采用可编程继电器结构的可编程逻辑控制器自动测试平台

摘要

一种对多个具有CPU的PLC测试样本进行测试的自动测试平台，测试PLC的模拟或数字输入和输出模块，包括：可编程直流电源、万用表、可控温箱，用于配合测试需要提供相应的测试功能；具有可编程继电器结构的测试通道选择控制模块，与PLC测试样本的输入/输出通道连接，接收通道设置指令来选择和控制测试样本的通道；和进行通信控制的计算机。该系统结构通过可编程工具可用于单、多通道非隔离的PLC测试，还可用于多通道隔离的批量PLC测试。与现有技术的固定不动的继电器系统结构相比，本发明结构更准确、灵活和省时。实践证明本发明的PLC自动测试平台能节省人力资源、极大地缩短PLC测试周期。

说明书

技术领域

本发明涉及可编程逻辑控制器(PLC)的功能和性能测试，具体地，涉 及一种采用可编程继电器结构的针对多个具有CPU的可编程逻辑控制器的 自动测试平台，该自动测试平台可用于PLC中的模拟量模块、数字量模块 的自动测试。

背景技术

在现有技术中，绝大多数PLC测试工作是手动完成的，这是一项巨大 的重复工作，不仅耗费大量时间，而且还不准确。

自动测试平台的出现提供了一种省时省力的方法。但是，传统的自动 测试平台在下列情况中不能满足测试要求：

1.因为仅存在一个单独用于输入和输出的公共地端(Com端)的继电 器，所以传统的测试系统仅可用于非隔离系统，无法进行隔离通道测试；

2.因为印刷电路板(PCB)的尺寸限制，所以继电器的数量受限制。并 且输入和输出继电器的数量是固定的，无法进行大量通道的测试；

3.因为传统的测试方法仅能测试一个具备CPU的PLC和它的多个扩 展模块，因此，如果需要对多个上述PLC的多台CPU及其扩展样本进行测 试，则必须重复样本嵌入测试通道和测试样本；

4.尽管对数字模块测试精确度要求较低，但是正常地，数字模块总是 具有大量通道。所以需要很多人力来进行类似阈值电压、电流的测试以及 频率测试等等，因此针对数字模块的测试操作不理想。

发明内容

针对上述的缺点和不足，本发明提出了一种具有可编程继电器结构的 针对多个具有CPU的可编程逻辑控制器的自动测试平台。

本发明目的是使用可编程的继电器结构来建立自动测试平台，测试多 个具有CPU的可编程逻辑控制器的隔离/非隔离通道，以改进测试效率并降 低测试周期和开发成本。

本发明的平台硬件由多个测量仪器、通过GPIB或RS232或ModBUS 等通信端口与测量仪器进行通信的计算机以及采用辅助的继电器类型PLC 实现的测试通道选择控制模块组成。

测试通道选择控制模块的结构使测试平台设置更加灵活并能在PLC的 I/O测试中得到更广泛的应用。本发明的系统支持模拟量模块、数字量模块 的测试。

具体地，根据本发明，提供一种针对多个具有CPU的可编程逻辑控制 器(PLC)测试样本进行测试的自动测试平台，包括：多个测量仪器，用于 配合测试需要提供相应的测试功能，所述多个测量仪器包括可编程直流电 源、万用表、可控温箱；测试通道选择控制模块，包括：具有可编程继电 器结构的基本控制模块，基本控制模块与多个PLC测试样本的输入/输出通 道连接，接收计算机的通道设置指令，根据通道设置指令来选择和控制测 试样本的通道；通过通信端口与多个测量仪器、测试通道选择控制模块进 行通信的计算机。其中，计算机通过通信改变可编程直流电源的输出电压 或电流以通过测试通道选择控制模块设定被测试PLC样本的输入模块的测 试输入电压或电流值；计算机通过通信读取被测试PLC样本的输入模块的 测试输出电压或电流信号的内部转换值；计算机通过通信控制和修改被测 试PLC样本的输出模块的测试输入电压或电流信号的内部转换值；计算机 通过通信来读取经由测试通道选择控制模块传送到万用表、并被万用表所 测量的被测试PLC样本的输出模块的测试输出电压或电流值。

