（检测技术与自动化装置专业论文）plc模块自动测试系统的设计与开发.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着信息时代的来临，自动测试技术逐渐走入人们的眼帘，凭着其测试速度快，实 时性强，测量精度高等特点，已经广泛应用于军事生产等各个领域，并且成为产品检测 和质量控制的重要手段，自动测试技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步。 本文是依据大连某p l c 制造企业韵需求，为了解决原有生产中p l c 模块手工调试 和校准的效率低，误差率高等缺点，以公司内部检验规范与标准为测试依据，设计与开 发了一套p l c 模块自动测试系统( p l c a t s ，p l ca u t o m t i ct e s ts y s t e m ) 。系统的测试项 目主要包括p l c 通讯测试、内部参数校准、实时时钟测试、数字量输入输出( d i d o ) 测 试、l e d 灯板测试、模拟量输入输出( a i a o ) 校准、冷端温度补偿校准、功能块测试。 根据对系统需求的分析，提出了p l c a t s 应具有通用性、可扩展性、自动测试、操 作便捷等特点。从网络拓扑和体系架构两个方面诠释了整个测试系统的组建结构。按照 检测作业流程式特点，并依据检测操作工作量分析各环节的测试复杂程度，将系统划分 为四个工位，分别负责a i 校准、a o 校准、冷端校准、其他项目测试。通过企业提供的 标准p l c 模块作为检测设备和控制设备，完成被测通道切换，模拟量信号测量和数字 量输入输出等功能，结合作为信号测量和输出设备的a g i l e n t 3 4 4 0 1 a ，f l u k e 5 5 0 0 a 组建 成各工位的硬件测试系统，设计通用接口满足多种类型p l c 模块测试连接。各工位工 作保持相对独立，整个系统通过以太网连接形成局域网型自动测试系统。软件系统设计 上应用模块化设计和面向对象编程思想，将软件架构分为参数配置、数据采集、程序测 试和数据库管理四大部分，设计了通讯、检测标准、数据库操作等功能类。采用u d p 和m o d b u s 两种通讯协议，并结合e p a ( e t h e m e tf o rp l a n ta u t o m a t i o n ) 报文实现计算机与 p l c 设备通讯，利用s c p i ( s t a n d a r dc o m m a n d sf o rp r o g r a m m a b l ei n s t r u m e n t s ，可程控仪 器标准指令) 实现对可程控仪表的控制。根据各测试项目要求，在程序测试中设计各功 能测试校准的子模块，完成各测试功能实现、实时数据存储、故障预警等功能。系统中 还添加了硬件线路屏蔽和软件数字滤波的抗干扰技术减少测量误差。采用a c t i v e x 控件 开发技术，实现功能块测试与e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c e sp l a n ，企业资源计划) 系统软件的 完美结合。 该p l c a t s 自动测试系统已经验收并投入到公司生产部门的实际应用中，对现阶段 的p l c 模块自动测试系统设计具有一定的参考价值和现实意义。 关键词：p l c ；自动测试系统；s c p i ；a c t i v e x 控件 p l c 模块自动测试系统的设计与开发 d e s i g na n dd e v e l o p m e n to f a u t o m a t i ct e s ts y s t e mo fp l cm o d u l e a b s t r a c t w 曲t h ea d v e n to f i n f o r m a t i o na g e ，a u t o m a t i ct e s tt e c h n o l o g yi sg r a d u a l l yc o m i n gi n t oo u r v i e w b e c a u s eo ft h eh i g ht e s ts p e e d ，w e l lr e a l - t i m ec h a r a c t e r i s t i c ，h i g hm e a s u r e m e n ta c c u r a c y a n do t h e rf e a t u r e s ，i th a sb e e ne x t e n s i v e l ya p p l i e di nm a n u f a t u r e ，m i l i t a r ya n do t h e rf i e l d s ，a n d b e c o m e sa ni m p o r t a n tm e a s u r ea b o u tp r o d u c tt e s ta n dq u a l i t yc o n t r 0 1 r n 伦d e v e l o p m e n to f a u t o m a t i ct e s