CN112162921B - 一种工业自动化测试与控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业自动化测试与控制系统，包括系统内核处理装置和系统功能管理装置；所述系统内核处理装置被配置为：脚本文件加载模块、测试脚本解析模块、测试脚本执行模块、测试数据管理模块；所述系统功能管理装置被配置为：上层平台模块、检测数据模块、扩展函数模块。本发明实施例提供的工业自动化测试与控制系统，不仅通用于各类被测产品，而且能够降低操作难度和测试开发成本。

Description

一种工业自动化测试与控制系统

技术领域

本发明涉及工业测试技术领域，尤其是涉及一种工业自动化测试与控制系统。

背景技术

现有的工业自动化测试与控制系统，绝大部分都是依赖于美国NationalInstrument的Labview或者是CVI等工具，又或者是通过使用Visual Studio编写大量的函数库，以此按照项目生成EXE程序给到客户使用。经实践和研究发现，现有的工业自动化测试方案至少存在以下问题：

1、版权导致的使用成本问题以及调试便利性问题：无论是上述哪种工具，开发软件本身都需要较高的License费用。高配版本的软件成本，从几万到十几万都有。因而一般不会为生产设备安装开发软件套件，导致现场编译调试困难。现行常用做法是工程师带着自己的电脑在现场编译，在调试通过后再部署到生产用的电脑上。然而有些项目，可能需要在工业电脑内部的PCI或者其他特定的硬件资源，这种情况使得工程师不得不在生产设备的电脑上安装部署开发平台，调试结束又再删除，这些都是现有编程平台的缺点。

2、对编程人员要求高：实际上，自动化测试与控制系统，要求编程和调试人员往往对硬件的熟悉程度较高。以测量一些mV甚至μV级别电压为例，硬件的难度绝对大于软件的难度，测试系统设计的工程师，关注点侧重于测试逻辑和测试应用上，如测试过程降噪、开关噪声、测试布线噪声……。然而，无论是Labview或者是Visual Studio类的编程软件，他们都是“面向软件编程人员”而发明的编程工具。因此，要么要求软件工程师懂硬件，要么要求软件工程师配备硬件工程师来实施项目，这种情况下项目的编程成本较高，尤其近几年来，这方面的编程人员往往很难培养。

3、新扩展功能或者增加函数库较为麻烦：因为生产控制系统跟生产设备硬件息息相关，属于定制设备，一般不具备OTA功能。因此，用户在现场需要新增功能时，往往需要重新编译和发布整个控制软件。

发明内容

针对于上述技术问题，本发明提供了一种工业自动化测试与控制系统，通用于各类被测产品，能够降低操作难度和测试开发成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种工业自动化测试与控制系统，包括系统内核处理装置和系统功能管理装置；

所述系统内核处理装置，其被配置为，至少包括：

脚本文件加载模块，用于根据用户输入的脚本加载指令，从预设的脚本数据库中调用与被测产品对应的测试脚本；

测试脚本解析模块，用于对所述测试脚本进行解析脚本操作，其中，所述解析脚本操作至少包括词法分析、语法分析和生成可执行的语法树；

测试脚本执行模块，用于遍历所述语法树以执行所述测试脚本；

测试数据管理模块，用于收集和储存测试数据，所述测试数据至少包括测试时间、被测产品序列号、测试参数、测试阈值配置、测试过程信息和数据、测试结果，并根据所述测试数据生成测试报告；

所述系统功能管理装置，其被配置为，至少包括：

上层平台模块，用于提供人机交的可视化界面，并用于显示检测数据、系统设置、脚本编辑及管理、测试启动管理；

检测数据模块，用于管理系统的数据库和文件，进行测控运行数据及测控配置数据的读写操作；

扩展函数模块，用于管理系统函数和应用函数，并基于所述系统内核处理装置提供的基类函数，调用扩展的功能函数，其中，所述功能函数至少包括仪器驱动函数、系统功能函数。

在本发明的其中一种实施例中，所述测试脚本解析模块，还用于验证所述测试脚本语法和词法的合法性；

若在测试过程中出现语法和/或词法的异常，则通过报告给出错误提示。

在本发明的其中一种实施例中，所述测试脚本执行模块，还用于在执行所述测试脚本过程中，若发现异常则转入异常处理函数；其中，所述异常处理函数包括用户自定义异常处理函数和通用异常处理函数，所述用户自定义异常处理函数的优先级高于所述通用异常处理函数的优先级。