其中，测试通道选择控制模块还包括扩展控制模块，附接到基本控制 模块，具有可编程继电器结构，与多个PLC测试样本的输入/输出通道连接。 基本控制模块接收计算机的通道设置指令，来控制扩展控制模块选择和控 制测试样本的通道。

其中，计算机使用LabVIEW软件根据ModBUS地址顺序监控被测试 的多个PLC测试样本。

其中，基本控制模块选用TWDLCAE40DRF型号PLC以及扩展控制模 块选用多个TWDDRA16RT型号PLC。

其中，测试PLC测试样本的数字或模拟量输入模块，或者测试PLC测 试样本的数字或模拟量输出模块。

其中，PLC测试样本的模块的各通道之间是隔离的或者是非隔离的。

其中，如果测试PLC测试样本的输入隔离模块的通道，则将测试通道 选择控制模块中的所有的继电器切换到输入通道和公共地端通道；如果测 试PLC测试样本的输出隔离模块的通道，则将测试通道选择控制模块中的 所有的继电器切换到输出通道和公共地端通道；如果测试PLC测试样本是 输入非隔离模块，则可仅使用测试通道选择控制模块中的一个继电器控制 公共地端通道，然后使用测试通道选择控制模块中的其它继电器控制其它 通道的输入；如果测试PLC测试样本是输出非隔离模块，则可仅使用测试 通道选择控制模块中的一个继电器控制公共地端通道，然后使用测试通道 选择控制模块中的其它继电器控制其它通道的输出。

本发明可以自动测试可编程逻辑控制器(PLC)的模拟输入和输出模块 或数字输入和输出模块。该系统结构通过可编程的工具不仅可用于单通道 非隔离、多通道非隔离的PLC测试，而且可以用于多通道隔离的PLC的批 量测试。与现有技术中的固定不动的继电器系统结构相比，本发明的系统 结构更加准确、灵活和省时。实践证明本发明的PLC自动测试平台能节省 大量人力资源、极大地缩短了PLC测试周期。

附图说明

通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本发明。 应当清楚地理解，所描述的示例实施例仅仅是作为说明和示例，而本发明 不限于此。本发明的精神和范围仅仅由所附权利要求书的具体内容限定。 下面描述附图的简要说明，其中：

图1是根据本发明的采用可编程继电器结构的可编程逻辑控制器自动 测试平台的示意图。

具体实施方式

现在将详细介绍本发明的示例实施例，其示例在附图中示出。下面参 照附图描述实施例以说明本发明。

图1是根据本发明的采用可编程继电器结构的可编程逻辑控制器自动 测试平台的示意图。

如图1所示，根据本发明的采用可编程继电器结构的可编程逻辑控制 器自动测试平台包括上位控制计算机1、可编程直流电源2、万用表3、具 有可编程继电器结构的测试通道选择控制模块4、可控温箱5、置于可控温 箱5内的多个PLC测量样本模块EUT1......EUTn，n≥1，n为整数。在根 据本发明的可编程逻辑控制器自动测试平台中，上位控制计算机1与可编 程直流电源2、万用表3、测试通道选择控制模块4、可控温箱5等用于测 试的设备进行通信。

例如，上位控制计算机1通过GPIB端口进行通信来改变可编程直流电 源2的输出电压或电流以通过测试通道选择控制模块4设定被测试PLC的 输入模块的测试输入电压或电流值；接着，上位控制计算机1通过ModBUS 进行通信来读取被测试PLC样本模块EUT1......EUTn的输入模块的测试输 出电压或电流信号的内部转换值。

上位计算机1通过ModBUS进行通信来控制和修改被测试PLC样本模 块EUT1......EUTn的输出模块的测试输入电压或电流信号的内部转换值； 上位控制计算机1通过RS232端口进行通信来读取经由测试通道选择控制 模块4传送到万用表3、并被万用表3所测量的被测试PLC样本模块 EUT1......EUTn的输出模块的测试输出电压或电流值。

其中，PLC测量样本模块EUT是具有CPU模块的PLC系统。测量样 本模块EUT的CPU模块响应从上位控制计算机1接收的指令和参数，设定 输出模块的输出通道的电压/电流信号的转换数值，或向上位控制计算机1 返回输入模块的输入通道电压/电流信号测量值的转换值。

