CN212518989U - 一种基于zynq平台的光纤纵联通道检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,包括:机箱和显示面板,机箱内的总线板通过串口电缆与显示面板进行连接,为两者信息交互提供传输通道;机箱内设置有一总线板,总线板连接电源插件、CPU插件、光纤接口插件、IO插件和通信插件;显示面板上设置有液晶显示屏,显示光纤通道监视信息,提供键盘供用户进行参数设置操作。本发明支持国内主流保护厂家的线路编码格式,具备通道实时监控、通道测试等功能,为光纤纵联通道的检测提供了第三方解决方案,适用于光纤纵联保护的开发、检测、故障排查等场合。
Description
技术领域
本发明涉及继电保护检测领域,尤其是一种基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置。
背景技术
ZYNQ是Xilinx公司推出的一种可扩展的硬件平台,该平台将业界标准的ARM双核Cortex-A9处理***与Xilinx可扩展的FPGA整合在一起,在单一芯片上集成了“嵌入式处理器+FPGA”等性能。由图1可知,该平台采用PS(Processing System)+PL(ProgrammableLogic)两部分组成。其中PS部分采用双ARM Cortex-A9内核,可以作为通用的ARM处理器使用;PL部分就是传统意义的FPGA,可以方便地定制相关外设IP。该平台具有数据传输容量大、实时性强、功耗低、接口扩展灵活等优点,在工业控制领域得到了广泛应用。
在高压、超高压输电线路上,普遍采用光纤纵联保护作为主保护。作为两侧保护装置信息交换的载体,光纤纵联通道(以下简称“光纤通道”)的可靠工作是保护装置稳定可靠运行的关键。常见的通道故障有:通道延时、通道误码、通道中断、通道自环。快速准确获取光纤通道的运行工况,验证通道故障下的保护动作行为,对于光纤纵联保护的开发、运行维护、现场故障排查等工作具有较大的工程实用价值。
目前,对于光纤通道的检测手段较为有限,主要依靠保护装置监视、仪器检测两种模式。前者由保护装置实时监视光纤通道运行参数(如光发功率、光收功率、通道误码率等),并执行通道自检程序,在通道异常时给出告警信息;后者由相关人员利用光功率计、光衰耗仪等仪器,记录通道的各相参数,然后与相应的运行规程指标进行比较,从而判断通道是否正常。
上述两种检测手段均存在一定的弊端,前者完全依赖于保护装置的运行状态,只能定性地反映光纤通道的好坏,无法定量地考核光纤通道故障的阈值;后者虽然可以精确地测试出通道参数,但存在检测设备多、过程复杂、自动化水平低的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,支持国内主流保护厂家的线路编码格式(CMI编码、HDB3编码、1B4B编码等),具备通道实时监控、通道测试等功能,为光纤纵联通道的检测提供了第三方解决方案,适用于光纤纵联保护的开发、检测、故障排查等场合。
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,包括:机箱和显示面板,机箱内的总线板通过串口电缆与显示面板进行连接,为两者信息交互提供传输通道;
机箱内设置有一总线板,总线板连接电源插件、CPU插件、光纤接口插件、IO插件和通信插件;
显示面板上设置有液晶显示屏,显示光纤通道监视信息,提供键盘供用户进行参数设置操作。
优选的,电源插件给装置提供电源。
优选的,光纤接口插件包含2路FC接口的一体化光纤收发模块,连接待测设备的光纤通信口。
优选的,CPU插件采用基于ZYNQ的可扩展平台,集成光纤通道工况监视、通道故障模拟、上位机通信功能。
优选的,通信插件提供2路以太网口、1个串口、1个对时接口,与上位机、授时装置进行连接。
优选的,IO插件提供4路开关量输入和8路开关量输出,实现测试过程中与录波器、保护装置的信息反馈。
优选的,显示面板包含1块320*240分辨率的全中文液晶显示屏、6个双色LED状态指示灯、1个工业键盘,上述模块可以实现人机交互功能。
本发明的有益效果为:本发明可扩展性强、灵活度高,支持国内主流保护厂家的光纤纵保护通道测试;数据传输实时性好、吞吐量大,满足光纤通信的高实时性需求;与传统DSP/ARM+FPGA的架构相比,装置CPU板在尺寸、功耗上均有明显下降,实现了装置的低功耗和高集成度。
附图说明
图1为ZYNQ平台的内部结构示意图。
图2为本发明的装置结构示意图。
图3为本发明的光纤纵联通道测试连接示意图。