tt e c h n o l o g yp r o m o t e st h ea d v a n c e m e n to fm o d e ms c i e n c ea n dt e c h n o l o g y t h ep r o p o s e dp r o j e e ti sb a s e do nt h en e e do fac o m p a n yi nd a l i a nw h i c hp r o d u c e sp l c m o d u l e ，i no r d e rt os o l v et h ed i s a d v a n t a g eo ft h eo r i g i n a lm a n u a lc a l i b r a t i o nm o d et h a tm a n u a l c a l i b r a t i o no ft h ee f f i c i e n c yi sl o wa n dt h er a t eo fm i s u s ei sh i g h ，r e l y i n go nt h et e s tn o r m sa n d s t a n d a r d sp r o v i d e db yt h ec o m p a n y ，d e s i g na n dd e v e l o p eas e to fp l cm o d u l ea u t o m a t i ct e s t s y s t e m ( p l c a t s ) t e s ti t e m so ft h es y s t e mi n c l u d e sp l c c o m m u n i c a t i o nt e s t ，t h ei n t e r n a l p a r a m e t e r sc a l i b r a t i o n , r e a l t i m ec l o c kt e s t , d i g i t a li n p u ta n do u t p u t ( d i d o ) t e s t ，l e dl i g h t b o a r dt e s t ，a n a l o gi n p u ta n do u t p u t ( a i a o ) c a l i b r a t i o n ，c o l d j u n c t i o nt e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o n c a l i b r a t i o na n dr u c t i o nb l o c kt e s t b a s e do nt h ea n a l y s i so fs y s t e mr e q u i r e m e n t ，i tp r o p o s e sp l c a t ss h o u l db ev e r s a t i l e ， s c a l a b l e ，a u t o m a t i ct e s t ，c o n v e n i e n to p e r a t i o na n ds oo n t h ec o n f i g u r a t i o ns t r u c t u r eo fe n t i r e t e s ts y s t e mi s p r o p o s e df r o mt h et w oa s p e c t so ft h en e t w o r kt o p o l o g ya n da r c h i t e c t u r e a c c o r d i n gt ot h et e s tw o r k f l o wf e a t u r ea n da n a l y z i n gt h et e s tc o m p l e x i t yo fe a c hl i n kb a s e d o nt h et e s to p e r a t i o nw o r k l o a d ，t h es y s t e mi sd i v i d e di n t of o u rs t a t i o n s ，w h i c ha r er e s p e c t i v e l y r e s p o n s i b l ef o ra ic a l i b r a t i o n ，a oc a l i b r a t i o n ，c o l dj u n c t i o nc a l i b r a t i o na n do t h e ri t e m st e s t u s et h es t a n d a r dp l cm o d u l e sp r o v i d e db yc o m p a n ya st h et e s te q u i p m e n ta n dc o n t r o l e q u i p m e n tt or e a l i z et h et e s t e dc h a n n e ls w