CN102355378A - 一种载波通道测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载波通道测试系统，包括依次连接的通道测试平台、通讯模块、数据处理模块和应用控制模块；其中，应用控制模块包括用户模块、测试模块和系统参数模块；数据处理模块包括一数据库；通道测试平台包括相互连接的一载波通道检测装置和一仿真应答终端。本发明的载波通道测试系统，操作简单，功能齐全，集自动检测、数据采集和数据处理于一体，能方便快捷地对包含混合线路的多种线路实现载波通道测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种载波通道测试系统。
背景技术
随着技术的发展，电力线载波通信在配电网自动化系统中得到应用，尤其是混合线路(两端电缆，中间有架空)载波通信方式，亦有所应用。采用混合线路作为载波通道是一种新的尝试，与电缆屏蔽层载波通信比较，混合线路载波通信主要面临的是载波通道衰减大、突发干扰强等困难，这就对如何有效的对载波通道进行测试提出了更高的要求。
然而，传统的电力线载波通道检测设备比较落后，主要表现为：电路复杂、集成化程度低、性能不稳定、调试难度高等缺点，很多设备不具备实验规程融入功能和实验数据记录和分析能力。目前的检测仪器，检测人员必须根据检测调试规程及厂家技术资料规定的试验项目、接线和方法，多台仪器配合使用，逐点进行试验，试验繁琐、难度大，并且要求试验人员熟练掌握试验项目和规程，因此容易出现试验错误及项目遗漏。同时，需要多名工作人员在线路的两端操控相应设备，相互配合完成任务。
近年来，在传统的检测装备的基础上，有人采用以FPGA为主的信号采集处理卡，经USB口与便携电脑相结合，充分利用计算机的显示、处理和存储功能，集多功能于一体。这个系统实现了频谱分析，通道误码率检测，FSK调制解调器、示波器、录波器、频率发生器等功能。这些工作初步实现了同计算机的结合，但是却仍然未能从根本上改变现状，新产品大多是由单片机或DSP微处理器系统与PC机或便携电脑相组合，仍存在问题，如存在下位机电路设计复杂；与计算机之间的接口多简单串口，成为装置与计算机交换瓶颈；没有充分利用计算机资源和灵活性等缺点，适用度不广，同时也未能改变检测时需要多名工作人员协同工作的弊端。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种载波通道测试系统，该系统操作简单，功能齐全，集自动检测、数据采集和数据处理于一体，能方便快捷地对包含混合线路的多种线路实现载波通道测试。
实现上述目的的技术方案是：
一种载波通道测试系统，包括依次连接的一通道测试平台、一通讯模块、一数据处理模块和一应用控制模块，其中：
所述应用控制模块一方面根据用户设置的系统参数发送控制命令至所述数据处理模块，另一方面接收所述数据处理模块处理后的测试数据；
所述数据处理模块一方面对接收自所述测试模块的控制命令进行处理并发送至所述通讯模块；另一方面将所述通讯模块传输的测试数据进行处理并发送至所述应用控制模块；
所述通讯模块一方面将所述数据处理模块处理后的控制命令根据不同协议打包成相应数据帧的形式传输给所述通道测试平台；另一方面将所述通道测试平台得到的测试数据传输给所述数据处理模块；
所述通道测试平台对所述通讯模块传输的控制命令进行解析，进行通道测试，并将得到的测试数据反馈给所述通讯模块。
上述的载波通道测试系统，其中，所述应用控制模块包括一用户模块、一测试模块和一系统参数模块，其中：
所述用户模块实现用户信息的记录和保存；
所述系统参数模块实现用户对系统参数的设置和保存；
所述测试模块一方面读取所述系统参数模块中的系统参数，生成相应的控制命令并发送至所述数据处理模块；另一方面接收所述数据处理模块处理后的测试数据并呈现给用户。
