Анализатор гистограммы отклонений напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 1104530 511 С 06 Р 15/36 г) К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ блоки памяти, элементы НЕ, причем выход первого элемента НЕ соединен с первым входом элемента И, вход первого элемента НЕ подключен к выходу генератора выборки, который соединен соответственно с входом синхронизации регистра и входами установки в "0 первого и второго распределителей уровней, выходы регистра подключены к адресным входам второго и третьего блоков памяти, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом первого распределителя уровней, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы которого подключены соответственно к входу записи двоич но-десятичного счетчика, к входу установки в 0 первого триггера к входу второго элемента НЕ, к входу /1 11установки в 0 второго триггера , к входам з аписи второго и третьего блока памяти и к тактовому входу второго распределителя уровней , и ервый , второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами ОСУДАРСТВЕНИЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехническийинститут им. Серго Орджоникидзе(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 780190, кл. С 06 Р 15/36, 1978.2. Авторское свидетельство СССРР 993469, кл . С 06 Р 15/36, 198 1(54)(57) АНАЛИЗАТОР ГИСТОГРАММЫОТКЛОНЕНИЦ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащийпервый блок памяти, аналого-цифровОй преобразователь, вход которогоявляется входом устройства, выходаналого-цифрового преобразователяподключен к информационному входурегистра, выходы которого соединеныс адресными входами первого блокапамяти, двоично-десятичный счетчик,элемент И, первый триггер, генератор выборки, тактовый генератор,первый распределитель уровней, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом записидвоично-десятичного счетчика и входомзаписи первого блока памяти, информационные выходы которого соединеныс информационными входами двоичнодесятичного счетчика, выходы которого подключены к информационным входампервого блока памяти, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в неговведены второй триггер, элементИ-НЕ, второй распределитель уровней,блок индикации, второй и третий считывания третьего, второго и первого блоков памяти и с первым входомблока индикации, второй вход которого подключен к информационнымвыходам первого, второго и третьегоблоков памяти, которые соединеныс информационными входами двоичнодесятичного счетчика, причем информационные входы второго и третьегоблоков памяти подключены к информационным выходам двоично-десятичногосчетчика, тактовый вход двоичнодесятичного счетчика соединен с выходом элемента И-НЕ, первый вход11 Г)453 Г) которого подключен к вьходу второгоэ,пемента НЕ, второй вход элементаИ-НЕ соединен с прямьм выходом второго триггера, вход установки в п 1 нкоторого подключен к прямому выходу Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислитепьной технике и может быть использовано в электроэнергетике для получения гистограммы отклонений напряжения в электрических сетях промьшпенных предприятий и энергосистем,.Известен статистический анализатор, содержащий входной преобразова" тель переменного напряжения в посто О янное, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, блок задержки, оперативное запоминающее устройство, счетчик с возможностью предварительной записи информации 1 11,15Недостатками статистического анализатора является его недостаточно высокая надежность, а также возможность получения недостоверной информации, 20Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является статистический анализатор отклонений напряжения, содержащий входной преобразователь переменного 25 напряжения в постоянное, аналогоциФровой преобразователь, регистр памяти, блок управления, оперативное запоминающее устройство, двоична-десятичный счетчик с возможностью предварительной записи информации, генератор прямоугольных импульсов, элемент И триггер, распределитель уровней, цифровой индикатор 2 3.Недостатком известного устройства является его недостаточно высокая над ежнос т ьЦелью из обр ет ения является повышение надежности устройства.