CN112988533A - 安全保护测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安全保护测试系统及方法，安全保护测试系统包括：终端计算机用于接收用户的第一输入，并基于所述第一输入生成控制指令；实时处理器的收发端与所述终端计算器的收发端电连接，用于接收所述控制指令，基于所述控制指令生成超限仿真数据；待测控制器的收发端与实时处理器的收发端电连接，仿真被控元件的收发端与待测控制器的收发端电连接，待测控制器用于基于超限仿真数据，控制仿真被控元件进行仿真。本发明提供的安全保护测试系统及方法，通过将待测控制器和仿真被控元件通过实时处理器与终端计算机相连，能够提升测试的准确性，提高测试安全性，提高测试效率。

Description

安全保护测试系统及方法

技术领域

本发明涉及工控安全技术领域，尤其涉及一种安全保护测试系统及方法。

背景技术

对于作业机械，比如起重机，必须设置系统位置保护、力矩限制保护、超起安全保护以及塔臂安全保护等安全保护策略，通过安全保护策略来确保作业机械的作业安全，当这些安全保护策略被设计成功能模块时，需要被测试，来确保安全保护功能的可靠性。

目前对作业机械的安全保护功能的测试方法，往往是在调试工况下通过操作真实的作业机械违反安全保护条件，来验证待测控制器是否会成功触发相应的保护机制，而这种通过真实的作业机械来测试，可能存在危险，且可能对作业机械造成不可逆损坏的危险，存在安全风险。

发明内容

本发明提供一种安全保护测试系统，用以解决现有技术中通过真实的作业机械来测试，可能存在危险，且可能对作业机械造成不可逆损坏的危险，存在安全风险的缺陷，实现提升测试的准确性，提高测试安全性，提高测试效率。

本发明提供一种安全保护测试系统，所述安全保护测试系统包括：终端计算机，所述终端计算机用于接收用户的第一输入，并基于所述第一输入生成控制指令；实时处理器，所述实时处理器的收发端与所述终端计算器的收发端电连接，所述实时处理器用于接收所述控制指令，基于所述控制指令生成超限仿真数据；待测控制器和仿真被控元件，所述待测控制器的收发端与所述实时处理器的收发端电连接，所述仿真被控元件的收发端与所述待测控制器的收发端电连接，所述待测控制器用于基于所述超限仿真数据，控制仿真被控元件进行仿真。

根据本发明提供的一种安全保护测试系统，所述仿真被控元件包括：仿真传感器，所述仿真传感器的输出端与所述待测控制器的输入端电连接，所述仿真传感器用于模拟作业机械的实体传感器的电信号。

根据本发明提供的一种安全保护测试系统，所述仿真被控元件包括：仿真执行器，所述仿真执行器的输入端与所述待测控制器的输出端电连接，所述仿真执行器用于模拟作业机械的实体执行机构的电信号。

根据本发明提供的一种安全保护测试系统，所述终端计算机包括：模型开发模块，所述模型开发模块用于供用户搭建上车仿真模型；测试管理模块，所述测试管理模块用于供用户搭建测试界面。

根据本发明提供的一种安全保护测试系统，所述终端计算机包括：信号配置模块，所述信号配置模块用于供用户配置信号列表；测试用例库管理模块，所述测试用例库管理模块用于供用户根据安全保护文档，编写测试用例。

本发明还提供一种使用上述任一种所述的安全保护测试系统的安全保护测试方法，所述安全保护测试方法包括：接收用户的第一输入；响应于所述第一输入，确定测试用例信息；基于所述测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

根据本发明提供的一种安全保护测试方法，所述基于所述测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号，包括：若所述仿真被控元件进行仿真时安全保护未被触发，确认安全保护测试未通过；若所述仿真被控元件进行仿真时安全保护被触发，接收用户的第二输入；响应于所述第二输入，控制所述仿真被控元件进行超限仿真；若所述仿真被控元件进行超限仿真时安全保护未被解除，确认安全保护测试未通过。

