電能采控終端軟件自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

毛永梅 張 帆 白露薇 張 江

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

0 引言

該文介紹的電能采控終端是內(nèi)蒙古電力集團(tuán)提出的一款集負(fù)控功能、低壓采集功能于一體的新型終端，安裝在用電采控現(xiàn)場配電側(cè)，采集所有電能表的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，并對用電負(fù)荷進(jìn)行控制管理的設(shè)備。隨著產(chǎn)品向著智能化方向發(fā)展，軟件的規(guī)模及復(fù)雜性也隨之增加，產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性問題在現(xiàn)場運行過程中逐漸暴露出來。根據(jù)現(xiàn)場故障統(tǒng)計，尤其是軟件故障，約占總故障率的20%。軟件已經(jīng)成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并呈逐漸上升的趨勢，尤其是軟件引發(fā)的故障還都是批量性的，給電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行帶來了很大的風(fēng)險。

目前在電能采控終端軟件測試系統(tǒng)中，檢測裝置多以半手工操作為主，需人工判斷終端的類型再進(jìn)行分類接線，存在人工效率低、易存在主觀判斷等問題，對操作人員的工作經(jīng)驗有著較高的要求，并且全自動化及信息化測試程度低[1]。檢測軟件以常規(guī)功能項測試為主，測試覆蓋率、深度不夠[2]。檢測數(shù)據(jù)需人工判斷合格與否。如何提高電能采控終端的軟件檢測效率及深度，使檢測流程可以效率更高、可靠性更高，是我們面臨的實際問題。因此，該文設(shè)計并開發(fā)了電能采控終端軟件自動檢測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)實現(xiàn)

電能采控終端軟件自動檢測系統(tǒng)基于上位機軟件腳本技術(shù)，結(jié)合檢測裝置自動控制等實現(xiàn)全自動化測試，且通信規(guī)約可擴(kuò)展，測試方案可編輯。系統(tǒng)主要由硬件和軟件2個部分組成，框架圖如圖1所示。

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

檢測裝置主要包括程控源、顯示模塊、多功能標(biāo)準(zhǔn)表、時鐘信號源、功能控制模塊、多功能掛表架等。外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.1.1 程控源

裝置采用程控電源供電，操作方便、準(zhǔn)確度高、方便用戶使用，支持大電流輸出（0～100 A），方便檢定大電流終端。

1.1.2 顯示模塊

配有大屏幕顯示界面，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)及控制界面的直觀顯示，便于監(jiān)測測試過程及編輯測試方案。配有專用鍵盤及特殊功能鍵，支持手動檢定操作。

1.1.3 多功能標(biāo)準(zhǔn)表

多功能標(biāo)準(zhǔn)表的應(yīng)用可以使檢測裝置達(dá)到指標(biāo)規(guī)定的高精度要求。

1.1.4 時鐘信號源

具有時鐘基準(zhǔn)，可聯(lián)網(wǎng)校時，為檢測提供標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號。

1.1.5 功能控制模塊

可控制檢測裝置的電壓、電流大小及通斷切換，可控制一臺或多臺電能采控終端測試方案執(zhí)行，支撐軟件極限、邊界等項目測試。

1.1.6 一體式多功能掛表架

具有免接線、據(jù)模塊類型自動切換特點。具有專用脈沖采樣接口、高壓隔離電路，可防止高壓誤接入。具有RS-232、RS-485等多種通信接口。

1.2 軟件架構(gòu)

電能采控終端軟件自動檢測平臺采用擴(kuò)展性強、安全可靠性高的.NET平臺的多層技術(shù)架構(gòu)，使用C#語言和MySQL數(shù)據(jù)庫。

1.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件架構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用平臺層。軟件架構(gòu)圖如圖3所示。

圖1 系統(tǒng)總框架圖

1.2.1.1 數(shù)據(jù)采集層

通過各種數(shù)據(jù)接口及通信協(xié)議與終端通信，獲取待采集的數(shù)據(jù)，讀取全部數(shù)據(jù)并保存到數(shù)據(jù)庫或系統(tǒng)內(nèi)存中，供給數(shù)據(jù)處理層。

1.2.1.2 數(shù)據(jù)處理層

將數(shù)據(jù)采集層所提供的數(shù)據(jù)，通過分析進(jìn)行分類，對符合邏輯、符合前端的簡單業(yè)務(wù)進(jìn)行預(yù)處理，而后將數(shù)據(jù)分類存儲到系統(tǒng)內(nèi)存中。需查詢數(shù)據(jù)時，可通過已分類的數(shù)據(jù)迅速從數(shù)據(jù)庫或系統(tǒng)內(nèi)存中獲得對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

1.2.1.3 應(yīng)用平臺層

軟件界面通過各個模塊獲取數(shù)據(jù)處理層的數(shù)據(jù)，并以可視化視圖的形式展示在操作界面層中，操作人員可直觀獲取裝置運行的全部狀態(tài)和各環(huán)節(jié)的檢測數(shù)據(jù)，方便對檢測系統(tǒng)進(jìn)行管理和操作。

