Г.А.Л._Изб. раб. по АСКУЭ

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

61

метрологических требований с низового уровня отдельных измерений, представленных в цифровой форме с заданной погрешностью, на сложную цифровую систему в целом? Вопрос остался открытым.

Противоречивые мнения участники конференции высказывали и относительно целесообразности введения со стороны НП «АТС» понятия АИИС КУЭ (АИИС Коммерческого Учета Электроэнергии) и его противопоставления устоявшемуся в последние десятилетия термину АСКУЭ (неопределенность такого подхода была заложена уже в названии конференции, где эти термины стоят рядом и непонятно как они друг с другом соотносятся). Учет и измерение – это разнородные или родственные термины?

Является ли измерение частью учета и в этом смысле соотносится с ним как вид с родом, или оно принципиально отличается от учета? Ведь если измерение является частью учета

электрической энергии, то зачем тогда из АСКУЭ вычленять как особую систему АИИС? Сам электронный счетчик выполняет аналоговое измерение только во входной части своей схемы (в процессе его и вносится основная погрешность), а далее реализует программно-аппаратными средствами чисто цифровые вычислительные операции с погрешностью, ничтожной по сравнению с погрешностями аналогового измерения. Эти операции предназначены для решения задач дискретного учета, например, суммирования определенного количества цифровых квантов энергии. Таким образом, уже сам счетчик является одновременно и средством измерения, и средством учета. Из дискуссий стало ясно – современная метрология приборного учета электрической энергии, основанная на

цифровой обработке и длительном хранении измерительных данных в цифровой форме в самом счетчике, требует иного подхода и иных методик, чем та метрология, которая сформировалась в 70-80 годах минувшего столетия для АСКУЭ, основанных на индукционных счетчиках с телеметрическими выходами и способах импульсной передачи квантов энергии по каналам связи на верхний уровень АСКУЭ. В этом неминуемом процессе переосмысления основных понятий устаревшие метрологические документы, созданные под тогдашние ИИС, ничем не смогут помочь нынешним АИИС, каким бы созвучным прошлому именем эти системы не стали бы называть.

Большинство докладов конференции было посвящено анализу внедренных проектов АСКУЭ, новым счетчикам и перспективным разработкам фирмы «Эльстер Метроника». Общее направление развития технической политики фирмы – это движение от моноресурсного энергоучета, в частности, учета электрической энергии, к комплексному энергоучету (учету энергоносителей всех видов – электроэнергии, воды, тепла, газа и т.п.),

от энергоучета уникальных и крупных объектов к учету на средних, мелких и массовых объектах (в частности, к учету в жилищно-коммунальном хозяйстве), от решения задач чисто коммерческого учета к решению задач технического учета и ограниченному кругу задач технологического управления и диспетчеризации.

Специалисты фирмы отчетливо понимают, что не надо смешивать, по крайней мере

на современном этапе, задачи АСКУЭ с задачами родственных, но все же отличных систем – АСУ ТП и SCADA-систем, работающих в других временных интервалах и решающих принципиально иные задачи. Вместе с тем, появление электронных цифровых электросчетчиков в совокупности с широкополосными каналами связи позволяет использовать эти приборы в качестве единого источника информации как для АСКУЭ,

так и родственных систем. По существу счетчики перестают быть счетчиками в прежнем понимании, а становятся сложными измерительно-информационными узлами, что, видимо, должно найти отражение и в новых стандартах на них. Прежние стандарты,

сформированные в период господства индукционных счетчиков, должны быть критически пересмотрены.

