测量DCS与第三方系统通信时间的系统及方法

摘要

本发明公开了一种测量DCS与第三方系统的通信时间的系统及方法。该系统包括：信号注入单元、信号传输单元、信号输出单元、分析单元。信号注入单元用于注入规则的信号。信号传输单元与所述信号注入单元相连，是所述DCS与第三方系统的通信单元，用于传输所述规则的信号。信号输出单元与所述信号传输单元相连，将所述信号传输单元传输后的信号进行输出。分析单元用于根据所述注入的信号和所述输出的信号分析得出所述DCS与第三方系统的通信时间。所述测量DCS与第三方系统通信时间的系统及方法，通过分析注入信号与输出信号，能够精确地测量DCS与第三方系统之间的通信时间。

权利要求

1.一种测量DCS与第三方系统的通信时间的系统，其特征在于，包括：信号注入单元，用于注入规则的信号；

信号传输单元，与所述信号注入单元相连，是所述DCS与第三方系统的通信单元，用于传输所述规则的信号；

信号输出单元，与所述信号传输单元相连，将所述信号传输单元传输后的信号进行输出；以及分析单元，用于根据所述注入的信号和所述输出的信号分析得出所述DCS与第三方系统的通信时间，其中，注入的规则的信号为方波信号；

所述分析单元根据所述注入的信号和所述输出的信号分析得出所述DCS与第三方系统的通信时间包括：对所述输出的信号进行采集；

获取所述输出信号的曲线函数G(t)；

根据F(t+nT+φ)＝G(t)求解所述输出信号的采样周期T和首次采样的相位φ的值，其中F(t)＝f(nT+φ)，nT≤t<(n+1)T，n为自然数，方波函数 k＝1,2,

3…k，时间t为自变量，k为参数；其中，所述输出信号的采样周期T为所述DCS与第三方系统的通信时间。

2.根据权利要求1所述的测量DCS与第三方系统的通信时间的系统，其特征在于，所述规则的信号的注入方式采用硬件方式或软件方式。

3.根据权利要求1所述的测量DCS与第三方系统的通信时间的系统，其特征在于，所述分析单元内置分析软件包用来分析并获取所述通信时间。

4.一种测量DCS与第三方系统的通信时间的方法，其特征在于，包括：注入连续的规则信号；

通过DCS与所述第三方系统的通信单元将所述规则信号进行传输；

输出信号；以及

分析所述注入的信号以及输出的信号，求解所述DCS与第三方系统的通信时间，其中，注入的规则的信号为方波信号；

分析所述注入的信号以及输出的信号，求解所述DCS与第三方系统的通信时间包括：对所述输出的信号进行采集；

获取所述输出信号的曲线函数G(t)；

根据F(t+nT+φ)＝G(t)求解所述输出信号的采样周期T和首次采样的相位φ的值，其中F(t)＝f(nT+φ)，nT≤t<(n+1)T，n为自然数，方波函数 k＝1,2,

3…k，时间t为自变量，k为参数；其中，所述输出信号的采样周期T为所述DCS与第三方系统的通信时间。

5.根据权利要求4所述的测量DCS与第三方系统的通信时间的方法，其特征在于，所述规则的信号的注入方式采用硬件方式或软件方式。

6.根据权利要求4所述的测量DCS与第三方系统的通信时间的方法，其特征在于，通过编写软件的方式进行分析求解所述DCS与第三方系统的通信时间。

7.根据权利要求6所述的测量DCS与第三方系统的通信时间的方法，其特征在于，通过MATLAB的图形用户接口工具编写所述软件。

说明书

测量DCS与第三方系统通信时间的系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及仪表控制领域，特别涉及一种测量DCS与第三方系统通信时间的系统及方法。

背景技术

[0002] DCS(分布式控制系统Distributed Control System)是通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站以及工程师站连接起来，以便对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。随着技术发展，DCS在电力、石化等行业应用广泛。国内国际的核电站基本都采用DCS，由于核电站涉及的技术较为广泛，有许多第三方的控制系统(如核电站火警探测系统、核电站通风检测系统)与DCS之间建立通信，用于实现一些辅助的控制功能。

