毛永梅 张 帆 白露薇 张 江

（内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010000）

0 引言

该文介绍的电能采控终端是内蒙古电力集团提出的一款集负控功能、低压采集功能于一体的新型终端，安装在用电采控现场配电侧，采集所有电能表的数据并进行存储，并对用电负荷进行控制管理的设备。随着产品向着智能化方向发展，软件的规模及复杂性也随之增加，产品质量的可靠性问题在现场运行过程中逐渐暴露出来。根据现场故障统计，尤其是软件故障，约占总故障率的20%。软件已经成为影响产品质量的关键因素，并呈逐渐上升的趋势，尤其是软件引发的故障还都是批量性的，给电网的稳定可靠运行带来了很大的风险。

目前在电能采控终端软件测试系统中，检测装置多以半手工操作为主，需人工判断终端的类型再进行分类接线，存在人工效率低、易存在主观判断等问题，对操作人员的工作经验有着较高的要求，并且全自动化及信息化测试程度低[1]。检测软件以常规功能项测试为主，测试覆盖率、深度不够[2]。检测数据需人工判断合格与否。如何提高电能采控终端的软件检测效率及深度，使检测流程可以效率更高、可靠性更高，是我们面临的实际问题。因此，该文设计并开发了电能采控终端软件自动检测系统。

1 系统实现

电能采控终端软件自动检测系统基于上位机软件脚本技术，结合检测装置自动控制等实现全自动化测试，且通信规约可扩展，测试方案可编辑。系统主要由硬件和软件2个部分组成，框架图如图1所示。

1.1 硬件结构

检测装置主要包括程控源、显示模块、多功能标准表、时钟信号源、功能控制模块、多功能挂表架等。外形结构如图2所示。

1.1.1 程控源

装置采用程控电源供电，操作方便、准确度高、方便用户使用，支持大电流输出（0～100 A），方便检定大电流终端。

1.1.2 显示模块

配有大屏幕显示界面，可实现数据及控制界面的直观显示，便于监测测试过程及编辑测试方案。配有专用键盘及特殊功能键，支持手动检定操作。

1.1.3 多功能标准表

多功能标准表的应用可以使检测装置达到指标规定的高精度要求。

1.1.4 时钟信号源

具有时钟基准，可联网校时，为检测提供标准时钟信号。

1.1.5 功能控制模块

可控制检测装置的电压、电流大小及通断切换，可控制一台或多台电能采控终端测试方案执行，支撑软件极限、边界等项目测试。

1.1.6 一体式多功能挂表架

具有免接线、据模块类型自动切换特点。具有专用脉冲采样接口、高压隔离电路，可防止高压误接入。具有RS-232、RS-485等多种通信接口。

1.2 软件架构

电能采控终端软件自动检测平台采用扩展性强、安全可靠性高的.NET平台的多层技术架构，使用C#语言和MySQL数据库。

1.2.1 系统软件设计

系统软件架构包括数据采集层、数据处理层和应用平台层。软件架构图如图3所示。

图1 系统总框架图

1.2.1.1 数据采集层

通过各种数据接口及通信协议与终端通信，获取待采集的数据，读取全部数据并保存到数据库或系统内存中，供给数据处理层。

1.2.1.2 数据处理层

将数据采集层所提供的数据，通过分析进行分类，对符合逻辑、符合前端的简单业务进行预处理，而后将数据分类存储到系统内存中。需查询数据时，可通过已分类的数据迅速从数据库或系统内存中获得对应的数据。

1.2.1.3 应用平台层

软件界面通过各个模块获取数据处理层的数据，并以可视化视图的形式展示在操作界面层中，操作人员可直观获取装置运行的全部状态和各环节的检测数据，方便对检测系统进行管理和操作。

1.2.2 测试功能

检测平台测试功能分为显示及任务管理模块，控制及检测等模块。各功能模块独立存在并相互关联。显示模块用于显示整个系统的运行情况，包括操作界面、运行过程、设备运行状态和异常报警状态信息。任务管理模块将系统接收到的检测任务自动分配给对应的检测单元执行。系统控制模块可对系统状态进行修改，尤其在发生异常情况时，可进行硬件动作。检测软件根据已编制的检测方案，控制检测装置完成全自动检测，并对结果进行判断并保存至数据库中。

该软件平台的建立可实现测试方案管理、自动检测、协议配置、档案管理、设备调试、测试方案、故障库及报告生成等功能。

2 关键设备的设计

2.1 装置端子结构优化

电能采控终端型式结构为优化后的设计结构，有异于常规端子结构。该终端在不同参数配置下，其端子接线方式不一致，如果采用常规的可调间距的强电接线端子及多功能通信线接线，需人工作业，存在工作量大、易接错线的情况，采用现有的一体式端子又不适用于该款终端结构[3]，所以需对装置接线端子结构进行设计。

将强电端子设计为适用于电能采控终端的顶针式端子结构，将多功能通信线束设计为顶针式辅助端子结构，同时将负控终端控制模块接口设计为顶针式接线端子。现场检测终端时，可实现端子免接线，一体式压接的连接方式。根据终端选配模块的不同类型，通过滑轨的形式对控制模块接线端子进行上下移动，将其接入模块接口，当终端接入载波模块时，控制模块接线端子下拉，避免与载波模块盒发生碰撞。当终端接入控制模块时，模块接线端子上拉与其保持有效接触。装置端子结构如图4所示。

