嵌入式軟PLC模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姚國(guó)強(qiáng) 陳貴滿

【摘 要】本文主要介紹嵌入式計(jì)算機(jī)及自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的概念，針對(duì)嵌式軟PLC的控制特點(diǎn)設(shè)計(jì)PLC模塊的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，提出了一種基于嵌入式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的PLC模塊的實(shí)現(xiàn)方法。隨著PLC等嵌入式模塊的規(guī)模化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)技術(shù)的完善，很多科研機(jī)構(gòu)和工程部門采用外購(gòu)這些模塊來(lái)用于系統(tǒng)項(xiàng)目。

【關(guān)鍵詞】嵌入式PLC模塊 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和遠(yuǎn)程通信的變化多端，加上自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的廣泛使用，現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)常常是由很多個(gè)分支系統(tǒng)組成的，每個(gè)分支系統(tǒng)分為通用系統(tǒng)和專用系統(tǒng)組成實(shí)現(xiàn)，且承擔(dān)一些比較獨(dú)立的測(cè)試控制任務(wù)，各個(gè)分支系統(tǒng)間通過(guò)信息的交換完成并列與相互協(xié)同的工作，一起完成實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。由此，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)對(duì)像嵌入式軟PLC的這種模塊的驗(yàn)收，是非常有價(jià)值的。

1自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是指能夠全面、可靠、自動(dòng)的對(duì)被測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，有效進(jìn)行故障診斷，及時(shí)處理、存儲(chǔ)、傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)，并通過(guò)適當(dāng)方式輸出或顯示測(cè)量結(jié)果的系統(tǒng)。圖1為總線結(jié)構(gòu)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)框圖，一般來(lái)說(shuō)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：

圖1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）主控制器。主要是計(jì)算機(jī)、PC計(jì)算機(jī)、微處理器等，作用相當(dāng)于大腦的中樞控制系統(tǒng)。

（2）控制臺(tái)。主要是程控開(kāi)關(guān)。程控伺服系統(tǒng)和一些顯示。打印等終端設(shè)備，用于執(zhí)行一定的具體的測(cè)試，控制任務(wù)。

（3）總線和接口。主要是連接控制器與個(gè)程控儀器、設(shè)備的通路，完成消息、命令、數(shù)據(jù)的傳輸與交換，包括機(jī)械接口插件、插槽、電纜等。

（4）測(cè)試軟件。主要是為了完成系統(tǒng)測(cè)試任務(wù)二編的各種程序。比如，測(cè)試主程序和驅(qū)動(dòng)程序等。

（5）被測(cè)對(duì)象。隨著測(cè)試任務(wù)不同，被測(cè)對(duì)象也不一樣，是由操作人員采用非標(biāo)準(zhǔn)方式通過(guò)電纜、節(jié)插件、開(kāi)關(guān)等于程控儀器、設(shè)備相連[1]。

2嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

2.1嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的概念

嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)這個(gè)項(xiàng)目的目的主要是為了設(shè)計(jì)建立一套PLC模塊測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PLC模塊的自動(dòng)化測(cè)試，減少測(cè)試人員的工作量，提高PLC模塊產(chǎn)能及測(cè)試全面性、可靠性。PLC測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中具有一些能力，它適用于PLC所有模塊的測(cè)試，操作簡(jiǎn)單容易學(xué)習(xí)，可以在短時(shí)間內(nèi)培訓(xùn)出熟練的測(cè)試人員，可以從功能、性能等各個(gè)方面提供全面的測(cè)試，擁有高可靠性，支持環(huán)境試驗(yàn)，具有良好的人機(jī)交互界面，按需求可以輸出各種需求的數(shù)據(jù)。

2.2嵌入式PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的用途

（1）具有可視化人機(jī)界面，在使用過(guò)程中有良好的操作界面的體念，對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、可以顯示相關(guān)測(cè)試結(jié)果信息。（2）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，能使電源和信號(hào)輸出，獲取有關(guān)的數(shù)據(jù)。（3） 對(duì)PLC各模塊的功能和性能進(jìn)行測(cè)試。（4）支持模塊進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)。

2.3嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

嵌入式軟PLC是由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)兩部分組成的，它的結(jié)構(gòu)可以參考下圖。

圖2 嵌入式軟PLC控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

作為軟PLC開(kāi)發(fā)者，首先在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上使用標(biāo)準(zhǔn)化的語(yǔ)言編程控制程序，嵌入式軟PLC的運(yùn)行系統(tǒng)主要完成的工作有對(duì)輸入變量的掃描、輸出變量的刷新和數(shù)據(jù)的處理等。

