一种安全级DCS产品自动化测试装置的制作方法

本发明属于仪器仪表分析及测量控制技术领域，具体涉及一种安全级DCS产品自动化测试装置。

背景技术：

自动化测试系统已经发展多年，尽管如今很多领域都在开展自动化测试系统的研究工作，并且很多也已经取得了良好的成效，但是自动化测试系统还是存在着一些不足：

(1)维护费用偏高，不利于延长系统寿命，降低使用成本。由于系统硬件设备更新换代较快，随着测试系统应用时间的增长，很多组件面临兼容和维修苦难，进一步增加了系统的维护费用。

(2)系统的专用性，没有扩展和自适应能力。也可以说是现在没有完全意义上的通用的测试系统，很多测试系统都是针对具体应用而发展起来的。并且，系统之间相互独立，缺乏开放性、互通性。

(3)测试效率和故障报告的针对性不高。目前大部分自动测试平台都是根据已有的故障数据库为依据，根据故障情况对可能出现的问题给出推断结论。这就会出现定位精度不高，新故障新案例无法解决的情况。并且片面的依赖测试平台也无法充分利用维护人员的经验造成人力、物力的浪费，不仅无法适应复杂故障的测试需要，并且测试效率低下。

技术实现要素：

为解决现有技术中自动化测试系统所存在的问题，本发明针对安全级DCS产品的功能及性能提供一种自动化的测试装置。

本发明的技术方案如下：

一种安全级DCS产品自动化测试装置，所述装置能够对以下几种安全级DCS产品进行自动化测试：模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、点对点通讯模块、控制器模块和管理模块；

所述装置包括PXI机箱、台式设备和工装背板；

所述的PXI机箱包括PXI控制器、多路复用器、万用表卡、数字IO、总线通信监控模块，上述各设备通过PXI总线互相连接，所述的PXI控制器连接在LAN网线/USB线/RS232串口线；

所述的台式设备包括直流电源、高精度电压电流源、示波器和程控电阻负载，上述各台式设备分别连接在LAN网线/USB线/RS232串口线；

所述的工装背板包括总线通信监控接口、模拟量输入接口AI、模拟量输出接口AO、数字量输入接口DI、数字量输出接口DO、点对点通信模块接口、控制器接口A、控制器接口B和管理模块接口；所述的总线通信监控接口与PXI机箱中的总线通信监控模块连接；所述的模拟量输入接口AI与PXI机箱中的多路复用器连接，多路复用器连接到高精度电压电流源；所述的模拟量输出接口AO与PXI机箱中的多路复用器连接，多路复用器连接到万用表卡，同时模拟量输出接口AO还与程控电阻负载连接；所述的数字量输入接口DI和数字量输出接口DO均与PXI机箱中数字IO连接；所述的点对点通信模块接口，与PXI机箱中总线通信监控模块连接；所述的控制器接口A和控制器接口B与上述的各接口之间通过工装背板的内部总线相连；所述的管理模块接口通过LAN网线与各台式设备连接。

所述的总线通信监控接口用于与PXI机箱中的总线通信监控模块连接，通过总线通信监控模块监控被测安全级DCS产品的总线通信内容，并能够进行安全级DCS产品的总线通信的容量测试、故障插入测试以及控制器模块的响应时间测试。

所述的模拟量输入接口AI可将被测模拟量输入模块AI通过多路复用器连接到高精度电压电流源上，通过PXI控制器控制多路复用器的通道切换，将高精度电压电流源的输出分别接入到被测模拟量输入模块AI的所有通道上，对被测模拟量输入模块AI进行激励，以此测试模拟量输入模块AI的通道采集精度的性能指标。

所述的模拟量输出接口AO可将被测模拟量输出模块AO通过多路复用器连接到万用表卡，通过PXI控制器控制多路复用器的通道切换，将被测的模拟量输出模块AO的所有通道输出分别接入到万用表卡，对被测模拟量输出模块AO的输出信号进行测量，以此测试模拟量输出模块AO的通道输出精度的性能指标；

