CN104391501B - 一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统及方法 - Google Patents

一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统及方法 Download PDF

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CN104391501B CN201410643605.2A CN201410643605A CN104391501B CN 104391501 B CN104391501 B CN 104391501B CN 201410643605 A CN201410643605 A CN 201410643605A CN 104391501 B CN104391501 B CN 104391501B
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system

Abstract

本发明公开了一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统及方法,该系统由负责数据采集和控制输出的前置机和负责数据分析和发出控制指令的控制分析机组成;前置机与分析机通信连接;前置机包含主控板和信号调理电路;主控板为基于DSP控制器的数据采集、控制和实时处理系统。该用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统及方法易于实施,能实现多项测试及监控功能。

Description

一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统及方法。
背景技术
[0002]水电厂计算机监控系统是水电厂设备控制核心,是水电厂实现源网协调控制的关 键设备。随着无人值班、少人值守工作的深入以及电网对水电厂源网协调能力的要求越来 越高,水电厂计算机监控系统的重要性越来越明显。一旦水电厂计算机监控系统故障将严 重影响水电厂设备安全甚至威胁电网安全。
[0003]目前还没有专门针对水电厂计算机监控系统开发的集测试分析于一体的系统。现 有技术无法完成温度量保护回路的测试;开关量和模拟量保护回路的测试也只有个别系统 有此附加功能;SOE分辨率测试一般使用单独的开关量通道测试仪完成测试,且通道数量 少,操作不方便,不能实现程序输出。
[0004]因此,为保证水电厂计算机监控系统状态良好必须开展水电厂计算机监控系统测 试分析,为实现水电厂计算机监控系统状态评价提供基础数据。
发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测 系统及方法,该用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统及方法易于实施,能实现多项 测试及监控功能。
[0006]发明的技术解决方案如下:
[0007] 一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统,由负责数据采集和控制输出的 前置机和负责数据分析和发出控制指令的控制分析机组成;前置机与分析机通信连接; [0008]前置机包含主控板和信号调理电路;
[0009]主控板为基于DSP控制器的数据采集、控制和实时处理系统;
[0010]信号调理电路配置有:
[0011] (1)32路独立的高速光隔离开关量输出通道,采用贴片安装式高速小型4脚光耦合 式M0SFET继电器;最多能同时输出32路开关量,用于S0E分辨率测试和开关量保护回路测 试;
[0012] ⑵4路独立的电阻输出通道;(4个电阻输出通道)
[0013]电阻输出通道为4个相同的、相互隔离的、由电阻构成的程序控制继电器切换电阻 网络;每一个电阻输出通道包括N个依次串接的电阻和对应控制该N个电阻的N个继电器;N 多2;N个依次串接的电阻形成的2个端部即为电阻输出通道的2个引出端子;主控板上的DSP 通过锁存与驱动电路(现有技术)控制每一个继电器;当某一个继电器动作,则与之对应的 电阻由于常开触点的接通而被短路;否则,某一个继电器不动作时,该继电器对应的电阻作 为有效电阻接入到该电阻输出通道中;(这里的电阻输出通道,事实上为精密的可f电阻。 若要实现这一功能且不受使用条件的限制,可采用传统的可调精密电位器,也可采用继电 器切换的加权电阻结构。前者实现简单,但指示困难且不易程序控制。后者实现较为困难、 体积较大,但可以精确实现电阻阻值的程序控制。考虑到使用者的方便,在本案中采用的是 后者方案。电阻的可控范围为0〜255.5欧,可控步长为〇.5欧。)电阻输出通道用于校验计算 机监控系统测温通道的准确性以及温度量保护回路的测试;这里的电阻采用精密电阻,精 度为0.5欧。
[0014] 具体工作过程为:首先,原始的测温过程是基于热敏电阻与温度的对应关系实现 的,计算机监控系统首先采集到包含有热敏电阻的电阻桥输出的电流信号再换算为温度 值,而在本发明的状态监测系统中,将前述的电流信号引过来通过这里的一条电阻输出通 道,实现对这个电流的检测,以验证计算机监控系统的测温通道的准确性;实际上每一个电 阻输出通道就相当于一个阻值可调的测量电阻。