указанная цель достигается тем, что и анализатор гистограммы отклонений напряжения, содержащий первый блок памяти аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, а выходы подпервого триггера, вход установки в "1",которого соединен с вьходом элементаИ, второй вход которого подключенк выходу переноса двоично-десятичного счетчика,2ключены к информационным входам ре - гистра, выходы которого соединены с адресными входами первого блока памяти, двоично-десятичный счетчик элемент И, первый триггер, генератор выборки, тактовый генератор, первый распределитель уровней, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом записи двоично-десятичного счетчика и входом записи первого блока памяти, информационные выходы которого соединены с информационными входами двоично-десятичного счетчика, вьходы которого подключены к информационным входам первого блока памяти, дополнительно введены второй триггер, элемент И-НЕ, второй распределитель уровней, блок индикаци, второй и третий блоки памяти, элементы НЕ, причем выход первого элемента НЕ соединен с первым входом элемента И, вход первого элемента НЕ подключен к выходу генератора выборки, который соединен соответственно с входом синхронизации регистра и входами установки в О первого и второго распределите - лей уровней, выходы регистра подключены к адресным входам второго и третьего блоков памяти, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом первого распределителя уровней, второй, третик, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы которого подключены соответственно к входу записи двоично-десятичного счетчика, к входу установки в Орвого триггера, к входу второго элемента НЕ, к входу установки в "О" второго триггера, к входам записи второго и третьего блоков памяти и к тактовому входу второго распределителя уровней, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно свходами сГитьваия тРетт его второго и первого блоков памяти и с первым входом блока индикации, второй вход которого подключен к информационным выходам первого, второго и третьего блоков памяти которые соединены с информационными входами двоично-десятичного счетчика, причем информационные входы второго и третьего блоков памяти подключены к информационным выходам, двоичнодесятичного счетчика, тактовый вход двоично-десятичного счетчика соединен с выходом элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ, второй вход элемента И-НЕ соединен с прямым выходом второго триггера, вход установки в "1" которого подключен к прямому выходу первого триггера вход установки в "1" которого соедидинен с выходом элемента И, второй вход которого подключен к выходу переноса двоично-десятичного счетчика.На фиг. 1 приведена структурная схема анализатора; на фиг. 2 - графики напряжений на ее элементах; на фиг. 3 - структурная схема цифрового индикатора устройства.Анализатор содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, вход которого является входом устройства, а выходы подключены к информационным входам регистра 2, выходы которого соединены с адресными входами первого 3, второго 4 и третьего 5 блоков памяти (БП), информационные выходы которых соединены с вторым входом блока 6 индикации и информационными входами двоично-десятичного счетчика 7 с возможностью предварительной записи информации, информационные выходы которого соединены с информационными входами БП 3 - 5, генератор 8 выборки, тактовый генератор 9, первый 10 и второй 11 распределители уровней (РУ), первый 12 и второй 13 элементы НЕ, элемент И 14, элемент И-НЕ 15, первый 16 и второй 17 триггеры, причем выход генератора 8 выборки соединен с входом синхронизации регистра 2, входами установки нуля распределителей 10 и 11 и входом первого элемента НЕ 12, вьгход тактового генератора 9 соединен с тактовым входом первого распределителя 10, выходы которого соединень соответственно второй -с входом записи двоично-десятичногосчетчика 7, третий - с входом установки в "0" первого триггера Ь, четвертый - через второй элемент НЕ 13с первым входом элемента И-НЕ 15,пятый - с входом установки в "0"второго триггера 17, шестой - с входами записи первого 3, второго 4 итретьего 5 блоков памяти, седьмой -с тактовым входом блока распределителя 11 уровней, первый, второй итретий выходы которого соединенысоответственно с входами считываниятретьего 5, второго 4 и первого 3блоков памяти и с первым входом бло -ка 6 индикации, выход первого элемента НЕ 12 через элемент И 14 связанс входом установки в " 1" первоготриггера 16, прямой выход которогосоединен с тактовым входом второготриггера 17, прямой выход которогочерез элемент И-НЕ 15 соединен стактовым входом двоично-десятичногосчетчика 7, выход переноса которогосоединен с первым входом элементаИ 14.