上位控制计算机1通过RS232端口进行通信来设置可控温箱5的目标 温度并可读取和控制可控温箱5的温度。其中可编程直流电源2用于PLC 的模拟或数字的输入通道的电压或电流供给，万用表3用于PLC的模拟或 数字的输出通道电压或电流测量。可编程直流电源2、万用表3同时连接到 测试通道选择控制模块4上。

根据本发明，上位控制计算机1通过ModBUS进行通信来设置测试通 道选择控制模块4以选择和控制测试样本的通道。测试通道选择控制模块4 包括具有可编程继电器结构的采用例如TWDLCAE40DRF型号PLC实现的 基本控制模块41。基本控制模块41与多个PLC测试样本的输入/输出通道 连接。TWDLCAE40DRF型号PLC是交流24点输入、14点继电器、2点晶 体管输出的PLC，内置以太网口。基本控制模块41通过ModBUS接收上位 控制计算机1的通道设置指令，根据所接收的通道设置指令来设置 TWDLCAE40DRF型号的PLC中14点继电器的连接关系以及其接通、断开 动作来选择和控制PLC测试样本的通道。

如果PLC测试样本的总的通道数量超出基本控制模块41能够测试的 通道数量，则测试通道选择控制模块4还可以包括附接到基本控制模块41 的具有可编程继电器结构的扩展控制模块42，扩展控制模块42与多个PLC 测试样本的输入/输出通道连接。扩展控制模块42可以通过采用多个具有可 编程继电器结构的例如TWDDRA16RT型号的PLC来实现，TWDDRA16RT 型号PLC是16点继电器输出。

在存在扩展控制模块42的情况下，基本控制模块41通过ModBUS接 收上位控制计算机1的通道设置指令，来控制扩展控制模块42选择和控制 测试样本的通道，根据所接收的通道设置指令，扩展控制模块42设置 TWDDRA16RT型号的PLC中16点继电器连接关系以及其接通、断开动作 来选择和控制测试样本的通道。

可以根据不同的测试样本情况来编程测试通道选择控制模块4。例如， 如果测试样本的输入隔离模块的通道，则将基本控制模块41或扩展控制模 块42(如果存在扩展控制模块42的话)中的所有的继电器切换到输入通道 和公共地端(Com端)通道；如果测试样本的输出隔离模块的通道，则将 基本控制模块41或扩展控制模块42(如果存在扩展控制模块42的话)中 的所有的继电器切换到输出通道和公共地端(Com端)通道；如果测试样 本是输入非隔离模块，则可仅使用基本控制模块41或扩展控制模块42(如 果存在扩展控制模块42的话)中的一个继电器控制公共地端(Com端)通 道，然后使用基本控制模块41或扩展控制模块42(如果存在扩展控制模块 42的话)中的其它继电器控制其它通道的输入，并可在同时测量多个测试 样本输入通道；如果测试样本是输出非隔离模块，则可仅使用基本控制模 块41或扩展控制模块42(如果存在扩展控制模块42的话)中的一个继电 器控制公共地端(Com端)通道，然后使用基本控制模块41或扩展控制模 块42(如果存在扩展控制模块42的话)中的其它继电器控制其它通道的输 出，并可在同时测量多个测试样本输出通道。

通过基本控制模块41或扩展控制模块42(如果存在扩展控制模块42 的话)中所选用的PLC的编程软件完成基本控制模块41或扩展控制模块 42(如果存在扩展控制模块42的话)中继电器的编程，例如可使用Twido 系列的PLC作为基本控制模块41或扩展控制模块42(如果存在扩展控制 模块42的话)中的继电器控制PLC，接着使用Twido软件编程并根据测量 需求设置测试样本和基本控制模块41或扩展控制模块42(如果存在扩展控 制模块42的话)中之间的连接关系。

在根据本发明上述实施例的采用可编程继电器结构的可编程逻辑控制 器自动测试平台中，采用具有可编程继电器结构的PLC来实现测试通道选 择控制模块4中的基本控制模块41和扩展控制模块42，但是，本发明不限 于PLC，还可以采用其他类似的结构来实现。

上位控制计算机1是本发明的自动测试平台的核心，可以例如采用由 美国国家仪器公司(NI公司)所开发的图形化程序编译平台LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，实验室虚拟仪器 工程平台)进行编程测试。所有的命令控制信号均由此发出，所有的用于 测量的设定数值/测量结果也均在此设定/最终获得并生成测试结果报表