1.2.2 測試功能

檢測平臺測試功能分為顯示及任務(wù)管理模塊，控制及檢測等模塊。各功能模塊獨立存在并相互關(guān)聯(lián)。顯示模塊用于顯示整個系統(tǒng)的運行情況，包括操作界面、運行過程、設(shè)備運行狀態(tài)和異常報警狀態(tài)信息。任務(wù)管理模塊將系統(tǒng)接收到的檢測任務(wù)自動分配給對應(yīng)的檢測單元執(zhí)行。系統(tǒng)控制模塊可對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行修改，尤其在發(fā)生異常情況時，可進(jìn)行硬件動作。檢測軟件根據(jù)已編制的檢測方案，控制檢測裝置完成全自動檢測，并對結(jié)果進(jìn)行判斷并保存至數(shù)據(jù)庫中。

該軟件平臺的建立可實現(xiàn)測試方案管理、自動檢測、協(xié)議配置、檔案管理、設(shè)備調(diào)試、測試方案、故障庫及報告生成等功能。

2 關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計

2.1 裝置端子結(jié)構(gòu)優(yōu)化

電能采控終端型式結(jié)構(gòu)為優(yōu)化后的設(shè)計結(jié)構(gòu)，有異于常規(guī)端子結(jié)構(gòu)。該終端在不同參數(shù)配置下，其端子接線方式不一致，如果采用常規(guī)的可調(diào)間距的強電接線端子及多功能通信線接線，需人工作業(yè)，存在工作量大、易接錯線的情況，采用現(xiàn)有的一體式端子又不適用于該款終端結(jié)構(gòu)[3]，所以需對裝置接線端子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

將強電端子設(shè)計為適用于電能采控終端的頂針式端子結(jié)構(gòu)，將多功能通信線束設(shè)計為頂針式輔助端子結(jié)構(gòu)，同時將負(fù)控終端控制模塊接口設(shè)計為頂針式接線端子。現(xiàn)場檢測終端時，可實現(xiàn)端子免接線，一體式壓接的連接方式。根據(jù)終端選配模塊的不同類型，通過滑軌的形式對控制模塊接線端子進(jìn)行上下移動，將其接入模塊接口，當(dāng)終端接入載波模塊時，控制模塊接線端子下拉，避免與載波模塊盒發(fā)生碰撞。當(dāng)終端接入控制模塊時，模塊接線端子上拉與其保持有效接觸。裝置端子結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖2 裝置外形結(jié)構(gòu)圖

圖3 軟件架構(gòu)圖

圖4 裝置端子結(jié)構(gòu)

2.2 裝置表位切換設(shè)計

現(xiàn)有的檢測裝置，在掛表架上安裝有電流輸出短接端子，平時用配備的專用短接片將高低端短接起來，所有終端掛接時取下。當(dāng)待測終端數(shù)量少于總掛表數(shù)時，可以用配備的專用短接片或使用“電流輸出短接線”把不使用的表位短接起來，方可形成電流回路。該操作需專業(yè)人士進(jìn)行人工操作，費時、費力、效率低。為解決這一問題，使用基于軟件腳本的上位機軟件設(shè)計，使用基于繼電器的控制功能設(shè)計，實現(xiàn)裝置的全自動化測試。裝置支持多種用戶需求下的終端測試，下面從4個方面進(jìn)行說明。1）當(dāng)單個終端待測時，檢測裝置可實現(xiàn)對任意表位單獨上電，通過繼電器控制電壓、電流與待測表位接通。其他表位的電壓與電流由各表位對應(yīng)的繼電器分別控制斷開與旁路，防止其他表位在不掛表的情況下帶電，導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。2）當(dāng)多個終端（少于總掛表數(shù)）待測時，可以選擇使用檢測裝置中的多個表位上電，實現(xiàn)多臺終端以比對的形式進(jìn)行測試，測試結(jié)果更有保證。3）批量測試時，檢測裝置可實現(xiàn)所有表位上電測試，實現(xiàn)批量測試。4）485組網(wǎng)測試實驗時，使用電子繼電器切換485組網(wǎng)鏈路信號，使線路上無其他信號存在，保證組網(wǎng)通信純凈、測試結(jié)果可靠。

2.3 基于腳本技術(shù)的全自動化測試流程

設(shè)計基于上位機軟件腳本技術(shù)及自動控制技術(shù)，實現(xiàn)對電能采控終端軟件自動檢測裝置的全自動化測試，通信規(guī)約可擴(kuò)展，測試方案可編輯。

測試流程如圖5所示。首先，根據(jù)被測采集終端測試的需求進(jìn)行項目配置，定義測試項、測試步驟、測試計劃，建立測試項目，之后軟件下達(dá)測試項目及命令，根據(jù)對應(yīng)項目的測試方案對檢測裝置、輔助測試設(shè)備、其他便攜式測試設(shè)備和采集終端進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)通信，協(xié)同各個設(shè)備按照項目方案逐個完成一系列測試用例的自動化測試，并記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果，提交給測試軟件，測試軟件進(jìn)行測試結(jié)果分析。

