实验室自动化设计模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇实验室自动化设计，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0082-02

随着微电子技术在世界范围内的飞速发展，以及各相关产业对电子电路技术的需求日益增长，《电子设计自动化》已经成为电子信息工程等相关专业的重要课程，也是国内外诸多理工科一流高校的电子信息类专业必修的核心课程[1-3]。尤其在近年来，智能硬件的发展与半导体技术的革新为电子系统设计带来了革命性的变化，电子设计自动化技术已经一跃成为现代电子工业的核心学科，引领了现代信息技术的发展方向，也成为了电子信息工程专业本科生考研深造与就业所必需的重要技能[3]。综上，考虑到创新研究型实验对学生的创新意识和能力培养的重要作用，笔者作为学校《电子设计自动化》课程的任课教师，对本课程的实验课程进行了综合性的思考与建设。

一、《电子设计自动化》课程实验改革的必要性

我们通过对国内外一流高校的调研发现，许多著名高校的EDA技术本科教学有两个明显的特点：一是课程在各工科专业的普及率极高；二是在实验中大量引入新技术、新方法与新器件，更多地注重创新性、设计性、综合性项目，突出EDA技术的实用性，以及面向工程实际的特点[4]。这些特点让我们认识到，通过《电子设计自动化》课程实验的改革与建设，既能够帮助学生更好地理解《电子设计自动化》的理论知识，增强学生的实践能力，更能够紧跟学科和行业的需求发展，为课程拓宽评价方法，提高教学效果，为学生树立创新精神，培养科学素质，增强科创能力，最终增强其综合素质，提高学院与学生的综合竞争力有很好的帮助。

二、实验改革方案及主要工作

为了充分结合现有的实验课程基础，全面提高试验课程效果，笔者从实验过程管理、实验设计、考核与评价反馈四个角度对《电子设计自动化》实验进行了综合性的方向改进，具体内容如下。

1.实现项目化的实验过程管理。笔者基于对科研与教学工作的熟悉，以《电子设计自动化》课程实验为改进对象，将其现有的实验课程学时进行压缩，补充对应EDA能力所需要的主要课程知识点，融合现代EDA技术的最新发展，并将最后四个学时设置为一次综合性、设计性的“综合实验”，实验过程及实验报告作为实验课程成绩的重要评价因素。该综合实验采用项目化的过程管理，学生须在给定的范围中任选题目或自选题目，在四个小时内完成该题目的主要设计，并在课程完成后提交课程报告时以“项目任务书”的形式填写实验报告，系统阐述选题原因、题目关键环节、设计时遇到的主要困难及解决方案、最终成果演示及存在不足分析等。

2.设计层次性的“综合实验”项目。为了确保实验教学的实际效果，保持学生的创新热情，全面提高电子设计水平，在上述“综合实验”的实验项目设计的基础上划分为三个层次：第一层次为逻辑行为的实现；第二层次为控制与信号传输功能的实现；第三层次为电子系统模块的实现。每个层次设置三至五个题目。此外，考虑到学生实验时间的约束，随着教学课程的进行，预先在教学中对“综合实验”进行题目的预告和必要的讲解，让学生提前进行课外的准备和练习，并将该四个学时的“综合实验”集中安排在一个下午进行，学生通过集中性的高强度的学习、讨论和实验，完成主要的“综合实验”功能。

3.设置创新导向的评价激励形式。考虑到该门课程的授课时段为大三下学期的后半段，学生的专业基础课及绝大多数专业课业已经结束，笔者在课堂上渗透该门课程对于考研及科学研究的重要意义，以及对于科创及电子行业就业的作用，在完成课程教学的同时讲授和提供论文撰写及专利申请与重要竞赛的资料信息，并鼓励学生利用课余时间进行深入钻研、挖掘，并主动利用配套实验课程进行研究性学习，进而促进学生的科创热情向论文（算法）、软件著作权（程序）、专利（电子电路）及重要竞赛（电子设计类）的成果转化。

4.提供实时动态的评价反馈渠道。结合自身工作特长与经验，笔者利用信息技术手段，设置了“韩博士工作室”教学专题网站（http：//），为学生及时访问和评价的反馈提供渠道。通过调查问卷、在线信箱、有奖问答、专题活动等方式，在授课过程中进行多次课下问卷调研，并开设贯穿授课全过程的实时反馈渠道，作为授课、答疑等必要教学活动的有效补充，便于及时了解学生对于综合性实验的接受程度以及对课程各方面的综合评价。

三、实验改革周期及内容

为了更好地实现对《电子设计自动化》课程实验的改革与创新，笔者制定了以十二个月为周期的长期方案，主要分为以下五个关键性阶段。

1.第一阶段，时间为1个月。结合《电子设计自动化》学科发展现状及人才培养需要，更新课程教案，丰富和扩充现有教学大纲及授课内容，补充相关多媒体与软硬件资料，完成“综合实验”的选题与设计。

2.第二阶段，时间为2个月。截至开学前，与实验课程老师进行充分的沟通和协调，完成各个“综合实验”项目的软硬件环境配置、具体要求、实施细则及评价方法，严格制定精密科学的给分标准。