Новые штрихи, которые появились в деятельности фирмы в последние два-три года и которые могут только радовать потребителя ее продукции – это рост открытости фирменной технической политики, проявляющийся прежде всего в учете не только интересов собственного бизнеса, но и интересов отрасли энергоучета в целом и интересов

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

62

потребителей, имеющих средства энергоучета других изготовителей. Возможность интеграции в УСПД и программное обеспечение фирмы средств учета других изготовителей (в частности, новые УСПД и ПО поддерживают протоколы обмена со счетчиками нижегородского завода им. Фрунзе и литовского производителя «Эльгама Электроника», с УСПД СИКОН владимирской фирмы «Высокие технологии» и СЭМ-1,СЭМ-2 белорусского производителя УП «Микрон»), по-моему, является существенным шагом в ее эволюции. Похоже, что в «Эльстер Метроника» созрело понимание того, что мир надо строить не только на основе конкуренции и борьбы противоположностей, но и на основе их единства, гармонии и сотрудничества. Что ж, решение принято правильное.

Справка

Статья опубликована в журналах: Измерение.RU, №12,2006 (Россия) Электрика, №3,2006 (Россия)

Приложение (фото автора)

В конференцзале.

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

63

Сборочный цех завода “Эльстер Метроники” в Москве

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

64

О МЕТРОЛОГИИ СИНХРОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И МОЩНОСТИ В ЦИФРОВЫХ АСКУЭ

Гуртовцев А.Л., к.т.н., ведущий научный сотрудник РУП «БЕЛТЭИ»

Современные АСКУЭ в электроэнергетике и у потребителей являются масштабными системами, выполняющими одновременно измерение и учет электрической энергии и мощности по многим территориально распределенным точкам электросети. Все эти системы должны работать в реальном времени и обеспечивать его правильное определение как по всем точкам учета, так и для всей иерархии тех временных интервалов, за которые измеряются и рассчитываются значения мощности и энергии. Проблемы и решения метрологического обеспечения таких измерений во времени рассматриваются в данной статье.

Предыстория - ручной съем показаний счетчиков

С момента появления в конце 19-го столетия первого электромеханического счетчика электрической энергии (первый патент на индукционный счетчик был выдан в 1889г.) учет электроэнергии на электростанциях, промышленных предприятиях и в быту производился путем регулярного списывания инспектором или потребителем показаний счетных механизмов (дисплея) счетчиков и занесения их в учетный документ с последующим вычислением по этим показаниям расхода электроэнергии за расчетный период времени. На рис. 1,а изображен один из типичных однофазных счетчиков первой трети 20-го столетия

(счетчик EFk 220В-5А выпущен в 1928г. в Германии предприятием «Aron Wechselstromzäler» - «Счетчики переменного тока Арона»).

Рис.1 Индукционные электросчетчики первой половины 20-го столетия; а) однофазный однотарифный счетчик 1928г., б)

трехфазный двухтарифный счетчик 1937г.

Так как потребление электроэнергии отдельными абонентами в начале 20-го века было относительно невелико, то вплоть до 30-х годов счетные механизмы счетчиков имели всего три знака до запятой (к середине 30-х годов их количество увеличилось до 4, а во второй половине века - до нынешних 5 цифр) и один-два десятичных знака после запятой

(класс точности массовых счетчиков - 2,5 или 3,0%). Такие счетчики вели однотарифный

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

65

накопительный учет с платой за электроэнергию, потребленную за расчетный период (месяц). Расход электроэнергии за этот период определялся как разность между последним и предыдущим показаниями счетчиков, снятыми по концу соответствующих периодов.

Точность привязки показаний счетчиков к реальному времени определялась часами инспектора или потребителя, но, главное, исполнительностью последних.

Фактически временная погрешность месячного учета по точке учета (счетчику) могла достигать нескольких суток или в лучшем случае нескольких часов, т.е. лежала в диапазоне от 1 до 10 и более процентов, подчас превышая в несколько раз погрешность учета электроэнергии счетчиком. Если на объекте учета было установлено несколько территориально удаленных друг от друга счетчиков, суммарная временная погрешность учета по объекту в целом могла быть еще выше за счет затрат времени на обход точек учета для снятия показаний соответствующих счетчиков. И ныне многие бытовые потребители снимают и оплачивают показания своих счетчиков с задержкой до 2-3 недель относительно момента окончания расчетного периода, т.е. с временной погрешностью 50 и более процентов. Общие требования к индукционным счетчикам, включая их терминологию, регламентируются стандартами [1,2].

