CN108845563A - 一种测试plc程序及plc监控软件的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试PLC程序及PLC监控软件的方法及系统，该系统包括硬件系统和软件系统。软件系统，使用QT/Embedded开发人机交互界面，采用PID控制算法，构建对参数进行多路调节的控制器，够针对不同的数字量和模拟量相关的信号进行有效的调节，实现被控对象快速达到稳态，准确调节参数；硬件系统包括储存模块、通讯模块、外围功能模块、电源模块、控制模块、信号转换模块、虚拟数字量输出模块、虚拟数字量输入模块、虚拟模拟量输出模块、虚拟模拟量输入模块。所述的测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统能够准确的模拟PLC运行的环境变化而引起传感器的测量值的变化，提供准确的、直观的测试结果。

Description

一种测试PLC程序及PLC监控软件的方法及系统

技术领域

本发明涉及PLC、程序测试、系统调试技术领域，尤其涉及一种模拟PLC现场运行环境来测试PLC程序及其监控软件的方法及系统。

背景技术

可编程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是集计算机技术、电子技术、通讯技术和精良工艺制造技术为一体的先进控制装置。作为自动化装备核心的部件，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、机械、汽车、环保等各个行业。目前，许多行业利用PLC作为下位机和现场各种仪器相连，安装监控软件的计算机作为上位机，通过MPI、PROFIBUS、OPC等通讯方式使上位机和下位机连接，对现场进行数据采集、处理、监督及控制。例如，环保行业的污水处理控制系统、机械行业的数控系统远程监控系统。PLC程序和监控软件设计完成后，虽然可以利用一些专业的软件进行仿真调试，但测试的功能少，且不够准确，需要真正的硬件进行测试。如果等待现场所有与PLC连接的传感器和执行机构安装完成后，进行调试，会严重影响软件设计工程的进度，工作效率低下，且一些系统运行的条件不会满足，例如温度在一天内不会超过50℃的变化范围，因此不能够真正测试PLC程序和监控软件的设计功能。基于以上原因，设计一种用于模拟PLC现场运行环境来测试PLC程序及其监控软件的方法及系统，解决测试效率低下及测试不准确等问题，大幅提高监控软件的设计效率和减少程序的出错率。

发明内容

本发明提供一种用于模拟PLC现场运行环境来测试PLC程序及其监控软件的方法及系统，是对基于PLC监测控制系统运行前调试的系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种测试PLC程序及PLC监控软件的系统，包括硬件系统和软件系统。所述的软件系统，使用QT/Embedded开发人机交互界面，采用PID控制算法，构建对参数进行多路调节的控制器，具备界面友好、操作简单的特点。软件系统能够针对不同的数字量和模拟量相关的信号进行调节，实现被控对象快速达到稳态，准确调节参数；所述的硬件系统包括储存模块、通讯模块、外围功能模块、电源模块、控制模块、信号转换模块、虚拟数字量输出模块、虚拟数字量输入模块、虚拟模拟量输出模块和虚拟模拟量输入模块。储存模块、通讯模块、外围功能模块和电源模块均与控制模块连接，虚拟数字量输出模块、虚拟数字量输入模块、虚拟模拟量输出模块和虚拟模拟量输入模块均与信号转换模块连接，控制模块与信号转换模块之间连接。

控制模块通过运行嵌入式ARM板的LINUX系统和用户软件，控制整个系统输入输出的信号，并对接收PLC发出的信号进行处理，然后反馈给虚拟数字量输出模块或虚拟模拟量输出模块，改变输出。控制模块由基于ARM926EJ内核的S3C2416处理器等组成，外接Flash储存器、SDRAM存储器、串口、网络接口、USB HOST、RTC时钟、GPIO接口。

外围功能模块：显示用户程序的交互界面，输入设定PLC运行的环境。由LCD触摸屏、4×4输入键盘等组成。

虚拟数字量输出模块：模拟连接工业现场的标准开关和两线接近开关(BERO)输出量，提供虚拟的、PLC能够识别的、具有源输入方式的数字量信号。输出点数为16，分为8点直流输出，设置PLC接收的24V或48V的电压；另外8点为交流输出，设置PLC接收120V或230V。设置量的大小，根据实际需求调节。

虚拟数字量输入模块：接受PLC数字量输出模块发出的信号，信号的形式有继电器触点输出、直流晶体管输出和双向晶闸管三种类型，经过信号模块处理转换为ARM板内部能够处理的信号，传送给控制模块进行处理。输入点为16，其中8点为直流输入，8点交流输入。

