一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法
【專利摘要】一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法，屬于電氣自動化【技術(shù)領(lǐng)域】。按照設(shè)備的邏輯信號和二次原理圖對現(xiàn)場設(shè)備進行分類；分別針對不同分類建立虛擬對象模型，用該模型來描述現(xiàn)場設(shè)備的實際運行狀態(tài)；建立工業(yè)設(shè)備的標準邏輯控制模塊，用于對所建立的虛擬對象模型進行控制；將控制現(xiàn)場設(shè)備的己知標準信號同時施加到標準邏輯控制模塊和被測試的邏輯控制方法上，獲得虛擬對象模型的兩個輸出，對該兩個輸出進行比較，若二者完全相同，則被測試的邏輯控制方法可用，直接用該方法對現(xiàn)場設(shè)備進行邏輯控制即可。本發(fā)明將傳統(tǒng)上對每臺設(shè)備的測試轉(zhuǎn)化成了對每類設(shè)備的測試，大大減少了測試的工作量，提高了測試效率，為工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備調(diào)試贏得了寶貴的時間。
【專利說明】一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣自動化【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及流程工業(yè)中的電氣自動化控制，特別涉及一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，工業(yè)控制中，設(shè)備邏輯控制程序?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的啟動/停止(如:對電機設(shè)備的啟動/停止，對閥門設(shè)備的打開/關(guān)閉等)、故障保護(如:運行中的設(shè)備出現(xiàn)故障時，及時停止運轉(zhuǎn)以保護設(shè)備)、連鎖保護(如:下游設(shè)備停止時，與其相連的上游設(shè)備應(yīng)該立刻停止)等邏輯控制，對于設(shè)備的穩(wěn)定運行發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但在工業(yè)控制系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試過程中，開發(fā)人員往往重視設(shè)備邏輯控制程序的開發(fā)，而輕視設(shè)備邏輯控制程序的測試。在完成設(shè)備邏輯控制程序編制后，由于缺乏有效的現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制測試方法，僅僅通過簡單的、不完備的測試就直接應(yīng)用到現(xiàn)場設(shè)備的調(diào)試中，在現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試過程中，逐步修改和完善設(shè)備邏輯控制程序，這樣做的最直接的后果就是現(xiàn)場調(diào)試速度的變慢和調(diào)試工作量的急劇增加，嚴重時會耽誤現(xiàn)場設(shè)備的調(diào)試工期，同時，在調(diào)試過程中很容易發(fā)生不可預知的設(shè)備安全事故，引起嚴重的經(jīng)濟損失。
[0003]隨著現(xiàn)代生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)內(nèi)涉及的設(shè)備越來越多，設(shè)備邏輯控制程序也越來越復雜，現(xiàn)有的設(shè)備邏輯控制測試方法己不能適應(yīng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)測試的需求，亟待新的現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制測試方法來提高現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制程序測試的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有設(shè)備邏輯控制程序測試技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法，以達到提高設(shè)備邏輯控制程序測試效率的目的。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制程序的測試方法，基于現(xiàn)場設(shè)備的電氣控制回路和虛擬對象模型相結(jié)合，過程如下:按照設(shè)備的邏輯信號和二次原理圖對現(xiàn)場設(shè)備進行分類；分別針對不同分類建立虛擬對象模型，用該模型來描述現(xiàn)場設(shè)備的實際運行狀態(tài)；建立工業(yè)設(shè)備的標準邏輯控制模塊，用于對所建立的虛擬對象模型進行控制；將控制現(xiàn)場設(shè)備的己知標準信號同時施加到標準邏輯控制模塊和被測試的邏輯控制方法上，獲得虛擬對象模型的兩個輸出，對該兩個輸出進行比較，若二者完全相同，則被測試的邏輯控制方法可用，直接用該方法對現(xiàn)場設(shè)備進行邏輯控制即可。
