DE3611680A1

DE3611680A1 - Method for measurement conversion

Info

Publication number: DE3611680A1
Application number: DE19863611680
Authority: DE
Inventors: Herbert Riess; Erich Delago
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1986-04-08
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1987-10-15

Abstract

A plurality of analog input signals are sampled synchronously, the instantaneous values determined are digitised and processed by a sequence controller in accordance with the measurement task placed, and are allocated to the respective output channels. Separate error compensation of all the input channels (E1 to E6) and all the output channels (A1 to An) creates the possibility of changing the linkage between the input and output channels in any desired manner. <IMAGE>

Description

Zur Anpassung elektrischer Meßsignale an die normierten Eingänge von anzeigenden oder verarbeitenden Meßgeräten verwendet man Meßumformer. Diese dienen im allgemeinen dazu, eine bestimmte Eingangsgröße z. B. einen Strom in eine dem Meßbereich des nachgeschalteten Gerätes ange paßte Ausgangsgröße, z. B. einen kleineren Strom oder eine Spannung, umzuformen. Bei einer Leistungsmessung verwendet man darüberhinaus Meßumformer, die mehrere Eingangsgrößen zu einer entsprechend angepaßten Aus gangsgröße, nämlich der Leistung, miteinander verknüp fen. Bei herkömmlichen Meßverfahren erfolgt diese Ver knüpfung durch analoge Bausteine, z. B. nach dem Time- Division-Prinzip.To adapt electrical measurement signals to the standardized ones Inputs from indicating or processing measuring devices one uses transmitters. These generally serve to a certain input variable z. B. a current in one of the measuring range of the downstream device matched output size, e.g. B. a smaller current or a tension to reshape. When measuring performance one also uses transmitters that have several Input variables for a correspondingly adapted Aus correlated with each other, namely the performance fen. In conventional measuring methods, this Ver linking through analog modules, e.g. B. after the time Division principle.

Inzwischen haben sich auch digitale Verfahren zur Meßum formung durchgesetzt, wie sie z. B. aus DE-AS 22 45 426 bekannt sind. Da sich eine digitale Verknüpfung mehrerer Eingangssignale relativ einfach verwirklichen läßt, sind auf digitalen Verfahren beruhende Meßumformer in der Lage, in Zwei-, Drei- und Vierleiternetzen Spannungen, Ströme, Wirkleistung, Blindleistung, Scheinleistung und den Leistungsfaktor zu messen. Die bekannten Meßumformer sind so aufgebaut, daß die zur Lösung der jeweiligen Meßaufgabe erforderlichen Verknüpfungsbefehle in einen Datenspeicher eingegeben und von einer Ablaufsteuerung berücksichtigt werden. Durch die Verknüpfung erfolgt unter anderem die Zuordnung eines oder mehrerer bestimm ter Eingänge zu einem bestimmten Ausgang. Da häufig alle drei Ströme und Spannungen zur Anzeige gebracht werden, daneben aber auch eine Verknüpfung zur Messung der Wirk-, Blind- und Scheinleistung erfolgt, werden in der Regel mehr Ausgänge als Eingänge benötigt.In the meantime, digital methods have also become available for measuring Formation enforced, such as. B. from DE-AS 22 45 426 are known. Since there is a digital link between several Input signals can be realized relatively easily digital transmitters in the Location, in two-, three- and four-wire networks voltages, Currents, active power, reactive power, apparent power and to measure the power factor. The well-known transmitter are built so that the solution to each Linking commands required in a measurement task Data storage entered and from a sequence control be taken into account. Through the link is done among other things, the assignment of one or more inputs to a specific output. Since often everyone three currents and voltages are displayed, but also a link to measure the Active, reactive and apparent power are carried out in the Usually more outputs than inputs required.

