一種對現場設備邏輯控制的測試方法
2023-06-30 04:59:41 1
一種對現場設備邏輯控制的測試方法
【專利摘要】一種對現場設備邏輯控制的測試方法，屬於電氣自動化【技術領域】。按照設備的邏輯信號和二次原理圖對現場設備進行分類；分別針對不同分類建立虛擬對象模型，用該模型來描述現場設備的實際運行狀態；建立工業設備的標準邏輯控制模塊，用於對所建立的虛擬對象模型進行控制；將控制現場設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，直接用該方法對現場設備進行邏輯控制即可。本發明將傳統上對每臺設備的測試轉化成了對每類設備的測試，大大減少了測試的工作量，提高了測試效率，為工業現場的設備調試贏得了寶貴的時間。
【專利說明】一種對現場設備邏輯控制的測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電氣自動化【技術領域】，涉及流程工業中的電氣自動化控制，特別涉及一種對現場設備邏輯控制的測試方法。
【背景技術】
[0002]當前，工業控制中，設備邏輯控制程序實現對現場設備的啟動/停止(如:對電機設備的啟動/停止，對閥門設備的打開/關閉等)、故障保護(如:運行中的設備出現故障時，及時停止運轉以保護設備)、連鎖保護(如:下遊設備停止時，與其相連的上遊設備應該立刻停止)等邏輯控制，對於設備的穩定運行發揮著關鍵作用。但在工業控制系統開發和調試過程中，開發人員往往重視設備邏輯控制程序的開發，而輕視設備邏輯控制程序的測試。在完成設備邏輯控制程序編制後，由於缺乏有效的現場設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用到現場設備的調試中，在現場設備調試過程中，逐步修改和完善設備邏輯控制程序，這樣做的最直接的後果就是現場調試速度的變慢和調試工作量的急劇增加，嚴重時會耽誤現場設備的調試工期，同時，在調試過程中很容易發生不可預知的設備安全事故，引起嚴重的經濟損失。
[0003]隨著現代生產工藝技術的發展，控制系統內涉及的設備越來越多，設備邏輯控制程序也越來越複雜，現有的設備邏輯控制測試方法己不能適應現代控制系統測試的需求，亟待新的現場設備邏輯控制測試方法來提高現場設備邏輯控制程序測試的效率。
【發明內容】
[0004]針對現有設備邏輯控制程序測試技術存在的不足，本發明的目的是提供一種對現場設備邏輯控制的測試方法，以達到提高設備邏輯控制程序測試效率的目的。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:一種對現場設備邏輯控制程序的測試方法，基於現場設備的電氣控制迴路和虛擬對象模型相結合，過程如下:按照設備的邏輯信號和二次原理圖對現場設備進行分類；分別針對不同分類建立虛擬對象模型，用該模型來描述現場設備的實際運行狀態；建立工業設備的標準邏輯控制模塊，用於對所建立的虛擬對象模型進行控制；將控制現場設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，直接用該方法對現場設備進行邏輯控制即可。
[0006]所述的對現場設備進行分類，規則為:將具有相同二次控制原理和相同邏輯信號的設備視為同類設備；將具有不同二次控制原理或者不同邏輯信號的設備設為非同類設備。
[0007]所述虛擬對象模型建立的依據是根據現場設備的二次控制原理圖，此外還進一步包括設備的啟停邏輯操作、故障信號保護、設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，採用相同的控制信號作為輸入，記錄虛擬對象模型和現場設備的輸出，並進行比對，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，並重新進行檢驗。
[0009]本發明的有益效果:工業控制領域中，首次提出了按照二次控制原理圖和邏輯信號對現場設備進行分類的方法，該方法以每類設備作為進行測試的對象，而不是每臺設備，即將具有相同的二次控制原理圖和邏輯信號的設備看作是同一個設備類，而將每臺設備視為每個設備類的具體實現，這樣就將傳統上對每臺設備的測試轉化成了對每類設備的測試，大大減少了測試的工作量，提高了測試效率，為工業現場的設備調試贏得了寶貴的時間。
[0010]本發明建立了虛擬對象模型庫。在工業控制領域中，由於現場設備種類繁多，且每類設備的虛擬對象模型都是不同的，任何測試系統都無法做到將所有設備的虛擬對象模型全覆蓋，因此，本發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構，可以方便對其進行修改和封裝，同時，虛擬對象模型庫易於實現擴充。