i t c h i n g ，a n a l o gs i g n a lm e a s u r e m e n t ，d i g i t a li n p u t a n do u t p u ta n do t h e rf u n c t i o n s ，a n dc o m b i n ew i t l lt h ea g i l e n t 3 4 4 0 1 aa n df l u k e 5 5 0 0 aa st h e s i g n a lm e a s u r e m e n ta n do u t p u td e v i c e st oc o n s t r u c tt h eh a r d w a r et e s ts y s t e mo fe a c hw o r k s t a t i o n ，a n dd e s i g nt h ec o m m o ni n t e r f a c e s t om e e tt h et e s tc o n n e c t i o no ft h ev a r i o u sp l c m o d u l e s e a c hw o r ks t a t i o nk e e p st h er e l a t i v ei n d e p e n d e n c e ，a n dt h es y s t e mc o n n e c t e db y e t h e r n e tf o r m st h el a na u t o m a t i ct e s t s y s t e m t h ed e s i g no fs o f t w a r es y s t e ma d o p t st h e s o f t w a r em o d u l a rd e s i g na n do b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n gi d e a sa n dt h es o f t w a r es t r u c t u r ei s d i v i d e di n t of o u rp a r t sa sp a r a m e t e rc o n f i g u r a t i o n ，d a t aa c q u i s i t i o n ，p r o c e d u r et e s t i n ga n d d a t a b a s em a n a g e m e n t ，a n dd e s i g nt h ec o m m u n i c a t i o n ，t e s ts t a n d a r d ，d a t a b a s eo p e r a t i o na n d o t h e rf u n c t i o n a lc l a s s e s a p p l yu d pa n dm o d b u sp r o t o c o l sw i t he p a ( e t h e m e tf o rp l a n t a u t o m a t i o n ) m e s s a g et oa c h i e v et h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e np l ce q u i p m e n ta n dc o m p u t e r ， 一i i 大连理工大学硕士学位论文 a n du s et h es c p i ( s t a n d a r dc o m m a n d sf o rp r o g r a m m a b l ei n s t n m a e n t s ) t oc o n t r o lt h e p r o g r a m m a b l ei n s t r u m e n t sa u t o m a t i c a l l y r e l y i n go nt h er e q u i r e m e n t so fe a c ht e s ti t e m s ，i t d e s i g n st h et e s ta n dc a l i b r a t i o ns u b - m o d u l e si nt h ep r o c e d u r et e s t i n g ，i no r d e rt oc o m p l e t e e a c ht e s tf u n c t i o n ，r e a ld a t as t o r a g e ，f a u l tw a r n i n ga n do t h e rf u n c t i o n s n l el i n es h i e l di n h a r d w a r ea n dd i g i t a lf i l t e ri ns o f t w a r ea r ea p p l i e di nt h es y s t e mi no r d e rt or e d u c et h e m e a s u r e