一种使用上述任一种所述的安全保护测试系统的安全保护测试装置，所述安全保护测试装置包括：接收单元，用于接收用户的第一输入；确定单元，用于响应于所述第一输入，确定测试用例信息；生成单元，用于基于所述测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述安全保护测试方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述安全保护测试方法的步骤。

本发明提供的安全保护测试系统，通过将待测控制器和仿真被控元件通过实时处理器与终端计算机相连，能够以半实物仿真的方式对作业机械的安全保护功能进行测试，能够提升测试的准确性，提高测试安全性，提高测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的安全保护测试系统的结构示意图之一；

图2是本发明提供的安全保护测试方法的流程示意图；

图3是本发明提供的安全保护测试方法的程序框图；

图4是本发明提供的安全保护测试系统的结构示意图之二；

图5是本发明提供的安全保护测试装置的结构示意图；

图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。

附图标记：

10：终端计算机； 20：实时处理器； 30：待测控制器；

40：仿真传感器； 50：仿真执行器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

下面结合图1-图6描述本发明的安全保护测试系统及方法。

如图1所示，本发明实施例提供一种安全保护测试系统，该安全保护测试系统包括：终端计算机10、实时处理器20、待测控制器30和仿真被控元件。

值得一提的是，本发明实施例提供的安全保护测试系统可以为基于HIL(硬件在环)实验平台搭建的。

其中，终端计算机10用于接收用户的第一输入，并基于第一输入生成控制指令。

可以理解的是，终端计算机10可以具有显示器，显示器上可以显示出交互界面，用户能够在交互界面上进行输入，测试界面配置、仿真模型开发和运行、IO数据监控以及报告输出和管理都在终端计算机10上，用户可以直接通过终端计算机10来给出第一输入，终端计算机10能够根据第一输入，进行响应，生成控制指令。

终端计算机10并不进行复杂的仿真运算和模拟，只是进行简单的运算，以给出控制指令。

实时处理器20的收发端与终端计算器的收发端电连接，实时处理器20用于接收控制指令，基于控制指令生成超限仿真数据。

可以理解的是，实时处理器20可以用来处理复杂的逻辑运算，还可以实现系统各个模块之间的通信，能够在接收到终端计算机10给出的控制指令时，生成超限仿真数据，超限仿真数据可以为通过Simulink搭建的上车动作仿真模型生成的，可以用来模拟作业机械的动态工作过程，超限仿真数据中的对应作业机械的运行参数都超过了正常的运行参数值，从理论上来说，超限仿真数据违反了安全保护条件。

在终端计算机10中可以运行测试软件交互界面、Simulink仿真界面、系统配置软件界面以及信号映射软件界面，其中，用户可以在Simulink仿真界面中进行建模输入，从而使得实时处理器20能够生成超限仿真数据。

待测控制器30的收发端与实时处理器20的收发端电连接，仿真被控元件的收发端与待测控制器30的收发端电连接，待测控制器30用于基于超限仿真数据，控制仿真被控元件进行仿真。

可以理解的是，待测控制器30是作业机械的逻辑控制中心，在待测控制器30中加载了作业机械的控制程序，属于本发明实施例的安全保护测试系统的测试对象，此处待测控制器30是实体装置，并非仿真出来的虚拟模块，这样就能够模拟真实的作业机械运行场景，也就是能够让真实的待测控制器30运转起来，测试出待测控制器30中的程序是否能够正常运转，待测控制器30的控制程序中的安全保护机制是否能够被正常触发。

此处待测控制器30连接有仿真被控元件，仿真被控元件能够被待测控制器30驱动控制，仿真被控元件用于替代作业机械的真实作业机构，仿真被控元件可以为小型化的电气模块，该仿真被控元件中设置有模拟程序，能够模拟真实作业机构在实际作业时产生的电信号，仿真被控元件可以接收控制器的电信号，也可以向控制器反馈电信号，能够符合相对较为真实的作业机械运行场景。

