CN106774244A - 数据采集与监视控制系统的模拟测试工具及其测试方法 - Google Patents

数据采集与监视控制系统的模拟测试工具及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，包括配置文件层，编写配置文件；协议处理层，读取配置文件并根据配置文件加载不同的规约；通信数据链路层，根据规约建立虚拟数据通信链路；界面窗口层，用于显示虚拟设备的数目、名称、端口和地址以及所述虚拟设备下的单点遥信数目、双点遥信数目、遥控数目、遥测数目、遥调数目和设定值数目，点击不同虚拟设备后，自动切换到相应虚拟设备；虚拟设备调度层，为多线程实现，一个虚拟设备可以对应多个虚拟数据通道，一个虚拟数据通道对应至少一个实际设备。本发明的模拟测试工具在SCADA系统开发初期，对于验证各个模块的功能，加快开发进度，有着硬件设备不可替代的作用。

Description

数据采集与监视控制系统的模拟测试工具及其测试方法
技术领域
本发明属于一种测试工具，更具体涉及一种数据采集与监视控制系统的测试工具。
背景技术
数据采集与监视控制系统(SCADA)是以计算机为基础，它的应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。它在远动系统中占重要地位，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，即众所周知的“四遥”功能。远程终端单元、馈线终端单元是它的重要组成部分。在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用。
数据采集与监视控制系统适用于测控点数多、测控精度高、测控速度快的各种工业现场，其特点是分散控制和集中监视，具有组网通讯能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便。集中了PLC系统的现场测控功能强和分散控制系统(DCS)的组网通讯能力的两大优点，性能价格比高。
SCADA/DCS系统一般包括：
通讯前置系统，主要负责解析各种不同的规约，完成通讯接口数据处理，如数据转发。通讯前置系统包括前置计算机、串口池或者MODEM池、机架、防雷措施和网络接口。
实时数据库系统，主要包括运行实时数据库的服务器。
工程师工作站，负责系统的组态、画面制作和系统的各种维护。
生产调度工作站，是监控系统的主要用户，用于显示画面、画面浏览、实现各种报警等。
各种监控工作站，主要用于特别庞大的系统，几个人已经无法监控的情况，这时会根据需要，设立各种的监控工作站，每个工作站有人员工作。
历史数据库服务器，是SCADA系统保存历史数据的服务器。
WEB服务器，是现在SCADA主站系统的一个流行趋势，只要用户装有浏览器软件，得到相应的授权，就可以访问相应的他关心的数据。
上层应用工作站，主要用于实时数据和历史数据的挖掘工作。在电力系统比如潮流分析、负荷预测、事故追忆、电网稳定性分析、能量管理等等。在自来水行业包括管网压力损耗分析、管网经济性分析、管网漏失分析等。在采油工程上，包括施工图显示、施工图分析、泵况分析、功图计产等等。
SCADA测试的实际需求及相关测试规范的出现，使各厂家的工作转到SCADA性能测试上来。“DL/T 659-1998火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程”等等众多测试规范为各个厂家的测试工作提供了主要依据，但该规范只对相关性能提出了测试要求，但对实现方法并未作明确的和过多的表述。各个厂家需要通过自己的努力，对规范中绝大多数测试项目需要形成自己具体测试方法。在进行数据采集系统性能测试方面的研究，需要关注高速数据采集，系统抗干扰能力测试等。
DCS测试项目从其性质来看，可将其粗分为两类性质的项目：功能型、参数型等等。输入和输出功能检查。该项目主要检查输入通道测量、显示、计算、滤波、报警等功能。输入参数真实性判断功能的检查，各操作员站的工艺流程画面调出、运行操控、报警提示及浏览、SOE事故记录查阅等基本功能均正常。操作员站的组态逻辑调出、实时监视、参数修改、组态修改、控制站状态监视等基本功是否均正常，操作员站之间的闭锁和保护功能的检查。显示功能检查，操作员站画面通过菜单形式可进入到各工艺流程主画面及主要功能画面，在主画面中可通过画面上相关按钮进入更详细的子画面。显示画面种类及数量的检查显示画面种类包括流程图、参数图、实时趋势图、历史趋势图、棒形图和报警图等，满足机组运行的监视及操控需要。画面更新频率及更新数据量的检查。
发明内容
在SDACA/DCS系统开发与测试、版本验证维护中，非常需要高效的调试和测试工具，本发明的目的是提供一种基于面向对象，实时数据库技术的模拟数据采集系统应用于SDACA系统的且可进行风暴数据测试的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具。
根据本发明的一个方面，提供了一种数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，包括：
配置文件层，编写配置文件；
协议处理层，读取配置文件并根据配置文件加载不同的规约；
通信数据链路层，根据规约建立虚拟数据通信链路；