m e n te r r o r u s et h ea c t i v e xc o n t r o lt e c h n i q u et oa c h i e v et h ep e r f e c tc o m b i n a t i o n b e t w e e nr u c t i o nb l o c kt e s ta n de r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c e sp l a n ) s y s t e ms o f t w a r e t h ep l c a t sq u o t e dh a sb e e na c c e p t e da n da p p l i e di nt h ep r o d u c ed e p a r t m e n to f c o m p a n y ，w h i c hh a sac e r t a i ne x t e n to f r e f e r e n c ev a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rt h ec u r r e n t p l cm o d u l ea u t o m a t i ct e s ts y s t e md e s i g n k e yw o r d s ：p l c ；a u t o m a t i ct e s ts y s t e m ；s c p i ；a c t i v e xc o n t r o l 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： 臣殛迭酉动诬4 邀忿痉亟丝遗盘缝 作者签名： 王i 乏癣日期：丑年竺月z 日 | 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 11自动测试系统及p l c a f s 对比 自动测试系统( a u t o m a t i ct e s ts y s t e m ，a t s ) 是指能对被捌设各自动进行测量、故障 诊断、数据处理、存储、传输、并阻适当方式显示或输出测试结果的系统。它把现代微 电子技术、计算机技术、虚拟仪器技术、信息技术、人工智能技术和数据库管理技术结 合在一起，形成了功能强大的测试平台l “。在这种系统中，整个测试工作通常都是在预 先编制好的测试程序统一指挥下自动完成的。 a t s 一般分为三大部分：自动测试设备( a u t o m a t i ct e s te q u i p m e n t ，a t e ) ，测试程序集 ( t e s t p r o g r a ms e t , t p s ) 和t p s 软件开发工具( 又称测试开发环境) ，依据a t s 的划分规则， 如图1 1 为p l c a t s 的开发组成。 | | 画图怛熟到 i 兰兰兰 a t e 由用来实现测试的硬件设备和操作系统软件组成。硬件本身可能是很小的便携 设备，也可能是由多个机柜组成、重量数千斤的超大系统。p l c a t s 中将硬件安装到箱 体中，共分3 个箱体和1 个冷校准台，总体重量大概1 5 公斤左右，基本上便于移动。 a t e 的核心是计算机，在p l c a t s 中，分别给每个检测环节f 即每个箱体) 配备了一台计 算机，便于流水线工作。通过计算机实现对可程控仪表如f l u k e ，a g i l e n t 进行控制，然 后通过以太网对p l c 发送和接收命令，进而形成了局域网内的设备通讯。 t p s 是与被测对象及其测试要求密切联系的。t p s 主要由3 部分组成，如表11 所示， 表中具体介绍了p l c a t s 中在这三部分的体现。 p l c 模块自动测试系统的设计与开发 表1 1t p s 在a t s 与p l c a t s 中的对照 t a b 1 it h ec o m p a r eb e t w e e na t sa n dp l c a t so ft p s t p s 组成作用plcats中的体现 实现对硬件系统的控制，产生被测 程蒯t ：盖蠢然专：言黜需雯嘉 出，实现对信号通道的切换 计算机通过r s 2 3 2 总线向可程控仪表发送 s c p i 指令，控制仪表输出或采集信号，通过 以太网向p l c 发送e p a 报文控制其开关量 输出切换继电器组等 针对不同类型的被测u u t 都制作了相应的 测试接口适配器 接口；对于f l u k e 和a g i l e n t ，根据其各自的 ( 包括接口装置，实现a t e 信号点到u u t 相应i o 连接协议制作了相应的串口连接线，在3 3 测试夹具及测试引脚间信号通道的连接节中具体介绍：在检测灯板时采用夹具将光 电缆)传感器与u u t 的灯板固定进行检测，同时采 用大量的屏蔽线来布线 在系统设计初期，需求方提供需求文档，技 被测对象测试所对测试项目的需求与预期达到效术部门提供协议文档及参数范围文档；在设 需的各种文档果的规范计期间制定设计文档；在系统移交期，编写 验收文档等 测试开发环境主要由相关编译工具等组成。