此处采用仿真被控元件，相对于真实作业机构来说，更加小型化，能够避免直接用真实作业机构来测试所造成的危险事故，能够避免对作业机械造成不可逆的损坏。

值得注意的是，目前对作业机械的安全保护功能的测试方法，第一种是在调试工况下通过操作真实作业机械违反安全保护条件，来验证控制系统是否会成功触发相应的保护限制。其中一些测试方案，对于实车操作有危险，对车辆可能造成不可逆损坏，这部分策略的验证往往由开发工程师在代码中对保护条件中的变量强行赋值，使其违反安全限制，来测试保护功能是否实现。第二种是进行程序变量赋值法，这是完全仿真非实物的测试方法。这两种方法的安全功能验证不够全面。安全保护功能实车能测一部分，但是实车条件受限，不能全部测试，甚至被测的一部分也不能多次反复进行，并不足以证明其可靠性。另外一部分保护功能，虽然变量赋值法能测，但缺少实车完整的硬件架构，不能证明其装车以后能成功实现。

而且，对于第一种方案来说，因为测试需要违反安全保护条件，对人员和设备都存在事故风险。比如以起重机为例，极限变幅角度保护86.3°，主臂抬起到这个角度主钩基本就贴近臂身了，轻微操作失误很容易就把臂身砸变形，给设备带来损失。再比如超载125％保护强制解除功能验证或者主臂过伸保护功能验证，都存在一定的操作人员安全风险。

目前的测试方法，效率较低。比如对起重机来说，做一次过伸保护测试，可能需要完整的伸臂过程，而一次全伸臂就需要半个小时到一个小时。根据起重机安全库说明文档，其中的安全保护策略多达一百多条，全部测试的话效率相当低下。此外，对于不同工况下的验证，比如塔臂、副臂的安装和拆卸也是十分消耗人力和时间的，目前的测试方法不够高效。

本发明提供的安全保护测试系统，通过将待测控制器30和仿真被控元件通过实时处理器20与终端计算机10相连，能够以半实物仿真的方式对作业机械的安全保护功能进行测试，能够提升测试的准确性，提高测试安全性，提高测试效率。

如图1所示，在一些实施例中，仿真被控元件包括：仿真传感器40。

仿真传感器40的输出端与待测控制器30的输入端电连接，仿真传感器40用于模拟作业机械的实体传感器的电信号。

可以理解的是，仿真传感器40能够模拟作业机械上安装的真实传感器，比如可以为起重机主臂上的角度传感器，仿真传感器40能够模拟出来主臂的真实角度，并向待测控制器30进行反馈。

如图1所示，在一些实施例中，仿真被控元件包括：仿真执行器50。

仿真执行器50的输入端与待测控制器30的输出端电连接，仿真执行器50用于模拟作业机械的实体执行机构的电信号。

可以理解的是，仿真执行器50能够模拟作业机械上安装的真实执行机构，比如可以为起重机的超起卷扬，仿真执行器50能够模拟超起卷扬的真实收绳和放绳过程，并向待测控制器30反馈卷扬的剩余圈数。

在一些实施例中，终端计算机10包括：模型开发模块和测试管理模块。

其中，模型开发模块用于供用户搭建上车仿真模型。

需要说明的是，模型开发模块能够运行模型开发软件，能够给用户提供搭建上车仿真模型的模型开发界面，用户能够在模型开发界面上操作，以搭建上车仿真模型，上车仿真模型是一种动态仿真模型，能够模仿作业机械真实作业时的控制数据。

当然，如前所述，上车仿真模型实际上是实时处理器20中生成的，模型开发模块主要起到给出显示界面，接收用户输入指令的功能。

测试管理模块用于供用户搭建测试界面。

需要说明的是，测试管理模块能够供用户搭建测试界面，用户能够在终端计算机10上搭建出测试界面，当待测试的作业机械为起重机时，测试界面可以包括：手柄操作界面，包含右手柄使能和左右摆动功能；变幅角度显示，根据变幅角模型计算得到实时变幅角度；机柜供电控制，可以设置上电电压和电流限值；比例阀控制电流显示；程控电源控制模块，控制MCU和显示器上下电。