所述的模拟量输出接口AO还可将被测模拟量输出模块AO通过多路复用器连接到示波器，通过PXI控制器控制多路复用器的通道切换，将被测的模拟量输出模块AO的所有输出通道分别接入到示波器上，对被测模拟量输出模块AO的输出信号质量进行测量。

所述的数字量输入接口DI与PXI机箱中数字IO连接，PXI机箱中数字IO输出数字量信号可以对被测的数字量输入模块DI的所有通道进行激励，以此测试数字量输入模块DI的通道采集功能。

所述的数字量输出接口DO与PXI机箱中数字IO连接，PXI机箱中数字IO采集被测的数字量输出模块DO的所有通道的输出，测试数字量输出模块DO的通道输出功能。

所述的点对点通信模块接口与PXI机箱中总线通信监控模块连接，与被测的点对点通讯模块进行通讯，以此测试点对点通讯模块的通讯功能及性能指标，并可进行通讯容量及故障插入测试。

所述的管理模块插接在管理模块接口上，用于辅助测试，以获取模拟量输入模块AI、数字量输入模块DI的状态参数。

所述的程控电阻负载连接到模拟量输出接口AO上，用于进行模拟量输出模块AO的带载能力测试；所述的直流电源与工装背板相连并对工装背板进行供电，并可通过PXI控制器控制直流电源的输出，不仅可以对被测模块电源的有效工作范围的测试，还可对模拟热插拔功能进行测试。

所述的PXI控制器中运行着本发明开发的软件，所述软件采用模块化体系结构，包括人机交互与数据显示界面，中间功能层组件，数据信息存储与读取，硬件设备驱动接口以及设备工作日志与安全管理；

其中，人机交互与数据显示界面包括设备配置及控制界面和设备状态监测界面，所述的设备配置及控制界面是基于LabVIEW开发环境编写，完成了多路复用器、万用表卡、数字IO、总线通信监控模块、直流电源、高精度电压电流源、示波器及程控电阻负载的操作软面板，以实现对上述设备的程控，用户界面友好易用；

所述的设备状态监视界面用于实时监控被测安全级DCS产品的状态参数，其中模拟量输出模块AO、数字量输出模块DO、点对点通讯模块、控制器模块及管理模块的状态参数是通过万用表卡、数字IO、总线通信监控模块及示波器来获取，而模拟量输入模块AI、数字量输入模块DI的状态参数通过维护网络获取；

所述的中间功能组件包括测试流程管理模块和数据管理模块两部分，其中测试流程管理模块是基于NI TestStand实现测试序列编辑、用户规则、设备命令集等方面的设置，该模块是本自动化测试装置最重要的部分，具体功能包括：为用户提供默认的测试序列模板，含测试设备配置信息，可在此基础上创建自己的测试序列；可设置多种典型的测试序列，预先设置好各测试设备配置参数信息，将其保存为系统文件直接导入执行；方便用户在多次测试中快速、便捷地切换测试序列，避免用户多次重复设置配置参数；通过测试序列调用各模块协同工作实现自动化测试；

所述的数据管理模块可分别实现用户数据管理和设备数据管理的功能；

其中，用户数据管理主要包括用户的偏好设置，设备数据管理主要包括记录多路复用器、万用表卡、数字IO、总线通信监控模块及台式设备的配置信息，通信端口类型，通信端口号；

所述的数据信息存储与读取模块是基于LabVIEW开发环境编写，实现中间功能组件对硬件驱动接口中数据的存储及调用；

所述的硬件设备驱动接口基于VISA函数库及Labview进行设计，实现数据信息存储与读取模块对多路复用器、万用表卡、数字IO、总线通信监控模块及台式设备的无缝调用；

所述的设备工作日志及安全管理模块包含两个功能，其中设备工作日志用于记录该设备的校准日期，使用时间，故障问题等；安全管理用于本软件的操作权限管理，本软件分为二级权限管理包括管理员权限和操作员权限。