在p l c a t s 中，采用基于n e tf r a m e w o r k 框架，利用v i s u a lc 群编程语言和微软开发的v i s u a ls t u d i o2 0 0 3 和2 0 0 8 软件进行软件系 统开发。 1 2自动测试技术的发展阶段 自动测试系统的发展过程大体分为三个阶段。 ( 1 ) 第一阶段，测试对象为固定的专用型测试系统：用于测试工作量大或重复测试 的项目，以及一些恶劣环境下测试人员难以完成的测试任务。由于专用自动测试系统针 对性强，并且具有结构紧凑、测试效率高、使用方便等优点，在很多领域都发挥着重要 的作用。然而由于专用系统资源配置固定，测试系统外接口经常是不标准的，所以在研 一2 一 大连理工大学硕士学位论文 发复杂的系统时，产生工作量大、研发费用成本高等缺点，并且此类系统的适应性不强， 测试资源不能共享，测试系统间的互操作性也很难实现。 ( 2 ) 第二阶段，以可程控仪表为主要测试设备组建的自动测试系统：可程控仪表通 过标准接口总线( 如：g p i b 、r s 2 3 2 ) 与测试设备等连接构建成的测试系统 2 1 。系统中的 设备都有专用的接口，只需根据其电缆的接线形式来连接测试设备即可。但此类系统仍 有不足之处：串行总线的传输速率不高，很难组建高速、大数据吞吐量的自动测试系 统；资源重复配置，每台仪器都有独立的机箱，电源，控制操作面板等，增加了测试 系统的体积、总量和功耗，难以组建轻便的便携式系统。 ( 3 ) 第三阶段，以模块化虚拟仪器为主要测试设备组建的集成型自动测试系统：基 于v x i ( v m e b u se x t e n s i o n s f o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 、p x i ( p c ie x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 等测试总线【3 】，由模块化设备所组成的自动测试系统。v x i 总线是v m e 计算机总线向 仪器测量领域的扩展，其数据传输速率为1 3 2 2 6 4 m b s t 4 1 。以这两种总线为基础，可组 建高速、大数据吞吐量的自动测试系统。在v x i ( 或p x a ) 总线系统中，仪器、设备或嵌 入计算机均以v x t ( 或p x 0 总线插卡的形式出现，系统中所采用的众多模块化设备均插 入带有v x t ( 或p x i ) 总线插座或电源的v x i ( 或a x i ) 总线机箱中，仪器的显示面板及操作， 用统一的计算机显示屏以软面板的形式来实现，从而避免了系统中各仪器的重复配置， 大大降低了整个系统的体积、重量，并能在一定程度上节约成本。 1 3自动测试系统中存在的问题 虽然目前世界各国都在开展自动测试系统的研制工作，并已经取得了各自的成效， 但是自动测试系统中仍然存在着以下的不足【5 j 。 ( 1 ) 系统生命周期内使用、维护费用较高。现有通用测试系统广泛应用商业货架产 品( c o t s ) 1 6 1 ，商业产品更新换代快，随着测试系统硬件的过时，系统的维护费用将不断 攀升【7 1 。 ( 2 ) 应用范围有限，适应能力不足。现有通用测试系统依然存在对被测设备有针对 性的设计，缺乏系统间互操作性，没有完全实现设备间的测试资源共享。 ( 3 ) 故障诊断效率和准确性有待提高。现有的自动测试程序以预定义的故障字典或 故障树为诊断依据，维修人员的经验、维修记录资料、被测对象的设计知识等相关测试 诊断知识无法得到充分的利用，测试控制计算机强大的计算、存储能力远未得到发挥， 不仅无法适应复杂故障的诊断需要，并且测试诊断的效率低下。 p l c 模块自动测试系统的设计与开发 1 4 研究背景及其意义 本论文选题源自大连某制造型企业对其生产的p l c 模块进行自动调试和校准的需 求，设计和开发的一套p l c 自动测试系统。因为公司类型属于自主研发制造型企业， 在产成品的调试、校准和验收等方面，消耗了不少的人力和财力，并且对整个生产周期 造成了很大的负担，所以公司生产部提出了将人工检测改为自动检测的方案，希望通过 自动检测来提高工作效率，减少人力资源浪费，使大量员工可以投身到其他岗位上，从 而节约企业的运营成本。 p l c a t s 自动测试系统的设计与开发的重大意义在于： ( 1 ) 传统的检测方法只能将产品在生产后区分是合格品还是废品，仅仅起到产品验 收和废品剔除的作用。p l c a t s 则改变了这一点，做到测试与生产同步。在生产的同时 及时地对产品进行检测，用检测结果对生产过程主动地进行控制，使之适应生产条件的 变化或自动地调整到最佳状态，这样就可以掌握和干预造成这种情况的原因。 ( 2 ) p l c a t s 将原有独立的仪表设备( f l u k e 5 5 0 0 a ，a g i l e n t3 4 4 0 1 a ) 通过r s 2 3 2 总线 连接到计算机上，计算机接入以太网内与自动测试系统的测试设备实现通讯，构成信息 回路。由于生产的p l c 数量较多，并且希望测试工作不对正常的企业办公网络( 1 网段) 造成影响，故在系统设计中将检测网络设置在2 网段上，此网段仅供检测使用，信息可 相互共享。