在一些实施例中，终端计算机10包括：信号配置模块和测试用例库管理模块。

信号配置模块用于供用户配置信号列表。

可以理解的是，信号配置模块能够供用户配置信号列表，可以将某条动作安全保护功能相关的输入信号变量配置为信号列表。

测试用例库管理模块用于供用户根据安全保护文档，编写测试用例。

可以理解的是，测试用例库管理模块可以预存有多个测试用例，测试用例与安全保护文档相对应，用户可以根据安全保护文档，从多个测试用例中选择，也可以按照安全保护文档的格式，自行编写测试用例，测试用例库管理模块能够接收用户的输入指令，形成测试用例。

如图2和图3所示，本发明实施例还提供一种安全保护测试方法，该安全保护测试方法包括：如下步骤210-步骤230。

步骤210、接收用户的第一输入。

可以理解的是，用户可以在终端计算机10的测试界面上选择相应公开，用户可以根据安全保护文档，编写测试用例，用户能够在终端计算机10上进行输入，也就是此处终端计算机10接收到第一输入。

步骤220、响应于第一输入，确定测试用例信息。

可以理解的是，终端计算机10能够在用户给出第一输入后，响应于第一输入，得到测试用例信息。

步骤230、基于测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

可以理解的是，当确定测试用例信息后，实时处理器20能够生成上车仿真模型，实时处理器20可以运行上车仿真模型，生成超限仿真数据，向待测控制器30发送超限仿真数据，待测控制器30能够根据超限仿真数据控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号，安全保护反馈信号能够表示出该作业机械的保护功能能否实现，如果能够实现，才是满足设计要求，如果不能实现，就需要告知开发工程师来修复漏洞，这就是完整的测试过程。

本发明提供的安全保护测试方法，通过将待测控制器30和仿真被控元件通过实时处理器20与终端计算机10相连，能够以半实物仿真的方式对作业机械的安全保护功能进行测试，能够提升测试的准确性，提高测试安全性，提高测试效率。

如图3所示，在一些实施例中，上述步骤230、基于测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号，包括：若仿真被控元件进行仿真时安全保护未被触发，确认安全保护测试未通过；若仿真被控元件进行仿真时安全保护被触发，接收用户的第二输入；响应于第二输入，控制仿真被控元件进行超限仿真；若仿真被控元件进行超限仿真时安全保护未被解除，确认安全保护测试未通过。

可以理解的是，由于向待测控制器30给出的是超限仿真数据，超限仿真数据本身就不符合安全作业要求，若仿真控制元件在仿真时未触发待测控制器30中的安全保护功能，说明待测控制器30的安全保护功能无法实现，则确认安全保护测试未通过。

若仿真控制元件在仿真时触发了待测控制器30中的安全保护功能，此时并不直接认为安全保护测试通过，对于那些可以强制解除的保护功能，可以接收用户的第二输入，并根据用户的第二输入打开强制解除钥匙或者超载开关，此时待测控制器30理论上就应该允许仿真被控元件进行超限运行，安全保护应当被解除。

若此时仿真被控元件进行超限仿真时，安全保护未被接触，说明安全保护功能存在缺陷，安全保护测试不能通过。

如图4所示，在一些实施例中，可以先进行测试界面搭建，测试界面搭建主要分为：手柄操作界面，包含右手柄使能和左右摆动功能；变幅角度显示，根据变幅角模型计算得到实时变幅角度；机柜供电控制，可以设置上电电压和电流限值；比例阀控制电流显示；程控电源控制模块，控制MCU和显示器上下电。

变幅角模型公式为：αt＝I·∫(ρt+γt+εt)dt，其中，I为关系参数，ρt为Y01引脚电流(单位mA，符号为正)，γt为Y02引脚电流(单位mA，符号为正)，εt为Y33引脚电流(单位mA，符号为负)。

