CN108804298B - 一种用于scada系统响应时间测试的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于SCADA系统响应时间测试的装置，包括，用于向SCADA系统的远程终端单元RTU注入激励信号的第一单元；第一采集端（A），用于采集所述第一单元的输出信号；或者采集SCADA系统的画面响应事件、鼠标点击事件、键盘点击事件、屏幕触摸事件；第二采集端（B），用于采集SCADA系统的远程终端单元RTU的输出信号；或者采集SCADA系统的画面响应事件、鼠标点击事件、键盘点击事件、屏幕触摸事件；人机界面，用于控制所述第一单元向SCADA系统发送激励信号，控制第一采集端（A）和第二采集端（B）采集信号波形，并在显示器上显示，以及自动获取第一采集端（A）和第二采集端（B）接收的信号的上升沿或下降沿时间，计算响应时间数值，记录和保存测试结果。使用本发明装置，替代常规的使用示波器测量分析的方式，能够有效提高测试效率、提升经济性和灵活性。

Description

一种用于SCADA系统响应时间测试的装置

技术领域

本发明涉及SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统的产品测试验证方法及测试设备。

背景技术

一套SCADA系统，其响应时间指标通常包括：

●自动控制的响应时间。即从SCADA的RTU单元控制器输入模块采集到传感器信号，经过控制器内部运算，再通过输出模块输出设备的开/关指令，这一串路径的整体响应时间。

●手动控制的响应时间。即从操作员在SCADA的HMI工作站通过鼠标或键盘进行操作，控制指令经通信传到RTU单元的控制器然后再经输出模块输出设备的开/关指令，这一串路径的整体响应时间。

●上行显示的响应时间。即从RTU单元控制器采集到传感器的信号，经过通信传到HMI工作站的显示屏显示出来，这一串路径的整体响应时间。

针对以上三种主要的响应时间指标，目前常见的测试主要是两种形式：

第一种形式是使用示波器采集信号然后分析波形以获得时间数据。对于响应时间的输入、输出事件均为SCADA系统RTU单元的I/O信号，则一般采用信号源给RTU单元的AI/DI发送激励，然后示波器的通道一从AI/DI的端子采集，通道二从RTU单元的AO/DO的端子采集。信号源发送激励后，示波器采集到两路信号，比较两路信号的上升沿或下降沿时间，可以获得响应时间数据。

第二种形式是使用摄像机记录再数帧的方式得到响应时间。若是用于比较响应时间的输入、输出事件包含了画面的响应，或是包含了人的操作(如点击触摸屏，点击鼠标，点击键盘按键)，则一般会采用摄像机同时将输入、输出事件摄像记录下来，然后对录像结果逐帧进行肉眼分析，确定输入事件发生所在帧以及输出事件发生所在帧，计算两个事件之间的帧数差从而得到响应时间值。

实践中发现，这些传统的方法存在以下问题。

首先，资源消耗量大，成本高。传统的这些测试方法需要使用信号源、示波器、高速摄像机等多种贵重仪器设备。测试涉及到的通道数量越多，则信号源及示波器的使用成本增加越明显。

其次，误差大。对于需要使用摄像机录像的测试方式，由于输入事件及输出事件所在帧是靠人为肉眼判断，人为操作误差较大。同时高速摄像机一般都是小于240帧/秒，即系统误差为1000/240＝4.17毫秒，且帧数越高，画面清晰度越差，人为判断误差越大。

再次，测试效率低，不灵活。由于传统测试方法需要使用多个测试仪器设备，都是靠人工手动操作，因此测试过程无法实现统一控制，无法实现但自动甚至自动化测试。由于SCADA系统的控制器通常采用固定运行周期设计，其系统的整体响应时间通常不是一个固定值，其时间值分布是一个随机过程，特别是在产品开发阶段为了获取足够多测试数据，同一个点往往需要重复测试多次，使用传统测试方法其效率低的弊端更加明显。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种精度高、效率高，且能应对多种响应时间测试的装置，即一种基于虚拟仪器的SCADA系统响应时间测试装置。

