S0 Algoritmus

Úvodem

Po mnohaletém vývoji a praktickém testování s velkým množstvím různých měřičů energie (elektroměry, vodoměry, plynoměry atd. - od různých výrobců z ČR i ze světa), a zejména při praktickém nasazování SDS v průmyslovém prostředí (továrny, elektrárny, provozní prostory např. čerpací a tlakové stanice), se podařilo pripravit a nasadit velice kvalitní a propracovaný algoritmus pro zpracování S0 impulsů, který je funkční a odolný snad ve všech reálných případech nasazení.

Informace

Zde je popsán invovovaný algoritmus nasazený od ledna 2021 na:

• SDS první produktové řady - z LM variant pouze SDS MACRO s aktuálním firmware
• SDS první produktové řady - dále jen všechny ST varianty
• SDS druhé produktové řady - všechny SDS.

Pozn. SDS první produktové varianta LM řady mají zachován původní jednoduchý algoritmus. U těchto původních SDS nelze aktualizovaný algoritmus nasadit - použitý procesor to nezvládne. Povedlo se to jen pro SDS MACRO LM, kde je potřeba použít aktuální FW !

Nicméně není problém aby jste si původní SDS varianty LM aktualizovali na variantu ST (příklad: SDS MICRO LM na SDS MICRO ST). Tato aktualizace HW je p'rímočará, SDS jsou z principu záměnná.

Algoritmus

Zachycení S0 impulsu má více částí. Současně se zachycením impulsu měříme i jeho vlastnosti a také časové vztahy mezi jednotlivými impulsy (pro výpočet hodinového respektive okamžitého výkonu).

Mechanické spínače S0 v elektroměrech vyvolávají zákmit (při sepnutí), překmit (v průběhu existujícího sepnutí) a dokmit (po odpadu kontaktu). SDS má algoritmus který umí všechny tyto jevy správně zpracovat, přičemž umožňuje uživateli nastavit si jednotlivé parametry pro doladění práce tohoto algoritmu.

Samozřejmě samotný programový algoritmus není všespásný, je vždy potřeba kombinovat jej se správným zapojením célé S0 smyčky, a správným odrušením (a ideálně i se zamezením souběhů).

Algoritmus nejprve provádí odhalení a odstranění úvodního zákmitu, tedy situace, kdy je S0 kontakt v elektroměru sepnut. Prakticky se zákmit vyskytuje jen u mechanických kontaktů, přičemž u elektroměru s elektronickým spínačem (nejčastěji optočlen nebo dnes nejčastěji PhotoMOS) zákmit prakticky vůbec není (projevují se však jiné jevy, jako je pomalá náběhová hrana, nebo indukované rušení).

V každém případě, algoritmus nejprve čeká určenou dobu (msec, lze nastavit), po jakou musí být signál na S0 vstupu SDS neměnný (aktivní). Jakmile tedy dojde k ustálení, je přistoupeno k druhému kroku (jinak je signál vyhodnocen jako rušení a nepoužit).

Druhým krokem je měření délky pulsu. Signál musí zůstat neměnný po určenou dobu (do které je započítán už proběhnuté odstranění zákmitu), podstatné je že měřený okamžik je brán nikoliv od prvního kmitu, ale až od prvního platného průchodu zákmitovým filtrem. Jakmile je signál neměnný po určenou dobu, je započítán S0 impuls do počítadla.

Spolu s tímto vším se také provádí řada dalších paralelních měření, pro určení dalších parametrů které lze z impulsního vláčku získat (např. pro výpočet výkonů atd.).

Nakonec, po odpadu S0 kontaktu v elektroměru, se filtruje dokmit. Opět, je to primárně vlastnost mechanických kontaktů, které po uvolnění také kmitají, nicméně dokmit může být zaznamenán i v případě elektronických spínačů (např. odražený výkon na vedení). Dokmit je potřeba odhalit a vhodně zpracovat - jinak by mohl způsobit zápis falešných impulsů.

Doba odstraňování dokmitu se opět dá nastavit. Pokud se v době doměřování dokmitu objeví platný impuls (jeho začátek), je korektně započten, není zahozen. Princip zadání hodnoty velikosti dokmitu je zde zejména z důvodu možnosti programově ignorovat krátké propady v platném impulsu (např. několika milisekundové rušení, které způsobí krátkou ztrátu impulsu, přičemž ale impuls ve skutečnosti stále trvá, kontakt v elektroměru je sepnut). Algoritmus umí takovéto propady v těle platného impulsu (kratší než doba dokmitu) správně poznat a vhodně na ně reagovat (nepřerušit impuls).

Vysvětlivky

Časový průběh zobrazuje dva (za sebou následující) S0 impulsy, přesněji průběh proudu S0 smyčkou. Zobrazen je úvodní zákmit, trvání prvního impulsu s rušením v jeho středu, a jeho dokmit (uvolnění S0 kontaktu v elektroměru), a následně je zobrazen druhý kratší impuls (který má zákmit na začátku a dokmit na konci).