3.第三阶段，时间为2个月。完成课程的教学与本项目的实施，除了完整进行原有授课内容的教学以外，按照既定方案进行综合性创新意识的培养、综合能力的渗透、实验技能的提高，并全面介入、观察、管理和把控“综合实验”的开展、实施与评价等各个环节。

4.第四阶段，时间为4个月。结合课程成绩，在课程结束后主动发现和联系具有良好科创能力的学生，在学生的自我意愿的基础上为其推荐和设置针对性的毕业设计选题，同时鼓励和推荐其参加与之水平相适应的科创竞赛，并进行必要的指导和培训。

5.第五阶段，时间为3个月。根据前期各个阶段的进展情况，稳步完成此次立项的后续各项相关工作，总结此次立项成绩与不足，鼓励、指导优秀学生将其成果、申请专利或获取软件著作权。

四、实验改革实践成果与创新点

自《电子设计自动化》课程实验改革在学校实施一年以来，已经取得了良好的效果。首先，对于学生而言，实验改革的实施有效地拓宽了学生的视野，并实现教学与行业的相互影响与促进。大部分学生在结课后的反馈表明，通过完成本项目所涉及的授课课程，使学生熟悉了具有一定强度的开发过程，培养了其科学的态度、严谨的作风与创新的精神。截止课程结束，已经有相当数量的学生能够掌握基本的EDA项目开发、电子设计类专利申请及学术论文撰写、电子设计类科创竞赛准备及参赛等综合性的技能，一大批学生在各类相关竞赛中获奖；其次，对于学校而言，通过实验改革的实施，实现了以项目模式重构实验课程内容，构造了“教―学―做―研”一体化的EDA教学模式，有效实现了学校《电子设计自动化》课程的教学深度挖掘与教学效果的提升，并进一步实现了学校EDA课程相关实验室的建设与完善，使得进行综合性、设计性实验所必需的软件、系统、例程、方案及芯片、板卡、连接线缆等软硬件设施得到了补充；最后，对于任课教师而言，通过本项目的发展与磨合，有助于任课教师及实验教师更好地了解学生现状，为后续编制符合学生学习特点与发展需要的新教材、新课件与新方案打下基础，从而实现对现有EDA实验项目的更新和发展。

参考文献：

[1]丁达春.《电子设计自动化》课程改革探索[J].教育教学论坛，2013，（49）：41-42.

[2]王艳玲，何新凤.电子设计自动化精品课程建设的实践[J].广西教育，2016，（19）：58-59+74.

[3]唐燕影.在《电子设计自动化》课程教学中引入案例教学法[J].知识窗（教师版），2014，（12）：65.

[4]汪志成，赵杰.基于CDIO理念的《电子系统设计自动化》课程改革初探[J].考试周刊，2015，（57）：10-11.

Reform and Innovation of "EDA" Experiment

HAN Peng，LI Yan ，LIU Zhi-gang，NIU Xue-fen

篇2

《自动化生产线安装与调试》是工科类高等职业院校一门重要的、实践性很强的专业课程，要求学生不但能够很好的掌握自动化生产线的理论知识，（包括硬件结构，各元器件的作用，气动回路的构成，气缸的结构、工作原理），而且能够熟练的利用编程软件对PLC进行现场编程，对设备进行联机调试，在设备运行过程中能够自主并且快速的确定并排除故障。目前随着我国自动化生产线的不断发展和完善，大中型企业在生产中使用生产线的比例不断提高，所需要的人工操作岗位越来越少，也就是说所需要的熟练操作工人数量在不断减少，柔性自动化设备的操作和维护人员的比例在不断的提高，这就需要培养出理论和实际操作能力都很强的高素质技能型人才，而高等职业教育的特点是既重视讲授理论知识，又突出实践操作技能的训练，以培养高素质技能型人才为目标。实践操作训练主要形式是实验实训教学。从2003年评估开始，很多高职院校都陆续建立了自动化生产线实验室，花费巨资购置了自动化生产线实验实训设备。但通过这几年的调研和教学发现，在实现实验教学计划及教学实施过程中存在一些问题：

1、 实践教学环节不足

《自动化生产线安装与调试》课程的实践环节主要包括相关实验和实习，但目前很多院校因为设备、场地、课时分配等原因不能保证足够的实践教学，教学内容和教学计划都过于“理论化”，没有突出课程“实践性”和“应用性”的教学特点，不利于实现本课程在高职院校中的教学目标。

2、实验设备不够

目前各院校都加强了实验室建设，购买大量的实验设备，但随着各院校招生规模的扩大及实践教学环节的加强，需要的实验设备缺口很大，而一台实验设备动辄几十万，大部分高职院校由于经费有限，购置的生产线设备仍不能满足教学需求，有的学校甚至没有相关的实验设备。

3、实验设备不合适

很多院校购置了生产厂家生产的成品实验装置，而这些设备往往和实际教学脱节，有的设备功能单一，结构简单，只能进行“简单验证式”和“非真实器件模拟”的实验，不能使学生深刻理解生产线的工作原理，全面了解真实的控制过程，不能实现学生毕业后“零距离上岗”的最终目标。

4、实验教学方式的呆板及滞后

在一些学校至今仍沿用老师编好详尽的实验指导书，讲固定的程序，缺乏多模式多层次的实验教学方法，而学生“依葫芦画瓢”，学生只需要进行简单的程序输入就可以完成实验，不能达到培养学生创新思维和综合职业能力的目的。

