CN215813847U - 一种dcs系统实时性测试装置 - Google Patents

Abstract

一种DCS系统实时性测试装置，属于电厂发电技术领域，解决如何对工业生产的DCS系统实时性进行测试，准确诊断DCS系统在数据收发方面的性能、保障生产过程控制的安全、稳定、高效的问题；本发明设计的集数据接包率、数据发包率、网络传输迟延等性能测试于一体的测试装置，可以快速、直观、准确地显示测量结果，便于分析、统计、计算DCS系统实时性，通过多个信号采集回路，使得该测试结果能够区分出DCS控制器3在不同传输方式下的数据接包率、数据发包率、网络传输迟延上各自的性能，从而更加精确地测量出DCS控制器3实时性，而且不受第三方控制器性能干扰。

Description

一种DCS系统实时性测试装置

技术领域

本实用新型属于电厂发电技术领域，涉及一种DCS系统实时性测试装置。

背景技术

DCS系统实时性反映了控制系统在数据采集、数据传输、数据计算等方面的处理能力，其主要受DCS系统通信网络的传输速率、传输精度以及系统自身模件信号处理的时间和精度影响。DCS系统实时性越高，对数据信号变化的分辨力越强、数据采样速率越高，越能满足工业生产过程对数据收发快速性的要求。因此，对DCS系统实时性进行测试，可以准确诊断DCS系统在数据收发方面的性能，保障工业生产过程控制的安全、稳定、高效。

如图2所示，现有技术中，公开日期为2016年11月的文献《大型火电机组分散控制系统性能测试试验研究》(刘哲等，广东电网有限责任公司电力科学研究院)公开了一种常见的DCS系统实时性测试方法，该技术方案采用周期性变化的三角波模拟量信号作为测试信号，利用数据采集仪器记录了测试信号、DCS系统收发后的信号、DCS系统两个控制器间网络传输后的收发信号。

上述技术方案存在以下不足：1)该方法采用呈三角波函数周期性变化的模拟量信号作为测试信号，其信号带宽等于或稍大于被测控制器扫描周期，按照奈斯奎特采样定理：如果信号带宽低于采样周期的2倍，可能会导致信号失真现象，因此不适合用于DCS系统实时性测试；2)采用模拟量信号作为测试信号，由于受控制器扫描周期波动和采集精度的影响，测试结果会造成模拟量信号失真，难以用于精确计算系统数据丢失率和延迟时间；3)该方法测试信号先后经过控制器1接收和发送，无法单独测量出系统数据接包率和发包率，因此无法通过测试方法确定系统实时性中造成数据丢失的原因；4)该方法采用了两个控制器来模拟控制器间网络传输，测试信号先后经过控制器1数据网络传输、被测控制器2的接收和发送，其结果无法区分被测控制器1的测量结果，因此不能反映被测控制器实时性能。

另外，采用周期性变化的开关量信号作为测试信号，其信号带宽等于或稍大于被测控制器扫描周期，也会导致测试结果失真现象，因此无法区分该现象是由带宽时间设置造成还是系统实时性造成的；而且该方法通过在控制器中设置计数器记录接收脉冲个数来计算接包率，无法区分数据丢包现象是因传输迟延还是因系统实时性造成的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于如何设计一种DCS系统实时性测试装置对工业生产的DCS系统实时性进行测试，准确诊断DCS系统在数据收发方面的性能、保障生产过程控制的安全、稳定、高效。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种DCS系统实时性测试装置，包括：SOE信号发生器(1)、A/D转换器(2)、DCS控制器(3)、第一直流电源(4)、第二直流电源(5)、示波器(6)、第三直流电源(7)、第四直流电源(8)；SOE信号发生器(1)的第一输出端与DCS控制器(3)的第一输入端连接；SOE信号发生器(1)的第二输出端与A/D转换器(2)串联后再与DCS控制器(3)的第二输入端连接；DCS控制器(3)的第一输出端与第一直流电源(4)串联后再与示波器(6)的接口Ⅰ连接；DCS控制器(3)的第二输出端与第二直流电源(5)串联后再与示波器(6)的接口Ⅱ连接；第三直流电源(7)的输入端连接在SOE信号发生器(1)的第二输出端与A/D转换器(2)之间，第三直流电源(7)的输出端连接在示波器(6)的接口Ⅳ；第四直流电源(8)的输入端连接在A/D转换器(2)与DCS控制器(3)的第二输入端之间，第四直流电源(8)的输出端连接在示波器(6)的接口Ⅲ。