2.4 深度測試用例設(shè)計

該文研究終端軟件通信與深度可靠性的自動化測試關(guān)鍵技術(shù)[4]，基于黑盒理論功能點分析法及等價類劃分法的終端軟件廣度測試。基于黑盒理論邊界值分析法、極限測試法、容錯測試法的終端軟件深度可靠性測試。設(shè)計了針對電能采控終端軟件通信及可靠性測試的測試用例，下面以軟件設(shè)計冗余度及極限負(fù)荷情況下的采集端口測試為例進(jìn)行介紹。

2.4.1 軟件設(shè)計冗余度測試用例

測試目的：驗證終端在多個任務(wù)同時執(zhí)行的過程中的處理能力。

測試點：終端執(zhí)行抄讀電表任務(wù)的過程中，多次透抄電表數(shù)據(jù)，打亂抄讀任務(wù)，會不會導(dǎo)致終端抄讀任務(wù)失效。終端主動上報數(shù)據(jù)給主站時，主站下行抄讀終端數(shù)據(jù)，終端處理數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

測試方案：終端配置電表檔案及多個抄讀任務(wù)，抄讀任務(wù)開始的時間+5 s左右，開始隨機的下發(fā)透抄電表數(shù)據(jù)，等待任務(wù)抄讀完成時間，讀取抄讀任務(wù)數(shù)據(jù)，看數(shù)據(jù)是否抄讀完成且正確。終端配置定時上報任務(wù)，在任務(wù)上報期間，下發(fā)抄讀終端數(shù)據(jù)，看終端能否正確處理數(shù)據(jù)，要是上報任務(wù)的數(shù)據(jù)不全或錯誤，則判斷不合格。要是下發(fā)抄讀終端的數(shù)據(jù)，終端沒有回復(fù)，判斷終端不合格。要是都能正確的返回，則合格。

圖5 自動化測試流程

2.4.2 采集端口極限負(fù)載測試用例

測試目的：在極限負(fù)載的情況下，測試采集端口能否正常采集數(shù)據(jù)。

測試點：在485/載波端口配置最大容量的測量點的情況下，數(shù)據(jù)采集的正確性。485/載波端口，通過臺體控制不同負(fù)載的情況下，測試數(shù)據(jù)采集。

測試方案：共分為2種。1）極限測試：一路485端口，配置表的檔案數(shù)量不少于64塊，兩路128塊，載波端口理論值是2 048個表計，現(xiàn)場極限值1 500個左右，按1 500個表計檔案配置，進(jìn)行20次抄表，統(tǒng)計抄讀數(shù)據(jù)的成功率和準(zhǔn)確性。2）負(fù)載測試：通過臺體控制負(fù)載大小，測試485和載波端口從無負(fù)載到最大負(fù)載，分20個段，每段隨機抽取一個負(fù)載值，統(tǒng)計抄表成功率。

2.5 應(yīng)用分析

通過對關(guān)鍵技術(shù)的研究與設(shè)計，該文成功研制了一套電能采控終端軟件自動檢測系統(tǒng)樣機，并且已試運行。經(jīng)過對樣機的試運行結(jié)果的分析，各項技術(shù)方案均滿足設(shè)計指標(biāo)要求，成效明顯。

試驗選取6個廠家的終端對該檢測裝置進(jìn)行試驗，通過向系統(tǒng)下達(dá)檢測任務(wù)，對終端軟件進(jìn)行為期14 h的連續(xù)運轉(zhuǎn)試驗，試驗過程中對裝置的各功能進(jìn)行驗證、測試。結(jié)束后，針對部分存在軟件問題的測試項目及檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

由表1可知，該系統(tǒng)可有效檢測出終端軟件存在的缺陷，提高軟件質(zhì)量的可靠性。并且該電能采控終端軟件自動檢測系統(tǒng)可以自動檢測常規(guī)測試項目、極限、邊界類測試項目，以及文中未提及的通信、規(guī)約遍歷、拉合閘等功能模塊的測試項目。而掛表流程僅需將終端放置在對應(yīng)的表位輕壓即可，全程不到1 min，相比于過去的半人工操作流程，系統(tǒng)檢測效率提高了5倍以上。整個檢測過程無人工干預(yù)，通過信息管理和設(shè)備控制的有機集成，使終端檢測作業(yè)的各個環(huán)節(jié)在控制指令下自動完成，提高了檢測能力和管理水平，節(jié)省了人力成本。

表1 檢測結(jié)果

3 結(jié)語

該文首先介紹了現(xiàn)有電能采控終端檢測的基本現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前檢測技術(shù)的缺陷，設(shè)計了一款自動檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了電能采控終端軟件的自動化檢測及軟件的深度可靠性測試。通過自動化檢測技術(shù)與軟件深度可靠性測試用例的結(jié)合，有效地觸發(fā)了電能采控終端軟件的更深層次的缺陷，提升了電能采控終端軟件質(zhì)量的檢測能力，對其軟件質(zhì)量的提升起到一定的作用。