CN103631249B - 一种检测工业控制系统实时性的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工业控制系统实时性检测系统及方法，其中系统包括：数据测量探头、专用通信网络、检测计算机、精确授时系统组成，能够测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并计算其延时时间得到系统实时性。本发明还给出了相应的检测方法，通过本发明的系统及方法，可以有效地评估工业控制系统的质量，并可以作为一种异常检测手段，克服了仅通过数据传输速率对工业控制系统实时性进行评估的缺点。

Description

一种检测工业控制系统实时性的系统及方法
技术领域
本发明涉及工业控制系统领域，尤其涉及一种检测工业控制系统实时性的系统及方法。
背景技术
工业控制系统要求很高的实时性，对于过程控制回路，实时性的下降会导致过程控制回路中更严重的滞后，对正常的过程控制造成破坏，例如导致严重超调、振荡等。对于DCS（分布式控制系统），由于存在A／D转换、D／A转换、软件控制算法执行等时间消耗环节，可能影响到实时性；对于FCS（现场总线控制系统），由于还存在现场总线数据传输延迟，对于实时性的影响更是不可忽视。检测工业控制系统实时性，特别是检测工业控制网络（包括工业以太网、现场总线等）的实时性是检测工业控制系统质量和异常的重要手段。目前的检测方法仅通过数据传输速率对工业控制系统实时性进行评估，准确性较低，目前缺乏一种有足够精确性以及通用性好的检测方法。
发明内容
本发明提供一种检测工业控制系统实时性的系统及方法，能够指定工业控制系统特定范围，或者特定过程控制回路进行延迟时间和实时性的测量，可以有效地评估工业控制系统的质量。
一种工业控制系统实时性检测系统，包括：
数据测量探头，用于测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并将测量到的时间标记到数据中；
专用通信网络，用于连接每一个探头和检测计算机，将带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据发送到检测计算机；
检测计算机，用于接收带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据，并根据预先设定的检测范围或特定过程控制回路计算延迟时间，根据延迟时间得出工业控制系统实时性结果，并输出实时性结果；
精确授时系统，用于通过专用通信网络定时对数据测量探头进行时间同步。
所述的工业控制系统实时性检测系统中，所述的数据测量探头包括至少两个，且所述数据测量探头设置在现场仪表上，或将所述数据测量探头尽量接近现场仪表的探头；
所述的工业控制系统实时性检测系统中，所述的精确授时系统还包括：授时服务器及实时时钟，所述实时时钟安装在数据测量探头上，精确授时系统对各探头的时间同步精度小于1ms。
一种工业控制系统实时性检测方法，包括：
数据测量探头测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并将测量到的时间标记到数据中；
将带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据通过专用通信网络发送到检测计算机；
检测计算机接收带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据，并根据预先设定的检测范围或特定过程控制回路计算延迟时间，根据延迟时间得出工业控制系统实时性结果，并输出实时性结果；
精确授时系统通过专用通信网络定时对数据测量探头进行时间同步。
所述的工业控制系统实时性检测方法中，所述的数据测量探头包括至少两个，且所述数据测量探头设置在现场仪表上。
所述的工业控制系统实时性检测方法中，所述的精确授时系统对各探头的时间同步精度小于1ms。
本发明所提供的系统及方法，基于尽量接近现场仪表的探头、精确授时系统、专用通信网络、检测计算机组成，能够指定工业控制系统特定范围，或者特定过程控制回路进行延迟时间和实时性的测量，可以有效的评估工业控制系统的质量，并可以作为一种异常检测手段，克服了仅通过数据传输速率对工业控制系统实时性进行评估的缺点。
本发明提供一种工业控制系统实时性检测系统及方法，其中系统包括：数据测量探头、专用通信网络、检测计算机、精确授时系统组成，能够测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并计算其延时时间得到系统实时性。本发明还给出了相应的检测方法，通过本发明的系统及方法，能在整个工业控制网络的大范围内进行实时性的检测，并对延迟时间进行定量精确测量，并可以对针对任意过程控制回路，包括复杂控制回路进行实时性的检测和测量。该方法可以有效地检测工业控制系统的质量和异常。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为检测工业控制系统实时性的系统结构图；
图2为检测工业控制系统实时性的方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明中技术方案作进一步详细的说明。
本发明提供一种检测工业控制系统实时性的系统及方法，能够指定工业控制系统特定范围，或者特定过程控制回路进行延迟时间和实时性的测量，可以有效地评估工业控制系统的质量。
一种工业控制系统实时性检测系统，包括：
数据测量探头101，用于测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并将测量到的时间标记到数据中；
对于DCS（分布式控制系统），探头可以直接测量通信模拟信号（例如4—20mA模拟电流信号）；对于FCS（现场总线控制系统），探头可直接探测与现场仪表通信的现场总线数据报。
专用通信网络102，用于连接每一个探头和检测计算机，将带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据发送到检测计算机；
检测计算机103，用于接收带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据，并根据预先设定的检测范围或特定过程控制回路计算延迟时间，根据延迟时间得出工业控制系统实时性结果，并输出实时性结果；检测计算机基于高性能计算平台，例如使用多核CPU的服务器。
精确授时系统104，用于通过专用通信网络定时对数据测量探头进行时间同步。
所述的工业控制系统实时性检测系统中，所述的数据测量探头101包括至少两个，且所述数据测量探头设置在现场仪表上，或可将所述数据测量探头尽量接近现场仪表的探头，探头的具体数量可根据需测量的现场仪表数量确定；
所述的工业控制系统实时性检测系统中，所述的精确授时系统104还包括：授时服务器及实时时钟，所述实时时钟安装在数据测量探头上，精确授时系统对各探头的时间同步精度小于1ms。
为了精确测量延迟时间，每一个探头测量到的每组有效数据，或者探测到的每个数据报都必须打上精确的时间标记，因此每一个探头都必须保持高精度的时间同步。为了实现这一点，需要设置精确授时系统，授时基于网络授时协议，通过专用通信网络实现。
一种工业控制系统实时性检测方法，包括：
S201：数据测量探头测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并将测量到的时间标记到数据中；
S202：将带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据通过专用通信网络发送到检测计算机；
S203：检测计算机接收带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据，并根据预先设定的检测范围或特定过程控制回路计算延迟时间，根据延迟时间得出工业控制系统实时性结果，并输出实时性结果；
精确授时系统通过专用通信网络定时对数据测量探头进行时间同步。
所述的工业控制系统实时性检测方法中，所述的数据测量探头包括至少两个，且所述数据测量探头设置在现场仪表上。
所述的工业控制系统实时性检测方法中，所述的精确授时系统对各探头的时间同步精度小于1ms。
本发明所提供的系统及方法，基于尽量接近现场仪表的探头、精确授时系统、专用通信网络、检测计算机组成，能够指定工业控制系统特定范围，或者特定过程控制回路进行延迟时间和实时性的测量，可以有效的评估工业控制系统的质量，并可以作为一种异常检测手段，克服了仅通过数据传输速率对工业控制系统实时性进行评估的缺点。
本发明提供一种工业控制系统实时性检测系统及方法，其中系统包括：数据测量探头、专用通信网络、检测计算机、精确授时系统组成，能够测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并计算其延时时间得到系统实时性。本发明还给出了相应的检测方法，通过本发明的系统及方法，能在整个工业控制网络的大范围内进行实时性的检测，并对延迟时间进行定量精确测量，并可以对针对任意过程控制回路，包括复杂控制回路进行实时性的检测和测量。该方法可以有效地检测工业控制系统的质量和异常。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (6)

