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基于PLC的工业控制系统特点及测试方法介绍

PLC自问世以来，发展异常迅猛，其综合了计算机和自动化技术，不仅可以

很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过

输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动

控制。随着PLC控制系统在工业生产过程中得到了越来越广泛的应用，系统的安全可

靠越来越受人们关注，基于PLC的工业控制系统测试成为亟待解决的问题。

 1.基于PLC的工业控制系统特点

 可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），作为离散控制的首

选产品，在自动化领域占据着十分重要的位置。基于PLC的工业控制系统由模仿原继

电器控制原理发展起来，利用存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操

作的指令，并通过输入/输出（I/O）发出控制信号和接受输入信号，来控制各类机械或

生产过程。基于PLC的工业控制系统与其他工业控制系统相比较，具有不可忽视的优

点：与继电-接触器控制系统的比较，PLC系统在灵活性和扩展性、可靠性和可维护

性、控制速度和稳定性、延时的可调性与精度、设计与施工、系统价格方面具有巨大

优势，并代替继电-接触器控制广泛应用于工业自动控制中；与计算机控制系统的比

较：PLC系统的功能模块结构、顺序扫描方式工作、恶劣工业应用环境适应性方面都

是工业用微机无法和PLC相比，但是，计算机在信息处理方面还是优于PLC，所以，

在一些工业控制系统中，常常将两者结合起来，PLC作为下位机进行现场控制，计算

机作为上位机进行信息处理；与集散控制系统（DistributedCoiitrolSystem，DCS）的

比较：PLC在开关量控制和顺序控制方面有一定的优势；而DCS在连续量的模拟控制

和回路调节等方面有一定的优势；DCS具有控制（工程师站）、操作（操作员站）、现

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场仪表（现场测控站）三级结构，组态成相对固定的功能，而PLC则大多需要编程，

但更灵活，可以实现大规模的控制系统网络。

 2.基于PLC的工业控制系统测试方法

 为做好PLC系统的质量控制工作，软件测试是工程实施阶段质量控制的一种有

效手段。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。目前主流的测试方

法主要有三种：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。

 硬件在回路（HiL）测试技术包括实时处理器、I/O接口和操作界面，可以精确

的仿真测试系统中物理上并不存在的部分。实时处理器提供硬件I/O通信、数据记

录、激励生成和模型执行等。I/O接口提供被测电子控制单元（ECU）与模型仿真的虚

拟环境之间的传感器和PLC控制器的交互。操作界面与实时处理器通信，提供测试命

令、可视化、配置管理、分析和报告任务。HiL技术采用硬件故障插入在ECU和被测

试系统之间产生信号故障，达到测试和验证故障条件下设备性能的目的。

 硬件在回路技术与PLC相结合，将PLC的电机信号、开关量信号等各种控制信

号转化成数学模型，与I/O接口模拟成为一个受控对象模型，将电压、电流、电磁、

浪涌脉冲等硬件激励以及越界值、非法指令、桩程序段、靶子程序段等软件故障作为

测试序列加载到受控对象模型，实际输出平均故障前时间MTBF、故障次数、故障

率、可靠度等指标，通过类比系统实际输出与期望输出来验证PLC控制器。PLC硬件

在回路测试系统结构如图所示。

 图1硬件在回路测试系统结构

 3.总结

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 硬件在回路环境下的PLC软件测试可以实现对被测软件