基于malab的軟plc自動測試系統的設計

1軟plc的結構軟喂食是一種國際新技術。這是利用軟件實現標準硬件套的基本功能的重復使用。北京凱奇數控設備成套有限公司是國內自主研發軟PLC為數不多的企業之一,其自主開發的軟PLC由開發系統和運行系統組成。開發系統是帶有符合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系統以支持模擬運行。運行系統通過運行軟PLC虛擬機來完成輸入處理、程序執行、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,系統管理器,執行器)組成。開發系統和運行系統是相互獨立而又密不可分的兩個應用程序,可以分別單獨運行。北京凱奇公司自主開發的軟PLC的結構,如圖1所示。對于該軟PLC,本文只討論其梯形圖編程環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、計數器等十幾類共計52個元件。這么多的元件,傳統的手工測試方法工作量非常大,效率也很低。并且在軟件開發過程中,當部分源代碼修改后,對已經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。大量的重復性工作人易疲勞出現錯誤和遺漏,不能又快又好的發現軟件的缺陷。所以為軟PLC開發系統建立一套黑盒自動測試平臺,將大量的重復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,測試結果與預期結果的比較,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所有開發源代碼存儲在公司服務器上。2.本地執行機是Windows2000操作系統的普通PC機,執行基于VSS的每日構建腳本的批處理程序,這個每日構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源程序從服務器自動下載到本地執行機上并自動編譯,將編譯完的軟PLC相關動態連接庫文件和測試案例自動下載到NC110數控系統。3.NC110是凱奇數控公司自主研發的數控系統,內藏PLC控制器,提供充足的I/O點。該數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,將執行的結果也通過I/O設備返回給模擬器,并與模擬器中的預期結果進行比較。將比較結果通過I/O設備傳給NC110,并寫入到一個文本文件的測試報告中。5.I/O轉接板用于PC邏輯信號與NC邏輯信號的轉換,因為PC的I/O邏輯信號使用的是+5VTTL電平,而NC系統能識別的邏輯信號電平通常是+24V,因此需要一個I/O轉換環節,把TTL電平轉換為+24V電平。6.每天將有專人檢查測試報告文件,將發生的問題分配給各開發人員解決。3實時數據的獲取利用MATLAB的Simulink、Stateflow、RTW及Real-TimeWindowsTarget為測試系統建模仿真是該自動測試平臺的關鍵。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建動態系統的計算機模型,快速準確。并且提供了圖形動畫的處理方法,以方便用戶觀察系統的整個仿真過程。Stateflow是有限狀態機的圖形實現工具,它可以解決復雜的監控邏輯問題,用戶可以用個性化的工具來實現狀態之間的轉換。Stateflow生成的監控邏輯可以直接嵌入到simulink模型下,從而實現二者的無縫連接。在仿真初始化過程中,simulink將自動啟動編譯程序,將Stateflow繪制的邏輯框圖變為C格式的S函數,從而在仿真過程中直接調用相應的動態連接庫文件,將二者構成一個仿真整體。Stateflow仿真的原理是有限狀態機(finitestatemachine,簡稱FSM理論),所謂有限狀態機理論,就是指在系統中有可數的狀態,在某些事件發生時,系統從一個狀態轉換成另一個狀態,所以有限狀態機系統又稱事件驅動的系統。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組成,在事件驅動下,自動完成狀態的轉換,觸發測試案例。RTW是MATLAB的工具箱之一,是基于Simulink的代碼自動生成環境。用戶用Simulink建立模型,生成模型后使用RTW將模型轉化成c代碼,生成模型的可執行程序,并將其下載到目標系統,使用外部模式用戶在模型運行在目標環境下的同時,可以進行實時的監視和參數的調整。Real-TimeWindowsTarget目標是RTW的附加產品,可將普通PC機轉變成一個實時系統,而且支持多類型的I/O設備板。用戶只需安裝相關的軟件,一個編譯器和I/O設備板,就可將一個PC機用作實時系統,并通過I/O設備與外部設備進行連接。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狀態圖中狀態轉移作自動觸發事件。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狀態圖中的觸發事件。3.stateflow狀態圖由有限個狀態組成,在事件驅動下,自動完成狀態的轉換,觸發測試案例輸出預期的結果。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期值之間實現同步。5.等值比較邏輯模塊是用來比較預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狀態圖中的預期值q2進行比較,將比較的結果由輸入模塊%I0.1的端口送到NC110中,NC110檢測該端口值來產生測試報告。4在線進行測試測試仿真模型的仿真步長設置為0.5秒,整個測試執行完一遍(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