虚拟模拟量输出模块：模拟连接PLC的电压和电流传感器、热电耦和热敏电阻发出的输出量信号，传递给PLC的模拟量输入模块。其模拟传感器输出的电压或电流信号，受控制模块控制，能够根据真实PLC的应用环境连续变化。输出点为16，其中8点为电压输出，设置PLC模拟量输入模块接收的0-10V的电压；另外8点为电流输出，设置PLC模拟量输入模块接收的4-20mAV的电流。

电源模块为接入的220V电压，经过不同电路的变换，分别为控制模块、虚拟数字量输出模块、虚拟数字量输入模块、虚拟模拟量输出模块和虚拟模拟量输入模块进行供电。

所述的一种PLC程序及PLC监控软件的测试的方法：

步骤1、PLC程序及PLC监控软件的测试系统开机后，进入Linux系统，自动启动测试程序，进入用户软件交互界面。

步骤2、根据PLC的运行环境，用户在用户软件交互界面中设置数字量、模拟量的输入输出，设置量能够在系统运行期间实时更改输出量，控制模块进行计算，向虚拟数字量输出模块和虚拟模拟量输出模块下发数据。

步骤3、虚拟数字量输出模块和虚拟模拟量输出模块与要测试程序的PLC接口相连，向PLC输出对应的、变化的电流值或电压值。

步骤4、要测的PLC监控软件通过连接协议与PLC相连，根据数字量、模拟量的输入，测试PLC监控软件的监测功能。

步骤5、虚拟数字量输入模块和虚拟模拟量输入模块与要测试程序的PLC相应接口相连，该系统接受PLC输出的模拟量或数字量信号，信号调理后送入控制模块，进行数据处理和转换，最后在LED触摸屏上显示的信息。

步骤6、根据在LED触摸屏上显示的PLC输入输出的信息，分别与PLC程序的设计要求及PLC监控软件发出的控制信息进行比较，测试PLC程序及PLC监控软件的控制功能是否达到设计要求。

与现有技术相比较，本发明具有如下优点和积极效果。

所述的测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统能够准确的模拟PLC运行的环境变化而引起传感器的测量值的变化；所述的测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统可以提供准确的、直观的测试结果；所述的测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统可同时有16个数字量输出和16个模拟量输出，并可外接扩展输出模块，大大提高测试效率和测试的元器件；所述的测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统能够对传感器进行测试。

附图说明

图1是本发明所述一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的装置总体结构图。

图2是本发明所述一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的电源框架图。

图3是本发明所述一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的虚拟数字量输出模块结构图。

图4是本发明所述一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的虚拟数字量输入模块结构图。

图5是本发明所述一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的虚拟模拟量输出模块结构图。

图6是本发明所述一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的虚拟模拟量输入模块结构图。

图7是本发明所述一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的测试连接图。

图8是本发明所述一种PLC程序及PLC监控软件的测试的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

所述一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的装置总体结构图说明：

该系统总体结构图如图1所示。包括：储存模块、通讯模块、外围功能模块、电源模块、控制模块、信号转换模块、虚拟数字量输出模块、虚拟数字量输入模块、虚拟模拟量输出模块、虚拟模拟量输入模块。

其中，储存模块：具备SDRAM程序储存器和FLASH数据存储器。

通讯模块：具备串行通行接口和用来进行芯片内部测试的JTAG接口。

外围功能模块：具备LCD触摸屏显示功能、4×4输入键盘输入功能。

电源模块：电源模块框架图，如图2所示，整个系统提供能源动力系统接入220V电压，经过不同电路的变换，分成控制模块供给电源(电源模块1)、虚拟数字量输出模块电源(电源模块2)、虚拟模拟量输出模块电源(电源模块3)和其他电路电源(电源模块4)。

控制模块：运行嵌入式ARM板的LINUX系统和用户软件，控制整个系统输入输出的信号，并对接收PLC发出的信号进行处理，反馈给虚拟数字量输出模块或虚拟模拟量输出模块，改变输出。控制模块由基于ARM926EJ内核的S3C2416处理器等组成，外接储存模块、通讯模块和外围设备模块。

信号转换模块：将控制模块发送的数字信号转换为数字量信号或模拟量信号送达虚拟数字量输出模块或虚拟模拟量输出模块。将模拟量信号送达虚拟数字量输入模块的数字量信号或虚拟模拟量输入模块的模拟量信号转变为数字信号送达控制模块。