因此，我们急需设计一种综合性强，价格低廉，能够培养学生创新思维和综合职业能力，在同行业中各项技术和指标都比较先进，既能做各种模拟演示实验又能展示工厂实际生产过程的自动化生产线综合实验台。同时结合我们的实验台，要调整实践和理论课时的比例，加强实践教学环节，调整实验内容，使其能更好的完成对于高素质技能型人才的培养目标。

在我国，高等职业教育规模已经很大，高职院校有1000多所，大部分院校由于教学经费问题，不能及时的更换或者购买最新的实验设备，导致教学实验台和工厂实际的生产线存在着不小的差距，从而直接影响到高职学生的就业和择业，而本课题将研究设计一种自动化生产线实验平台，达到以下目标：

（1）具有综合性和真实性：既能做自动化生产线真实过程的展示实验，又能做PLC一般演示实验，能解决高职院校实验设备不合适的问题。

（2）具有可开发性：可以根据实验情况，引出PLC的I/O插口，为平台开发出其他实验，由学生自己动手，设计实验项目，调动学生自我能动性，进行设计开发，可以解决实验教学方式呆板落后的问题。

（3）能真实展现自动化生产线工作的实际过程，同时学生可以自主设计设备动作过程和动作顺序，通过动作过程和动作顺序，自主设计出相应的控制程序，以提高学生的动手能力和PLC编程能力；

参考文献

篇3

2自动化测试系统的设计

通过对低速无线传感器网络协议的深入研究，分析软件测试、通信协议测试和自动测试等相关理论知识，本文提出将通信协议测试和自动测试相结合的方法，实现对测试过程自动执行和测试结果的自动分析，是本系统的创新点。如图2所示，虚线框内测试步骤可以实现测试的自动执行，其中可视化用例设计器、测试用例生成器完成测试用例的自动生成工作，测试用例的自动生成是测试自动执行的关键部分。测试结果分析器则对测试结果进行自动分析。测试用例的设计和生成是协议测试的关键和难点，如何生成最能发现被测协议存在问题的测试用例，如何用最少的测试用例实现足够大的覆盖率，是协议一致性测试的目标和难点。本文提出利用测试用例的自动生成来解决这一问题。测试用例自动生成主要依靠测试用例自动生成器是来完成，是实现测试自动执行的核心。其体系结构如图3所示，其中用例设计描述是文本文件，描述测试用例的特性，选择的算法不同，描述方式也会有所不同。如采用“基于形式规格说明的方法”用Z，VDM，OBJ，LARCH等语言描述，采用“组合覆盖方法”则用XML脚本描述，因为XML脚本的可扩展性比较强，所以在目前的自动化测试系统中得到较多的使用。算法适配器为算法提供接口，向上提供算法支持服务给描述解析器，向下兼容多种算法，兼容多种算法能增强体系结构的扩展性和适用范围。描述解析器在算法适配器基础上分析用例设计描述，将用例描述转换成用例生成器可识别的内部描述形式，并传递给用例生成器。用例生成器获得来自描述解析器的内部描述，根据描述自动生成可执行测试用例。可执行的测试用例支持多种形式存储，如内存存储、文本存储、数据库存储等，具体的存储格式随着测试执行的需求变化。

3一致性自动化测试系统的实现

为了验证体系结构的适用性和有效性，搭建了基于MicrosoftVS2010、SQLServe2005、“分类树方法”、GDI+(GraphicsDeviceInterface)来实现无线传感器网络协议一致性测试的自动化系统。其中GDI+完成系统中的可视化用例设计器工作，它是一个语法可控制的、可视化、图形化的编辑器，帮助我们更加有效地使用分类树方法进行测试用例的设计。分类树方法是黑盒测试中的一种部分测试方法，是一种有效的功能测试方法。分类树方法的基本思想是：首先逐层划分测试对象的输入域，然后将划分的独立的类结合为无冗余的测试用例，这些测试用例覆盖了整个输入数据域。算法适配器、描述解析器、用例生成器、分类树方法均使用MicrosoftVS2010实现。SQLServer2005降低了管理数据基础设施和发送观察和信息给所有用户的成本，并具有可信任，高效，智能的特点。因此本文将测试系统及被测试网络信息存储在SQLServer2005数据库中，用来在自动执行测试用例时调用并存放测试结果信息。自动化测试系统在实际应用时，首先用GDI+构建测试用例设计，也就是生成XML语言描述的用例说明，然后描述解析器解析该用例说明并生成测试用例模板（系统内部格式），由用例生成器生成可执行的测试用例，调用SQLServer2005中存放的测试网络信息和测试配置信息执行测试用例并生成测试报告。本系统中人工只参与第一步，即用GDI+技术构建测试用例设计，其余部分均自动完成，提高了测试工作的效率和客观性。该实现已应用于国家科技重大专项“信息汇聚传感器网络综合测试与验证评估环境”中，限于篇幅测试过程不再赘述，经过测试发现了一些隐藏的无线传感器网络协议一致性测试问题，提高了一致性测试有效性和客观性，也证明了本文所提出的一致性测试自动化方法的有效性和实用性。

