CN212518989U - 一种基于zynq平台的光纤纵联通道检测装置 - Google Patents

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

一种基于ZYNQ平台的光纤纵联通道检测装置

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处理系统与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，提高了系统集成度。

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。

实际测试系统的连接关系如图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，在信源数据之前插入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。

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