界面窗口层，用于显示虚拟设备的数目、名称、端口和地址以及所述虚拟设备下的单点遥信数目、双点遥信数目、遥控数目、遥测数目、遥调数目和设定值数目，点击不同虚拟设备后，自动切换到相应虚拟设备；
虚拟设备调度层，为多线程实现，一个虚拟设备可以对应多个虚拟数据通道，一个虚拟数据通道对应至少一个实际设备。
在一些实施方式中，所述编写配置文件采用手工编写配置文件与自动批量生成相结合。
在一些实施方式中，所述手工编写配置文件根据实际需要测点详细参数。
在一些实施方式中，所述自动批量生成可对每个设备批量生成数万点信息。
在一些实施方式中，所述配置文件为xml格式。
在一些实施方式中，所述协议为iec60870系列的101，102，103，104或mobus国际/国内规约。
在一些实施方式中，所述通信数据链路层通过串口方式或网络的UDP、tcp网络的client方式、tcp网络的server方式自由扩展或裁剪配置。
在一些实施方式中，还包括实时数据库层，用于记录或者追踪的信息，记录为日记文件，以供查验，在日记文件追加记录，文件到达一定大小时，文件备份为旧文件，同时启动新文件的记录，两个日志文件轮流更新更替。
数据采集与监视控制系统的模拟测试方式，通过如上述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具配置情况产生数百台虚拟终端设备，发起大量的数据包，测试数据采集与监视控制系统进行大量数据报文冲击，数据采集与监视控制系统承受大量数据变化的情况、数据采集与监视控制系统的界面变化刷新情况、数据采集与监视控制系统的CPU性能情况、数据采集与监视控制系统对电脑服务器的配置要求，数据采集与监视控制系统多机切换，测试整个数据采集与监视控制系统的可靠性。
其有益效果为：本发明的模拟测试工具在SCADA系统开发初期，对于验证各个模块的功能，加快开发进度，有着硬件设备不可替代的作用。本发明的模拟测试工具可测试在SCADA系统开发后期需要验证系统的容量测试、压力测试、性能测试，CPU负荷是否满足设计要求。本发明的模拟测试工具可快速有效而简单地测试在SCADA系统维护阶段需要的每日构造版本并且验证版本的有效性和现场开局，对于形成自动化测试，减少人力成本具有重要的意义。
本发明的组网模拟测试工具根据用户配置数据提供多达数百台虚拟终端设备，通过正常情况下数据包文交互，少数据量scada系统的数据正确性场景测试，同时，支持风暴，突发大数量对复杂组网环境的模拟测试。本发明可以迅速的搭建出一个复杂的现场组网环境，从而进行现场环境模拟或测试。这样即能模拟现场环境，对现场故障作迅速出有效响应，也能扩大测试范围，最大限度减少故障泄漏，节省维护成本。
本发明采用软件方法构造实时数据库，同时模拟多个通道下的远程终端单元(RTU)以及同一通道下的多个RTU设备运行，支持多通道数据转发，以描述SCADA系统功能单元与框架结构，利用面向对象的方法描述采集量关联关系并仿真测点数据变化，从而实现模拟SCADA系统的测试。
对SCADA系统配置数十个或者数百个虚拟设备，配置数万点或数十万点甚至数百万点来验证SCADA系统承受大量数据变化的情况、SCADA系统的界面变化刷新情况、SCADA系统的CPU性能情况、SCADA系统对电脑服务器的配置要求，从而测试整个SCADA系统的可靠性。
具体实施方式
本发明提供了一种数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，包括配置文件层，编写配置文件；协议处理层，读取配置文件并根据配置文件加载不同的规约；通信数据链路层，根据规约建立虚拟数据通信链路；界面窗口层，用于显示虚拟设备的数目、名称、端口和地址以及所述虚拟设备下的单点遥信数目、双点遥信数目、遥控数目、遥测数目、遥调数目和设定值数目，点击不同虚拟设备后，自动切换到相应虚拟设备；虚拟设备调度层，为多线程实现，一个虚拟设备可以对应多个虚拟数据通道，一个虚拟数据通道对应至少一个实际设备。对数据收发进行处理一个线程对应一个通信链路，同时通过对应的虚拟设备的指针来寻找与查询该虚拟设备下的各种数据对象，并进行协议解析，分解处理。该层对tcp网络的client方式和tcp网络的server方式进行主动连接或端口侦听，当有新链路建立或者退出，都因此更新虚拟设备下的通信链路表，该表中，记录该链路的相关信息，包括对方的ip地址、对方的端口号和数据包收发记录。由此实现一个虚拟设备和多个其他设备建链并且数据交互，从而实现多设备一一对应其他设备或者后台软件的链路。选择所有设备的所有链路，进行风暴数据测试，大量变化数据，定期周期上传一定次数，冲击被测试的SCADA系统，形成压力测试。
在该实施方式中，所述编写配置文件采用手工编写配置文件与自动批量生成相结合。所述手工编写配置文件根据实际需要测点详细参数。所述自动批量生成可对每个设备批量生成数万点信息。所述配置文件为xml格式。所述协议为iec60870系列的101，102，103，104或mobus国际/国内规约。所述通信数据链路层通过串口方式或网络的UDP、tcp网络的client方式、tcp网络的server方式自由扩展或裁剪配置。还包括实时数据库层，用于记录或者追踪的信息，记录为日记文件，以供查验，在日记文件追加记录，文件到达一定大小时，文件备份为旧文件，同时启动新文件的记录，两个日志文件轮流更新更替。
