一種工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)控制技術領域，具體涉及一種工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試 系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 工業(yè)生產過程自動控制系統(tǒng)通常結構復雜，包含了大量的控制邏輯。這些控制邏 輯執(zhí)行設備保護、生產過程聯(lián)鎖、人員和環(huán)境的安全保護、故障處理和緊急停車等關鍵功 能，它們的有機聯(lián)動，構成完整的工業(yè)自動控制系統(tǒng)。
[0003] 對所有的控制系統(tǒng)而言，控制邏輯的設計與測試均為關鍵環(huán)節(jié)，它關系到整個生 產過程的安全運行。目前絕大多數工業(yè)自動控制系統(tǒng)都使用數字式裝置，即可編程邏輯控 制器（ProgrammableLogicController，PLC)或分布式控制系統(tǒng)（DistributedControl System，DCS)，其中的控制邏輯是依據工藝工程師給出的工藝要求（聯(lián)鎖條件表、因果關系 矩陣或工藝設計文件等），由控制工程師進行邏輯設計、軟件組態(tài)并安裝到控制裝置中，且 必須在出廠前及到達現場后對這些控制裝置中的控制邏輯進行嚴格的測試，以保證其正確 性、完整性和可靠性。然而，隨著生產工藝的復雜化、設備的大型化、安全環(huán)保措施的嚴厲 化，使得輸入條件增多，編程量增加，控制邏輯復雜性提高，測試的難度越來越大。
[0004] 常用的黑箱和白箱測試方法并不完全適用于控制邏輯的嚴格測試。其中，黑箱測 試把被測系統(tǒng)看作是一個黑箱，不關心它的內部結構和特點，僅僅考察它的輸入和輸出。黑 箱測試的目的是檢查程序是否實現了所需的功能。測試人員為被測系統(tǒng)提供一組特定的輸 入（測試用例），然后進行測試，確認輸出結果是否與測試用例相符。黑箱測試通常不能實 現輸入條件的遍歷，因為即使在一組特定的輸入條件下實現了控制系統(tǒng)設計的功能，并不 能證明控制系統(tǒng)在其它的輸入下就不會實現該功能，即無法排除控制系統(tǒng)是否有誤動作存 在。白箱測試把被測系統(tǒng)看作是一個開放的盒子?；谙到y(tǒng)的內部邏輯結構及有關信息， 測試人員設計和選擇測試用例，從而對系統(tǒng)的邏輯路徑進行測試，并監(jiān)測它們是否工作正 常。對一個復雜生產過程的控制系統(tǒng)來說，這種方法對測試人員的要求非常高，必須全面準 確的設計和選擇測試用例，且工作量巨大，一旦出現疏漏即無法保證測試的全面性。
[0005] 目前實際工作中，大多基于上述兩種方法采用人工方式對控制邏輯進行測試，測 試人員需按照邏輯功能圖依次設置多種輸入條件，并觀測輸出結果是否實現所需的功能要 求，以此對控制邏輯進行驗證。因其輸入條件千差萬別、邏輯關系復雜，導致人工測試不僅 工作量大、耗時長，而且同樣存在能否遍歷所有控制邏輯的問題，導致潛在的錯檢和漏檢風 險，可能因控制邏輯錯誤而損壞設備，嚴重時將危及環(huán)境和生命安全，給系統(tǒng)的投運帶來巨 大的技術風險與安全隱患。

【發(fā)明內容】

[0006] 針對現有技術存在的不足，本發(fā)明提供一種工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試系 統(tǒng)及方法。
[0007] 本發(fā)明的技術方案：
[0008] 一種工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試系統(tǒng)，用于對工業(yè)生產過程中工業(yè)自動控 制系統(tǒng)的控制邏輯進行測試，該系統(tǒng)包括：測試基礎信息設置模塊、輸入信號生成模塊、數 據采集模塊和比較判定模塊；
[0009] 所述測試基礎信息設置模塊：用于對控制邏輯測試所需的基礎信息進行設置；所 述基礎信息包括：被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)的輸入信號的數量、輸入信號生成規(guī)則、被測工業(yè) 自動控制系統(tǒng)的輸出信號的數量、輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則、被測工業(yè)自動控制系 統(tǒng)內部結構參數；