图4为本发明的光纤纵联通道检测流程示意图。
具体实施方式
如图2所示,一种基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,包括:机箱和显示面板,机箱内的总线板通过串口电缆与显示面板进行连接,为两者信息交互提供传输通道;
机箱内设置有一总线板,总线板连接电源插件、CPU插件、光纤接口插件、IO插件和通信插件;
显示面板包含1块320*240分辨率的全中文液晶显示屏、6个双色LED状态指示灯、1个工业键盘,上述模块可以显示光纤通道实时信息(如光功率、数据丢帧数)、通道状态(如通道中断告警),同时支持用户设置测试参数,实现人机交互。
电源插件给装置提供电源。光纤接口插件包含2路FC接口的一体化光纤收发模块,连接待测设备的光纤通信口。CPU插件上的控制单元采用基于ZYNQ的可扩展平台,集成光纤通道工况监视、通道故障模拟、上位机通信功能。通信插件提供2路以太网口、1个串口、1个对时接口,与上位机、授时装置进行连接。IO插件提供4路开关量输入和8路开关量输出,实现测试过程中与录波器、保护装置的信息反馈。
光纤接口插件上的光纤收发模块选用成都宇光通信技术有限公司的GTL9-1301-40-GIPF2一体化光纤收发模块,上述光模块除了具备常规的光纤收发功能外,还能够以I2C总线对外输出光发功率、光收功率等通道信息。采用上述模块后,无需专门设计光功率检测电路,提高了***集成度。
CPU插件上的控制单元采用基于ZYNQ-7000的可扩展平台,其中PL侧为可编程的逻辑单元,包含各内部通信模块,如线路码型变换模块、同步传输模块、通信故障仿真模块等;PS侧为应用处理单元,连接有DDR3 SDRAM芯片、FALSH存储器等,主要实现通道状态监视、数据存储、HMI交互、与上位机通信等功能。上述PL侧和PS侧通过内部AXI总线进行通信,确保了两者之间的数据高吞吐率和高实时性。
利用FPGA扩展性强、灵活度高的特点,装置内部集成了多种光纤线路传输码型,如CMI编码、HDB3编码、1B4B编码等,可以测试国内主流保护厂家的光纤纵联保护,并能根据用户需求定制私有的编码格式。
装置配置了1路以太网RJ45接口,用于实现装置与上位机的通信,借助PC机的资源优势,可以实现光纤通道的数据存储及离线分析,同时还可以实现PC机的远程调试功能。
实际测试***的连接关系如图3所示,从图可知:光纤纵联通道检测装置分别通过光纤接口连接至两侧光纤纵联保护,从而构成一个完整的光纤测试通道,同时保护装置将通道告警接点连接至检测装置的开关量输入,作为检测通道状态的反馈信息;光纤纵联通道检测装置通过RJ45接口电缆与上位机连接,用于实现与上位机的信息交互;光纤纵联通道检测接收对时装置发出的B码对时脉冲,从而与两侧光纵保护时间同步;光纤纵联通道检测提供给录波器一副空接点,用于在测试过程中启动录波,以便后续故障分析。需要指出的是,非测试模式下,保护1将数据传输给检测设备,检测设备将数据原样传输给保护2;而在测试模式下,检测设备会对数据进行处理,然后再传输给保护2,依据保护2的通道告警输出接点来判断测试结果。为了论述方便,将保护1称为信源侧,保护2称为信宿侧,实际测试时一侧为信源侧,另一侧即为信宿侧。
光纤纵联通道检测装置主要包括通道状态监视和通道检测功能。其中通道检测功能有单次测试和阈值测试两种模式,单次测试是指在用户设定的测试参数条件下,输出相应的光纤通道信息,从而检验在指定条件下的光纤通道运行状态;阈值测试是指通过以一定步长改变测试参数,逐渐逼近通道的极限告警值,从而得到通道故障阈值。前者适用于常规的定性验证,后者适用于考核通道的量化指标。整个装置的工作流程如图4所示。主要包含以下步骤:
(1)装置上电自检;在上电之后,装置会对软硬件、用户参数进行检查,以确认装置工作正常,同时装置会检查是否有上位机的配置信息,以便更新测试参数;
(2)光纤通道状态监视;此功能由ZYNQ平台的PS侧执行,PS侧通过I2C总线与光纤接口插件的光模块进行信息交互,读取光收功率、光发功率等参数,并在液晶面板上显示出相应信息;
(3)测试启动判断;当用户通过液晶菜单启动相应通道测试项目时,装置进入测试模式,转入步骤(4);反之,装置维持在通道监视模式,重复步骤(2);需要说明的是:在转入测试模式之前,PS侧记录相应的测试项目及测试参数,主要测试项目包括通道延时、通道中断、通道误码率,相应的测试参数分别为通道延时定值、通道中断时间定值、通道误码率定值;
