基于malab的軟plc自動測試系統(tǒng)的設(shè)計

基于malab的軟plc自動測試系統(tǒng)的設(shè)計

1軟plc的結(jié)構(gòu)軟喂食是一種國際新技術(shù)。這是利用軟件實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)硬件套的基本功能的重復(fù)使用。北京凱奇數(shù)控設(shè)備成套有限公司是國內(nèi)自主研發(fā)軟PLC為數(shù)不多的企業(yè)之一,其自主開發(fā)的軟PLC由開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)組成。開發(fā)系統(tǒng)是帶有符合IEC61131-3梯圖編程語言的PLC編程器,軟PLC的虛擬機可以嵌入到開發(fā)系統(tǒng)以支持模擬運行。運行系統(tǒng)通過運行軟PLC虛擬機來完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理等工作,是軟PLC的核心,由I/O接口、通信接口、軟PLC虛擬機(編譯器,錯誤管理器,系統(tǒng)管理器,執(zhí)行器)組成。開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)是相互獨立而又密不可分的兩個應(yīng)用程序,可以分別單獨運行。北京凱奇公司自主開發(fā)的軟PLC的結(jié)構(gòu),如圖1所示。對于該軟PLC,本文只討論其梯形圖編程環(huán)境中單個元件及組合元件的功能測試。梯圖的元件有各種觸點、線圈、定時器、計數(shù)器等十幾類共計52個元件。這么多的元件,傳統(tǒng)的手工測試方法工作量非常大,效率也很低。并且在軟件開發(fā)過程中,當(dāng)部分源代碼修改后,對已經(jīng)測試過的元件還要重新測試,來檢測程序部分的修改對整個軟PLC元件功能的影響,保證程序修改后,全部元件功能正確。大量的重復(fù)性工作人易疲勞出現(xiàn)錯誤和遺漏,不能又快又好的發(fā)現(xiàn)軟件的缺陷。所以為軟PLC開發(fā)系統(tǒng)建立一套黑盒自動測試平臺,將大量的重復(fù)性工作交給計算機去完成,以提高測試效率和正確性。2plc軟件簡介自動測試平臺中測試案例的編寫還是要手工完成的,但是源程序編譯,輸入激勵,測試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果的比較,測試報告的生成和上載都是自動的。測試工作流程如圖2所示。1.首先軟PLC所有開發(fā)源代碼存儲在公司服務(wù)器上。2.本地執(zhí)行機是Windows2000操作系統(tǒng)的普通PC機,執(zhí)行基于VSS的每日構(gòu)建腳本的批處理程序,這個每日構(gòu)建腳本的批處理程序每天定時啟動一次,將最新版本的軟PLC源程序從服務(wù)器自動下載到本地執(zhí)行機上并自動編譯,將編譯完的軟PLC相關(guān)動態(tài)連接庫文件和測試案例自動下載到NC110數(shù)控系統(tǒng)。3.NC110是凱奇數(shù)控公司自主研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng),內(nèi)藏PLC控制器,提供充足的I/O點。該數(shù)控裝置裝有自動測試的接口軟件,自動完成測試案例的編譯和輸入輸出處理,并將生成測試報告自動上載到服務(wù)器上。4.模擬器是裝有Matlab/simulink/stateflow軟件的工控機。在模擬器中利用MATLAB的Simulink、Stateflow、RTW及Real-TimeWindowsTarget為測試系統(tǒng)建模仿真,模擬機床給NC110輸入邏輯信號。NC110運行測試案例,將執(zhí)行的結(jié)果也通過I/O設(shè)備返回給模擬器,并與模擬器中的預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較。將比較結(jié)果通過I/O設(shè)備傳給NC110,并寫入到一個文本文件的測試報告中。5.I/O轉(zhuǎn)接板用于PC邏輯信號與NC邏輯信號的轉(zhuǎn)換,因為PC的I/O邏輯信號使用的是+5VTTL電平,而NC系統(tǒng)能識別的邏輯信號電平通常是+24V,因此需要一個I/O轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),把TTL電平轉(zhuǎn)換為+24V電平。6.每天將有專人檢查測試報告文件,將發(fā)生的問題分配給各開發(fā)人員解決。