專利名稱：基于ieee1588的井下電纜故障定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及故障定位及信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于IEEE1588通訊協(xié)議的井下電纜在線故障定位方法，以及一種在線故障定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的電纜故障測試儀采用高壓擊穿方式，通過獲取故障行波來確定故障位置。 由于煤礦井下可能有瓦斯氣體存在，使得常規(guī)的電纜故障測試儀在煤礦井下的使用受到了限制。常規(guī)的電纜故障測試儀還具有體積大、操作復(fù)雜、操作人員需要具有較高的專業(yè)技術(shù)水平等特點(diǎn)，使得電纜故障定位儀在煤礦井下很少使用。電纜在線故障定位系統(tǒng)由于具有很高的技術(shù)難度，目前面世的產(chǎn)品很少。電纜故障在線定位系統(tǒng)利用運(yùn)行電纜故障瞬間產(chǎn)生的故障行波確定故障位置。由于煤礦井下電纜長度一般在幾百米到幾公里之間，單端行波測距原理應(yīng)用效果不太好，趨向于利用電纜兩端的故障行波信號進(jìn)行故障定位。由于故障行波理論傳播速度為30萬公里/秒，幾百米到幾公里的電纜長度需要電纜兩端的同步采樣精度很高才能實(shí)現(xiàn)滿意的定位精度。所以電纜兩端數(shù)據(jù)采樣需要有很高的對時精度，比如lOnslOns的時鐘同步精度。地面常采用GPS實(shí)現(xiàn)多端時鐘同步。PPS脈沖精度為lOnslOns的GPS價格相當(dāng)昂貴，同時在煤礦井下也不具有采用GPS的基本條件。因此，高精度時鐘同步是煤礦井下電纜故障在線定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中
附圖為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。IEEE 1588 (網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)精確時鐘同步協(xié)議)最初由Agilent Laboratories (安捷倫實(shí)驗(yàn)室)的John Eidson以及來自其它公司和組織的12名成員開發(fā)，后來得到IEEE的贊助，并于2002年11月得到IEEE批準(zhǔn)。IEEE 1588的基本構(gòu)思是通過軟硬件配合，記錄同步時鐘信息的發(fā)出時間和接收時間，并且給每一條信息加上時間標(biāo)簽，有了時間記錄，接收方就可以計算出自己在網(wǎng)絡(luò)中的時鐘誤差和延時，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上從設(shè)備的內(nèi)時鐘與主控機(jī)的主時鐘同步。該協(xié)議可以應(yīng)用的同步介質(zhì)也十分廣泛。既可以在應(yīng)用廣泛的以太網(wǎng)中進(jìn)行同步，也適用于通過支持多點(diǎn)傳送信息的局域網(wǎng)通信的系統(tǒng)。能夠使異種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步，協(xié)議支持系統(tǒng)范圍的時鐘同步，這種同步能在小網(wǎng)絡(luò)到本地時鐘計算資源范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步。IEEE 1588的基本功能是使分布式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的最精確時鐘與其他時鐘保持同步，它定義了一個在測量和控制網(wǎng)絡(luò)中，與網(wǎng)絡(luò)交流、本地計算和分配對象有關(guān)的精確同步時鐘的協(xié)議PTParecision Time ftOtocol)，用于對標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)或其他采用多播技術(shù)的分布式總線系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器以及其他終端設(shè)備中的時鐘進(jìn)行亞微秒級同步。該協(xié)議為小型同構(gòu)或異構(gòu)局域網(wǎng)設(shè)計，設(shè)計者特別注意降低資源使用，使其可以在低成本終端設(shè)備上應(yīng)用。該協(xié)議對內(nèi)存及CPU性能沒有特殊的要求，只需要最小限度的網(wǎng)絡(luò)帶寬。本發(fā)明的基于IEEE1588的井下電纜故障定位方法，是將基于IEEE1588通訊協(xié)議的的主時鐘端和從時鐘端分別設(shè)置于井下電纜的兩端，主、從端都有獨(dú)立的行波信號預(yù)處理、采樣、處理功能電路，兩端之間通過1000MHz光纖相連接，通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兩個采集端的時鐘同步和網(wǎng)絡(luò)通訊，在精確同步時鐘控制下，通過電纜兩端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成電纜兩端行波信息的同步自動采集，當(dāng)故障發(fā)生時，根據(jù)電纜雙端同步采集的故障暫態(tài)行波信息，利用小波分析確定故障行波到達(dá)兩端的時間差，由此確定電纜故障位置。系統(tǒng)采用 IEEE1588 V2標(biāo)準(zhǔn)，時鐘同步精度小于30ns。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集及分析過程如下在精確時鐘控制下，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 FPGA自動完成數(shù)據(jù)采集和存儲，同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的CPU采用小波算法，不斷分析采集的數(shù)據(jù)，檢測故障行波是否存在，在檢測到故障行波后，主、從端交互信息，確定行波時間差， 進(jìn)而確定電纜故障位置。如圖所示，本發(fā)明的井下電纜在線故障定位系統(tǒng)包括
數(shù)據(jù)采集分析單元，分別設(shè)置于井下電纜的兩端，在精確同步時鐘控制下，完成電纜兩端行波信息的同步自動采集并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢測故障行波是否存在；
