Brevet FR2543302A1 — publié le 19840928

Appareil de comptage à commande et lecture par ligne téléphonique L'invention a pour objet un appareil de comptage de grandeurs physiques dont la lecture est effectuée par transmission d'informations sur une ligne téléphonique,du type comportant une unité centrale de calcul numérique associée à des moyens de mémorisation et à un modem de liaison avec la ligne téléphonique. L'invention trouve une application importante dans le comptage de l'énergie et de la puissance électriques, notamment en moyenne tension, mais elle peut également s'adapter au comptage de toutes autres grandeurs physiques à condition, comme on le verra plus loin, que la valeur mesurée de la grandeur physique soit représentable par des impulsions électriques de fréquence proportionnelle à la valeur mesurée. On a déjà proposé depuis longtemps de relever à distance des compteurs électromécaniques placés chez l'abonné. Dans le cas de l'énergie électrique, on a notamment proposé d'effectuer le relevé par transmission d'ordres et d'informations sur la ligne électrique elle-même (Fr-A-2 309 104). Ona Egale- ment proposé d'utiliser, comme support de transmission, le réseau téléphonique commuté normal. On peut utiliser dans ce cas une méthode dite "d'appel remontant", chaque compteur étant associé à un ensemble qui appelle un système central de relevé à un instant déterminé inscrit en mémoire. Ces solutions n'ont généralement été envisagées que dans le cadre d'un ensemble extrêmement complexe installé chez l'abonné, permettant de remplir de nombreuses fonctions (article de E. J.CLAIRE, "Sophisticated Services. on -Simple Copper Pair11, TELEPHONV, 13 août 1979, pp. 63-66). Une autre solution (FR-A-2 034 960) consiste à utiliser un appel descendant, un calculateur central couplé à un système d'appel automatique interrogeant tour à tour les différents compteurs Les solutions qui utilisent un organe de comptage électromécanique classique ne sont pas pleinement satisfai santes, comme on va le voir en analysant les caractéristiques de ces organes. Dans les compteurs électromécaniques, la mémorisation et l'affichage sont effectués par des minuteries mécaniques à rouleaux ou à aiguilles. La tarification de la puissance est effectuée, du moins sur les compteurs d'énergie électrique, à partir d'un découpage du temps en tranches de durée constante (10 minutes) Par totalisation des énergies fournies ou consommées pendant ces périodes, le compteur calcule les puissances moyennes appelées au cours de chaque période. Les appareils nécessaires à la tarification de la puissance (par exemple enregistreurs sur papier ou indicateurs de maximum) sont également en technologie électromécanique. -On a-toutefois envisagé également, au cours des derniers temps, des organes de comptage présentant une partie électronique, mais conservant des moyens de mémorisation et d'affichage électromécaniques. Tous ces organes de comptage présentent des inconvénients lorsque la tarification fait intervenir plusieurs paramètres - la réalisation d'un panneau de comptage électrique industriel nécessite une dizaine d'appareils, donc est de coût élevé ; les organes étant différents suivant le type de comptage, et notamment selon la puissance souscrite, plusieurs appareils doivent être changés en cas de modification importante de cette puissance souscrite ; - la -technologie électromécanique ne se prête pas aux télérelevés sur ligne car elle nécessite pratiquement la mise en parallèle d'un comptage électronique, seul moyen pour disposer des données sous la forme adéquate - enfin, la technologie électromécanique ne permet que la fourniture de données brutes : elle exclut par exemple la détermination locale de grandeurs telles que la moyenne quadratique des dépassements. L'invention vise à réaliser un appareil de constitution simple, entièrement électronique, effectuant à lui seul toutes les fonctions d'un panneau de comptage actuel, en outre facilement adaptable à des tarifications diverses, télérelevable par ligne, permettant un traitement en local des informations, et une modification des paramètres de mesure par la ligne. La solution adoptée pour la télétransmission de données n'exige aucune modification ou adjonction de matériel d'aucune sorte au niveau de l'autocommunication du central téléphonique. Pour atteindre ce