

Publication number: DE2911800A1
Application number: DE19792911800
Authority: DE
Inventors: Paul M Johnston
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1978-03-31
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1979-10-04
Also published as: MX146187A; AU4528579A; JPS5855455B2; CA1118497A; BE875244A; BR7901875A; FR2421387A1; FR2421387B1; JPS54134473A; GB2018440B; AU527830B2; GB2018440A; US4298839A

Description

drying. Ernst Stratmann

PAT E N TAN WA LT
D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf, 23. März 1979

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Programmierbares Wechselstrom-Energiemeßgerät mit strahlungsempfindlicher externer Datenschnittstelle

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energiemeßgerät, insbesondere eine externe Datenkommunikationsanordnung für ein programmierbares Wechselstrom-Energiemeßgerät mit einem abgedichteten Gehäuse und insbesondere eine solche Anordnung, die in dem Gehäuse ein transparentes Kommunikationsfensterteil besitzt, um codierte Strahlungsenergie von einer strahlungsempfindlichen externen Datenschnittstelle aufzunehmen und an diese abzugeben.

Induktions-Wattstunden-Meßgeräte einschließlich elektromechanischer Meßantriebe werden fast universell bei elektrischen Leistungszähleinrichtungen verwendet. Die Verwendung derartiger Induktions-Wattstunden-Meßeinrichtungen hat sich insbesondere deshalb durchgesetzt, weil ein hoher Genauigkeitsgrad erreichbar ist, durch wirtschaftliche Herstellungsverfahren eine Massenproduktion möglich ist, weil auch während vieler Betriebsjahre hohe Zuverlässigkeit unter stark schwankenden Umgebungsbetriebsbedingungen erreicht werden kann und weil außerdem die Installation einfach und leicht durchgeführt werden kann. Gegenwärtig werden elektronische Festkörperschaltkreise in steigendem Maße verwendet, da die Größe und Kosten von komplizierten elektronischen Schaltkreisen durch die Anwendung von großräumigen In-

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tegrationsschaltkreisverfahren erheblich verringert werden konnte und diese Schaltkreise sich als immer zuverlässiger bei immer stärker erweiterten Bereichen für die Betriebs umgebungs-verhältnisse erweisen. Entsprechend ist es manchmal möglich, bisher bekannte elektromechanische Meßantriebe von Induktions-Wattstunden-Zählern durch die Benutzung von elektronischen Schaltkreisen vollständig oder doch teilweise zu ersetzen. Die Verwendung derartiger Schaltkreise besitzt den Vorteil der größeren Variabilität unterschiedlicher Betriebsarten, einschließlich der Messung von unterschiedlichen Parametern des elektrischen Energieverbrauchs sowie der Fähigkeit, derartige Messungen zu unterschiedlichen Benutzungszeitperioden getrennt vorzunehmen, entsprechend hoher und niedriger Belastungszeiten eines Energieverteilungsnetzes, das die zu messende elektrische Energie liefert.

In der US-Patentschrift 4 O77 O61 wird ein digital arbeitendes und rechnendes Wechselstrom-Energiemeßsystem beschrieben, das einen elektronischen Festkörpermeßschaltkreis verwendet und einen Mikroprozessor benutzt, der als Digitalabfolgesteuerung und Rechneruntersystem arbeitet. Ein Festwertspeicher (ROM) für das Programm und ein Speicher mit beliebigem Zugriff (RAM) werden zusammen mit dem auf einem Mikroprozessor basierenden System verwendet. Das Meßsystem ist eine integrale Einheit, die bestimmte analoge Spannungs- und Stromsignale, die gemessen werden sollen, aufnimmt und auch integrale Zeit impulse erhält, um so eine Anzahl von unterschiedlichen Ausgangsmeßsignalen zu erzeugen und auch eine sichtbare Auslesedarstellung zu geben, die derartige Signale repräsentiert. Manuelle Schaltereingänge sind ebenfalls vorgesehen, um einen von mehreren unterschiedlichen Parametern auszuwählen, um diesen sichtbar darzustellen. Das vorgenannte System offenbart jedoch kein Verfahren, um Programmdateninformationen zu empfangen oder auszusenden. Bei der Verwendung derartiger programmierbarer Prozessoren ist die Fähigkeit zur Änderung von Programmdateninformationen oder auch der Hinzufügung derartiger Informationen als wünschenswert bekannt. Die Programmdaten müssen über eine externe Datenschnittstelle

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zugeführt werden, die in der vorgenannten US-Patentschrift nicht offenbart wird.

Da Gebührenmeßgeräte, die elektronische Festkörperschaltkreise umfassen, in den gleichen Umgebungsverhältnissen arbeiten müssen, wie alle bekannten vollständig elektromechanisch arbeitenden Meßeinrichtungen der Induktionsbauart und auch an vorhandene Meßgerätsockel anbringbar sein müssen, wird die gleiche Art von Meßgerätgehäuse erforderlich. Diese Gehäuse umfassen typischerweise eine Basis sowie eine durchsichtige becherförmige Abdeckung, die an der Basis angebracht ist. Die Abdeckung wird gewöhnlich aus durchsichtigem Glas oder aus schlagfestem durchsichtigem Kunststoffmaterial hergestellt, um das Meßsystem gegenüber Umgebungseinflüsse zu schützen und auch das System gegenüber unautorisiertem Zugang abzusichern. Wenn ein elektronisch arbeitendes programmierbares elektrisches Energiemeßsystem in einem derartigen Gehäuse untergebracht ist, ist es wünschenswert, die schützenden und sichernden Merkmale des Gehäuses zu erhalten, gleichzeitig jedoch externe Anschlüsse daran vorzusehen, wenn dies notwendig ist. Gemäß der britischen Patentanmeldung 10896/78 wird ein Wattstundenzählergehause offenbart, bei dem in der Seite des Gehäuses eine öffnung vorgesehen ist, um den Durchtritt für Leitungsanschlüsse zu bilden, die mit einem elektronischen Meßcodierschaltkreis für entfernt angeordnete Meßablesesysterne verbunden sind.

In der US-Patentschrift 4 O5O O2O wird ein elektrisches Energiemeßsystem für unterschiedliche Tarife offenbart, das einen programmierbaren digitalen logischen Steuersschaltkreis aufweist. Das System umfaßt ferner einen umlaufenden Speicher, der eine programmierbare Zeitgeberschaltkreisanordnung enthält. Ein sockelartiger Verbinder wird offenbart, der einen Stecker aufnehmen kann, der mit einer transportablen Programmier- und Testeinheit in Verbindung steht, die zur übertragung von Daten in den Speicherteil des Systems verwendet wird. Der Programmierstecker wird durch die Front des becherförmigen Meßgerätegehäuses eingeführt und eine entfernbare Verriegelung oder Abschließung

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ist erforderlich, um unautorisierten Zugang zu dem Sockelverbinder zu verhindern.

Zwar arbeiten die vorgenannten physikalischen Verbindungseinrichtungen mit dem Meßgerätgehäuse oft recht zufriedenstellend, trotzdem ist es manchmal wünschenswert, die Meßschaltkreise noch weitergehend zu schützen, indem die Notwendigkeit vermieden wird, in dem Gehäuse öffnungen vorzusehen.

Es ist bekannt, daß eine optische Ablesung verwendet werden kann, um einen Mikroprozessor extern zu programmieren, wobei optisch codierte Muster von reflektierenden und nichtreflektierenden Zeichen über optischen Wandlern des Lesers angeordnet werden. Codierte Impulse des Wandlers erzeugen Adressen und Daten für Speicher mit beliebigem Zugriff des Programmiersystems. Es ist auch bekannt, daß von Maschinen lesbare Zeichen durch einen optischen Leser abgefühlt werden können, der entsprechende Datenimpulse an ein Computersteuerungsgerät weiterleitet. Es ist auch bekannt, daß eine optische Datenleitung zwischen Schnittstellenanordnungen vorgesehen werden kann, indem öffnungen von Matrizenkarten in einen festen optischen Lichtweg angeordnet werden. Dadurch wird zwischen Stellen, die einen Abstand voneinander aufweisen, eine optische Datenkommunikation geschaffen.

Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines programmierbaren Wechselstrom-Energiemeßgerätes mit einer strahlungsempfindlichen Datenverbindung, die so in dem Gehäuse untergebracht ist, daß die Datenverbindung durch eine kompakte, zuverlässige und leicht zusammenzubauende Anordnung geschaffen wird, die in einfacher Weise verwendet werden kann und das elektrische Energiemeßsystem sowohl gegen äußere Umgebungsbedingungen als auch gegen unbefugten Zugriff schützt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, also durch ein elektrisches Energiemeßgerät einschließlich einem programmierbaren, auf Zeit basierenden Meßsystem zur Summierung von gemessenen Parametern eines Wechselstrom-Energieverbrauchs,

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indem eine Quelle von gespeicherten Programmdaten verwendet wird, welche zu dem Meßgerät über binär codierte Strahlungen übermittelt werden, wobei das Meßgerät folgende Merkmale aufweist: Ein Gehäuse zur Anbringung an einer festen Stelle, welches ein vorgewähltes Kommunikationsfensterteil zur übertragung der codierten Strahlungen durch das Gehäuse hindurch umfaßt, einen Meßfolgelogiksteuerkreis, der innerhalb des Gehäuses getragen wird und eine Dateneingabe-/Ausgabeeinheit umfaßt; und Lese-Schreib-Datenspeichereinrichtungen zur elektronischen Speicherung der Programmdaten und zum Anschluß an die Dateneingabe-/ Ausgabeeinheit, um die Daten zwischen den Speiehereinrichtungen und der Dateneingabe-/Ausgabeeinheit in binärer Form hin und her zu transportieren? strahlungsempfindliche externe Datenschnitt-Stelleneinrichtungen zur Kommunikation mit binär codierten Strahlungen, die an die Eingabe-/Ausgabeeinheit angeschlossen Bind? und Strahlungskoppeleinrichtungen, die separate codierte Strahlungsdaten zwischen dem Kommunikationsfensterteil des Gehäuses und der externen Datenschnittstelleneinrichtung überträgt, um so eine Speicherung oder ein Auslesen von binären Informationen an den Datenspeichereinrichtungen entsprechend den binär codierten Strahlungen vorzunehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigtt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines elektrischen Energiemeßgerätes einschließlich einer strahlungsempfindlichen externen Datenschnittstelle, die erfindungsgemäß aufgebaut ist;

Fig. 2 eine Vorderansicht des in Fig. 1 dargestellten elektrischen Energiemeßgerätes;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Teil des in Fig. 2 dargestellten Meßgerätes einschließlich

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der externen Datenschnittstelle und einer zugehörigen Feldprogrammierleseanordnung;

Fig. 3A eine schematische Darstellung des in Fig. 3 dargestellten Meßgerätes und eine externe Strahlungssteuereinrichtung;

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV der Fig. 3, gesehen in Richtung der Pfeile, auf eine Sonde der in Fig. 3 dargestellten Programm!erleseanordnungj

Fig. 5 eine grafische Darstellung von zeitabhängigen Signalen, die in dem Blockdiagramm der Fig. 1 auftretenι und

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D

Flußdiagramme zur Erläuterung der Betriebsabfolge des in Fig. 1 dargestellten Meßgerätes.

Das erfindungsgemäße Wechselstrom-Energiemeßgerät umfaßt ein programmierbares, auf Zeit basierendes Meßsystem mit einer programmierbaren Betriebsabfolge, die von einem Meßfolgelogiksteuerschaltkreis gesteuert wird, um unterschiedliche Werte von Parametern zu beeinflussen, die zur Anzeige unterschiedlicher Gebrauchsarten einer zu messenden elektrischen Energiegröße benutzt werden. Das Meßsystem ist innerhalb eines Wattstundenzählergehäuses montiert, einschließlich einem vorgewählten strahlungsdurchlässigen Teil oder Kommunikationsfenster, das in einem Meßgeräteabdeckteil des Gehäuses gebildet ist. Der logische Steuerschaltkreis umfaßt eine Eingabe-/Äusgabeeinheit (I/O), die mit einer strahlungsempfindlichen externen Datenschnittstelle verbunden ist, die erfindungsgemäß aufgebaut und innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Ein programmierbarer Festwertspeicher (BAM) für Daten ist mit der Eingabe-/Ausgabeeinheit verbunden, um binäre Dateninformationen aufzunehmen und abzugeben, die von dem logischen Steuerschaltkreis zur Messung der gewünschten elektrischen Energieparameter erforderlich sind. Eine Zweirichtungs-Strahlungsdatenverbindung ist durch das transparente

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Kommunikationsfenster des Gehäuses vorgesehen, um externe Daten von der Eingabe-/Ausgabeeinheit ein- und auszugeben.

In der externen Datenschnittstelle sind elektronische Strahlungsdetektoreinrichtungen sowie auch optoelektronische Strahlungsemittereinrichtungen vorgesehen, um die codierten Strahlungen und elektronisch codierte Impulse, die an der Eingabe-/Ausgabeeinheit angeschlossen sind, zu übersetzen. Die elektronischen Detektoreinrichtungen und Emittereinrichtungen sind in optischer strahlungsempfindlicher Verbindung mit dem transparentem Kommunikationsfensterteil des Meßgerätegehäuses angeordnet, um die binär codierten Strahlungen aufzunehmen und abzugeben und entsprechende binäre Informationen aus dem Daten-RAM-Speicher auszugeben und in diesen einzuschreiben. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung umfaßt der externe Dateneingang der Schnittstelle zwei optoelektronische Strahlungsdetektoren, die mit externen Dateneingabeanschlüssen und externen Takteingabeanschlüssen der Eingabe-/Ausgabeeinheit verbunden sind. Entsprechend umfaßt der externe Datenausgang dieser Schnittstelle zwei optoelektronische Emitter, die mit den externen Datenausganganschlüsseen und den externen Taktausganganschlüssen der Eingabe-/Ausgabeeinheit verbunden sind. Die optoelektronischen Emitter und Detektoren sind in einem Abstand zueinander und zu dem transparenten Kommunikationsfensterteil des Meßgerätegehäuses angeordnet. Ein Strahlungsschutzschirm ist zwischen den Strahlungsemittern und Detektoren und dem transparenten Kommunikationsfenster des Gehäuses angeordnet. Der Schutzschirm umfaßt getrennte Tunnelöffnungen, die jeweils einem Emitter und einem Detektor zugeordnet sind, um verschiedene Strahlungen voneinander zu isolieren und zu erreichen, daß sich nicht gegenseitig störende Strahlungen von und zu den Detektoren und Emittern übertragen werden. Der Kommunikationsfensterteil des Meßgerätegehäuses umfaßt eine zurückspringende ausgerichtete Anordnung zur Aufnahme einer transportierbaren Programmier-Lese-Einheit in Kommunikationsausrichtung zu den Strahlungsemittern und Strahlungsdektektoren.

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Die externe Datenübertragung wird in synchroner Ubertragungsweise durchgeführt, wobei die vier elektronischen Strahlungsdetektor- und Bnittereinrichtungen verwendet werden. Die Takteingabe- und Taktausgabedaten werden benutzt, um ein Signal zu liefern, wenn eines der beiden Geräte, nämlich entweder die Feld-Programmier-Lese-Einheit oder der logische Steuerschaltkreis bereit ist, Informationen zu senden, oder wenn die empfangende Einheit der beiden Einheiten bereit 1st, Bestätigungssignale zu bewirken, wenn sie sich in einem Zustand befindet, gemäß dem sie in der Lage ist, die codierten Strahlungsdaten zu empfangen und auch den Empfang zu bestätigen. Dateneingabe- und Ausgabeleitungen werden dann zu den Taktein- und Ausgabedatenleitungen der Eingabe-/Ausgabeeinheit synchronisiert, so daß die Datenübertragung mit der gewünschten Rate entweder des Senders oder des Empfängers der Daten durchgeführt werden kann.

Die externe Datenschnittstelle ist außerdem in der Lage, die externe Steuerung von Teilen des auf Zeit basierenden Meßsystems vorzunehmen. Gemäß einer vorzugsweisen AusfUhrungsform schaltet ein· simultane Strahlungsstimulation von zwei Strahlungsdetektoren eine elektronische Auslesedarstellung von einem inaktiven zu einem aktiven Darβteilungszustand um.

Es ist ein allgemeines Merkmal der vorliegenden Lösung, eine neuartige Koamunikationsdatenverbindung für einen elektrischen Energiemesser zu schaffen, der ein programmierbares Meßsystem besitzt, das in einem schützenden Gehäuse untergebracht ist, so da· keine physikalischen Verbindungen durch das Gehäuse hindurch erforderlich sind. Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine optische Strahlungeverbindung für die Datenprogrammierung und die Testung durch die durchsichtige Abdeckung eines Wattstundenzählers hindurch vorzunehmen, um den synchronen Serienbetrieb einer Datenübertragung zu dem Daten-ΒλΜ-fpeicher des Meßabfolgelogiksteuerschaltkreises vorzunehmen und Akkumulationen von Echtzeitmeßwerten von auf Benutzungszelt beruhenden Parametern der elektrischen Energiemeßgröße zu schaffen, lin weiteres Merkmal liegt darin, für externe Programmierung

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der anfänglichen Echtzeitdaten, sowie für vorbestimmte Benutzungszeit-Kategoriedaten durch eine Strahlungsdatenverbindung des elektrischen Energiemeßgerätes, das Benutzungszeitparameter einer Wechselstrom-Energiegröße mißt, zu sorgen. Ein weiteres Merkmal liegt darin, eine optische Strahlungsdatenverbindung zwischen einem programmierbaren auf Zeit basierenden Meßsystem eines elektrischen Energiemeßgerätes (TarifZählers) und einer transportablen Programmier-Lese-Einheit zu schaffen, die einfach und zuverlässig zur Programmierung, zur Testung und zum Auslesen von elektronisch gespeicherten Meßdaten benutzt wird und die Flexibilität bei der Veränderung der Geschwindigkeit der Datenübertragung und deren Sicherstellung besitzt, wobei derartige Datenübertragungen in genauer Weise vorgenommen werden, und die weiterhin verhindert, daß an dem Meßgerät in unautorisierter Weise manipuliert wird.