Уже в 30-х годах прошлого столетия в индустриально развивающихся странах из-за нехватки генерирующих мощностей возник вопрос об управлении потребительским спросом на электроэнергию через тарифы, дифференцированные по зонам суток [3]. В

Европе, в частности, в Германии, стали использовать для крупных промышленных потребителей трехфазные счетчики с двумя счетными механизмами (такой счетчик

ZD22 образца 1937г. немецкой фирмы из Кенигсберга приведен на рис.1,б). Один из механизмов использовался для фиксации электроэнергии, потребленной в часы дневного дорогого или высокого тарифа НТ (Н-Hoch), а другой – в часы ночного дешевого или низкого тарифа NT (N-Niedrig). Переключение счетного механизма с одного тарифа на другой осуществлялось с помощью внешних специальных электромеханических или электрических часов (работа современных переключателей по времени регламентируется стандартом [4]). Таким образом, в приборный учет впервые вошла автоматическая

привязка измерений количества электроэнергии к часам, размещаемым вне индукционных счетчиков. Но и для таких приборов сохранился прежний принцип ручного считывания их показаний по концу расчетного периода.

Автоматизированный съем показаний счетчиков в числоимпульсных АСКУЭ

Идея и технические средства для автоматизированного дистанционного считывания показаний счетчиков известны с тех пор, как появились сами счетчики. Но практическая реализация таких систем началась в промышленно развитых странах только в 70-80-е годы прошлого столетия, когда появились интегральные технологии, позволившие сделать технические решения экономически приемлемыми для массового применения. В СССР

основой автоматизации учета электрической энергии стали автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) [5-8]. Толчок их созданию дал двухставочный тариф (введен в 1968г. для крупных промышленных потребителей), который установил основную плату за заявленную максимальную мощность потребителя в часы пика энергосистемы и дополнительную плату за потребление электроэнергии за расчетный период. Впервые в связи с этим возникла задача измерения фактической совмещенной электрической мощности потребителя, т.е. усредненной мощности по каждому получасу реальной шкалы времени (ШВ), в которой должна работать АСКУЭ, суммируемой по всем точкам коммерческого учета потребителя.

Типичная двухуровневая структура АСКУЭ того времени содержала на нижнем уровне индукционные счетчики со встроенными телеметрическими датчиками импульсов (Д), а на верхнем уровне – специализированные измерительные информационные

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

66

системы учета и контроля электроэнергии (ИИСЭ) (рис.2). Счетчики совместно с измерительными трансформаторами тока и напряжения составляли измерительный канал (на рис.2 трансформаторы не показаны). Принцип передачи измерительной информации от счетчика к системе заключался в преобразовании аналоговой величины угла поворота диска индукционного счетчика, которая пропорциональна измеренному за интервал времени t кванту электроэнергии Е, в дискретную величину количества импульсов N=К =К С Е, где К – количество счетных меток, нанесенных на диск, а С - постоянная счетчика (об/кВт ч)

– количество полных оборотов диска, приходящихся на 1 кВт ч измеренной счетчиком электроэнергии. Очевидно, что каждый импульс соответствует измеренному кванту энергииЕи=К С Е/N, а количество энергии пропорционально количеству импульсов - Е=N/(К С). Указанный принцип передачи измерительной информации от счетчика к системе получил название числоимпульсного, а сами системы – числоимпульсные АСКУЭ [9,10].

