[发明专利]一种半虚拟式的控制系统功能测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半虚拟式的控制系统功能测试装置及方法，可以适用于多种总线式控制系统的功能测试场合中。具体可用于控制系统在开发过程中的测试、控制系统完成时的验收测试等过程。

背景技术

自动化设备的控制技术与日俱进，并且要求控制系统具有分散式和可重构式的功能越来越多，因此总线式控制系统逐渐成为了工程人员的首要考虑系统。目前总线式控制系统已经在过程控制、运动控制等领域有了丰富且成熟的成功应用，且总线式控制系统的主从分布的结构特点，解决了很多集成式控制系统无法解决的问题。一般的总线控制系统主要由主站和从站两部分构成，两者之间通过总线连接，主站运行控制系统的主要逻辑程序，从站负责执行主站下发的命令将数字信号转变为执行动作信号，如发送脉冲、模拟量和开关量输出等，同时采集的传感器信息通过总线发送给主站供主要程序逻辑分析之用。因此总线式控制系统具有拓展性好、开放性高等特点。

控制系统的功能与性能测试分析是验证开控制系统是否满足设计要求的主要途径之一。通过采用测试工具及辅助设备，根据相应的测试用例和测试流程，对系统的功能、性能等进行测试与验证，以满足具体系统环境的应用需求。

测试的主要目的是:1、寻找系统开发过程中的问题和缺陷;2、验证系统结构和算法的执行效果;3、提高系统的功能与质量;4、验证是否满足用户的具体应用需求。通过多个测试过程，可找到迄今为止尚未发现的错误与缺陷，分析产生错误的原因，保证控制系统的功能可靠执行，提高控制系统的加工性能。

目前对控制系统的测试方法，主要有以下几种：1.通过检测其生成的产品的质量，判断控制系统的性能。2.主要是通过改造模拟/数字信号发生器与接收器的方式，将信号分为两路，一路接入原来控制系统接口，另一路链接测试设备中。例如改造脉冲信号发生器，将脉冲信号引入测试设备中，通过记录脉冲信号的方式实现对性能的分析。这种设备需要对原有的控制系统进行修改，且只能被动测试控制系统的性能，无法对控制系统进行条件测试。3.通过设计典型的输入逻辑测试用例，录入系统中以检测其状态，主要通过人工操作录入、专业设备录入等方式。而人工录入速度慢且只能覆盖控制系统功能的很小领域。以上方法存在成本较高，检测结果表达不明确，测试需要的时间长等问题。

在以下几种场合中，需要对控制系统进行功能测试：1.控制系统开发者在前期构建控制系统原型，以验证从站设备选型是否满足要求系统要求，而如果控制系统原型构建不正确则会导致资源浪费、开发投入高等问题；2.在完成控制系统逻辑程序开发时，需要验证逻辑程序在连接从站节点时，以检验在组成真正的系统时，是否满足功能要求；3.现场开发调试人员，通过往控制系统中加入条件信号以检测控制系统，分析控制系统的问题原因，但是由于现场的设备为一种机电复合设备，存在子系统互相干扰问题，较难找出问题的原因。

总线控制系统由作为控制器的主站与各个负责执行功能的从站组成，主站与从站之间通过总线连接。目前对控制系统的测试方法有1.）检测控制系统的生成产品2.）使用人工或自动化设备操作控制系统录入用例3.）控制系统逻辑仿真调试4.）使用测试设备测量控制系统的输入输出信号。但是以上方法存在以下问题：1.）测试成本高；2.）测试周期长；3.）待测系统受其他关联机电系统干扰；4.）测试结果表述不够明确；5.）构建测试模型过程复杂。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种半虚拟式的控制系统功能测试装置及方法，可实现对控制系统的高效低成本测试。

一种半虚拟式的控制系统功能测试装置，包括带有总线通信接口的计算机，其上并行运行通用操作系统和实时操作系统。

如果在计算机实现与真实从站功能等价的虚拟从站，首先需要解决计算机内部程序运行的实时性问题，因此需要在计算机内部运行实时操作系统。因此运行于实时操作系统的虚拟从站系统，依赖计算机强大的计算能力，可以实现与真实从站等价的功能。虚拟从站系统内可构建一个或多个虚拟从站节点，实现无延时监控从站系统与主站的通信数据，并且向外部提供从站的操作接口，可以实现操作虚拟从站的输入信号，监听和修改虚拟从站系统收发数据。在通用操作系统中，使用虚拟从站系统提供的编程操作接口，开发测试程序实现对控制系统主站进行测试。真实从站为采用逻辑器件配合微控制器开发的嵌入式系统，由逻辑器件负责总线协议解析，微控制器将从站节点输入信号发送至主站和接收主站命令执行动作，该系统具有优秀的实时性能。