本发明设计的集数据接包率、数据发包率、网络传输迟延等性能测试于一体的测试装置，可以快速、直观、准确地显示测量结果，便于分析、统计、计算DCS系统实时性，通过多个信号采集回路，使得该测试结果能够区分出DCS控制器3在不同传输方式下的数据接包率、数据发包率、网络传输迟延上各自的性能，从而更加精确地测量出DCS控制器3实时性，而且不受第三方控制器性能干扰。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的SOE信号发生器(1)的第一输出端与DCS控制器(3)的第一输入端采用10/100M网线连接。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的SOE信号发生器(1)的第一输出端为RJ45网络接口。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的SOE信号发生器(1)的第二输出端为DO开关量输出接口。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的DCS控制器(3)的第一输入端为RJ45网络接口。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的DCS控制器(3)的第二输入端为DI开关量输入接口。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的DCS控制器(3)的第一输出端为DO开关量输出接口。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的DCS控制器(3)的第二输出端为DO开关量输出接口。

本实用新型的优点在于：

1)本实用新型提供了一种新的DCS系统实时性测试装置，采用了一种周期性变化的脉冲信号作为测试信号，其带宽时间设置为被测控制器扫描周期的2倍，避免因脉冲带宽时间与控制器扫描周期相近而引起测量结果失真的问题，对DCS系统实时性测试结果造成影响；同时采用脉冲信号作为测试信号，相较于模拟量信号而言更不易受控制器扫描周期波动等因素引起的信号失真问题，因此本实用新型的测试结果精度更高。

2)本实用新型提出的DCS系统实时性测试装置，能够同时记录网络传输方式数据收发信号、经硬接线传输方式数据收发信号、硬接线传输方式接收信号和原始测试信号，直接通过测试结果进行数据观察、统计和计算，便于区分出测试结果的数据丢包现象是由网络迟延还是由系统实时性引起，从而提高测试精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的一种DCS系统实时性测试装置的结构图；

图2是现有技术的测试方法。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图1所示，一种DCS系统实时性测试装置，包括：SOE信号发生器1、A/D转换器2、DCS控制器3、第一直流电源4、第二直流电源5、示波器6、第三直流电源7、第四直流电源8。

SOE信号发生器1的RJ45网络接口与DCS控制器3的RJ45网络接口之间采用10/100M网线连接；SOE信号发生器1的DO开关量输出接口与A/D转换器2输入端采用电缆连接，A/D转换器2的输出端与DCS控制器3的DI开关量输入接口采用电缆连接；DCS控制器3的第一DO开关量输出接口与第一直流电源4的输入端采用电缆连接，第一直流电源4的输出端与示波器6的接口Ⅰ采用电缆连接，DCS控制器3的第二DO开关量输出接口与第二直流电源5的输入端采用电缆连接，第二直流电源5的输出端与示波器6的接口Ⅱ采用电缆连接；第三直流电源7的输入端采用电缆连接在SOE信号发生器1的DO开关量输出接口与A/D转换器2之间，第三直流电源7的输出端采用电缆连接在示波器6的接口Ⅳ，第四直流电源8的输入端采用电缆连接在A/D转换器2与DCS控制器3的DI开关量输入接口之间，第四直流电源8的输入端采用电缆连接在示波器6的接Ⅲ。

本实用新型的DCS系统实时性测试装置的工作原理如下：

(1)设置被测DCS控制器3的扫描周期为T；

(2)将所有直流电源电压设置为相同数值M，便于各个信号进行对比分析；

(3)SOE信号发生器1产生一组周期性变化的脉冲信号作为测试信号，其脉冲带宽长度等于被测控制器扫描周期的两倍(即2T)，其信号占空比为50％，脉冲数量为N，保证了测试信号频率不大于DCS控制器3采样频率的二分之一，防止出现信号失真的现象；