(4)通道测试模式;此模式由ZYNQ平台的PL侧执行,PL侧通过AXI总线获取PS侧发送的测试项目及测试参数信息,并启动对应的测试项目。测试过程为:在测试之前,PL侧读取信源侧的通道数据,根据用户的测试要求,对通道数据进行相应的处理,并将数据通过光纤接口发送给信宿侧。各类测试的具体实施方法为:当进行通道延时测试时,PL侧根据用户延时定值,在信源数据之前***设定时间的空闲码元;当进行通道误码率测试时,PL侧根据误码率定值,在信源数据中产生同等大小的错误码元;当进行通道中断测试时,PL侧根据中断延时定值,将信源数据改写成同等时间的无效码元;
(5)通道数据发送;将步骤(4)处理过的通道数据传送给信宿层;
(6)信宿层测试反馈;在信宿层保护接收到步骤(4)处理过的数据后,如果信宿侧通道故障,光纤通道测试装置会接收到通道告警开关量输入信息,此时装置停止测试,依据具体测试模式,装置会启动相应的判断逻辑:
(a)当为单次测试模式时,判为本次测试不合格;
(b)当为阈值测试时,记录当前阈值。
反之,若无通道告警输入信息,则依据具体测试模式,启动后续判断逻辑:
(a)若为单次测试模式,则判为本次测试合格;
(b)若为阈值测试,则以一固定步长变化测试参数,然后转入步骤(3),依次循环,直至信宿侧通道告警,从而得到通道阈值。
Claims (6)
1.一种基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,其特征在于,包括:机箱和显示面板,机箱内的总线板通过串口电缆与显示面板进行连接,为两者信息交互提供传输通道;
机箱内设置有一总线板,总线板连接电源插件、CPU插件、光纤接口插件、IO插件和通信插件;
显示面板上设置有液晶显示屏,显示光纤通道监视信息,提供键盘供用户进行参数设置操作。
2.如权利要求1所述的基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,其特征在于,电源插件给装置提供电源。
3.如权利要求1所述的基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,其特征在于,光纤接口插件包含2路FC接口的一体化光纤收发模块,连接待测设备的光纤通信口。
4.如权利要求1所述的基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,其特征在于,CPU插件采用基于ZYNQ的可扩展平台,集成光纤通道工况监视、通道故障模拟、上位机通信功能。
5.如权利要求1所述的基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,其特征在于,通信插件提供2路以太网口、1个串口、1个对时接口,与上位机、授时装置进行连接。
6.如权利要求1所述的基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置,其特征在于,IO插件提供4路开关量输入和8路开关量输出,实现测试过程中与录波器、保护装置的信息反馈。
Priority Applications (1)
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CN202021272851.9U CN212518989U (zh) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | 一种基于zynq平台的光纤纵联通道检测装置 |
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CN (1) | CN212518989U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116953383A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-10-27 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种可模拟光纤通道异常的线路保护自动测试方法及*** |
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2020
- 2020-07-03 CN CN202021272851.9U patent/CN212518989U/zh active Active
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