虚拟数字量输出模块：其结构如图3所示，信号转换模块发出的信号，首先到达信号滤波电路滤波处理后，然后经过信号编码电路进行编码，最后达到主控电路。由主控电路控制24/48V电压直流输出电路和120/230V电压交流输出电路，两者又分别拥有8个输出端子，每个端子的输出值可不同，由用户在软件中设置。两者的电源由主控电路控制的电源模块2供给。用于模拟工业现场的标准开关和两线接近开关发出的信号。

虚拟数字量输入模块：其结构如图4所示，测试的PLC数字量输出接口根据电源形式选择与虚拟数字量输入模块的电压量转换电路或电流量转换电路的输入端子相连，每个电路分别有8个输入端子，输入端子的接口可扩展。不同形式的数字量信号经过多路转换器，然后通过信号调理电路进行处理，最后数字量信号输出到信号转换模块。其输入的数字量信号，最终在显示屏上通过图标的点亮显示，列如电机工作、开关闭合、电磁阀等。

虚拟模拟量输出模块：其结构如图5所示，信号转换模块发出的信号，首先到达信号滤波电路滤波处理后，然后经过信号编码电路进行编码，最后达到主控电路。由主控电路控制4-20mA输出电路和0-10V输出电路，两者又分别拥有8个输出端子，每个端子的输出值可不同，用来模仿不同类型传感器的测量值，由用户在软件中设置。两者的电源由主控电路控制的电源模块3供给。用于模拟连接PLC的电压和电流传感器、热电偶、电阻和热电阻。

虚拟模拟量输入模块：其结构如图6所示，测试的PLC数字量输出接口或测试的传感器、仪表仪器接口根据电源形式选择与虚拟模拟量输入模块的A/D电压量转换电路或A/D电流量转换电路的输入端子相连，每个电路分别有8个输入端子，输入端子的接口可扩展。不同形式的模拟量信号分别经过0-10V电压量转换电路或4-20mA电流量转换电路进行处理，到达多路转换器，然后通过信号调理电路进行处理，最后模拟量信号输出到信号转换模块。其输入的模拟量信号，最终在显示屏上显示电压值或电流值。

一种测试PLC程序和PLC监控软件的方法及系统的测试连接图说明：

所述的测试系统及设备连接如图7所示，说明如下：所述测试的PLC程序下载至工程所需对应型号的PLC中，利用通讯协议将安装有PLC监控软件的PC与PLC相连，实现通讯；所述测试系统的虚拟数字量输出模块与PLC的数字量输入(DI)连接；所述测试系统的虚拟数字量输入模块与PLC的数字量输出(DO)连接；所述测试系统的虚拟模拟量输出模块与PLC的模拟量输入(AI)连接；所述测试系统的虚拟模拟量输出模块与PLC的模拟量输入模块(AO)连接。测试传感器和仪器仪表时以相同的方式进行连接；所述测试系统的数字量和模拟量输出的值，由用户在该系统软件上进行设置；所述测试系统的数字量和模拟量输入的信号，会在显示屏上进行显示；所述测试系统外接220V交流电。

一种PLC程序及PLC监控软件的测试的方法的流程图说明：

测试流程如图8所示，说明如下：

步骤1、按照所述测试系统的测试连接方式将设备连接好，PLC程序及PLC监控软件的测试系统开机，进入Linux系统，自动启动测试程序，进入用户软件交互界面。

步骤2、用户根据PLC的运行的工业环境进行设置数字量、模拟量的输入输出，其设置量可在系统运行期间实时更改输出量，控制模块进行计算，向虚拟数字量输出模块和虚拟模拟量输出模块下发数据。

步骤3、虚拟数字量输出模块和虚拟模拟量输出模块与要测试程序的PLC相应接口相连，向PLC输出对应的、变化的电流值或电压值，模拟电子元器件的工作状态。

步骤4、要测的PLC监控软件通过相应的连接协议与PLC相连，根据数字量、模拟量的输入，测试PLC监控软件的监测功能。

步骤5、虚拟数字量输入模块和虚拟模拟量输入模块与要测试程序的PLC相应接口相连，该系统接受PLC输出的模拟量或数字量信号，信号调理后送入控制模块，进行数据处理和转换，最后在LED触摸屏上显示相应的信息。

步骤6、根据该系统显示的PLC输入输出的相应信息分别与PLC程序的设计要求及PLC监控软件发出的控制信息进行比较，测试PLC程序及PLC监控软件的控制功能是否达到设计要求。

Claims (8)

