一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，包括FPGA逻辑设计模块、数据采集模块、数据处理模块和数据分析模块，本系统通过对FPGA进行最小系统设计，实现FPGA的简单工作，并配置对应的FPGA芯片，进行工作模式选择，选择与系统最为匹配的工作模式进行系统数据采集，获取系统所需数据，将采集到的数据信息进行分类存储，并根据数据的不同分类将数据发送至数据分析模块，数据分析模块进行数据的测试和计算，根据测试和计算结果，对系统进行优化，使系统达到最优化。本发明专利技术提供了一种高效率高准确度的故障检修系统，对系统中的设备灵活检修，为工作人员在设备维护方面提供了良好的参考依据。

One way FPGA acquisition and Troubleshooting Analysis System for industrial control network

【技术实现步骤摘要】
一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统
本专利技术涉及电力网络检测领域，具体是一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统。
技术介绍
随着电网智能化的发展，电力在线检测产品的种类也逐渐增多，随着工业控制网络的逐渐扩大，当系统发生故障时，需要尽快查找系统故障原因并确定解决方案，同时制定预警机制，避免再次发生类似事故，造成不必要的损失，在现有技术中，当故障发生后，可以及时查找故障发生点，通过故障检修分析故障位置，缩小故障查找范围，随着时间的变化，工业控制网络覆盖范围增大，同时接入网络的设备也逐渐变多，设备老化、故障问题层出不穷，在现有的工业控制网络中，人们通常选择智能化方式进行故障采集和采集分析，但是现有的故障采集和检修分析系统存在以下问题：1.在现有技术中，人们通常只在故障发生时进行设备检修，同时在设备检修过程中，因为设备定位模糊，增加人力工作内容，降低检修效率；2.在进行故障检修过程中，通常对整个系统或区域进行检修，在检修过程中可能会造成遗漏，或者对于状态较好的设备检修过剩，因此导致检修资源分配不均的问题；3.对系统的检修不够全面，同时检修体制不够完善，当某一设备发生故障时，检修不及时会造成整个工业控制网络瘫痪，造成不良影响；因此，人们需要一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，以解决现有技术中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，包括FPGA逻辑设计模块、数据采集模块、数据处理模块和数据分析模块；所述FPGA逻辑设计模块用于对FPGA进行最小系统设计，实现FPGA的简单工作，并通过配置对应的芯片，进行FPGA工作模式选择，选择与系统最为匹配的工作模式；所述数据采集模块用于通过工业控制网络中的不同网络线路，结合FPGA逻辑设计模块进行系统数据采集，获取系统所需数据，包括：系统内包含的所有设备和每台设备的运行状态，所述运行状态包括设备通信时间、设备通信信号、设备连接状态和设备历史通信记录；所述数据处理模块用于对所述数据采集模块采集到的数据信息进行分类存储，并根据数据的不同分类将数据发送至数据分析模块；所述数据分析模块用于对所述数据处理模块发送的数据进行测试和计算，根据测试和计算结果，对系统进行优化，将系统最优化。进一步地，所述FPGA逻辑设计模块包括FPGA工作设计单元和芯片配置单元；所述FPGA工作设计单元用于进行最小系统设计，利用最小系统设计实现系统数据采集控制管理、数据处理管理和数据分析管理，并在所述数据采集模块、数据处理模块和数据分析模块之间实现物理连接；所述芯片配置单元用于根据FPGA的不同功能进行功能细化，并选择与其他模块之间的连接方式，通过不断进行芯片的选择和切换持续为系统提供稳定电压和不间断的电流。通过FPGA逻辑设计模块的设置，利用FPGA进行故障检测，提高故障检测的灵活性，同时所FPGA工作设计单元在数据采集模块、数据处理模块和数据分析模块之间实现物理连接，避免数据信息在通信传输过程中因外力因素被中断，提高了系统的稳定性和故障检测的可靠性。进一步地，所述数据采集模块包括系统周期划分单元和周期采集单元；所述系统周期划分单元根据系统配置具体电力网络，对网络中的通信数据或通信信号进行周期性划分，根据周期将工业控制网络进行分类；所述周期采集单元对不同分类中的网络进行同周期采集，并将采集到的信息发送至数据处理模块进行数据处理。优选地，所述周期采集单元通过所述系统周期划分单元的控制网络分类进行数据的周期性采集，确定数据周期根据公式：其中，T为用于进行分类的系统数据周期，sinx为系统数据通信总周期函数，其中ω为周期系数，t为系统进行数据采集所用总时间，n为系统中同种类型的信道数量，b为完成一次数据采集所占时间比，利用数据周期进行周期性数据采集，使得数据采集过程具有一定规律可循，同时，一个周期内的数据可以从多个方面反映系统状态，通过周期性采集数据，与历史数据进行比较，确定在当前周期，系统中设备是否处于正常状态。进一步地，所述数据处理模块与FPGA逻辑设计模块连接，二者之前存在系统信息共享，所述数据处理模块包括数据缓存单元、数据分类单元、数据转换单元和数据存储单元；所述数据缓存单元接收所述数据采集单元发送的信息数据，对信息数据进行暂时存储；所述数据分类单元对所述数据缓存单元中的信息数据按其代表含义或作用进行分类，并对每一个信息数据进行分类标记；所述数据转换单元用于将所述数据缓存单元中的数据进行格式转换，转换为符合所述数据存储单元的格式；所述数据存储单元用于对网络中采集到的所有数据信息进行存储。优选地，所述数据分析模块包括数据测试单元、数据计算单元和系统优化单元；所述数据测试单元用于对所述数据处理单元中的数据按照分类标准进行逐个的数据测试；首先调用所述数据缓存单元中的数据，通过数据存储单元进行数据测试，发送指令至数据采集模块继续采集数据，其中所述数据测试包括传输信号测试、传输效率测试和传输波形测试；所述数据计算单元用于对工业控制网络中的各个连接设备依次进行运行过程中的测试和故障计算；所述系统优化单元根据系统故障对系统进行聚类优化或算法优化，得到最优系统。优选地，所述数据计算单元包括测试计算单元和故障计算单元；所述测试计算单元用于对所述数据测试单元的测试结果进行计算，首先对传输信号进行稳定性测试，通过所述FPGA模型得到传输信号的频率、波形和峰值，并设置信号稳定阈值[A，B]，当传输信号的波形在稳定阈值[A，B]内时，传输信号具有稳定性，当传输信号的波形不在稳定阈值[A，B]内时，传输信号不具有稳定性，此时，对传输信号进行校正，根据公式：J＝|A+B|cos(2πf+w)*g((Zmin+Zmax)-1)；其中，J为校正后的传输信号，A、B分别为稳定阈值的上限阈值和下限阈值，f为传输信号频率，W为不稳定传输信号与稳定信号相位差，Zmin、Zmax分别为传输信号峰值的最小值、最大值；所述传输效率测试，根据公式：其中，τ为数据传输效率，对不稳定的传输信号进行校正，得到稳定的传输信号，根据稳定的传输信号计算系统传输效率，通过对系统传输效率的分析确定设备在系统中的状态，将设备状态数值化，更为直观的对设备进行状态判断。优选地，所述系统优化单元中，所有系统故障G＝{G1，G2，…，GN}，对系统故障进行系统优化，根据公式：其中，ε为系统故障优化系数，Y为系统优化公式，Gi为系统故障中的任意故障，τ为数据在系统中的传输效率，J为正常状态下的传输信号，A、B分别为稳定阈值的上限阈值和下限阈值，根据系统故障对系统进行优化，使系统在保证正常工作的状态下达到最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，其特征在于，包括FPGA逻辑设计模块、数据采集模块、数据处理模块和数据分析模块；/n所述FPGA逻辑设计模块用于对FPGA进行最小系统设计，实现FPGA的简单工作，并通过配置对应的芯片，进行FPGA工作模式选择，选择与系统最为匹配的工作模式；/n所述数据采集模块用于通过工业控制网络中的不同网络线路，结合FPGA逻辑设计模块进行系统数据采集，获取系统所需数据，包括：系统内包含的所有设备和每台设备的运行状态，所述运行状态包括设备通信时间、设备通信信号、设备连接状态和设备历史通信记录；/n所述数据处理模块用于对所述数据采集模块采集到的数据信息进行分类存储，并根据数据的不同分类将数据发送至数据分析模块；/n所述数据分析模块用于对所述数据处理模块发送的数据进行测试和计算，根据测试和计算结果，对系统进行优化，将系统最优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，其特征在于，包括FPGA逻辑设计模块、数据采集模块、数据处理模块和数据分析模块；
所述FPGA逻辑设计模块用于对FPGA进行最小系统设计，实现FPGA的简单工作，并通过配置对应的芯片，进行FPGA工作模式选择，选择与系统最为匹配的工作模式；
所述数据采集模块用于通过工业控制网络中的不同网络线路，结合FPGA逻辑设计模块进行系统数据采集，获取系统所需数据，包括：系统内包含的所有设备和每台设备的运行状态，所述运行状态包括设备通信时间、设备通信信号、设备连接状态和设备历史通信记录；
所述数据处理模块用于对所述数据采集模块采集到的数据信息进行分类存储，并根据数据的不同分类将数据发送至数据分析模块；
所述数据分析模块用于对所述数据处理模块发送的数据进行测试和计算，根据测试和计算结果，对系统进行优化，将系统最优化。