Eine einmal festgelegte Zuordnung bestimmter Eingänge zu bestimmten Ausgängen kann nach der Auslieferung eines Meßumformers nicht mehr geändert werden. Zwar wäre es im Prinzip möglich, den Datenspeicher, in dem die Verknüp fungsbefehle abgelegt sind, neu zu programmieren oder auszutauschen, doch würden dann bei neuen Verknüpfungen erheblich größere Meßfehler entstehen. Um nämlich eine hohe Meßgenauigkeit zu erzielen, muß der in der gesamten Meßkette sowohl auf der Eingangsseite wie auch auf der Ausgangsseite durch analoge Bausteine verursachte Fehler in einem Abgleichvorgang korrigiert werden. Der Abgleich kann hardwaremäßig, z. B. durch Widerstandsänderungen oder softwaremäßig, z. B. durch Vorgabe von Korrektur werten in einem Korrekturspeicher, vorgenommen werden. Trennt man nun einen Ausgangskanal von seinen Eingängen, um diese zu neuen Signalen mit einem neuen Ausgang zu verknüpfen, so muß ein neuer Abgleich erfolgen, oder ein größerer Fehler in Kauf genommen werden.Once you have assigned certain inputs to certain exits can be delivered after delivery Transmitter can no longer be changed. It would be in Principle possible, the data store in which the link instructions are stored, reprogramming or exchange, but would then with new links considerably larger measurement errors arise. Namely one To achieve high measuring accuracy, the whole Electrode both on the input side and on the Output side errors caused by analog modules be corrected in a matching process. The comparison can hardware, z. B. by changes in resistance or software, e.g. B. by specifying correction values in a correction memory. If you now separate an output channel from its inputs, to make them new signals with a new output link, a new comparison must take place, or a larger mistakes are accepted.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit dem es gelingt nach erfolgtem Abgleich einen belie bigen Austausch der Verknüpfung von Eingängen und ihre Zuordnung zu den Ausgängen ohne größeren Meßfehler vor zunehmen.The object of the invention is to provide a measuring method in To provide the preamble of claim 1 mentioned type with which a belie exchange the linkage of inputs and their Assignment to the outputs without major measurement errors increase.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich neten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.This object is characterized by in claim 1 Features resolved. Appropriate configurations and Developments of the subject matter of the invention are in the Subclaims called.

Durch einen getrennten Abgleich einerseits der Eingangs kanäle und andererseites der Ausgangskanäle, bei dem jeweils der Nullpunkt- und Endwertfehler ermittelt und korrigiert wird, erfolgt beidseitig eine Normierung, die ein fehlerfreies Zusammenschalten ermöglicht. Dadurch kann der Meßumformer allein durch Änderung seiner Ver knüpfungsdaten an verschiedene Meßaufgaben angepaßt wer den.Through a separate comparison of the input on the one hand channels and other side of the output channels where the zero point and full scale errors are determined and is corrected, there is a normalization on both sides, the enables faultless interconnection. Thereby the transmitter can be changed by changing its ver Linking data adapted to different measuring tasks the.

Die Fehlerkorrektur der Ein- und Ausgangskanäle kann in bekannter Weise hardwaremäßig durch einen Abgleich von Widerständen oder auch softwaremäßig über einen Korrek turspeicher erfolgen. Gegebenenfalls werden beide Ver fahren gemeinsam angewendet, wobei ein Grobabgleich durch Widerstände und ein Feinabgleich durch digitale Korrekturwerte vorgenommen wird. Ein Grobabgleich durch Gegenkopplungswiderstände empfiehlt sich insbesondere dann, wenn der Meßumformer in einem großen Bereich ar beiten muß und eine Übersteuerung der Verstärker verhin dert werden soll. The error correction of the input and output channels can be in hardware known by a comparison of Resistors or software via a correction door storage. If necessary, both Ver drive applied together, taking a rough balance through resistors and a fine adjustment through digital Correction values are made. A rough comparison Negative feedback resistors are particularly recommended then when the transmitter ar in a wide range must work and prevent overdrive of the amplifier to be changed.

Um den Meßumformer an wechselnde Meßaufgaben anzupassen, bieten sich im wesentlichen zwei Lösungsmöglichkeiten an. Entweder läßt sich der Datenspeicher austauschen oder er ist frei programmierbar, wobei die Grenzen die ser freien Programmierbarkeit gegebenenfalls festzulegen sind.To adapt the transmitter to changing measuring tasks, there are essentially two possible solutions at. Either the data memory can be replaced or it is freely programmable, the limits being the this free programmability if necessary are.

Eine Meßanordnung zur Anwendung der Meßverfahren besitzt sechs Eingangskanäle zur Aufgabe von drei Strömen und drei Spannungen eines Drei- oder Vierleiterdrehstromnet zes. Die Zahl ihrer Ausgangskanäle ist größer als die Zahl ihrer Eingangskanäle. Damit nicht trotz Einzelab gleich der Kanäle zusätzliche Fehler entstehen, dürfen die Phasenfehler der Wandler in den Eingangskanälen nicht so groß werden, daß sie die Meßgenauigkeit bei einer Verknüpfung der Eingangssignale beeinträchtigen.Has a measuring arrangement for using the measuring method six input channels to feed three streams and three voltages of a three- or four-wire three-phase network zes. The number of their output channels is larger than that Number of their input channels. So not in spite of individual additional errors may arise just like the channels the phase errors of the converters in the input channels not become so large that the measuring accuracy link the input signals.

