Simulation in automation software testing

Simulointisovellus testauksen apuvälineenä tehostaa ja selkeyttää automaatiosovelluksen testausvaiheita ja järjestelmän tehdastestausta. Automaatiojärjestelmien tehdastestauksissa sekä toimittajan että asiakkaan tulee olla ajan tasalla toteutettavista testeistä ja tapahtumista. Ulkoinen simulointisovellus selkeällä informatiivisella käyttöliittymällä antaa asiakkaalle huomattavasti selkeämmän kuvan tapahtumista, kuin se että testaaja simuloi rajapintojen informaatiota suoraan ohjelmoitavalle logiikalle. Tämän diplomityön tavoitteena on luoda laitteistoriippumaton simulointisovellus automaatiojärjestelmän I/O-rajapinnan muuttujien simulointiin. Laitteistoriippumattomuudella tarkoitetaan universaalia, abstraktia tiedonsiirtomenetelmää simulointisovelluksen ja logiikan välillä. Tämän lisäksi muita vaatimuksia ovat simulointisovelluksen helppokäyttöisyys, käyttöönotettavuus ja mukautuvuus, joiden avulla se on käytettävissä tehokkaasti koko automaatioprojektin elinkaaren ajan. Työn teoriaosassa tutkitaan kirjallisuuteen pohjautuen metodeita ongelman ratkaisemiseksi. Aihealueita simuloinnin toteuttamiseen ovat: tehdasprosessien toiminta ja kuvaukset, automaatiojärjestelmän horisontaalinen ja vertikaalinen integraatio ISA-95 mallin mukaisesti, ohjelmoitavan logiikan toiminta laitteisto- ja sovellustasolla, laitteiden välinen tiedonsiirto automaatiojärjestelmissä, ohjelmistotuotannon menetelmät sovelluksen kehittämiseksi, ohjelmistotestauksen menetelmät ja tehdastestaus sekä testausten dokumentointi. Työssä päädyttiin käyttämään OPC UA (OPC Unified Architecture) -standardin mukaista tiedonsiirtoa simulointisovelluksen ja logiikan välillä. Tämä tarjoaa mahdollisuuden laitteistoriippumattomaan tiedonsiirtoon palvelimen ja asiakkaan välillä, tarjoten abstraktin palvelupohjaisen mallin. Suunniteltu simulointiohjelmisto on Microsoft Excel OPC UA asiakas, joka rakentuu C#/.Net pinon päälle. Ohjelmisto suunniteltiin annetuista lähtötiedoista käyttäen ohjelmistotuotannon menetelmiä aina toteutusvaiheeseen saakka. Toteutettu simulointiohjelmiston prototyyppi kykenee muodostamaan simulointiprojektin olemassa olevista automaatiosuunnittelun lähtötiedoista, jolloin simuloinnin käyttöönottaminen vaatii ainoastaan ohjelmoitavan logiikan OPC UA -rajapinnan käyttöönottamisen palvelimena ja simulointisovelluksen yhdistämisen palvelimeen. Menetelmällä onnistuttiin simuloimaan Siemens S7-1500 –sarjan logiikan I/O -rajapinnan muuttujia vaatimusten mukaisesti.The simulation software as a testing tool improves and clarifies testing phases of an automation software and factory acceptance testing. In the factory acceptance testing of automation systems, both the supplier and the customer must be up to date on the tests and events. External I/O -interface simulation application provided by the supplier engineer with a clear informative user interface gives the customer a better picture of the events, unlike a simulation directly to the programmable logic controller I/O -variables. The aim of this master’s thesis is to create a hardware-independent simulation software for simulating the I/O -interface of the automation system. Hardware independence refers to a universal, abstract data transfer method between the simulation software and the programmable logic controller. Other requirements for simulation systems include user-friendly interface, initialization and adaptability, which make the simulation system available and efficient throughout the lifetime of the automation project. In the theoretical part of this thesis, a literature review is executed to present different methods to solve the problem. The main topics on creating a simulation software are operation and descriptions of factory processes, horizontal and vertical integration of ISA-95 model, hardware and software level of programmable logic controllers (PLC), software production methods for developing simulation software, software testing, factory acceptance testing and documentation of testing. Based on the literary review, the OPC UA (OCP Unified Architecture) communication standard was chosen for data transfer between the simulation software and PLC. This provides hardware-independent communication between the PLC -server and the simulation client, providing an abstract service-based model. The designed simulation software was a Microsoft Excel OPC UA client, built on the C # / .Net stack. The software was designed from the given requirements using software production methods. The implemented prototype of the simulation software is capable of creating a simulation project from existing automation design data, where the usage of simulation requires only the hardware configuration of the PLC as OPC UA server and connecting the simulation client application to the server. The methods given in the literary review succeeded in simulating the I/O variables of the Siemens S7-1500 series logic controller according to the requirements