[0006]所述的對現(xiàn)場設(shè)備進行分類，規(guī)則為:將具有相同二次控制原理和相同邏輯信號的設(shè)備視為同類設(shè)備；將具有不同二次控制原理或者不同邏輯信號的設(shè)備設(shè)為非同類設(shè)備。
[0007]所述虛擬對象模型建立的依據(jù)是根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的二次控制原理圖，此外還進一步包括設(shè)備的啟停邏輯操作、故障信號保護、設(shè)備之間的連鎖保護邏輯控制。
[0008]虛擬對象模型庫是開放的，可以對其進行更新。對新增加的虛擬對象模型進行檢驗，采用相同的控制信號作為輸入，記錄虛擬對象模型和現(xiàn)場設(shè)備的輸出，并進行比對，若二者相同，將虛擬對象模型封裝打包，存入虛擬對象模型庫中；若二者不同，則修改虛擬對象模型，并重新進行檢驗。
[0009]本發(fā)明的有益效果:工業(yè)控制領(lǐng)域中，首次提出了按照二次控制原理圖和邏輯信號對現(xiàn)場設(shè)備進行分類的方法，該方法以每類設(shè)備作為進行測試的對象，而不是每臺設(shè)備，即將具有相同的二次控制原理圖和邏輯信號的設(shè)備看作是同一個設(shè)備類，而將每臺設(shè)備視為每個設(shè)備類的具體實現(xiàn)，這樣就將傳統(tǒng)上對每臺設(shè)備的測試轉(zhuǎn)化成了對每類設(shè)備的測試，大大減少了測試的工作量，提高了測試效率，為工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備調(diào)試贏得了寶貴的時間。
[0010]本發(fā)明建立了虛擬對象模型庫。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，由于現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，且每類設(shè)備的虛擬對象模型都是不同的，任何測試系統(tǒng)都無法做到將所有設(shè)備的虛擬對象模型全覆蓋，因此，本發(fā)明建立的虛擬對象模型庫中的每個虛擬對象模型具有相同的結(jié)構(gòu)，可以方便對其進行修改和封裝，同時，虛擬對象模型庫易于實現(xiàn)擴充。
[0011]本發(fā)明建立了設(shè)備單體標準邏輯控制程序模塊庫。設(shè)備單體標準邏輯控制程序是在對單體邏輯控制程序進行測試中作為標準使用的，對應(yīng)不同類型的設(shè)備，其標準邏輯控制程序也存在很大差別，任何測試系統(tǒng)都無法包含所有類型設(shè)備的單體標準邏輯控制程序模塊，因此，本發(fā)明針對流程工業(yè)中的典型設(shè)備，在進行標準程序模塊設(shè)計時，其輸入輸出變量均采用私有形式的變量，方便程序模塊的封裝，并在此基礎(chǔ)上建立了設(shè)備單體標準邏輯控制程序模塊庫，可以快速建立設(shè)備單體標準邏輯控制程序模塊。如被測試設(shè)備為流程工業(yè)中的非典型設(shè)備時，可以采用模塊化編程的方法，對設(shè)備單體標準邏輯控制程序模塊庫進行擴充。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所提出一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法原理圖；
[0013]圖2為本發(fā)明一種實施方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖3為本發(fā)明一種實施方式的設(shè)備二次控制原理圖。
[0015]圖4為本發(fā)明實施方式中的示例設(shè)備的標準邏輯控制方法。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細的說明。
[0017]一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法，其原理如圖1所示。測試輸入(包括兩種類型，一種是由操作者給出指令，控制設(shè)備的運行，如想測試電機是否啟動，應(yīng)該給電機一個啟動信號，看它是否能啟動了 ；另一種是對設(shè)備邏輯信號的模擬，具體包括模擬現(xiàn)場的設(shè)備的遠程/就地、連鎖投入/解除、設(shè)備運行停止、設(shè)備故障等狀態(tài)，如:如果要對電機故障信號進行測試的話，先模擬電機是故障的，測試在電機己處于故障的情況下，被測試的邏輯控制方法是否還能繼續(xù)給出啟動或其他的邏輯控制信號)通過人機接口被同時加載到標準控制邏輯方法(是一種標準的對電機進行邏輯控制的方法，該方法已經(jīng)被測試證明可行，并己應(yīng)用于實際的工程實踐當中，如，該標準制邏輯方法能夠準確控制電機的啟動或停止)和被測控制邏輯方法上(與標準制邏輯控制方法相對的一種方法，該方法尚未被應(yīng)用于實際的工程實踐當中，需要進行驗證，如驗證該方法是否能夠?qū)崿F(xiàn)與標準制邏輯方法相同的功能，如，該方法是否能夠控制電機的啟動或停止，有待驗證)，其產(chǎn)生的輸出作用于同一個虛擬對象模型(如，對于不帶變頻器的普通電機而言，該模型用于描述電機運行期間的狀態(tài)信號的變化，如可以描述當電機剛上電時，就地信號有效，運行信號、故障信號無效；還可以描述電機遠程運行時，就地信號無效，運行信號有效、故障信號無效；還可以描述在電機故障的時候，運行信號無效，故障信號有效；對于變頻器驅(qū)動的電機而言，該模型可以描述當電機剛上電時，就地信號有效，變頻器運行信號無效、變頻器故障信號無效、電機風扇運行信號有效、電機風扇故障信號無效；還可以描述電機遠程運行時，就地信號無效，變頻器運行信號有效、變頻器故障信號無效、電機風扇運行信號有效、電機風扇故障信號無效；還可以描述在電機故障的時候，就地信號無效，變頻器運行信號由有效變?yōu)闊o效、變頻器故障信號有效、電機風扇運行信號有效、電機風扇故障信號無效；還可以描述電機風扇的故障狀態(tài)，就地信號無效，變頻器運行信號由有效變?yōu)闊o效、變頻器故障信號無效、電機風扇運行信號有效變?yōu)闊o效、電機風扇故障信號有效；對于閥門而言，該模型可以描述當閥門剛上電時，就地信號有效，正在打開信號無效、正在關(guān)閉信號無效、過扭矩信號無效、開到位信號無效、關(guān)到位信號有效，以描述閥門當前處于關(guān)閉的位置，且不動作；還可以描述閥門遠程打開過程，就地信號無效，正在打開信號有效、正在關(guān)閉信號無效、過扭矩信號無效、開到位信號無效、關(guān)到位信號無效，說明閥門當前處于打開過程中，且沒有故障發(fā)生；還可以描述閥門遠程打開過程中發(fā)生故障的狀態(tài)，就地信號無效，正在打開信號從有效變?yōu)闊o效、正在關(guān)閉信號無效、過扭矩信號有效、開到位信號無效、關(guān)到位信號無效；還可以描述閥門遠程開到位的狀態(tài)，就地信號無效，正在打開信號無效、正在關(guān)閉信號無效、過扭矩信號無效、開到位信號有效、關(guān)到位信號無效，用戶根據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)自行設(shè)計虛擬對象)上，對獲得的兩個輸出進行比較，若二者完全相同，則被測試的邏輯控制方法可用，直接用該方法對現(xiàn)場設(shè)備進行邏輯控制即可。
[0018]基于上述原理，采用基于現(xiàn)場設(shè)備的電氣控制回路和虛擬對象模型相結(jié)合的實施方式，建立如圖2所示的現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要有標準邏輯控制運行系統(tǒng)、被測邏輯控制運行系統(tǒng)、虛擬對象模型庫、電氣驗證系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理中心共五部分組成。當開關(guān)Kl閉合，K2斷開時，虛擬對象模型引入到系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)圖1所示原理的設(shè)備邏輯控制方法的測試，其實現(xiàn)過程為:測試輸入通過標準邏輯控制運行系統(tǒng)和被測邏輯控制運行系統(tǒng)同時加載到標準控制邏輯方法和被測邏輯控制方法上，其產(chǎn)生的輸出通過數(shù)據(jù)管理中心作用于同一個虛擬對象模型上，對獲得的兩個輸出進行比較，若二者完全相同，則被測試的邏輯控制方法可用，直接用該方法對現(xiàn)場設(shè)備進行邏輯控制即可；當開關(guān)Kl斷開，K2閉合時，電氣驗證系統(tǒng)引入到系統(tǒng)中，此時可以實現(xiàn)對標準邏輯控制方法的驗證，即將測試輸入加載到標準邏輯控制運行系統(tǒng)上，其輸出作用于電氣驗證系統(tǒng)上，觀察并記錄電氣驗證系統(tǒng)(按照工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的二次控制回路設(shè)計的系統(tǒng)，用于模擬現(xiàn)場設(shè)備的低壓控制回路)的輸出，與期望的輸出(如啟動電機時，啟動指令發(fā)出后，在電機啟動條件具備的條件下，標準邏輯控制方法應(yīng)該給出電機啟動的命令；如打開閥門時，打開指令發(fā)出后，在閥門具備打開條件的情況下，標準邏輯控制方法應(yīng)該給出閥門打開的命令)進行比較，若二者完全相同，則標準試的邏輯控制方法可用，可以采用該方法作為標準對被測邏輯控制方法進行測試，否則，需要對其進行修正，然后重復上述的步驟重新進行測試驗證；當開關(guān)Kl和K2均閉合時，虛擬對象模型和電器驗證系統(tǒng)均引入到系統(tǒng)中，此時，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對虛擬對象模型的驗證，將測試輸入加載到標準邏輯控制運行系統(tǒng)上，其輸出同時作用于虛擬對象模型和電氣驗證系統(tǒng)上，對獲得的兩個輸出進行比較，若二者完全相同，則建立的虛擬對象模型可用，否則，需要對建立的虛擬對象模型進行修正，然后重復上述的步驟重新進行測試驗證。