[0015] (3) 4路独立的光隔离开关量输入通道:采用光耦合器件(6N136或(5N137)作为其输 入级;开关量输入通道用于将现场的开关量信号引入测试分析系统,用于开关量保护回路 以及监控系统功率调节性能、监控系统功能和性能测试分析;
[0016] (4) 4路独立的4〜20mA电磁隔离式模拟电流信号输出通道:采用一体化磁电隔离 型模块;电流输出通道输出4路4〜20mA信号,用于模拟量通道检测、模拟量保护回路测试、 计算机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试;
[0017] (5)1路0〜10V电磁隔离式模拟电压信号输出通道:采用一体化磁电隔离型模块和 功率运算放大器;输出的电压信号用于模拟量通道检测、模拟量保护回路测试、计算机监控 系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试等监控系统功能和性能测试分析;
[0018] (6) 4路独立的4〜20mA电磁隔离式模拟电流信号输入通道,采用一体化磁电隔离 型精密模块。模拟电流输入通道将现场4〜20mA的电流输入信号引入测试分析系统,用于模 拟量保护回路测试、计算机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试;
[0019] (7) 2路独立的0〜10V电磁隔离式模拟电压信号输入通道,采用一体化磁电隔离型 模块;模拟电压输入通道将现场0〜10V的电压输入信号引入测试分析系统,用于模拟量保 护回路测试、计算机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试;
[0020] (8) 4路独立的PT100三线制电磁隔离式的温度测量输入通道,采用一体化磁电隔 离型精密温度测量模块,用于实现基于PT100电阻式测温元件的温度测量;温度测量输入通 道将现场PT100电阻信号引入测试分析系统,用于测试分析计算机监控系统测温通道性能; [0021] (9) 2路独立的隔离式频率信号输出通道,0.03〜100Hz;频率输出通道能用作频率 发生器;
[0022] (10) 2路独立的隔离式频率信号输入通道,0.03〜100Hz;频率输入通道用于测量 机组频率;
[0023] (11) 1路标准Ethernet 100M网络接口,用于连接控制分析机或计算机网络。
[0024] 前置机与分析机通过局域网或Internet联接。
[0025] DSP 控制器采用 TMS320F28335芯片。
[0026] 主控板上集成有硬件协议栈W5300。
[0027] 每一路电阻输出通道的阻值范围为0〜255.5欧姆。
[0028] 一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测方法,采用前述的状态监测系统实施 状态监测;包括以下状态监测项目:
[0029] (1) SOE分辨率测试:启动控制分析机上的S0E分辨率测试界面,通过开关量输出通 道发出精确可控的开关量时序脉冲,实施对监控系统事件顺序响应时间分辨率的测试;测 试分析系统按设定顺序和设定时间间隔顺序输出多路(最多32路)开关量信号触发S0E模 件,通过比对监控系统S0E记录和测试分析系统输出标准信号的顺序和时间间隔的差异,验 证监控系统S0E记录是否准确;逐步减小测试分析系统输出信号时间间隔(最小〇• 1毫秒), 直到监控系统不能准确分辨为止(测试仪发出的信号,监控系统上显示的时间为一样则判 断监控系统不能分辨,如测试仪发出的信号相隔1毫秒,而监控系统采集到的数据显示时间 相同,则判断监控系统不能达到1毫秒的分辨率),监控系统能准确分辨的最小时间间隔即 为监控系统S0E分辨率;(SOE:sequence of event的简称:是指重要事件及其发生时刻和先 后顺序的记录);
[0030] (2)开关量保护动作测试:启动控制分析机上的开关量保护回路响应时间测试界 面;通过开关量输出通道发出可控的开关量组合脉冲,实施对监控系统测量保护/联锁回路 的逻辑和响应时间进行测试;测试分析系统输出一路或多路开关量至开关量保护回路的输 入通道,触发开关量保护动作逻辑,开关量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输 入通道,测试分析系统开关量输出跳变和开关量输入跳变的时间差即为开关量保护回路响 应时间,同时能检验开关量保护逻辑是否正确;
[0031] (3)模拟量保护动作测试:启动控制分析机上的模拟量保护回路响应时间测试界 面,通过模拟量输出通道发出可控阶跃幅值的模拟量,实施对监控系统模拟量保护回路的 逻辑和响应时间进行测试;测试分析系统输出一路或多路模拟量至模拟量保护回路的输入 通道,触发模拟量保护动作逻辑,模拟量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入 通道,测试分析系统模拟量输出变化和开关量输入跳变的时间差即为模拟量保护回路响应 时间,同时可检验模拟量保护逻辑是否正确。
[0032] (4)温度量保护动作测试:启动控制分析机上的温度量保护回路响应时间测试界 面;通过发出可控阶跃幅值的温度量(PT100电阻值),实施对监控系统温度量保护回路的逻 辑和响应时间进行测试;测试分析系统输出一路或多路温度量至温度量保护回路的输入通 道,触发温度量保护动作逻辑,温度量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入通 道,测试分析系统温度量输出变化和开关量输入跳变的时间差即为温度量保护回路响应时 间,同时可检验温度保护逻辑是否正确;