在测试中产生的检测数据，错误情况记录等数据存储到0 网段的数据服务器 上，以供1 网段的客户端查阅，分析，因此可以称这套自动测试系统为独立的局域网型 自动检测系统。 ( 3 ) 自动测试解放了大量的劳动力，将原有的手工测试转化为自动测试，在减少测 试时间及效率上都有明显的提高，节约了大量的资源，极大程度上提高生产检测的自动 化水平。 1 。5 本文主要内容 全文共分为五章，各章的主要内容简介如下： 第一章的绪论中，主要介绍了自动测试系统的概况以及p l c a t s 与a t s 的对照， 论述了开发设计p l c a t s 的背景与意义，以及自动测试技术的三个发展阶段，讨论了目 前的a t s 中仍然存在的问题。最后对本文的主要内容作以简介。 第二章的p l c a t s 系统框架和相关技术中，首先从了系统设计需求分析角度介绍了 测试项目及检验规范和手工测试校准的缺陷，从而提出p l c a t s 应具有的功能和特点。 其次从网络拓扑，体系结构两个方面系统的论述了p l c a t s 的构建框架，最后介绍了在 p l c a t s 设计中引入的相关技术。 大连理工大学硕士学位论文 第三章的p l c a t s 硬件设计与实现中，首先介绍了p l c a t s 的工位划分及系统硬 件组成，检测设备的参数，被测模块的工作状态，其次分别详细描述了系统划分的四个 工位各自的硬件电路及实现过程，最后阐述了模拟量校准上容易出现的干扰因素，并给 出了从硬件抗干扰和软件抗干扰两个方面的相应的解决方案。 第四章的p l c a t s 软件设计与实现中，首先从软件系统开发的总体角度介绍了软件 的开发框架，其次运用面向对象编程思想，从模块化设计角度详细描述了参数配置，数 据通讯，程序测试以及数据库管理部分四部分的设计和实现，并且针对程序测试中的每 个模块的开发都做了具体的描述，以及系统设计中采用a c t i v e x 控件开发测试控件的实 例，最后提出了系统的验收报告以及数据比较，确定系统已达到预期的校准要求。 第五章的结论，总结了全文的主要研究成果及系统仍存在的缺点，提出了进一步研 究的展望。 p l c 模块自动测试系统的设计与开发 2p l c a t s 系统框架和相关技术 2 1系统设计需求分析 2 。1 1 测试项目及检验规范 p l c a t s 测试项目是由被测p l c 模块自身特性来决定的。由于被测模块的种类多 样，其所具备的功能也各不相同，如表2 1 所示，为被测模块参数列表，图中数字代表 当前检测项目的个数，“ 表示含有此检测项目。 表2 1 被测单元检测参数 t a b 2 1t h et e s tp a r a m e t e r s o fu u t 根据以上参数列表以及后期需求扩展产生的测试项目，将p l c a t s 的测试项目划分 为以下八i 页。 ( 1 ) 通讯性能检测：包括串1 ：3 检测和以太网检测，确保模块基本的通讯功能正常； ( 2 ) 内部参数校准：包括两部分参数校准，即p l c 模块下线后初始参数的核对( 有 默认值参数校准) 和校准时写入参数的核对( 无默认值参数校准) ，保证模块在入库前的参 数统一及规范化： ( 3 ) 实时时钟检测：检测被测模块的实时时钟的可靠程度； ( 4 ) 数字量输入输出( d i d o ) 检测：确保被测模块的d i d o 数字量的正确输出。 ( 5 ) 模拟量输入输出( a i a o ) 校准：确保a i a o 输入输出的范围和线性化关系。 ( 6 ) l e d 灯板检测：分为3 8 位灯板检测和4 6 位灯板检测，3 8 位灯板是d 1 0 2 0 0 0 和 t a c 6 0 0 0 系列的灯板，4 6 位灯板是p e c ，a i o 系列的灯板，通过检验确保灯板能够正确 指示模块的运行状态； 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 ( 7 ) 冷端温度补偿校准：校正由于模块自身传感器工艺上存在的差异而引起的误差， 保持舭各通道的测量值与标准值基本一致； ( 8 ) c p u 功能块测试：为被测模块组态程序编写提供先决保障，测试c p u 功能块是 否可以正常擦写； 目前，有关自动测试系统的校准，国内还没有相关的检定规程、校准规范【8 】，所以对于 测试标准的界定则依据公司内部的调试规范一d m 0 2 3 产品检验标准与规范来判定模 块检测结果的正确性。 d m 0 2 3 产品检验标准与规范包含了d u t 系列，p e c 系列，d i o 系列，t a c 系列，a i o 系列等企业生产的全部模块的人工校准过程及测试校准后的检验标准，检测 项目涵盖了p l c a t s 中除后期扩展的所有检测项目，生产部门一直依据此标准进行检 验，所以p l c a t s 仍然依据此规范来核对校验测试结果。 2 1 2 手工测试校准的缺陷 原有的手工测试校准主要是通过人工操作，使用对应每种类型模块研发的调试软件 来实现测试校准。