一种电力线载波通信现场快速故障诊断装置及方法

摘要

一种电力线载波通信现场快速故障诊断装置及方法，通过召唤主节点内保存的历史路径信息，对载波通信网络上的各个节点进行报文检索，分析返回报文的信号质量、通信成功率等，结合信道特征分析，能够准确估计出当前电力线上的信号衰减和噪声功率，确定载波通信网络故障原因，定位故障节点，判断故障类型，分析详细故障，存储故障记录，给出故障检修建议，输出到LCD显示屏，实现电力线载波通信现场快速故障诊断。

说明书

技术领域

本发明涉及电力线故障诊断技术领域，具体涉及一种电力线载波通信现场快速故障诊断装置及方法。

背景技术

电力线载波通信技术利用现有供电线路实现数据传输,具有无需重新布线、节省系统建设成本、实用方便等优点,在自动抄表、照明控制、智能小区、智能大厦、家庭网络、家居智能控制、家庭安防等方面被广泛应用。

由于各种电器的接入,电力线网络对于数据通信而言环境十分恶劣。主要表现在:线路阻抗变化,衰减大,而且随时间不断变化干扰强,噪声大,而且随时间不断变化典型的干扰和噪声源包括开关电源,各种电器等.而信号衰减则来自线路阻抗,电器接入阻抗,EMC电容,相间藕合等。这些特性及问题的存在，可能造成各种电力载波通信故障。

传统的电力载波通信现场故障诊断需采用复杂的测试仪器，仪器种类多、携带不便、操作复杂，且诊断结果需要人工通过经验分析判断，无法实现故障现场快速诊断。近几年，市场上逐渐出现了电力线载波通信现场故障诊断装置，但这些装置仍然存在诸多问题，例如检测方法单一，故障诊断种类少，无法实现故障定位或故障定位精度低等。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种实现电力线载波通信现场快速故障诊断及故障定位，且能够快速反映出故障节点位置、故障原因、故障类型、处理建议等诊断结果的装置及方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种电力线载波通信现场快速故障诊断装置，包括：

主控单元，电池经电源单元给主控单元供电，主控单元用于采集电力线上的信号并输出故障节点定位、故障原因至存储模块；

交互模块，与主控单元相连，用于参数配置、信息录入、诊断操作及结果显示；以及

通信模块，主控单元相连，通信模块用于将该电力线载波通信现场快速故障诊断装置与上位机进行数据通信。

进一步的，上述主控单元由采集单元、判别单元、数据单元、解析单元、拓扑识别单元、信道特征分析单元、故障定位单元构成，所述采集单元用于采集电力线上的信号，判别单元用于判别采集单元采集到的信号是否为有用信号，如果是则转到数据单元，如果否则转到信道特征分析单元，数据单元用于解析有用信号，将其解码生成通信报文，解析单元用于根据通信规约解析获取到的报文，并将报文分类标记存储，拓扑识别单元用于获取列表报文，根据列表报文进行拓扑识别，形成网络拓扑，信道特征分析单元用于根据获取到的线上噪声、信号衰减，计算当前电力线载波通信信道特征参数，分析当前信道特征，故障定位单元用于进行故障节点的定位。

进一步的，上述存储模块包括FLASH存储单元、DDR存储单元、SD卡存储单元，FLASH存储单元用于存储网络拓扑信息数据、节点信息数据、历史数据、配置参数，DDR存储单元用于存储主控单元的数据缓存，SD卡存储单元用于插入用户存储媒体的SD卡。

进一步的，上述交互模块包括LCD触摸屏、声光指示单元及用于开关机、开关LCD触摸屏背光、开始暂停的开关，所述声光指示单元由LED指示灯及蜂鸣器构成。

进一步的，上述通信模块包括RS485通信单元或蓝牙单元或WIFI通信单元。

进一步的，上述采集单元由耦合单元、载波发送单元、载波接收单元构成，耦合单元用于将通信信道上的数据和噪声信号从电力线上进行隔离耦合，载波发送单元用于在主控单元的控制下井耦合电路向电力线发送载波信号，载波接收单元用于经耦合电路接收电力线上的载波信号或噪声信号并传输至主控单元。

进一步的，上述故障定位单元由查询模块、频谱模块、分析模块、试验模块、输出模块构成，查询模块用于召唤主节点内存储的各个节点数据及记录，获取历史路径，频谱模块用于分析各个节点返回特定信号的频谱数据，分析各个节点的信号质量信息，分析模块根据频谱分析的结果，对故障节点的信号衰减、噪声干扰进行评估，判断出节点的故障原因，试验模块用于向载波通信网络中的故障节点发送抄表指令，根据结果返回情况判断故障位置，输出模块用于将故障节点定位、故障原因信息存储至存储模块，同时输出到交互模块的LCD触摸屏。