[0033] (5)工作站画面刷新测试:启动控制分析机上的工作站画面刷新测试界面,通过模 拟量输出通道发出可控阶跃幅值和时间间隔的模拟量信号,提供对监控系统工作站画面刷 新时间的测试功能;在监控系统工作站调出一幅含某模拟量的画面,将测试分析系统一路 模拟量输出引至监控系统该模拟量输入通道,在测试分析系统上触发监控系统模拟量跳 变,观察工作站画面刷新与模拟量发生跳变的时间差即为工作站画面刷新时间。
[0034] 本发明实现了测量的网络化,将伩器即前置机放置于局域网或Internet上的任意 位置,即可完成所需的测试及仿真任务;g卩,前置机与分析机的通讯距离不受限制,只要中 间有局域网或Internet联接即可。
[0035]利用该系统可搭建水电厂计算机监控专业培训和竞赛仿真测试分析平台。
[0036] 所有伩器输入、输出信号均通过10毫米直径的标准航空插头与前置机相连。输入 输出通道是通过插头相连,但前置机与控制分析机通过TCP/IP网络口相连。
[0037]所述用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统具有多路独立的高速光隔离开 关量输出通道,双向MOSFET电子开关,可同时对多个SOE模件分辨率进行测试分析的功能。 包括以下步骤:步骤1:将智能测试分析系统前置机多路开关量输出通道与S0E模件输入信 号相连构建测试分析平台;步骤2:检测满足测试条件后,在控制分析机设置SOE触发间隔、 触发顺序等参数;步骤3:在控制分析机下达开始进行SOE测试指令,在水电厂计算机监控系 统工程师站记录SOE信号触发时间及顺序得出测试结果;步骤4:在控制分析机上设置减小 SOE触发间隔或改变触发顺序,重复步骤2,直到水电厂计算机监控系统不能分辨的时间间 隔止;步骤5:根据测试结果得出测试结论。最小时间间隔〇 • ims;延时时间设置方式:独立或 联动设置;输出方式:所有通道同时或延时。
[0038]所述用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统具备水电厂计算机监控系统工 作站画面刷新时间测试分析功能。输出通道设置方式:独立或联动设置;输出方式:阶跃、斜 坡;工作方式:单次或循环。
[0039]所述用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统具备水电厂计算机监控系统开 关量保护回路响应时间测试分析功能。
[0040]所述用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统具备水电厂计算机监控系统模 拟量保护回路响应时间及模拟量通道校验测试以及模拟量记录、存储、指标分析、反读和实 时曲线显示分析功能。
[0041]所述用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统具备水电厂计算机监控系统温 度量保护回路响应时间及温度量通道校验测试以及模拟量记录、存储、指标分析、反读和实 时曲线显示分析功能。
[0042]本发明将水电厂计算机监控系统功能和性能测试所需的全部项目集成一体,且所 有测试项目均能自动完成,操作简便。测试分析系统还具备数据反读功能,数据反读即测试 数据存储后任意时间可以利用控制分析机调出来进行分析,可以离线分析测试情况。利用 该系统还可以搭建计算机监控系统仿真测试平台和竞赛平台。
[0043]测试一般是在计算机监控系统投运前或检修后进行,除监控系统功率调节性能试 验外的其他测试都应在机组处于停机状态下进行,而功率调节性能试验系统时测试系统只 负责录波和进行分析,不存在安全隐患。
[0044] 有益效果:
[0045]本发明的用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统及方法,其系统集水电厂计 算机监控系统状态评价测试所需的多种功能为一体,系统由负责数据采集和控制输出的前 置机和负责数据分析和发出控制指令的控制分析机组成,可以实现水电厂计算机监控系统 S0E模件响应时间、工作站画面刷新时间、开关量保护回路响应时间、控制命令响应时间及 执行时间、模拟量保护回路响应时间及模拟量通道校验、温度量保护回路响应时间及温度 量通道校验等水电厂计算机监控系统状态评价所需的各项功能测试分析。本发明由前置机 和控制分析机组成,前置机接收控制分析机命令,执行实时数据采集和控制输出以及开关 量变位扑捉等任务,并将采集到的信息和必要的分析处理结果通过局域网和TCP/IP协议发 送给控制分析机。控制分析机一方面通过通信接口从前置机获得各输入通道的实时数据, 进行相应的数据显示、分析以及自动进行结果处理;另一方面则根据应用软件的需求向前 置机发送所需的数据采集命令、开关量动作命令以及模拟量的设定命令等。本发明提供的 水电厂计算机ini控系统状&、评切测试分析系统能全面测试评价计算机监控系统运行状态, 确保水电厂计算机监控系统安全稳定运行。利用该系统还可搭建水电厂计算机监控专业培 训和竞赛仿真测试分析平台,实现对水电厂高级维护人员的仿真培训和测试。
