基于智能電能表腳本測(cè)試方案研究

陳紅芳，舒 雋

（華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

1 引言

智能電能表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)日益強(qiáng)盛，電子類設(shè)備成本的降低，人員成本的增加，為了提供可靠的產(chǎn)品，減少產(chǎn)品故障率，因此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試是科技發(fā)展的方向.就利潤(rùn)最大化的發(fā)展趨勢(shì).

智能電能表行業(yè)性很強(qiáng)，因此沒有通用的自動(dòng)測(cè)試軟件.只有開發(fā)一套符合智能電能表要求的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)才能提高產(chǎn)品研發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)效率.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)出來之后，應(yīng)用與樣機(jī)階段，可以把測(cè)試人員從繁重的黑盒測(cè)試中解脫出來，讓測(cè)試人員有更多的時(shí)間去分析、研究測(cè)試方法，以提高測(cè)試效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，縮短開發(fā)周期.應(yīng)用與小批生產(chǎn)時(shí)可以在同樣多的時(shí)間內(nèi)測(cè)試更多的功能，并且更容易發(fā)現(xiàn)不良品，發(fā)現(xiàn)個(gè)體差異，或概率性問題.應(yīng)用與批量生產(chǎn)時(shí)可以提高生產(chǎn)效率，減少人工操作，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品交貨合格率.

2 智能電能表特點(diǎn)

智能電能表是屬于工業(yè)產(chǎn)品，需要長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定運(yùn)行，那么每一個(gè)功能都需要經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試.而黑盒測(cè)試是不能完全覆蓋，而這種嵌入式產(chǎn)品沒有現(xiàn)成的自動(dòng)測(cè)試軟件.因此我們開發(fā)了一款基于智能電能表產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng).這套系統(tǒng)的特點(diǎn)是：滿足測(cè)試方案靈活性需求，用戶自定義測(cè)試方案；多種臺(tái)體的適應(yīng)性；多種表計(jì)協(xié)議的適應(yīng)性；單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版的適應(yīng)性.此系統(tǒng)需要與多功能電源臺(tái)體配合使用，否則使用功能將收到限制.

智能電能表的通信協(xié)議共有3萬多條，每一條都要進(jìn)行測(cè)試才能保證產(chǎn)品的可靠性，測(cè)試周期很長(zhǎng)，并且各功能之間又存在關(guān)聯(lián)，需要交叉測(cè)試，因此測(cè)試的復(fù)雜度非常高.智能電能表的功能也非常多，主要的功能有：電量、最大需量、瞬時(shí)量、時(shí)區(qū)時(shí)段、顯示、負(fù)荷曲線、事件記錄、凍結(jié)、合格率、狀態(tài)字等功能.

3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)的這套系統(tǒng)采用MICROSOFT.NET編程語言.操作系統(tǒng)是：Windows XP.數(shù)據(jù)庫(kù)是：SQL或SQLLite.腳本語言：C#.

4 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用的硬件要求

這套軟件使用是必須與多功能自動(dòng)測(cè)試臺(tái)體配合才能使用.這種臺(tái)體需要具有以下的功能：三相電壓、電流可任意調(diào)節(jié)大??；相角可任意調(diào)節(jié)；脈沖常數(shù)可以任意設(shè)置；頻率可任意調(diào)節(jié)；臺(tái)體具有多功能輸出檢測(cè)裝置；臺(tái)體能檢測(cè)脈沖信號(hào)；臺(tái)體能檢測(cè)時(shí)鐘信號(hào)；臺(tái)體能檢測(cè)報(bào)警、跳閘信號(hào).臺(tái)體的所有操作都可以通過命令方式實(shí)現(xiàn).這樣可以在腳本中隨意控制臺(tái)體，并讀取臺(tái)體的狀態(tài)和數(shù)據(jù).臺(tái)體提供通信接口，臺(tái)體廠家提供.

5 腳本語言編程介紹

我們選用C#語言來做為我們的腳本語言，此語言是微軟公司發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮摹⑦\(yùn)行于.NET Framework之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言.C#是一種安全的、穩(wěn)定的、簡(jiǎn)單的、優(yōu)雅的，由C和C++衍生出來的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言.它可以讓我們的測(cè)試人員快速地編寫各種腳本語言.正是由于C#面向?qū)ο蟮淖吭皆O(shè)計(jì)，使它成為我們選用的最佳腳本語言.

