一种高压变频器光信号回路测试方法及系统与流程

文档序号:17817078发布日期:2019-06-05 21:51
一种高压变频器光信号回路测试方法及系统与流程
本发明涉及高压变频器通信测试
技术领域
,具体涉及一种高压变频器光信号回路测试方法及系统。
背景技术
:高压变频器由一个主控系统和多个功率单元组成,主控系统和每个功率单元均通过一对光纤进行通讯,传输功率单元的控制信号。在电力、化工、煤矿、冶金等工业生产领域要求高压变频器有极高的可靠性,而高压变频器能否正常工作,取决于通讯回路是否能正确传输数据。主控系统与每个功率单元的光纤通讯回路由诸多电路构成,主要由主控系统的串行信号编码电路、电光转换电路、光纤线缆、功率单元的光电接收电路和串行信号解码电路组成。当上述电路器件存在异常时,就会影响通讯功能。现有的测试故障功率单元的方法有直接观察高压变频器工作时是否报出通讯故障,或者使用专门制作的光纤信号回路测试工装进行测试,前者误差较大,且效率低下,后者需要对每个功率单元逐个进行通讯功能测试,效率较低,且测试工装需要进行投资和开发,成本较大,另外,由于高压变频器工作时,电压高达6kV或10kV,为确保操作人员的安全,每次上电和下电操作必须遵守安全规范和流程,测试耗费时间较多。技术实现要素:针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种高压变频器光信号回路测试方法及系统,可快速、高效地检测主控系统与功率单元之间通讯质量。本发明提供了一种高压变频器光信号回路测试方法,其包括步骤:主控系统接收并解析测试指令,生成测试码流;测试指令包括初始码和码型操作方式,测试码流由初始码进行编码后得到;主控系统将码型操作方式发送至功率单元,然后将测试码流分为两路,一路发送给功率单元,另一路作为原始码序列;功率单元根据码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列,然后发送给主控系统;主控系统收到接收码序列后,将其与原始码序列进行对比,得到误码计数,进而得到误码率。在上述技术方案的基础上,一路测试码流发送给功率单元,具体包括:将测试码流进行帧处理,得到数据帧;将数据帧转换成按位依次串行发送的位流,然后将位流转换为光信号,通过第一光纤传输至功率单元。在上述技术方案的基础上,功率单元根据码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列,然后发送给主控系统,具体包括:功率单元将从第一光纤中接收到光信号转换成位流,并将位流转换成数据帧;对数据帧进行解码,提取码型操作方式与测试码流;根据码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列;对接收码序列进行帧处理,得到数据帧;将数据帧转换成位流,然后将位流转换为光信号,通过第二光纤传输至主控系统。在上述技术方案的基础上,主控系统收到接收码序列后,将其与原始码序列进行对比,得到误码计数,具体包括:主控系统将从第二光纤中接收到光信号转换成位流,并将位流转换成数据帧;对数据帧进行解码,提取接收码序列;将接收码序列与原始码序列进行一对一的对比,得到误码计数。在上述技术方案的基础上,码型操作方式为按位取反或不操作。在上述技术方案的基础上,初始码按照伪随机二进制序列生成测试码流,测试码流为伪随机码PRBS7码流。本发明还提供一种实现上述方法的高压变频器光信号回路测试系统,其包括一个主控系统和多个功率单元,主控系统包括发送单元和接收单元;发送单元用于接收并解析测试指令,生成测试码流;测试指令包括初始码和码型操作方式,测试码流由初始码进行编码后得到;发送单元还用于将码型操作方式发送至功率单元,以及将测试码流分为两路,一路发送给功率单元,另一路发送给接收单元作为原始码序列;功率单元用于接收发送单元发来的一路测试码流与码型操作方式,并根据码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列,然后发送给接收单元;接收单元用于接收功率单元发来的接收码序列,并将其与原始码序列进行对比,得到误码计数,进而得到误码率。在上述技术方案的基础上,发送单元包括:指令解析器,其用于接收并解析人机界面HMI发来的测试指令;码型生成器,其用于根据初始码生成测试码流,并将测试码流分为两路,一路与码型操作方式打包发送给功率单元;另一路进入接收单元作为原始码序列;第一编辑器,其用于将码型生成器发来的测试码流进行帧处理,得到数据帧;第一信号发送电路,其用于将第一编辑器发来的数据帧转换成位流;第一电光转换电路,其用于将第一信号发送电路发来的位流转换为光信号,并通过第一光纤传输至功率单元。