左右手柄是根据手柄输入信号映射建立的仿真模型，没有实物接入系统，但是仿真效果可以确保与实车一致，传感器和电磁阀同样的进行了仿真替代。MCU#1作为被测控制器，加载了开发工程师的程序。通过右手柄输入控制模型进行动态变幅，可以观测到变幅角度的一个变化，整个过程就是模拟实车的主臂起幅动作。测试过程中，主臂持续起幅，当变幅角动态变化到超过83°时，显示器界面会出现变幅超限报警信息，并且起幅动作将被限制，这就是上文所述的安全保护功能。根据保护策略，最大变幅角保护是可以通过强制解除开关解除保护，从而继续起幅动作。强制解除开关同样的采用仿真信号输入，测试其是否能成功解除该保护功能。

下面对本发明提供的安全保护测试装置进行描述，下文描述的安全保护测试装置与上文描述的安全保护测试方法可相互对应参照。

如图5所示，本发明还提供一种使用上述安全保护测试系统的安全保护测试装置，包括：接收单元510、确定单元520和生成单元530。

其中，接收单元510，用于接收用户的第一输入。

确定单元520，用于响应于第一输入，确定测试用例信息。

生成单元530，用于基于测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行安全保护测试方法，该方法包括：接收用户的第一输入；响应于第一输入，确定测试用例信息；基于测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的安全保护测试方法，该方法包括：接收用户的第一输入；响应于第一输入，确定测试用例信息；基于测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的安全保护测试方法，该方法包括：接收用户的第一输入；响应于第一输入，确定测试用例信息；基于测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种安全保护测试系统，其特征在于，包括：

终端计算机，所述终端计算机用于接收用户的第一输入，并基于所述第一输入生成控制指令；

实时处理器，所述实时处理器的收发端与所述终端计算器的收发端电连接，所述实时处理器用于接收所述控制指令，基于所述控制指令生成超限仿真数据；

待测控制器和仿真被控元件，所述待测控制器的收发端与所述实时处理器的收发端电连接，所述仿真被控元件的收发端与所述待测控制器的收发端电连接，所述待测控制器用于基于所述超限仿真数据，控制仿真被控元件进行仿真。

2.根据权利要求1所述的安全保护测试系统，其特征在于，所述仿真被控元件包括：

仿真传感器，所述仿真传感器的输出端与所述待测控制器的输入端电连接，所述仿真传感器用于模拟作业机械的实体传感器的电信号。

3.根据权利要求1所述的安全保护测试系统，其特征在于，所述仿真被控元件包括：

仿真执行器，所述仿真执行器的输入端与所述待测控制器的输出端电连接，所述仿真执行器用于模拟作业机械的实体执行机构的电信号。

4.根据权利要求1所述的安全保护测试系统，其特征在于，所述终端计算机包括：

模型开发模块，所述模型开发模块用于供用户搭建上车仿真模型；

测试管理模块，所述测试管理模块用于供用户搭建测试界面。

5.根据权利要求1所述的安全保护测试系统，其特征在于，所述终端计算机包括：

信号配置模块，所述信号配置模块用于供用户配置信号列表；

测试用例库管理模块，所述测试用例库管理模块用于供用户根据安全保护文档，编写测试用例。

6.一种使用如权利要求1-5中任一项所述的安全保护测试系统的安全保护测试方法，其特征在于，包括：

接收用户的第一输入；

响应于所述第一输入，确定测试用例信息；

基于所述测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

7.根据权利要求6所述的安全保护测试方法，其特征在于，所述基于所述测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号，包括：

若所述仿真被控元件进行仿真时安全保护未被触发，确认安全保护测试未通过；

若所述仿真被控元件进行仿真时安全保护被触发，接收用户的第二输入；

响应于所述第二输入，控制所述仿真被控元件进行超限仿真；

若所述仿真被控元件进行超限仿真时安全保护未被解除，确认安全保护测试未通过。

8.一种使用如权利要求1-5中任一项所述的安全保护测试系统的安全保护测试装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收用户的第一输入；

确定单元，用于响应于所述第一输入，确定测试用例信息；

生成单元，用于基于所述测试用例信息，控制仿真被控元件进行仿真，输出安全保护反馈信号。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6至7任一项所述安全保护测试方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至7任一项所述安全保护测试方法的步骤。

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