检测员在检测不同类型的模块时不但需要切换各种调试软件，而且在 检验项目上还需要大量的手工操作同时时刻保持精力集中以免产生漏查或填错参数等 误操作，如表2 2 为所有检测项目中测试复杂并且容易出现误操作的几个环节，表中列 出了内部参数校准，l e d 灯板测试，d m o 测试，a i a o 校准的具体手工校准步骤，同 时指出了操作中存在的问题。 依据此表可以看出，检测员手工切换被测通道、操作调试软件，测量模拟量数据占 用了调试过程中的大量操作，并且在结果核对时是通过人的肉眼来观看调试软件中各指 示区域的显示来判断测试模块状态。由于检测员总是会产生工作疲倦，手工测试中总是 会产生误差，并且是无法避免的，同时手工测试带电作业存在事故隐患，所以自动测试 系统的开发是十分必要的，p l c a t s 就是应运这种需求而诞生的，通过计算机控制测试 设备切换继电器组来模拟检测员手工切换被测通道，测试软件自动诊断测试结果等实现 省去了许多人工的参与，减少了测量误差与事故的发生，同时软件系统将多种调试软件 融合，可以省去员工在各种软件中切换的困扰，p l c a t s 在最大程度上为检测员的测试 提供了方便。 p l c 模块自动测试系统的设计与开发 2 1 3p l c a t s 的功能及特点 根据上述出现的问题，参考检测规范以及归纳调试人员长期积累的经验，规划出了 p l c a t s 中应具有以下功能及特点： ( 1 ) 具有较强的通用性和可扩充性：对已有的各类被测模块能够实施自动测试，同 时对以后开发的新型模块能够进行扩充。 ( 2 ) 自动测试：根据测试标准预先设定好的测试和校准参数，由计算机和测试设备 对被测模块进行测试和校准，尽量减少人工参与，提升自动化程度。 ( 3 ) 操作方便：操作界面友好，可以显示实时测量数据和各项测试结果，便于测试 人员操作，同时可以进行局部测试和手动测试。 ( 4 ) 数据自动存储：能够对测试数据进行自动存储，提供数据查看功能，还可以将 保存的数据还原成测试曲线，便于检测员分析。 ( 5 ) 与e r p 系统融合：将部分测试项目移植到企业管理系统中，方便测试数据填报， 同时通过e r p 系统可以监控模块的测试情况。 太衄工大学硕士学位论文 22p l c a t s 系统框架体系 221 网络拓扑 系统的网络拓扑反映了底层的网络连接，是由物理设备之间构成的系统架构。在o s i 体系结构中，网络拓扑连接位于最底部的物理层，确定物理介质的机械、电气功能以及 过程的特性，并能在计算机和终端之类的数据终端设备( d w e ) 、调制解调器之类的数据 电路端接设备c t e ) 与数据交换设备之间完成物理连接，以及传输同路的建立、维持和 释放等操作。p l c a t s 可以被认为是网络型的自动测试系统，如图21 可见，网络被划 分为3 个网段，2 网段主要用于调试和校准模块使用，根据被测模块结构不同，分为以 太网通讯和串口通讯两种对于以太网通讯的被测模块，需要分配给它们不同的i p 地 址，由于企业批量生产的模块数量庞大。i p 占用率比较高，不能与正常的办公网络放入 同一网段，容易对其造成影响，所以单独为此部分划分出一个网段供其使用。i 网段主 要用于企业办公系统的使用环境以及员工电脑的m 分配，对于校准后的模块在入库前 被统一划为1 9 21 6 811 8 1 的i p ，用于一些其他项目的测试，只占用了一个i p 的位置， 不会对办公系统造成影响。而0 网段则是存放数据服务器的网络，数据服务器存储和管 理l 网段和2 网段采集、交换和执行的数据，为整个企业的正常运转提供保障。 盘雩量邑璺豳雹墨产= 盈 蔫罗 j 謦册由翊 圈21 系统的网络拓扑结构 f i g2 1 t h e 曲m o r k t o p o l o g ys i r i l c t u r eo f t h es y s t e m 鼯一 p l c 模块自动测试系统的设计与开发 222 体系架构 p l c a t s 依然沿用了传统人工的调试规范及标准将绝大部分的人工操作转化为自 动操作，在设计上遵从原有的检测流程并且吸纳人工测试中好的经验将其加入到 p l c a t s 中测试中的每一步骤的设计都是在模拟人工校准的过程。通过软硬件的结台 达到自动的效果，尽可能在每一个环节的操作上都达到提高检测效率的目的1 9 1 ，最大程 度上减少人工的参与，这样在系统设计上则需要有一个明确的体系架构。 系统体系架构共有四层组成，由图2 2 可以看出，分别为应用层，即包括c s 模式 f 的w i n f o r m 测试程序和b s 下的w e b f o f f f l 测试网页，从应用软件上实现澳4 试功能， 以及人性化的操作和用户附加的需求功能；数据交互存储层。即将应用层测量的数据以 及参数等分别以x m l 和t x t 格式保存到本地用户机上，同时将检测项目结果等数据再 备份到服务器的s q ls c r v c r 数据库中，对数据安全提供保障；操作系统及网络层，主要 是为应用层和硬件环境搭接桥梁i l q ，实现通讯及控制，局域网的布局以及测试环路的连 接等作用：硬件环境，即为测试软件提供必要的外界设备支持，用来模拟人工操作。 