résultat, l'invention utilise des capteurs électroniques capables de fournir des impulsions à une fréquence proportionnelle à la grandeur, notamment la puissance électrique à mesurer ; et, pour simplifier l'appareil, elle utilise la méthode des appels descendants, suivant laquelle un calculateur central couplé au réseau commuté public par un système d'appel automatique interroge tour à tour les différents compteurs. Un appareil de comptage suivant l'invention, du type. ci-dessus défini, est caractérisé notamment en ce qu'il comporte au moins un capteur fournissant des impulsions à une fréquence proportionnelle à la valeur de a grandeur à mesurer à un compteur d'accumulation de ces impulsions, ledit compteur étant associé par une ligne bus à l'unité centrale qui effectue le calcul des données à relever en fonction de paramètres de comptage stockés en mémoire et provoque leur transfert dans une mémoire vive, le modem étant prévu pour transférer les informations contenues en mémoire vive sur la ligne téléphonique en réponse à un appel provenant d'un système central extérieur. Dans le cas fréquent d'un compteur d'énergie électrique, l'appareil de comptage sera généralement muni de deux capteurs électroniques associés a des transformateurs de mesure de courant et de tension, fournissant des suites d'impulsions électriques dont la fréquence est proportionnelle pour l'un à la puissance active, pour l'autre, à la puissance réactive consommée ou fournie. Chaque impulsion représente donc une quantité d'énergie déterminée. La totalisation de ces impulsions dans la mémoire vive d'accumulation permet de mesurer l'énergie active et réactive en temps réel. En règle générale, l'appareil comportera des moyens réalisant une horloge tarificatrice, fonctionnant soit à partir de la base de temps équipant l'unité centrale, soit à partir d'une seconde base de temps. Ces moyens déterminent à tout instant la date et l'heure et fournissent des tops périodiques. Dans le cas d'un comptage d'énergie électrique où la puissance moyenne est déterminée toutes les dix minutes, les tops seront généralement émis à l'issue de chaque dizaine de minutes ronde. La détermination de la date permet de fixer à chaque instant le poste tarifaire en cours (heure pleine, heure de pointe, heure creuse) en fonction d'un découpage horosaisonnier contenu en mémoire morte, éventuellement re programmable. On peut ainsi ventiler les grandeurs mesurées par poste tarifaire et les mémoriser. Les fonctions ai-nsi rempli-es par l'ap-pareil peuvent en conséquence être définies comme - une fonction de mesure, remplie par un ou plu sieurs capteurs fournissant des impulsions électriques à. une fréquence proportionnelle à la grandeur (par exemple à la puissance électrique consommée ou fournie) - une fonction mémorisation, qui elle--mdene inclut une accumulation temporaire des impulsions provenant des capteurs, et une mémorisation des grandeurs à conserver, avant et/ou après traitement - une fonction traitement, assurée par une unité. centrale de calcul numérique qui sera généralement un microprocesseur - une fonction télétransmission des données par le réseau téléphonique commuté à un centre de gestion, per mettant le télérel-evé à partir de ce centre et la télé commande à partir du centre. A ces fonctions s'ajouteront en général une fonction horloge tarificatrice donnant des paramètres de comptage en -fonction d'une structure tarifaire mémorisée, une fonction sauvegarde des valeurs mémorisées et une fonction affichage local D'autres fonctions susceptibles d'être remplies par l'appareil apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, constitué par un appareil de comptage d'énergie électrique. La description se réfère à la Figure unique qui l'accompagne et qui est constituée par un schéma de principe de l'appareil. Les composants particuliers du mode de réalisation illustré peuvent évidemment être remplacés par d'autres, remplissant des fonctions équivalentes, ou complétés par d'autres donnant des fonctions supplémentaires. L'appareil représenté comporte une unité centrale de calcul 1, qui sera généralement un microprocesseur, reliée à des circuits périphériques qui seront décrits plus loin par une ou des lignes bus 2 véhiculant les signaux d'adresse, de données et de commande. Le microprocesseur est associé à une base de temps a quartz 3, assurant le