В таких АСКУЭ процесс измерения электроэнергии не заканчивается в счетчиках (в измерительных каналах), так как при дистанционном съеме показаний счетчика на его интерфейсном выходе представляется не «значение физической величины», а измерительный сигнал, т.е. «сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине» [11]. Из этого сигнала еще необходимо выделить измерительную информацию, т.е. «информацию о значениях физических величин», и это-то выделение и происходит в системе ИИСЭ. Система содержит микропроцессор с памятью и встроенные часы/таймер, к ШВ которых привязывается формирование числовых результатов измерений энергии и мощности за требуемые интервалы времени (3мин, 30 мин, сутки и др.). Основные измерительные функции ИИСЭ состоят в том, чтобы формировать системную ШВ и принимать в ее масштабе от счетчиков-датчиков телеметрические импульсы, накапливать их по интервалам времени в своей памяти, преобразовывать неименованную числоимпульсную канальную измерительную информацию в именованную – энергию и мощность (с учетом постоянных счетчиков и канальных коэффициентов трансформации), алгебраически суммировать канальную информацию по группам в целях нахождения совмещенных мощностей и потребления энергии по объекту учета в целом. Алгоритмы работы систем типа ИИСЭ и оценки погрешностей как цифровых, так и временных преобразований их входных цифровых сигналов (импульсов) рассмотрены в [12-14].

№1		Измерительные
kWh				а)
		каналы
Д	ЦС
. . .		В	Часы/Таймер	СТВ
№ i	ЦС	Х		ЦИ
		О

kWh	Д	МП
		ИИСЭ

Д

б)

ЦС

ШВ

Рис.2 Числоимпульсная АСКУЭ; а) Структура (МП-

микропроцессор, Д- датчик импульсов, ЦСцифровой сигнал, ЦИцифровой интерфейс, СТВсигнал точного времени);б) временная диаграмма – ЦС и метки времени (ШВшкала времени)

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

67

В числоимпульсных АСКУЭ, независимо от наличия или отсутствия встроенных часов в счетчиках-датчиках (в таких системах позднее стали использоваться помимо индукционных счетчиков и электронные счетчики с телеметрическими выходами), привязка всех цифровых сигналов измерений от каждого счетчика к единой ШВ производится только в ИИСЭ. Для синхронизации ШВ системы с астрономическим временем уже в середине 80-х годов использовались сигналы точного времени (СТВ), передаваемые по радиостанции «Маяк» в начале каждого часа в виде «шести точек» (соответствующий модуль ИИСЭ принимал эти сигналы с низкочастотного выхода радиоприемника и корректировал время в системе) [7].

Таким образом, цифровые результаты измерений энергии и мощности в числоимпульсных АСКУЭ формируются не в счетчиках-датчиках (не в измерительных каналах), а в системе ИИСЭ, с выходного цифрового интерфейса которой цифровые результаты могут передаваться для дальнейшего использования в вычислительные сети [6,7,15]. Поэтому двухуровневая числоимпульсная АСКУЭ в целом, включая измерительные каналы и системы типа ИИСЭ, должна рассматриваться как средство измерений со всеми вытекающими из этого последствиями. До сегодняшнего дня во всех странах СНГ, включая Россию, Беларусь и Украину, продолжается использование большого количества таких АСКУЭ, созданных в последние два десятилетия. Но им на смену торопятся цифровые АСКУЭ.

Цифровые АСКУЭ

Понятие и принципы построения цифровых АСКУЭ как систем, существенно отличающихся от числоимпульсных АСКУЭ в функциональном и метрологическом отношениях и поэтому противопоставляемых последним, сформированы в работах [9,10,1621]. Основой таких систем стали цифровые измерительные каналы (ЦИК) – «измерительные каналы, на выходе которых результаты измерений представлены в виде цифровых результатов» [21].

Согласно [11], результат измерения физической величины – это «значение величины,

полученное путем ее измерения», а значение физической величины – «выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц». Там же поясняется, что числовое значение физической величины – «отвлеченное число, входящее в значение величины». Вместе с тем, в многолетней метрологической практике, относящейся к измерительным системам, наряду с числовым результатом измерения стали рассматривать как результат измерения и измерительный сигнал (его определение дано выше). Да, измерительный сигнал содержит количественную информацию об измеряемой величине, но эта информация скрыта в нем и для ее выделения необходимо над сигналом проделать ряд дополнительных измерительных операций. Именно поэтому измерительный сигнал как результат измерения принципиально отличается от числового результата измерения,

который только и можно рассматривать как факт окончания самого процесса измерения и начала перехода к использованию результата измерений в средствах неизмерительного назначения.