一种利用电力线载波通信现场快速故障诊断装置进行故障诊断的方法，包括如下步骤：

a)通过主控单元中的采集单元中的耦合单元及载波接收单元获取电力线上的信号，将信号经过模数转换器转换为数字信号；

b)通过主控单元中的判别单元判断步骤a)中的数字信号是否为有用信号，如果是有用信号，则执行步骤c)，如果不是有用信号则判断该数字信号是否为噪声信号，如果是噪声信号则转至执行步骤g)，如果不是噪声信号则返回执行步骤a)；

c)通过主控单元中的数据单元将有用的信号按照物理层协议数据单元信号帧格式进行解码，生成通信报文；

d)进行报文侦测，通过主控单元中的解析单元根据通信规约解析侦测到的报文，并将报文分类标记存储；

e)通过主控单元中的拓扑识别单元将解析后的报文进行拓扑识别，形成网络拓扑；f)通过主控单元中的故障定位单元进行故障节点的定位；

g)通过主控单元中的信道特征分析单元进行信道衰减测量、噪声测量及信道质量分析。

进一步的，步骤c)包括如下步骤：

c-1)将有用的信号在物理层根据帧格式划分为前导、帧控制、数据载荷、导频符号；

c-2)将数据载荷通过1024点的快速傅里叶变换后进行相干检测；

c-3)将相干检测后的结果经并串转换后得到解调后的通信报文。

进一步的，步骤g)包括如下步骤：

g-1)通过公式

g-2)对第n个采样时刻的载波前导信号y(n)进行FFT变换得到频域信号Y(k)；g-3)通过公式

g-4)通过公式

g-5)载波接收单元在PLC信号到来之前通过公式

g-6)通过公式

本发明的有益效果是：通过召唤主节点内保存的历史路径信息，对载波通信网络上的各个节点进行报文检索，分析返回报文的信号质量、通信成功率等，结合信道特征分析，能够准确估计出当前电力线上的信号衰减和噪声功率，确定载波通信网络故障原因，定位故障节点，判断故障类型，分析详细故障，存储故障记录，给出故障检修建议，输出到LCD显示屏，实现电力线载波通信现场快速故障诊断。

附图说明

图1为本发明的电力线载波通信现场快速故障诊断装置的硬件结构图；

图2为本发明的电力线载波通信现场快速故障诊断的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2对本发明做进一步说明。

如附图1所示，一种电力线载波通信现场快速故障诊断装置，包括：主控单元，电池经电源单元给主控单元供电，主控单元用于采集电力线上的信号并输出故障节点定位、故障原因至存储模块；交互模块，与主控单元相连，用于参数配置、信息录入、诊断操作及结果显示；以及通信模块，主控单元相连，通信模块用于将该电力线载波通信现场快速故障诊断装置与上位机进行数据通信。

通过召唤主节点内保存的历史路径信息，对载波通信网络上的各个节点进行报文检索，分析返回报文的信号质量、通信成功率等，结合信道特征分析，能够准确估计出当前电力线上的信号衰减和噪声功率，确定载波通信网络故障原因，定位故障节点，判断故障类型，分析详细故障，存储故障记录，给出故障检修建议，输出到LCD显示屏，实现电力线载波通信现场快速故障诊断。

实施例1：

主控单元由高性能微处理器及其最小系统电路构成，包括电源管理电路、时钟电路、复位电路；主控单元通过采集单元与电力线进行耦合连接，采集单元内置模拟前端、高速模数转换器、高速数模转换器，配合主控单元完成PLC数据通信、高速数据采集、信道特征测量和分析功能。具体的，主控单元由采集单元、判别单元、数据单元、解析单元、拓扑识别单元、信道特征分析单元、故障定位单元构成，所述采集单元用于采集电力线上的信号，判别单元用于判别采集单元采集到的信号是否为有用信号，如果是则转到数据单元，如果否则转到信道特征分析单元，数据单元用于解析有用信号，将其解码生成通信报文，解析单元用于根据通信规约解析获取到的报文，并将报文分类标记存储，拓扑识别单元用于获取列表报文，根据列表报文进行拓扑识别，形成网络拓扑，信道特征分析单元用于根据获取到的线上噪声、信号衰减，计算当前电力线载波通信信道特征参数，分析当前信道特征，故障定位单元用于进行故障节点的定位。

实施例2：

存储模块包括FLASH存储单元、DDR存储单元、SD卡存储单元，FLASH存储单元用于存储网络拓扑信息数据、节点信息数据、历史数据、配置参数，DDR存储单元用于存储主控单元的数据缓存，SD卡存储单元用于插入用户存储媒体的SD卡，用于用户数据的存储及导入导出。