• 1 = první zachycená hrana (spínač v elektroměru sepnul = skutečný začátek impulsu)
• 2 = filtr úvodního zákmitu dospěl do platného konce (signál byl konečně trvale stabilní po uživatelem nastavenou dobu)
• 3 = filtr platnosti impulsu dospěl do platného konce (délka je nastavena uživatelem a měří se od začátku platnosti úvodního zákmitu, tedy: od bodu 2 minus délka filtru zákmitu)
• 4 = tělo impulsu
• 5 = signál je pryč, zatím se neví jestli kvůli rušení nebo zda z důvodu že spínač S0 výstupu v elektroměru už vypnul, to se zjistí
• 6 = signál je zpět (doba neurčitosti je kratší než uživatelem nastavená "doba dokmitu")
• 7 = signál je pryč, zatím se neví jestli kvůli rušení nebo zda z důvodu že spínač S0 výstupu v elektroměru už vypnul, to se zjistí
• 8 = signál je nepřítomen po dobu delší než uživatelem nastavená "doba dokmitu"

Filtr úvodního zákmitu, a filtr platnosti impulsu, mají společný začátek - a to poslední náběžnou hranu úvodního zákmitu. Filtr úvodního zákmitu se spouští pro každou náběžnou hranu, a testuje zda-li signál zůstane stabilní (po uživatelem určenou dobu). Jakmile je takový stabilní signál nalezen, je spuštěn filtr platnosti impulsu, který už do sebe započítá provedený test zákmitovým filtrem (takže v důsledku filtr platnosti impulsu začíná na náběžné hraně, od které byl naposledy úspěšně spuštěn filtr zákmitu - tedy od poslední náběžné hrany v zákmitu).

Pokud by se na S0 vstupu SDS objevil impulsy (nebo rušení), které nesplní podmínky vstupních filtrů, budou ignorovány a budou nezapočítány jako platný S0 impuls.

Elektrické zapojení S0 smyčky

Vždy umístěte SDS "na začátek" smyčky, tak, aby se snížil dopad eventuálně indukovaného rušícího napětí.

Je-li hodnota indukce do S0 vedení velká, pomůže zatížit výstup S0 spínače (svorky elektroměru) a/nebo vstup S0 od SDS (svorky SDS) paralelním rezistorem o vhodném odporu (vždy zkusmo, začít na stovkách kiloOhmů a pokračovat s hodnotou směrem dolů, až k desítkám kiloOhmů, možná i níže).

SDS interně obsahuje elektronický filtr, který neumožní registraci falešného impulsu vzniklého indukcí slabých proudů do vedení S0 smyčky. V podstatě se jedná o proudovou a napěťovou bránu (musí být překročen určitý proud smyčkou, a překročeno určité napětí na svorkách vstupu u SDS).

Kritické je i zapojení celé smyčky: vždy nejprve přiveďte + (plus) napětí ze zdroje na 0+ svorku SDS. Odsud, ze 0- svorky, veďte vodič do elektroměru (svorka S0+). Následně nakonec ze svorky S0- proveďte spojení na - (minus, gnd) zdroje.

Tím se dosáhne toho, že jakékoliv rušivé napětí na celé trase od + (plus) zdroje, přes SDS a vodič až do elektroměru, se neuplatní, tedy že tato část smyčky je odolná indukovanému rušení z okolí. Protože, v klidu (když není předávám impuls), je na celém tomto úseku prakticky plné napětí zdroje (a rušením přidané napětí logickou hodnotu už nezmění). Teprve tvrdé spojení s - (minus, gnd), které se stane teprve sepnutím S0 kontaktu v elektroměru, způsobí přenos S0 impulsu do SDS. Opět, v takovém případě je zde vysoká odolnost proti rušení, neboť celá cesta (od O- až po - zdroje) je spojena na nulový potenciál zdroje.

Provést zapojení takto je kritické.

Je velice vhodné vést S0 vedení krouceným párem.

Pozor, při dlouhém S0 vedení se začne projevovat vlastní kapacita tohoto vedení, což bude mít za následek zkreslování impulsů. Dá se to odsledovat jednak z ladících hodnot (např. DPI), a také samozřejmě osciloskopem (tak by se to vždy mělo kontrolovat). Řešení je přiblížit SDS co nejblíže elektroměru, a zbylou vzdálenost překlenout už Ethernetem, nebo alespoň použít vhodné vedení pro S0 smyčku (nízkokapacitní kabel, vhodný kroucený kabel, atd.).

Poznámka:

Pokud je provozní napětí S0 smyčky vyšší než co je doporučené napětí (podle SDS pro daný OPTO vstup), je potřeba do série vložit rezistor. Tento rezistor se vloží hned k SDS, a to mezi svorku O- a vedení do elektroměru (na jeho svorku S0+). Hodnota sériového rezistoru se musí správně spočítat, tak, aby napěťové poměry odpovídali provozním rozsahům.

Typicky SDS pracuje s provozním napětím 12V, a v takovém případě není potřeba externí sériový rezistor doplňovat.

Vysvětlení zkratek

Tak jak jsou v sekci "S0 signál" na webové administraci SDS:

DPI = Délka Posledního Impulsu [msec]

DMI = Doba Mezi Impulsy [msec]

DBI = Doba Bez Impulsu [msec]

SM = stav State Machine (0 = klid, 1 = zákmit, 2 = tělo impulsu, 4 = dokmit)

F = First (zachycen první impuls po zapnutí SDS / resetu S0)

S = Second (zachycen druhý impuls po zapnutí SDS / resetu S0)

Z0 = zákmit/dokmit interní údaj (trvání 0)

Z1 = zákmit/dokmit interní údaj (trvání 1)

PS, TS = časová známka uznaného začátku pulsu

V podstatě vás tyto hodnoty zajímají z hlediska odlazení konfigurace (pro každý S0 vstup zvlášť), dále pro ověření funkce elektroměru (zejména hodnota DPI, která by měla odpovídat dokumentaci elektroměru) a celkově pro ověření funkce celé S0 smyčky (zejména při výskytu rušení).

Také lze odhalit např. trvalý zkrat (SM trvale 2) nebo přerušenou smyčku (jen DBI roste, a ostatní hodnoty stojí).