上述的载波通道测试系统，其中，所述数据处理模块包括一数据库，所述数据处理模块对所述通讯模块传输的测试数据进行处理，并将处理结果存储于所述数据库。
上述的载波通道测试系统，其中，所述通讯模块实现Modbus协议、101协议、CDT协议和自定义CCTS协议，根据这四种不同协议将所述述数据处理模块处理后 的控制命令打包成相应的数据帧形式。
上述的载波通道测试系统，其中，所述通道测试平台包括相互连接的一载波通道检测装置和一仿真应答终端，其中：
所述载波通道检测装置解析由所述通讯模块传输的数据帧形式的控制命令，并根据该控制命令生成相应的检测信号发送至所述仿真应答终端，所述仿真应答终端对该检测信号自动应答，完成通道测试；
所述载波通道检测装置将完成通道测试所得到的表示测试结果的测试数据通过所述通讯模块传输给所述数据处理模块。
上述的载波通道测试系统，其中，所述的通道测试包括载波通道质量的检测和设备安装状况的测试。
上述的载波通道测试系统，其中，所述载波通道检测装置和所述仿真应答终端的连接方式包括纯电缆线路连接和混合线路连接。
上述的载波通道测试系统，其中，所述CCTS协议是测试载波通道质量而自定义的协议；Modbus协议、101协议和CDT协议均是测试设备安装状况的协议。
由于采用了上述的技术方案，本发明的载波通道测试系统，它操作简单，功能齐全，集自动检测、数据采集和数据处理于一体，能方便快捷地对包含混合线路的多种线路实现载波通道测试。同时它还具有以下优点：
a)所述的仿真应答终端通过自动应答的方式配合所述载波通道检测装置完成通道测试，从根本上克服了需要多名工作人员从两端相互协同工作的缺点，实现了一方即可完成整个通道测试；
b)该系统具有多种通讯协议，针对不同的通讯规约，实现多协议下对载波设备安装状况的测试；
c)该系统可以很好地分别测试主站和从站的安装情况；
d)该系统配置灵活，能设置不同的系统参数；
e)该系统设置的用户信息能起到保护作用，防止非法用户的使用。
附图说明
图1是本发明的载波通道测试系统的系统框架图；
图2是本发明用于实现混合线路载波通道测试的架构图；
图3是本发明在不同条件下线路的载波质量测试结果；
图4是本发明在不同条件下线路的信道延迟测试结果；
图5是本发明在不同条件下线路的测试成功率。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，本发明的载波通道测试系统，包括依次连接的通道测试平台1、通讯模块2、数据处理模块3和应用控制模块4；应用控制模块4包括用户模块41、测试模块42和系统参数模块43；数据处理模块3包括一数据库31；通道测试平台1包括相互连接的一载波通道检测装置11和一仿真应答终端12，其中：
用户模块41实现用户信息的记录和保存，根据保存的用户信息确认用户的合法性，防止了非法用户对本系统的使用，用户信息包括用户名、密码等信息；
系统参数模块43实现用户对系统参数的设置和保存，系统参数包括COM端口号、波特率、数据位、奇偶校检和停止位等信息；
测试模块42读取系统参数模块43中的系统参数，生成相应的控制命令并发送至数据处理模块3；数据处理模块3将接收的该控制命令进行处理并发送至通讯模块2；通讯模块2实现Modbus协议、101协议、CDT协议和自定义CCTS协议，并根据上述不同的协议将数据处理模块3处理后的控制命令打包成相应的数据帧形式，传输给载波通道检测装置11；载波通道检测装置11解析由通讯模块2传输的数据帧形式的控制命令，并根据该控制命令生成相应的检测信号发送至仿真应答终端12，仿真应答终端12对该该检测信号自动应答，完成通道测试，得到表示测试结果的测试数据；
载波通道检测装置11将得到的测试数据通过通讯模块2传输给数据处理模块3；数据处理模块3对该测试数据进行处理后，发送至测试模块42的同时存储于数据库31，以供进行历史资料的分析；测试模块42接收数据处理模块3处理后的测试数据并呈现给用户。