Чтобы усилить понимание числового результата измерения как конца процесса измерения, в работах [20,21] введено новое понятие цифрового результата измерения физической величины - это «числовое значение физической величины, полученное путем ее измерения, представленное в позиционной системе счисления в виде приближенного рационального числа заданного формата с известными точностью представления и доверительной вероятностью». В современных технических системах такие результаты представляются в двоичной, восьмеричной, шестнадцатеричной, двоично-десятичной или десятичной системах счисления и в формате числа с фиксированной или плавающей запятой. Данное определение цифрового результата измерений четко отграничивает его от иных

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

68

результатов измерений, включая измерительные сигналы или стрелочные отсчеты, с получением которых процесс измерения еще не может быть признан завершенным.

В соответствии с понятием цифрового результата определяются и все другие метрологические и технические понятия: цифровое измерение - «измерение физической величины, результат которого представляется в виде цифрового результата», цифровое средство измерения - «средство измерений, выполняющее цифровое измерение», цифровая измерительная система - «совокупность цифровых измерительных каналов и иных технических средств неизмерительного назначения, объединенных единым алгоритмом функционирования, предназначенная для измерений, а также выполнения иных операций неизмерительного назначения над цифровыми результатами измерений с целью определения цифровых значений одной или нескольких физических величин или их функций»[21] .

Введение понятия цифрового результата измерения требует пересмотра ряда других ранее широко использовавшихся понятий метрологии, например, понятия косвенного измерения - «определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной»[11]. Это понятие сформировалось и работало в эпоху аналоговых измерений, когда их результатом становилось не число, а измерительный аналоговый или цифровой сигнал. С переходом к цифровым результатам измерений любые их функции не

являются уже предметом измерений, но становятся предметом вычислений.

Следовательно, для цифровых измерений понятие косвенного измерения теряет смысл (но сохраняет его для результатов измерений, представленных сигналами). Поэтому необходим соответствующий пересмотр прежних понятий метрологии, основанный на учете требований современных цифровых информационных технологий, которые, в частности, легли в основу создания цифровых АСКУЭ.

Согласно [21], цифровая АСКУЭ определяется как « цифровая измерительная система, использующая в качестве основного средства измерения в составе каждого своего цифрового измерительного канала электронный счетчик со встроенной в него цифровой базой данных и с внешним доступом к ней по цифровому интерфейсу и/или цифровому табло». Для этих АСКУЭ все измерения электроэнергии и мощности заканчиваются на выходе ЦИК, точнее на цифровом выходе электронного счетчика. Далее идет только процесс использования готовых цифровых результатов измерений в цифровых операциях неизмерительного назначения: передачи, хранения, обработки, отображения, документирования и распространения цифровых данных. Да, технические средства неизмерительного назначения, надстроенные поверх ЦИК, оперируют с цифровыми результатами измерений и при некорректной работе могут их исказить. Но, во-первых, вопрос о том, как использовать результаты измерений не относится к вопросу самих измерений и обеспечения их единства, а, во-вторых, правильность работы средств неизмерительного назначения можно обеспечить за счет контроля их неизмерительных, но точностных характеристик в операциях цифрой проверки, цифровой экспертизы, цифровой аттестации и других аналогичных операциях [20].