在上述技术方案的基础上,功率单元包括:第二光电转换电路,其用于将从第一光纤中接收到的光信号转换成位流;第二信号接收电路,其用于将第二光电转换电路发来的位流转换成数据帧;第二解码器,其用于将第二信号接收电路发来的数据帧进行解码,提取码型操作方式与测试码流;转换器,其用于根据码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列;第二编码器,其用于对接收到的接收码序列进行帧处理,得到数据帧;第二信号发送电路,其用于将第二编码器发来的数据帧转换成位流;第二电光转换电路,其用于将第二信号发送电路发来的位流转换为光信号,通过第二光纤传输至主控系统。在上述技术方案的基础上,接收单元包括:第一光电转换电路,其用于将从第二光纤中接收到的光信号转换成位流;第一信号接收电路,其用于将第一光电转换电路发来的位流转换成数据帧;第一解码器,其用于对第一信号接收电路发来的数据帧进行解码,提取接收码序列;误码率计算器,其用于将第一解码器发来的接收码序列与原始码序列进行对比,得到误码计数,进而得到误码率;计算输出电路,其用于将误码率发送至HMI。与现有技术相比,本发明的优点在于:(1)本发明的高压变频器光信号回路测试方法,通过主控系统对比其生成的原始码序列和功率单元返回的接收码序列,计算出误码率,通过误码率判断相应的功率单元与主控系统之间是否正常通讯。(2)本发明无需改变高压变频器的硬件设计,也不用新增测试工装,即可快速、准确地找出故障的功率单元。附图说明图1为本发明实施例提供的高压变频器光信号回路测试方法的流程图;图2为本发明实施例中步骤S2的流程图;图3为本发明实施例中步骤S3的流程图;图4为本发明实施例中步骤S4的流程图;图5为本发明实施例提供的PRBS7码流的生成原理图;图6为本发明实施例提供的高压变频器的示意图;图7为本发明实施例提供的主控系统与一个功率单元之间回路测试系统的示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。参见图1所示,本发明实施例提供一种高压变频器光信号回路测试方法,用于测试高压变频器的主控系统和功率单元之间的光纤通讯功能,包括以下步骤:S1.主控系统接收并解析测试指令,生成测试码流;测试指令包括初始码和码型操作方式,测试码流由初始码进行编码后得到。其中,初始码按照伪随机二进制序列生成测试码流,测试码流为伪随机码PRBS7码流。S2.主控系统将码型操作方式发送至功率单元,然后将测试码流分为两路,一路发送给功率单元,另一路作为原始码序列;S3.功率单元根据码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列,然后发送给主控系统;S4.主控系统收到接收码序列后,将其与原始码序列进行对比,得到误码计数,进而得到误码率。HMI作为高压变频器本身的部件之一,本身的工作模式包括正常工作模式。本实施例中,在HMI中新增光信号回路通讯测试模式,用于对信号回路进行通讯测试。HMI在发送初始码之前,先行发送通讯测试模式指令到功率单元,指示功率单元转入测试状态,然后再发送码型操作方式和初始码。本实施例中,当主控系统接收人机界面HMI发出的测试指令,即需要对各个功率单元进行误码率测试。主控系统通过光纤回路向各个功率单元发出测试码流,各个功率单元接收到测试码流后,按照主控系统的要求进行转换处理再上传到主控系统。通过主控系统对比其生成的原始码序列和功率单元返回的接收码序列,即可得到误码计数,计算出误码率,然后通过误码率判断相应的功率单元与主控系统之间是否正常通讯,当误码率超出预设值时,即可判断并指示出故障功率单元。其中,原始码序列和功率单元返回的接收码序列采用一对一的对比方式。上述步骤S2中一路测试码流发送给功率单元,具体包括:将测试码流进行帧处理,得到以字节为单位的数据帧,然后将数据帧转换成按位依次串行发送的位流,并将位流转换为光信号,通过第一光纤传输至功率单元。参见图2所示,上述步骤S2具体包括:S201.主控系统接收并解析测试指令,生成测试码流;S202.将测试码流按字节进行帧处理,得到数据帧;S203.将数据帧转换成按位依次发送的位流,然后将位流转换为光信号,通过第一光纤传输至功率单元。参见图3所示,上述步骤S3具体包括:S301.功率单元接收到第一光纤传输的光信号后,将光信号转换成位流,然后将位流按字节转换成数据帧;S302.对数据帧进行解码,提取码型操作方式与测试码流;S303.根据码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列;S304.对接收码序列按字节进行帧处理,得到数据帧;S305.将数据帧转换成位流,然后将位流转换为光信号,通过第二光纤传输至主控系统。参见图4所示,上述步骤S4具体包括:S401.主控系统接收到第二光纤传输的光信号后,将光信号转换成位流,然后将位流转换成数据帧。S402.对数据帧进行解码,提取接收码序列。S403.将接收码序列与原始码序列进行一对一的对比,得到误码计数,进而得到误码率。上述步骤S4还包括将误码率及通讯正常与否的判断结果转换成人机界面(HMIHumanMachineInterface)可显示的形式,并发送至HMI中,以显示出各功率单元对应的误码率及通讯是否正常的判断结果,便于查看。