[0046]本发明填补了目前不能利用一套系统对水电厂计算机监控系统状态评价完成测 试分析的空白,本发明已成功应用于多个大型水电厂计算机监控系统的状态评价测试分析 和水电厂计算机监控专业精英赛仿真测试分析。
附图说明
[0047]图1为用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统的总体结构框图;
[0048]图2为基于TMS320F28335主控板的前置机原理框图;
[0049]图3为模拟量输入通道结构原理示意图;
[0050]图4为模拟量输出通道结构原理示意图;
[0051]图5为温度量输入通道结构原理示意图;
[0052]图6为开关量保护回路响应时间测试接线示意图;
[0053]图7为模拟量保护回路响应时间测试接线示意图;
[0054]图8为温度量保护回路响应时间测试接线示意图;
[0055]图9为工作站画面刷新时间测试接线示意图;
[0056]图10为电阻输出通道与主机板连接的示意图。
具体实施方式
[0057]以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明:
[0058] 实施例1:
[0059]如图1-10,一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统,由负责数据采集和 控制输出的前置机和负责数据分析和发出控制指令的控制分析机组成;前置机与分析机通 信连接;
[0060]前置机包含主控板和信号调理电路;
[0061] 主控板为基于DSP控制器的数据采集、控制和实时处理系统;
[0062]信号调理电路配置有:
[0063] (1)32路独立的高速光隔离开关量输出通道,采用贴片安装式高速小型4脚光耦合 式M0SFET继电器;最多能同时输出32路开关量,用于S0E分辨率测试和开关量保护回路测 试;
[00M] (2) 4路独立的电阻输出通道;(4个电阻输出通道)
[0065]电阻输出通道为4个相同的、相互隔离的、由电阻构成的程序控制继电器切换电阻 网络;每一个电阻输出通道包括N个依次串接的电阻和对应控制该N个电阻的N个继电器;N 彡2; N个依次串接的电阻形成的2个端部即为电阻输出通道的2个引出端子;主控板上的DSP 通过锁存与驱动电路(现有技术)控制每一个继电器;当某一个继电器动作,则与之对应的 电阻由于常开触点的接通而被短路;否则,某一个继电器不动作时,该继电器对应的电阻作 为有效电阻接入到该电阻输出通道中;(这里的电阻输出通道,事实上为精密的可$电阻。 若要实现这一功能且不受使用条件的限制,可采用传统的可调精密电位器,也可采用继电 器切换的加权电阻结构。前者实现简单,但指示困难且不易程序控制。后者实现较为困难、 体积较大,但可以精确实现电阻阻值的程序控制。考虑到使用者的方便,在本案中采用的是 后者方案。电阻的可控范围为0〜255.5欧,可控步长为〇.5欧。)电阻输出通道用于校验计算 机监控系统测温通道的准确性以及温度量保护回路的测试;这里的电阻采用精密电阻,精 度为0.5欧。
[0066]具体工作过程为:首先,原始的测温过程是基于热敏电阻与温度的对应关系实现 的,计算机监控系统首先采集到包含有热敏电阻的电阻桥输出的电流信号再换算为温度 值,而在本发明的状态监测系统中,将前述的电流信号引过来通过这里的一条电阻输出通 道,实现对这个电流的检测,以验证计算机监控系统的测温通道的准确性;实际上每一个电 阻输出通道就相当于一个阻值可调的测量电阻。
[0067] (3) 4路独立的光隔离开关量输入通道:采用光耦合器件(6N136或(5N137)作为其输 入级;开关量输入通道用于将现场的开关量信号引入测试分析系统,用于开关量保护回路 以及监控系统功率调节性能、监控系统功能和性能测试分析;
[0068] (4) 4路独立的4〜20mA电磁隔离式模拟电流信号输出通道:采用一体化磁电隔离 型模块;电流输出通道输出4路4〜20mA信号,用于模拟量通道检测、模拟量保护回路测试、 计算机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试;
[0069] (5)1路0〜10V电磁隔离式模拟电压信号输出通道:采用一体化磁电隔离型模块和 功率运算放大器;输出的电压信号用于模拟量通道检测、模拟量保护回路测试、计算机监控 系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试等监控系统功能和性能测试分析;
[0070] (6) 4路独立的4〜20mA电磁隔离式模拟电流信号输入通道,采用一体化磁电隔离 型精密模块。模拟电流输入通道将现场4〜20mA的电流输入信号引入测试分析系统,用于模 拟量保护回路测试、计算机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试;
[0071] (7) 2路独立的0〜10V电磁隔离式模拟电压信号输入通道,采用一体化磁电隔离型 模块;模拟电压输入通道将现场0〜10V的电压输入信号引入测试分析系统,用于模拟量保 护回路测试、计算机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试;
[0072] (8) 4路独立的PT100三线制电磁隔离式的温度测量输入通道,采用一体化磁电隔 离型精密温度测量模块,用于实现基于PT100电阻式测温元件的温度测量;温度测量输入通 道将现场PT100电阻信号引入测试分析系统,用于测试分析计算机监控系统测温通道性能; [0073] (9) 2路独立的隔离式频率信号输出通道,0.03〜100Hz;频率输出通道能用作频率 发生器;