载波通道检测装置11和仿真应答终端12的连接方式包括纯电缆线路连接和混合线路连接。
请参见图2，图中示出了由电缆和架空线组成的混合线路，该混合线路的两端 通过卡接式耦合器5分别连接载波通道检测装置11和仿真应答终端12，载波通道检测装置11连接上位机6，通讯模块2、数据处理模块3和应用控制模块4都置于上位机6中。
上述的通道测试包括载波通道质量的检测和设备安装状况的测试。
Modbus协议、101协议和CDT协议均是测试设备安装状况的协议，载波通道检测装置11置于主站端，仿真应答终端12置于从站端，分为以下几种情况：
1)Modbus协议
模拟主站，测试从站安装情况测试：根据Modbus协议发送读取寄存器报文，根据从站的回复来判断安装情况，若在规定的时间接收到返回报文，且报文符合Modbus协议并且功能码为0x83或0x03的，则表示从站安装情况正常，否则为异常。
模拟从站，测试主站安装情况测试：一直等待从主站发来的报文，若在规定的时间收到报文并且报文符合Modbus协议，则表示主站安装情况正常，否则为异常。
2)CDT协议
模拟主站，测试从站安装情况测试：根据CDT协议向从站发送时间召唤帧，根据从站的回复来判断安装情况，若在规定的时间接收到返回报文，且报文符合CDT协议的上行报文格式，则表示从站安装情况正常，否则为异常。
模拟从站，测试主站安装情况测试：一直等待从主站发来的报文，若在规定的时间收到报文，并且报文符合CDT协议的下行报文格式，则表示主站安装情况正常，否则为异常。
3)101协议
模拟主站，测试从站安装情况测试：根据101协议向从站发送请求链路状态报文、复位远方链路报文、请求一级数据报文和总召唤报文，若在规定的时间接收到相应的返回报文，且报文符合101协议，则表示从站安装情况正常，否则为异常。
模拟从站，测试主站安装情况测试：等待从主站发来的报文，若在规定的时间收到请求链路状态报文、复位远方链路报文、请求一级数据报文或总召唤报文，并且报文符合101协议报文格式，则表示主站安装情况正常，并且返回相应应答报文，否则为异常。
为更好的检验系统的测试功能，进行了实地的现场测试。在松江供电公司和市南供电公司的配合下，选取了四段不同情况的线路进行系统的试运行，初步达到了预期效果，其具体测试环境和情况如下(表1)：
CCTS协议是测试载波通道质量而自定义的协议，其所有字段均采用十六进制表示；当字段为多字节时，低位在前，高位在后。总帧长不超过250字节；上位机等待应答时间＜＝30s。
CCTS协议的报文格式如下(表2)：
表2中，FrameType字段表示测试模式，当值为03时，表示上位机6到载波通道检测装置11的通讯，正在进行通道测试，参数(Parameters)全设为FF，字节数(DataLength)为0；当值为83时，表示载波通道检测装置11到上位机6的通讯，是载波通道检测装置11返回的报文，表示握手成功。
当FrameType值为04时，表示上位机6到载波通道检测装置11的通讯，正在进行透传测试，参数(Parameters)全设为FF，字节数(DataLength)为0；当值为84时，表示载波通道检测装置11到上位机6的通讯，是载波通道检测装置11返回的报文，表示握手成功。
表2中，参数(Parameters)字段共10个字节，表示通道的参数，按顺序具体为：
2字节：波特率，换算成十进制；
2字节：频率，换算成十进制，前两位为频率范围低值，后两位为频率范围高，单位：(kHz)；
1字节：成功与否(00成功01失败)；
1字节：接收灵敏度，换算成十进制，加负号(dBm)；
1字节：发送功率，换算成十进制(W)；
1字节：阻抗，换算成十进制(欧姆)；
1字节：延迟，单位(10S)；
