批量控制器系統(tǒng)測試平臺的設(shè)計與應(yīng)用

黃章達 戴 笠 郅杏利

（浙江中控自動化儀表有限公司）

在儀器儀表測試領(lǐng)域，自動測試技術(shù)被廣泛應(yīng)用，在計算機測試程序的統(tǒng)一調(diào)度下，自動測試系統(tǒng)中的元器件執(zhí)行預(yù)定的動作。測試人員只需根據(jù)測試任務(wù)正確制訂最佳的測試方案、選用適當(dāng)?shù)臏y量儀器、擬定正確的測試步驟并編程。在測試過程中，由計算機記錄各個信號的變化，并根據(jù)信號的變化進行推導(dǎo)、計算和分析。

批量控制器是裝車控制系統(tǒng)的核心。批量控制器需授權(quán)給專職的裝車操作人員進行管理和使用。裝車前，操作人員在現(xiàn)場批量控制器上刷卡確認，配置裝車訂單的各項信息，如預(yù)定裝車量等；裝車過程中，批量控制器根據(jù)流量計反饋信號對實際裝車量進行累積；裝車結(jié)束時，當(dāng)實際裝車量達到預(yù)定裝車量時，批量控制器發(fā)出關(guān)閉泵、閥的信號，結(jié)束裝車［1］。批量控制器是現(xiàn)場設(shè)備，即批量控制器在正常工作時需要與各種現(xiàn)場設(shè)備（如泵、閥、管道、流量計、槽罐及報警設(shè)備等）相配合。但是，由于現(xiàn)場設(shè)備的價格普遍較高，采用現(xiàn)場設(shè)備模擬批量控制器的實際工作環(huán)境，會大幅增加測試成本。另外，管道等現(xiàn)場設(shè)備往往體積龐大，相應(yīng)的現(xiàn)場實驗室的占地面積也會較大，但一般廠商不具有建立現(xiàn)場實驗室的條件。隨著裝車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，市場上出現(xiàn)了許多批量控制器產(chǎn)品。針對批量控制器產(chǎn)品的功能測試，筆者設(shè)計了批量控制器系統(tǒng)測試平臺，利用IO控制系統(tǒng)輸入輸出裝車過程中所需的各種現(xiàn)場設(shè)備信號，模擬完整的裝車邏輯和流程，以期通過上位機軟件和下位機PLC的配合，滿足批量控制器裝車功能測試需求，提高測試效率。

1 批量控制器系統(tǒng)測試平臺設(shè)計方案

批量控制器系統(tǒng)測試平臺的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，測試平臺通過IO控制系統(tǒng)處理批量控制器的輸入輸出信號，在上位機軟件中搭建測試平臺的人機交互界面，并實現(xiàn)信號監(jiān)控、裝車邏輯驗證和裝車流程模擬功能。

批量控制器系統(tǒng)。完成信號的采集、分析、顯示、輸出、通信及控制等工作，其中控制模塊負責(zé)裝車和卸車過程的批量控制流程，包括過程自動控制、配置參數(shù)的管理和保存、裝卸訂單記錄、操作信息記錄、人機界面處理及緊急聯(lián)鎖處理等功能；IO板卡模塊負責(zé)接入現(xiàn)場儀器儀表的信號，結(jié)構(gòu)上與控制模塊分離設(shè)計，加強了控制模塊的抗干擾性和安全性，方便對IO模塊進行獨立維護和更換。

圖1 批量控制器系統(tǒng)測試平臺結(jié)構(gòu)框圖

IO控制系統(tǒng)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、次序控制、邏輯控制及過程控制等功能，被廣泛應(yīng)用于工廠自動化、環(huán)境保護、智慧交通、給排水工程及樓宇自動化等領(lǐng)域［2，3］。

CAN總線是ISO國際標準化串行通信協(xié)議，原用于汽車中各系統(tǒng)間的大量數(shù)據(jù)的高速通信，后因高性能和穩(wěn)定性的特點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、工業(yè)設(shè)備、船舶及醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

控制器模塊對IO模塊的各項數(shù)據(jù)信息進行處理，包括輸入信號的采集、輸出信號的控制，以及對信號的分析與上下位機通信；IO模塊點對點連接批量控制器IO模塊，對批量控制器IO模塊的輸出信號進行測量，模擬輸出批量控制器IO模塊需要的各種現(xiàn)場設(shè)備輸入信號，詳見表1。

上位機軟件。IO控制系統(tǒng)模塊中的數(shù)字量和模擬量信號通過OPC通信接口傳遞到上位機軟件，實現(xiàn)各種信號的監(jiān)控，通過腳本模擬裝車流程中需要的各種參數(shù)和邏輯并用界面展示。

2 軟件部分

批量控制器系統(tǒng)測試平臺集成了測試人員需要在測試批量控制器系統(tǒng)過程中的測試點，并在不同界面提供專項信息，包括裝車信號監(jiān)控功能、裝車邏輯驗證功能、裝車發(fā)油模擬功能及裝車過程模擬功能等。