In den Zeichnungen, insbesondere Fig. 1, ist in Blockdiagrammform ein programmierbares Wechselstrom-Energiemeßgerät 10 dargestellt, das in einem Gehäuse 12 der Bauart getragen wird, die benutzt wird, um Induktions-Wattstundenzähler aufzunehmen, und das einen strahlungstransparenten Kommunikationsfensterteil 14 umfaßt, das im folgenden noch näher beschrieben werden wird. Das Meßgerät 10 umfaßt ein programmierbares, auf Zeit basierendes Meßsystem 15, einschließlich einem Meßabfolgelogiksteuerschaltkreis 16. Gemäß einer vorzugsweisen Ausfuhrungsform wird der Logiksteuerschaltkreis von einem auf einem einzigen Chip untergebrachten Mikrocomputer des Typs MK 387O gebildet, der von der Firma Mostek Corp., Carrollton, Texas 75006, erworben werden kann. Der logische Steuerschaltkreis 16 bewirkt eine Berechnung und Akkumulation unterschiedlich gemessener Parameter einer elektrischen Energiegröße, die in den Leitern 20, 22 fließt und gemessen werden soll. Eine Spannungskomponente V und eine Stromkomponente I werden einem Umsetzer 24 zugeführt, der eine elektrische Energiegröße in eine Impulsratengröße umsetzt. Am Ausgang des Umsetzers 24 werden auf den Leitungen 26 und 27 Impulse erzeugt, deren Impulsrate proportional zur Verbrauchsrate elektrischer Energie ist, die von den Leitern 20 und 22

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geliefert wird. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird der Konverter 24 von einem herkömmlichen Induktions-Wattstundenzähler gebildet, der einen elektromagnetischen Meßantrieb besitzt, der eine elektrokonduktive Scheibe mit einer Rate antreibt, die der Verbrauchsrate an elektrischer Energie entspricht. Ein Impulsauslöser reagiert auf die Scheibendrehungen, um einen Impulsausgang an die Leiter 26 und 27 zu liefern. Die US-Patentschriften 3 733 493, 3 878 391, 3 943 498, 4 034 292 sowie das britische Patent 1 518 158 offenbaren alle Impulsauslösesysteme zur Erzeugung der gewünschten Impulse auf den Leitungen 26 und 27. Es ist auch berücksichtigt, daß andere Umsetzer zur Umsetzung von elektrischer Energie zu Impulsraten benutzt werden können, beispielsweise ein elektronischer Wattstundenmeßschal tkreis, wie er in den US-Patentschriften 4 056 774 und 3 764 908 beschrieben wird. Dieser Umsetzer erzeugt Impulse aufgrund der Größe des in einem Schaltkreis zu messenden elektrischen Energieflusses.

Das programmierbare Zeitbasis-Meßsystem 15 ist in der US-Patentanmeldung 891 996 (deutsche Patentanmeldung P ....) näher beschrieben und diese Druckschrift sollte zu einem vollständigeren Verständnis des Meßsystems herangezogen werden. Ein Blockdiagramm des logischen Steuerschaltkreises 16 ist in Fig. 1 wiedergegeben und in der Mostek-Veröffentlichung "F8 Microprocessor Devices, Single-Chip Microcomputer MK 3870", Juli 1977, näher beschrieben. Eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 30 wird von dem in der vorgenannten Mostek-Veröffentlichung beschriebenen 1/0-Tor gebildet. Die I/O-Einheit 30 (I/O = input/output = Eingabe/ Ausgabe) erhält die Leiter 26 und 27, um die Impulse an den Steuerschaltkreis 16 anzulegen. Ein Lese-Schreib-Speicher oder Speicher mit beliebigem Zugriff (RAM) 34 ist mit der Sammelschiene 36 verbunden, die mehrere Datenleitungen umfaßt, die mit der I/O-Einheit 30 verbunden sind. Der Daten-RAM-Speicher 34 umfaßt elektronische Speichereinrichtungen zur Speicherung der für die Berechung und Akkumulation von Werten der elektrischen Energieparameter, die aufgrund der Impulse des Umsetzers 24 gemessen werden sollen, erforderlichen mathematischen Konstanten. Der

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Daten-RAM-Speicher 34 speichert auch die reale Tageszeitinformation sowie andere programmierte Bezugszeitdaten, um Messungen der Benutzungszeitparameter von an vorbestimmten Zeitstufen oder Tarifperioden zu messenden elektrischen Energiegrößen vornehmen zu können, wobei diese Zeitperioden sich auf bestimmte Tarife beziehen, beispielsweise ein Tarif für Bedarfsspitzenzeiten, ein Tarif für Zeit außerhalb des Spitzenverbrauchs sowie ein Tarif für Zeiten mit geringem Verbrauch, was einem hohen Tarif, einem mittleren Tarif und einem niedrigen Tarif entsprechen könnte.

Der Steuerschaltkreis 16 besitzt die in Fig. 1 dargestellte allgemeine Form. Im allgemeinen wird eine permanent fixierte programmierte Abfolge von Instruktionen zur Steuerung der Operationsstufen des Schaltkreises 16 in einem Programm-Festwertspeicher (ROM) 38 gespeichert sein. Eine Hauptdatenbus 39 verbindet die unterschiedlichen Einheiten des Schaltkreises 16. Eine innere Taktgebereinheit 40 ist mit einem exteren Oszillator-Quarzkristall verbunden, um Zeitsteuersignale für den inneren Betrieb des Schaltkreises 16 zu liefern. Eine Zeitgebereinheit und eine Unterbrechungslogik 44 arbeiten im Ereignis-Zählbetrieb mit 60 Hz-Impulsen, die von einem Taktgeberkreis 46 dem externen Unterbrechungsanschluß (EXT INT) des Schaltkreises 16 zugeführt werden. Einmal pro Sekunde bringt der Schaltkreis die entsprechenden Register einer Vielzahl von Zeitspeicherregistern in dem RAM-Speicher 34 auf neuesten Stand. Die Tageszeit in Stunden, Minuten und Sekunden wird genauso wie der Wochentag sowie auch der Tag des Jahres gespeichert, wenn dieses notwendig ist. Auf die elektrische Energie sich beziehende Impulse von den Leitungen 26 und 27 werden durch Betrieb des. "Notizblock"-Registers 46, der arithmetisch logischen Einheit ALU 48, der Akkumulator- und Zustandsregistereinheit 50, der Instruktionsregistereinheit 52 und der Steuerlogik 56 in der Programmabfolge der ROM-Einheit 38 bearbeitet, wie in der vorgenannten Mostek-Veröffentlichung beschrieben. Der Schaltkreis 16 totalisiert (summiert) und speichert im Da ten-RAM-Speicher 34 die Werte der elektrischen Energie-Parameter, die gemessen werden sollen, einschließlich

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der kWh und des kW-Bedarfs für die vorbestimmte hohe Tarifperiode, mittlere Tarifperiode und niedrige Tarifperiode während eines jeden Tages. Eine Sichtauslesung der gemessenen Werte, totalisiert und im RAM-Speicher 34 gespeichert, wird auf der Sichtdarstellung 60 wiedergegeben, die aus acht digitalen Darstellungselementen besteht, jeweils aus sieben von liohtemittierenden Dioden gebildeten Segmenten bestehend, die über eine Datenbus mit der I/O-Einheit 30 verbunden sind. Die achtziffrigen Darstellungselemente sind in zwei elektronischen Darstellungseinheiten des Typs 5082-7414 enthalten. Die gespeicherten Lese-Schreib-Speicherdaten werden auch durch noch zu beschreibende Einrichtungen der vorliegenden Erfindung als Impulssignal ausgelesen .

Um richtigen Betrieb des Meßgerätes 1O sicherzustellen, müssen in dem RAM-Speicher 34 bestimmte binäre Dateninformationen gespeichert sein. Die Programmdatenspeicherinformation muß anfänglich gespeichert werden, sie muß veränderbar sein und muß überprüft werden können, um den Betrieb des Meßgerätes 10 überprüfen zu können. Auch müssen die gespeicherten Datenwerte der gemessenen elektrischen Energie-Parameter elektronisch von dem Meßgerät ausgelesen werden können, beispielsweise könnte es notwendig sein, die unterschiedlichen Tageszeitperioden für die Messung zu ändern, um die Zeiten zu ändern, bei denen unterschiedliche Tarife sowohl für die kWh-Parameter als auch für die kWh-Anforderungsparameter für die Messung der elektrischen Energie zur Anwendung kommen. Auch müssen mathematische Konstanten, die von der Meßfolgelogiksteuerschaltung 16 zur Berechnung der kWh- und der kWh-Anforderungsparametern benötigt werden, periodisch nach Möglichkeit überprüfbar sein. Außerdem mag es wünschenswert sein, die Tageszeit zu überprüfen, die von dem Steuerschaltkreis 16 aufgrund von Signalen berechnet wird, die von dem Zeitgeberschaltkreis 44 geliefert und die danach in der RAM-Einheit 34 gespeichert werden.