1字节：通道质量(值范围：0-7。7表示最好)。
表2中，字节数(DataLength)，表示数据(Data)字段的byte数；
数据(Data)字段长度可变，测试时从00开始依次填入字节数表示的个数个字节；
校验和(CheckSum)字段的值为对从开始的起始符(StartByte)字段到数据 (Data)字段所有数据，按字节累加和。
请参见图3至图5，为测试系统的测试功能，分别进行了模拟和实地测试。模拟测试为在实验条件下，通过约50米长的纯电缆线路和串口调试软件等工具软件模拟了电力线路设备通信环境，并在此模拟条件下对线路进行载波测试。同时在松江供电公司和市南供电公司的配合下，选取了纬四站上65路(主站)和中吴五号(从站)之间的纯电缆线路与行西站(主站)和罗阳一号站(从站)之间的混合线路进行系统的实地测试。在这两种情况下，测试了不同报文长度下各线路的载波质量，其测试结果如图3所示；同时测定每个报文在不同线路上的总延迟时间，其测试结果如图4所示；因为报文在通道的传输中会遭到多种因素的干扰，造成响应报文内容的改变，从而造成上位机软件收到错误报文，导致测试失败，因此从发生这一情况的概率上也可以反映通道的载波能力。为测得报文发生错误的概率，在每条线路上，对每个长度的报文进行多次测试，以得到不同条件下收到正确的应答报文的成功率，也即完成测试的成功率，其结果如图5所示。
参见图3，信道质量是由载波芯片通过自动连续发送测试帧并根据回馈情况(主要是丢包率、报文差错率等参数)统计获得的信道质量值。载波芯片将信道质量值从小到大分为8级(即0-7)，信道质量为7时代表线路通信能力优秀，若为0时则代表线路无法通信。一般而言，信道质量值大于3则说明该载波线路可以用于通信，反之如果信道质量值小于等于3，则说明该载波线路不适合载波通信。因此，能否进行载波通信的先决条件是看载波信道质量值是否大于3，其次才是考虑报文长度、环境干扰等因素。从图3中可以看出，模拟测试和纯电缆条件下所有长度的报文条件下载波通道通信质量都为7，达到最好。在混合线路中，当报文长度大于30字节时，通道通信质量为0，说明无法进行载波通信；而当报文长度在30字节以下时，载波通道通信质量为7，说明可以进行载波通信。通过对比，此图反映了纯电缆优秀的载波能力，也反映了混合线路在传送较长的报文时很差的载波通信能力，符合实际情况。
从图4中可以看出，在三种不同的线路中，对于正常传送的报文，随着报文长度的增加，其总延迟时间都接近线性增加，同时在不同的线路中，相同长度的报文的延迟时间接近相等，这是因为报文在线路上的传输时间非常短，延迟主要为报文在硬件和软件上的处理时间，故其随着长度线性增加。另外，在报文长度大于30 字节时，混合线路中报文延迟时间无数据，代表实际中载波通道检测装置11在规定时间内未能接收到应答报文，报文在载波通道中丢失，这也是图4中载波质量为0的原因，同样，此图反映了纯电缆优秀的载波能力，也反映了混合线路在传送较长的报文时很差的载波通信能力，符合实际情况。
从图5中可以看出，在模拟测试条件下，不同长度报文下的都能收到正确的应答报文，其测试成功率都为100％，而在纯电缆的情况下，不同长度报文下测试成功率有所偏差，大部分成功率为100％，一部分则为75％，这表示此时未能收到正确的应答报文，应答报文在传送过程中发生错误，反映了在实际情况下，纯电缆中报文的传输会受到环境的干扰；在混合线路中，10字节长度的报文正确接收率为75％，20个字节长度的报文正确接收率为30％，30字节长度的报文正确接收率为25％，这表示同样长度下，其测试成功率比纯电缆要低，而且随着报文长度的增加，在线路中应答报文发生错误的概率同样增加，表示在混合线路中，报文的传送更易受到自身传送能力和外界环境的影响，而30字节长度以上的成功率为0％，这和图5中反映的问题一样，载波通道检测装置11在规定时间内未能接收到应答报文，因此，此图同样也反映了混合线路在传送较长的报文时很差的载波通信能力，符合实际情况。