[0074] (10) 2路独立的隔离式频率信号输入通道,0.03〜100Hz;频率输入通道用于测量 机组频率;
[0075] (11) 1路标准Ethernet 100M网络接口,用于连接控制分析机或计算机网络。
[0076] 前置机与分析机通过局域网或Internet联接。
[0077] DSP 控制器采用 TMS320F28335芯片。
[0078] 主控板上集成有硬件协议栈W5300。
[0079] 每一路电阻输出通道的阻值范围为0〜255.5欧姆。
[0080] 一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测方法,采用前述的状态监测系统实施 状态监测;包括以下状态监测项目:
[0081] ⑴SOE分辨率测试:启动控制分析机上的S0E分辨率测试界面,通过开关量输出通 道发出精确可控的开关量时序脉冲,实施对监控系统事件顺序响应时间分辨率的测试;测 试分析系统按设定顺序和设定时间间隔顺序输出多路(最多32路)开关量信号触发S0E模 件,通过比对监控系统S0E记录和测试分析系统输出标准信号的顺序和时间间隔的差异,验 证监控系统S0E记录是否准确;逐步减小测试分析系统输出信号时间间隔(最小〇• i毫秒), 直到监控系统不能准确分辨为止(测试仪发出的信号,监控系统上显示的时间为一样则判 断监控系统不能分辨,如测试仪发出的信号相隔1毫秒,而监控系统采集到的数据显示时间 相同,则判断监控系统不能达到1毫秒的分辨率),监控系统能准确分辨的最小时间间隔即 为监控系统S0E分辨率;(SOE:sequence of event的简称:是指重要事件及其发生时刻和先 后顺序的记录);
[0082] (2)开关量保护动作测试:启动控制分析机上的开关量保护回路响应时间测试界 面;通过开关量输出通道发出可控的开关量组合脉冲,实施对监控系统测量保护/联锁回路 的逻辑和响应时间进行测试;测试分析系统输出一路或多路开关量至开关量保护回路的输 入通道,触发开关量保护动作逻辑,开关量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输 入通道,测试分析系统开关量输出跳变和开关量输入跳变的时间差即为开关量保护回路响 应时间,同时能检验开关量保护逻辑是否正确;
[0083] (3)模拟量保护动作测试:启动控制分析机上的模拟量保护回路响应时间测试界 面,通过模拟量输出通道发出可控阶跃幅值的模拟量,实施对监控系统模拟量保护回路的 逻辑和响应时间进行测试;测试分析系统输出一路或多路模拟量至模拟量保护回路的输入 通道,触发模拟量保护动作逻辑,模拟量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入 通道,测试分析系统模拟量输出变化和开关量输入跳变的时间差即为模拟量保护回路响应 时间,同时可检验模拟量保护逻辑是否正确。
[0084] (4)温度量保护动作测试:启动控制分析机上的温度量保护回路响应时间测试界 面;通过发出可控阶跃幅值的温度量(PT100电阻值),实施对监控系统温度量保护回路的逻 辑和响应时间进行测试;测试分析系统输出一路或多路温度量至温度量保护回路的输入通 道,触发温度量保护动作逻辑,温度量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入通 道,测试分析系统温度量输出变化和开关量输入跳变的时间差即为温度量保护回路响应时 间,同时可检验温度保护逻辑是否正确;
[0085] (5)工作站画面刷新测试:启动控制分析机上的工作站画面刷新测试界面,通过模 拟量输出通道发出可控阶跃幅值和时间间隔的模拟量信号,提供对监控系统工作站画面刷 新时间的测试功能;在监控系统工作站调出一幅含某模拟量的画面,将测试分析系统一路 模拟量输出引至监控系统该模拟量输入通道,在测试分析系统上触发监控系统模拟量跳 变,观察工作站画面刷新与模拟量发生跳变的时间差即为工作站画面刷新时间。
[0086] 用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统所具有的主要功能如下:
[0087] S0E模件响应时间测定;
[0088] 工作站画面刷新时间测量;
[0089] 开关量保护回路响应时间测试(控制命令响应时间及执行时间测试);
[0090] 模拟量保护回路响应时间测试;
[0091] 温度量保护回路响应时间测试及温度量测量通道校验;
[0092] 电流、电压模拟量的实时数据采集、记录、存储、指标分析、反读和实时曲线显示;
[0093] 温度量的实时数据采集、记录、存储、指标分析、反读和实时曲线显示;
[0094] 仪器仪表功能;作为通用仪器使用。可以检测所有模拟量输入和温度量输入通道 的原信号直接检测值,开关量输入通道的状态。以及直接控制模拟量输出和电阻输出通道 的输出值,开关量输出通道的状态。可用于判断信号通道的好坏,也可用作功能齐全的测量 仪表和信号发生器使用。
[0095] 它由下列项组成:
[0096]信号发生器功能;
[0097] 存储示波器功能。具有普通示波器功能,图形可以存储以备以后调用。
[0098] 前置机