Eine transportable Feld-Programmier-Lese-Einheit 66, die in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellt ist, wird anfänglich sowie auch

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periodisch danach verwendet, um binäre Dateninformationen in den RAM-Speicher 34 einzuspeichern, aus diesem Speicher auszulesen oder die in diesem Speicher enthaltenen Daten zu überprüfen. Binär codierte Strahlungen 68, 70, 72 und 74, im folgenden werden sie noch näher beschrieben, laufen durch das vorgewählte strahlungsdurchlässige Kommunikationsfenster 14 des Gehäuses 12, um die Strahlungen mit einer strahlungsempfindlichen externen Datenschnittstelle 46 zu verkoppeln. Der Ausdruck "Kommunikationsfenster", der hier benutzt wird, bezieht sich auf irgendeinen Teil des Gehäuses 12, durch den die Information der Strahlungen 68, 7O, 72 und 74 ausgesendet und empfangen wird, um die Programmtestung oder das Datenauslesen zu bewirken. Vier Leiter oder Datenleitungen 78, 80, 82 und 84 verbinden die Schnittstelle 76 mit vier Stiftanschlüssen der Eingabe-/Ausgabeeinheit 30, um elektronische Impulssignale weiterzuleiten. Die Leitung 78 ist als Dateneingabeleitung bezeichnet, der Leiter 8O ist als Takteingabeleitung bezeichnet, der Leiter 82 liegt in Serie zur Datenausgabeleitung und der Leiter 84 ist in Serie mit der Taktausgabeleitung verbunden.

In dem Bestrahlungsaussendeteil der Schnittstelle 76 sind erste und zweite Strahlungsemitter 86 und 87 an den Leitungen 82 bzw. 84 angeschlossen, sowie auch an eine Quelle für eine Spannung +V. Der Leiter 82 ist in Serie mit Widerstand 88 und einen Transistorverstärker 89 an einen Anschluß der Eingabe-/Ausgabeeinheit 3O angeschlossen. Der Leiter 84 liegt in Serie mit einem Widerstand 92, der dem Widerstand 88 entspricht, und einem Transistorverstärker 93, der dem Verstärker 89 entspricht, und ist des weiteren an einen anderen Anschluß der Eingabe-/Ausgabeeinheit 30 angeschlossen. Erster und swelter Strahlungsemitter 86 und 87 sind vorzugsweise optoelektronische Strahlungsemitter, die durch lichtemittierende Dioden des Typs GE 55B gebildet werden. Diese Einrichtungen emittieren Lichtstrahlung mit einem Frequenzbereich, der grundsätzlich im Infrarotbereich liegt.

Der strahlungsempfangene Teil der Schnittstelle 76 umfaßt erste und zweite Strahlungssensoren 96 und 97, die mit den Leitern

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78 bzw, 80 in Serie geschaltet sind. Der erste und zweite Strain lungssensor 96 bzw, 97 werden jeweils von einem optoelektronischen Ha Lh le itertyp eines Fototransistors, LS SO47, gebildet, in deren Basis-E;niitter-Kreis Widerstände 98 bzw. 99 liegen, wobei der Emitter jeweils an Masse liegt, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Strahlungssensoren 96 und 97 sind gegenüber elektromagnetischen Strahlungen 68 und 70 empfindlich, wenn diese Lichtstrahlungen im Infraroten Frequenzbereich sind, die den elektromagnetischen Lichstrahlungen der Emitter 86 und 87 entsprechen. Dc ι«, ti folge erzeugen die optoelektronischen Halbleiter _f die die lichtemittierenden Diodenstrahlungsemitter 86 und 87 bilden, elektromagnetische Strahlungen 72 und 74, die Lichtstrahlungen sind, die hauptsächlich im Infrarotfrequenzband liegen.

Die Strahlungen 68 und 70 aktivieren die Strahlungssensoren 96 und 97, um Signalimpulse 102 "Daten-Eingabe" in dem Leiter 78 und Signalinipulse 103 "Takt-Eingabe" in dem Leiter 80 erzeugen. Entsprechend werden die Impulse 102 und 103 den Anschlüssen der Eingai^-/Ausgabeeinheit 30 zugeführt. Die zwei Anschlüsse der I/O-Einheit 30, die mit den Leitern 82 und 84 verbunden sind» erzeugen Signalimpulse 105 "Daten-Ausgabe" und Signalimpulse 106 "Takt-Ausgabe", um die Strahlungsemitter 86 bzw. 87 zu aktivieren und entsprechende elektromagnetische Lichtstrahlungen 7 2 und 74 zu erzeugen.

Die Strahlungsabschirmung 108 bildet ein Strahlungskoppelungsund Isolationscjlieä, das sich von den Strahlungsabgebenden und -aufnehmenden Teilen der Schnittstelle 76 in Richtung auf die Innenseite des Rommunikationsfensterteiles 14 des Gehäuses 12 erstreckt, um die getrennten Strahlungen der Strahlungsemitter 84 und 86 mit den Strahlungssensoren und 96 und 97 zu verkoppeln und voneinander zu isolieren, wie in Verbindung mit den Fig. 2, 3 und 4 genauer erläutert ist. Die Strahlungsabschirmungseinrichtung 108 stellt srit-Iiai _f daß es keine gegenseitige Beeinflussung zwischen Ue₁, getrennten Strahlungen 6B_e 70, 72 und 74 gibl ·

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In Fig, 2 ist die Vorderansicht des Meßgerätes 10 dargestellt, das ein Gehäuse 12 aufweist, welches eine becherförmige durchsichtige Abdeckung 109 besitzt,auf die oben schon Bezug genommen wurde. Die Teilquerschnittsansicht der Fig. 3 zeigt einen Teil des Meßgerätes 10, einschließlich der strahlungsempfindlichen externen Datenschnittstelleneinheit 76 und der Abschirmeinrichtung 108, die sich in Ausrichtung zu den vorgewählten Kommunikationsfensterteil 14 der Meßgeräteabdeckung 1O9 des Gehäuses 12 erstreckt. Die Abdeckung 109 ist vorzugsweise gemäß der Darstellung der OS-PS 3 846 677 hergestellt und an eine Basis angebracht, um eine abgedichtete schützende Umschließung oder Gehäuse 12 zu bilden, die die in den US-Patentschriften 3 337 und 3 413 552 beschriebenen schützenden Eigenschaften besitzt. Das Meßgerät 10 umfaßt ein herkömmliches Induktionswattstundenmeßgetriebe, nicht dargestellt, mit einem mechanischen Zeigerregister 11O, das in Fig. 2 dargestellt ist, um den gesamten kWh-Verbrauch des gemessenen elektrischen Energieverbrauchers anzuzeigen. Der Wattstundenmeßantrieb wird von der Basis des Gehäuses getragen, beides ist nicht gezeigt, und es kann sich dabei um einen einphasigen Typ, wie er in der US-PS 3 309 152 gezeigt ist, oder um einen mehrphasigen Typ handeln, wie er In der US-PS 3 683 279 wiedergegeben ist, ausgerüstet mit einem Impulsauslöser, wie in einer der oben angegebenen US-Patentschriften oder in den britischen Impulsauslösepatenten beschrieben wird. Das Meßgerät zeigt weiterhin das programmierbare elektrische Zeitbasisenergiemeßsystem 15, einschließlich des Meßfolgelogiksteuerschaltkreises 16. Die elektronische Sichtdarstellung 60, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, zeigt die unterschiedlich gemessenen und auf die Tageszeit sich beziehenden Energieverbrauchs-Parameter und die Echtzeitdaten durch die Front der Meßgeräteabdeckung 109. Gemäß Fig. 3 ist auch die strahlungsempfindliche externe Datenschnittstelle 76 mit ihrem vorderen Ende der Strahlungsabschirmeinrichtung 108 so angeordnet, daß sie der Innenseite der Front der Meßgeräteabdeckung gegenüberliegt, und zwar hinter dem vorgewählten Fensterteil 14.