从图3至图5中可以看出，测试结果可以从多方面很好地反映纯电缆和混合线路的实际载波情况，这说明此系统可以很好的用来测试线路的载波质量，反映真实的线路状况。同时从图2至图5中可以发现当报文长度小于30字节时，混合线路的载波通信能力尚可，可以进行一些电力监测任务，例如采集遥信信号等。以101协议为例，当以查询方式采集一级数据，并选用不带时标的单点信息传输变位遥信时，30个字节长的报文可以传输6个遥信信号(报文头长度(10字节)+6*单个遥信信号长度(3字节)+CRC(2字节)＝30字节)；而当通过101规约召唤二级数据的方式采集遥测量时，30个字节长的报文可以传输3个遥测量(报文头长度(10字节)+3*单个遥测量长度(5字节)+CRC(2字节)＝27字节＜30字节)。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (8)
1.一种载波通道测试系统，其特征在于，包括依次连接的一通道测试平台、一通讯模块、一数据处理模块和一应用控制模块，其中：
所述应用控制模块一方面根据用户设置的系统参数发送控制命令至所述数据处理模块，另一方面接收所述数据处理模块处理后的测试数据；
所述数据处理模块一方面对接收自所述测试模块的控制命令进行处理并发送至所述通讯模块；另一方面将所述通讯模块传输的测试数据进行处理并发送至所述应用控制模块；
所述通讯模块一方面将所述数据处理模块处理后的控制命令根据不同协议打包成相应数据帧的形式传输给所述通道测试平台；另一方面将所述通道测试平台得到的测试数据传输给所述数据处理模块；
所述通道测试平台对所述通讯模块传输的控制命令进行解析，进行通道测试，并将得到的测试数据反馈给所述通讯模块。
2.根据权利要求1所述的载波通道测试系统，其特征在于，所述应用控制模块包括一用户模块、一测试模块和一系统参数模块，其中：
所述用户模块实现用户信息的记录和保存；
所述系统参数模块实现用户对系统参数的设置和保存；
所述测试模块一方面读取所述系统参数模块中的系统参数，生成相应的控制命令并发送至所述数据处理模块；另一方面接收所述数据处理模块处理后的测试数据并呈现给用户。
3.根据权利要求1所述的载波通道测试系统，其特征在于，所述数据处理模块包括一数据库，所述数据处理模块对所述通讯模块传输的测试数据进行处理，并将处理结果存储于所述数据库。
4.根据权利要求1所述的载波通道测试系统，其特征在于，所述通讯模块实现Modbus协议、101协议、CDT协议和自定义CCTS协议，根据这四种不同协议将所述述数据处理模块处理后的控制命令打包成相应的数据帧形式。
5.根据权利要求1所述的载波通道测试系统，其特征在于，所述通道测试平台包括相互连接的一载波通道检测装置和一仿真应答终端，其中：
所述载波通道检测装置解析由所述通讯模块传输的数据帧形式的控制命令，并根据该控制命令生成相应的检测信号发送至所述仿真应答终端，所述仿真应答终端对该检测信号自动应答，完成通道测试；
所述载波通道检测装置将完成通道测试所得到的表示测试结果的测试数据通过所述通讯模块传输给所述数据处理模块。
6.根据权利要求1或5所述的载波通道测试系统，其特征在于，所述的通道测试包括载波通道质量的检测和设备安装状况的测试。
7.根据权利要求5所述的载波通道测试系统，其特征在于，所述载波通道检测装置和所述仿真应答终端的连接方式包括纯电缆线路连接和混合线路连接。
8.根据权利要求4所述的载波通道测试系统，其特征在于，所述CCTS协议是测试载波通道质量而自定义的协议；Modbus协议、101协议和CDT协议均是测试设备安装状况的协议。
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