CN107748730B - 一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统，包括数模/模数转换通道、触发通道、时钟分配模块、现场可编程门阵列、2个存储模块、PXIe总线，转换通道分为2路数模转换通道、2路模数转换通道，触发通道用于接收触发信号，时钟分配模块通过PXle总线获取时钟信号，现场可编程门阵列用于连接2个存储模块；2个存储模块用于存储不同通道数据，PXle总线接口用于连接内部各模块数据的总线，作为一种数据传输载体。采用本发明，可快速、高效的获取费控电能表与购电卡数据交互信息，实时监视卡表之间的交互数据，同时对捕获的交互数据进行故障诊断。
Description
技术领域
本发明涉及用电应用技术领域，具体涉及一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统。
背景技术
本地费控电能表费控模式在实际运行中，密钥安全规范及数据交互标准、数据交互的控制由电表程序来执行，开户及售电数据由售电软件或终端厂商设计开发，数据文件的建立及密钥数据的更新由芯片厂商及各省电力公司负责。各方对数据交互的细节理解及检验手段各不相同，容易造成本地费控数据在整个生命周期管理内出现信息交互报错。目前电力公司对费控电表及购电卡的检测项目，仅停留在外观检测和发卡设备的发行后自我检测，可靠性较低，对营业厅、代售点及自助终端业务数据的准确性、完整性，对用户插卡过程的时序、报文准确性暂无检测手段。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统，可实现对本地费控卡表交互数据及时序的获取和分析，针对购电卡网省级密钥数据更新不完整或未更新，营业厅、售电终端对购电卡写入数据不规范或不准确、费控电表对购电卡数据交互时序控制不当等问题进行分析及故障定位，为指导售电系统、终端平台、电表程序、购电卡工艺的研发及改造升级提供技术基础及数据依据；具体技术方案如下：
一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统，包括输入端口、转换通道、触发通道、触发端口、时钟分配模块、现场可编程门阵列、存储模块、输出端口、PXle总线；
所述输入端口用于采集数据信号；
所述转换通道用于实现数据信号的模数转换或者数模转换；
所述触发端口用于接收监测工装的触发信号；
所述触发通道用于传输监测工装的触发信号以便输入端口采集数据信号；
所述时钟分配模块用于通过PXle总线获取时钟信号以实现提供同步时钟，协助输入端口完成数据信号采集；
所述现场可编程门阵列用于对输入端口采集的数据信号进行处理和故障分析；
所述存储模块用于存储数据；
所述输出端口用于输出数据；
所述转换通道、存储模块、时钟分配模块、触发通道、PXle总线分别与现场可编程门阵列连接，所述PXle总线与时钟分配模块连接，所述输入端口、输出端口分别与转换通道连接，所述触发端口与触发通道连接。
优选地，所述转换通道包括2路ADC模数转换通道、2路DAC数模转换通道；2路ADC模数转换通道分别与2个输入端口连接，2路DAC数模转换通道分别与2个输出端口连接，所述ADC模数转换通道用于将输入端口采集的模拟信号转变数字信号传输给现场可编程门阵列；所述DAC数模转换通道用于将现场可编程门阵列产生的数字信号转换成模拟信号传输给输出端口。
优选地，所述ADC模数转换通道包括低通滤波模块、ADC模数转换单元，所述低通滤波模块分别与输入端口、ADC模数转换单元连接，所述ADC模数转换单元与现场可编程门阵列连接；所述DAC数模转换通道包括低通滤波模块、DAC数模转换单元，所述低通滤波模块分别与输出端口、DAC数模转换单元连接，所述DAC数模转换单元与现场可编程门阵列连接。
优选地，所述现场可编程门阵列包括FPGA模块。
优选地，所述现场可编程门阵列包括信号触发单元、信号采集单元、信号同步单元、数据解码单元、时序获取单元、数据监测单元、故障分析定位单元、故障原因输出单元；所述信号触发单元、信号采集单元、信号同步单元依次连接，所述信号同步单元分别与数据解码单元、时序获取单元连接，所述数据解码单元、时序获取单元分别与数据监测单元连接，所述数据监测单元、故障分析定位单元、故障原因输出单元依次连接。
优选地，所述存储模块包括数据内存第一单元、数据内存第二单元；所述数据内存第一单元存储从费控电表与购电卡获取的交互数据；所述数据内存第二单元存储将要传输给费控电表与购电卡的交互数据。
优选地，一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统还包括外壳，还包括外壳，所述转换通道、触发通道、时钟分配模块、现场可编程门阵列、存储模块、PXle总线封装于外壳内部，所述输入端口、触发端口、输出端口设置在外壳上。
本发明的有益效果为：
（1）本发明体积小，方便携带，易于开展现场故障检测。