[0099] 前置机主要包含有信号调理部分和主控板两大部分(参见图2)部分。其中信号调 理部分实现输入、输出信号的隔离与电平变换,主控板用于实现信号的采集、处理、控制及 与上位机的通讯。就电路设计而言,考虑到系统功能、性能和实现上的方便,整个硬件电路 又主要分为主控板、电阻输出板、模拟量输入输出调理板、开关量输入输出调理板和一些附 加的辅助电路板。
[0100] 主控板
[0101] 主控板是独立的基于美国TI公司(Texas Instruments)最新浮点DSP控制器 TMS320F28335的高性能数据采集、控制和实时处理系统。其结构原理如图2所示。
[0102] 该板主要由以下几个部分组成:
[0103] TMS320F28335浮点DSP芯片及外围电路;
[0104] 通信接口及辅助电路(主通讯芯片为TCP/IP硬件协议栈ff5300,备用通讯为标准串 行RS-232C/MAX3221);
[0105] 外扩RAM电路(256KX16/IS61LV25616AL或512KX16/IS61LV51216AL);
[0106] 外扩D/A变换电路(12位X 8路,TLV5630,SPI接口);
[0107] 外扩CPLD电路(XC%144XL-144) ;CPLD为可编程逻辑器件,用于I/O通道以及时钟 的编程控制,通过CPLD编程控制可以大大提高TMX320F28335芯片通用数字输入/输出(I/O) 的复用特点的灵活性。例如,可以方便地通过配置这些引脚为通用数字量输入,引入输入的 开关量信号,或配置成CAP引脚功能,引入需测量时间的信号。
[0108] 相应的供电电源。
[0109]与大多数嵌入式系统不同,系统的网络通讯选用了硬件协议找的方式(图2中的 W5300)。这种方式的最大优点在于无需通用操作系统的支持,避免了以往的软件协议栈对 CPU资源的占用,且软件编程更容易、开发周期更短、可靠性更好。
[0110]模拟量输入输出调理板
[0111]系统对所有模拟输入信号(包括PT100温度量输入)和输出信号的调理安装在一块 电路板上,简称模拟量输入输出调理板。所有通道,无论在原理还是在结构上,均遵循模块 ^的原则。对于每一输入或输出通道,均采用成熟的工业化模块产品,以实现对信号的隔 离、滤波和电平转换,从而保证在电厂现场复杂电磁环境下,测量和控制的准确性和可靠 性。图3、图4和图5分别示出了模拟量输入、模拟量输出和温度量输入通道的原理结构示意 图。
[0112]调理板主要的功能包括:
[0113] (1)实现信号与前置机之间的电气隔离;
[0114] (2)实现各信号通道间的隔离;
[0115] (3)将不同的输入信号转换为统一的、适应于28335A/D输入模块的0〜3V电压信 号;
[0116] ⑷对信号实现一定程度的硬件滤波(截止频率为2KHz)。
[0117] ⑸将DA通道输出的0〜2.408V电压信号隔离并转换成符合要求的电流(4〜20mA) 或电压信号(0〜10V)。
[0118]模拟通道信号采用上述硬件处理技术后,具有下列优越性:
[0119] (1)解决传感器或仪表安装不当或传输线绝缘屏蔽不够使信号引入共模干扰的问 题;
[0120] ⑵解决多路信号进入同一 DSP主板互相千扰问题。输入信号经过调理后可以接成 单端方式;
[0121] ⑶所有输入或输出信号可独立连接到外部传感器或设备,无需考虑共地问题,克 服分散采集、信号传输距离远带来的地回路干扰、强电干扰问题,也可避免错误接线可能对 仪器设备造成的损坏;
[0122] 防止带有强干扰和危险电势的信号直接进入前置机。
[0123]控制分析机
[0124]控制分析机安装系统测试分析应用软件(由于采用了TCP/IP通讯协议作为控制分 析机和前置机间的通讯协议,因此控制分析机只需安装应用软件,而不需安装任何驱动软 件,安装过程非常简单。)
[0125] 用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统的各种功能是通过系统的主操作菜 单来启动的。主操作菜单分为4组,S卩:“系统操作”、“仪器功能”、“功能选择”和“过程记录”。 每组菜单表示一系列的功能,并由相应的菜单子选项启动。
[0126] 系统操作菜单组
[0127] 系统操作菜单组由下列子菜单项组成:
[0128]读取设置文件:读取先前保存的系统参数设置文件。
[0129]保存设置文件:保存当前系统已经设置的工作参数为文件,以备今后使用。
[0130]系统参数设置:打开并显示系统参数设置界面。该界面主要提供对所有模拟输入 通道进行设置的方法,当仪器用于试验之前,必须通过此界面对将使用的输入通道进行必 要的率定和设置。
[0131] 退出系统:退出系统应用软件。
[0132]仪器功能菜单组,这里指控制分析机具有一般测量伩器的功能。
[0133] 仪器功能菜单组启动系统作为通用仪器使用时的相应工作界面。可以检测所有模 拟量输入和温度量输入通道的原信号直接检测值,开关量输入通道的状态。以及直接控制 模拟量输出和电阻输出通道的输出值,开关量输出通道的状态。可用于判断信号通道的好 坏,也可用作功能齐全的测量仪表和信号发生器使用。它由下列子菜单项组成:
[0134]模拟量输入输出:启动模拟量输入通道监视及输出通道直接控制应用界面。在该 界面下,软件可同时检测所有模拟量输入的实测值(4路电流,2路电压)和4路温度量输入的 实测值。系统提供5路棂拟佶万重号输出(4路电流,1路电压),每路模拟量输出有阶跃和 斜坡两种输出方式,选择阶跃方式输出则系统按照设定的不同阶跃量输出脉冲波;选择斜 坡方式则系统按照设定的斜率输出电流(电压)信号;