篇4

随着科技的迅猛发展，计算机技术不仅仅在生产过程中得到广泛的应用，其在控制层、监控层、管理层和决策层占据了主要的地位。计算机技术与PLC技术的飞速发展，现场总线控制系统在工业控制领域中得到了充分的应用。文章基于现场总线的自动控制实验装置，模拟了企业资源管理、车间监控及现场控制三层网络。

1 现场总线控制系统的类别

1.1 DCS现场总线控制系统

DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又被称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统，部分资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是一个由过程控制级、过程监控级组成的，以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通信、显示和控制4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。

工程师站是对DCS进行离线配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护网络节点等，其主要功能是对DCS提供组态，配置工作的工具软件（即组态软件），DCS在线运行时，实时监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置、设定一些系统参数，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能。现场仪表――安全栅――I/O卡件――控制器――服务器――操作站和工程师站都与服务器联系，用于组态和实时数据的调用等。

1.2 FCS现场总线控制系统

现场总线控制系统（FCS）已经经历了20多年的发展。它是在DCS/PLC基础上发展起来的新技术。现场总线是"控制室连接到现场设备的双向串行数字通信总线"，现场总线的"现场"更多的是指现场设备，而不是位置。FCS主要特点是采用总线标准，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。开放的现场总线控制系统具有高度的互操作性。FCS既是一个开放的通信网络，又是一个全分布式的控制系统。

FCS的关键要点有三点：（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标。只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。（2）FCS系统的基础是数字智能现场装置，数字智能现场装置是FCS系统的基础硬件支撑，其是因FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。（3） FCS系统的本质是信息处理现场化，对于一个控制系统，无论是采用DCS还是采用现场总线，系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加，而传输信息的线缆却大大减少了。

1.3 PLC现场总线控制系统

PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。

而相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。

2 现场总线自动化控制试验装置设计

2.1 总体设计

本次研究中现场总线控制系统是由西门子S7-300、S7-400系列PLC、Profinet、Prpfobus-DF、AS-I等现场总线。整个系统是由3层网络组成，分别是ERP层（企业资源管理）、MES层（车间监控层）、现场控制。其中ERP层是由Internet组成或者校园局域网组成；MES层是由实验室局域网、工业以太网组成；现场控制层是由S7-300和S7-400组成。

2.2 系统软件组成和硬件配置

2.2.1 软件组成

软件操作系统是Windows XP，自动控制系统软件包括SIMATIC WinCC FLEXIBLE 2007、SIMATIC WinCC（V6.2）、SIMATIC Manager Step7（V5.4）等等。

2.2.2 车间监控部分

其是整个自动化控制系统的中枢组成部分，其对全部现场设备的工作状态进行监视控制。主要外城状态、图形、数据显示及设备操作控制、历史数据存档、报表打印、故障记录等等，实现分布式控制。

2.2.3 特殊功能装置

系统通过SIMOTION S425配备一个5kW电源模块、两个0.4kW、一个双伺服电动驱动模块等，可对各种复杂的运动进行有效的控制。

2.2.4 现场控制部分

本次研究过程中Profinet网络是由西门子Scalence X208交换机、ET200S分布式I/O、TP177B触摸屏组成，其是控制电动机启动器的组成；使用的S7-300控制器使用的是CPU315F-2PN/DF安全控制CPU，其备有I/O模块和存储卡，传感器模块SM338可与多种传感器连接；S7-300控制部分DP网络连接有ET200S和MM440变频器，将PA网络和AS-I网络介入系统中后，仪表、执行器和现场开关都可通过S7-300、现场总线进行连接与通信。

S7-400控制器单纯配置了CPU模块，主要是充分利用强大运算处理功能。同时还配置了了SIWAREX FTA、SIWAREX U承重模块。S7-400控制部分可进行数据处理与采集、位置控制、速度控制、模拟生产工艺实现过程量控制等复杂控制，在大部分工业企业中属于非常重要的控制解决方案。

3 结束语

现场总线控制系统将成为新世纪工业控制系统的发展趋势，使用该系统的企业，将在管理现代化、综合自动化和信息集成化等方面有了长足的进步，虽然现场总线系统仍然存在许多的不足之处，相关的从业人员将对现场总线控制系统的进行不断的研究，促进行业的可持续发展。

篇5

 

对于电气及自动化信息类专业学生来讲，控制类相关课程具有重要地位，主要包含“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”等相关课程。“自动控制理论”和“现代控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论、基本方法的一门专业基础课该课程，是一门重要的控制类专业的基础课，具有较强的理论性，对于工程实践具有重要的指导作用，因而受到人们的广泛重视。目前不只是控制类专业，越来越多的非控制类专业也都把自动控制理论作为一门重要的专业基础课来学习。但是“自动控制理论”、“现代控制理论”课程数学计算和理论分析比重大，是本科生遇到的最抽象、难度最大的课程之一，加之未接触专业课，没有具体应用的物理模型，仅以数学模型为基线讲，学生往往会认为“自动控制理论”与专业无关而无学习兴趣，这是多年来常规教学始终感到困惑的原因。而后续“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”专业课是以电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。如何讲授“强理论性”课程，使学生真正认识到学好理论可获得对电气信息类多门专业课的理论支撑，从而学好后续专业课程是教学改革的主要目的。需结合“自动控制理论”、“现代控制理论”专业基础理论课程与“运动控制理论”、“仪表及过程控制”，“计算机控制”专业课程的问题进行深入的分析与研究，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行全方位、多层次的改革探索和实践，将对教学质量和人才培养方面有明显效果。 