3自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嵌入式PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是由上位機(jī)、待測(cè)模塊、外圍設(shè)備共同組成的一個(gè)環(huán)環(huán)相扣的測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試的結(jié)果是由上位機(jī)進(jìn)行邏輯判斷。其中待模塊就包括了：CPU模塊、電源模塊、AIO模塊、DIO模塊？PTA模塊、CAN模塊、光纖模塊。測(cè)試系統(tǒng)又包括了硬件結(jié)果和軟件結(jié)構(gòu)。在這里主要講講軟件結(jié)構(gòu)，它又包含了上位機(jī)、PC端模塊驅(qū)動(dòng)、矩陣開(kāi)關(guān)FPGA驅(qū)動(dòng)、PC端矩陣開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和查詢程序。根據(jù)PLC模塊各自特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)多種不同的自動(dòng)測(cè)試方案，下面列舉兩個(gè)設(shè)計(jì)方案。

3.1CPU模塊自動(dòng)測(cè)試方案

根據(jù)前述CPU的測(cè)試需求設(shè)計(jì)的CPU模塊測(cè)試系統(tǒng)是由：上位機(jī)、CPU模塊、PLC測(cè)試底板、電源模塊、交換機(jī)組成。如圖3所示。PC端負(fù)責(zé)整個(gè)測(cè)試的邏輯控制以及通信端口的數(shù)據(jù)處理。下位機(jī)端負(fù)責(zé)影響解構(gòu)來(lái)自上位機(jī)的通信數(shù)據(jù)，以及進(jìn)行內(nèi)存塊讀寫(xiě)檢測(cè)操作。

圖3CPU模塊測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

3.2矩陣開(kāi)關(guān)

矩陣開(kāi)關(guān)是嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)不可或缺的組成部分，主要是負(fù)責(zé)測(cè)試信號(hào)的通道的選擇和切換，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)要求：（1）為了滿足功能的可擴(kuò)展性以及系統(tǒng)的通用性，矩陣開(kāi)關(guān)需要提供足夠的切換通道。（2）呀能夠靈活多變的配置矩陣開(kāi)關(guān)的行和列的數(shù)目，用來(lái)滿足不一樣的模塊的測(cè)試需求。（3）矩陣開(kāi)關(guān)應(yīng)該要反應(yīng)快速、準(zhǔn)確、并竟可能將可能干擾到被測(cè)信號(hào)源的因素屏蔽掉。

嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很多種方案，它可以根據(jù)PLC模塊的各自特點(diǎn)，制定出不同的自動(dòng)測(cè)試方案，在這里主要針對(duì)CPU模塊、電源模塊、矩陣開(kāi)關(guān)等，講述了系統(tǒng)中各測(cè)試單元的實(shí)現(xiàn)過(guò)程[2]。

4嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)證明，在這里就用光纖模塊進(jìn)行測(cè)試，看看結(jié)果是如何。

光纖模塊測(cè)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。先看測(cè)試步驟：先由上位機(jī)發(fā)送配置包對(duì)光纖模塊進(jìn)行配置—光纖收到來(lái)自上位機(jī)的配置包-上位機(jī)收到來(lái)自兩個(gè)光纖模塊的配置成功握手后，給主光纖模板發(fā)送開(kāi)始測(cè)試命令-主光纖模板收到開(kāi)始測(cè)試命令，給從模塊發(fā)送開(kāi)始測(cè)試命令網(wǎng)絡(luò)包-從光纖模塊收到考試測(cè)試命令，回復(fù)確認(rèn)，根據(jù)配置參數(shù)給主模塊—主模塊收到從模塊的確認(rèn)答復(fù)，根據(jù)配置參數(shù)開(kāi)始對(duì)從模塊發(fā)命令-主模塊統(tǒng)計(jì)通信情況，包括收包數(shù)，發(fā)包數(shù)等，并按時(shí)每秒給上位機(jī)發(fā)送通信情況統(tǒng)計(jì)包-完成配置發(fā)包次數(shù)或收到停止命令，停止發(fā)包，測(cè)試結(jié)束。

5結(jié)語(yǔ)

嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是一項(xiàng)具有潛力的技術(shù)，，目前，在市場(chǎng)上已經(jīng)成為炙手可熱的工業(yè)控制產(chǎn)品。嵌入式軟PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)速度快，可遠(yuǎn)程監(jiān)控[3]。但它還是會(huì)有缺點(diǎn)，所以應(yīng)進(jìn)一步完善它，因?yàn)樗€有廣闊的發(fā)展前景，并可以帶動(dòng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳雄姿.嵌入式軟PLC模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].湘潭大學(xué)，2014，（6）：18.

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