Dem Strom- oder Spannungswandler jedes Eingangskanals ist ein Anpassungsverstärker und eine Sample/Hold-Schal tung zugeordnet. Damit alle Eingangskanäle mit einem A/D-Wandler auskommen ist diesem ein Multiplexer vorge schaltet. Dem A/D-Wandler folgt ein Momentanwertspei cher, in dem die digitalisierten Signale abgelegt wer den. Eine Ablaufsteuerung erhält ihre Befehle zu der durch die jeweilige Meßaufgabe vorgegebenen Verknüpfung der im Momentanwertspeicher abgelegten Momentanwerte, aus einem Datenspeicher oder über eine Schnittstelle. Jedem Ausgangskanal ist ein Trennverstärker und ein nachgeschalteter Anpassungsverstärker zugeordnet. Ein Digitalanalogwandler wandelt die ihm aus dem Momentan wertspeicher von der Ablaufsteuerung zugeführten korri gierten und gegebenenfalls verknüpften Momemtanwerte in analoge Werte um. Über ein Steuerwerk werden die Meßsig nale entsprechend den Befehlen der Ablaufsteuerung den verschiedenen Ausgängen zugeordnet.The current or voltage converter of each input channel is a matching amplifier and a sample / hold scarf assigned. So that all input channels with one A / D converter is a multiplexer switches. An instantaneous value feed follows the A / D converter where the digitized signals are stored the. A sequential control system receives its commands for the link given by the respective measurement task the instantaneous values stored in the instantaneous value memory, from a data store or via an interface. Each output channel is an isolation amplifier and a downstream adaptation amplifier assigned. A Digital to analogue converter converts it from the moment corri gated and possibly linked moment values in analog values. The measuring sig nale according to the commands of the sequence control assigned to different outputs.

Die Erfindung wird im folgenden mit Hilfe einer Zeich nung erläutert.The invention is in the following with the help of a drawing explained.

Wie die Zeichnung zeigt, besitzt der Meßumformer, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt, sechs Eingangskanäle E 1 bis E 6 und eine relativ große Zahl von Ausgangskanälen A 1 bis An. Jedem Eingangskanal ist ein Strom- oder Spannungswandler W zugeordnet, dem zunächst ein Eingangsanpaßverstärker 1 und dann eine Sample/Hold-Schaltung 2 folgt. Alle Sample/Hold-Shaltun gen 2 sind auf einen Multiplexer 3 geführt, dessen Aus gangssignal von einem A/D-Wandler 4 einem Momentanwert speicher 5 zugeführt wird. Vor dem nun folgenden D/A- Wandler 9 liegt die Trennungslinie X, die die Eingangs kanäle von den Ausgangskanälen trennt. Das Ausgangssig nal des A/D-Wandlers 9 wird von einem Steuerwerk 10 an die verschiedenen Ausgangskanäle A 1 bis An weitergege ben. Jeder dieser Ausgangskanäle enthält einen Trennver stärker 11 und einen Ausgangsanpaßverstärker 12. Die Koordinierung des Meßablaufs, die Verknüpfung der Ein gangssignale und ihre Zuordnung zu den einzelnen Aus gangskanälen übernimmt eine Ablaufsteuerung 6, der auch ein Korrekturwertspeicher 6 a zugeordnet ist. Ihre Befeh le für die verschiedenen Meßaufgaben erhält die Ablauf steuerung 6 aus einem Datenspeicher 8. Eine Stützstelle 7 dient zur Übernahme externer Befehle.As the drawing shows, the transmitter, in which the method according to the invention is used, has six input channels E 1 to E 6 and a relatively large number of output channels A 1 to An . A current or voltage converter W is assigned to each input channel, which is followed first by an input matching amplifier 1 and then by a sample / hold circuit 2 . All sample / hold shaltun conditions 2 are routed to a multiplexer 3 , the output signal of an A / D converter 4 is supplied to an instantaneous value memory 5 . Before the now following D / A converter 9 is the dividing line X , which separates the input channels from the output channels. The output signal of the A / D converter 9 is passed on from a control unit 10 to the various output channels A 1 to An . Each of these output channels contains a separation amplifier 11 and an output matching amplifier 12 . The coordination of the measuring sequence, the linking of the input signals and their assignment to the individual output channels is carried out by a sequence controller 6 , which is also assigned a correction value memory 6 a . The sequence control 6 receives your commands for the various measurement tasks from a data memory 8 . A support point 7 serves to take over external commands.