实施例3：

交互模块包括LCD触摸屏、声光指示单元及用于开关机、开关LCD触摸屏背光、开始暂停的开关，所述声光指示单元由LED指示灯及蜂鸣器构成。具体的LCD触摸屏用来为用户显示配置参数、历史数据、诊断结果等信息同时通过触摸实现参数配置、数据输入、过程操作等。声光指示单元含有LED指示灯和蜂鸣器，用以进行相关操作的声光告警提示。开关用来为用户实现一些特定的快捷操作，如开关机、开关背光、开始暂停等。

实施例4：

通信模块包括RS485通信单元或蓝牙单元或WIFI通信单元，用来供用户选择合适的通信方式与管理计算机通信，用以导出数据、配置参数、分析数据等。

实施例5：

采集单元由耦合单元、载波发送单元、载波接收单元构成，耦合单元用于将通信信道上的数据和噪声信号从电力线上进行隔离耦合，载波发送单元用于在主控单元的控制下井耦合电路向电力线发送载波信号，载波接收单元用于经耦合电路接收电力线上的载波信号或噪声信号并传输至主控单元。

实施例6：

故障定位单元由查询模块、频谱模块、分析模块、试验模块、输出模块构成，查询模块用于召唤主节点内存储的各个节点数据及记录，获取历史路径，频谱模块用于分析各个节点返回特定信号的频谱数据，分析各个节点的信号质量信息，分析模块根据频谱分析的结果，对故障节点的信号衰减、噪声干扰进行评估，判断出节点的故障原因，试验模块用于向载波通信网络中的故障节点发送抄表指令，根据结果返回情况判断故障位置，输出模块用于将故障节点定位、故障原因信息存储至存储模块，同时输出到交互模块的LCD触摸屏。

如附图2所示，一种利用电力线载波通信现场快速故障诊断装置进行故障诊断的方法，包括如下步骤：

a)通过主控单元中的采集单元中的耦合单元及载波接收单元获取电力线上的信号，将信号经过模数转换器转换为数字信号。

b)通过主控单元中的判别单元判断步骤a)中的数字信号是否为有用信号，如果是有用信号，则执行步骤c)，如果不是有用信号则判断该数字信号是否为噪声信号，如果是噪声信号则转至执行步骤g)，如果不是噪声信号则返回执行步骤a)。

c)通过主控单元中的数据单元将有用的信号按照物理层协议数据单元信号帧格式进行解码，生成通信报文。解码步骤为将采集步骤获取到的有效信号按照物理层协议数据单元信号帧格式进行解码生成报文。具体为将载波信号转换为数字信号。

d)进行报文侦测，通过主控单元中的解析单元根据通信规约解析侦测到的报文，并将报文分类标记存储。

e)通过主控单元中的拓扑识别单元将解析后的报文进行拓扑识别，形成网络拓扑。f)通过主控单元中的故障定位单元进行故障节点的定位。具体为：查询步骤，召唤主节点内存储的各个节点数据及记录，获取历史路径。频谱步骤，分析各个节点返回特定信号的频谱数据，初步分析各个节点的信号质量信息。报文交互步骤，向载波通信网络中的疑似故障节点发送抄表指令，根据结果返回情况判断故障位置。其为现有技术，这里不再赘述。

g)通过主控单元中的信道特征分析单元进行信道衰减测量、噪声测量及信道质量分析。最终的输出步骤为将故障节点、故障原因等信息存储至存储模块并输出到交互模块的LCD触摸屏上进行显示。

实施例7：

步骤c)包括如下步骤：

c-1)将有用的信号在物理层根据帧格式划分为前导、帧控制、数据载荷、导频符号。

c-2)将数据载荷通过1024点的快速傅里叶变换后进行相干检测。

c-3)将相干检测后的结果经并串转换后得到解调后的通信报文。

实施例8：

步骤g)包括如下步骤：

g-1)通过公式

g-2)对第n个采样时刻的载波前导信号y(n)进行FFT变换得到频域信号Y(k)。g-3)通过公式

g-4)通过公式

g-5)载波接收单元在PLC信号到来之前通过公式

g-6)通过公式

通过本发明利用电力线载波通信现场快速故障诊断装置进行故障诊断的方法得到的结合信道特征参数测量与分析步骤的分析结果，在后续工作中，可以评估当前信道质量，同时结合故障诊断及定位结果，分析故障原因(元件衰减、同频串扰、节点故障等)，并给出处理建议。当节点持续通信失败且信道有强衰减特征时，结合现场工况，可识别元件衰减故障；对于该故障，整改困难，通过调整载波模块的通信参数，提高抗衰减性能，可改善通信可靠性。当节点出现间歇性通信故障且信道有间歇性噪声增强时，结合相邻台区通信参数配置及本台区日志分析，可识别同频串扰故障；对于该故障，通过切换本台区的工作频段可以消除该故障。对于节点故障则需要对节点载波模块进行配置调整或更换。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。