cadencement, munie de diviseurs et de circuits logiques annexes permettant de fournir l'ensemble des signaux nécessaires à la synchronisation. La fonction d'horloge mentionnée plus haut est assurée par des moyens qui, à partir de la base de temps permanente 3, fournissent la date et l'heure. Dans le cas illustré, ces moyens sont constitués par un composant -unique 4 qui, à partir d'un signal à 215 Hz fourni par la base de temps 3, élabore la date et l'heure et génère, sur une ligne 30, des tops, à intervalles d'une seconde, qui sont pris en compte par l'unité centrale 1 sous forme d'interruptions IT. Les mémoires intervenant dans le fonctionnement de l'unité centrale 1, reliées à la ligne bus 2, comportent - une mémoire programme 5, constituée par une mémoire morte programmable - une mémoire 6 contenant la structure tarifaire. Cette mémoire permet à l'unité centrale 1 de déterminer, à chaque instant, a partir de la date, de l'heure et d'un découpage horosaisonnier stocké en mémoire 6, le poste tarifaire en cours (heures pleines, pointes, heures creuses) ce qui permet de totaliser ou de ventiler, puis de mémoriser, les grandeurs mesurées, par poste tarifaire. Il faut remarquer que cette fonction "horloge tarificatri ce" est intéressante pour d'autres traitements en temps réel de grandeurs mesurées, fonction de l'instant de la mesure et/ou d'un découpage dans le temps, et pas seulement pour l'électricité. - une mémoire vive 7 de stockage de données. Toutes ces mémoires sont directement adressables par le microprocesseur 1 par l'intermédiaire de la ligne bus 2. Le composant 4, la mémoire vive 7 et la base de temps 3 sont alimentés par une batterie de secours 22 rechargeable (batterie au cadmium-nickel en général) qui permet de sauvegarder la date, l'heure et les données en cas de coupure d'alimentation. La fonction mesure est assurée par des capteurs qui comportent, dans le cas représenté, un capteur 8 de puissance active et un capteur.9 de puissance réactive. Ces capteurs peuvent être d'un type.connu quelconque à condition qu'ils fournissent, à partir de signaux d'entrée analogiques représentatifs de la tension U et du courant I mesurés, des impulsions de fréquence proportionnelle aux puissances consommées (ou fournies). Ces capteurs 8 et 9 peuvent être électroniques et placés sur les sorties de transformateurs de mesure de courant et de tension. Chaque impulsion de sortie représente un quantum d'énergie déterminé. La totalisation de ces impulsions permet de mesurer les énergies active et réactive consommées ou fournies, en temps réel. Toute autre grandeur physique pourrait de même être mesurée en temps réel en utilisant des capteurs différents. Dans le cas de mesure d'énergie électrique, la fréquence choisie pour-ra être de 10 Hz par W ou par VAr. Une impulsion correspondra alors à 0,1 9 a la sortie des transformateurs de mesure. L'appareil représenté comporte un témoin lumineux 11 muni d'un circuit diviseur. Ce témoin clignotera ainsi à une fréquence proportionnelle à la puissance consommée Un circuit d'entrée-sortie 10 relié aux capteurs 8 et 9 et à la ligne bus 2 remplit plusieurs fonctions. Il comporte des compteurs qui totalisent les impulsions et permet l'interrogation périodique de ces compteurs par l'unité centrale 1. De plus, ce circuit gère - un premier afficheur 12, à 16 caractères alphanumériques par exemple, qui donne en permanence l'heure et la date ; - un afficheur 13, à 40 caractères alphanumériques par exemple, qui donne en permanence l'énergie active dans le poste tarifaire en cours, ainsi que, en clair, l'indication de ce poste tarifaire. Ce deuxième afficheur 13 peut également être prévu pour faire défiler toutes les variables mémorisées par l'appareil, en réponse à une commande manuelle qui sera mentionnée plus loin. La fonction télétransmission est réalisée par une carte modem 16 de type commercial, conforme à l'avis V23 du CCITT et intégrant la procédure de réponse automatique normalisée donnée par l'avis V25 du CCITT. Cette carte modem est branchée sur une ligne 32 du réseau téléphonique commuté. En règle générale, étant donné qu'on utilise une procédure d'appel descendant, on affectera une ligne téléphonique spéciale au télérelevé : la carte modem est ainsi branchée directement sur la ligne. La carte modem 16 communique avec la ligne bus 2 et l'unité centrale 1 