[0135]开关量输入输出:启动开关量输入通道监视及输出通道直接控制应用界面。在该 界面下,软件可以实时检测所有4路开关量的当前状态,同时,也可任意控制32路开关量输 出的打开或闭合状态。
[0136] 功能实现:
[0137] S0E分辨率测试:启动S0E分辨率测试界面。通过发出精确可控的开关量时序脉冲, 提供对监控系统事件顺序响应时间分辨率的测试功能。测试分析系统按设定顺序和设定时 间间隔顺序输出多路(最多32路)开关量信号触发S0E模件,通过比对监控系统S0E记录和测 试分析系统输出标准信号的顺序和时间间隔的差异,验证监控系统S0E记录是否准确。逐步 减小测试分析系统输出信号时间间隔(最小0.1毫秒),直到监控系统不能准确分辨为止,监 控系统能准确分辨的最小时间间隔即为监控系统S0E分辨率。
[0138] 开关量保护动作测试:启动开关量保护回路响应时间测试界面。通过发出可控的 开关量组合脉冲,提供对监控系统测量保护/联锁回路的逻辑和响应时间进行测试的功能。 测试接线见图6。测试分析系统输出一路或多路开关量至开关量保护回路的输入通道,触发 开关量保护动作逻辑,开关量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入通道,测试 分析系统开关量输出跳变和开关量输入跳变的时间差即为开关量保护回路响应时间,同时 可检验开关量保护逻辑是否正确。
[0139] 模拟量保护动作测试:启动模拟量保护回路响应时间测试界面。通过发出可控阶 跃幅值的模拟量,提供对监控系统模拟量保护回路的逻辑和响应时间进行测试的功能。测 试接线见图7。测试分析系统输出一路或多路模拟量至模拟量保护回路的输入通道,触发模 拟量保护动作逻辑,模拟量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入通道,测试分 析系统模拟量输出变化和开关量输入跳变的时间差即为模拟量保护回路响应时间,同时可 检验模拟量保护逻辑是否正确。
[0140]温度量保护动作测试:启动温度量保护回路响应时间测试界面。通过发出可控阶 跃幅值的温度量(PT100电阻值),提供对监控系统温度量保护回路的逻辑和响应时间进行 测试的功能。测试接线见图8。测试分析系统输出一路或多路温度量至温度量保护回路的输 入通道,触发温度量保护动作逻辑,温度量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输 入通道,测试分析系统温度量输出变化和开关量输入跳变的时间差即为温度量保护回路响 应时间,同时可检验温度保护逻辑是否正确。
[0141] 工作站画面刷新测试:启动工作站画面刷新测试界面。通过发出可控阶跃幅值和 时间间隔的模拟量信号,提供对监控系统工作站画面刷新时间的测试功能。
[0142] 测试接线见图9。在监控系统工作站调出一幅含某模拟量的画面,将测试分析系统 一路模拟量输出引至监控系统该模拟量输入通道,在测试分析系统上触发监控系统模拟量 跳变,观察工作站画面刷新与模拟量发生跳变的时间差即为工作站画面刷新时间。
[0143] 过程记录菜单组
[0144] 过程记录菜单组用于启动过程动态特性监视功能界面。包括两个子菜单项:过程 监视记录和温度监视记录。通过这两个子菜单项启动的测试界面提供了多种测试过程动态 特性的方法,并提供过程的显示、记录和存储、反读及各种动特性指标分析等多种功能。

Claims (6)

1. 一种用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统,其特征在于,由负责数据采集和 控制输出的前置机和负责数据分析和发出控制指令的控制分析机组成;前置机与控制分析 机通信连接; 前置机包含主控板和信号调理电路; 主控板为基于DSP控制器的数据采集、控制和实时处理系统; 信号调理电路配置有: (1) 32路独立的高速光隔离开关量输出通道,采用贴片安装式高速小型4脚光耦合式 MOSFET继电器;最多能同时输出32路开关量,用于SOE分辨率测试和开关量保护回路测试; (2) 4路独立的电阻输出通道; 电阻输出通道为4个相同的、相互隔离的、由电阻构成的程序控制继电器切换电阻网 络;每一个电阻输出通道包括N个依次串接的电阻和对应控制该N个电阻的N个继电器;N多 2;N个依次串接的电阻形成的2个端部即为电阻输出通道的2个引出端子;主控板上的DSP通 过锁存与驱动电路控制每一个继电器;当某一个继电器动作,则与之对应的电阻由于常开 触点的接通而被短路;否则,某一个继电器不动作时,该继电器对应的电阻作为有效电阻接 入到该电阻输出通道中;电阻输出通道用于校验计算机监控系统测温通道的准确性以及温 度量保护回路的测试; (3) 4路独立的光隔离开关量输入通道:采用光耦合器件作为其输入级;开关量输入通 道用于将现场的开关量信号引入测试分析系统,用于开关量保护回路以及监控系统功率调 节性能、监控系统功能和性能测试分析; (4) 4路独立的4〜20mA电磁隔离式模拟电流信号输出通道:采用一体化磁电隔离型模 块;电流输出通道输出4路4〜20mA信号,用于模拟量通道检测、模拟量保护回路测试、计算 机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试; (5) 