[0019]標準邏輯控制運行系統(tǒng):用于運行標準邏輯控制方法。
[0020]標準邏輯控制運行系統(tǒng)的硬件平臺采用西門子的S7-315CPU，人機接口采用西門子觸摸屏MP277，系統(tǒng)內(nèi)部采用Profibus通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)通訊，對外支持工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議，軟件平臺采用西門子工業(yè)軟件-St印7V5.5和WinCC V7.0作為應(yīng)用軟件組態(tài)、編程開發(fā)平臺。
[0021]被測邏輯控制運行系統(tǒng)用于運行被測控制邏輯方法。其硬件平臺采用個人計算機，軟件平臺采用PLC仿真軟件。
[0022]虛擬對象模型庫中存放系統(tǒng)建立的虛擬對象模型，其硬件平臺采用個人計算機，軟件平臺采用法國TNI公司的ControlBuild軟件，利用C語言作為后臺腳本語言，實現(xiàn)人機交互界面與模型算法之間的數(shù)據(jù)交換。
[0023]電氣驗證系統(tǒng)用于對虛擬對象模型和標準邏輯控制方法進行驗證，本實施方式中通過開關(guān)K2來實現(xiàn)，其硬件平臺采用ABB公司抽屜式的麗S低壓開關(guān)柜來實現(xiàn)常用電氣設(shè)備的一次供電回路和二次控制回路，通過多功能組合開關(guān)和智能化的人機交互界面相結(jié)合，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)流程工業(yè)中二十類常用電氣設(shè)備的電氣回路。
[0024]數(shù)據(jù)管理中心對測試過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(如測試輸入的操作指令、測試輸入的狀態(tài)信號模擬，設(shè)備運行、故障、報警等狀態(tài)數(shù)據(jù))進行統(tǒng)一處理，并在測試結(jié)束時，產(chǎn)生測試報表；數(shù)據(jù)管理中心還作為OPC服務(wù)器使用，實現(xiàn)在不同PLC廠家的工控產(chǎn)品之間建立數(shù)據(jù)通信。其硬件平臺采用采用個人計算機，軟件平臺采用SQL數(shù)據(jù)庫和K印ware公司的OPCServer 軟件。
[0025]下面以一個具體的案例來說明上述系統(tǒng)的具體建立過程:
[0026]以國內(nèi)某大型選礦廠集散控制系統(tǒng)工程項目為例。該項目覆蓋了選礦全流程，共有被控電氣設(shè)備798臺，詳見表I所示。
[0027]表I為現(xiàn)場設(shè)備分類表
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法，該方法基于現(xiàn)場設(shè)備的電氣控制回路和虛擬對象模型相結(jié)合，其特征如下: 按照設(shè)備的邏輯信號和二次原理圖對現(xiàn)場設(shè)備進行分類；分別針對不同分類建立虛擬對象模型，用該模型來描述現(xiàn)場設(shè)備的實際運行狀態(tài)；建立工業(yè)設(shè)備的標準邏輯控制模塊，用于對所建立的虛擬對象模型進行控制；將控制現(xiàn)場設(shè)備的己知標準信號同時施加到標準邏輯控制模塊和待測試的邏輯控制方法上，獲得虛擬對象模型的兩個輸出，對該兩個輸出進行比較，若二者完全相同，則待測試的邏輯控制方法可用，直接用該方法對現(xiàn)場設(shè)備進行邏輯控制即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法，其特征在于:所述的對現(xiàn)場設(shè)備進行分類，規(guī)則為:將具有相同二次控制原理和相同邏輯信號的設(shè)備視為同類設(shè)備；將具有不同二次控制原理或者不同邏輯信號的設(shè)備設(shè)為非同類設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法，其特征在于:所述虛擬對象模型建立的依據(jù)是根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的二次控制原理圖，此外還進一步包括設(shè)備的啟停邏輯操作、故障信號保護、設(shè)備之間的連鎖保護邏輯控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對現(xiàn)場設(shè)備邏輯控制的測試方法，其特征在于:所述的虛擬對象模型，其更新方法為: 對新增加的虛擬對象模型進行檢驗，采用相同的控制信號作為輸入，記錄虛擬對象模型和現(xiàn)場設(shè)備的輸出，并進行比對，若二者相同，將虛擬對象模型封裝打包，存入虛擬對象模型庫中；若二者不同，則修改虛擬對象模型，并重新進行檢驗。
【文檔編號】G05B23/02GK103744424SQ201410033114
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】吳永建, 張杰卿, 張超群, 劉長鑫, 丁進良, 鄭秀萍, 柴天佑 申請人:東北大學