（2）本发明可实时监测卡表交互数据，并能快速、高效的完成交互数据故障分析，精确定位故障类型。
（3）本发明可快速提高售电系统、终端平台、电表程序、购电卡工艺的研发、改造及升级效率。
（4）本发明采用PXle总线传输数据，具有处理数据速度快，数据质量高等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的现场可编程门阵列的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统，包括外壳、输入端口、转换通道、触发通道、触发端口、时钟分配模块、现场可编程门阵列、存储模块、输出端口、PXle总线；转换通道、触发通道、时钟分配模块、现场可编程门阵列、存储模块、PXle总线封装于外壳内部，输入端口、触发端口、输出端口设置在外壳上。
输入端口用于采集数据信号；
转换通道用于实现数据信号的模数转换或者数模转换；
触发端口用于接收监测工装的触发信号；
触发通道用于传输监测工装的触发信号以便输入端口采集数据信号；
时钟分配模块用于通过PXle总线获取时钟信号以实现提供同步时钟，协助输入端口完成数据信号采集；
现场可编程门阵列用于对输入端口采集的数据信号进行处理和故障分析；
存储模块用于存储数据；
输出端口用于输出数据；
转换通道、存储模块、时钟分配模块、触发通道、PXle总线分别与现场可编程门阵列连接，PXle总线与时钟分配模块连接，输入端口、输出端口分别与转换通道连接，触发端口与触发通道连接。其中，时钟模块为CDC7005时钟同步器。
其中，转换通道包括2路ADC模数转换通道、2路DAC数模转换通道；2路ADC模数转换通道分别与2个输入端口连接，2路DAC数模转换通道分别与2个输出端口连接，ADC模数转换通道用于将输入端口采集的模拟信号转变数字信号传输给现场可编程门阵列；DAC数模转换通道用于将现场可编程门阵列产生的数字信号转换成模拟信号传输给输出端口。其中，2个输入端口为输入端口1、输入端口2。2个输出端口分别为输出端口1、输出端口2。
ADC模数转换通道包括低通滤波模块、ADC模数转换单元，低通滤波模块分别与输入端口、ADC模数转换单元连接，ADC模数转换单元与现场可编程门阵列连接；DAC数模转换通道包括低通滤波模块、DAC数模转换单元，低通滤波模块分别与输出端口、DAC数模转换单元连接，DAC数模转换单元与现场可编程门阵列连接。
现场可编程门阵列包括FPGA模块，具体为Kintex-7。其中，ADC模数转换单元具体为AD6654模数转换单元，DAC数模转换单元具体为AD9857数模转换单元。低通滤波模块包括一个20M的低通滤波器。
存储模块包括数据内存第一单元、数据内存第二单元；数据内存第一单元存储从费控电表与购电卡获取的交互数据；数据内存第二单元存储将要传输给费控电表与购电卡的交互数据。数据内存第一单元、数据内存第二单元皆为DDR3数据内存，如图1所示，数据内存第一单元为数据内存1，数据内存第二单元为数据内存2。
如图2所示，其中，现场可编程门阵列包括信号触发单元、信号采集单元、信号同步单元、数据解码单元、时序获取单元、数据监测单元、故障分析定位单元、故障原因输出单元；所述信号触发单元、信号采集单元、信号同步单元依次连接，所述信号同步单元分别与数据解码单元、时序获取单元连接，所述数据解码单元、时序获取单元分别与数据监测单元连接，所述数据监测单元、故障分析定位单元、故障原因输出单元依次连接。
信号触发单元与触发端口通过触发通道连接，信号触发单元在触发端口检测到触发信号后，信号采集单元控制ADC模数转换通道将从输入端口1或输入端口2采集获得的数据存储在数据内存第一单元中，数据解码单元从数据内存第一单元中获取数据，并进行数据的解调、解码获得帧数据，时序获取单元将帧数据进行解帧获得信息数据，数据监视单元将信息数据与理想数据进行对比得到异常数据，并将异常数据交给故障分析定位单元，故障分析定位单元分析异常数据并将异常数据与数据解码单元、时序获取单元获得的中间数据进行进一步的细化比对得出通信故障类型，故障原因输出单元将故障类型通过PXIe总线传输给上位机。上位机将费控电表或购电卡所需要的信息数据通过PXIe总线下载到数据内存第二单元中，并经过组帧、编码、调制过程获得激励数据，可编程门阵列通过控制DAC数模转换通道将激励数据转换成模拟信号，模拟信号经过低通滤波模块处理后送到输出端口1或输出端口2。
本发明的工作原理为：
如图1所示，输入端口1接收费控电表交互信号REQA，依次通过20MHz的低通滤波器和AD6654模数转换单元后传输给现场可编程门阵列Kintex-7，输入端口2接收购电卡交互信号ATQA，依次通过20MHz的低通滤波器和AD6654模数转换单元后传输给现场可编程门阵列Kintex-7。
