专利名称：一种基于虚拟仪器技术的智能化电力系统测试仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含有虚拟仪器技术的电力系统测试仪器的改进。
背景技术：
虚拟仪器(Vis μ al Instr μ ctions)技术是现代计算机系统和仪器系统技术相结合的产物，是当今计算机辅助测试(CAT)领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着智能化、模块化、虚拟化、网络化的方向发展。随着电力系统的规模和技术水平的飞速发展，为保障电力系统安全可靠的运行和获得更高的经济效益，在发电厂、变电所等生产部门中所要求监测的参数种类和项目也越来越多。而传统的测量仪器在对被测参数的综合分析、评估，信息交换和共享等方面存在着严重的缺陷。目前基于微机硬件平台的虚拟测量仪器已经在许多部门得到越来越广泛的应用。目前，电力系统中利用虚拟仪器技术开发测试设备的主要采用NI公司的LabView 平台。LabView平台有良好的图形界面，功能强大的函数库等。但它也有一些缺点，最主要的是实时性不高，虽然用户可以对实时性要求很高的部分程序代码进行优化，但其效率由于Windows操作系统的非实时性，不能完全达到实时要求。而电力系统测试设备中很多要求有电力系统暂态分析的，这对实时性要求很高。为满足这种高实时性的要求，很多电力测试设备采用了专门的硬件加上一些实时操作系统(如VxWorks)等方式。但这又背离了虚拟仪器(Visyal Instr μ ctions)技术的初衷，使得专用仪器的升级维护很不方便，而且功能单一和有缺陷，例如没有足够的空间来储备数据，不能实时显示处理结果，由于专门硬件电路在乘除法方面的缺陷不得不降低计算精度等。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种在上、下位机结构体系中，充分发挥两者工作性能，进而有利于功能扩展，并能充分利用有限的下位机资源的基于虚拟仪器技术的电力系统测试仪器。本发明的技术方案是所述电力系统测试仪器包括上位机和下位机；所述上位机采用PC，所述PC中含存储有电力系统测试软件模块的存储器；所述下位机包括DSP微处理器、双口内存和接口电路；所述上位机与下位机之间采用PCI总线相连；所述上位机PC的存储器中还包括有按时间特性划分各程序性质的划分程序，和按划分程序的结果判定各程序、数据传输模式的传输指令程序； 所述下位机的双口内存和下位机DSP微处理器在初始状态空置；DSP微处理器的所有运行程序都时PC机在测试过程中下载到所述DSP微处理器的内存中，测试完成后所述DSP微处理器的内存恢复到初始空置状态。所述的电力系统测试仪器还包括用于在上位机和下位机之间进行远程通讯的GPS通讯装置。本发明根据时间特性划分处理区间，结合上下位机的分层计算，进而解决实时性不高的基于虚拟仪器技术的电力系统测试仪器的测试方法。它采用了系统下位机软硬件彻底分离技术，有利于功能的扩展，充分利用有限的下位机资源，使得系统的响应更为及时， 数据处理效率更高。最后，本发明还利用通讯技术，和被测装置进行数据通讯，控制被测装置和得到测试结果，实现了自动测试，避免了人为操作失误，提高测试效率。本发明实现了专有仪器的高速实时的特点，也有一般虚拟仪器的智能化，功能强大，维护方便的特点。解决了对被测参数的综合分析、评估，信息交换和共享等方面的问题。例如有强大的录波分析和在线显示检测功能。
图1是本发明的结构原理2是本发明的工作原理框3是本发明实施例一的技术效果示意4是本发明实施例一现有技术对照例的技术效果示意5是本发明实施例二的技术效果示意6是本发明实施例二现有技术对照例的技术效果示意图