par un émetteur-récepteur asynchrone/synchrone universel (USART) 17 de transmission des données. La carte 16 communique également avec la ligne bus par un circuit d'entrée-sortie 18, similaire au circuit 10, qui assure la gestion du décrochage après appel. Un voyant lumineux 19 peut être prévu pour visualiser la présence d'un échange de données. L'ensemble'des tâches qui se déroulent dans l'appareil est synchronisé par un moniteur temps réel multitâches incorporé à l'unité centrale 1. Ce moniteur est activé périodiquement, typiquement toutes les 10 ms, par une interruption sur la ligne 34. Les interruptions sont générées par divers composants et notamment - par une logique 21 de détection de coupure secteur (ligne 33), qui permet à l'unité centrale I de sauvegarder le contexte en mémoire 7, - par le circuit d'entrée-sortie 18 (ligne 34), - par un contrôleur d'interruption 15 (ligne 35). Le contrôleur d'interruption 15 prend en compte et gère toute une série de commandes d'introduction provenant d'autres éléments. En particulier, le contrôleur 15 reçoit un top par seconde, provenant du composant 4, et les commandes d'interruption, d'entrée et de sortie fournies par l'émetteur-rEcepteur 17, respectivement sur les lignes 36 et 37. Le contrôleur peut également être prévu pour recevoir des interruptions provenant, sur des lignes 38, dgun bloc de commande manuelle à boutons poussoirs 14 permettant la remise à l'heure de l'appareil, la commande du défilement des valeurs mémorisées sur l'afficheur 13, la modification en local de certains paramètres, tels que la puissance souscrite, les coefficients de transformation, etc. Enfin, l'appareil comprend encore un chien de garde 20, activé par la.base de temps 3 et remis a zéro périodiquement par un programme, qui génère automatiquement un ordre de restauration RESET dans le-cas où l'unité centrale. 1 est bloquée. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un appareil destiné au comptage de énergie électrique en moyenne tension peut comporter les éléments suivants, qui peuvent évidemment être remplacés par d'autres éléments du commerce ou par un circuit spécialement adapté. Unité centrale 1 : Microprocesseur NSC 800 (N.S.) Composant 4 (horloge) : MM 58 167 (N.S.) Circuits d'entrée-sortie NSC 810 (N.S.) 10 et 18 Contrôleur d'interruption : IN 8259 USART 17 : IN 8251 Mémoire de stockage 7 : RAM de 8octets en C-MOS Mémoire programme 5 : PROM, 12 kOctets Mémoire de structure tarifaire 6 : PROU, 2 kOctets tes circuits actifs du système seront généralement constitués en C-MOS, notamment ceux alimentés par la batterie 22. L'utilisation d'un microprocesseur pour remplir la fonction de traitement de données permet une grande souplesse d'emploi. Le traitement peut être très varié, notamment pour tenir compte des besoins. A titre d'exemple, le programme peut être prévu pour que l'unit! centrale effectue le calcul des grandeurs suivantes - énergie active consommée (ou fournie) dans chacun de trois postes tarifaires, depuis la mise en service de l'ap- pareil et par mois, - énergie réactive consommée (ou fournie) dans chacun de trois postes tarifaires, depuis la mise en service de l'appareil et par mois, - puissances moyennes "dix minutes" actives et réactives consommées (ou fournies) dans les tranches de temps déterminées par les tops 10 minutes de l'horloge tarificatrice 4 - maximum des valeurs des puissances moyennes "dix minutes", en actif et réactif, par tranche tarifaire et par mois, - nombre de fois que la puissance moyenne 10 minutes a dépassé un seuil de "puissance souscrite", par tranche tarifaire et par mois, - énergie totale de dépassement consommée (ou fournie) au-dessus de ce seuil de puissance, par tranche tarifaire et par mois, - moyenne quadratique des dépassements, données par-la formule Vz ap2, où AP est la puissance moyenne 10 minutes en dépassement de la puissance par tranche tarifaire et par mois souscrite. Les valeurs peuvent être calculées en kw, kwh, kVar, kVarh réels, du fait que appareil prend en compte dans les calculs les valeurs des coefficients de transformation. De même, les formules de dépassement peuvent être appliquées grâce à la mémorisation des puissances souscrites dans l'appareil. La liste ci-dessus est non exhaustive. La fonction mémorisation peut de même hêtre plus ou moins étendue suivant les besoins, en modifiant