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In Fig. 3 ist eine Namensplatte 111 vor der ersten und der zweiten Schaltkreisplatte 112 bzw. 113 angeordnet, die Bauelemente des in Fig. 1 dargestellten programmierbaren Meßsystems tragen, mit der Ausnahme des Umsetzers 24 zur Umsetzung der elektrischen Energie in Impulsraten. Dieser Umsetzer 24 wird durch einen Impulsauslöser gebildet, der von der Scheibe des Induktionsmeßantriebs betrieben wird, wie weiter oben erläutert. Die Strahlungsemitter 86 und 87 der Strahlungssensoren 96 und 97 sind mit Stiftanschlüssen der I/O-Einheit 30 des Meßfolgelogiksteuerschaltkreises 16 verbunden, das auf der Schaltplatte 112 getragen wird. Die Strahlungssensoren und -emitter sind so angeordnet, daß sie in das rückwertige Ende der Abschirmeinrichtung 108 aufgenommen und mit vier geraden und tunnelartigen zylindrischen öffnungen 114, 115, 116 und 117 ausgerichtet sind, die alle in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Die Abschirmeinrichtung 108 ist in Fig. 3 in Draufsicht gezeigt, während andere Teile im Schnitt wiedergegeben sind. Der obere Strahlungsemitter 87 und obere Strahlungssensor 96 sind in Ausrichtung zu zugehörigen öffnungen 115 bzw. 114 der Strahlungsabschirmeinrichtung 108 dargestellt. Entsprechend laufen elektromagnetische Strahlungen 68, 70, 72 und 74 durch die öffnungen 114, 115, 116 und 117 sowie durch das vorgewählte Kommunikationsfensterteil 14 der Abdeckung 109, wie in Fig.3 für die Strahlungen 68 und 74 gezeigt.

Ein Steuermechanismus 120, der nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Er befindet sich in abgedichteter Zusammenbaubeziehung zu der Abdeckung 109, allgemein beschrieben in der ÜS-PS 3 O59 181.

Um die Datenkommunikation über die elektromagnetischen Lichtstrahlungen 68, 70, 72 und 74 zu bewirken, siehe Fig. 1, wird eine Feld-Programmier-Lese-Einheit 66 benutzt, siehe die Fig. 3 und 4. Die Einheit 66 umfaßt eine Sonde 134, die mit Hilfe eines Kabel 136 an den Prograinmier-Lese-Schaltkreiskasten 137 angeschlossen ist. Die Sonde 134 umfaßt eine Lichtstrahlung absendende und aufnehmende Datenschnittstelle 138, die zu der externen

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Datenschnittstelle 76 des Meßgerätes 10 komplementär ist. Der allgemeine Schaltkreisaufbau der Schnittstelle 138 ist in Fig. dargestellt und weiter unten beschrieben. Das vordere Ende der Sonde 134 ist so angeordnet, das es in vorbestimititer Ausrichtorientierung zu dem ausgewählten Fensterteil 14 der Meßgeräteabdeckung 1O9 paßt. Der äußere Teil der Sonde 134 umfaßt vier gerade und tunnelartige zylindrische öffnungen 142, 143, 144 und 145, die mit den öffnungen 114, 115, 116 bzw. 117 der Abschirmeinrichtung 1O8 koaxial ausgerichtet werden sollen.

Die Strahlung absendende und aufnehmende Schnittstelle 138 der Sonde 134 besitzt eine Schaltkreiskonfiguration, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, um Strahlungen 68 und 70 abzusenden und Strahlungen 72 und 74 aufzunehmen, in. komplementärer Beziehung zu der Meßdatenschnittstelle 76. Die Schnittstelle 138 umfasst erste und zweite Strahlungsemitter 160 und 162, um Strahlungen 68 und 70 zu erzeugen, wenn sie aktiviert werden. Erste und zweite Strahlungssensoren 164 und 166 sind so angeordnet, daß sie von den Strahlungen 72 bzw. 74 aktiviert werden. Die Strahlungsemitter 160 und 162 werden durch optoelektronische lichtemittierende Dioden, LED, eines Typs gebildet, der den Strahlungsemittern 82 und 84 entspricht, und die Strahlungssensoren 164 und 166 werden von optoelektronischen Fototransistoren der Bauart gebildet, die dem Typ entspricht, der für die Strahlungssensoren 96 und 97 verwendet wird. Entsprechend sind die Strahlungsemitter 160 und 162 jeweils zwischen einer Spannungsquelle +V und über Widerstände 168 und 169 an Transistorverstärker 170 und 171 angeschlossen, die durch Leiter 174 und 175 an Anschlüssen des Programm!er-Lese-Schaltkreises 139 angeschlossen sind. Die Strahlungssensoren 164 und 166 werden durch Leiter 177 und 178 an getrennte Anschlüsse des Schaltkreises 139 angeschlossen.

Aufgrund der bisherigen Beschreibung ist zu erkennen, daß das Einpassen der Sonde 134 in den Kommunikationsfensterteil 14 die Strahlungen 68 und 70 der Strahlungsemitter 160 und 162 der sendenden und aufnehmenden Schnittstelle 138 ausrichtet,

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um die Strahlungssensoren 96 bzw. 97 zu aktivieren und die "Dateneingabe"-Impulse 102 und die ^llTakteingabe"-Impulse 103 an die I/O-Einheit 30 des Steuerschaltkreises 16 zu erzeugen. Entsprechend werden die Datenausgabe-Impulse 105 und die Taktausgabe-Impulse 106 der I/O-Einheit 30 des Steuerschaltkreises 16 die Strahlungsemitter 86 und 87 aktivieren, um die elektromagnetischen Lichtstrahlungen 72 bzw. 74 zu erzeugen und die Strahlungssensoren 164 und 166 der Sondendatenschnittstelle 138 zu aktivieren.

Das MeBgerät 10 ist in einem typischen elektrischen Energiemeßger äteaufnehmer, wie beispielsweise in einer Meßgerätebox, an der Stelle eines Kunden des elektrischen Versorgungsbetriebes angebracht, um die elektrische Energiegröße der Leitungen 20 und 22 in Fig. 1 zu messen. Entsprechend ist das Meßgerät 10 stationär in seiner Betriebsposition fixiert und es werden viele derartige Meßgeräte von einem elektrischen Versorgungsunternehmen zum Zwecke der Abrechnung benutzt. Die FeId-Programmier-Lese-Einheit 66 ist eine leicht tragbare Einheit und eine große Anzahl von Meßgeräten können in einfacher Weise programmiert und überprüft werden, indem die Sonde 134 in einfacher Ausrichtung gegen die Frontfläche des Meßgerätes an dem vorgewählten festen Kommunikationsfensterteil 14 in Ausrichtung zu den Strahlungsabschirmeinrichtungen 108 angebracht wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Es ist selbstverständlich, daß die AusrichtvorSprünge 156, 158 und 159 in die Einsenkungen 15O, 152 und 153 eingeführt werden, wenn die Sonde manuell gegen die Fläche der Abdeckung 109 am Fensterteil 14 gedrückt wird. Der Betrieb des Steuerschaltkreises 16 umfaßt ein Programm, das weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 6A, 6B, 6C und 6D erläutert und in dem Programm-ROM-Speicher 38 gespeichert ist, so daß die Anschlüsse der I/O-Einheit 30 mit den Leitern 78 und 80 verbunden sind, wobei während der Betriebsfolge des Steuerschaltkreises 16 diese Anschlüsse häufig abgetastet werden. Wenn Daten übertragungen von der Programmier-Lese-Einheit 66 aufgenommen werden sollen, um den Daten-RAM-Speicher 34 zu programmieren und/oder zu überprüfen, wird die Operationsfolge der Signale

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102, 103, 105 und 106 der Fig. 5 verwendet. Der Steuerschaltkreis 16 fühlt die ungleichen logischen Zustände auf der Dateneingabe-Leitung 78 und der Takteingabe-Leitung 80 ab, wenn die Programmier-Lese-Einheit 66 mit Strahlungen 70 zu erkennen gibt, daß Kommunikation zwischen der Einheit 66 und dem programmierbaren elektrischen Energiemeßsystem 15 gewünscht wird.

Die Datenübermittlung wird dadurch erreicht, daß die Programmier-Lese-Einheit 66 die synchrone Übertragung von Seriendatenbits einleitet. Dies ermöglicht Flexibilität bei den Signalisierungsraten zwischen der Anordnung 132 und dem logischen Steuerschaltkreis 16. Der Strahlungsemitter 162 wird aktiviert, um die elektromagnetischen Lichstrahlungen zu erzeugen, die durch den Fensterteil 14 hindurchtreten, um den Strahlungssensor 97 zu aktivieren und die Takteingabe-Leitung zu veranlassen, von einem Zustand einer binären 1 in einen Zustand einer binären 0 überzugehen, wie zur Zeit t_ in Fig. 5 dargestellt ist. Die Dateneingabeleitung 178 verbleibt im binären 1-Zustand, so daß zwischen den Leitungen 78 und 80 ein Unterschied auftritt, der an der I/O-Einheit 3O gemessen wird. Wenn der binäre O-Zustand auf der Leitung 78 ermittelt wird, löst der Steuerschaltkreis 16 das Antwortsignal 106 auf der Taktausgabeleitung 84 aus, wodurch der Strahlungsemitter 87 dazu gebracht wird, die elektromagnetischen Lichtstrahlungen 74 durch die Meßgeräteabdeckung 109 hindurchzuschicken, um den Strahlungssensor 166 zu aktivieren, der mit dem Schaltkreis 139 verbunden ist. Dem Programmier-Lese-Schaltkreis 137 wird dann signalisiert, daß der logische Steuerschaltkreis 16 bereit ist. Daten aufzunehmen. Entsprechend geht der Taktausgabe-Impuls 106, der Fig. 5 dargestellt ist, von einer binären 1 zu einer binären O über, wie zur Zeit t- zu erkennen ist. Das erste gewünschte Bit der binären Dateninformation, die übertragen werden soll, sei angenommenerweise eine binäre 0, so daß zur Zeit t, der Emitter 160 in der sendenden und aufnehmenden Schnittstelle 138 der Programmier-Lese-Einheit aktiviert wird, um die Lichtstrahlungen 68 zu erzeugen, die von dem Strahlungssensor 96 in der Datenschnittstelle 76 aufgenommen werden, und die zur Erzeugung einer binären logischen

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O auf einer Leitung 78 führen, wie durch die Impulse 1Ο2 in Fig. 5 zur Zeit t„ angedeutet.