Если вопросы цифровых преобразований в цифровых измерительных системах и цифровых АСКУЭ уже подробно рассмотрены в ряде вышеупомянутых работ и со стороны метрологов не могут быть оспорены по существу, то вопрос работы цифровых АСКУЭ в едином масштабе времени требует отдельного анализа. Большинство возражений против

рассмотрения цифровых АСКУЭ в виде совокупности средств измерительного и неизмерительного назначения сводится к тому, что все эти средства должны работать в едином масштабе времени, а, следовательно, измерять время, что, якобы, автоматически превращает их все, если не в средства измерений энергии и мощности,

то в средства измерений времени. Прежде, чем перейти к анализу работы цифровых АСКУЭ во времени, рассмотрим основные понятия из области измерения времени и частоты.

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

69

Измерение времени и частоты. Основные понятия

Согласно [22,23], время выражает длительность бытия и последовательность смены состояний всех материальных систем и процессов в мире (оно не существует само по себе, вне материальных изменений). Измерение времени основано на наблюдении (в астрономии)

или осуществлении (в технике) периодически повторяющихся процессов одинаковой длительности - равномерных или квазиравномерных процессов. Измерение и хранение времени осуществляется различными часами, которые являются приборами для отсчета времени и в своей основе используют постоянные периодические процессы - колебания маятника, кварца, переход атомов из одного энергетического состояния в другое и т.п. Измерение времени, т.е. его длительности, сводится к измерению числа периодов используемого процесса, приходящихся на измеряемую длительность: чем больше частота процесса, тем эту длительность можно разделить на большее количество частей и тем точнее ее измерить. Современный международный стандарт времени и частоты реализован в атомных квантовых часах, основанных на частоте спектральной линии атома цезия-133 (часы сконструированы в США в 1949 году, их точность на сегодня достигла ±5·10-16с или 1с на 70 млн. лет; в 2000г. созданы экспериментальные атомные часы на ионе ртути, точность которых в 6 раз выше). Цезиевый стандарт лег в 1967г. в основу определения единицы времени «секунда» в Международной системе единиц SI.

Основные понятия, связанные со временем и частотой, определяются межгосударственным стандартом [24]: момент события – «положение события во времени»,

интервал времени – «время, истекшее между моментами двух событий», шкала времени (ШВ) – «непрерывная последовательность интервалов времени определенной длительности,

отсчитываемая от начального момента (для ШВ устанавливают условный нуль, единицу величины и порядок корректировки)», координированные ШВ – «ШВ, в которых числовые выражения положения любого события отличаются друг от друга на значение, не превышающее установленного допуска», синхронные шкалы времени – «ШВ, числовые выражения любого события которых совпадают (ШВ, у которых разности между числовыми выражениями положения любого события известны с заданной точностью, называют привязанными ШВ)». Сравнение разных ШВ позволяет определить смещение между ними. От сравнения ШВ следует отличать их синхронизацию, т.е. приведение их в состояние синхронности (термин «синхронизация» имеет греческие корни «син» - совместно и «хронос» - время и поэтому часто встречающееся выражение «синхронизация времени» является тавтологией; правильнее говорить о синхронизации часов или ШВ).

Стандарт определяет также такие понятия времени как «всемирное время», «атомное время», «международная шкала координированного времени UTC», «национальная шкала координированного времени UTC(k)», «часовой пояс», «поясное время» и другие. Под операциями определения времени понимается «экспериментальное или расчетное определение числового значения момента события в какой-либо ШВ», под измерением интервала времени – «экспериментальное определение длительности измеряемого интервала времени в принятых единицах величин», а под хранением времени – «действия, выполняемые для определения времени в избранной шкале времени с заданной точностью».

Измерение времени осуществляют через измерение частоты и фазы периодической функции соответствующего средства измерения частоты и (или) времени – меры, эталона или часов. Частота f– это «величина, измеряемая числом одинаковых событий в единицу времени», а фаза – «аргумент периодической функции, соответствующий ее определенному состоянию». Измерение частоты можно осуществлять как прямым счетом числа одинаковых событий N на конкретном интервале времени измерений τи: f=N/τи, так и путем сравнения измеряемой частоты с частотой, значение которой известно. Мерой частоты называют

«техническое средство, используемое для измерений и предназначенное для воспроизведения частоты заданного размера и (или) формирования ШВ с нормированными

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

70

метрологическими характеристиками». Метрологические характеристики средств измерений времени и частоты включают в себя такие понятия, как поправка часов - «значение интервала времени, которое прибавляют к показаниям часов, чтобы получить действительное время в данной шкале», ход часов - «изменение поправки часов за интервал времени, отнесенное к этому интервалу» (например, суточный ход в с/сут) и др.