本项目探讨了如何更新和重组控制理论相关课程的教学内容，保证教学内容的系统性、先进性和实用性，以适应形势发展的需要。提出如何学习和掌握这些课程，包含“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”等控制类课程的教学内容的一些方法和措施。 

一、教学内容、方法及形式改革 

1.教学设计 

近年来，不断更新观念，压缩精简陈旧过时的教学内容，加强现论及现代方法的内容，很好地解决先修课程和后续课程的衔接问题，避免内容的重复，进一步优化课程体系。建立一套适应性强的包括理论讲授、计算机辅助设计、实践教学和强化训练等方面在内的全方位教学新体系。 

2.教学方法 

将课堂教学、实验教学、课程研讨、网络教学等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率、创造视觉的新感受、激发学生的学习兴趣和热情。内容取材时，不仅体现控制理论课程内知识点之间的内在联系，还体现课程群之间的相互关系。 

3.教学手段 

在教学组织过程中，积极采用现代信息技术改进传统的教学手段，在多媒体教学、网络课程等方面努力探索。统一制作“自动化概论”、“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“过程控制理论”、“计算机控制”电子教案和cai课件，并将授课课件在课程网页上，可供学生课余预习、浏览、复习等。另外，教学大纲、授课计划、实验指导书、学习指导以及教材和参考文献均可通过网络方便查阅。在课程开始即公布授课教师的信箱和电话号码等联系方式，密切授课教师与同学之间的联系，使学生有问题可及时获得老师的辅导答疑，也可通过网上答疑相互交流，打破班级与时间的束缚，在平行班级中实行听课和答疑共享。 

4.教学改革与教学研究 

精简教材和教学内容，教学组定期进行集体备课，加大对该课程与前后各门课程之间的衔接研究，避免内容上的重复，使其与其他相关课程融合为一个有机的整体。建设可用于大多数工科专业的“控制理论”平台课程。不断改进和完善本课程的新体系结构，充分体现其基础性、应用性、前沿性和系统性；配合新的教材和课程体系，研究并建立配套的新实验体系，强化自主性、设计性、综合性和创新性；以matlab软件为基础，构造开放式小车倒立摆综合实验平台，将分析、设计、仿真、虚拟实验、模拟实验融为一体；开发先进的多媒体课件，将matlab平台和虚拟实验融入到教学过程中，使教学更为直观生动，更具趣味性和吸引力；完善了课程网站，完成了课程辅助教材的修改和编写，各类题库建设、网络统计功能、远程教学管理系统、虚拟实验内容的扩展及网络版的开发等；使其真正成为学生自主学习、师生互动、双向交流的园地；教考分离，采用试题库出题，统一考试，流水阅卷，考后进行详细的试卷分析。 

二、实践教学改革 

实践性教学环节是学生能力培养中的重要环节。工科学生除要掌握一定的工程技术知识外，还要有较强的实际动手能力。 

1.改革实验课教学，建立体化实验教学体系 

实验教学是“控制理论”课程的重要组成部分。通过实验不仅能够培养学生分析问题和解决问题的能力，验证所学理论，而且对所学内容能够提出一些新的见解。为了适应教学改革的需要，在实验室建设方面的指导思想是：将传统的模拟实验与matlab环境下的仿真实验相结合，将基础理论验证类实验与自主型、综合型、设计型实验相结合，将基本实验与创新实验相结合，建立一个立体化的实验教学体系，从而满足不同阶段实践教学的需要，为激发学生的创新意识提供硬件平台。 

由于实验课内容和形式的多元化，大大激发了学生做实验的主动性、积极性和创新性，学生可以通过预约或上网自主地开展多项实验，进行理论验证、性能分析和综合设计，对提高学生的实践能力和本课程的学习都将起到良好的作用。 

课程组织形式与教师指导方法，对于教学大纲规定的必做实验，由任课教师和实验教师共同指导完成；对于设计性、综合性、创新性实验，学生自己利用课余时间完成，可以预约指导教师给予宏观上的指导。 

2.积极开展大学生科研实训活动、参与教师科研项目 

 引导学生积极参加大学生科研实训项目，吸引有兴趣的学生参与教师的科研活动，培养学生严谨的科学态度、创新意识、创业和团队合作精神，提高学生初步的科学研究能力以及工程实践能力，培养学生获取知识及撰写论文的能力。 

三、控制理论专题授课方案 

根据“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”课程大纲的要求，在适当时候，以某一专题讲座的方式授课。将各种教材进行比较、处理、揉合，组织成各个专题，以高质量、高水平、高效率来达到最佳教学效果。由于专题授课具有综合性、整体性和探讨性，使其信息量得以加大，知识在综合和分析中得到延伸，既提升授课内容，使之浓缩为精华，又吸引了学生的注意力和参与兴趣。