圈2 2p l c a t s 体系结构图 f i g2 2 t a cs y s t e ms t r a c t u r ed i a g r a m o f p l c a t s 大连理工大学硕士学位论文 2 3 p l c a t s 相关技术 2 3 。1 通讯技术 ( 1 ) e p a 标准简介 工业以太网自动化( e t h e m e tf o rp l a n ta u t o m a t i o n ) 的简称为e p a ，是一种适用于工业 自动化控制系统装置与仪表之间、以及工业自动化仪表之间通信的工业控制网络技术。 2 0 0 1 年1 1 月由浙大中控、中科院沈阳自动化所、大连理工大学、清华大学成立的国家 8 6 3 重点项目“基于高速以太网技术的现场总线控制设备 研究小组，经过长期的研发 制定了中国第一个现场总线国家标准“用于工业测量与控制系统的e p a 系统结构和通 信标准”( g b f r2 0 17 1 2 0 0 6 ，简称e p a 标准) ，该标准作为国际标准“r e a lt i m ee t h e m e t e p a ”被纳入为i e c 6 11 5 8 的t y p e l 4 。它规定了以太网和t c p i p 之上的应用层、用户 层规范；建立了e p a 控制系统模型和设备模型；给出了分区域控制和确定性实时通信 调度方法，解决以太网通信不确定性问题；定义了e p a 专用功能块、系统资源块、报 警块、技术块、基本功能块等规范和设备描述规范，为e p a 应用创造了条件【l l 】。在 p l c a t s 中以太网通讯采用则是采用e p a 报文格式进行数据传输。 ( 2 ) m o d b u s 协议概述 m o d u b s 协议是主从站通讯协议，用异步串行口完成通讯，物理层采用r s 4 8 5 或 r s 2 3 2 接口，传输速率可以达到1 1 5 k b p s 。理论上可寻址一台主站和至多2 4 7 台从站， 受线路和设备的限制，最多可接一台主站和3 2 台从站。m o d u b s 协议的某些特性是固定 的，如帧格式、帧顺序、通讯错误和异常情况的处理，以及所执行的功能等，都不能任 意改动。其他特性属于用户可选的，如传输介质、波特率、奇偶校验、停止位的个数等 等，传输模式为r t u ( 远程终端单元，r e m o t et e r m i n a lu n i 0 。用户所选择的参数对于各 个站必须一致，在系统运行时不能进行改变【1 2 1 。 m o d b u s 的通讯方式包括两种，应答方式和广播方式。应答方式是主站向从站发送 指令( 从站地址为1 - 2 4 7 ) ，然后主站等待从站回复指令；从站接收到主站的命令后，执行 命令，并将执行的结果返回给主站，然后等待接收主站的下一次命令；广播方式是指从 站的地址是一致的( 默认为0 ) ，这样主站在发送一条命令后，不等待从站回复指令；所 有从站受到命令后执行，也不给主站以应答。 在p l c a t s 冷端校准中使用m o d b u s 的应答通讯方式，由于是同时检测多个模块， 所以要确保每个模块都是正常通讯及返回正响应数据，故将从站的地址以递增的方式进 行设置，保持不重复，使用轮询的方式对每个模块进行校准，确保每个模块都在监视范 围之内。 p l c 模块自动测试系统的设计与开发 在系统通讯时，命令帧采用一般格式命令帧，如图2 3 所示。其中，从站地址根据 不同的模块有着不同的赋值。在系统中被测模块的地址分为硬地址和软地址两种，硬地 址是由模块外部的拨码开关来决定，软地址是由模块内部参数决定。针对大部分的模块 来说，命令帧中的从地址取硬地址和软地址的加和。对于没有硬地址的，例如p e c 8 0 0 0 等模块，直接取其软地址作为从地址。功能码的选择是根据标准的m o d b u s 协议来设定 的，数据位的地址的获取是根据模块地址协议中的规定，校验和采用循环冗余校验码 ( c r c ) 校验。 数据 从站地址功能码数据起始数据起始数据寄存器数据寄存器校验和 寄存器高位寄存器低位高位低位 图2 3 一般格式命令帧 f i g 2 3 t h ec o m m a n df r a m ew i t hn o r m a ls t y l e ( 3 ) c r c 校验 为了保证设备间通讯数据正确，数据通信中常常采用差错检测。差错检测是指在数 据流中增加冗余，以便能检测到差错的出现【l 引。目前常用的校验方式有奇偶校验、累加 校验和c r c 循环冗余校验，而c r c 校验是数据通信领域中最常用的一种差错校验，其 特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。 当使用c r c 校验时，收发双方都采用同一个多项式g ( x ) ，同时规定g ( x ) 的首位和 术位系数为l 。在生成c r c 码时，若设码字长度为n ，发送方以多项式g ( x ) 去除待发 送数据信息字段为k 阶多项式m ( x ) ，得到n k 位余数作为c r c 校验码，并将其放在待 发送数据信息后，构成一个新的n 位二进制码序列，发送方就可以将这n 位序列发出给 接收方，接收方使用相同的g ( x ) ，根据接收数据中信息段的数据生产c r c 码核对校验， 如果两者c r c 相同