Die Wandler W in den Eingangskanälen E 1 bis E 6 decken einen sehr breiten Eingangsbereich ab. Eine grobstufige Anpassung wird deshalb zunächst mit den Eingangsanpaß verstärkern 1 vorgenommen. Die Sample/Hold-Schaltung 2 tastet auf Befehl der Ablaufsteuerung 6 synchron Momen tanwerte von allen Eingangssignalen ab. Durch den Multi plexer 3 werden die Momentanwerte zeitmultiplex dem A/ D-Wandler 4 zugeführt, der die Momentanwerte digitali siert und dem Momentanwertspeicher 5 zuführt. Das Steu erwerk 10 sorgt dafür, daß die vom D/A-Wandler in Ana logsignale rückgeführten Meßsingale entsprechend ihrer Zuordnung parallel an den verschiedenen Ausgängen zur Verfügung stehen. Die Trennverstärker 11 entkoppeln den Meßumformer vom jeweilige Ausgang und die Ausgangsanpaß verstärker 12 dienen zur groben Anpassung an das gefor derte Ausgangssignal.The transducers W in the input channels E 1 to E 6 cover a very wide input range. A coarse adjustment is therefore first made with the input matching amplifier 1 . The sample / hold circuit 2 samples 6 instantaneous values from all input signals at the command of the sequence control. Through the multiplexer 3 , the instantaneous values are time-multiplexed to the A / D converter 4 , which digitizes the instantaneous values and feeds them to the instantaneous value memory 5 . The control unit 10 ensures that the measurement signals returned by the D / A converter in analogue signals are correspondingly available in parallel at the various outputs according to their assignment. The isolation amplifier 11 decouple the transmitter from the respective output and the output matching amplifier 12 are used for rough adaptation to the gefor changed output signal.

Um den Abgleichaufwand möglichst gering zu halten, wäre es zweckmäßig die Meßketten, die sich durch die im Da tenspeicher festgelegten Verknüfungen der Eingangskanäle mit den entsprechenden Ausgangskanälen ergeben, bezüg lich ihrer Meßfehler in einem Abgleichvorgang zu korri gieren. Die durch den Datenspeicher 8 vorgegebene Pro grammierung darf dann aber nicht mehr geändert werden. Erfindungsgemäß erfolgt deshalb ein getrennter Korrektu rabgleich für die Eingangs- und Ausgangskanäle.In order to keep the adjustment effort as low as possible, it would be advisable to correct the measuring chains, which result from the linkages of the input channels with the corresponding output channels defined in the data memory, with respect to their measurement errors in an adjustment process. The programming specified by the data memory 8 may then no longer be changed. According to the invention, a separate correction is therefore carried out for the input and output channels.

Für jeden Eingangskanal E 1 bis E 6 werden getrennte Meß größen vorgegeben und jeweils der Nullpunkt und Endwert fehler ermittelt. Aus den Fehlern lassen sich Korrektur werte berechnen, mit denen die digital abgetasteten Au genblickswerte normiert werden können und so im Momen tanwertspeicher für die gewünschte Verknüpfung zur Ver fügung stehen.For each input channel E 1 to E 6 , separate measurement variables are specified and the zero and end value errors are determined. Correction values can be calculated from the errors with which the digitally sampled current values can be standardized and are thus available in the current value memory for the desired link.

Unabhängig von den abgetasteten Momentanwerten des Ein gangs erfolgt der Abgleich der Ausgangskanäle. Ähnlich dem Abgleichablauf der Eingangsseite sind auch hier die Nullpunkt- und Endwertfehler der einzelnen Ausgangskanä le zu ermitteln, die sich aus der D/A-Wandlung der Sam ple/Hold-Schaltung, des Steuerwerkes und dem jeweiligen Trennverstärker mit dem zugehörigen Ausgangsanpaßver stärker ergeben. Regardless of the sampled instantaneous values of the on The output channels are then compared. Similar the adjustment process of the input side are also here Zero and end value errors of the individual output channels le to be determined from the D / A conversion of Sam ple / hold circuit, the control unit and the respective Isolation amplifier with the associated output adapter more devoted.

Um die Korrekturwerte zu berechnen wird entkoppelt vom Eingang eine digital normierte Nullpunkt- und Endwert größe dem D/A-Wandler zugeführt. Das Steuerwerk wählt nacheinander die Ausgangskanäle an, so daß für jeden Kanal ein eigener Soll-Istwertvergleich durchgeführt werden kann.To calculate the correction values it is decoupled from Input a digitally standardized zero and end value size fed to the D / A converter. The control unit dials successively the output channels so that for each Channel has its own setpoint / actual value comparison can be.