Das Signal "Dateneingabe" auf Leitung 78 verbleibt im logischen binären O-Zustand und wird dort bis zur Zeit t_ß verharren, um das erste O-Datenbit zu signalisieren. Zur Zeit t^ aktiviert das Signal "Datenausgabe* auf Leitung 82 den Emitter 86, um elektromagnetische Strahlungen 72 während der Zeit zu übertragen, während der die Daten von der externen Datenschnittstelle 76 aufgenommen werden. Zur Zeit t. geht das Signal "TakteingabE¹¹ in den hohen Zustand über, wodurch ein ansteigender Impuls aufgrund der Deaktivierung des Strahlungsemitters 162 geliefert wird, was ein Abtasten des logischen Zustandes des Signals 1O2 bewirkt, welches auf der Dateneingangsleitung 78 erscheint. Die I/O-Einheit 30 aktiviert die Taktausgabeleitung 84 und den Strahiungsemitter 87, um die Strahlung 74 zu erzeugen und anzuzeigen, daß die Abtastung des Dateneingabeimpulses 1Ο2 abgeschlossen ist. Dies beendet einen Zyklus der übertragung von einem Datenbit von der Programmier-Lese-Einheit 66. zur logischen Steuerschaltung 16. Zur Zeit t_g geht die Takteingabeleitung 1Ο3 in den binären O-Zustand über, was wiederum anzeigt, daß ein anderes Bit Übertragen werden soll. Die Taktausgabeleitung 84 aktiviert den Emitter 87, um in den binären O-Zustand zur Zeit t^ zu gehen, wodurch bestätigt wird, daß der Schaltkreis 16 bereit ist, einen Impuls aufzunehmen. Die Dateneingabeleitung wird in den binären Zustand gebracht worden sein, der zur Zeit t_g übertragen werden soll, so daß dann, wenn die Takteingabeleitung hoch wird oder in den binären 1-Zustand übergeht, die Dateneingabeleitung abgetastet wird, was ein binäres O-Bit anzeigt, siehe die oberste Linie der grafischen Darstellung der Signale in Fig. 5, und die Taktausgabeleitung 87 wird hoch, was anzeigt, daß das zweite Datenbit abgetastet wurde. Die gleiche Betriebsfolge setzt sich fort, um einen Serienbitstrom zu erzeugen, der die folgenden Dateninformationen aufweist: O, O, 1, 0, 1, 1. Dann werden beide Emitter 160 und 162 entregt, so daß keine elektromagnetische Strahlungen 68 oder 70 zu den Strahlungssensoren 96 und 97 übertragen werden, was anzeigt, daß keine weiteren Übertragungen

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von der Programmier-Lese-Einheit 66 gemacht werden sollen. Die Schnittstelle 76 wird dann in ihren Wartezustand zurückgebracht, wobei die übertragenen Daten in dem Daten-RAM-Speicher 34 gespeichert werden.

Die Datenübertragungen haben eine vorbestimmte Anzahl binärer Datenbits. Die Anzahl der empfangenen Bits wird mit der gesamten Länge der Botschaft oder Bits verglichen, die in der übertragung enthalten sind, und wenn sie zueinander passen, wird die Aufnahmeeinheit in den Datenübertragungsabschlußzustand gebracht.

Wenn eine Übertragung von Daten von der logischen Steuerschaltung 16 in dem Meßgerät 10 zu der Programmier-Lese-Einheit 66 stattfindet, wird die in Fig. 6 dargestellte Betriebsabfolge umgekehrt, wobei die Dateninformationsübertragung von dem Meßgerät auf der Taktausgabe- und Datenausgabe-leitung 82 bzw. 84 vorgenommen wird, entsprechend dem Betrieb auf Leitungen 174 und 175 der Schnittstelleneinheit 138, um codierte Lichtstrahlungen 68 und 78 zu erzeugen, die wiederum in der Weise arbeiten, wie die vorerwähnten Leitungen 82 und 84, um Daten am Meßgerät 10 aufzunehmen. Dieser Meßgeräteübertragungsbetrieb wird benutzt, um die Echtzeitdaten und Programmkonstanten zu überprüfen und von dem RAM-Speicher 24 die Meßdaten auszulesen.

Es ist dem Durchschnittsfachmann klar, daß ein asynchroner Datenübertragungsbetrieb zwischen den Schnittstelleneinheiten 76 und 138 vorgesehen sein kann, der nicht die Verwendung der Takteingabe- und Taktausgabe-Leitungen 84 erfordert, jedoch macht dies notwendig, daß die Daten mit einer festen Rate übertragen werden, statt mit unterschiedlichen Raten, die bei der hier beschriebenen synchronen Datenübertragung angewendet werden. Bei der synchronen Datenübertragung ist offensichtlich, daß die eine Einheit der anderen Einheit signalisiert, daß es die übertragung von Daten wünscht, daß dann die befragte Einheit eine Bestätigung zurückgibt und daß jedesmal dann, wenn Daten abgesandt werden, ein Austausch von Bestätigungen stattfindet, so daß die Daten in einer Weise abgesandt und aufgenommen werden,

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die am zuverlässigsten ist. Dadurch/ daß die externe Datenschnittstelle 76 sich innerhalb des Meßgerätegehäuse 12 befindet, einschließlich der Meßgeräteabdeckung 1O9, wird jeder physikalische Zugang zu der Schnittstelle 76 verhindert/ so daß irgendwelche unautorisierten Handhabungen oder Vandalisraus verhindert wird. Wie sich außerdem aus der Beschreibung ergibt, ist die Schnittstelle 76 von der anderen Kommunikationseinheit, gebildet von der Programmier-Lese-Einheit 66, elektrisch vollkommen isoliert, wenn Daten zur logischen Steuerschaltung 16 übertragen werden.

Ein anderes wichtiges Merkmal ergibt sich bei der Anordnung der Schnittstelleneinheit 76 dadurch, daß eine herkömmliche und leicht erhältliche Glühlampenquelle 182 für die in Fig. 3 dargestellten Lichstrahlungen 183 eine externe Strahlungssteuereinrichtung bilden, die durch die Frontplatte der Abdeckung 109 an dem vorgewählten Fensterteil 14 hindurchscheinen kann, um eine Kontrolloperation des System 15 zu bewirken. Glühlampen, wie sie beispielsweise bei Taschenlampen sich finden, liefern ausreichende Mengen an infraroten Strahlungsfrequenzen 183, die gleichzeitig beide Strahlungssensoren 96 und 97 simultan aktivieren. Die Steuereinheit 16 wird aufgrund beider Leitungen 87 und 80 aktivert und jede geht in den niedrig aktivierten Zustand über, entsprechend binären O-Zuständen, wodurch die Auslesedarstellung 60 aktiviert wird, so daß diese die numerische Auslesung der verschiedenen Daten wiedergibt, einschließlich der von dem Steuerschaltkreis 16 aufsummierten Meßparameter sowie der Echtzeitregistrierungen, während ansonsten die Auslesedarstellung 60 von dem Steuerschaltkreis 16 deaktiviert sein mag. Ein normaler Betrieb der Auslesedarstellung 60 kann beispielsweise so erfolgen, daß der Darstellungsbetrieb nur zwischen bestimmten Tageszeiten aktiviert wird, beispielsweise zwischen 6.00 h und 18.OO h eines jeden Tages. Wenn die Auslesedarstellung 60 aktiviert werden soll, kann eine herkömmliche Glühlampenlichtquelle, wie sie beispielsweise von einer Taschenlampe gebildet wird, benutzt werden, welche elektromagnetische Lichtstrahlungen 183 erzeugen kann, entsprechend der gleichzeitigen Zuführung von Strahlungen 68 und 70, um ein gleichzeitiges

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Auftreten von Eingängen an den Leitungen 78 und 8O zu bewirken. Dies signalisiert dem Steuerschaltkreis 16, die Auslesedarstellung 60 auch in den Stunden einzuschalten, die nicht zwischen 6.00 h und 18.00 h liegen. Es ist auch bedacht, daß die Auslesedarstellung 60 ausschließlich dadurch aktiviert wird, daß die Eingänge gleichzeitig aktiviert werden, statt daß das Einschalten und Abschalten zyklisch durch den Steuerschaltkreis 16 vorgenommen wird.

