Эмулятор ProtoEMU

Эмулятор ProtoEMU - специализированное приложение для эмуляции устройств, работающих по протоколам Modbus-RTU, Modbus-TCP.

Эмулятор позволяет заменить реальные устройства, используемые в системах автоматизации, диспетчеризации или других, их виртуальными программными аналогами. Это позволяет повысить удобство и скорость разработки информационных и управляющих систем, взаимодействующих с оборудованием, а так же исключить необходимость отладки систем на объекте, используя действующие установки.

1 Возможности эмулятора

1.1 Основные

• Эмуляция физических входных и выходных сигналов.
• Эмуляция внутренних переменных, доступных через карту регистров.
• Ручное управление состоянием устройства с помощью различных виджетов.
• Автоматическое управление состоянием устройства с помощью встроенных программ и подпрограмм.

1.2 Протоколы

ProtoEMU поддерживает следующие протоколы обмена (транспорты) с реальными устройствами:

• Modbus-RTU в режимах ведущий и ведомый.
• Modbus-TCP в режимах ведущий и ведомый.

1.3 Визуализация

1. Возможность создания нескольких экранов (форм) для визуализации состояния эмулируемого устройства.
2. Разнообразные виджеты для отображения значений и управления состоянием эмулируемого устройства:
   • Аналоговый индикатор.
   • Цифровой индикатор.
   • Кнопка.
   • График.

1.4 Отладка

1. Проверка корректности конфигурации виртуальных устройств.
2. Просмотр значений параметров в ходе эмуляции.
3. Ведение журналов событий, возникающих при работе эмулятора, в том числе журнала обмена с устройствами, включая весь трафик. Возможность фильтрации событий журнала "на лету".

1.5 Другие возможности

1. Поддержка автоматической идентификации параметров регистров на основе файлов идентификаторов.
2. Запись значений параметров в архив в течение сеанса эмуляции для последующего анализа и распечатки.

2 Принцип работы

Рис. 1 Классическая схема стенда для отладки ПО

Классическая схема устройства стенда, на котором производится отладка программного обеспечения, приведена на рисунке 1. В ней участвуют контроллер, модули ввода-вывода и подключаемые к ним датчики, исполнительные механизмы или их заменители (тумблеры, лампочки-индикаторы и т. д).

Применение эмулятора ProtoEMU позволяет максимально упростить устройство отладочного стенда и даже сделать его портативным!

Рис. 2 Схема стенда с эмулятором для отладки ПО с подключением по RS-485

Из первоначальной схемы в нем остается только контроллер с отлаживаемым программным обеспечением, к которому через преобразователь USB-RS485 подключается персональный компьютер с эмулятором (см. рисунок 2).

При использовании эмулятора не требуется адаптировать отлаживаемое ПО, чтобы оно работало с эмулятором. Для отлаживаемого ПО замена реального оборудования на эмулятор прозрачна.

Дополнительно к имитации реального оборудования эмулятор позволяет имитировать поведение реального оборудования с помощью встраиваемых в эмулятор алгоритмов: в ответ на установку контроллером определенных выходных сигналов эмулятор позволяет запрограммировать изменение значений других сигналов. С помощью такой функции можно автоматизировать и существенно ускорить проверку и отладку программного обеспечения контроллера.

Для использования эмулятора необходимо создать проект (пульт), описывающий эмулируемую установку.

2.1 Структура пульта

Пульт содержит следующие типы узлов:

• Транспорт - выполняет сбор и первичную обработку внешних сигналов.
• Формы с виджетами - выполняют визуализацию собранных данных и взаимодействие с пользователем.
• Программы (необязательны) - выполняют дополнительную обработку собранных данных или реализуют алгоритмы, автоматизирующие взаимодействие с внешним оборудованием.
• Файлы (необязательны) - содержат идентификаторы, хранящие информацию о связи с внешними сигналами.
• Переменные (необязательны) - реализуют связь с переменными в программах.

3 Отладка с эмулятором

При использовании эмулятора процесс отладки выглядит следующим образом:

• контроллер производит обращение к модулям ввода-вывода по линии связи RS-485, которая подключена к эмулятору;
• эмулятор принимает запрос от контроллера и дает ответ, содержащий информацию о состоянии эмулируемых датчиков и исполнительных механизмов;
• при необходимости изменения состояний датчиков или исполнительных механизмов пользователь вводит эти изменения в эмулятор или эмулятор самостоятельно изменяет состояния с помощью заложенных алгоритмов.

4 Создание отладочного стенда и эмуляция оборудования

Для работы с эмулятором необходимо:

1. Создать в эмуляторе новый проект.
2. Добавить в проект транспорт нужного типа из перечня поддерживаемых.
3. Добавить в транспорт на основе описания эмулируемого устройства набор нужных "источников" - узлов проекта, содержащих передаваемые контроллером значения. Например, для транспортов типа Modbus, источниками являются регистры Modbus.
4. Добавить в проект форму, на которой разместить виджеты, отображающие значения источников и позволяющие управлять их значениями.

На этом этапе создания проекта уже можно в ручном режиме управлять состоянием "виртуального" устройства с помощью виджетов.

Далее можно реализовать в проекте функции автоматического управления состоянием виртуального устройства с помощью набора алгоритмов - программ и обработчиков событий в виджетах.

Виртуальное устройство с помощью программ способно самостоятельно менять свое состояние в зависимости от внешних воздействий.

5 Автоматизация и симуляция в проекте

5.1 Использование программ для симуляции и других задач

При необходимости автоматического изменения переменных, состояния входов и выходов по различным алгоритмам в проекте можно использовать программы.

Программа - отдельный узел, содержащий реализацию алгоритмов на диалекте языка C++ с помощью следующий конструкций:

• Функция.
• Класс с методами, конструкторами и пр.

Пример программы:

int SimulateBoiler()
{
    boiler.update(5);

    g_dTemperature = boiler.getTemperature();
    g_dFuelRate = boiler.getCurrentFuelRate();
    g_dHeatOutput = boiler.getCurrentHeatOutput();    

    g_dTime += dt;
    Twater = g_dTemperature;    

    return 0;
}

SimpleModel boiler(T_setpoint);