基于SOPC的DCS性能测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于SOPC的DCS的性能测试装置及方法，涉及电力系统的测试设备领域。装置包括CPU模件、CAN接口；以及通过PLB高速外围接口与CPU模件连接的SOE信号输出模件；以及通过所述CAN接口经CAN总线与CPU模件连接的以下四个模件中的至少一个模件：模拟量采集模件、数字量采集模件、键相采集模件、模拟量输出模件，其中，所述四个模件中的至少一个模件与所述SOE信号输出模件通过底板互联。方法包括数据采集控制、内部总线数据交换和处理的步骤；以及提供可视化的组态配置、数据监视和分析、实现CAN网驱动和数据驱动的步骤。装置涵盖了DCS的主要性能指标测试，可用于对DCS进行通道精度测试、通道校验、冗余切换测试、通道防抖动测试以及SOE功能测试。

【技术实现步骤摘要】
基于SOPC的DCS性能测试装置及方法
本专利技术涉及一种电力电子系统的性能测试设备，尤其是对电力电子行业的DCS进行性能测试的装置及方法。
技术介绍
DCS（集散控制系统）是发电厂重要的控制系统，担负着发电机组过程控制的任务，DCS的可靠性直接影响机组的运行安全。由于DCS是典型的电力电子系统，随着投运时间的增长，可靠性将逐步下降，给机组运行带来安全隐患。DCS性能指标测试包括DCS通道精度测试、通道校验、冗余切换测试、通道防抖测试以及SOE（SequenceOfEvent,时间顺序记录）功能测试等；目前，还没有针对DCS性能指标进行综合测试的便携式仪器设备，而分别通过采用模拟量采集/输出设备、开关量采集/输出设备、高频信号输出设备等多种设备同时进行测试，不仅不方便携带，而且多个设备很难实现数据的同步采集、仿真输出和测试，容易造成数据的误差和失真，影响DCS的性能评估。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种基于SOPC(System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统)的DCS性能测试装置，该装置可克服以上的缺点，集成了数据采集、高频信号输出、信号分析、设备监测等多个领域的技术，具有高速数据处理、高速总线、高速信号采集处理和高速SOE信号测试功能，从而实现对DCS的性能指标测试和评估。一种基于SOPC的DCS性能测试装置，包括CPU模件、CAN接口；以及通过PLB高速外围接口与CPU模件连接的SOE信号输出模件；以及通过所述CAN接口经CAN总线与CPU模件连接的以下四个模件中的至少一个模件：模拟量采集模件、数字量采集模件、键相采集模件、模拟量输出模件，其中，所述四个模件中的至少一个模件与所述SOE信号输出模件通过底板互联。进一步地，所述DCS性能测试装置还包括通过串口与CPU模件连接的对时单元，所述对时单元包括GPS信号接收器，以及与GPS信号接收器连接的GPS天线。进一步地，所述CPU模件包括一块SOPC芯片，和通过OPB（片上外围总线）与所述SOPC芯片连接的片上外围扩展部分，以及为所述SOPC芯片和所述片上外围扩展部分产生时钟的时钟器，所述片上外围扩展部分包括采集控制逻辑单元、控制寄存器、数据缓存RAM块和时间计数器。进一步地，所述模拟量采集模件用来采集1-5V电压或4-20MA直流信号，包括依次连接的V/I转换器、抗混叠滤波器、运算放大器、A/D转换器和数字隔离单元，其中，数字隔离单元通过CAN总线连接CPU模件。进一步地，所述数字量采集模件主要用来采集现场数字开关量信号，包括依次连接的高速光耦隔离单元、放大整形电路、脉冲计数单元和数据锁存电路，其中的数据锁存电路通过CAN总线连接CPU模件。进一步地，所述键相采集模件主要用来采集转速信号，包括依次连接的高频滤波器、电平比较单元、电平变化单元、高速光耦隔离单元和数据锁存电路，其中的数据锁存电路通过CAN总线连接CPU模件。进一步地，所述模拟量输出模件用来仿真输出1-5V电压或4-20MA直流信号，包括依次连接的数字隔离单元、D/A转换器、放大整形电路和I/V转换器，其中的数字隔离单元通过CAN总线与前述的CPU模件相连。进一步地，所述SOE信号输出模件用来仿真输出高速开关量信号。包括通过PLB高速数据交换总线与CPU模件相连的数字隔离电路，以及依次连接所述数字隔离电路的放大整形电路和电平变化单元。进一步地，所述CPU模件通过USB扩展口与上位机连接，实现进行数据交换，通过VGA和RS232接口连接外设，实现与用户的人机数据传输。本专利技术还提供了一种基于SOPC的DCS性能测试方法，包括：数据采集控制、内部总线数据交换和处理的步骤，所述数据采集控制、内部总线数据交换和处理的步骤是基于硬件编程语言实现的；以及提供可视化的组态配置、数据监视和分析、实现CAN网驱动和数据驱动的步骤，所述提供可视化的组态配置、数据监视和分析功能以及实现CAN网驱动和数据驱动的步骤是基于嵌入式操作系统，利用MiniGUI图形环境的界面，采用C语言进行设计的。本专利技术可以完成DCS性能指标的测试，为发电机组安全稳定运行提供保障。装置涵盖了DCS的主要性能指标测试，可用于对DCS进行通道精度测试、通道校验、冗余切换测试、通道防抖动测试以及SOE功能测试等，和现有的性能测试装置相比，本专利技术提出的DCS性能测试装置具有以下优点：①具有模拟量信号高速采集、数字量信号高速采集、键相信号采集、高频信号仿真输出以及信号分析处理功能。