3實時數(shù)據(jù)的獲取利用MATLAB的Simulink、Stateflow、RTW及Real-TimeWindowsTarget為測試系統(tǒng)建模仿真是該自動測試平臺的關(guān)鍵。simulink是MATLAB的一個附加組件為用戶提供了建模和仿真的工作平臺。它采用模塊組合的方法來創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計算機模型,快速準(zhǔn)確。并且提供了圖形動畫的處理方法,以方便用戶觀察系統(tǒng)的整個仿真過程。Stateflow是有限狀態(tài)機的圖形實現(xiàn)工具,它可以解決復(fù)雜的監(jiān)控邏輯問題,用戶可以用個性化的工具來實現(xiàn)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。Stateflow生成的監(jiān)控邏輯可以直接嵌入到simulink模型下,從而實現(xiàn)二者的無縫連接。在仿真初始化過程中,simulink將自動啟動編譯程序,將Stateflow繪制的邏輯框圖變?yōu)镃格式的S函數(shù),從而在仿真過程中直接調(diào)用相應(yīng)的動態(tài)連接庫文件,將二者構(gòu)成一個仿真整體。Stateflow仿真的原理是有限狀態(tài)機(finitestatemachine,簡稱FSM理論),所謂有限狀態(tài)機理論,就是指在系統(tǒng)中有可數(shù)的狀態(tài),在某些事件發(fā)生時,系統(tǒng)從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換成另一個狀態(tài),所以有限狀態(tài)機系統(tǒng)又稱事件驅(qū)動的系統(tǒng)。軟PLC測試案例的激勵就由Stateflow來完成的,每一個測試的激勵是由有限個狀態(tài)組成,在事件驅(qū)動下,自動完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,觸發(fā)測試案例。RTW是MATLAB的工具箱之一,是基于Simulink的代碼自動生成環(huán)境。用戶用Simulink建立模型,生成模型后使用RTW將模型轉(zhuǎn)化成c代碼,生成模型的可執(zhí)行程序,并將其下載到目標(biāo)系統(tǒng),使用外部模式用戶在模型運行在目標(biāo)環(huán)境下的同時,可以進(jìn)行實時的監(jiān)視和參數(shù)的調(diào)整。Real-TimeWindowsTarget目標(biāo)是RTW的附加產(chǎn)品,可將普通PC機轉(zhuǎn)變成一個實時系統(tǒng),而且支持多類型的I/O設(shè)備板。用戶只需安裝相關(guān)的軟件,一個編譯器和I/O設(shè)備板,就可將一個PC機用作實時系統(tǒng),并通過I/O設(shè)備與外部設(shè)備進(jìn)行連接。本文僅以最簡單的3個輸入和3輸出為例,介紹在模擬器上用Simulink、Stateflow為測試系統(tǒng)建立的仿真模型。三個輸出三個輸入模塊,分別為他們定義如下的地址:輸出模塊%Q0.0%Q0.1%Q0.2輸入模塊%I0.0%I0.1%I0.21.一個脈沖生成器模塊,用來為stateflow狀態(tài)圖中狀態(tài)轉(zhuǎn)移作自動觸發(fā)事件。2.MUX模塊,將輸出模塊和脈沖生成器模塊的信號合成矢量信號作為stateflow狀態(tài)圖中的觸發(fā)事件。3.stateflow狀態(tài)圖由有限個狀態(tài)組成,在事件驅(qū)動下,自動完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,觸發(fā)測試案例輸出預(yù)期的結(jié)果。4.單位延遲模塊用來使信號延遲一個采樣周期使實際值與預(yù)期值之間實現(xiàn)同步。5.等值比較邏輯模塊是用來比較預(yù)期值與實際值是否相等。兩個輸出模塊%Q0.0%Q0.1和一個輸入模塊%I0.0被用來實現(xiàn)模擬器與NC110之間的同步通信,輸入模塊%I0.2給NC110種的測試案例作激勵源輸入端口,輸出模塊%Q0.2是NC110中測試案例的實際輸出的端口,實際值返回到模擬器中與stateflow狀態(tài)圖中的預(yù)期值q2進(jìn)行比較,將比較的結(jié)果由輸入模塊%I0.1的端口送到NC110中,NC110檢測該端口值來產(chǎn)生測試報告。4在線進(jìn)行測試測試仿真模型的仿真步長設(shè)置為0.5秒,整個測試執(zhí)行完一遍(以300個測試案例為例)僅需要幾十分鐘,并且該測試平臺可以在夜間無人的時候自動啟動(如每晚12點),整個測試過程不需人為干涉,不占用硬件