PLC软件测试方法

由于稳定性和可靠性的原因，PLC (可编程控制器)器件在工业控制中得到了广泛的应用，其应用领域涉及机械控制、过程控制、运动控制、批量控制以及诊断等多个领域("，极大地促进了工业控制自动化和智能化的发展,许多世界知名的工业控制设备制造厂商为其提供PLC控制器件,如:德国的Siemens公司、英国的AB公司、美国的GE公司，日本的OMRON、三菱、松下电工等。为了将PLC应用于工业控制领域中，除了硬件环境构建外，还需要对PLC进行编程。目前，被应用于PLC编程的语言主要包括梯形图、功能图、C语言、流程图、专用软件和语句表，其中，梯形图和语句表是被应用最为广泛的两种语言")，各大PLC器件制造厂商均开发了功能强大的集成开发环境，如:OMRON公司的CX-Programmer、Siemens公司的SIMATIC Step7-300等，对各种PLC编程语言提供了强大的支撑，可以实现用户PLC控制逻辑的在线和仿真联调。

随着PLC逻辑控制器在工业控制领域中的广泛应用,PLC软件的规模和复杂度越来越高,而且,基于安全、可靠性考虑，PLC被应用于许多安全苛刻任务控制领域，如:反应堆控制、高可靠/高安全要求的机电一体化装配装置、密封舱性能检测等，这样，对PLC软件的质量控制带来了极大的挑战。

为了做好PLC软件的质量控制工作，在实施成熟软件工程技术的基础上，软件测试是其质量控制的一种有效手段,在短时间内可以达到立竿见影的效果。但是，基于PLC软件的特殊性(非CPU指令代码)和深嵌入式特点，其软件测试环境很难搭建，对测试用例、特别是异常测试用例的注入带来了困难。鉴于此，目前PLC软件的测试方法主要有三种,即全数字仿真测试环境下的PLC软件测试、硬件在回路环境下的PLC软件测试、形式化验证。

全数字仿真

 全数字仿真为了实。全数字仿真环境下的PLC软件测试，必须等效并数字化PLC软件的运行环境,模拟实现其运行需要的各种资源(时钟、中断、外部接口等)，解释执行PLC逻辑可能的各种语言，如:梯形图、语句表等,仿真环境的开发难度大、要求高，存在一定的技术瓶颈，不是短时间能完成的项目，必须做长远规划，获得专题或项目基金的支持，以团队的形式开发,减少项目风险。在PLC软件的全数字仿真方面，各大PLC器件开发厂商拥有专业的开发团队，形成了专业化、系列的集成仿真开发环境,用户可以在集成开发环境中使用其支持的语言开发、调试PLC控制逻辑，甚至可以与实际硬件进行联调，功能相当强大，如:Siemens公司的SIMATIC Step7-300、OMRON公司的CX-Programmer。但是,这些集成开发环境仅仅是提供用户开发、调试使用,离软件测试的目的还有一定的距离,为了方便测试用例注入、监测并截获被测PLC软件的输出,必须对仿真开发环境进行二次开发，调用集成开发环境提供给用户的二次开发接口(这方面的典型例子如Keil的AGSI、非PLC软件)。

硬件在回路

所谓硬件在回路的PLC软件测试方法,即被测PLC软件及其控制器作为一个整体纳入测试环境构建中，通过构建被测软件及其硬件接口与外部的交联环境，注入测试用例、收集测试输出，实现对被测软件非侵入式的、最真实的测试，通过硬件在回路仿真测试环境的构建，可以实现用户关心的各种测试需求，如:功能、性能、接口等，特别是能实现真实的性能测试。当然，搭建硬件在回路仿真测试环境也存在一定的技术难度，需要软硬件开发协同，开发周期与被测软件相当，最好能与被测软件开发同步进行，同时,所开发的测试环境必须满足测试的要求，即方便测试用例的注入和测试结果收集，达到用例定制软件行为的目的。由于这种仿真测试环境多是针对特定被测目标开发，专用性很强,很难移植到其他同类被测软件的测试环境搭建中，在一定程度上降低了测试资源的利用效率。

 形式化验证

形式化验证是软件功能验证和确认过程中被广泛采用的一种方式，其实现的手段是将被测软件以一种形式化的、数学可以证明的方式等价，通过验证等效后的逻辑，以确认被测软件的功能满足要求。

对于PLC软件，以被广泛使用的梯形图和语句表为例，可将其逻辑转换为C或C++语言，再对转换后的逻辑进行仿真测试，最人限度的发现软件逻辑潜藏的缺陷，以验证被测软件的功能是否满足需求。

基于以上PLC软件测试的特点，昆山明锐德自动化科技有限公司分别就油管装配测试、ICV阀线组装测试、线材密封性测试、机器人焊接设备控制测试、GRV阀线组装测试、大陆阀阀线组装测试、波纹管线组装测试等进行技术专攻，在团队的不断努力下研发了一系列产品的PLC测试组件，成功的通过了国家知识产权专利的认证。

随着工业自动化的不断发展，高稳定、高可靠的PLC的应用越来越广泛，特别是在安全苛刻性任务中的应用,PLC软件的质量和可靠性已经成为系统质量和可靠性不可忽视的组成部分,保证PLC软件的质量不仅要从成熟软件工程技术的应用上考虑,做好PLC软件的测试工作已经被证明为其质量控制的有效手段。实践证明，对于小规模、高安全、高可靠的PLC软件控制系统，形式化方法是一种行之有效的PLC软件测试手段，对发现PLC逻辑中潜藏的缺陷、控制并提高PLC软件的质量有积极的作用。