根据本发明的采用可编程继电器结构的可编程逻辑控制器自动测试平 台主要用于多个具备CPU的PLC中的模拟量I/O模块、数字量I/O模块的 自动测试。作为自动测试平台，硬件方面它包括多个将被测试的模块(测 试样本)、诸如可编程直流电源2、万用表3、测试通道选择控制模块4、可 控温箱5的自动测试设备(ATE)、和相关的通信连接；软件方面包括在诸 如编程测试通道选择控制模块4中的例如PLC IDE(可编程逻辑控制器集 成设计环境)和上位控制计算机1中的例如LabVIEW的软件设计。

其中，PLC的模拟量模块是用来对输入的模拟电压/电流进行测量和 按照设定数值输出相应的模拟电压/电流的模块，模拟量模块一般包含多个 通道，并且通道分为两种类型：用于输入模拟量的输入通道和用于输出模 拟量的输出通道。模拟量模块主要通过输入通道将外部输入的模拟电压或 电流值按线性比例转换为相应的数值并进行测量、以及通过输出通道将用 户设定的数值按线性比例转换为相应的模拟电压或电流值并进行输出。因 此，模拟量I/O模块测试模拟输入量和模拟输出量，主要包括准确性系数、 非线性度和温度特性等。

例如，可编程直流电源2作为输入电源为测量样本PLC的模拟量输入 模块提供电源。上位控制计算机1通过控制测试通道选择控制模块4的基 本控制模块41或扩展控制模块42(如果存在扩展控制模块42的话)中的 继电器的输出状态来控制可编程直流电源2是否与输入模块连接。以此方 式，选择测量样本PLC的将被测试的通道。PLC程序将被下载到测试样本 PLC的CPU中，从而测试样本PLC的输入值将被移动到相应的寄存器。并 且上位控制计算机1可以通过Modbus读取CPU中这些寄存器的值。

当用户想要测试模拟量输出模块时，测试平台可以切换到输出模式。 在这种情况下，上位控制计算机1可以通过Modbus将设置的值写入测试样 本PLC的CPU中的相应的寄存器。并且所下载的PLC程序将这些值移动 到输出通道。使用万用表3来收集将被测量的模块的输出值，并立即将输 出数据传送到上位控制计算机1。

在执行与温度相关的测试中，将上位控制计算机1与可控温箱5通过 RS-232电缆连接起来。因此控制可控温箱5在一温度下运行特定时间段， 并且当上位控制计算机1已经获得所有值之后，在下一温度下运行。将数 据保存在EXCEL工作表中以备将来处理。

另一方面，PLC的数字量输入模块是把现场各种开关信号转换成用于 PLC内部处理的标准信号。PLC的数字量输出模块是把PLC内部设置或处 理的开关信号输出到现场进行相应控制。数字量I/O模块测试测试数字输入 量和数字输出量模块，包括输入和输出值、电压和电流阈值、频率测试等。

数字量I/O模块测试使用与模拟量I/O模块测试相同的测试配置，仅仅 是上位控制计算机1中的LabVIEW应用程序的具体内容不同而已。

根据本发明的采用可编程继电器结构的可编程逻辑控制器自动测试平 台由于可以对多个含有CPU的PLC样本进行测试，上位控制计算机1针对 每个测试样本设置不同的下位ModBUS地址，LabVIEW根据下位ModBUS 地址将依次对测试样本进行测试。

根据本发明的采用可编程继电器结构的可编程逻辑控制器自动测试平 台用于含有CPU的PLC产品的I/O测试。在本发明的测试平台中，测试样 本连接完成之后，用户只需在上位控制计算机1中根据测试需要灵活地设 置测试通道选择控制模块4中的继电器的相应状态，并设置其它测试相关 的参数，然后运行程序，测试可以自动地进行。因此能够方便地配置PLC 的模拟I/O模块测量、数字I/O模块测量，极大地降低PLC测试时间和成本。

虽然已经图示和描述了所考虑的本发明的示例实施例，但是本领域技 术人员可以理解，随着技术的进步，可以作出各种变更和修改并可以用等 价物替换其元素而不背离本发明的真实范围。