Блок 6 индикации содержит дешифратор 16 из двоично-десятичного кодав десятичный, высоковольтные инверсные выходы которого связаны соответ-,ственно с соединенными параллельномежду собой катодами газоразрядныхиндикаторных ламп 19 - 21, аноды.которых через коммутаторы 22-24тока и резисторы 25-27 подключены 35к шинеисточника анодного питанияламп Е;, причем информационные входы дешифратора 18 соединены соответственно с вторым входом блока 6 индикации, а управляющие входы коммутаторов 22-24 тока соединены соответственно с первым входом блока б индикации.Анализатор выполнен и-канальным 45(где и. - число уровней анализа,равное числу разрядов искомой гистограммы отклонений напряжения)Групповые, многоканальные связи междуэлементами на фиг. 1 показаны утолщенной линией, единичные - тонкой.50При этом выходы второго распределителя 11 уровней связаны с групповымпервым входом блока 6 индикации следующим образом: выход а второго РУ11 связан с входом а блока 6 инди, катора (фиг,3), выход Ь РУ 11 свя-,зан с входом Ь блока 6 и т,д. Всеостальные групповые связи, показанные.в рассматриваемом на фиг, 1 при(1) 40 110453 мере устройства утолщенной линией, обозначают четыре единичные связи, каждая из которых соответствует определенному разряду 4-разрядного двоичного числа, представленного в коде 8-4-2-1. Причем в каждой группе между собой объединяются (в связях между элементами 2-7 на фиг. 1) только единничные связи, соответст-вующие определенному двоичному Раз О ряду 4-разрядного кода. Например, выхоцы регистра 2 и адресные входы блоков 3-5 памяти устройства соединены следующим образом: выход младшего Разряда (или 1 ) регистРа 2 связан с объединенными между собой адресными выходами младшего разряда А 1 блоков 3-5 памяти, выход "2" регистра 2 связан с объединенными меж" ду собой адресными входами А 2 блоков 3-5, выход "4" регистра 2 связан с входами АЗ блоков 3-5 выход "8" регистра 2 связан с входами А 4 блоков 3-5. Аналогично выполнены групповые связи между блоками 3-7. у 5Ширина младшего значения разряда (МЗР) АЦП 1 йо равняется ширине разряда искомой гистограммы отклонений напряжения дП. Аналоговая величина подаваемого на входа АЦП 1 напряжения преобразуется на его выходах в двоичное число, В анализаторе используется АЦП 1 следящего типа, очередное изменение кода на выходах которого происходит лишь35 после того, как входное напряжение Ц изменяется на ширину МЗР 5 Ц.Число двоичных разрядов (выходов) преобразователя 1 определяется формулой О бщего: п= 16, 0 =4, ш=3. Принеобходимости указанные значения параметров могут быть выбраны другими,В анализаторе процесс накопления информации сочетается с процессом ее динамической индикации на цифровом табло блока 6 индикации.Накопление информации в процессе анализа. осуществляется с помощью счетчика 7, а ее хранение - в ячейках блоков 3-5 памяти. Для записи и хранения в любом канале устройства памяти анализатора ш-декадное десятичное число представляется в виде ш 4-разрядных двоичных слоев в коде 8-4-2-1, причем номер декады записанного в канале слова соответствует номеру десятичного разряда числа и одновременно номеру блока памяти анализатора, а значение декады - десятичной цифре этого разряда. В частности в блоке 5 памяти записываются значения декад единиц чисел, хранящихся в различных каналах устройства памяти анализатора, в БП 4 - значения декад десятков этих же чисел, в БП 3 - значения декад сотен чисел. Для возможности параллельного объединения выходов в анализаторе используются БП 3-5 такого типа, у которых усилители считывания выполнены с открытыми коллекторными выходами (например, К 155 РУ 2), При такой органиэации устройства памяти анализатора счетчик 7 выполняется однодекадным.Режимы работы БП 3-5, которые зависят от уровней напряжений на их управляющих входах записи Ч 1 и считывания Ч 2, задаются таблицей.0 О 50 0 Коду числа на выходах АЦП 1 соответствует номер разряда искомой гистограммы отклонений напряжения: коду 0001 - первый разряд гистограммы, коду 0010 - второй разряд гистограммы и т,д,Суммарная емкость блоков 3-5 памяти устройства равняетсяЕ=п -ш 4, (2) где ш - число десятичных разрядов (декад) максимальной выборки отклонений напряжения М = 10 , которая может быть накоплена в каждом канале блока памяти анализатора.В качестве примера на фиг, 1 изображена схема устро йства, имеюУровни напряжений науправляющих входах Запись информацииПередача информации на выход без записиСчитывание информацииХранение инфор- мации7 1104В первых трех режимах (записи, передачи и считывания информации) коды, приложенные к информационным входам БП 3-5, одновременно имеются .