②通过统一的时钟脉冲可以实现各种类型信号的同步采样和仿真输出，便于在一个坐标系下对数据进行分析和处理。③高度集成的单芯片处理大大提高了装置的稳定性和抗干扰能力，系统灵活，功能可升级可扩展。④和传统的嵌入式设计方案相比，采用SOPC的软硬件协同设计方案，不仅节约了成本，而且减少了电路板的面积，从而缩小了装置的体积，提高了便携性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术的结构示意图；图2为CPU模件的结构示意图；图3为模拟量采集模件的结构示意图；图4为数字量采集模件的结构示意图；图5为键相采集模件的结构示意图；图6为模拟量输出模件的结构示意图；图7为SOE信号输出模件的结构示意图；图8为DCS性能测试方法的主要内容；图9为Linux操作系统数据包接收函数的流程图。具体实施方式如图1所示，DCS性能测试装置包括CPU模件1和CAN接口，以及通过PLB高速外围接口与CPU模件1连接的SOE信号输出模件6，以及通过CAN总线与CPU模件1连接的以下四个模件中的一个或者多个（可以等于四个）模件：模拟量采集模件2、数字量采集模件3、键相采集模件4、模拟量输出模件5，其中，四个模件中的一个或者多个模件与SOE信号输出模件6通过底板互联。工作时，CPU模件1通过标准CAN总线实现与四个模件中的一个或者多个模件（即模拟量采集模件2、和/或数字量采集模件3、和/或键相采集模件4、和/或模拟量输出模件5）的数据传输，通过PLB高速外围接口与SOE信号输出模件实现数据传输。DCS性能测试装置还包括通过串口与CPU模件1连接的对时单元7的GPS信号接收器71，对时单元7还包括与GPS信号接收器71连接的GPS天线72。工作时，GPS信号接收器71将GPS天线72接收到的对时信号通过串口发送到CPU模件1，同时还向CPU模件1提供统一的1PPS（pulsepersecond，1次/秒）信号，以产生同步采样脉冲，实现信号的同步采样和输出。CPU模件1完成数据采集和分析后通过VGA和RS232接口连接LCM（触摸屏）和键盘等外设，实现与用户的人机数据传输，而且可以通过USB扩展口与上位机进行数据交换。上位机进行数据处理、绘制曲线、建立模型等，并针对DCS性能进行综合测试评估。如图2所示为CPU模件1，包括一块SOPC芯片11和通过OPB与SOPC芯片连接的片上外围扩展部分，以及为所述SOPC芯片11和所述片上外围扩展部分产生时钟的时钟器16。SOPC芯片优选采用XilinxVirtex2P40。由于DCSSOE通道功能测试以及控制器时钟同步性测试等试验需要的信号输出速率比较高，所以采用PLB（处理器局部总线）高速外围接口与SOE信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SOPC的DCS性能测试装置，包括CPU模件（1）和CAN接口；以及通过PLB高速外围接口与所述CPU模件（1）连接的SOE信号输出模件（6）；以及通过所述CAN接口经CAN总线与CPU模件连接的以下四个模件中的至少一个模件：模拟量采集模件（2）、数字量采集模件（3）、键相采集模件（4）、模拟量输出模件（5）；其中，所述四个模件中的至少一个模件与所述SOE信号输出模件（6）通过底板互联。

【技术特征摘要】
1.一种基于SOPC的DCS性能测试装置，包括CPU模件（1）和CAN接口；以及通过PLB高速外围接口与所述CPU模件（1）连接的SOE信号输出模件（6）；以及通过所述CAN接口经CAN总线与CPU模件连接的以下四个模件中的至少一个模件：模拟量采集模件（2）、数字量采集模件（3）、键相采集模件（4）、模拟量输出模件（5）；其中，所述四个模件中的至少一个模件与所述SOE信号输出模件（6）通过底板互联。2.如权利要求1所述的DCS的性能测试装置，其特征在于，所述DCS性能测试装置还包括通过串口与所述CPU模件(1)连接的对时单元(7)，所述对时单元(7)包括GPS信号接收器(71)，以及和与GPS信号接收器(71)连接的GPS天线(72)，所述GPS信号接收器(71)通过串口与所述CPU模件(1)连接。3.如权利要求1或2所述的DCS性能测试装置，其特征在于，所述CPU模件（1）包括一块SOPC芯片（11），和通过OPB与所述SOPC芯片（11）连接的片上外围扩展部分，以及为所述SOPC芯片和所述片上外围扩展部分产生时钟的时钟器（16），所述片上外围扩展部分包括采集控制逻辑单元（12）、控制寄存器（13）、数据缓存RAM块（14）和时间计数器（15）。4.如权利要求1或2所述的DCS性能测试装置，其特征在于，所述模拟量采集模件（2）用来采集1~5V电压或4~20MA直流信号，包括依次连接的V/I转换器（21）、抗混叠滤波器（22）、运算放大器（23）、A/D转换器（24）和数字隔离单元（25），其中，数字隔离单元（25）通过CAN总线连接所述CPU模件（1）。5.如权利要求1或2所述的DCS性能测试装置，其特征在于，所述数字量采集模件（3）包括依次连接的高速光耦隔离单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢波，何钧，齐聪，万俊松，徐教锋，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江西,36