表1 信號類型及其描述

2.1 裝車信號監(jiān)控

批量控制器系統(tǒng)測試平臺具有裝車信號監(jiān)控功能，通過IO控制系統(tǒng)的IO模塊點對點連接批量控制器的IO模塊，對批量控制器IO模塊的輸出信號進行采集，模擬批量控制器IO模塊需要的輸入信號，最后通過OPC通信接口將這些信號上傳至PC端，在上位機軟件集中展示，免去了測試人員對批量控制器信號輸入輸出端口進行排查的困擾。

批量控制器系統(tǒng)測試平臺中設(shè)計了信號匯總界面和詳細信號界面，信號匯總界面只提供各個信號的基礎(chǔ)信息；詳細信號界面提供各信號的點位信息和描述信息，并根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用場景進行劃分，如圖2所示。

圖2 詳細信號界面

2.2 裝車邏輯驗證

裝車邏輯驗證功能是批量控制器系統(tǒng)測試平臺的重點功能。在閥門邏輯顯示界面（圖3），批量控制器系統(tǒng)測試平臺展示了當(dāng)前閥門的狀態(tài)與閥門狀態(tài)邏輯說明。測試人員根據(jù)所測試閥門的類型進行選擇，在訂單運行過程中參照閥門狀態(tài)邏輯說明與測試平臺展示的當(dāng)前閥門狀態(tài)，驗證裝車邏輯的準確性。

圖3 閥門邏輯顯示界面

2.3 裝車發(fā)油過程模擬

針對測試過程中難以模擬現(xiàn)場裝車發(fā)油流程的情況，批量控制器系統(tǒng)測試平臺提供了發(fā)油模擬功能。

本系統(tǒng)支持多種流量輸入方式，如定量輸入、分段輸入及程序控制輸入等。程序控制輸入方式下，裝車發(fā)油流量變化模型如圖4所示，控制過程分為啟動階段、全速階段與結(jié)束階段，其中結(jié)束階段又可分為大提前量減速階段與小提前量關(guān)閥階段。通過對各階段參數(shù)的定義，模擬裝車加油的流程。裝車發(fā)油流量變化模型貼近現(xiàn)實中裝車加油過程中流量隨流速的變化，使測試過程更加貼近實際，測試得出的數(shù)據(jù)更為可靠。

圖4 裝車發(fā)油流量變化模型

通過不同流程參數(shù)的調(diào)整，可以模擬現(xiàn)場裝車發(fā)油過程中流量的變化，將測試人員從模擬裝車發(fā)油的復(fù)雜過程中解放出來，提升測試人員的工作效率。

2.4 裝車過程模擬

測試人員可以自由選擇模擬測試條件，并根據(jù)模擬測試條件生成對應(yīng)的輸入信號。批量控制器系統(tǒng)測試平臺可以獲取測試人員設(shè)置的模擬測試條件。模擬測試條件可以包括一個或多個用于模擬現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)的參數(shù)，包括管道壓力、液體溫度及液體流速等。在確定模擬測試條件后，軟件根據(jù)模擬測試條件模擬現(xiàn)場設(shè)備在測試條件描述的工作狀態(tài)下工作時產(chǎn)生的信號，并將得到的信號作為輸入信號。舉例說明，假設(shè)需要測試批量控制器在液體流速為0.5m/s的工作環(huán)境下的工作情況，即模擬測試條件包括液體流速0.5m/s，那么軟件可以確定實際使用的流速傳感器的型號，并確定該型號的傳感器在檢測到0.5m/s的液體流速時產(chǎn)生的電信號，將該電信號作為輸入信號。這樣，將現(xiàn)場設(shè)備在模擬測試條件下產(chǎn)生的信號作為輸入信號，只需改變模擬測試條件即可得到不同工況下的輸入信號，從而對待測試的批量控制器進行測試。

另外，由于輸入信號是根據(jù)模擬測試條件進行模擬得到的，那么只需調(diào)整模擬測試條件即可進行極端工況的模擬，同時也避免了極端工況條件可能對設(shè)備和操作人員帶來的風(fēng)險。舉例說明，假設(shè)流速在5m/s時可能導(dǎo)致閥門出現(xiàn)裂縫。出于安全方面的考慮，為了避免液體泄漏造成事故，在用戶現(xiàn)場無法測試批量控制器在流速為5m/s情況下的性能。但是利用模擬測試條件計算輸入信號則不存在這一問題。同時，也是因為模擬信號的使用，相對于在用戶現(xiàn)場進行測試，運用批量控制器系統(tǒng)測試平臺進行測試可以大幅提高測試人員的工作效率，原本三四十分鐘才能完成一次完整的用戶裝車過程，現(xiàn)在僅需要四五分鐘就能在批量控制器系統(tǒng)測試平臺完成流程的檢驗。

3 結(jié)束語

從批量控制器的測試需求出發(fā)，提出批量控制器系統(tǒng)測試平臺解決方案，降低了批量控制器測試過程中裝車信號監(jiān)控、裝車邏輯驗證和裝車過程模擬這些測試要點的測試難度。在實際應(yīng)用中，該平臺通過IO控制系統(tǒng)采集與模擬批量控制器系統(tǒng)的各類輸入輸出信號，并在PC端高效地對信號進行處理，有效降低了測試人員在批量控制器系統(tǒng)測試過程中的工作量，提升了測試工作效率。