Der jeweilige gewünschte Meßbereich der Eingangsgröße bzw. der Ausgangsbereich des Ausgangssignals wird durch eine grob gestaffelte Hardwarebestückung der Anpassungs verstärker erreicht. Die endgültige Normierung des ge wünschten Wertes innerhalb eines Bereiches erfolgt durch Berechnung von Korrekturwerten, die im Korrekturwert speicher abgelegt und von der Ablaufsteuerung digital berücksichtigt werden. Hierdurch wird eine wesentliche Einsparung in der Fertigung durch Wegfall sonst üblicher Auskurbelwiderstände erzielt.The respective desired measuring range of the input variable or the output range of the output signal is by a roughly staggered hardware configuration of the adaptation amplifier reached. The final standardization of the ge desired value within a range takes place through Calculation of correction values in the correction value stored and digital from the sequential control system be taken into account. This will be an essential one Saving in production due to the elimination of otherwise usual Crank resistance achieved.

Über eine Schnittstelle bzw. durch Austausch eines Spei cherbausteins, erlaubt das Verfahren eine leichte Änder ung der Meßaufgabe (z. B. kann statt Wechselstrom für den gleichen Kanal der Wirkfaktor des Netzes gewählt werden), da der einmal erfolgte Abgleich nicht mehr be rücksichtigt werden muß. Außerdem lassen sich Kennlinie nänderungen wie Knickpunkt oder Spreizung der Kennlinie mathematisch einfach durchführen.Via an interface or by exchanging a memory cherbausstein, the procedure allows an easy change measurement task (e.g. instead of alternating current for selected the same channel the network's factor be), since the adjustment once made is no longer be must be taken into account. In addition, characteristic curve Changes such as kink or spread of the characteristic perform mathematically simple.

Claims

1. A method for measurement conversion, in which a transmitter with several input and output channels scans several analog input signals synchronously, digitizes the instantaneous values determined and processes them according to the measurement task and assigns them to the respective output channels, characterized in that at Each input channel ( E 1 to E 6 ) regardless of its respective link to the output channels ( A 1 to An), a correction of its measurement error is carried out, which includes all links of the input measuring chain ( W , 1 to 5 ) up to and including the A / D converter ( 5 ) detected and also with each output channel ( A 1 to An) regardless of the input channels ( E 1 to E 6 ) a correction of the measurement errors caused by the links of the output measuring chain ( 9 to 12 ).

2. The method according to claim 1, characterized in net that the correction of the input and output channels by correcting the hardware, preferably by Ab resistances and / or through software-based considerations review of correction values in digital processing processing takes place.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the correction values required for digital correction of the input channels ( E 1 to E 6 ) and output channels ( A 1 to An) are each stored in a correction value memory ( 6 a ) and by the sequence control ( 6 ) be taken into account in the measurement signal processing.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the link data corresponding to the respective measurement task are stored in an exchangeable data memory ( 8 ).

5. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the respective measuring task corresponding link data free program are mable, where appropriate by logic agreed programming limits are set.

6. Measuring arrangement for using the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that six input channels ( E 1 to E 6 ) for receiving three currents ( I 1 , I 2 , I 3 ) and three voltages ( U 1 , U 2 , U 3 ) serve a three- or four-wire three-phase network and the number of output channels ( A 1 to An) is greater than the number of its input channels ( E 1 to E 6 ) and the currents ( I ) and voltages ( U ) above Transducers are detected that have such a small phase error that this does not significantly affect the measurement accuracy when the input signals are linked.

7. Measuring arrangement according to claim 6, characterized in that each input channel ( E 1 to E 6 ) is assigned a current or voltage converter ( W ), which is followed by an input matching amplifier ( 1 ) and a sample / hold circuit ( 2 ) and lead to a multiplexer ( 3 ), which passes the input signals time-multiplexed to an A / D converter ( 4 ) and stores the signals in an instantaneous value memory ( 5 ).

8. Meßanorndung according to claim 6 or 7, characterized in that a, preferably led by a processor, process control ( 6 ) the commands to the given by the respective measurement task of the link in the instantaneous value memory ( 5 ) stored instantaneous values, from a data memory ( 8 ) takes or receives via an interface ( 7 ).

9. Measuring arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized in that each output channel ( A 1 to An) is assigned a signal conditioner ( 11 ) and a downstream adaptation amplifier ( 12 ), and a D / A converter ( 9 ) which it supplied from the current value memory (5) by the sequence controller (6), corrected and optionally linked instantaneous values into analog Who the different outputs (a 1 to an) assigns according te converts and a control unit (10) commands the flow control (6).