主時鐘端和從時鐘端，基于IEEE1588通訊協(xié)議，分別設(shè)置于井下電纜的兩端，為數(shù)據(jù)采集分析單元提供精確同步時鐘，兩端之間通過光纖相連接，實(shí)現(xiàn)兩個采集端的時鐘同步和網(wǎng)絡(luò)通訊。其中，數(shù)據(jù)采集分析單元包括用于完成電纜兩端行波信息的同步自動采集的 FPGA，以及CPU，所述CPU采用小波算法，不斷分析采集的數(shù)據(jù)，檢測故障行波是否存在，在檢測到故障行波后，發(fā)出控制指令，使主、從端交互信息，確定行波時間差，進(jìn)而確定電纜故障位置。本實(shí)施例中，采用MPC8;3XX系列的CPU，CPU自身硬件支持IEEE1588和1000MHz以太網(wǎng)接口，加上對接口電路的優(yōu)化設(shè)計，保證了主從端時鐘精確同步。主時鐘端完成IEEE1588時鐘服務(wù)器的功能，主時鐘端采用IEEE1588V2對從時鐘端對時，保證從時鐘端與主時鐘端嚴(yán)格同步，時鐘誤差不超過30ns ；采用高穩(wěn)晶振，保證兩端時鐘的穩(wěn)定性。利用MPC83XX的1588硬時鐘觸發(fā)高速A/D采樣。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.基于IEEE1588的井下電纜故障定位方法，其特征在于將基于IEEE1588通訊協(xié)議的的主時鐘端和從時鐘端分別設(shè)置于井下電纜的兩端，主、從端都有獨(dú)立的行波信號預(yù)處理、采樣、處理功能電路，兩端之間通過1000MHz光纖相連接，通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兩個采集端的時鐘同步和網(wǎng)絡(luò)通訊，在精確同步時鐘控制下，通過設(shè)置在電纜兩端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成電纜兩端行波信息的同步自動采集，當(dāng)故障發(fā)生時，根據(jù)電纜雙端同步采集的故障暫態(tài)行波信息，利用小波分析確定故障行波到達(dá)兩端的時間差，由此確定電纜故障位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于IEEE1588的井下電纜故障定位方法，其特征在于 系統(tǒng)采用IEEE1588 V2標(biāo)準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE1588的井下電纜故障定位方法及系統(tǒng)，其特征在于時鐘同步精度小于50ns。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于IEEE1588的井下電纜故障定位方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集及分析過程如下在精確時鐘控制下，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的FPGA自動完成數(shù)據(jù)采集和存儲，同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的CPU采用小波算法，不斷分析采集的數(shù)據(jù)，檢測故障行波是否存在，在檢測到故障行波后，主、從端交互信息，確定行波時間差，進(jìn)而確定電纜故障位置。
5.井下電纜在線故障定位系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集分析單元，分別設(shè)置于井下電纜的兩端，在精確同步時鐘控制下，完成電纜兩端行波信息的同步自動采集并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢測故障行波是否存在；主時鐘端和從時鐘端，基于IEEE1588通訊協(xié)議，分別設(shè)置于井下電纜的兩端，為數(shù)據(jù)采集分析單元提供精確同步時鐘，兩端之間通過光纖相連接，實(shí)現(xiàn)兩個采集端的時鐘同步和網(wǎng)絡(luò)通訊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于IEEE1588的井下電纜故障定位系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集分析單元包括FPGA，用于完成電纜兩端行波信息的同步自動采集；CPU，采用小波算法，不斷分析采集的數(shù)據(jù)，檢測故障行波是否存在，在檢測到故障行波后，發(fā)出控制指令，使主、從端交互信息，確定行波時間差，進(jìn)而確定電纜故障位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于IEEE1588的井下電纜故障定位系統(tǒng)，其特征在于主時鐘端、從時鐘端采用IEEE1588V2標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于IEEE1588的井下電纜故障定位方法，是將基于IEEE1588通訊協(xié)議的的主時鐘端和從時鐘端分別設(shè)置于井下電纜的兩端，主、從端都有獨(dú)立的行波信號預(yù)處理、采樣、處理功能電路，兩端之間通過1000MHz光纖相連接，通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兩個采集端的時鐘同步和網(wǎng)絡(luò)通訊，在精確同步時鐘控制下，通過設(shè)置在電纜兩端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成電纜兩端行波信息的同步自動采集，當(dāng)故障發(fā)生時，根據(jù)電纜雙端同步采集的故障暫態(tài)行波信息，利用小波分析確定故障行波到達(dá)兩端的時間差，由此確定電纜故障位置；本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的迅速定位和處理，其實(shí)施成本低，使用方便，具有較高的可靠性和安全性。
文檔編號G01R31/08GK102313859SQ20111021781
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者周大敏, 安文斗 申請人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院