电气设备模拟器在软件测试中的应用

厦门ABB低压电器设备有限公司 谢丽芬

1.引言

模拟器，它是运行于计算机的软件程序，能够模拟硬件设备的功能和指令系统。用模拟设备去替代物理设备已经广泛应用于设计，开发，测试和调试当中。文献[1]中，针对计算机的子系统提出一套模拟器，能够模拟计算机数据交换的随机过程，也能仿真计算机处理器和外围设备的操作，很好的展现因内存访问引起的问题。随着手机App的盛行，手机模拟器也已被广泛应用于App的开发和测试当中，一方面可以方便开发者轻松搭建开发环境，另一方面方便测试人员进行一些自动化测试和兼容性测试，同时也节约了购机成本。

2.背景与需求

ABB作为全球电气和自动化技术的领导企业，可为各类电气系统、电子及机电设备等提供连接、保护、测量与控制等全套的电气产品解决方案。例如，SCADA系统的开发和应用，SCADA系统采用总线方式（RS485，以太网）与现场设备通信，进行数据采集和处理。客户可以通过HMI直则观查看被监控设备的状态、测量量等，并且对现场的设备进行操控。

随着云技术与物联网的发展，ABB还推出了自己的数字化服务平台ABB Ability。其中低压智能网关的研发与设计，通过采集RS485或以太网等连接的现场设备的测量数据，上传至云平台，为用户提供了随时随地监视，管理，预测和控制等服务。

不论是SCADA还是智能网关的研发，其软件测试过程，需要连接现场设备来搭建测试环境。对于软件性能测试的案例，例如测试智能网关与近百台电气设备的通信能力，如果全部连接真实设备，显然工程量太大，成本太高。因此选择开发一款模拟器来代替真实设备，已成迫切需求。ABB 针对内部测试需求，自主开发了一套低压电气设备模拟器。它能够模拟ABB开发的Modbus RTU和Modbus TCP类型的低压开关设备，测量设备等。

3.模拟器的设计

ABB 电气设备，如各类型的开关，测量设备，以及开发的SCADA和低压智能网关等都支持标准的Modbus，模拟器也是采用Modbus总线协议。

模拟器，其软件设计是根据真实设备的控制器进行设计的，例如各开关设备测量量的名称，对应寄存器的地址，数据类型，支持的Modbus功能码等。但是对于一部分的数据则给予随机值来模拟，例如设备电流，电压的测量数值。

模拟器支持手动配置需要模拟的设备，并保存对应的配置文件。用户可以通过串口配置所需要模拟的Modbus RTU类型的设备，也可以通过配置设备局域网IP地址（非占用真实网络的IP）模拟Modbus TCP类型的设备。

4.应用案例

4.1 ABB低压智能网关的通信性能测试

ABB低压智能网关有两路RS-485硬件接口，可以组建两组Modbus RTU 现场设备网络[2]。同时有两个网口，其中基于Modbus TCP 通信的现场设备需要与运行桌面应用程序的电脑运行于网口2的网络中，而网口1负责将采集到的数据上传至云端。

智能网关支持同时与Modbus RTU和Modbus TCP现场设备通信。本测试案例是配置80台设备与智能网关通信，测试网关在高负载情况下的通信能力，测试环境如图1所示。其中准备3台Modbus RTU 真实设备接到RS-485串口1，3台Modbus TCP 真实设备接到网口2所在的局域网中，其余74台设备用模拟器模拟。将真实设备和模拟设备并存于测试中，能让测试环境更真实更简单。模拟器可同时模拟Modbus TCP和RTU类型的设备，其中Modbus RTU设备可以通过一个USB 转串口设备进行配置模拟并连接于智能网关RS-485串口2，Modbus TCP 设备可以配置与网口2所在局域网不冲突的IP进行模拟。模拟器可以灵活选型Modbus RTU 和Modbus TCP 类型的设备，但每次完成新的配置和运行后，运行桌面应用程序的电脑也要通过相关应用程序对智能网关做一次新的配置，确保智能网关是与当下环境的80台设备进行通信。

4.2 优点分析

1.模拟器能够按配置的Modbus TCP/Modbus RTU类型，模拟真实设备的通信行为，实现通信能力压力测试的目的。

2.测试环境搭建简单灵活，大大缩短了软件测试周期。

3.用模拟设备代替硬件设备，节约了真实设备资源，大大节约了测试成本。

4.3 缺点分析

1.模拟器所模拟的现场设备的测量量，如电流，电压并非真实的数值，无实际意义。

2.模拟器非真实设备，不适用于需要对设备进行操作或控制作出响应的场合。

5.总结

为了开发高质量的软件产品，软件测试在整个软件开发过程起到关键的作用。本文首先针对ABB软件开发的背景，提出了模拟器在软件测试中的需求。其次简单描述了模拟器的设计。最后通过一个ABB低压智能网关性能测试案例阐述了模拟器在软件测试方面的应用并分析了优缺点。模拟器因其灵活性和便捷性等优点，其应用会越来越广泛。