腳本語言是為了縮短傳統(tǒng)的編寫-編譯-鏈接-運(yùn)行過程而創(chuàng)建的計(jì)算機(jī)編程語言.一個(gè)腳本通常是解釋運(yùn)行而非編譯.因此我們開發(fā)設(shè)計(jì)的腳本語言也是一樣的具有：簡(jiǎn)單、易學(xué)、易用的特性.目前腳本語言應(yīng)用的范圍也是非常的寬，如：DOS，Windows的批處理文件和Unix的shell腳本、游戲中的角色、網(wǎng)頁中的嵌入式教本等等應(yīng)用范圍非常廣泛，其可靠性也是非常的高.我們開發(fā)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)利用腳本來編寫自動(dòng)測(cè)試腳本的優(yōu)點(diǎn)有：

快速開發(fā)：腳本語言極大地簡(jiǎn)化了“開發(fā)、部署、測(cè)試和調(diào)試”的周期過程.不需要學(xué)習(xí).net開發(fā)工具如何使用，只要學(xué)習(xí).net編程技巧，而這些編程技巧在大學(xué)時(shí)都學(xué)過，所以現(xiàn)在只要再進(jìn)行升華就可以應(yīng)用了.

容易部署：腳本語言都能夠隨時(shí)部署，而不需要耗時(shí)的編譯/打包過程.我們?cè)O(shè)計(jì)的腳本開發(fā)提供語法檢查，而編譯、打包是在運(yùn)行時(shí)才進(jìn)行，由樣機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來提供，這樣測(cè)試人員在編寫腳本時(shí)只需要寫具體的操作流程即可，而并用再進(jìn)行其它部署.

易學(xué)易用：我們開發(fā)的這套系統(tǒng)已經(jīng)把常用的操作編寫成函數(shù)或動(dòng)態(tài)庫(kù)形式，可以在腳本中任意調(diào)用.

6 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

6.1 軟件框架結(jié)構(gòu)

這套系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)是采用C/S結(jié)構(gòu)，采用多層分級(jí)管理結(jié)構(gòu)：物理層、邏輯層、應(yīng)用層.詳細(xì)架構(gòu)如圖一所示.物理層主要有：電源臺(tái)體、智能電能表、PC機(jī)、服務(wù)器.邏輯層有：通信接口及管理、規(guī)約管理層和數(shù)據(jù)庫(kù)管理層.應(yīng)用層是與用戶直接操作的界面，應(yīng)用層提供了用戶管理、臺(tái)體管理、項(xiàng)目管理、參數(shù)管理、腳本管理、協(xié)議管理、數(shù)據(jù)管理、日志管理等功能.

圖1

6.2 通信接口（Socket、串口等）

通信層首先要對(duì)串口、網(wǎng)口進(jìn)行初始化，只有在通信通道暢通的情況下才能繼續(xù)通信指令操作.對(duì)與通信方式上的判斷從以下幾個(gè)方面進(jìn)行判斷.通信方式.通信方式的選擇是根據(jù)目的地來選擇.通信目標(biāo).即命令類型，命令傳輸?shù)哪康牡?指令內(nèi)容.指令內(nèi)容的判斷，命令是給表計(jì)還是臺(tái)體的.指令配置信息.指令配置信息是指，指令的執(zhí)行次數(shù)，是否需要判斷長(zhǎng)度、校驗(yàn)和、是否需要返回等.當(dāng)系統(tǒng)接受到信息之后需要根據(jù)配置信息進(jìn)行解析.

6.3 規(guī)約管理層

規(guī)約管理層包含：DL/T645-2007通信規(guī)約、TCPIP協(xié)議、與臺(tái)體通信協(xié)議等，方便擴(kuò)充規(guī)約，如：IEC1107、IEC62056等規(guī)約.規(guī)約管理層還負(fù)責(zé)規(guī)約解析，負(fù)責(zé)對(duì)下發(fā)和接受的指令進(jìn)行解析.當(dāng)腳本中需要對(duì)表計(jì)進(jìn)行操作時(shí)，會(huì)先生成一個(gè)新的XML文件，在從規(guī)約數(shù)據(jù)中獲取相關(guān)信息完善到XML文件中，得到完整的信息之后，在把指令從通信通道下發(fā)至目的地.根據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)把下發(fā)的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成報(bào)文形式.當(dāng)收到命令時(shí)再把報(bào)文解析成文字或數(shù)據(jù).通信解析管理首先要建立通訊鏈路，在建立解析進(jìn)程，然后管理流程，建立通訊層與解析層的關(guān)聯(lián)；將信息傳給應(yīng)用層；處理完之后釋放線程.

6.4 數(shù)據(jù)庫(kù)操作層

數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是SQL或SQLLite數(shù)據(jù)庫(kù)，這兩者是完全兼容的，并且SQLLite數(shù)據(jù)庫(kù)是開源的，對(duì)于一些小型用戶已經(jīng)足夠，而對(duì)于用戶數(shù)量較多的用戶可以選擇SQL數(shù)據(jù)庫(kù).

6.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要的功能是管理用戶、用戶權(quán)限、臺(tái)體管理、項(xiàng)目管理、腳本管理、協(xié)議管理的用戶操作界面.

6.6 腳本調(diào)用流程

6.6.1 腳本編譯

當(dāng)用戶需要運(yùn)行腳本時(shí)，首先進(jìn)入腳本運(yùn)行界面，選擇需要執(zhí)行的腳本，選擇配置參數(shù)文件.會(huì)調(diào)用腳本，把腳本編譯成C#源代碼，再編譯成可執(zhí)行的動(dòng)態(tài)庫(kù)文件.最后再調(diào)用可執(zhí)行文件，運(yùn)行腳本.