本发明的显著效果在于：

(1)通过使用工控领域广泛使用的PXI/PXIe总线架构及硬件平台，鉴于该平台硬件种类繁多，通用能力及扩展能力较强，且价格适中，从而解决了运维费偏高及可扩展性查的问题。

(2)自动化测试很大程度上解放了测试所需的人力、物力，将原来纯手动测试转化为自动化测试，既减少了人为误操作的可能性又提高了测试的效率，并且可以自动生成测试报告进行数据统计，为研发部门提供有力的数据支撑。

(3)软件及硬件的低耦合性，使整个自动化测试系统便于维护及扩展开发，更容易拆分成单个功能模块进行使用。

(4)测试管理软件大大的减少了测试开发人员的工作量，使测试开发人员能够集中精力进行测试项的开发，并且标准化的测试项代码能够更方便的复用，同时降低了开发门槛，使测试人员能够根据自身需求独立开发测试代码。

附图说明

图1为本发明所述的一种安全级DCS产品自动化测试装置的硬件总体框图；

图2为本发明所述的一种安全级DCS产品自动化测试装置的软件总体结构图。

具体实施方式

本发明所述的一种安全级DCS产品自动化测试装置能够对以下几种安全级DCS产品进行自动化测试：模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、点对点通讯模块、控制器模块和管理模块。

下面结合附图对本发明提供的技术方案进一步说明：

如图1所示，本发明的硬件包括PXI机箱、台式设备和工装背板。

所述的PXI机箱包括PXI控制器、多路复用器、万用表卡、数字IO、总线通信监控模块，上述各设备通过PXI总线互相连接，所述的PXI控制器连接在LAN网线/USB线/RS232串口线；

所述的台式设备包括直流电源、高精度电压电流源、示波器和程控电阻负载，上述各台式设备分别连接在LAN网线/USB线/RS232串口线；

所述的工装背板包括总线通信监控接口、模拟量输入接口AI、模拟量输出接口AO、数字量输入接口DI、数字量输出接口DO、点对点通信模块接口、控制器接口A、控制器接口B和管理模块接口；所述的总线通信监控接口与PXI机箱中的总线通信监控模块连接；所述的模拟量输入接口AI与PXI机箱中的多路复用器连接，多路复用器连接到高精度电压电流源；所述的模拟量输出接口AO与PXI机箱中的多路复用器连接，多路复用器连接到万用表卡，同时模拟量输出接口AO还与程控电阻负载连接；所述的数字量输入接口DI和数字量输出接口DO均与PXI机箱中数字IO连接；所述的点对点通信模块接口与PXI机箱中总线通信监控模块连接；所述的控制器接口A和控制器接口B与上述的各接口之间通过工装背板的内部总线相连；所述的管理模块接口通过LAN网线与各台式设备连接。

总线通信监控接口与PXI机箱中的总线通信监控模块连接，通过总线通信监控模块监控被测安全级DCS产品的总线通信内容，并能够进行安全级DCS产品的总线通信的容量测试、故障插入测试以及控制器模块的响应时间测试；

模拟量输入接口AI可将被测模拟量输入模块AI通过多路复用器连接到高精度电压电流源上，通过PXI控制器控制多路复用器的通道切换，将高精度电压电流源的输出分别接入到被测模拟量输入模块AI的所有通道上，对被测模拟量输入模块AI进行激励，以此测试模拟量输入模块AI的通道采集精度的性能指标；使用多路复用器及高精度电压电流源实现多通道的模拟量输入模块AI的采集精度测试，0～20mA电流及0～10V电压量程精度可达全量程的0.01％；

模拟量输出接口AO可将被测模拟量输出模块AO通过多路复用器连接到万用表卡，通过PXI控制器控制多路复用器的通道切换，将被测的模拟量输出模块AO的所有通道输出分别接入到万用表卡，对被测模拟量输出模块AO的输出信号进行测量，以此测试模拟量输出模块AO的通道输出精度的性能指标；使用多路复用器及万用表卡实现对多通道的模拟量输出模块AO的输出精度测试，0～20mA电流及0～10V电压量程测试精度可达全量程0.01％；