и на их выходах; в режиме хранения5 информации выходные транзисторы усилителей считывания блоков 3-5 находятся в закрытом состоянии и, слеговательно, информация на выходы блоков не подается.В каждом канале устройства памятианализатора накапливаются статистики для построения разрядов гистограммы отклонения напряжения. Номера каналов задаются адресными входами блоков 3-5. Каждому адресу соответствует определенный разряд измеряемого статистического распределе- .ния: адресу 0001 - первый разрядгистограммы отклонений, адресу 0010 -20второй разряд гистограммы и т,д.Генератором 8 вырабатываютсяимпульсы выборки случайного процесса изменения отклонений напряжения.Генератором 9 задается тактовая25частота устройства. Импульсы Генератора 9 поступают на вход 7-канального распределителя 10 уровней, повыходам которого при этом сканируетуправляющий нулевой уровень напряжения (Ц на фиг. 2), обеспечивая неЗОпрерывное накопление информации вБП 3-5. Причем в конце каждого такта работы первого распределителя 10уровней отницательным импульсом сего седьмого выхода переключаетсявторой распределитель 11, которыйнулевым напряжением своих выходовпоочередно. управляет накоплением ин"формации в блоках 3-5, а также согласованно динамической индикацией 40этой информации газоразрядными лампами 19.-21,Перед измерениями содержимое БП3-5 и источника 7 обнуляется, триггеры 16 и 17 также устанавливаются 45в нулевое состояние,После этого начинается процесс накопления информации, который продолжается в течение определенного отрезка времени Т (часа, смены, суток 50и т,д.) .Рассмотрение алгоритма работыустройства начнем с момента времени С (фиг. 2), в который осуществляется очередная выборка отклонений напряжения. В момент выборкинапряжение Н находится в третьемразряде АЦП 1, на его выходах при 530 8этом присутствует код 0011. В третьем канале устройства памяти анализатора, информация которого накапливается в ячейках БП 3-5 с адресами0011, в результате нредьдущего анализа было зафиксировано, например,139 попаданий напряжения Н в моментвыборки в третий разряд АЦП 1.Импульсом с выхода генератора 8выборки (Н на Фиг. 2) в моментвремени Ткод АЦП 1 0011 записывается в регистр 2, устанавливаютсяв нулевое состояние распределители10 и 11, а также после прохождениячерез элементы НЕ 12 и И 14 (к вто"рому входу которого приложено единичное напряжение с выхода переносасчетчика 7) переводится в единичноесостояние первый триггер 16. Приэтом выходной код регистра 2 прикладывается к адресным входам БП 3-5,а на первых выходах РУ 1 О и 11появляется нулевой уровень напряжения аНачиная с момента временис первого выхода РУ к входу считывания БП 5 и управляющему входу коммутатора 24 тока приложено нулевоенапряжение. В результате (таблица)хранящийся в БП 5 по адресу 0011код числа "9" (т,е. 1001) прикладывается к информационнь 1 м входам счетчика 7 и второму входу блока 6 индикации. При этом на лампе 21 заго"рается цифра "9".Очередно импульс генератора 9переводит первый распределитель 10в состояние "01" (в момент времени 1 ), при котором нулевое напряжение появляется на его втором выходе, связанном с входом записидвоично-десятичного счетчика 7. Приэтом в счетчик 7 из БП 5 записывается число "9" (1001).Следующий импульс генератора 9(в момент времени Т ) приводит кпоявлению нулевого уровня напряжения на третьем выходе первого распределителя 10, переводящего первыйтриггер 16 в нулевое состояние При.этом задним фронтом напряжения спрямого выхода первого триггера 16второй триггер 17 переводится в3единичное состояние,При следующем срабатывании первого распределителя 10 (в моментвремени С) появляющееся на егочетвертом выходе нулевое напряже-,,ние преобразуется элементом НЕ 31104530 10тока и БП 4. Согласно комбинациисигналов на,управляющих входах (таб -лица) блок 4 памяти переходит в режим считывания информации, и ца еговыходах появляется хранящееся поадресу 0011 число ц 3 ц (0011, н двоичном коде), которое прикладывается кинформационным входам двоично-десятичного счетчика 7 и второму входублока 6 индикации. В результате, начиная с момента времени 1, на индикаторной лампе 20 десятков числазагорается цифра "3".