四、应用现代教育技术 

开发研制了计算机辅助教学课件。教学课件以教材为蓝本，包含简明、清晰的授课讲义、重点、难点、例题演示、控制系统计算机仿真和控制系统分析计算等内容，既有课本内容的直接再现，又增加很多有助于讲解理论和计算方法的表现手段。课件以计算机为载体，既可用于课堂教学，又可通过上网，供学生进行自学和课后复习使用。控制理论的分析方法有很多图解法，如频域分析、根轨迹法、状态空间法等。利用计算机强大的计算能力仿真能力和丰富的色彩，可轻而易举地准确绘制出清晰美观的画面。采用动画技术后，图形的来龙去脉可用动态演示。计算机的图形演示与教师的讲授相结合，使教学内容形象化、具体化和生动化，增进学生的理解，提高学生的学习兴趣。 

计算机仿真技术在实验教学中的应用为实验教学带来极大的方便。仿真实验具有建模方法简单、参数调整方便、结果可视性好等优点，克服常规实验内容单调、缺乏变化、元器件制约参数调整以及实验设备数量有限等不足。在教学中适当介绍并应用matlab软件，并设计出计算机辅助实验教学软件包，提供一个方便易用的图形用户界面，将matlab控制工具箱的相关功能集成一体。 

网络教学平台开发。网络教学能真正体现学生的主体作用。在网络中，学生可以利用网络的交互性、检索性等特点来选择自己需要的内容进行独立学习。学生可以在任何时间进行自主学习，并且与教师在网上交流，探讨问题，在教学中发挥积极作用。 

五、建立科学、有效的教学信息回馈 

坚持洛阳理工学院本科毕业班所有学生中，实施“‘控制理论’相关课程的学习调查”制度。不定期进行相关问卷，包含这门课程是否易学、学习难点、学习方法、是否能学以致用等几个方面的内容，充分了解学生学习这门课的基本情况，为课程改革提供必要的依据，收到良好的效果。 

六、结束语 

在新世纪中，控制类学科将具有更加光明的前景，控制类研究内容将具有挑战性，研究的范围将更加广阔，电气自动化专业控制类课程的内容将不断地发展和更新，电气自动化专业控制类课程设置及教学内容改革研究也将进一步进行下去。 

 

参考文献： 

[1]王瑛.控制理论实验开放式教学的探索[j].实验室研究与探索,2002, 

4(21):15-17. 

篇6

中图分类号：G642.41 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.15.025

1 引言

随着电子设计自动化（EDA）技术的不断发展，传统基于固定芯片和固定连线的嵌入式开发设计方法逐渐淘汰，基于可编程逻辑器件的芯片设计与实现方案被广泛采用。各高校信息与通信工程本科专业一般都开设相关选修课[1]，如《FPGA系统及应用》，《可编程逻辑器件设计》，《软件无线电》等。这些课程中都涉及FPGA（现场可编程门阵列）这一核心芯片的设计与实现，为了辅助教学内容，本类课程的讲授一般采取课程教学和实验教学相结合的方式，课程教学和实验教学的学时安排一般是2：1，或者更高达到1：1[2]。该类课程的主要特点就是重实践，因此课程和实验设置需要注重对于学生动手能力的培养[3]。

可编程逻辑器件的实验设计通常以模块化开发为主，指导学生采用EDA设计思想，进行可编程器件的设计编程与仿真验证，实验教学可以辅助课堂教学取得良好的效果[4]。然而，在目前的可编程逻辑器件实验设计中也存在一些问题，同学们经常会遇到仿真分析和实际系统工作不一致的情况，导致实验无法继续，同学也不知如何处理。引起这类问题的原因其实有很多种，包括硬件问题、设计时序问题等等。传统解决这种问题的方法是指导学生将一些关键信号的管脚引出，用示波器进行逻辑分析。但这种分析方法存在两个问题，一方面是所需要观察的信号往往较多，一般的示波器通道数有限，不能够很好分析多路信号的逻辑关系，另一方面是一般的实验开发板也并不能把多个管脚全部引出并设置观测点。随着可编程逻辑器件技术的不断发展，无论是Xillinx公司生产的芯片还是Altera公司生产的芯片，一般都提供在线逻辑分析仪功能，其基本原理是通过消耗一定的硬件资源（一般是RAM资源），来达到实时在线的数据逻辑分析。从而可以有效提高同学们的实验验证效率，并启发指导学生独立进行系统验证、故障排除，有助于学生掌握解决相关专业工程技术问题的技能，培养学生具有良好的创新实践能力和动手能力。

2 在线逻辑分析仪功能分析

在线逻辑分析仪的主要功能是在上板在线测试过程中采集并观察芯片内部信号，以便于进行时序及逻辑正确性验证[5]。主要工作原理是通过在综合后网表里插入用于采集数据的IP核（包括ILA、ICON），然后选择需要观测的信号量、用于触发采样的触发信号、以及采样时钟，然后运行产生一个新的网表文件重新布局布线并生成可在芯片中运行的二进制文件。其功能实现流程如图1所示：