In den Fig. 6A, 6B, 6C und 6D sind Flußdiagramme wiedergegeben, die sich auf Routinen oder Betriebsabfolgen des Meßsystems beziehen, wie sie durch das fixierte Programm im ROM-Speicher 38 bewirkt werden. Wie bereits bemerkt wurde, arbeitet das Meßsystem normalerweise entweder in der Hauptroutine, siehe Fig. 6A, oder in der Zeitgeberunterbrechungsroutine, siehe 6B. Nach jeweils 60 Impulsen des 6O Hz-Zeitgeberschaltkreises 46, siehe Fig. 1, wird die Hauptroutine zu 1-Sekunden-Intervallen unterbrochen, so daß der logische Steuerschaltkreis 16 die Echtzeitspeicherregister in dem RAM-Speicher 34 auf neuesten Stand bringen kann. Bei der anfänglichen Leistungsversorgungserregung tritt die Leistung an den Lösch-Start-Operationen zu Beginn der Hauptroutine am Eingangsschritt 190 auf. Beim folgenden Entscheidungsschritt 192 werden die programmierten Konstanten überprüft und bei Schritt 194 ein Fehlerbetrieb bewirkt, wenn die überprüfung nicht erfolgreich war. Eine Leistungsversage-

entscheidung 196 bereitet das System auf den Leistungsausfallzustand vor, wie es in größeren Einzelheiten in der US-Patentanmeldung 891 996 (deutsche Patentanmeldung P .) beschrieben

ist. Die Zeit wird auf neuesten Stand gebracht und dann in dem nicht vergänglichen Datenspeicher 24. an den Schritten 198 und 200 gespeichert. Wenn kein Leistungsausfall auftritt, bestehen die wiederholt auftretenden prinzipiellen Operationen der Hauptroutine darin, die konstanten Daten von dem RAM-Speicher bei Schritt 202 in den logischen Steuerschaltkreis 16 zu laden und in eine Darstellungsunterroutine bei Schritt 204 zu gehen, um die Echtzeit und die gemessenen Werte darzustellen. Danach werden die Meßimpulseingänge von dem Impulsratenkonverter 24 abgetastet

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und die Impulsdaten bei Schritt 2O6 gespeichert. Wichtig für die vorliegende Erfindung ist die Programmieranschlußunterroutine bei Schritt 2O8, wo die logische Steuerschaltung 16 eine Abtastung vornimmt, um festzustellen, ob externe Daten an der externen Datenschnittstelle 76 aufgenommen werden sollen. Dieses unterprogramm ist das Datensehnittstellen-76-Unterprogramnw Es wird in größeren Einzelheiten in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 6C beschrieben. Die Schritte 2O2 bis 208 treten mit kurzen Unterbrechungen zyklisch wiederholt auf, wobei die Unterbrechungen von der in Fig. 6B dargestellten Routine geliefert werden.

Die Zeitgeberunterbrechung wird zu Beginn von Schritt 210 im Abstand von jeweils 1 Sekunde angegeben. Die Tageszeit wird nach Bedarf bei Schritten 212 und 214 angepaßt. Der Entscheidungsschritt 216 legt fest, ob ein 7-Tages-Betrieb oder ein 365-Tages-Betrieb benutzt wird, und wenn dies der Fall ist, wird der Tag des Jahres bei Schritt 218 angepaßt. Dann überprüft der Tarifauswahlunterprogrammschritt 22O die gegenwärtige echte Zeit mit den Zeiten, an denen die Tarife sich unterscheiden oder die Meßkategorien sich ändern, und bewirkt, falls notwendig, die Änderung, Diese Routine wird dann bei Schritt 222 ausgeführt.

Die Programmverbindungssubroutine 208 der Fig. 6A ist in größeren Einzelheiten in Fig. 6C gezeigt. Dieses Unterprogramm steuert die Betriebsabfolge, die durch die Fig. 5 und die in der vorstehenden Beschreibung erläuterten Signale wiedergegebenen werden. Die Subroutine wird bei Schritt 224 angegeben und die Schritte 226 und 228 überprüfen sowohl die Takteingabe- sowie auch die Dateneingabesignale 103 bzw. 102, um festzustellen, ob sie sich unterscheiden. Wenn sie sich nicht unterscheiden, kehrt die Subroutine zum Hauptprogramm der Fig. 6A bei Schritt 230 zurück, wenn ein Unterschied jedoch festgestellt wird, setzt die Subroutine damit fort, bei Schritt 232 eine Datenaufnahmesequenz auszulösen. Der Schritt 234 überprüft, ob das Signal 103 aktiv auf einem niedrigen Wert liegt und kehrt zum Hauptprogramm zurück,

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während es bei Entscheidungsschritt 236 prüft und testet. Wenn das Signal aktiv ist, werden die logischen Daten des Signals 102 beim Schritt 238 gerettet und das Tatkausgabesignal 106 dann bei Schritt 240 als wahrer, niedriger Wert ausgegeben. Die Zustandsänderung des Signals 103 wird bei Schritt 242 und bei Entscheidungsschritt 244 abgewartet. Wenn das Signal 103 hoch wird, wird das Startsignal 102 bei Schritt 246 abgetastet und bei Schritt 248 durch die Änderung im Zustand des Signals 106, das hoch geht, bestätigt. Der Entscheidungsschritt 250 überprüft, ob alle Datenbits aufgenommen wurden, indem ein Zähler, der um eine Zählung mit jedem aufgenommen Bit erhöht wird, verglichen wird. Wenn der Vergleich nicht Null ergibt, kehrt die Subroutine zu den Schritten 234 bis 250 bei Schritt 252 zurück, bis die vorbestimmte Anzahl von Datenbits aufgenommen worden sind. Wenn die Eingabe von Daten beendet ist, kehrt die Subroutine zum Hauptprogramm bei Schritt 254 zurück. Eine genau komplementäre Abfolge wird vorgesehen, um Daten von dem Meßgerät 10 zu der Programmier-Lese-Anordnung 66 durch die oben beschriebene Strahlungskommunikationsverbindung zu bewirken.

Das Flußdiagramm der Fig. 6D zeigt die Subroutine zur Aktivierung der Auslesedarstellung 60 aufgrund der externen Strahlungssteuereinrichtung 182 der Fig. 3. Wenn die Hauptroutine den Schritt 204 erreicht, tritt die Darstellungssubroutine bei Schritt 256 der Fig. 6D ein. Der Entscheidungsschritt 258 überprüft die existierende Tageszeit und überprüft diese mit einer vorgewählten Zeit. Wenn Übereinstimmung vorhanden ist, bewirken die Schritte 260 und 262 eine Aktivierung der Auslesedarstellung 60. Die Subroutine kehrt dann zur Hauptroutine der Fig. 6A bei dem Auslöseschritt 264 zurück. Wenn der Entscheidungsschritt 258 falsch ist, testet der Steuerschaltkreis 16 sowohl die Dateneingabewie auch die Takteingabedatenleitung bei Schritt 266. Wenn beide Leitungen aktiv sind, beispielsweise durch Strahlungen 183 von einer Quelle 182, ist der Entscheidungsschritt 268 wahr und die Darstellung wird an den Schritten 260 und 262 aktiviert. Wenn der Entscheidungsschritt 268 falsch ist, tritt die Subroutine bei Schritt 264 aus. Die Betriebsabfolge der Subroutine in Fig.

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liefert eine Aktivierung der Darstellung 60 ohne irgendeinen physikalischen Zugang zum Schaltkreis 16 z. B. durch eine öffnung in dem Meßgerätegehäuse 12.

ES/wl 3

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Claims

drying. Ernst stratmann

D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf, 23. März 1979 47,853
791O

Westinghouse Electric Corporation
"Pittsburgh, Pa. , V. St. A.

