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基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)測試方法

發(fā)布時(shí)間:2024-09-26
plc自問世以來,發(fā)展異常迅猛,其綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù),不僅可以很容易地完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能,而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系,從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。隨著plc在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,系統(tǒng)的安全可靠越來越受人們關(guān)注,基于plc的工業(yè)控制系統(tǒng)測試成為亟待解決的問題。
1.基于plc的工業(yè)控制系統(tǒng)特點(diǎn)
可編程邏輯控制器(programmable logic controller,plc),作為離散控制的首選產(chǎn)品,在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置?;趐lc的工業(yè)控制系統(tǒng)由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來,利用存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令,并通過輸入/輸出(i/o)發(fā)出控制信號和接受輸入信號,來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程?;趐lc的工業(yè)控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)相比較,具有不可忽視的優(yōu)點(diǎn):與繼電·接觸器控制系統(tǒng)的比較,plc系統(tǒng)在靈活性和擴(kuò)展性、可靠性和可維護(hù)性、控制速度和穩(wěn)定性、延時(shí)的可調(diào)性與精度、設(shè)計(jì)與施工、系統(tǒng)價(jià)格方面具有巨大優(yōu)勢,并代替繼電·接觸器控制廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中;與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較:plc系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)、順序掃描方式工作、惡劣工業(yè)應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性方面都是工業(yè)用微機(jī)無法和plc相比,但是,計(jì)算機(jī)在信息處理方面還是優(yōu)于plc,所以,在一些工業(yè)控制系統(tǒng)中,常常將兩者結(jié)合起來,plc作為下位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場控制,計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行信息處理;與集散控制系統(tǒng)(distributed coiitrol system,dcs)的比較:plc在開關(guān)量控制和順序控制方面有一定的優(yōu)勢;而dcs在連續(xù)量的模擬控制和回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢;dcs具有控制(工程師站)、操作(操作員站)、現(xiàn)場儀表(現(xiàn)場測控站)三級結(jié)構(gòu),組態(tài)成相對固定的功能,而plc則大多需要編程,但更靈活,可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
2.基于plc的工業(yè)控制系統(tǒng)測試方法
為做好plc系統(tǒng)的質(zhì)量控制工作,軟件測試是工程實(shí)施階段質(zhì)量控制的一種有效手段?;趐lc軟件的特殊性(非cpu指令代碼)和深嵌入式特點(diǎn),其軟件測試環(huán)境很難搭建,對測試用例特別是異常測試用例的注入帶來了困難。目前主流的測試方法主要有三種:全數(shù)字仿真測試環(huán)境下的plc軟件測試、硬件在回路環(huán)境下的plc軟件測試、形式化驗(yàn)證。
硬件在回路(hil)測試技術(shù)包括實(shí)時(shí)處理器、i/o接口和操作界面,可以精確的仿真測試系統(tǒng)中物理上并不存在的部分。實(shí)時(shí)處理器提供硬件i/o通信、數(shù)據(jù)記錄、激勵(lì)生成和模型執(zhí)行等。i/o接口提供被測電子控制單元(ecu)與模型仿真的虛擬環(huán)境之間的傳感器和plc控制器的交互。操作界面與實(shí)時(shí)處理器通信,提供測試命令、可視化、配置管理、分析和報(bào)告任務(wù)。hil技術(shù)采用硬件故障插入在ecu和被測試系統(tǒng)之間產(chǎn)生信號故障,達(dá)到測試和驗(yàn)證故障條件下設(shè)備性能的目的。
硬件在回路技術(shù)與plc相結(jié)合,將plc的電流信號、開關(guān)量信號等各種控制信號轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型,與i/o接口模擬成為一個(gè)受控對象模型,將電壓、電流、電磁、浪涌脈沖等硬件激勵(lì)以及越界值、非法指令、樁程序段、靶子程序段等軟件故障作為測試序列加載到受控對象模型,實(shí)際輸出平均故障前時(shí)間mtbf、故障次數(shù)、故障率、可靠度等指標(biāo),通過類比系統(tǒng)實(shí)際輸出與期望輸出來驗(yàn)證plc控制器。plc硬件在回路測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。
圖1 硬件在回路測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.總結(jié)
硬件在回路環(huán)境下的plc軟件測試可以實(shí)現(xiàn)對被測軟件非侵入式的、最真實(shí)的測試,通過硬件在回路仿真測試環(huán)境的構(gòu)建,可以實(shí)現(xiàn)用戶關(guān)心的各種測試需求,如:功能、性能、接口等,特別是能實(shí)現(xiàn)真實(shí)的性能測試。不過,由于這種仿真環(huán)境多是針對特定被測目標(biāo)開發(fā),專用性很強(qiáng),很難移植到其他同類被測軟件的測試環(huán)境搭建中,在一定程度上降低了測試資源的利用效率。
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