所述的模拟量输出接口AO还可将被测模拟量输出模块AO通过多路复用器连接到示波器，通过PXI控制器控制多路复用器的通道切换，将被测的模拟量输出模块AO的所有通道输出分别接入到示波器上，对被测模拟量输出模块AO的输出信号质量进行测量；

数字量输入接口DI与PXI机箱中数字IO连接，PXI机箱中数字IO输出数字量信号可以对被测的数字量输入模块DI的所有通道进行激励，以此测试数字量输入模块DI的通道采集功能；

数字量输出接口DO与PXI机箱中数字IO连接，PXI机箱中数字IO采集被测的数字量输出模块DO的所有通道的输出，测试数字量输出模块DO的通道输出功能；

点对点通信模块接口与PXI机箱中总线通信监控模块连接，与被测的点对点通讯模块进行通讯，以此测试点对点通讯模块的通讯功能及性能指标，并可进行通讯容量及故障插入测试；

管理模块，通过LAN与各台式设备相连接，当进行模拟量输入模块AI、数字量输入模块DI测试时，使用功能完备且测试通过的管理模块用于辅助测试，以获取模拟量输入模块AI、数字量输入模块DI的状态参数。

工装背板的各模块之间通过工装背板的内部总线相连。

程控电阻负载连接到模拟量输出接口AO上，用于进行模拟量输出模块AO的带载能力测试；直流电源与工装背板相连并对工装背板进行供电，并可通过PXI控制器控制直流电源的输出，不仅可以对被测模块电源的有效工作范围的测试，还可对模拟热插拔功能进行测试。

如图2所示，本发明的软件运行于PXI控制器上，采用模块化体系结构，包括人机交互与数据显示界面，中间功能层组件，数据信息存储与读取，硬件设备驱动接口以及设备工作日志与安全管理；

其中，人机交互与数据显示界面包括设备配置及控制界面和设备状态监测界面，所述的设备配置及控制界面是基于LabVIEW开发环境编写，完成了多路复用器、万用表卡、数字IO、总线通信监控模块、直流电源、高精度电压电流源、示波器及程控电阻负载的操作软面板，以实现对上述设备的程控，用户界面友好易用；

所述的设备状态监视界面用于实时监控被测安全级DCS产品的状态参数，其中模拟量输出模块AO、数字量输出模块DO、点对点通讯模块、控制器模块及管理模块的状态参数是通过万用表卡、数字IO、总线通信监控模块及示波器来获取，而模拟量输入模块AI、数字量输入模块DI的状态参数通过维护网络获取；

所述的中间功能组件包括测试流程管理模块和数据管理模块两部分，其中测试流程管理模块是基于NI TestStand实现测试序列编辑、用户规则、设备命令集等方面的设置，该模块是本自动化测试装置最重要的部分，具体功能包括：

为用户提供默认的测试序列模板，含测试设备配置信息，可在此基础上创建自己的测试序列；

可设置多种典型的测试序列，预先设置好各测试设备配置参数信息，将其保存为系统文件直接导入执行；

方便用户在多次测试间快速、便捷地切换测试序列，节约用户多次重复设置配置参数；通过测试序列调用各模块协同工作实现自动化测试；

所述的数据管理模块可分别实现用户数据管理和设备数据管理的功能；

其中用户数据管理主要包括用户的偏好设置；

设备数据管理主要包括记录多路复用器、万用表卡、数字IO、总线通信监控模块及台式设备的配置信息，通信端口类型，通信端口号；

所述的数据信息存储与读取是基于LabVIEW开发环境编写，实现中间功能组件对硬件驱动接口中数据的存储及调用；

所述的硬件设备驱动接口基于VISA函数库及Labview进行设计，实现数据信息存储与读取模块对多路复用器、万用表卡、数字IO、总线通信监控模块及台式设备的无缝调用；

所述的设备工作日志及安全管理模块包含两个功能，其中设备工作日志用于记录该设备的校准日期，使用时间，故障问题等；安全管理用于本软件的操作权限管理，本软件分为二级权限管理包括管理员权限和操作员权限。