•Patentansprüche

Elektrisches Energiemeßgerät mit einem programmierbaren Zeitbasis-Meßsystem zur Summierung gemessener Parameter eines elektrischen Wechselstromenergieverbrauchs durch Anwendung einer Quelle von gespeicherten Programmdaten, die über binär codierte Strahlungen dem Meßgerät übermittelt werden, wobei das Meßgerät ein Gehäuse zur Montage an einer festen Stelle aufweist, das einen vorgewählten Kommunikationsfensterteil zur übertragung der codierten Strahlungen durch das Gehäuse hindurch umfaßt und einen Meßfolgelogik— steuerschaltkreis besitzt, der innerhalb des Gehäuses gehalten ist, und der eine Dateneingabe-/Ausgabeeinheit umfaßt,gekennzeichnet durch Lese-Schreib-Daten-Speichereinrichtungen (34) für die elektronische Speicherung der gespeicherten Programmdaten, die an die Dateneingabe-/Ausgabeeinheit angeschlossen sind, um binäre Information hin und her zu übertragen! strahlungsempfindliche externe Datenschnitts telleneinrichtungen (76) zur Kommunikation mit den binär codierten Strahlungen, die an der Eingabe-ZAus— gabeeinheit angeschlossen sind; und Strahlungskoppeleinrichtungen (1O8), die getrennte codierte Strahlungen zwischen dem Kommunikationsfensterteil des Gehäuses und den externen Datenschnittstelleneinrichtungen bewirken, um so das Speichern oder Auslesen von binären Informationen

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an der Datenspeichereinrichtung entsprechend den binär codierten Strahlungen zu ermöglichen.
2. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Datenschnittstelle zumindest einen Strahlenemitter {86 oder 87) und zumindest einen Strahlensensor (96 oder 97) aufweist.
3. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsemitter ein optoelektronischer Emitter ist, der Lichtstrahlungen emittiert, und daß der Strahlungssensor von einem optoelektronischen Sensor gebildet wird, der aufgrund der Lichstrahlungen aktiviert wird.
4. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungskopplungseinrichtungen eine Abschirmungseinrichtung (108) umfaßt, die eine Vielzahl von öffnungen (114, 115 usw.) besitzt, die sich zwischen dem Kommunikationsfensterteil des Gehäuses und der strahlungsempfindlichen externen Datenschnittstelleneinrichtung erstrecken.
5. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen externen Datenschnittstelleneinrichtungen erste und zweite lichtemittierende Diodeneinrichtungen (86, 87) und erste und zweite Fototransistoreinrichtungen (96, 97) umfassen, wobei die Strahlungskoppeleinrichtungen separate zylindrische öffnungen (114, 115, 116, 117) umfassen, die sich durch die Abschirmabrichtung erstrecken und zu sowohl dem Kommunikationsfensterteil des Gehäuses als auch zu den lichtemittierenden Dioden und den Fototransistoren ausgerichtet sind.
6. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fototransistoreinrichtung

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binär codierte Dateneingabestrahlungen aufnimmt und daß die zweite Fototransistoreinrichtung binär codierte Takteingabestrahlungen aufnimmt und daß die erste lichtemittierende Diodeneinrichtung binär codierte Datenausgabe-Strahlungen aussendet und daß die zweite lichtemittierende Diodeneinrichtung binär codierte Taktausgabestrahlungen erzeugt.
7. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch elektronische Auslesedarstellungseinrichtungen (60, Fig. 1, 2, 3), die mit der Eingabe-/Ausgabeeinheit verbunden sind, wobei der Meßfolgelogiksteuerkreis auf die gleichzeitige Aktivierung der zwei Fototransistoren mittels Lichtstrahlungen mit einem Umschalten der Auslesedarstellung von einem inaktiven Zustand zu einem aktiven Eustand reagiert.
8. Elektrisches Energiemeßgerät nach einem der Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine becherförmige Hefigerätabdeckung (109) aufweist, die eine Frontfläche besitzt, die das Kommunikationsfensterteil zur Obertragung der codierten Strahlungen umfaßt.
9. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Programmdatenquelle eine Frogramraier-Lese-Einrichtung (66, Fig. 1, 3) umfaflt, wie auch ein Sondenglied (134), eine Strahlung sendende und empfangende Einheit (138),die in komplementärer Datenübertragungsbeziehung zu der etrahlungsempfindlichen externen Datenschnittstelle steht, wobei das Sondenglied in Ausrichtbeziehung zu dem Kommunikationsfensterteil des Gehäuses positionierbar 1st, so daß die externe Datenechnittstelle s in gegenseitiger KomnunikationsbeZiehung mit der strahlung sendenden und empfangenden Einheit der Sonde steht, so daß die binär codierten Strahlungen zwischen diesen Elementen und durch das Gehäuse hindurch übertragen werden, wobei die Strahlung sendende und empfangende Einheit des

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Sondengliedes wirksam ist, um binär codierte Strahlungen zu übertragen, und die externe Datenschnittstelle des Meßgerätes auch in der Lage ist, die binär codierten Strahlungen zu empfangen, um die Informationsspeicherung in der Lese-Schreib-Daten-Speichereinrichtung für den auf Zeit basierenden elektrischen Energiemeßbetrieb des Meßfolgelogiksteuerschaltkreises zu bewirken.
10. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kommunikationsfensterteil zurückspringende Ausrichteinrichtungen (150, 152, 153) und das Sondenglied vorspringende Ausrichteinrichtungen (156, 158, 159) umfaßt, die in den zurückspringenden Ausrichteinrichtungen des Kommunikationsfensterteils aufnehmbar sind, so daß die externe Datenschnittstelle des Meßgerätes und die sendende und empfangende Einheit des Sondengliedes zur Kommunikation von binären Strahlungsdaten zwischen sich ausgerichtet sind.
11. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 9 oder 10, wenn abhängig von Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung sendende und empfangende Einheit des Sondengliedes dritte und vierte lichtemittierende Diodeneinrichtungen (160, 162) in optischer Kommunikation mit den ersten und zweiten Fototransistoren der externen Datenschnittstelleneinrichtung aufweist, und wobei die Sonde außerdem dritte und vierte Fototransistoreinrichtungen (164, 166) in optischer Kommunikation mit den ersten und zweiten lichtemittierenden Diodeneinrichtungen der externen Datensdhnittstelleneinrichtungen aufweist, um so vierte getrennte optische Kommunikationswege zwischen dem Sondenglied und dem Meßgerät zu schaffen.
12. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Kommunikationswege einen Dateneingangsweg (68), einen Takteingangsweg (7O), einen Datenausgangsweg (72) und einen Taktausgangsweg (74) für die

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Kommunikation von Daten zwischen der Sonde und dem Meßgerät in synchroner Weise und unter Seriendatenübertragung umfassen.
13. Elektrisches Energiemeßgerät nach einem der Ansprüche

1 bis 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen (24, Fig. 1} zur Erzeugung von Meßimpulssignalen mit einer Rate, die auf die zu messende elektrische Wechselstromenergiegröße reagiert; durch Einrichtungen (46) zur Erzeugung von regelmäßig auftretenden Zeitsignalen; wobei die Dateneingabe-/ Ausgabeeinheit Funktionsanschlüsse und einen externen Unterbrechungseingang (EXT INT) aufweist, wobei mehr re der Dateneingabe-/Ausgabeanschlüsse mit der Lese-Sehreib-Daten-Speichereinrichtung verbunden sind, um Daten zu speichern, die in der Meßfolgelogiksteuerschaltung erzeugt"wurden, und wobei der externe Unterbrechungseingang die Zeitsignale aufnimmt, um Echtzeitdaten in Minuten, Stunden, Wochentagen aufzusummieren und die Echtzeitdaten in der Speichereinrichtung zu speichern, wobei ein anderer der Eingabe-/Ausgabeanschlüsse (26, 27) die Meßimpulssignale aufnimmt, um zumindest einen Parameter der zu messenden elektrischen Energiegröße in unterschiedlichen Zeitkategorien aufgrund der Echtzeitdaten aufzusummieren.
14. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 13, wenn abhängig von Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellungseinrichtungen getrennte Werte des zumindest einen Parameters der elektrischen Wechselstromenergiegröße summarisch darstellt aufgrund der Aufsummierung der Werte in jeder der unterschiedlichen Zeitkategorien.
15. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein gemessener Parameter Wattstundenwerte der zu messenden elektrischen Wechselstromenergiegröße sind.

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16. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellungseinrichtungen numerische Darstellungen von getrennten Wattstunden-Werten sind, die in jedem der unterschiedlichen Zeitkategorien aufsummiert wurden.
17. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellungseinrichtung außerdem numerische Darstellungen der in der Lese-Schreib-Daten-Speichereinrichtung gespeicherten Echtzeitdaten wiedergibt.
18. Elektrisches Energiemeßgerät nach einem der Ansprüche

13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die regelmäßig auftretenden Zeitsignale mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz auftreten, wenn sie der externen Unterbrechung des Meßfolgelogiksteuerschaltkreises zugeführt werden, um die Akkumulation von Echtzeitdaten zu bewirken.
19. Elektrisches Energiemeßgerät nach einem der Ansprüche

bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die die messenden Impulssignale erzeugenden Einrichtungen Einrichtungen (V, I) umfassen, die getrennt die Spannung und den Strom der zu messenden elektrischen Wechselstromenergiegröße aufnehmen.
20. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung der Meßimpulssignale einen Induktionswattstundenantrieb (1O) umfassen, der eine rotierbare Scheibe besitzt, die mit einer Geschwindigkeit rotiert, die proportional zu den augenblicklichen Werten von Spannung und Strom ist und daß Impulsauslöseeinrichtungen vorgesehen sind, um die Meßimpulse aufgrund der Drehung der drehbaren Schreibe zu erzeugen.
21. Elektrisches Energiemeßgerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Zeigerregister (110) zur Anzeige von summierten Werten des Wattstunden-Parameters

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der zu messenden elektrischen WEchselstromgröße vorhanden sind, die aufgrund der Drehungen der drehbaren Scheibe eingestellt werden.

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