[0003] 在第三方系统最初安装调试的时候，通常只考虑其与DCS之间的通信数据是否得到成功传输，往往忽略对通信时间的考虑。这样的话可能造成在较长的通信时间完成数据通信，其实原本可以设置一个更短的通信时间即可完成。另外在实际生产过程当中，第三方系统涉及厂家品牌多、通信接口协议繁多、甚至有子站、远程站的情况，在不同的控制系统之间传输数据时，需要经过多个处理器，多次协议转换，可能因为一些系统的更新、重新配置参数以及实际生产环境的细微干扰即会造成数据传输的延迟和终端接收的信息失真，不能反映实际的现场情况，严重的情况甚至会导致通信故障。因此需要关注不同系统之间的通信时间从而优化通信过程、减少通信故障、当通信故障发生时可以尽快查找到故障点位置。

[0004] 现阶段，DCS和第三方系统之间的通信时间的获取还没有一个良好的技术方案，通常只是以传输速率、数据量、网络节点数、扫描周期、软件配置等为依据对通信时间进行一个理论上的估算，与实际生产过程中的通信时间有偏差。因此该方法实际应用性较差。

[0005] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种测量DCS与第三方系统通信时间的系统及方法，能够精确地测量DCS与第三方系统之间的通信时间。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种测量DCS与第三方系统的通信时间的系统。所述测量DCS与第三方系统的通信时间的系统包括：信号注入单元、信号传输单元、信号输出单元、分析单元。信号注入单元用于注入规则的信号。信号传输单元与所述信号注入单元相连，是所述DCS与第三方系统的通信单元，用于传输所述规则的信号。信号输出单元与所述信号传输单元相连，将所述信号传输单元传输后的信号进行输出。分析单元用于根据所述注入的信号和所述输出的信号分析得出所述DCS与第三方系统的通信时间。

[0008] 在一优选的实施方式中，所述规则的信号包括方波信号或脉冲信号。

[0009] 在一优选的实施方式中，所述规则的信号的注入方式采用硬件方式或软件方式。

[0010] 在一优选的实施方式中，所述分析单元内置分析软件包用来分析并获取所述通信时间。

[0011] 本发明还提供了一种测量DCS与第三方系统的通信时间的方法。其包括：注入连续的规则信号；通过DCS与所述第三方系统的通信单元将所述规则信号进行传输；输出信号；分析所述注入的信号以及输出的信号，求解所述DCS与第三方系统的通信时间。

[0012] 在一优选的实施方式中，所述规则信号为方波或脉冲信号。

[0013] 在一优选的实施方式中，所述规则的信号的注入方式采用硬件方式或软件方式。

[0014] 在一优选的实施方式中，通过编写软件的方式进行分析求解所述DCS与第三方系统的通信时间。

[0015] 在一优选的实施方式中，通过MATLAB的图形用户接口工具编写所述软件。

[0016] 与现有技术相比，根据本发明的测量DCS与第三方系统通信时间的系统及方法具有如下有益效果：

[0017] 所述测量DCS与第三方系统通信时间的系统及方法，通过分析注入信号与输出信号，能够精确地测量DCS与第三方系统之间的通信时间。

附图说明

[0018] 图1是根据本发明一实施方式的DCS与第三方控制系统之间的数据通信过程。

[0019] 图2是根据本发明一实施方式的测量DCS与第三方系统通信时间的系统。

[0020] 图3是根据本发明一实施方式的输入和输出波形图。

[0021] 图4是根据本发明一实施方式的MATLAB编写软件包实现的一仿真界面。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

[0023] 除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

[0024] 复杂的核电站DCS离不开为其提供辅助控制功能的第三方控制系统。这些第三方系统涉及厂家品牌多，特别是在不同型号的第三方控制系统之间传输数据时会经过多个处理器，多次协议转换，通信过程比较复杂，一旦把握不好其通信规律就会影响通信效率。