6.6.2 腳本運(yùn)行

腳本運(yùn)行時(shí)，首先把表計(jì)信息、臺(tái)體信息、默認(rèn)參數(shù)等眾多參數(shù)傳入到運(yùn)行的腳本中，然后連接數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)用臺(tái)體信息、項(xiàng)目信息得到表計(jì)信息，再執(zhí)行腳本，執(zhí)行腳本時(shí)需要調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理層、通信解析管理層、解析層和通信層.執(zhí)行完成之后釋放所有的線程，保存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)送結(jié)束消息，把表計(jì)電源斷掉.退出腳本運(yùn)行狀態(tài)

6.7 應(yīng)用實(shí)例

6.7.1 測(cè)試方案：電量走字

腳本主要測(cè)試表計(jì)當(dāng)前分相電能的走字功能，包括正、反向有無功分相電能和四象限的分相電能.

該腳本走的電流為400%Ib,先走第一象限，分別單獨(dú)走A、B、C三相，加電流時(shí)，先抄讀表計(jì)的時(shí)間，延時(shí)一段時(shí)間（600秒）后，再抄讀表計(jì)的時(shí)間并掉電流，利用前后兩次的時(shí)間差跟理論的功率乘積來計(jì)算理論電量.再抄讀當(dāng)前所走電能跟理論值進(jìn)行比較.

6.7.2 測(cè)試用例：電量走字

設(shè)備：自動(dòng)測(cè)試臺(tái)體、標(biāo)準(zhǔn)源、PC機(jī)、局域網(wǎng)

測(cè)試點(diǎn)：100%Un，400%Ib.

測(cè)試方法：

（1）臺(tái)體啟動(dòng)工作電壓，設(shè)置表計(jì)額定電壓，額定電流等參數(shù)；

（2）顯示本腳本可實(shí)現(xiàn)的功能；

（3）表計(jì)上額定電壓并延時(shí)10秒；

（4）表計(jì)執(zhí)行清零操作，并設(shè)置相關(guān)參數(shù).

（5）設(shè)置電流幅值為400%Ib,相位調(diào)整為30度.

（6）上ABC相電流.

（7）抄讀表計(jì)時(shí)間和當(dāng)前臺(tái)體功率.

（8）延時(shí)600秒后再掉電流.

（9）抄讀表計(jì)時(shí)間，根據(jù)這兩次的時(shí)間差計(jì)算理論電量.

（10）抄讀相應(yīng)電量跟理論值比對(duì).

（11）結(jié)束測(cè)試，生成測(cè)試結(jié)果.6.7.3 腳本代碼：電量走字

函數(shù)腳本(計(jì)算理論電量與實(shí)際電量之差，當(dāng)電量之差小一0.02時(shí)即判斷合格，否則判斷不合格)：

CompareData(table1,"0001FF00",refer_anerg);//判讀電量是否正確，并輸出結(jié)果

7 系統(tǒng)主界面

整套系統(tǒng)運(yùn)行之后的主界面如下圖，主要的目錄是：文件（修改密碼、退出）、檔案維護(hù)（項(xiàng)目維護(hù)、項(xiàng)目表計(jì)信息）、自動(dòng)測(cè)試（自動(dòng)測(cè)試、默認(rèn)參數(shù)配置、測(cè)試查詢）、腳本管理（腳本編輯、命令編輯、測(cè)試項(xiàng)目管理）、設(shè)置抄讀（表計(jì)設(shè)置抄讀、設(shè)置抄讀方案、負(fù)荷曲線）、系統(tǒng)維護(hù)（用戶管理、協(xié)議導(dǎo)入、模塊配置、數(shù)據(jù)庫(kù)配置、通信參數(shù)配置）、幫助（幫助、關(guān)于）.圖2是系統(tǒng)正在運(yùn)行的主界面.

圖2

8 結(jié)論

這套樣機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是采用了先進(jìn)的腳本編寫方式來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試.腳本編寫最大的好處是靈活.腳本的編寫、修改都非常方便，靈活性很大，腳本編寫好了之后可以無故障連續(xù)運(yùn)行.利用腳本來進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試是目前自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域中最先進(jìn)的方式.

〔1〕王瑩.智能電表/智能能源的技術(shù)市場(chǎng).電子產(chǎn)品世界，2012-07-19.

〔2〕羅秋鳳，肖前貴，楊柳慶.無人機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).儀器儀表學(xué)報(bào)，2011(1).

〔3〕徐理中，寥述劍.基于ATML的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).測(cè)試技術(shù)，2008（07）.

〔4〕黃全安，宋健.AMT控制器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì).測(cè)控技術(shù)，2012（01）.

〔5〕吳建平.淺談C#面向?qū)ο缶幊痰闹匾匦裕庋b性、繼承性及多態(tài)性.計(jì)算機(jī)軟件，2012.