具体实施例方式本发明如图1、2所示，所述电力系统测试仪器包括上位机和下位机；所述上位机采用PC，所述PC中含存储有电力系统测试软件模块的存储器；所述下位机包括DSP微处理器、双口内存和接口电路；所述上位机与下位机之间采用PCI总线相连；所述上位机PC的存储器中还包括有按时间特性划分各程序性质的划分程序，和按划分程序的结果判定各程序、数据传输模式的传输指令程序；所述下位机的双口内存和下位机DSP微处理器在初始状态空置；DSP微处理器的所有运行程序都时PC机在测试过程中下载到所述DSP微处理器的内存中，测试完成后所述DSP微处理器的内存恢复到初始空置状态。所述的电力系统测试仪器还包括用于在上位机和下位机之间进行远程通讯的GPS 通讯装置。下面进一步详细说明本发明的原理一、根据时间特性划分的上下位机分层计算技术本发明方法测试平台首先采用DSP+PC机的主从机机构，主从机连接采用了 PCI 桥，硬件和软件上进行通讯的实时处理和容错设计，系统既能满足电力系统高实时的设计要求，又充分利用了 PC机的强大处理能力。系统采用PC机+DSP的主从机结构，充分结合 PC机和DSP的优点。DSP计算速度快，但片上资源少，功能单一，实时性好；PC机功能强大， 但不能保证实时性。因此系统的实时处理部分，例如A/D的高速实时采样、D/A的稳定输出， GPS的接受、数字IO采样输出以及用户要求的实时计算分析程序都在DSP中；而DSP计算分析后的数据会通过PCI桥高速传送给PC机，让PC机处理一些复杂模型的计算、大数据的
4存储分析和显示等。主从机的连接采用PCI总线，而不是一般仪器的MSB或串口。PCI总线可以提供极高的数据传送速率(132MB/S)。PCI总线与CPM无关，与时钟频率亦无关，可适用于各种平台，支持多处理器和并发工作。PCI总线还具有良好的扩展性，通过PCI-PCI桥可允许扩展。系统的时间特性划分中把必须在Ims以下响应的计算部分认为是实时程序；Ims 以上的实时响应认为“准实时”程序；时间无要求的是非实时程序。实时程序必须在DSP处理，“准实时”程序放在PC机中计算，也可以在DSP中。具体原理如下DSP相对于PC机计算能力弱，但由于是单一任务系统，可以有很好的实时性，可以达到μ s级的定时响应；PC机与DSP相比功能强大，但由于windows系统是分“时间片”的多任务系统，但不能保证在规定的时刻响应消息。具体来说就是在一个规定时间内PC机能做的工作比DSP要多得多，计算能力是数量级上差别，但DSP能保证在规定的时刻响应你的要求；而PC机不能保证，如果该时刻空闲可以响应你，如果有其他任务，必须先处理好了再来响应。如果用户把这个时间间隔放大，达到1ms、10ms，则经过程序设计PC机也可以保证实时性，再加以容错处理，达到了实时要求，这就是“准实时”定义。利用这个特点系统采用“准实时”方案，DSP下位机定时发送中断给Windows系统(该时间中断小于1ms，一般为100 μ s)，每次发送的数据保存在内存中。由于PC机与 DSP相比功能强大，只要能响应一次，就能处理十几甚至几十次DSP发送的数据。因此只要 Windows在Ims内10次响应一次就能处理实时信息，完成“准实时”响应。这样的好处可以通过下面两个例子来比较1)在分析电力系统的暂态分析中，对故障发生时间段要求非常精确，这种精确包含两个方面一是计算模型要复杂，尽量模拟实际现场状态，这要求计算量很大；二是时间步长短，这样功放输出的波形才能反映信息丰富的暂态量，这也是增大了计算量，提高了实时要求。一般测试仪的计算部分全在DSP上，DSP的计算能力是有限的，不得不在两者权衡，甚至两个全精简，输出的波形不能反映实际现场状态。本发明中就克服了以上问题。PC机的计算能力很强，复杂计算模型和时间步长的长短不是问题，可以计算出符合实际现场状态的完美波形，把这些数据在Ims内发送给 DSP,由DSP实时输出就行了。具体如图3、4所示，参数为步长10 μ s，图4为常规(背景技术)测试系统。图3为本发明的测试系统。2)电力系统故障回放中，也就是把现场录波的数据通过实时再现出来，这些数据往往很大，常规测试仪器是把这些数据全部放在DSP板上，在通过DSP实时回放出来，由于 DSP板上存储资源有限，不得不对其数据进行删减，对用户分析带来了很大的问题，甚至无法回放；而采用本发明方法，则无数据大小的限制，理论上只要能拷贝到PC机上就能回访出来。如图5、6所示图6为常规测试系统，图5为本发明。 二、下位机软硬件彻底分离技术 系统的功能软件全部在PC机上，每次运行后系统会自动把程序的实时部分下载到DSP中，系统的软硬件相对独立，即软件功能的扩展和升级无需修改硬件，而硬件部分的修改升级也不影响软件。