[0011]本發明建立了設備單體標準邏輯控制程序模塊庫。設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，對應不同類型的設備，其標準邏輯控制程序也存在很大差別，任何測試系統都無法包含所有類型設備的單體標準邏輯控制程序模塊，因此，本發明針對流程工業中的典型設備，在進行標準程序模塊設計時，其輸入輸出變量均採用私有形式的變量，方便程序模塊的封裝，並在此基礎上建立了設備單體標準邏輯控制程序模塊庫，可以快速建立設備單體標準邏輯控制程序模塊。如被測試設備為流程工業中的非典型設備時，可以採用模塊化編程的方法，對設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為本發明所提出一種對現場設備邏輯控制的測試方法原理圖；
[0013]圖2為本發明一種實施方式的系統結構圖；
[0014]圖3為本發明一種實施方式的設備二次控制原理圖。
[0015]圖4為本發明實施方式中的示例設備的標準邏輯控制方法。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步詳細的說明。
[0017]一種對現場設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，控制設備的運行，如想測試電機是否啟動，應該給電機一個啟動信號，看它是否能啟動了 ；另一種是對設備邏輯信號的模擬，具體包括模擬現場的設備的遠程/就地、連鎖投入/解除、設備運行停止、設備故障等狀態，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，測試在電機己處於故障的情況下，被測試的邏輯控制方法是否還能繼續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，該方法已經被測試證明可行，並己應用於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，該方法尚未被應用於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實現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)，其產生的輸出作用於同一個虛擬對象模型(如，對於不帶變頻器的普通電機而言，該模型用於描述電機運行期間的狀態信號的變化，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；對於變頻器驅動的電機而言，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為無效、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，就地信號無效，變頻器運行信號由有效變為無效、變頻器故障信號無效、電機風扇運行信號有效變為無效、電機風扇故障信號有效；對於閥門而言，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、正在關閉信號無效、過扭矩信號無效、開到位信號無效、關到位信號有效，以描述閥門當前處於關閉的位置，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、正在關閉信號無效、過扭矩信號無效、開到位信號無效、關到位信號無效，說明閥門當前處於打開過程中，且沒有故障發生；還可以描述閥門遠程打開過程中發生故障的狀態，就地信號無效，正在打開信號從有效變為無效、正在關閉信號無效、過扭矩信號有效、開到位信號無效、關到位信號無效；還可以描述閥門遠程開到位的狀態，就地信號無效，正在打開信號無效、正在關閉信號無效、過扭矩信號無效、開到位信號有效、關到位信號無效，用戶根據設備的運行狀態自行設計虛擬對象)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，直接用該方法對現場設備進行邏輯控制即可。
[0018]基於上述原理，採用基於現場設備的電氣控制迴路和虛擬對象模型相結合的實施方式，建立如圖2所示的現場設備邏輯控制測試系統。該系統主要有標準邏輯控制運行系統、被測邏輯控制運行系統、虛擬對象模型庫、電氣驗證系統、數據管理中心共五部分組成。