加载后工具软件正常启动后，调出参数配置对话框，显示某一设备的参数配置情况，根据实际需要修改并保存，并自动记录在配置文件中；如果需要配置某一个或者某一些设备，根据需要具体而详细的配置，这样可以方便和后台的SCADA系统中测试相应点的信息相对应，同时，通过四遥操作测试变化效果，来测试SCADA系统中的变化准确性，对应点数据变化是否准确无误。
本发明的模拟测试工具在SCADA系统开发初期，对于验证各个模块的功能，加快开发进度，有着硬件设备不可替代的作用。本发明的模拟测试工具可测试在SCADA系统开发后期需要验证系统的容量测试、压力测试、性能测试是否满足设计要求。本发明的模拟测试工具可快速有效而简单地测试在SCADA系统维护阶段需要的每日构造版本并且验证版本的有效性和现场开局，对于形成自动化测试，减少人力成本具有重要的意义。
本发明采用软件方法构造实时数据库，同时模拟多个通道下的远程终端单元(RTU)以及同一通道下的多个RTU设备运行，支持多通道数据转发，以描述SCADA系统功能单元与框架结构，利用面向对象的方法描述采集量关联关系并仿真测点数据变化，从而实现模拟SCADA系统的测试。
对SCADA系统配置数十个或者数百个虚拟设备，配置数万点或数十万点甚至数百万点来验证SCADA系统承受大量数据变化的情况、SCADA系统的界面变化刷新情况、SCADA系统的CPU性能情况、SCADA系统对电脑服务器的配置要求，从而测试整个SCADA系统的可靠性。
数据采集与监视控制系统的模拟测试方式，通过如上述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具配置情况产生数百台虚拟终端设备，发起大量的数据包，测试数据采集与监视控制系统进行大量数据报文冲击，数据采集与监视控制系统承受大量数据变化的情况、数据采集与监视控制系统的界面变化刷新情况、数据采集与监视控制系统的CPU性能情况、数据采集与监视控制系统对电脑服务器的配置要求，数据采集与监视控制系统多机切换，测试整个数据采集与监视控制系统的可靠性。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式，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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，其特征在于，包括
配置文件层，编写配置文件；
协议处理层，读取配置文件并根据配置文件加载不同的规约；
通信数据链路层，根据规约建立虚拟数据通信链路；
界面窗口层，用于显示虚拟设备的数目、名称、端口和地址以及所述虚拟设备下的单点遥信数目、双点遥信数目、遥控数目、遥测数目、遥调数目和设定值数目，点击不同虚拟设备后，自动切换到相应虚拟设备；
虚拟设备调度层，为多线程实现，一个虚拟设备可以对应多个虚拟数据通道，一个虚拟数据通道对应至少一个实际设备。
2.根据权利要求1所述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，其特征在于，所述编写配置文件采用手工编写配置文件与自动批量生成相结合。
3.根据权利要求2所述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，其特征在于，所述手工编写配置文件根据实际需要测点详细参数。
4.根据权利要求2所述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，其特征在于，所述自动批量生成可对每个设备批量生成数万点信息。
5.根据权利要求1所述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，其特征在于，所述配置文件为xml格式。
6.根据权利要求1所述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，其特征在于，所述协议为iec60870系列的101，102，103，104或mobus国际/国内规约。
7.根据权利要求1所述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，其特征在于，所述通信数据链路层通过串口方式或网络的UDP、tcp网络的client方式、tcp网络的server方式自由扩展或裁剪配置。
8.根据权利要求1所述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具，其特征在于，还包括实时数据库层，用于记录或者追踪的信息，记录为日记文件，以供查验，在日记文件追加记录，文件到达一定大小时，文件备份为旧文件，同时启动新文件的记录，两个日志文件轮流更新更替。
9.数据采集与监视控制系统的模拟测试方式，其特征在于，通过如权利要求1-8任一项权利要求所述的数据采集与监视控制系统的模拟测试工具配置情况产生数百台虚拟终端设备，发起大量的数据包，测试数据采集与监视控制系统进行大量数据报文冲击，数据采集与监视控制系统承受大量数据变化的情况、数据采集与监视控制系统的界面变化刷新情况、数据采集与监视控制系统的CPU性能情况、数据采集与监视控制系统对电脑服务器的配置要求，数据采集与监视控制系统多机切换，测试整个数据采集与监视控制系统的可靠性。
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