(4)SOE信号发生器1具有RJ45网络接口和DO开关量输出接口，产生的测试信号以网络传输方式和硬接线方式(电缆)同时向外传输；其中以硬接线方式发送的信号是物理量，物理量分为两路，第一路物理量信号直接输入第三直流电源7后接至示波器6接口Ⅳ，用于记录原始信号波形曲线；第一路物理量信号通过A/D转换器2转化为数字量信号后，分别传输至DCS控制器3中的DI开关量输入接口以及第四直流电源8的输入端后再接至示波器6接口Ⅲ中，用于记录DCS控制器3信号接收波形曲线；SOE信号发生器1以网络传输方式经10/100M网线传输至DCS控制器3上的RJ45网络接口；

(5)DCS控制器3接收到两路测试信号后，分别通过控制器内部组态逻辑传输至DCS控制器3中的两个DO开关量输出接口，以网络传输方式的一路信号输入第一直流电源4后再接至示波器6接口Ⅰ中，用于记录该方式下信号波形曲线，以硬接线传输方式的一路信号输入第二直流电源5后再接至示波器6接口Ⅱ中，用于记录该方式下数据信号波形曲线；

(6)示波器6同时记录下接口Ⅰ、接口Ⅱ、接口Ⅲ和接口Ⅳ四路输入信号，分别为经网络传输数据收发后信号、经硬接线传输数据收发后信号、经硬接线传输数据接收信号和测试原始信号；通过四路信号的波形对比分析，分别可以得到各自的接包率、发包率和网络传输迟延时间；

(7)减小DCS控制器3的扫描周期，同步更改SOE信号发生器1信号带宽长度，重新进行测试，示波器6分别记录接口Ⅰ、接口Ⅱ、接口Ⅲ和接口Ⅳ四路输入信号，分析得到当前控制器扫描周期下的DCS控制器3的数据接包率、网络传输迟延时间、数据发包率；

(8)进一步减小DCS控制器3的扫描周期，重复测试，直至DCS控制器3能正确检测出测试信号变化状态下所需的最小扫描周期，即确定为该系统的实时性。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种DCS系统实时性测试装置，其特征在于，包括：SOE信号发生器(1)、A/D转换器(2)、DCS控制器(3)、第一直流电源(4)、第二直流电源(5)、示波器(6)、第三直流电源(7)、第四直流电源(8)；SOE信号发生器(1)的第一输出端与DCS控制器(3)的第一输入端连接；SOE信号发生器(1)的第二输出端与A/D转换器(2)串联后再与DCS控制器(3)的第二输入端连接；DCS控制器(3)的第一输出端与第一直流电源(4)串联后再与示波器(6)的接口Ⅰ连接；DCS控制器(3)的第二输出端与第二直流电源(5)串联后再与示波器(6)的接口Ⅱ连接；第三直流电源(7)的输入端连接在SOE信号发生器(1)的第二输出端与A/D转换器(2)之间，第三直流电源(7)的输出端连接在示波器(6)的接口Ⅳ；第四直流电源(8)的输入端连接在A/D转换器(2)与DCS控制器(3)的第二输入端之间，第四直流电源(8)的输出端连接在示波器(6)的接口Ⅲ。

2.根据权利要求1所述的一种DCS系统实时性测试装置，其特征在于，所述的SOE信号发生器(1)的第一输出端与DCS控制器(3)的第一输入端采用10/100M网线连接。

3.根据权利要求1所述的一种DCS系统实时性测试装置，其特征在于，所述的SOE信号发生器(1)的第一输出端为RJ45网络接口。

4.根据权利要求1所述的一种DCS系统实时性测试装置，其特征在于，所述的SOE信号发生器(1)的第二输出端为DO开关量输出接口。

5.根据权利要求1所述的一种DCS系统实时性测试装置，其特征在于，所述的DCS控制器(3)的第一输入端为RJ45网络接口。

6.根据权利要求1所述的一种DCS系统实时性测试装置，其特征在于，所述的DCS控制器(3)的第二输入端为DI开关量输入接口。

7.根据权利要求1所述的一种DCS系统实时性测试装置，其特征在于，所述的DCS控制器(3)的第一输出端为DO开关量输出接口。

8.根据权利要求1所述的一种DCS系统实时性测试装置，其特征在于，所述的DCS控制器(3)的第二输出端为DO开关量输出接口。

Images