专利名称：基于ieee1588的井下电缆在线故障定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及故障定位及信息技术领域，特别涉及一种基于IEEE1588通讯协议的井下电缆在线故障定位系统。
背景技术：
常规的电缆故障测试仪采用高压击穿方式，通过获取故障行波来确定故障位置。 由于煤矿井下可能有瓦斯气体存在，使得常规的电缆故障测试仪在煤矿井下的使用受到了限制。常规的电缆故障测试仪还具有体积大、操作复杂、操作人员需要具有较高的专业技术水平等特点，使得电缆故障定位仪在煤矿井下很少使用。电缆在线故障定位系统由于具有很高的技术难度，目前面世的产品很少。电缆故障在线定位系统利用运行电缆故障瞬间产生的故障行波确定故障位置。由于煤矿井下电缆长度一般在几百米到几公里之间，单端行波测距原理应用效果不太好，趋向于利用电缆两端的故障行波信号进行故障定位。由于故障行波理论传播速度为30万公里/秒，几百米到几公里的电缆长度需要电缆两端的同步采样精度很高才能实现满意的定位精度。所以电缆两端数据采样需要有很高的对时精度，比如lOnslOns的时钟同步精度。地面常采用GPS实现多端时钟同步。PPS脉冲精度为lOnslOns的GPS价格相当昂贵，同时在煤矿井下也不具有采用GPS的基本条件。因此，高精度时钟同步是煤矿井下电缆故障在线定位系统实现的关键。
发明内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供了一种基于IEEE1588的井下电缆在线故障定位系统，该系统通过采用IEEE1588标准，实现了高精度的时钟同步，并且充分利用了现有的井下光纤网络，构造成本较低，并且非常适合于井下环境的应用。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的该井下电缆在线故障定位系统，包括数据采集分析单元，分别设置于井下电缆的两端，在精确同步时钟控制下，完成电缆两端行波信息的同步自动采集并对采集的数据进行分析，检测故障行波是否存在；主时钟端和从时钟端，基于IEEE1588通讯协议，分别设置于井下电缆的两端，为数据采集分析单元提供精确同步时钟，两端之间通过光纤相连接，实现两个采集端的时钟同步和网络通讯。 进一步，所述数据采集分析单元包括FPGA，用于完成电缆两端行波信息的同步自动采集；CPU，采用小波算法，不断分析采集的数据，检测故障行波是否存在，在检测到故障行波后，发出控制指令，使主、从端交互信息，确定行波时间差，进而确定电缆故障位置；进一步，主时钟端、从时钟端采用IEEE1588V2标准；进一步，时钟同步精度小于30ns ；
3[0016]本实用新型的有益效果是本实用新型充分利用了现有的井下光纤系统，通过采用IEEE1588架构，为井下电缆故障信号的数据采集提供了高精度的时钟同步，从而可以实现对故障点的迅速定位和处理，其实施成本低，使用方便，具有较高的可靠性和安全性。本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中附图为本实用新型的系统结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。IEEE 1588 (网络测控系统精确时钟同步协议)最初由Agilent Laboratories (安捷伦实验室)的John Eidson以及来自其它公司和组织的12名成员开发，后来得到IEEE的赞助，并于2002年11月得到IEEE批准。IEEE 1588的基本构思是通过软硬件配合，记录同步时钟信息的发出时间和接收时间，并且给每一条信息加上时间标签，有了时间记录，接收方就可以计算出自己在网络中的时钟误差和延时，从而实现网络上从设备的内时钟与主控机的主时钟同步。该协议可以应用的同步介质也十分广泛。既可以在应用广泛的以太网中进行同步，也适用于通过支持多点传送信息的局域网通信的系统。能够使异种系统实现同步，协议支持系统范围的时钟同步，这种同步能在小网络到本地时钟计算资源范围内实现同步。