一种用于SCADA系统响应时间测试的装置，其特征在于，包括：

用于向SCADA系统的远程终端单元RTU注入激励信号的第一单元；

第一采集端(A)，用于采集所述第一单元的输出信号；或者采集SCADA系统的画面响应事件、鼠标点击事件、键盘点击事件、屏幕触摸事件；

第二采集端(B)，用于采集SCADA系统的远程终端单元RTU的输出信号；或者采集SCADA系统的画面响应事件、鼠标点击事件、键盘点击事件、屏幕触摸事件；

人机界面，用于控制所述第一单元向SCADA系统发送激励信号，控制第一采集端(A)和第二采集端(B)采集信号波形，并在显示器上显示，以及自动获取第一采集端(A)和第二采集端(B)接收的信号的上升沿或下降沿时间，计算响应时间数值，记录和保存测试结果。

该装置主要包括以下功能：

●信号输出功能。能够模拟传感器给SCADA的RTU单元控制器发送信号。

●信号采集功能。能够接收SCADA的RTU单元控制器输出的开/关指令信号。

●鼠标/键盘事件捕捉功能。实现对操作员在HMI工作站层的鼠标或键盘操作事件的捕捉并转换为电信号。

●屏幕响应事件捕捉功能。捕获HMI工作站显示屏的响应事件并转换为电信号。

●响应时间自动计算功能。自动对采集到的两个信号分析其上升沿或下降沿之间的时间差得到响应时间数据。

●自动测试功能。能够按照设定的参数自动进行响应时间测试并记录每一次的测试结果。

附图说明

图1是本发明装置的示意图。

图2是SCADA的手动控制的响应时间测试示意图。

图3是测试装置捕获的两个信号的信号波形图。

图4是光敏二极管单元的电路示意图。

图5是Labview软件执行自动测试的处理过程。

具体实施方式

图1为本发明装置的示意图。

以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明。

首先以SCADA的手动控制的响应时间测试为例。如图2所示，假设响应时间的路径为操作员在HMI工作站的一个触摸屏上操作某设备的启动按钮，经过通信，然后SCADA的RTU单元控制器对外输出一个DO信号。

测试响应时间之前，将测试装置PXI(PCI(Peripheral Component Interconnect)extensions for Instrumentation面向仪器系统的PCI扩展，PCI为外围组件互联)采集卡的采集端B接到RTU单元控制器的DO输出端子。RTU单元控制器输出启动指令，则DO输出端子为24V高电平；RTU单元控制器不输出启动指令，则DO输出端子为0V低电平。

使用由触点开关制作的触控笔。触点开关位于触控笔的笔尖，用于点击屏幕，同时触点开关与5V电源和电阻连成回路，并连接至测试装置PXI采集卡的采集端A，如图2所示。那么当触控笔点击屏幕和松开时，触点开关闭合或断开，结合5V供电电路就会在装置的采集端A产生5V低、高电平信号的变化。

最终测试装置的HMI软件显示的采集端A和采集端B信号的波形如图3所示，响应时间为A的上升沿与B的上升沿之间的时间差。

再以SCADA的上行显示响应时间测试为例。SCADA的上行显示响应时间指的是从SCADA的RTU单元控制器采集到现场传感器的信号，经过通信传到SCADA的HMI工作站的显示屏显示出来，这一串路径的整体响应时间。

假设被测的传感器信号为4～20mA电流型，测试之前，将测试装置PXI电压/电流输出卡的电流信号输出端连接至RTU单元的信号采集端，用于向SCADA系统RTU注入正常的电流信号和激励电流信号。该信号也作为响应时间测试过程的信号A，连接到测试装置PXI采集卡的采集端A。

在HMI工作站显示屏找到该传感器信号对应的画面。为了便于测试，找到该传感器信号的柱状图。柱状图的底色为灰色，信号值填充色为红色。将测试装置的光敏二极管对准柱状图的上半部分，将光敏二极管单元的输出连接到测试装置PXI采集卡的采集端B。

在测试装置的HMI上设置电流信号输出的正常值为4mA，激励值为16mA。则4mA时光敏二极管正对着灰色部分，16mA时光敏二极管正对着红色部分。由于颜色的变化引起光敏二极管光电转换后电流强弱的变化，如图4所示，经过比较电路后就能将HMI显示屏的响应事件变成光敏二极管单元的输出端的高、低电平信号。

最终SCADA的上行显示响应时间为A的上升沿与B的上升沿之间的时间差。

另一方面，本装置还开发了自动测试功能。

在测试装置的HMI上设定每次测试之间的时间间隔t，激励信号的正常值和激励值，总测试次数N。点击开始测试后，装置会自动执行测试过程，并记录保存每一次的测试结果。测试完成后，可以对测试结果进行数据统计分析，如响应时间的最大值、最小值，并生成报告。其流程如图5所示。