2.根据权利要求1所述的一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，其特征在于，所述FPGA逻辑设计模块包括FPGA工作设计单元和芯片配置单元；
所述FPGA工作设计单元用于进行最小系统设计，利用最小系统设计实现系统数据采集控制管理、数据处理管理和数据分析管理，并在所述数据采集模块、数据处理模块和数据分析模块之间实现物理连接；
所述芯片配置单元用于根据FPGA的不同功能进行功能细化，并选择与其他模块之间的连接方式，通过不断进行芯片的选择和切换持续为系统提供稳定电压和不间断的电流。


3.根据权利要求1所述的一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，其特征在于，所述数据采集模块包括系统周期划分单元和周期采集单元；
所述系统周期划分单元根据系统配置具体电力网络，对网络中的通信数据或通信信号进行周期性划分，根据周期将工业控制网络进行分类；
所述周期采集单元对不同分类中的网络进行同周期采集，并将采集到的信息发送至数据处理模块进行数据处理。


4.根据权利要求3所述的一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，其特征在于，所述周期采集单元通过所述系统周期划分单元的控制网络分类进行数据的周期性采集，确定数据周期根据公式：



其中，T为用于进行分类的系统数据周期，sinx为系统数据通信总周期函数，其中ω为周期系数，t为系统进行数据采集所用总时间，n为系统中同种类型的信道数量，b为完成一次数据采集所占时间比。


5.根据权利要求1所述的一种工业控制网络单向FPGA采集故障检修分析系统，其特征在于，所述数据处理模块与FPGA逻辑设计模块连接，二者之前存在系统信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智勇，陈良汉，陈敏超，
申请(专利权)人：珠海市鸿瑞信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44