[0025] 例如，图1是根据本发明一实施方式的DCS与第三方控制系统之间的数据通信过程。如图所示，某数据通信经过3个处理器，3种不同的协议最终到达终端进行显示。这个通信过程中，数据可能会经过采集、逻辑运算、发送处理、传输、接收处理、协议转换运算、光电转换、冗余判断等步骤，也可能面临数据丢失重新发送等情况。面对如此复杂的通信过程，对各个节点通信情况的理论计算难以反馈现场的真实情况。

[0026] 本发明提供了一种测量DCS与第三方系统通信时间的系统及方法，不考虑单个处理器节点的通信效率，而是将整个DCS与第三方控制系统之间的通信过程看作一个整体，测量整个通信过程的通信时间。其原理是通信数据的每个处理环节始终存在扫描周期，导致通信过程始终存在传输频度问题，传输一次所用的时间与数据量、处理能力有关，当多个不同频次的节点组合在一起时，其传输的循环周期、数据量、采取何种校验方式等共同决定了通信的时间和效率。

[0027] 如图2所示，所述测量DCS与第三方系统通信时间的系统包括信号注入单元10、信号传输单元11、信号输出单元12、分析单元13。信号注入单元10用于注入规则的信号，比如具有代表性的方波信号、脉冲信号等。可选地，选用0.1s、0.5s、1s、3s的方波作为注入信号。可选地，选用0.5s为“0”，1s为“1”的脉冲信号作为注入信号。信号注入的方式可以采用硬件通道，也可以采用软件方式。信号传输单元11就是被测对象，即DCS与第三方系统的通信单元，用于传输注入的信号。信号输出单元11用于输出信号的波形趋势，分析单元12通过比较注入信号和输出信号的波形，从而确定出被测对象DCS与第三方系统的通信时间。优选地，分析单元12内置编写好的分析软件包来分析通信时间。

[0028] 本发明还提供了一种测量DCS与第三方系统通信时间的方法，优选地，所述方法包括以下步骤：

[0029] 1，第三方系统侧注入连续的规则信号。

[0030] 2，信号通过DCS与所述第三方系统的通信单元进行传输。

[0031] 3，在DCS端输出信号。

[0032] 4，根据注入的信号和输出的信号进行分析，求取DCS与所述第三方系统的通信时间。

[0033] 优选地，以注入连续的标准1s的方波信号为一实施例进行通信时间的计算。

[0034] 设f(t)为方波函数，则 k＝1,2,3…k，其中时间t为自变量，参数k决定方波特性，即当k＝2时，为1s方波。

[0035] 设被测对象在DCS输出端首次采样的相位为φ，采样周期为T，该采样周期就是DCS与第三方系统的通信时间，则输出波形函数f(nT+φ)的值为一系列以T为周期的0、1序列，其中n为自然数。

[0036] 因此理论上采集到的曲线F(t)＝f(nT+φ)，nT≤t<(n+1)T。

[0037] 被测对象输出的曲线为已知结果，通过对该曲线函数化后可得到函数为G(t)，则F(t+nT+φ)＝G(t)，由此可以推算出采样周期T和φ的值。

[0038] 图3是根据本发明一实施方式的输入和输出波形图，输入的标准1s方波持续20s，对输出波形进行分析，可得知采集点是12个，采样周期T为＝1.6s，采样相位＝0.6s。每隔1.6s就会刷新成功的取一个点，这个点可能是1也可能是0，这完全取决于当前注入信号的状态。

[0039] 优选地，根据以上算法可以进行软件包编写，通过软件来实现上述通信时间的算法可以快速准确地得到通信时间的结果。优选地，利用MATLAB的GUI(图形用户接口)功能进行软件包编写。图4是根据本发明一实施方式的MATLAB编写软件包实现的一仿真界面。界面上有2个显示框，上框显示输入的标准脉冲信号，其波形由参数“输入信号频率”和“输入周期数”决定，下框为输出波形，根据输入波形和输出波形可以得到相对应的采样周期(通信时间)和采样相位，同时该软件包还可以用于对求取的通信时间进行验证，验证的方法是输入采样周期(通信时间)和采样相位、输入注入信号的频率和周期，点击采样执行后判断输出的信号波形是否和实际的输出波形一致。

[0040] 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。