當開關Kl閉合，K2斷開時，虛擬對象模型引入到系統中，該系統可以實現圖1所示原理的設備邏輯控制方法的測試，其實現過程為:測試輸入通過標準邏輯控制運行系統和被測邏輯控制運行系統同時加載到標準控制邏輯方法和被測邏輯控制方法上，其產生的輸出通過數據管理中心作用於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，直接用該方法對現場設備進行邏輯控制即可；當開關Kl斷開，K2閉合時，電氣驗證系統引入到系統中，此時可以實現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上，其輸出作用於電氣驗證系統上，觀察並記錄電氣驗證系統(按照工業現場設備的二次控制迴路設計的系統，用於模擬現場設備的低壓控制迴路)的輸出，與期望的輸出(如啟動電機時，啟動指令發出後，在電機啟動條件具備的條件下，標準邏輯控制方法應該給出電機啟動的命令；如打開閥門時，打開指令發出後，在閥門具備打開條件的情況下，標準邏輯控制方法應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，可以採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，然後重複上述的步驟重新進行測試驗證；當開關Kl和K2均閉合時，虛擬對象模型和電器驗證系統均引入到系統中，此時，系統可以實現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上，其輸出同時作用於虛擬對象模型和電氣驗證系統上，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，然後重複上述的步驟重新進行測試驗證。
[0019]標準邏輯控制運行系統:用於運行標準邏輯控制方法。
[0020]標準邏輯控制運行系統的硬體平臺採用西門子的S7-315CPU，人機接口採用西門子觸控螢幕MP277，系統內部採用Profibus通信協議進行數據通訊，對外支持工業乙太網數據通信協議，軟體平臺採用西門子工業軟體-St印7V5.5和WinCC V7.0作為應用軟體組態、編程開發平臺。
[0021]被測邏輯控制運行系統用於運行被測控制邏輯方法。其硬體平臺採用個人計算機，軟體平臺採用PLC仿真軟體。
[0022]虛擬對象模型庫中存放系統建立的虛擬對象模型，其硬體平臺採用個人計算機，軟體平臺採用法國TNI公司的ControlBuild軟體，利用C語言作為後臺腳本語言，實現人機互動界面與模型算法之間的數據交換。
[0023]電氣驗證系統用於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K2來實現，其硬體平臺採用ABB公司抽屜式的麗S低壓開關櫃來實現常用電氣設備的一次供電迴路和二次控制迴路，通過多功能組合開關和智能化的人機互動界面相結合，該系統可以實現流程工業中二十類常用電氣設備的電氣迴路。
[0024]數據管理中心對測試過程中產生的數據(如測試輸入的操作指令、測試輸入的狀態信號模擬，設備運行、故障、報警等狀態數據)進行統一處理，並在測試結束時，產生測試報表；數據管理中心還作為OPC伺服器使用，實現在不同PLC廠家的工控產品之間建立數據通信。其硬體平臺採用採用個人計算機，軟體平臺採用SQL資料庫和K印ware公司的OPCServer 軟體。
[0025]下面以一個具體的案例來說明上述系統的具體建立過程:
[0026]以國內某大型選礦廠集散控制系統工程項目為例。該項目覆蓋了選礦全流程，共有被控電氣設備798臺，詳見表I所示。
[0027]表I為現場設備分類表
[0028]
【權利要求】
1.一種對現場設備邏輯控制的測試方法，該方法基於現場設備的電氣控制迴路和虛擬對象模型相結合，其特徵如下: 按照設備的邏輯信號和二次原理圖對現場設備進行分類；分別針對不同分類建立虛擬對象模型，用該模型來描述現場設備的實際運行狀態；建立工業設備的標準邏輯控制模塊，用於對所建立的虛擬對象模型進行控制；將控制現場設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，直接用該方法對現場設備進行邏輯控制即可。
2.根據權利要求1所述的對現場設備邏輯控制的測試方法，其特徵在於:所述的對現場設備進行分類，規則為:將具有相同二次控制原理和相同邏輯信號的設備視為同類設備；將具有不同二次控制原理或者不同邏輯信號的設備設為非同類設備。
3.根據權利要求1所述的對現場設備邏輯控制的測試方法，其特徵在於:所述虛擬對象模型建立的依據是根據現場設備的二次控制原理圖，此外還進一步包括設備的啟停邏輯操作、故障信號保護、設備之間的連鎖保護邏輯控制。
4.根據權利要求1所述的對現場設備邏輯控制的測試方法，其特徵在於: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，採用相同的控制信號作為輸入，記錄虛擬對象模型和現場設備的輸出，並進行比對，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，並重新進行檢驗。
【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 優先權日:2014年1月24日
【發明者】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