在本发明的其中一种实施例中，所述功能函数是所述系统内核处理装置提供的ScriptFunction基类函数的派生类函数。

在本发明的其中一种实施例中，所述可视化界面至少用于显示主菜单、通用信息、测试信息、测试界面、自动测试信息。

在本发明的其中一种实施例中，所述上层平台模块，在测试过程中操作配置自动测试、测试间隔时间以及测试单元的数量；

被测产品的测试参数设置在对应的所述测试单元中，所述测试单元的界面显示内容至少可以包括：单元名称、产品序列号、开始测试虚拟按钮、测试过程信息、测试结果信息、测试单元所运行的脚本名称、测试记录。

在本发明的其中一种实施例中，所述工业自动化测试与控制系统通过CELL机制进行多线程功能配置，供测试人员配置需要的CELL数量决定线程的数量，其中，各个CELL运行同一测试脚本或各自运行不同的测试脚本。

相比于现有技术，本发明实施例提供一种工业自动化测试与控制系统，至少具有如下有益效果：

(1)通过将核心的系统内核与使用功能剥离分开，系统内核处理装置包含语言解析器、执行器、以及各个功能函数的基类。能够使得绝大部分的测试项目都不需要修改内核，用户仅需要直接复制到测试自动化的电脑上解压缩即可使用，对用户使用基本上为0成本。

(2)本发明实施例的工业自动化测试与控制系统的编程继承自C语言规范，语法主要参考C语言，这不仅可以缩短开发人员的学习时间，降低学习成本，而且使得测试脚本只需要定义产品测试逻辑和数据处理逻辑，不需要开发显示界面和验证扩展功能，使开发人员能更专注于工业设备的控制逻辑，降低编程难度。

(3)系统通过将控制代码与其他功能函数分开的架构(特殊的算法、仪器驱动通过ScriptFunction的方式封装成功能函数调用)，能够使得用户在不需要增加特别功能函数的情况下，可以查看到完整的控制和运行代码的。用户可以通过查看代码非常容易理解控制过程，对设备运行过程审核或者是将来做工程变更都很容易。当然可以理解的，考虑到生产线需要权限管理，仅有设备管理员才可以修改和查看源代码，所以本发明的系统也集成了权限管理功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的工业自动化测试与控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中的工业自动化测试与控制系统的脚本示例图；

图3是本发明实施例中的工业自动化测试与控制系统的用户界面图；

图4是本发明实施例中的工业自动化测试与控制系统的上层平台示例图；

图5是本发明实施例中的工业自动化测试与控制系统的扩展函数原理图；

图6a～6c展示了本发明实施例中的单线程的运行情况示例图；

图7是本发明实施例中的工业自动化测试与控制系统的扩展函数原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明为了解决版权导致的使用成本问题以及调试便利性问题，在其中一种实施例中，提供了一种工业自动化测试与控制系统，将核心内核与使用功能剥离分开，内核含语言解析器、执行器、以及各个功能函数的基类，使得绝大部分项目都不需要修改内核，所以用户仅需要直接复制到测试自动化的电脑上解压缩即可使用，对用户使用基本上为0成本。请参见图1，系统包括系统内核处理装置和系统功能管理装置；

所述系统内核处理装置，作为最重要的技术核心，内核的主要功能包含加载脚本、解析脚本、执行脚本、处理测试数据、返回数据和信息、扩展函数调用与处理。同时，所有扩展函数的基类都来自于内核，则所述系统内核处理装置被配置为，至少包括：

脚本文件加载模块，用于根据用户输入的脚本加载指令，从预设的脚本数据库中调用与被测产品对应的测试脚本；

测试脚本解析模块，用于对所述测试脚本进行解析脚本操作，其中，所述解析脚本操作至少包括词法分析、语法分析和生成可执行的语法树；

测试脚本执行模块，用于遍历所述语法树以执行所述测试脚本；

测试数据管理模块，用于收集和储存测试数据，所述测试数据至少包括测试时间、被测产品序列号、测试参数、测试阈值配置、测试过程信息和数据、测试结果，并根据所述测试数据生成测试报告；

所述系统功能管理装置，其被配置为，至少包括：

上层平台模块，用于提供人机交的可视化界面，并用于显示检测数据、系统设置、脚本编辑及管理、测试启动管理；所述上层平台模块主要是充当人机交互的功能。它包括：界面交互及其数据存储功能，界面交互包含检测数据的显示、系统设置、脚本编辑及管理、测试启动管理等。为了保障软件运行到不同的项目，平台支持多线程独立运行。

检测数据模块，用于管理系统的数据库和文件，进行测控运行数据及测控配置数据的读写操作；

扩展函数模块，用于管理系统函数和应用函数，并基于所述系统内核处理装置提供的基类函数，调用扩展的功能函数，其中，所述功能函数至少包括仪器驱动函数、系统功能函数，在本实施例中，所有功能函数全部由扩展函数来实现，扩展函数又包含4.1仪器驱动、控制指令集合和4.2系统内置的基本功能函数。其中，4.1仪器驱动是指如万用表、PLC、RS232、虚拟仪器相关的接口等功能的函数；4.2系统内置的基本功能函数包含如文件读写、基本运算等函数。