Прецизионную меру частоты, относительная погрешность по частоте которой на протяжении 1 года не превышает ±5·10-9, называют стандартом частоты.

Сигнал, несущий информацию о размерах единиц частоты и ШВ, воспроизводимых конкретной мерой частоты, называют сигналом частоты и (или) времени. Если этот сигнал относится к национальной ШВ, то его именуют эталонным. Такой сигнал передает информацию от государственного эталона времени и частоты средствам потребителя по различным каналам связи: телевизионным, радио- и другим каналам, а также через глобальную спутниковую систему. Государственная служба времени и частоты (ГСВЧ)

содержит сеть организаций ряда министерств и ведомств, несущих ответственность за воспроизведение и хранение единиц времени и частоты и передачу их размеров, а также обеспечение потребителей информацией о точном времени, выполнения измерений времени и частоты в установленных единицах и ШВ.

Сигналы точного времени могут передаваться как в рамках ГСВЧ, так и различными зарубежными национальными или международными организациями и системами, в частности, радионавигационными системами типа ГЛОНАСС (Россия), NAVSTAR (США), широковещательными (например, «Маяк») или специальными (метеорологическими, морскими) радиостанциями и т.п. [25-27]. Вещательные сигналы для проверки времени большинством радиостанций передаются в виде шести звуковых точек (точность этой системы сигналов – до 0,5с), хотя в ряде случаев возможна передача цифровой информации об актуальной дате, текущем времени и его типе – летнем или зимнем. В последние годы появилась возможность получения цифровых сигналов точного времени из Интернета и ведомственных Интранетов с соответствующих серверов точного времени, использующих, в частности, рубидиевые стандарты частоты и времени, синхронизируемые с государственными первичными эталонами [25].

Цифровые часы реального времени

Хранение, измерение и передача сигналов времени в современных цифровых системах, включая микропроцессорные электросчетчики и компьютеры, базируются на использовании цифровых микросхем часов реального времени ЧРВ (RTC – Real Time Clock).

Типичными представителями таких часов являются часы/календари реального времени одного из мировых лидеров в этом направлении американской фирмы Dallas Semicoductor (владелец - компания Maxim Integrated Products). Широкое применение получили, в частности, ее микросхемы DS1202, DS1307, DS1337, DS3231 и другие [28,29].

На рис.3 приведена структурная схема микросхемы DS1202, содержащая делитель с осциллятором (к нему подключен стандартный кварцевый резонатор с собственной частотой 32,768 кГц), часы с календарем, статическое ОЗУ и регистр ввода-вывода. Микросхема в корпусе DIP имеет 8 выводов, к двум (GND, VCC) из которых подключается источник питания, к двум (X1,X2) –резонатор, к одному (I/O) – последовательный цифровой вводвывод данных, еще к двум (SCLK, RST) – линия внешней синхронизации последовательного интерфейса и вход сигнала сброса (восьмой вывод резервный).

Информация о реальном времени и календаре представляется в часах в цифровом

двоично-десятичном коде (BCD – Binary Codes Decimal) в секундах (00-59), минутах (00-59), часах (01-12 или 00-23), дате (01-28/29; 01-30; 01-31), дне (01-07), месяце (01-12) и году (0- 99). Если текущий месяц содержит менее 31 дня, то микросхема автоматически определит количество дней в месяце с учетом високосности года. Часы работают в 24или 12-часовом формате (АМ/РМ – до полудня/после полудня). К микропроцессору микросхема