图1 在线逻辑分析仪功能实现流程

在芯片运行过程中，如果满足触发条件，则芯片里面的逻辑分析仪IP核会自动将所需观测的信号量采集并存储在芯片内的RAM中，并将采集结果通过JTAG传输至PC机的监控界面上进行显示，显示方式也可以灵活配置，既可以选择二进制形式按位输出，或者将其中任意信号绑定为一组总线信号，进行波形显示，这个过程就像操作一个真实的逻辑分析仪一样。基于在线逻辑分析仪的开发测试如图2所示：

图2 基于在线逻辑分析仪的开发测试图

如上所述，在线逻辑分析仪可以摒弃传统昂贵的逻辑分析仪在线实时地进行时序调试。通过设置，可以有选择地观察可编程逻辑器件内部的任何信号，并可灵活设置触发条件（如时钟上升沿、下降沿、自定义的触发信号及信号的逻辑组合）、数据宽度和深度等，这些设置与资源的消耗是相关的。

在线逻辑分析仪的引入也带来一些问题，首先，编译时间被延长得很长。每次编译过程中，都会根据你添加的逻辑分析仪工程文件重新生成一次网表，再重新编译整个工程，那么编译时间就不可避免地被延长了。另一方面，由于在线逻辑分析仪本身是需要占用可编程逻辑器件资源的，如需要观察更多的数据宽度和深度，则占用可编程逻辑器件资源较多，同时资源的消耗也会带来时序方面的影响，就像测不准原理一样，测量过程的引入会导致对原系统一定程度的改变，但只要综合考虑待测系统与在线逻辑分析仪的资源消耗以及进行合理的时序设计，这些问题是可以得到很好的控制的。

3 基于在线逻辑分析仪的实验设计

基于在线逻辑分析仪的实验编排既需要具有逻辑系统开发代表性，又需要符合本科生的实际能力和知识背景。

在线逻辑分析仪的选择取决于硬件平台的选择，由于Xilinx的开发环境功能较全，集成了软件开发、前仿真、后仿真以及在线调试工具，在课程实验设计中，我们选择Xilinx公司Viertex5系列的芯片，以及Chipscope作为在线逻辑分析仪。

为了体现在线逻辑分析仪的作用，实验设计中采用了比较教学法。设计对象为数字通信系统中经常出现的毛刺现象。这是在可编程逻辑器件设计中经常出现并困扰设计者的重要问题，这类错误往往较难发现，但却能导致较为严重的逻辑错误，降低整个数字系统的工作可靠性。

在可编程逻辑器件课程中的高级用法介绍时，一般都会介绍毛刺产生的原理。即这是由于信号在可编程逻辑器件的内部走线延迟和组合逻辑的不同步所导致的，在多路信号变化的瞬间，组合逻辑的输出常常产生一些小的尖峰，这是由可编程逻辑器件内部结构特性决定的，因此这类现象通常出现在多路组合逻辑中。

学生在学习这一概念时往往仅有理论认识，缺乏直观的理解。因此，在课程实验设计中分别采用组合逻辑和时序逻辑进行某个加法器的设计实现。并采用毛刺检测电路对毛刺进行捕捉并通过在线逻辑分析仪将各观察点上出现的毛刺检测出来并存储，并将其显示在屏幕上。这样在同一功能模块对应的不同实现方案所产生的在线逻辑分析仪输出结果并不相同，从而证明了时序逻辑可以显著避免组合逻辑中毛刺的产生，其可靠性要优于组合逻辑。

在实验设计中，还可结合采用陷阱教学法，即在模块的设计中故意引入组合逻辑中容易产生毛刺的错误写法，让学生采用在线逻辑分析仪自己发现错误，体会该类错误发生的原因，并进行相应纠正。从而使同学更深刻理解硬件描述语言的综合结果及在线逻辑分析仪调试的方法和作用，同时通过这种方法可以培养他们注意细节的良好习惯。

由于在线逻辑分析仪可以进行灵活的触发条件配置、采样时钟选择。因此，在基于在线逻辑分析仪的实验设计中还可结合不同设置条件进行逻辑分析仪验证。如为了能有效地捕捉数据流，可以设置多种不同的触发方式，如：基本触发、随机触发、延迟触发等。以及采用不同的采样时钟，并将观察结果输出至屏幕显示，分析比较不同设置对于毛刺的影响，加深对于在线逻辑分析仪的使用理解和对于毛刺产生机理的认识。

4 结论

本文研究阐述了信息与通信工程专业EDA课程教学和实验的特点现状，阐述了对于学生理解时序设计的重要性，并分析了在线逻辑分析仪在EDA设计开发中起到的重要作用。在此基础上，将在线可编程逻辑分析仪引入实验教学，结合采用比较教学法和陷阱教学法，提出了基于在线逻辑分析仪的课程实验设计。通过这类实验可以使同学们更深刻地理解硬件描述语言及可编程逻辑器件的时序设计。

参考文献：

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中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：16727800（2013）009001504

作者简介：鲜征征（1977-），女， 广东金融学院计算机科学与技术系讲师，研究方向为软件开发、软件测试、数据挖掘。

0引言

软件测试是使用人工或自动化手段来运行、检测软件系统的过程，是软件开发必不可少的环节和软件工程实践的重要组成部分，自动化测试是软件测试发展的必然结果。成功实施自动化测试的关键是选用适合自己测试项目的自动化测试工具，然而，不管选用何种测试工具，都会带来相应的测试成本：商业测试工具昂贵，开源测试工具虽然免费，但却拥有较高的使用成本，且免费的测试工具性能比较单一，无法支持整个自动化测试的实施，有时，即使在付出了相应的测试成本后，测试效果依然不如人意。