Далее повторяется весь цикл ра 15боты первого распределителя 10; вмомент времени ) из БП 4 н счетчик8 ц ц7 записывается число 3" (0011); нмомент временипереводится в нузлевое состояние первый триггер 16,20который своим выходным напряжениемопрокидывает в единичное состояниевторой триггер 17; в момент времени1 на выходе элемента И-НЕ 15 появляется отрицательный импульс напряжения, увеличивающий содержимое 25двоично-десятичного счетчика 7 наединицу - оно становится равным "4"в момент времени С, возвращается висходное нулевое состояние второйтриггер 17 в момент времени 1 , .число "4" записывается в БП 4 исоответственно на индикаторной лампе20 десятков числа загорается цифрав момент времени С, второй РУ11 переводится в состояние "02" и35 т.д.В следующем такте работы перногораспределителя 10, который начинается в момент времени 1 с выходовБП 3 к втароиу входу блока 6 инди 40 кации приложено число "1" - на индикаторной лампе 19 сотен числазасвечена цифра "1". В этом тактеработы первого распределителя 1 Отриггеры 16 и 17 находятся н нуле 45 ном состоянии, элемент И-НЕ 15 закрыт для импульса с 4-го выхода РУ10 и поэтому содержимое счетчика 7(равное "1") в момент временине увеличивается, а в момент време 50 ни 1 без изменений возвращается вБП 3, Весь этот такт работы первогоРУ 10 на лампе 19 горит цифра "1".После переключения второго РУ 11(н момент времени й ) вновь в состо 1155 якие ц 00" на его первом выходе появ 9в единичное и прикладьнается кпервому входу элемента И-НЕ 15. Поскольку с и мента временик второму входу элемента И-НГ 15 спрямого выхода второго триггера 7приложено единичное напряжение, навыходе элемента И-НЕ 15 ца ицтерваЛЕ ВРЕМЕЦИ 14 -ПОЯВЛЯЕтСь ОтРИЦательный импульс напряжения (115 нафиг. 2), повторяющий напряжение четвертого выхода первого РУ 10. Этотимпульс прикладывается к тактовомувходу двоично-десятичного счетчика7. Поскольку содержимое счетчика 7равняется в этот момент девяти, тона его выходе переноса на интервалепоявляется также отрицатель 5ный импульс напряжения, которыйпосле прохождения через элемент И14 (к второму входу которого приэтом приложено единичное напряжение с выхода первого элемента .НЕ 12)переводит в единичное состояние первый триггер 16. Оканчивающийся отрицательный импульс элемента И-НЕ 15своим передним фронтом н момент времениувеличивает содержимое двоично-десятичного светчика 7 на единицу, которое при этом становитсяравным нулю (поскольку перед этимоно было равно девяти),Появляющийся н момент временина пятом выходе первого РУ 10 отрицательный импульс напряжения возвращает в нулевое состояние второйтриггер 17,В следующем такте работы распределителя 10 появляющееся на егошестом выходе нулевое напряжение(в момент времени с ) управляетзаписью (таблица) в БП 5 по тому жеадресу 0011 нового числа "0" (0000)содержащегося в счетчике 7; соответственно на индикаторной лампе 21 единиц числа загорается также цифра0. Воздействующий при этом науправляющие входы записи Ч 1 блоков3 и 4 памяти нулевой уровень напряжения не приводит к, записи в нихинформации (таблица).В следующем такте работы первогораспределителя 10 на его седьмомвыходе появляется нулевое напряжение (в момент времени С), которыйпереводит второй преобразователь 11в состояние "01". При этом нулевоенапряжение с второго выхода РУ 11(0 и на фиг. 2) прикладывается куправляющим входам коммутатора 23 ляется управляющий нулевой потенциалВ результате на блоке 6 индикациизасвечивается цифра единиц числа,накопленного в течение анализа втретьем канале памяти устройства,а именно 0. В момент времени1 Вна табло блока 6 индикации засвечивается цифра десятков числа "4", вмомент времени 1, - цифра сотенчисла 1 и т.д,Поскольку переключения второго РУ 11 происходят с достаточно высокой частотой (частота тактового генератора 9 выбирается в интервале 10-20 кГц), на табло блока 6 индикации непрерывно наблюдается число "140"При следующей выборке отклонений напряжения осуществляется аналогичная операция. Посл е на копл ения доста точ но б он ьщого объема информации по содержимому БП 3-5, которое опрашиваетсяс помощью блока 6 индикации, строит ся гистограмма отклонений напряжения,По плавной кривой распределенияплотности вероятностей отклоненийнапряжения Г(7), получаемой из гистограммы, выполняется оценка качества электрической энергии контролируемой сети согласно ГОСТ 13109-67.Преимуществами предлага.емогоанализатора по сравнению с известными являются большая экономичностьи надежность схемы, меньшая стоимость и потребляемая мощнос.ть элементов, обусловленные новой организацией структуры устройства памяти .оставитель И. Мухинехред С.Мигунова тор О.Била Иванов педак каз 5 б 2/3 одписно Тираж11 И 11 ПИ Государств по делам изобрет 35, Москва, ЖКВыюа 3 пм РУ У