[0010] 所述輸入信號生成模塊：用于根據從比較判定模塊接收到的復位觸發(fā)信號產生復 位信號并將該復位信號輸入至被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)，使被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)復位；接 收到比較判定模塊傳送的輸入觸發(fā)信號后，根據測試基礎信息設置模塊設置的輸入信號的 數量和輸入信號生成規(guī)則，依次產生多組輸入信號并依次輸入至被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)；
[0011] 所述數據采集模塊：用于讀取輸入信號生成模塊產生的復位信號和輸入信號，并 同步采集復位信號輸入后被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)輸出的復位確定信號以及輸入信號依次 輸入后被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)依次對應輸出的輸出信號，并將所讀取的復位信號和輸入信 號以及所采集的復位確定信號和輸出信號均同步發(fā)送給比較判定模塊；
[0012] 所述比較判定模塊：用于依據測試基礎信息設置模塊設置的被測工業(yè)自動控制系 統(tǒng)內部結構參數對從數據采集模塊接收的輸入信號做相應處理后，從數據采集模塊接收相 應的輸出信號；根據從數據采集模塊接收的被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)的輸入信號和相應的輸 出信號，參考測試基礎信息設置模塊設置的輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則，判定被測工 業(yè)自動控制系統(tǒng)的控制邏輯為正確或者錯誤；每接收到一組輸出信號，就產生一組復位觸 發(fā)信號并傳至輸入信號生成模塊；根據從數據采集模塊接收的復位確定信號，判定被測工 業(yè)自動控制系統(tǒng)已復位后，向輸入信號生成模塊傳送輸入觸發(fā)信號。
[0013] 根據所述的工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試系統(tǒng)，所述控制邏輯，為安裝在相 應工業(yè)自動控制系統(tǒng)的處理器模塊中或者安裝到相應工業(yè)自動控制系統(tǒng)的仿真環(huán)境，采用 符合IEC61131-3標準的梯形圖和功能塊圖編程語言實現的邏輯，當輸入信號符合預定的 邏輯條件時，工業(yè)自動控制系統(tǒng)應產生符合設計要求的輸出信號；所述工業(yè)自動控制系統(tǒng) 為可編程邏輯控制器PLC或者分布式控制系統(tǒng)DCS或者測試用控制系統(tǒng)，即主要由電源模 塊、CPU、網絡接口模塊和I/O模塊及OPC協(xié)議構成。
[0014] 根據所述的工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試系統(tǒng)，所述被測工業(yè)自動控制系統(tǒng) 內部結構參數，采用特征矩陣A[n，4]進行描述，所述特征矩陣A[n，4]的第一列用于表示n 個輸入通道上的定時器存在情況及定時數據，所述特征矩陣A[n，4]的第二列用于表示n個 輸入通道上的計數器情況及計數數據，所述特征矩陣A[n，4]的第三列用于表示n個輸入通 道上上升沿或者下降沿的存在情況，所述特征矩陣A[n，4]的第四列用于表示n個輸入通道 上的R-S觸發(fā)器情況。
[0015] 根據所述的工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試系統(tǒng)，所述輸入信號生成規(guī)則：假 設輸入信號的數量為n，即一組輸入信號為Xl，x2，…\;先使輸入信號依次取值〇?2n-l，然 后再反向依次取值2n-l?0,并將所述取值轉換為n位的二進制數組做為輸入信號，即輸入 信號生成順序依次為[0,0,0，…0]至[1，1，1…1]、[1，1，1…1]至[0,0,0，…⑴。
[0016] 根據所述的工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試系統(tǒng)，所述輸入信號對應輸出信號 判定規(guī)則為被測控制邏輯的相關設計人員提供的其期望的該被測控制邏輯應施加的輸入 信號及與所施加的輸入信號相對照應輸出的輸出信號的關系，用于作為控制邏輯測試過程 中判定控制邏輯正確與錯誤的參照規(guī)則。
[0017] 采用所述的工業(yè)生產過程控制邏輯的自動測試系統(tǒng)的工業(yè)生產過程控制邏輯的 自動測試方法，包括如下步驟：
[0018] 步驟1 :對測試所需的基礎信息進行設置；
