本实用新型涉及一种电力系统的测试设备，尤其是对电力集散控制系统进行性能测试的装置。
背景技术：
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，集散控制系统的可靠性直接影响机组的运行安全。由于集散控制系统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。集散控制系统性能指标测试包括集散控制系统通道精度测试、通道校验、冗余切换测试、通道防抖测试以及SOE（Sequence Of Event, 时间顺序记录）功能测试等；目前，还没有针对集散控制系统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，影响集散控制系统的性能评估。
技术实现要素：
针对以上问题，本实用新型提供了一种集散控制系统的性能综合测试装置，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，从而实现对集散控制系统的性能指标测试和评估。
一种集散控制系统的性能综合测试装置，包括CPU模件，以及通过CAN总线与CPU模件连接的模拟量采集模件、数字量采集模件、键相采集模件、模拟量输出模件，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，其中，模拟量采集模件、数字量采集模件、键相采集模件、模拟量输出模件和SOE信号输出模件通过底板互联。
进一步地，所述集散控制系统的性能综合测试装置还包括通过串口与CPU模件连接的对时单元。
再进一步地，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(System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统)芯片；以及通过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。
本实用新型可以完成集散控制系统性能指标的测试，为发电机组安全稳定运行提供保障。装置涵盖了集散控制系统的主要性能指标测试，可用于对集散控制系统进行通道精度测试、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，本实用新型提出的集散控制系统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。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图；
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。
具体实施方式
如图1所示，集散控制系统的性能综合测试装置包括CPU模件1，以及通过CAN总线与CPU模件1连接的模拟量采集模件2、数字量采集模件3、键相采集模件4、模拟量输出模件5，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，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和SOE信号输出模件6通过底板互联。其中，CPU模件1通过标准CAN总线实现与模拟量采集模件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。集散控制系统的性能综合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（pulse per second，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，并针对集散控制系统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Xilinx Virtex 2P40。由于集散控制系统SOE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信号输出模件连接来实现数据传输，信号分辨率可达到0.05ms以上。
片上外围扩展部分通过OPB来完成数据传输，包括采集控制逻辑单元12、控制寄存器13、数据缓存RAM块14、时间计数器15。片上外围扩展部分通过标准CAN总线与模拟量采集模件2、数字量采集模件3、键相采集模件4、模拟量输出模件5连接来实现数据传输，从原始信号数据计算得到直流、基波以及各次谐波的幅值和相位等特征量，通过模块化程序形式由SOPC芯片进行综合分析处理，并存储在数据缓存RAM块中。片上外围扩展部分还通过片上外围接口RS232、VGA、USB等与LCM、键盘等外设以及上位机实现数据传输。
CPU模件采样和数据分析的时钟统一由所述时钟器16产生。
如图3所示，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CPU模件1。工作时，电流信号直接进入抗混叠滤波器22滤波，电压信号先通过V/I转换器21转换为直流信号后再进入抗混叠滤波器22滤波，然后连接运算放大器23的同相输入端，运算放大器23输出后连接A/D转换器24，A/D转换器可以采用AD7705芯片，其带信号调理、1mw功耗、双通道16位精度，能保证模拟量采集精度。A/D转换后的数字信号经数字隔离单元25隔离处理后，通过CAN总线传输到CPU模件。
如图4所示，数字量采集模件3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31、放大整形电路32、脉冲计数单元33和数据锁存电路34，其中的数据锁存电路34通过CAN总线连接CPU模件1。工作时，数字量信号经高速光耦隔离单元31后，通过放大整形电路32将信号转换成清晰、可识别的数字信号，然后经脉冲计数单元33计数、运算，及数据锁存电路34数据锁存，并通过标准CAN接口传输到CPU模件1进行数据处理。
如图5所示，键相采集模件4主要用来采集转速信号，包括依次连接的高频滤波器41、电平比较单元42、电平变化单元43、高速光耦隔离单元44和数据锁存电路45，其中的数据锁存电路45通过CAN总线连接CPU模件1。高频滤波器41优选采用RC滤波器。工作时，键相信号通过高频滤波器41滤波后，送入电平比较单元42与设置的比较电平进行比较，获得脉冲方波信号，然后通过电平变化单元43对该方波进行电平变化，处理后的方波信号经过高速光耦隔离单元44、数据锁存电路45，再通过标准CAN接口传输到CPU模件1进行数据处理。
如图6所示，模拟量输出模件5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51、D/A转换器52、放大整形电路53和I/V转换器54，其中的数字隔离单元51通过CAN总线与前述的CPU模件1相连。A/D转换器52优选采用DAC8775芯片，DAC8775封装比小，信噪比低，通道16位精度，能保证模拟量仿真输出精度。工作时，模拟量输出模件5通过标准CAN总线接收CPU模件1发送的数字量信号，经过数字隔离单元51后发送至D/A转换器52，经D/A转换器52变换后的模拟量信号通过放大整形电路53后，一路转换为标准4-20MA直流信号输出，另一路经过I/V转换器54转换为标准1-5V电压信号输出。
如图7所示，SOE信号输出模件6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1相连的数字隔离电路61，以及依次连接所述数字隔离电路61的放大整形电路62和电平变化单元63。CPU模件1产生的5V TTL 信号通过PLB高速数据交换总线传输到数字隔离电路61中，经隔离后的信号连接放大整形电路62，将信号转换成清晰、可识别信号，然后通过电平变化单元63中的可调电阻对信号进行电平变化以适应不同集散控制系统对SOE信号的要求。
在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义的理解，如：可以是电连接，也可以是机械连接；可以是可拆卸连接，也可以是固定连接，或整体地连接；可以直接相连，也可以通过中间接口相连接，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。