上述码型操作方式为按位取反或不操作。优选地,码型操作方式为按位取反,以确保功率单元收到测试码流后做了一次按位取反处理,而不是简单的转发,以影响最终送入FPGA或者CPLD引脚的电信号的极性。本发明实施例中,测试码流为二进制随机测试码流PRBS(Pseudo-RandomBinarySequence)7码流。PRBS7码流是七位随机序列,循环一次需要127个bit。因此初始码选择8bit二进制码型,即可生成127bit的PRBS7码流,该码流完成一个周期的时间最短,可节约测试时间。对于PRBS7码流,由初始码生成测试码流的原理过程如图5所示,只需要用到7个移位寄存器和简单的异或门就可以实现。当初始码为00000001时,其得到的127位码流,加上时刻0时的输出(即D7位),构成128位数据帧,按字节分布如下表1所示。表1PRBS7码流的128位数据帧BIT0BIT1BIT2BIT3BIT4BIT5BIT6BIT7BYTE100000001BYTE200000110BYTE300010100BYTE401111001BYTE500010110BYTE601110101BYTE700111110BYTE810000111BYTE900010010BYTE1001101101BYTE1101101111BYTE1201100011BYTE1301001011BYTE1410111001BYTE1510010101BYTE1601111111上述16个字节BYTE,按照BYTE1、BYTE2、……、BYTE16的顺序,逐个通过FPGA引脚,而每个BYTE依次按BIT0、BIT1、BIT2、……、BIT7的顺序发送。高压变频器输出三相调频调压交流电源,其每相由数量相等的功率单元组成;根据高压变频器工作电压的高低,每相功率单元的数量在5-9个之间。当工作电压为6kV时,每相功率单元的数量为5个,特殊机型每相增加1个;当工作电压为10kV时,每相功率单元的数量为8个,特殊机型每相增加1个。本实施例中,主控系统由一个FPGA(Field-ProgrammableGateArray,现场可编程门阵列)实现,在每个功率单元内部,出于成本考虑,其通讯功能由一个CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice,复杂可编程逻辑器件)实现。为兼容各个机型,在控制系统内,按照每相10个单元的容量进行设计,即在高压变频器的主控系统内建立了30个通道,每个通道功能相同,用以控制功率单元。主控系统和每个功率单元通过一对光纤进行通讯,包括一根接收光纤和一根发送光纤,传输功率单元的控制信号。因此对于一台每相9个功率单元的高压变频器整机中,用来通讯的光纤数量高达3*9*2=54根。主控系统和功率单元的物理层通讯方式采用串行通讯方式,通讯时钟频率为6.25MHz,每个比特bit位的持续时间为1/6.25MHz=0.16微秒;每8个bit位即一个字节作为一帧进行发送,其数据帧格式如下表2所示。表2数据帧格式在空闲状态下,即没有数据传输时,FPGA或者CPLD引脚电平为高电平,且持续时间为5个bit位长度时间。当有数据传输时,引脚电平会首先下降到0电平,这是一个起始位,标志着后续将有一个字节的数据要传输;起始位之后,将接收到一个电平,其状态1或者0,代表这个字节的第1位,用BIT0表示,依次把一个字节的8位传输完成,即BIT1、BIT2、BIT3、BIT4、BIT5、BIT6、BIT7,之后将有一位校验位,其值为上述8位数据的CRC(CyclicRedundancyCheck,循环冗余校验码)的计算值,之后,将传输最后一个bit,值为1,作为停止位,一个字节传输完毕。在连续传输字节时,考虑两次字节之间的5个空闲位、每个字节的起始位、校验位和停止位,传输一个8位字节的时间实际上是5+1+8+1+1=16个bit位的时间。因此,一个PRBS7码流的长度为127位,加上0时刻的bit位,总计128位长,通过16个字节的时间传输完成。每16个字节的时间传输完成一串PRBS7码流后,再重复传输PRBS7码,直到测试完成。由于误码率的统计单位为每百万bit位中的误码个数,因此在一次误码率的测试时,默认发送2百万个bit位,然后检测其中错误的bit位的数量。一次测试时间计算公式如下:总数据位*数据位实际传输时间=2000000*(16/8)*0.16us=0.64秒。因此,上述表2中的所有BIT位全部发送完成后,再从头开始发送,需经过2000000/128=15652轮后,发送完2000000个BIT位。在进行测试时,HMI向主控系统传输的工作模式为通讯测试模式,此时,HMI界面继续提示设置初始码、功率单元对接收到的码型的操作方式以及总的码流位数。其中,初始码的不能全为0的8位二进制,其取值范围为00000001~11111111,本实施例中初始码为00000001;码型操作方式默认为按位取反操作,总的码流位数为2百万个bit位。