[0019] 所述基礎信息包括：被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)的輸入信號的數量、輸入信號生成規(guī) 貝1J、被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)的輸出信號的數量、輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則、被測工業(yè) 自動控制系統(tǒng)內部結構參數；
[0020] 步驟2 :向被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)輸入復位信號，使其復位；
[0021] 步驟3 :確認被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)復位后，根據輸入信號的數量和輸入信號生 成規(guī)則，產生一組輸入信號，同時根據被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)內部結構參數，對本組輸入信 號進行相應處理，得到處理后的輸入信號輸入到被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)進行控制邏輯測 試；
[0022] 根據描述被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)內部結構參數的特征矩陣A[n，4]，對本組輸入信 號進行的相應處理，包括：
[0023] 1)讀取特征矩陣A[n，4]第1列，如果在第h行上有不為0的值t存在，即代表控 制邏輯中第h輸入通路含有定時器且定時時間為t秒，則延時t秒后，采集被測控制系統(tǒng)的 輸出信號；
[0024] 2)讀取特征矩陣A[n，4]第2列，如果在第i行上有不為0的值k存在，即代表控 制邏輯中第i輸入通路含有計數器且計數值為k，則延時至完成計數k后，采集被被測控制 系統(tǒng)的輸出信號；
[0025] 3)讀取特征矩陣A[n，4]第3列，如果在j行上有不為0的值1或-1存在，即代表 控制邏輯中第j輸入通路含有上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)，則對相應輸入信號數組取值做加 1或減1操作后，再輸入到被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)；
[0026] 4)系統(tǒng)讀取特征矩陣第4列，如果在p行上有不為0的值1或-1存在，即代表控 制邏輯中第P輸入通路含有置位優(yōu)先或者復位優(yōu)先的R-S觸發(fā)器，則對R-S觸發(fā)器對應的 輸入數組數位做0, 0 - 1，1或者1，1 - 0, 0取值轉換后再輸入到被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)；
[0027] 步驟4:同步獲取被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)的本組輸入信號及對應的輸出信號，并 根據輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則，得出被測工業(yè)自動控制系統(tǒng)的控制邏輯的測試結論 并輸出到人機交互界面；
[0028] 所述測試結論，包括：
[0029] 1)若輸入信號與輸出信號同時都符合輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則，則說明被 測控制邏輯實現了所期望的邏輯功能，該控制邏輯正確；
[0030] 2)若輸入信號符合輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則，但輸出信號卻不符合輸入信 號對應輸出信號判定規(guī)則，則說明被測控制邏輯的輸出無動作，表示被測控制邏輯有錯誤， 即該動作時不動作；
[0031]3)若輸入信號不符合輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則，但輸出信號卻符合輸入信 號對應輸出信號判定規(guī)則，則說明被測控制邏輯的輸出有誤動作，表示被測控制邏輯有錯 誤，即不該動時產生了誤動作；
[0032] 4)如果輸入信號和輸出信號同時都不符合輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則，說 明輸入不符合輸入信號對應輸出信號判定規(guī)則規(guī)定的條件時，被測控制邏輯的輸出也無動 作，表示被測控制邏輯正確。
[0033] 步驟5 :若測試結論為被測控制邏輯正確，則對本組輸入信號數據及其對應的輸 出信號數據進行保存，否則，也對本組輸入信號數據及其對應的輸出信號數據進行保存，并 同時在人機交互界面給出控制邏輯錯誤的報警信息；
[0034] 步驟6 :重復執(zhí)行步