在本发明的其中一种实施例中，所述功能函数是所述系统内核处理装置提供的ScriptFunction基类函数的派生类函数。为了实现前面提到新扩展功能或者增加函数库的便利性，如图设计将系统的功能函数直接作为的独立模块列出来，同时它又是继承自内核中的基类函数，所以当用户将扩展函数生成的动态链接库加载到系统平台时就能自动识别。

在本实施例中，为了避免对编程人员的要过高的问题，考虑到大多数硬件开发人员都掌握有C语言编程技能，设计将系统的编程风格继承自C语言规范，语法参考C语言，如图2所示，这样不仅可以缩短开发人员的学习时间，降低学习成本，而且使得脚本只需要定义产品测试逻辑和数据处理逻辑，不需要开发显示界面和验证扩展功能，使开发人员能更专注于工业设备的控制逻辑，降低编程难度。

在本实施例中，为了解决代码重复利用率低的问题，工业自动化测试与控制系统自带大量的函数。除了基本函数如字符串函数、基本运算函数和一些图形图像函数、文件处理函数、数据库处理函数以外，还包含了多种仪器驱动的函数(如串口通讯、虚拟仪器通讯函数等)，测试结果判定函数甚至某些特殊算法函数。经过几年以来数个项目使用研制，且发布前也经过大量测试，用户可以直接在脚本中使用，达到了节约用户大量开发时间的作用。

此外，由于传统的编程方式，因为诸多原因，发布的是EXE程序，用户审核测试内容或者未来工程变更很困难，当原有设备厂商无法支持时，甚至需要重写控制系统，相比于现有技术，本实施例比较创新的是将控制代码与其他功能函数分开的架构(特殊的算法、仪器驱动通过ScriptFunction的方式封装成功能函数调用)。这样用户在不需要增加特别功能函数的情况下，可以查看到完整的控制和运行代码的，用户可以通过查看代码非常容易理解控制过程，对设备运行过程审核或者是将来做工程变更都很容易，从而解决了用户不易获得源代码的问题。当然，考虑到生产线需要权限管理，仅有设备管理员才可以修改和查看源代码，所以FTStudio也集成了权限管理功能。

在本实施例中，新扩展功能或者增加函数库也是本发明系统的亮点。考虑到自动化设备控制软件一般是无法通过OTA(在线升级功能。消费产品因为用户量大，一般都专门开发在线升级服务器和相关功能来解决升级问题)实现，所以创新的运用了从基类ScriptFunction实例化新函数的作法，并在内核中设计了这种扩展功能，让用户参考样例即可增加新函数，无需编译整个平台。如4所示，新功能函数在上层平台(用户界面)上直接导入即可。

本实施例利用独特的架构，将内核、上层平台(用户界面)与扩展函数，及其控制逻辑独立开来。用户基于脚本编辑器进行其所需的控制程序设计，系统提供在运行时再进行即时性编译解析。既可以达到代码安全，同时控制逻辑(运行脚本)对用户完全可见，有效解决传统软件的几大痛点。

系统平台本身提供大量功能函数：集成的各种常用仪器函数和基本功能函数，让用户避免了大量驱动编写和验证的工作，既提高了开发速度，也让用户控制程序更加稳定。利用内核提供虚基类的功能函数，所有扩展函数均继承自该基类。FTStudio平台利用类型识别技术，让平台自动识别新扩展类，从而可以自动在编译器与解析器中调用新扩展的功能函数，从而有了理论上“无限”扩展功能函数的功能。

请参见图6a～6c，在本发明的其中一种实施例中，所述工业自动化测试与控制系统通过CELL机制进行多线程功能配置，供测试人员配置需要的CELL数量决定线程的数量，本实施例无需编程即实现多线程控制模式的控制方法：自动化中多线程一直是编程的难点和重点。系统的多线程功能通过CELL(运行单元)机制实现，让多线程变得非常方便。用户可以直接配置出需要的CELL(运行单元)数量来决定线程的数量。各个运行单元可以运行同一个脚本，也可以运行不同脚本。