IEEE 1588的基本功能是使分布式网络内的最精确时钟与其他时钟保持同步，它定义了一个在测量和控制网络中，与网络交流、本地计算和分配对象有关的精确同步时钟的协议PTParecision Time ftOtocol)，用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。该协议为小型同构或异构局域网设计，设计者特别注意降低资源使用，使其可以在低成本终端设备上应用。该协议对内存及CPU性能没有特殊的要求，只需要最小限度的网络带宽。如图所示，本实用新型的井下电缆在线故障定位系统包括数据采集分析单元，分别设置于井下电缆的两端，在精确同步时钟控制下，完成电缆两端行波信息的同步自动采集并对采集的数据进行分析，检测故障行波是否存在；主时钟端和从时钟端，基于IEEE1588通讯协议，分别设置于井下电缆的两端，为数据采集分析单元提供精确同步时钟，两端之间通过光纤相连接，实现两个采集端的时钟同步和网络通讯。其中，数据采集分析单元包括用于完成电缆两端行波信息的同步自动采集的FPGA，以及CPU，所述CPU采用小波算法，不断分析采集的数据，检测故障行波是否存在，在检测到故障行波后，发出控制指令，使主、从端交互信息，确定行波时间差，进而确定电缆故障位置。本实施例中，采用MPC8;3XX系列的CPU，CPU自身硬件支持IEEE1588和1000MHz以太网接口，加上对接口电路的优化设计，保证了主从端时钟精确同步。主时钟端完成IEEE1588时钟服务器的功能，主时钟端采用IEEE1588V2对从时钟端对时，保证从时钟端与主时钟端严格同步，时钟误差不超过30ns ；采用高稳晶振，保证两端时钟的稳定性。利用MPC83XX的1588硬时钟触发高速A/D采样。本实施例中，系统采用IEEE1588 V2标准，时钟同步精度小于30ns。数据采集系统的采集及分析过程如下在精确时钟控制下，由数据采集系统的 FPGA自动完成数据采集和存储，同时，数据采集系统的CPU采用小波算法，不断分析采集的数据，检测故障行波是否存在，在检测到故障行波后，主、从端交互信息，确定行波时间差， 进而确定电缆故障位置。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.基于IEEE1588的井下电缆在线故障定位系统，其特征在于所述系统包括数据采集分析单元，分别设置于井下电缆的两端，在精确同步时钟控制下，完成电缆两端行波信息的同步自动采集并对采集的数据进行分析，检测故障行波是否存在；主时钟端和从时钟端，基于IEEE1588通讯协议，分别设置于井下电缆的两端，为数据采集分析单元提供精确同步时钟，两端之间通过光纤相连接，实现两个采集端的时钟同步和网络通讯。
2.根据权利要求1所述的基于IEEE1588的井下电缆在线故障定位系统，其特征在于 所述数据采集分析单元包括FPGA，用于完成电缆两端行波信息的同步自动采集；CPU，用于不断分析采集的数据，检测故障行波是否存在和发出控制指令。
3.根据权利要求2所述的基于IEEE1588的井下电缆在线故障定位系统，其特征在于 主时钟端、从时钟端采用IEEE1588V2标准。
4.根据权利要求1所述的基于IEEE1588的井下电缆在线故障定位系统，其特征在于 时钟同步精度小于30ns。
专利摘要本实用新型公开了一种基于IEEE1588的井下电缆在线故障定位系统，包括数据采集分析单元、主时钟端和从时钟端，数据采集分析单元分别设置于井下电缆的两端，在精确同步时钟控制下，完成电缆两端行波信息的同步自动采集并对采集的数据进行分析；主时钟端和从时钟端基于IEEE1588通讯协议，分别设置于井下电缆的两端，为数据采集分析单元提供精确同步时钟，两端之间通过光纤相连接，实现两个采集端的时钟同步和网络通讯，当故障发生时，根据电缆双端同步采集的故障暂态行波信息，利用小波分析确定故障行波到达两端的时间差，由此确定电缆故障位置，本实用新型实施成本低，使用方便，具有较高的可靠性和安全性。
文档编号G01R31/08GK202256575SQ20112027587
公开日2012年5月30日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者周大敏, 安文斗 申请人:中煤科工集团重庆研究院