la taille de la mémoire vive 7. On peut, par exemple, stocker les puissances moyennes sur une mémoire, de manière dynamique, c'està-dire avec un décalage permanent dans le temps. Toutes les puissances moyennes des "dix minutes" précédentes, remontant ainsi jusqu'à une semaine avant l'instant d'interrogation sont donc disponibles, en tant que données "brutes". Les valeurs des autres paramètres (énergies, puissances maximum, nombre de dfipassements,...) peuvent être mémorisées sur une période plus longue, par exemple pour le mois qui précède le mois d'interrogation. Enfin, la fonction télétransmission de données, assurée par la carte mode-m 16, l'émetteur-récepteur 17 et le circuit d'entrée-sortie 18, permet de réaliser de nombreuses fonctions, en plus de la collecte sélective, par un central éloigné, de toutes les valeurs de comptage, brutes ou après traitement, conservées en mémoire vive 7. En particulier, il est possible de prévoir la collecte de l'heure pour vérification ; la collecte d'alarmes correspondant à des conditions anormales d'exploitation ; et,dans le sens descendant, à l'aide d'une télécommande, une modification à distance de parametres intervenant dans les calculs, ainsi que la mise à l'heure et l'envoi aux compteurs d'ordres de tarification exceptionnelle. On voit que l'invention permet de réaliser un appareil remplissant toutes les fonctions d'un panneau de comptage électrique industriel actueI de façon purement électronique, à composants purement statiques, pouvant être rassemblés dans un seul coffret. Au surplus, l'invention permet de remplir de nombreuses fonctions qui s'ajoutent à celles d'un panneau de comptage classique. REVENDICATIQNS 1. Appareil de comptage de grandeur physique- dont la lecture est effectuée par transmission d'informatiôns sur une ligne téléphonique (32), comportant une unité centrale de calcul numérique (1) associée à des moyens de mémorisation (7) et à un modem (16) de liaison avec la ligne téléphonique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur (8,9) fournissant des impulsions à une fréquence proportionnelle à la valeur de la grandeur à mesurer à un compteur (10) d'accu- mlation des impulsions, ledit compteur étant associé par une ligne bus (2) à l'unité centrale qui effectue le calcul des données à relever en fonction de paramètres de comptage stockés en mémoire morte et provoque leur transfert dans une mémoire vive appartenant aux moyens de mémorisation, le modem étant prévu pour transférer les informations contenues en mémoire vive sur la ligne téléphonique en réponse à un appel provenant d'un système central extérieur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (4) constítuant une horloge tarificatrice, fonctionnant à partir de la base de temps (3) équipant l'unité centrale ou à partir d'une autre base de temps, fournissant à tout instant la date et l'heure. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, destiné au comptage d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il est muni de deux capteurs él-ectroniques associés a des transformateurs de mesure de courant et de tension, fournissant des suites d'impulsions électriques dont la fréquence est proportionnelle pour l'un à la puissance active, pour l'autre à la puissance réactive consommée ou fournie, chaque impulsion représentant une quantité d'énergie déterminée.- 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire morte (6) donnant la structure tarifaire de comptage. 5. Appareil selon-l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modem (16) est associé à la ligne bus (2) par l'intermédiaire d'un émetteu-r- récepteur de type universel (17) et d'un circuit d'entrée sortie (18) de gestion du décrochage. 6. Appareil selon -la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un contrôleur d'interruptions (15) capable d'émettre des ordres d'interruption vers ltunité centrale (1) en réponse a des demandes d'interruption provenant du modem (16), de l'émetteur-récepteur (17 et des moyens constituant horloge tarificatrice (4), le circuit d'entrée-sortie (18) associé au modem étant égale- ment prévu pour émettre des interruptions vers le moniteur incorporé à l'unité centrale. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens à commande manuelle de génération d'interruptions et de commande d'affichage de données mémo risée dans l'appareil.