图2 装置外形结构图

图3 软件架构图

图4 装置端子结构

2.2 装置表位切换设计

现有的检测装置，在挂表架上安装有电流输出短接端子，平时用配备的专用短接片将高低端短接起来，所有终端挂接时取下。当待测终端数量少于总挂表数时，可以用配备的专用短接片或使用“电流输出短接线”把不使用的表位短接起来，方可形成电流回路。该操作需专业人士进行人工操作，费时、费力、效率低。为解决这一问题，使用基于软件脚本的上位机软件设计，使用基于继电器的控制功能设计，实现装置的全自动化测试。装置支持多种用户需求下的终端测试，下面从4个方面进行说明。1）当单个终端待测时，检测装置可实现对任意表位单独上电，通过继电器控制电压、电流与待测表位接通。其他表位的电压与电流由各表位对应的继电器分别控制断开与旁路，防止其他表位在不挂表的情况下带电，导致触电事故发生。2）当多个终端（少于总挂表数）待测时，可以选择使用检测装置中的多个表位上电，实现多台终端以比对的形式进行测试，测试结果更有保证。3）批量测试时，检测装置可实现所有表位上电测试，实现批量测试。4）485组网测试实验时，使用电子继电器切换485组网链路信号，使线路上无其他信号存在，保证组网通信纯净、测试结果可靠。

2.3 基于脚本技术的全自动化测试流程

设计基于上位机软件脚本技术及自动控制技术，实现对电能采控终端软件自动检测装置的全自动化测试，通信规约可扩展，测试方案可编辑。

测试流程如图5所示。首先，根据被测采集终端测试的需求进行项目配置，定义测试项、测试步骤、测试计划，建立测试项目，之后软件下达测试项目及命令，根据对应项目的测试方案对检测装置、辅助测试设备、其他便携式测试设备和采集终端进行控制和数据通信，协同各个设备按照项目方案逐个完成一系列测试用例的自动化测试，并记录测试数据和结果，提交给测试软件，测试软件进行测试结果分析。

2.4 深度测试用例设计

该文研究终端软件通信与深度可靠性的自动化测试关键技术[4]，基于黑盒理论功能点分析法及等价类划分法的终端软件广度测试。基于黑盒理论边界值分析法、极限测试法、容错测试法的终端软件深度可靠性测试。设计了针对电能采控终端软件通信及可靠性测试的测试用例，下面以软件设计冗余度及极限负荷情况下的采集端口测试为例进行介绍。

2.4.1 软件设计冗余度测试用例

测试目的：验证终端在多个任务同时执行的过程中的处理能力。

测试点：终端执行抄读电表任务的过程中，多次透抄电表数据，打乱抄读任务，会不会导致终端抄读任务失效。终端主动上报数据给主站时，主站下行抄读终端数据，终端处理数据的稳定性。

测试方案：终端配置电表档案及多个抄读任务，抄读任务开始的时间+5 s左右，开始随机的下发透抄电表数据，等待任务抄读完成时间，读取抄读任务数据，看数据是否抄读完成且正确。终端配置定时上报任务，在任务上报期间，下发抄读终端数据，看终端能否正确处理数据，要是上报任务的数据不全或错误，则判断不合格。要是下发抄读终端的数据，终端没有回复，判断终端不合格。要是都能正确的返回，则合格。

图5 自动化测试流程

2.4.2 采集端口极限负载测试用例

测试目的：在极限负载的情况下，测试采集端口能否正常采集数据。

测试点：在485/载波端口配置最大容量的测量点的情况下，数据采集的正确性。485/载波端口，通过台体控制不同负载的情况下，测试数据采集。

测试方案：共分为2种。1）极限测试：一路485端口，配置表的档案数量不少于64块，两路128块，载波端口理论值是2 048个表计，现场极限值1 500个左右，按1 500个表计档案配置，进行20次抄表，统计抄读数据的成功率和准确性。2）负载测试：通过台体控制负载大小，测试485和载波端口从无负载到最大负载，分20个段，每段随机抽取一个负载值，统计抄表成功率。

2.5 应用分析

通过对关键技术的研究与设计，该文成功研制了一套电能采控终端软件自动检测系统样机，并且已试运行。经过对样机的试运行结果的分析，各项技术方案均满足设计指标要求，成效明显。

试验选取6个厂家的终端对该检测装置进行试验，通过向系统下达检测任务，对终端软件进行为期14 h的连续运转试验，试验过程中对装置的各功能进行验证、测试。结束后，针对部分存在软件问题的测试项目及检测结果进行统计，结果见表1。

由表1可知，该系统可有效检测出终端软件存在的缺陷，提高软件质量的可靠性。并且该电能采控终端软件自动检测系统可以自动检测常规测试项目、极限、边界类测试项目，以及文中未提及的通信、规约遍历、拉合闸等功能模块的测试项目。而挂表流程仅需将终端放置在对应的表位轻压即可，全程不到1 min，相比于过去的半人工操作流程，系统检测效率提高了5倍以上。整个检测过程无人工干预，通过信息管理和设备控制的有机集成，使终端检测作业的各个环节在控制指令下自动完成，提高了检测能力和管理水平，节省了人力成本。

表1 检测结果

3 结语

该文首先介绍了现有电能采控终端检测的基本现状，结合当前检测技术的缺陷，设计了一款自动检测系统，实现了电能采控终端软件的自动化检测及软件的深度可靠性测试。通过自动化检测技术与软件深度可靠性测试用例的结合，有效地触发了电能采控终端软件的更深层次的缺陷，提升了电能采控终端软件质量的检测能力，对其软件质量的提升起到一定的作用。