基于malab的软plc自动测试系统的设计

基于malab的软plc自动测试系统的设计

1软plc的结构软喂食是一种国际新技术。这是利用软件实现标准硬件套的基本功能的重复使用。北京凯奇数控设备成套有限公司是国内自主研发软PLC为数不多的企业之一,其自主开发的软PLC由开发系统和运行系统组成。开发系统是带有符合IEC61131-3梯图编程语言的PLC编程器,软PLC的虚拟机可以嵌入到开发系统以支持模拟运行。运行系统通过运行软PLC虚拟机来完成输入处理、程序执行、输出处理等工作,是软PLC的核心,由I/O接口、通信接口、软PLC虚拟机(编译器,错误管理器,系统管理器,执行器)组成。开发系统和运行系统是相互独立而又密不可分的两个应用程序,可以分别单独运行。北京凯奇公司自主开发的软PLC的结构,如图1所示。对于该软PLC,本文只讨论其梯形图编程环境中单个元件及组合元件的功能测试。梯图的元件有各种触点、线圈、定时器、计数器等十几类共计52个元件。这么多的元件,传统的手工测试方法工作量非常大,效率也很低。并且在软件开发过程中,当部分源代码修改后,对已经测试过的元件还要重新测试,来检测程序部分的修改对整个软PLC元件功能的影响,保证程序修改后,全部元件功能正确。大量的重复性工作人易疲劳出现错误和遗漏,不能又快又好的发现软件的缺陷。所以为软PLC开发系统建立一套黑盒自动测试平台,将大量的重复性工作交给计算机去完成,以提高测试效率和正确性。2plc软件简介自动测试平台中测试案例的编写还是要手工完成的,但是源程序编译,输入激励,测试结果与预期结果的比较,测试报告的生成和上载都是自动的。测试工作流程如图2所示。1.首先软PLC所有开发源代码存储在公司服务器上。2.本地执行机是Windows2000操作系统的普通PC机,执行基于VSS的每日构建脚本的批处理程序,这个每日构建脚本的批处理程序每天定时启动一次,将最新版本的软PLC源程序从服务器自动下载到本地执行机上并自动编译,将编译完的软PLC相关动态连接库文件和测试案例自动下载到NC110数控系统。3.NC110是凯奇数控公司自主研发的数控系统,内藏PLC控制器,提供充足的I/O点。该数控装置装有自动测试的接口软件,自动完成测试案例的编译和输入输出处理,并将生成测试报告自动上载到服务器上。4.模拟器是装有Matlab/simulink/stateflow软件的工控机。在模拟器中利用MATLAB的Simulink、Stateflow、RTW及Real-TimeWindowsTarget为测试系统建模仿真,模拟机床给NC110输入逻辑信号。NC110运行测试案例,将执行的结果也通过I/O设备返回给模拟器,并与模拟器中的预期结果进行比较。将比较结果通过I/O设备传给NC110,并写入到一个文本文件的测试报告中。5.I/O转接板用于PC逻辑信号与NC逻辑信号的转换,因为PC的I/O逻辑信号使用的是+5VTTL电平,而NC系统能识别的逻辑信号电平通常是+24V,因此需要一个I/O转换环节,把TTL电平转换为+24V电平。6.每天将有专人检查测试报告文件,将发生的问题分配给各开发人员解决。3实时数据的获取利用MATLAB的Simulink、Stateflow、RTW及Real-TimeWindowsTarget为测试系统建模仿真是该自动测试平台的关键。simulink是MATLAB的一个附加组件为用户提供了建模和仿真的工作平台。它采用模块组合的方法来创建动态系统的计算机模型,快速准确。并且提供了图形动画的处理方法,以方便用户观察系统的整个仿真过程。Stateflow是有限状态机的图形实现工具,它可以解决复杂的监控逻辑问题,用户可以用个性化的工具来实现状态之间的转换。Stateflow生成的监控逻辑可以直接嵌入到simulink模型下,从而实现二者的无缝连接。在仿真初始化过程中,simulink将自动启动编译程序,将Stateflow绘制的逻辑框图变为C格式的S函数,从而在仿真过程中直接调用相应的动态连接库文件,将二者构成一个仿真整体。Stateflow仿真的原理是有限状态机(finitestatemachine,简称FSM理论),所谓有限状态机理论,就是指在系统中有可数的状态,在某些事件发生时,系统从一个状态转换成另一个状态,所以有限状态机系统又称事件驱动的系统。软PLC测试案例的激励就由Stateflow来完成的,每一个测试的激励是由有限个状态组成,在事件驱动下,自动完成状态的转换,触发测试案例。RTW是MATLAB的工具箱之一,是基于Simulink的代码自动生成环境。用户用Simulink建立模型,生成模型后使用RTW将模型转化成c代码,生成模型的可执行程序,并将其下载到目标系统,使用外部模式用户在模型运行在目标环境下的同时,可以进行实时的监视和参数的调整。Real-TimeWindowsTarget目标是RTW的附加产品,可将普通PC机转变成一个实时系统,而且支持多类型的I/O设备板。用户只需安装相关的软件,一个编译器和I/O设备板,就可将一个PC机用作实时系统,并通过I/O设备与外部设备进行连接。本文仅以最简单的3个输入和3输出为例,介绍在模拟器上用Simulink、Stateflow为测试系统建立的仿真模型。三个输出三个输入模块,分别为他们定义如下的地址:输出模块%Q0.0%Q0.1%Q0.2输入模块%I0.0%I0.1%I0.21.一个脉冲生成器模块,用来为stateflow状态图中状态转移作自动触发事件。2.MUX模块,将输出模块和脉冲生成器模块的信号合成矢量信号作为stateflow状态图中的触发事件。3.stateflow状态图由有限个状态组成,在事件驱动下,自动完成状态的转换,触发测试案例输出预期的结果。4.单位延迟模块用来使信号延迟一个采样周期使实际值与预期值之间实现同步。5.等值比较逻辑模块是用来比较预期值与实际值是否相等。两个输出模块%Q0.0%Q0.1和一个输入模块%I0.0被用来实现模拟器与NC110之间的同步通信,输入模块%I0.2给NC110种的测试案例作激励源输入端口,输出模块%Q0.2是NC110中测试案例的实际输出的端口,实际值返回到模拟器中与stateflow状态图中的预期值q2进行比较,将比较的结果由输入模块%I0.1的端口送到NC110中,NC110检测该端口值来产生测试报告。4在线进行测试测试仿真模型的仿真步长设置为0.5秒,整个测试执行完一遍(以300个测试案例为例)仅需要几十分钟,并且该测试平台可以在夜间无人的时候自动启动(如每晚12点),整个测试过程不需人为干涉,不占用硬件