常规的测试仪器把计算和控制处理部分等主要程序烧写在DSP板卡上，一上电就启动，程序运行后PC机把一些用户设置的参数指令发送给DSP，DSP根据参数指令运行。这样的好处是程序设计简单、数据传输量少；但带来的问题是实时和非实时程序全部在DSP 上运行，资源浪费，软件的升级修改麻烦，功能单一。在本系统中，DSP中没有主要程序，系统上电后DSP中没有运行程序，所有程序都在PC机中，当用户要进行测试时，PC机会把程序先下载到DSP中，然后该程序接管DSP运行，程序结束后退出，DSP又恢复原始状态。这样有四个好处①用户可以对程序加以裁减，仅把要测试的实时部分发送到DSP中，大大减少了其资源消耗，提高了效率；特别是测试功能单元很多时，如果全部下载到DSP中，不仅会消耗其宝贵的存储资源，特别是片内资源，也会让其在运行时不停查找功能单元，大大降低效率，而采用这种技术，占有内存空间小，②功能扩展方便，可以根据用户设置灵活更换功能单元。用户要扩展功能或修改、 升级功能单元只要把PC机上的计算程序更换就行了，无需改变任何硬件。③实时软件的优化处理，由于占用内存空间小，在同等资源的前提下，能获得更高的效率。例如由于程序小，可以把原先只能在较慢的片外内存计算的数据放到速度快的片内内存。④查表计算的优化DSP中计算正弦等函数时会消耗大量的计算时间，因此一般DSP计算会有查表法， 特别在电力系统中，即将一个函数分成若干等分，保存在内存中，形成函数表，计算时直接查函数表中的数据，省去了计算时间。函数表分的越细，空间越大，就会越节约计算时间，提高计算精度。不同的测试单元会有不同的函数，因此必须有很多不同的函数表，甚至一个程序中用户不同的参数设置就会有不同的函数表，一般的测试仪器由于把计算程序全放在DSP 板上，同样也会把全部函数表放在DSP板上，这样就会有很多在当前测试单元中用不到的大量函数表存在DSP板上，大大占用了资源。而本发明中每次只会把根据用户参数而特制的函数表和计算程序一起下载到DSP 板中，资源占用小。由于在每一个当前测试单元中，只有和该单元有关的函数表，该函数表可利用的空间相当于一般测试仪器全部的函数表占用的空间，这样该函数表可以分得更细，提高计算精度。而且该函数表可以和用户设置的参数相结合，由PC机计算好再发送下去。常规测试仪的函数表都是事先保存在DSP板中，只能和用户的参数结合一起在DSP中实时计算，效率会低很多。
权利要求
1.一种基于虚拟仪器技术的智能化电力系统测试仪器， 所述电力系统测试仪器包括上位机和下位机；所述上位机采用PC，所述PC中含存储有电力系统测试软件模块的存储器； 所述下位机包括DSP微处理器、双口内存和接口电路； 所述上位机与下位机之间采用PCI总线相连；其特征在于所述上位机PC的存储器中还包括有按时间特性划分各程序性质的划分程序，和按划分程序的结果判定各程序、数据传输模式的传输指令程序； 所述下位机的双口内存和下位机DSP微处理器在初始状态空置； DSP微处理器的所有运行程序都时PC机在测试过程中下载到所述DSP微处理器的内存中，测试完成后所述DSP微处理器的内存恢复到初始空置状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器技术的电力系统测试仪器，其特征在于， 所述的电力系统测试仪器还包括用于在上位机和下位机之间进行远程通讯的GPS通讯装置。
全文摘要
一种基于虚拟仪器技术的电力系统测试仪器。能充分利用有限的下位机资源。包括上位机和下位机；上位机采用PC，PC中含存储有电力系统测试软件模块的存储器；下位机包括DSP微处理器、双口内存和接口电路；上位机与下位机之间采用PCI总线相连；上位机PC的存储器中还包括有按时间特性划分各程序性质的划分程序，和按划分程序的结果判定各程序、数据传输模式的传输指令程序；下位机双口内存和DSP微处理器在初始状态空置；DSP微处理器的所有运行程序都时PC机在测试过程中下载到所述DSP微处理器的内存中，测试完成后所述DSP微处理器的内存恢复到初始空置状态。本发明采用了下位机软硬件分离技术，充分利用有限资源，使得系统响应更及时，数据处理效率更高。
文档编号G01R31/00GK102539945SQ20101060846
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者许奇 申请人:扬州奥瑞特电力测试系统有限公司