在本发明中，适用于工业自动化测试与控制系统的用户程序的运行流程如图7所示，在开始测试时，打开主界面，主界面至少用于显示主菜单、通用信息、测试信息、测试界面、自动测试信息；通过主界面上操作配置自动测试、测试间隔时间、测试单元数量(多任务)；被测产品的测试参数在对应测试单元中，该测试单元的界面显示内容至少可以包括：单元名称、产品序列号、开始测试虚拟按钮、测试过程信息、测试结果信息、测试单元所运行的脚本名称、测试记录等；在测试之前，根据被测产品从预设数据库中选择对应的测试脚本并进行适应性编辑，如何将编辑好的脚本导入测试单元中，本发明实施例自创语法分析和解析器，类C语言编程风格，让学习成本低，且系统自带用户权限控制，仅管理员可以选择和修改脚本。

所述测试脚本解析模块，还用于验证所述测试脚本语法和词法的合法性；若在测试过程中出现语法和/或词法的异常，则通过报告给出错误提示。每次运行时，即时解析脚本：首先进行“词法分析”，然后再进行“语法分析”，从而生成可执行的“语法树”；如果发现语法或者词法错误，会及时提出报警，让编程调试人员或者设备使用人员及时发现异常。

在本发明的其中一种实施例中，所述测试脚本执行模块，还用于在执行所述测试脚本过程中，若发现异常则转入异常处理函数；其中，所述异常处理函数包括用户自定义异常处理函数和通用异常处理函数，所述用户自定义异常处理函数的优先级高于所述通用异常处理函数的优先级。

在本发明的其中一种实施例中，所述可视化界面至少用于显示主菜单、通用信息、测试信息、测试界面、自动测试信息。

在本发明的其中一种实施例中，所述上层平台模块，在测试过程中操作配置自动测试、测试间隔时间以及测试单元的数量；

被测产品的测试参数设置在对应的所述测试单元中，所述测试单元的界面显示内容至少可以包括：单元名称、产品序列号、开始测试虚拟按钮、测试过程信息、测试结果信息、测试单元所运行的脚本名称、测试记录。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种工业自动化测试与控制系统，其特征在于，包括系统内核处理装置和系统功能管理装置；

所述系统内核处理装置，其被配置为，包括：

脚本文件加载模块，用于根据用户输入的脚本加载指令，从预设的脚本数据库中调用与被测产品对应的测试脚本；

测试脚本解析模块，用于对所述测试脚本进行解析脚本操作，其中，所述解析脚本操作包括词法分析、语法分析和生成可执行的语法树；所述测试脚本解析模块，还用于验证所述测试脚本语法和词法的合法性；若在测试过程中出现语法和/或词法的异常，则通过报告给出错误提示；

测试脚本执行模块，用于遍历所述语法树以执行所述测试脚本，还用于在执行所述测试脚本过程中，若发现异常则转入异常处理函数；

测试数据管理模块，用于收集和储存测试数据，所述测试数据包括测试时间、被测产品序列号、测试参数、测试阈值配置、测试过程信息和数据、测试结果，并根据所述测试数据生成测试报告；

所述系统功能管理装置，其被配置为，包括：

上层平台模块，用于提供人机交的可视化界面，并用于显示检测数据、系统设置、脚本编辑及管理、测试启动管理；

检测数据模块，用于管理系统的数据库和文件，进行测控运行数据及测控配置数据的读写操作；

扩展函数模块，用于管理系统函数和应用函数，并基于所述系统内核处理装置提供的基类函数，调用扩展的功能函数，所述扩展的功能函数均继承自所述基类函数；其中，所述功能函数包括仪器驱动函数、系统功能函数。

2.如权利要求1所述的工业自动化测试与控制系统，其特征在于，所述异常处理函数包括用户自定义异常处理函数和通用异常处理函数，所述用户自定义异常处理函数的优先级高于所述通用异常处理函数的优先级。

3.如权利要求1所述的工业自动化测试与控制系统，其特征在于，所述功能函数是所述系统内核处理装置提供的ScriptFunction基类函数的派生类函数。

4.如权利要求1所述的工业自动化测试与控制系统，其特征在于，所述可视化界面用于显示主菜单、通用信息、测试信息、测试界面、自动测试信息。

5.如权利要求1所述的工业自动化测试与控制系统，其特征在于，所述上层平台模块，在测试过程中操作配置自动测试、测试间隔时间以及测试单元的数量；

被测产品的测试参数设置在对应的所述测试单元中，所述测试单元的界面显示内容包括：单元名称、产品序列号、开始测试虚拟按钮、测试过程信息、测试结果信息、测试单元所运行的脚本名称、测试记录。

6.如权利要求1所述的工业自动化测试与控制系统，其特征在于，所述工业自动化测试与控制系统通过CELL机制进行多线程功能配置，供测试人员配置需要的CELL数量决定线程的数量，其中，各个CELL运行同一测试脚本或各自运行不同的测试脚本。