1.一种工业控制系统实时性检测系统，其特征在于，包括：
数据测量探头，用于测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并将测量到的时间标记到数据中；
专用通信网络，用于连接每一个探头和检测计算机，将带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据发送到检测计算机；
检测计算机，用于接收带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据，并根据预先设定的检测范围或特定过程控制回路计算延迟时间，根据延迟时间得出工业控制系统实时性结果，并输出实时性结果；
精确授时系统，用于通过专用通信网络定时对数据测量探头进行时间同步。
2.如权利要求1所述的工业控制系统实时性检测系统，其特征在于，所述的数据测量探头包括至少两个，且所述数据测量探头设置在现场仪表上。
3.如权利要求1所述的工业控制系统实时性检测系统，其特征在于，所述的精确授时系统还包括：授时服务器及实时时钟，所述实时时钟安装在数据测量探头上，精确授时系统对各探头的时间同步精度小于1ms。
4.一种工业控制系统实时性检测方法，其特征在于，包括：
数据测量探头测量工业控制系统中变送器发送出的测量值数据，以及执行器接收到控制器输出数据的时间，并将测量到的时间标记到数据中；
将带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据通过专用通信网络发送到检测计算机；
检测计算机接收带有时间标记的测量值数据或控制器输出的数据，并根据预先设定的检测范围或特定过程控制回路计算延迟时间，根据延迟时间得出工业控制系统实时性结果，并输出实时性结果；
精确授时系统通过专用通信网络定时对数据测量探头进行时间同步。
5.如权利要求4所述的工业控制系统实时性检测方法，其特征在于，所述的数据测量探头包括至少两个，且所述数据测量探头设置在现场仪表上。
6.如权利要求4所述的工业控制系统实时性检测方法，其特征在于，所述的精确授时系统对各探头的时间同步精度小于1ms。
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