電氣設備模擬器在軟件測試中的應用

廈門ABB低壓電器設備有限公司 謝麗芬

1.引言

模擬器，它是運行于計算機的軟件程序，能夠模擬硬件設備的功能和指令系統(tǒng)。用模擬設備去替代物理設備已經(jīng)廣泛應用于設計，開發(fā)，測試和調(diào)試當中。文獻[1]中，針對計算機的子系統(tǒng)提出一套模擬器，能夠模擬計算機數(shù)據(jù)交換的隨機過程，也能仿真計算機處理器和外圍設備的操作，很好的展現(xiàn)因內(nèi)存訪問引起的問題。隨著手機App的盛行，手機模擬器也已被廣泛應用于App的開發(fā)和測試當中，一方面可以方便開發(fā)者輕松搭建開發(fā)環(huán)境，另一方面方便測試人員進行一些自動化測試和兼容性測試，同時也節(jié)約了購機成本。

2.背景與需求

ABB作為全球電氣和自動化技術的領導企業(yè)，可為各類電氣系統(tǒng)、電子及機電設備等提供連接、保護、測量與控制等全套的電氣產(chǎn)品解決方案。例如，SCADA系統(tǒng)的開發(fā)和應用，SCADA系統(tǒng)采用總線方式（RS485，以太網(wǎng)）與現(xiàn)場設備通信，進行數(shù)據(jù)采集和處理?？蛻艨梢酝ㄟ^HMI直則觀查看被監(jiān)控設備的狀態(tài)、測量量等，并且對現(xiàn)場的設備進行操控。

隨著云技術與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，ABB還推出了自己的數(shù)字化服務平臺ABB Ability。其中低壓智能網(wǎng)關的研發(fā)與設計，通過采集RS485或以太網(wǎng)等連接的現(xiàn)場設備的測量數(shù)據(jù)，上傳至云平臺，為用戶提供了隨時隨地監(jiān)視，管理，預測和控制等服務。

不論是SCADA還是智能網(wǎng)關的研發(fā)，其軟件測試過程，需要連接現(xiàn)場設備來搭建測試環(huán)境。對于軟件性能測試的案例，例如測試智能網(wǎng)關與近百臺電氣設備的通信能力，如果全部連接真實設備，顯然工程量太大，成本太高。因此選擇開發(fā)一款模擬器來代替真實設備，已成迫切需求。ABB 針對內(nèi)部測試需求，自主開發(fā)了一套低壓電氣設備模擬器。它能夠模擬ABB開發(fā)的Modbus RTU和Modbus TCP類型的低壓開關設備，測量設備等。

3.模擬器的設計

ABB 電氣設備，如各類型的開關，測量設備，以及開發(fā)的SCADA和低壓智能網(wǎng)關等都支持標準的Modbus，模擬器也是采用Modbus總線協(xié)議。

模擬器，其軟件設計是根據(jù)真實設備的控制器進行設計的，例如各開關設備測量量的名稱，對應寄存器的地址，數(shù)據(jù)類型，支持的Modbus功能碼等。但是對于一部分的數(shù)據(jù)則給予隨機值來模擬，例如設備電流，電壓的測量數(shù)值。

模擬器支持手動配置需要模擬的設備，并保存對應的配置文件。用戶可以通過串口配置所需要模擬的Modbus RTU類型的設備，也可以通過配置設備局域網(wǎng)IP地址（非占用真實網(wǎng)絡的IP）模擬Modbus TCP類型的設備。

4.應用案例

4.1 ABB低壓智能網(wǎng)關的通信性能測試

ABB低壓智能網(wǎng)關有兩路RS-485硬件接口，可以組建兩組Modbus RTU 現(xiàn)場設備網(wǎng)絡[2]。同時有兩個網(wǎng)口，其中基于Modbus TCP 通信的現(xiàn)場設備需要與運行桌面應用程序的電腦運行于網(wǎng)口2的網(wǎng)絡中，而網(wǎng)口1負責將采集到的數(shù)據(jù)上傳至云端。

智能網(wǎng)關支持同時與Modbus RTU和Modbus TCP現(xiàn)場設備通信。本測試案例是配置80臺設備與智能網(wǎng)關通信，測試網(wǎng)關在高負載情況下的通信能力，測試環(huán)境如圖1所示。其中準備3臺Modbus RTU 真實設備接到RS-485串口1，3臺Modbus TCP 真實設備接到網(wǎng)口2所在的局域網(wǎng)中，其余74臺設備用模擬器模擬。將真實設備和模擬設備并存于測試中，能讓測試環(huán)境更真實更簡單。模擬器可同時模擬Modbus TCP和RTU類型的設備，其中Modbus RTU設備可以通過一個USB 轉(zhuǎn)串口設備進行配置模擬并連接于智能網(wǎng)關RS-485串口2，Modbus TCP 設備可以配置與網(wǎng)口2所在局域網(wǎng)不沖突的IP進行模擬。模擬器可以靈活選型Modbus RTU 和Modbus TCP 類型的設備，但每次完成新的配置和運行后，運行桌面應用程序的電腦也要通過相關應用程序?qū)χ悄芫W(wǎng)關做一次新的配置，確保智能網(wǎng)關是與當下環(huán)境的80臺設備進行通信。

4.2 優(yōu)點分析

1.模擬器能夠按配置的Modbus TCP/Modbus RTU類型，模擬真實設備的通信行為，實現(xiàn)通信能力壓力測試的目的。

2.測試環(huán)境搭建簡單靈活，大大縮短了軟件測試周期。

3.用模擬設備代替硬件設備，節(jié)約了真實設備資源，大大節(jié)約了測試成本。

4.3 缺點分析

1.模擬器所模擬的現(xiàn)場設備的測量量，如電流，電壓并非真實的數(shù)值，無實際意義。

2.模擬器非真實設備，不適用于需要對設備進行操作或控制作出響應的場合。

5.總結

為了開發(fā)高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品，軟件測試在整個軟件開發(fā)過程起到關鍵的作用。本文首先針對ABB軟件開發(fā)的背景，提出了模擬器在軟件測試中的需求。其次簡單描述了模擬器的設計。最后通過一個ABB低壓智能網(wǎng)關性能測試案例闡述了模擬器在軟件測試方面的應用并分析了優(yōu)缺點。模擬器因其靈活性和便捷性等優(yōu)點，其應用會越來越廣泛。