1路0〜10V电磁隔离式模拟电压信号输出通道:采用一体化磁电隔离型模块和功率 运算放大器;输出的电压信号用于模拟量通道检测、模拟量保护回路测试、计算机监控系统 画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试监控系统功能和性能测试分析; (6) 4路独立的4〜20mA电磁隔离式模拟电流信号输入通道,采用一体化磁电隔离型精 密模块,模拟电流输入通道将现场4〜20mA的电流输入信号引入测试分析系统,用于模拟量 保护回路测试、计算机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试; (7) 2路独立的0〜10V电磁隔离式模拟电压信号输入通道,采用一体化磁电隔离型模 块;模拟电压输入通道将现场〇〜10V的电压输入信号引入测试分析系统,用于模拟量保护 回路测试、计算机监控系统画面刷新时间测试、监控系统功率调节性能测试; (8) 4路独立的PT100三线制电磁隔离式的温度测量输入通道,采用一体化磁电隔离型 精密温度测量模块,用于实现基于PT100电阻式测温元件的温度测量;温度测量输入通道将 现场PT100电阻信号引入测试分析系统,用于测试分析计算机监控系统测温通道性能; (9) 2路0.03〜100Hz独立的隔离式频率信号输出通道;频率输出通道能用作频率发生 器; (10) 2路0.03〜100Hz独立的隔离式频率信号输入通道;频率输入通道用于测量机组频 率; (11) 1路标准Ethernet 100M网络接口,用于连接控制分析机或计算机网络。
2.根据权利要求1所述的用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统,其特征在于,前 置机与控制分析机通过局域网或Internet联接。
3.根据权利要求2所述的用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统,其特征在于, DSP控制器采用TMS320F28335芯片。
4. 根据权利要求3所述的用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统,其特征在于,主 控板上集成有硬件协议枝W5300。
5. 根据权利要求4所述的用于水电厂计算机监控系统的状态监测系统,其特征在于,每 一路电阻输出通道的阻值范围为0〜255.5欧姆。
6. —种用于水电厂计算机监控系统的状态监测方法,其特征在于,采用权利要求1-5任 一项所述的状态监测系统实施状态监测;包括以下状态监测项目: (1) SOE分辨率测试:启动控制分析机上的SOE分辨率测试界面,通过开关量输出通道发 出精确可控的开关量时序脉冲,实施对监控系统事件顺序响应时间分辨率的测试;测试分 析系统按设定顺序和设定时间间隔顺序输出多路开关量信号触发SOE模件,通过比对监控 系统SOE记录和测试分析系统输出标准信号的顺序和时间间隔的差异,验证监控系统SOE记 录是否准确;逐步减小测试分析系统输出信号时间间隔,直到监控系统不能准确分辨为止, 监控系统能准确分辨的最小时间间隔即为监控系统SOE分辨率; (¾开关量保护动作测试:启动控制分析机上的开关量保护回路响应时间测试界面;通 过开关量输出通道发出可控的开关量组合脉冲,实施对监控系统测量保护/联锁回路的逻 辑和响应时间进行测试;测试分析系统输出一路或多路开关量至开关量保护回路的输入通 道,触发开关量保护动作逻辑,开关量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入通 道,测试分析系统开关量输出跳变和开关量输入跳变的时间差即为开关量保护回路响应时 间,同时能检验开关量保护逻辑是否正确; (3)模拟量保护动作测试:启动控制分析机上的模拟量保护回路响应时间测试界面,通 过模拟量输出通道发出可控阶跃幅值的模拟量,实施对监控系统模拟量保护回路的逻辑和 响应时间进行测试;测试分析系统输出一路或多路模拟量至模拟量保护回路的输入通道, 触发模拟量保护动作逻辑,模拟量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入通道, 测试分析系统模拟量输出变化和开关量输入跳变的时间差即为模拟量保护回路响应时间, 同时可检验模拟量保护逻辑是否正确; ⑷温度量保护动作测试:启动控制分析机上的温度量保护回路响应时间测试界面;通 过发出可控阶跃幅值的温度量,实施对监控系统温度量保护回路的逻辑和响应时间进行测 试;测试分析系统输出一路或多路温度量至温度量保护回路的输入通道,触发温度量保护 动作逻辑,温度量保护回路动作出口引入测试分析系统开关量输入通道,测试分析系统温 度量输出变化和开关量输入跳变的时间差即为温度量保护回路响应时间,同时可检验温度 保护逻辑是否正确; (5)工作站画面刷新测试:启动控制分析机上的工作站画面刷新测试界面,通过模拟量 输出通道发出可控阶跃幅值和时间间隔的模拟量信号,提供对监控系统工作站画面刷新时 间的测试功能;在监控系统工作站调出一幅含某模拟量的画面,将测试分析系统一路模拟 量输出引至监控系统该模拟量输入通道,在测试分析系统上触发监控系统模拟量跳变,观 察工作站画面刷新与模拟量发生跳变的时间差即为工作站画面刷新时间。
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