1.一种测试PLC程序及PLC监控软件的系统，其特征在于：包括硬件系统和软件系统；所述的软件系统，使用QT/Embedded开发人机交互界面，采用PID控制算法，构建对参数进行多路调节的控制器，具备界面友好、操作简单的特点；软件系统能够针对不同的数字量和模拟量相关的信号进行调节，实现被控对象快速达到稳态，准确调节参数；所述的硬件系统包括储存模块、通讯模块、外围功能模块、电源模块、控制模块、信号转换模块、虚拟数字量输出模块、虚拟数字量输入模块、虚拟模拟量输出模块和虚拟模拟量输入模块；储存模块、通讯模块、外围功能模块和电源模块均与控制模块连接，虚拟数字量输出模块、虚拟数字量输入模块、虚拟模拟量输出模块和虚拟模拟量输入模块均与信号转换模块连接，控制模块与信号转换模块之间连接。

2.根据权利要求1所述的一种测试PLC程序及PLC监控软件的系统，其特征在于：控制模块通过运行嵌入式ARM板的LINUX系统和用户软件，控制整个系统输入输出的信号，并对接收PLC发出的信号进行处理，然后反馈给虚拟数字量输出模块或虚拟模拟量输出模块，改变输出；控制模块由基于ARM926EJ内核的S3C2416处理器等组成，外接Flash储存器、SDRAM存储器、串口、网络接口、USB HOST、RTC时钟、GPIO接口。

3.根据权利要求1所述的一种测试PLC程序及PLC监控软件的系统，其特征在于：外围功能模块：显示用户程序的交互界面，输入设定PLC运行的环境；由LCD触摸屏、4×4输入键盘组成。

4.根据权利要求1所述的一种测试PLC程序及PLC监控软件的系统，其特征在于：虚拟数字量输出模块：模拟连接工业现场的标准开关和两线接近开关(BERO)输出量，提供虚拟的、PLC能够识别的、具有源输入方式的数字量信号；输出点数为16，分为8点直流输出，设置PLC接收的24V或48V的电压；另外8点为交流输出，设置PLC接收120V或230V；设置量的大小，根据实际需求调节。

5.根据权利要求1所述的一种测试PLC程序及PLC监控软件的系统，其特征在于：虚拟数字量输入模块：接受PLC数字量输出模块发出的信号，信号的形式有继电器触点输出、直流晶体管输出和双向晶闸管三种类型，经过信号模块处理转换为ARM板内部能够处理的信号，传送给控制模块进行处理；输入点为16，其中8点为直流输入，8点交流输入。

6.根据权利要求1所述的一种测试PLC程序及PLC监控软件的系统，其特征在于：虚拟模拟量输出模块：模拟连接PLC的电压和电流传感器、热电耦和热敏电阻发出的输出量信号，传递给PLC的模拟量输入模块；其模拟传感器输出的电压或电流信号，受控制模块控制，能够根据真实PLC的应用环境连续变化；输出点为16，其中8点为电压输出，设置PLC模拟量输入模块接收的0-10V的电压；另外8点为电流输出，设置PLC模拟量输入模块接收的4-20mAV的电流。

7.根据权利要求1所述的一种测试PLC程序及PLC监控软件的系统，其特征在于：电源模块为接入的220V电压，经过不同电路的变换，分别为控制模块、虚拟数字量输出模块、虚拟数字量输入模块、虚拟模拟量输出模块和虚拟模拟量输入模块进行供电。

8.利用权利要求1所述进行的测试的方法：其特征在于，该方法的实现过程如下：

步骤1、PLC程序及PLC监控软件的测试系统开机后，进入Linux系统，自动启动测试程序，进入用户软件交互界面；

步骤2、根据PLC的运行环境，用户在用户软件交互界面中设置数字量、模拟量的输入输出，设置量能够在系统运行期间实时更改输出量，控制模块进行计算，向虚拟数字量输出模块和虚拟模拟量输出模块下发数据；

步骤3、虚拟数字量输出模块和虚拟模拟量输出模块与要测试程序的PLC接口相连，向PLC输出对应的、变化的电流值或电压值；

步骤4、要测的PLC监控软件通过连接协议与PLC相连，根据数字量、模拟量的输入，测试PLC监控软件的监测功能；

步骤5、虚拟数字量输入模块和虚拟模拟量输入模块与要测试程序的PLC相应接口相连，该系统接受PLC输出的模拟量或数字量信号，信号调理后送入控制模块，进行数据处理和转换，最后在LED触摸屏上显示的信息；

步骤6、根据在LED触摸屏上显示的PLC输入输出的信息，分别与PLC程序的设计要求及PLC监控软件发出的控制信息进行比较，测试PLC程序及PLC监控软件的控制功能是否达到设计要求。