该装置的主要技术特点在于：

1)使用虚拟仪器的方式，构建基于Labview软件+PXI板卡的测试系统。

2)确定测试系统的信号输出。按照SCADA的RTU单元的输入模块信号类型选择PXI电压/电流输出卡，开关量干触点输出卡。输出触点型开关量再通过24V调理可以仿真0～24V有源开关量。

3)确定测试系统的信号采集：选择直流电压型信号的PXI采集卡。

4)配置用于采集SCADA的HMI工作站显示屏响应事件的光敏二极管单元。将HMI显示屏的响应事件变成高、低电平信号。

5)设计用于采集用户操作工作站的触点开关单元。该触点开关单元能够适用于用户点击HMI触摸屏的触控笔、点击鼠标以及点击键盘等操作事件的捕捉，将用户操作的事件转变成电信号。

6)设计Labview软件，该软件包括HMI界面显示，响应时间测试的开始停止控制，给SCADA的RTU单元发送激励信号的设定值，采集到的信号波形显示，响应时间计算，数据记录保存等功能。

综上，本发明设计的测试装置，能够达到SCADA系统各类响应时间测试的要求。使用此装置可以减少对传统仪器仪表依赖，减少测试过程中的人为误差，并大大提高了测试效率，还具有很高的可扩展性。

最后需要说明的是，上述说明中所描述的使用举例仅是本发明的典型实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，都可利用上述的做法和技术内容对本发明的技术方案做出许多可能的变动和简单替换，这些都是属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于SCADA系统响应时间测试的装置，其特征在于，包括：

用于向SCADA系统的远程终端单元RTU注入激励信号的第一单元；

第一采集端A，用于采集所述第一单元的输出信号；或者采集SCADA系统的画面响应事件、鼠标点击事件、键盘点击事件、屏幕触摸事件；

第二采集端B，用于采集SCADA系统的远程终端单元RTU的输出信号；或者采集SCADA系统的画面响应事件、鼠标点击事件、键盘点击事件、屏幕触摸事件；其中鼠标点击事件、键盘点击事件、屏幕触摸事件通过触点开关单元实现，触点开关单元由5V电源和触点开关串联组成；

人机界面，用于控制所述第一单元向SCADA系统发送激励信号，控制第一采集端A和第二采集端B采集信号波形，并在显示器上显示，以及自动获取第一采集端A和第二采集端B接收的信号的上升沿或下降沿时间，计算响应时间数值，记录和保存测试结果；

针对SCADA的手动控制的响应时间测试，假设响应时间的路径为操作员在HMI工作站的一个触摸屏上操作某设备的启动按钮，经过通信，然后SCADA的RTU单元控制器对外输出一个DO信号；测试响应时间之前，将测试装置PXI采集卡的采集端B接到RTU单元控制器的DO输出端子；RTU单元控制器输出启动指令，则DO输出端子为24V高电平；RTU单元控制器不输出启动指令，则DO输出端子为0V低电平；使用由触点开关制作的触控笔，触点开关位于触控笔的笔尖，用于点击屏幕，同时触点开关与5V电源和电阻连成回路，并连接至测试装置PXI采集卡的采集端A；那么当触控笔点击屏幕和松开时，触点开关闭合或断开，结合5V供电电路就会在装置的采集端A产生5V低、高电平信号的变化；最终测试装置的HMI软件显示的采集端A和采集端B信号的波形，响应时间为A的上升沿与B的上升沿之间的时间差；

所述装置还开发了自动测试功能，在测试装置的HMI上设定每次测试之间的时间间隔t，激励信号的正常值和激励值，总测试次数N，点击开始测试后，装置自动执行测试过程，并记录保存每一次的测试结果，测试完成后，对测试结果进行数据统计分析，包括响应时间的最大值、最小值，并生成报告。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一单元以及所述第一采集端A和第二采集端B均是基于PXI模块实现。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激励信号类型有：0-20mA电流型、0-10V电压型以及干接点数字量和24V湿接点数字量类型，并且每一种类型的信号通道数量不少于两路。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一采集端A和第二采集端B所能采集的信号类型为直流电压型，信号的通道数量不少于两路。

5.根据权利要求1所述的装置，画面响应事件通过光敏二极管单元实现，所述光敏二极管单元能够将人机界面上画面的变化转变成电流信号强弱的变化。

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