30个通道共用同一套PRBS7码流,30个通道各自发送上述表2中的所有BIT位。比对时,统计出码流中相同BIT位而值不相同的位个数。当检出一个BIT位不同时,则对此通道的误码个数进行加一。当所有2000000位全部比对完成后,按照误码个数/2000000计算各个通道的误码率并上传到HMI。参见图6和图7所示,本发明实施例还提供一种实现上述方法的高压变频器光信号回路测试系统,包括一个主控系统和多个功率单元,主控系统包括发送单元和接收单元。上述发送单元用于接收并解析测试指令,生成测试码流;测试指令包括初始码和码型操作方式,测试码流由初始码进行编码后得到;发送单元还用于将码型操作方式发送至功率单元,以及将测试码流分为两路,一路发送给功率单元,另一路发送给接收单元作为原始码序列。上述功率单元用于接收通讯测试模式指令,以便于转入测试状态;功率单元还用于接收发送单元发来的一路测试码流与码型操作方式,并根据码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列,然后发送给接收单元。上述接收单元用于接收功率单元发来的接收码序列,并将其与原始码序列进行对比,得到误码计数,进而得到误码率。本实施例中,发送单元包括指令解析器MCI、码型生成器MPG、第一编辑器MFG、第一信号发送电路MTX和第一电光转换电路MOT。指令解析器用于接收并解析HMI发来的测试指令,然后将解析后测试指令发送至码型生成器。码型生成器包括线性反馈移位寄存器LFSR(linearfeedbackshiftregisters)和异或XOR(exclusiveOR)电路组成,用于根据测试指令中的初始码生成测试码流。本实施例中,初始码为伪随机码PRBS7码流,即码型生成器会生成127bit的测试码流,并将测试码流分为两路,一路发送至第一编辑器,另一路进入接收单元作为原始码序列。第一编辑器用于将码型生成器发来的测试码流按照通讯协议进行帧处理,得到数据帧,然后发送至第一信号发送电路。第一信号发送电路是一种高速串行发送电路,用于将第一编辑器发来的数据帧转换成按位依次发送的位流,并发送给第一电光转换电路。第一电光转换电路用于将第一信号发送电路发来的位流转换为光信号,第一光纤插在此电路接口上,转换后的光信号通过第一光纤传输至功率单元中。本实施例中,功率单元包括第二光电转换电路UOR、第二信号接收电路URX、第二解码器UFD、转换器UFC、第二编码器UCF、第二信号发送电路UTX和第二电光转换电路UOT。第二光电转换电路用于将从第一光纤中接收到的光信号转换成位流,并将位流发送至第二信号接收电路。第二信号接收电路是一种高速串行接收电路,用于将第二光电转换电路发来的位流转换成数据帧,然后发送至第二解码器。第二解码器用于按照与主控系统约定的通讯协议,将第二信号接收电路发来的数据帧进行解码,提取码型操作方式与测试码流,并将测试码流与码型操作方式发送至转换器。上述码型操作方式为按位取反或不操作。优选地,码型操作方式为按位取反。转换器,其用于根据所述码型操作方式对测试码流进行位操作得到接收码序列,并发送至第二编码器。第二编码器的作用与第一编码器作用相似,用于对接收到的接收码序列进行帧处理,得到数据帧,然后发送至第二信号发送电路。第二信号发送电路也是一种高速串行发送电路,用于将第二编码器发来的数据帧转换成位流发送至第二电光转换电路。第二电光转换电路用于将第二信号发送电路发来的位流转换为光信号,通过第二光纤传输至主控系统。本实施例中,接收单元包括第一光电转换电路MOR、第一信号接收电路MRX、第一解码器MFD、误码率计算器MCK以及计算输出电路MEO。第一光电转换电路用于将从第二光纤中接收到的光信号转换成位流,并发送给第一信号接收电路。第一信号接收电路是一种高速串行接收电路,用于将第一光电转换电路发来的位流转换成数据帧,并发送给第一解码器。第一解码器用于按照与功率单元约定的通讯协议,对第一信号接收电路发来的数据帧进行解码,提取接收码序列,发送至误码率计算器。误码率计算器用于将第一解码器发来的接收码序列与码型生成器发来的原始码序列进行对比,得到误码计数,通过误码计数计算得到误码率,并将误码率发送至计算输出电路。由于HMI数据表示格式和主控系统不一样,计算输出电路用于将误码率转换成HMI可显示的形式,并发送至HMI中。本发明实施例的测试系统,适用于上述测试方法,无需改变高压变频器的硬件设计,也不用新增测试工装,即可在不增加额外硬件成本的基础上,简便、高效地检测主控系统与功率单元之间的光纤回路通讯质量,快速、准确地找出故障的功率单元。本发明不局限于上述实施方式,对于本
技术领域
的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。当前第1页1 2 3 
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