输出端口1接收现场可编程门阵列Kintex-7产生的费控电表交互信号SAK，依次通过AD9857数模转换单元和20MHz的低通滤波器后传输给费控电表，输出端口2接收现场可编程门阵列Kintex-7产生的购电卡交互信号SELECT，依次通过AD9857数模转换单元和20MHz的低通滤波器后传输给购电卡。
触发端口接收外部的触发信号，当触发信号从0V跳变为3.3V时启动采集，当触发信号从3.3V跳变为0V时停止采集，实现对费控电表与购电卡数据交互信号REQA和ATQA的同步采集。
现场可编程门阵列Kintex-7连接DDR3数据内存1和DDR3数据内存2，其中数据内存1存储从费控电表与购电卡获取的交互数据REQA和ATQA，数据内存2存储将要传输给费控电表与购电卡的交互数据SAK和SELECT。
时钟分配模块CDC7005通过PXIe总线获取100MHz时钟信号，现场可编程门阵列Kintex-7通过PXIe总线进行100MB/s的数据传输。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统，其特征在于：包括输入端口、转换通道、触发通道、触发端口、时钟分配模块、现场可编程门阵列、存储模块、输出端口、PXle总线；
所述输入端口用于采集数据信号；
所述转换通道用于实现数据信号的模数转换或者数模转换；
所述触发端口用于接收监测工装的触发信号；
所述触发通道用于传输监测工装的触发信号以便输入端口采集数据信号；
所述时钟分配模块用于通过PXle总线获取时钟信号以实现提供同步时钟，协助输入端口完成数据信号采集；
所述现场可编程门阵列用于对输入端口采集的数据信号进行处理和故障分析；
所述存储模块用于存储数据；
所述输出端口用于输出数据；
所述转换通道、存储模块、时钟分配模块、触发通道、PXle总线分别与现场可编程门阵列连接，所述PXle总线与时钟分配模块连接，所述输入端口、输出端口分别与转换通道连接，所述触发端口与触发通道连接；
所述转换通道包括2路ADC模数转换通道、2路DAC数模转换通道；2路ADC模数转换通道分别与2个输入端口连接，2路DAC数模转换通道分别与2个输出端口连接，所述ADC模数转换通道用于将输入端口采集的模拟信号转变数字信号传输给现场可编程门阵列；所述DAC数模转换通道用于将现场可编程门阵列产生的数字信号转换成模拟信号传输给输出端口；
所述ADC模数转换通道包括低通滤波模块、ADC模数转换单元，所述低通滤波模块分别与输入端口、ADC模数转换单元连接，所述ADC模数转换单元与现场可编程门阵列连接；
所述DAC数模转换通道包括低通滤波模块、DAC数模转换单元，所述低通滤波模块分别与输出端口、DAC数模转换单元连接，所述DAC数模转换单元与现场可编程门阵列连接；
所述现场可编程门阵列包括信号触发单元、信号采集单元、信号同步单元、数据解码单元、时序获取单元、数据监测单元、故障分析定位单元、故障原因输出单元；所述信号触发单元、信号采集单元、信号同步单元依次连接，所述信号同步单元分别与数据解码单元、时序获取单元连接，所述数据解码单元、时序获取单元分别与数据监测单元连接，所述数据监测单元、故障分析定位单元、故障原因输出单元依次连接；
所述存储模块包括数据内存第一单元、数据内存第二单元；所述数据内存第一单元存储从费控电表与购电卡获取的交互数据；所述数据内存第二单元存储将要传输给费控电表与购电卡的交互数据；
信号触发单元与触发端口通过触发通道连接，信号触发单元在触发端口检测到触发信号后，信号采集单元控制ADC模数转换通道将从输入端口1或输入端口2采集获得的数据存储在数据内存第一单元中，数据解码单元从数据内存第一单元中获取数据，并进行数据的解调、解码获得帧数据，时序获取单元将帧数据进行解帧获得信息数据，数据监视单元将信息数据与理想数据进行对比得到异常数据，并将异常数据交给故障分析定位单元，故障分析定位单元分析异常数据并将异常数据与数据解码单元、时序获取单元获得的中间数据进行进一步的细化比对得出通信故障类型，故障原因输出单元将故障类型通过PXIe总线传输给上位机；上位机将费控电表或购电卡所需要的信息数据通过PXIe总线下载到数据内存第二单元中，并经过组帧、编码、调制过程获得激励数据，可编程门阵列通过控制DAC数模转换通道将激励数据转换成模拟信号，模拟信号经过低通滤波模块处理后送到输出端口1或输出端口2。
2.根据权利要求1所述的一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统，其特征在于：所述现场可编程门阵列包括FPGA模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于PXIe总线的费控卡表交互故障分析系统，其特征在于：还包括外壳，所述转换通道、触发通道、时钟分配模块、现场可编程门阵列、存储模块、PXle总线封装于外壳内部，所述输入端口、触发端口、输出端口设置在外壳上。
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