因此，开发适合自己项目的特定的测试工具将是一种行之有效的解决方案。其中“猴子”自动化测试工具也正是在这样的背景中提出的。由于项目资源投入有限，大型而通用的测试工具的开发和维护需要耗费项目组不少的资源，而具有简单功能的“笨猴子”的开发成本相对于收益是可以接受的。本文将在分析自动化测试的主要技术后给出一个“猴子”自动化测试工具的设计步骤和实现的关键技术，其中的方法可以为将来设计功能更强大的“猴子”测试工具奠定一定的基础。

1自动化测试技术

1.1自动化测试优势

针对手工测试，自动化测试有着很强的优势，即借助计算机的计算能力可以重复、不知疲倦地运行，对数据能进行精确的、大批量的比较，而且不会出错。因此，自动化测试适宜用在需要重复执行机械化的界面操作、计算、数值比较、搜索等方面。应该充分利用自动化测试工具的高效率来帮助测试人员完成一些基本测试用例的执行，从而实现更加快速的回归测试，并提高测试的覆盖率。虽然，自动化测试的目的是帮助人工，但是手工测试仍有很多不可替代的地方，例如很多数据的正确性、界面是否美观、业务逻辑的满足程度等都离不开测试人员的人工判断。因此，为了让软件测试更加顺利和取得更好的效果，通常是自动化测试和人工测试相结合，让其充分发挥各自的优势。

1.2自动化测试工具选择

自动化测试工具可以将复杂的测试工作自动化或半自动化， 减少测试工作量， 提高测试工作效率、减少测试开销， 所以需要选择一个合适的且满足企业信息系统工程环境的自动化测试工具。从开发成本来说，自动化测试工具分为商业、开源和自制的测试工具。根据测试方法的不同，自动化测试工具分为白盒测试工具、黑盒测试工具和测试管理工具。工具和软件开发过程中相关活动的关系如图1所示。

（1）商业测试工具。目前很多软件公司都具有一套自动化测试工具。白盒测试工具的代表有：Telelogic公司的Logiscope，PR公司的PRQA，Compuware公司的DevPartner，Rational公司的Purify，其中前两个是静态测试工具，后两个是动态测试工具。黑盒测试工具的代表有：Rational公司的TeamTest和Robot，Compuware公司的QACenter，Mercury Interactive的WinRunner、LoadRunner 和QTP等。测试管理工具的代表有Rational公司的TeamManager、Compuware公司的TrackRecord等。除此之外，还有专用于性能测试的工具有Radview公司的WebLoad，Microsoft公司的WebStress等工具，针对数据库测试的TestBytes对应用性能进行优化的EcoScope等工具。

虽然，很多大型软件公司都有一套自动化测试工具，但没有一种通用的测试工具可以找到任何软件中的所有Bug。应该根据被测软件的特性来进行合理的选择，此外，上述的测试工具价格都相对较高，从整个软件开发的成本来说也是需要考虑的。

（2）开源测试工具。开源测试工具作为开源软件的重要组成部分，但开源并不意味着完全免费，开源测试工具同样需要考虑使用成本。开源测试工具相对于商业测试工具的优势：相对成本较低，可以根据实际需求对其进行个性化改造。引入开源测试工具也需要考虑成本、选型等问题。

常见的测试管理类开源测试工具有：Bugzilla、Mantis、BugFree。单元测试类开源测试工具有：Nunit、Nmock等。性能测试类开源测试工具有：Jmeter、TestMaker等。自动化功能测试类开源测试工具有：Abbot Java GUI Test Framework、White、Watir等。

（3）自制测试工具。目前，很多软件测试组织其实都已经具备了自己动手开发测试工具的条件。自己动手开发测试工具的优势主要有：购买成本为0；可以有针对性地开发自己需要的那部分功能；可以自己定制需要的功能，随时修改，实现个性化；可扩展性好，可以随时增加新功能；可以充分利用项目组熟悉的语言来开发，从而利用自己的技术优势；可以使用自己熟悉的脚本语言，从而不必使用商业工具提供的“厂商脚本语言”。

虽然，自制测试工具有很多好处，但是也必须考虑随之而来的成本问题。自制测试工具开发的成本主要是指开发时间、人员和维护方面的成本，还需考虑测试工具的实用性，不需要做一个大而全的、面面俱到的工具。因此，通常应当将自制测试工具最好定位在辅助测试、用于解决专门的问题、迫切的问题。在商用工具价格昂贵、开源测试工具也不适用的时候，可以考虑自制测试工具。本文下一章节将着重介绍一个“猴子”测试工具的设计与开发的关键技术。

2“猴子”测试工具设计与实现

2.1“猴子”测试技术的概念

所谓的猴子测试（Monkey Test），即搞怪测试、随机测试，通俗来讲是一种系统对信号因子输入稳健性的测试方法，一般用于计算机软件程序这样的逻辑严密性要求较高的系统。测试者可以进行各种稀奇古怪的操作模式，用以测试软件的稳定度。该测试技术泛指任何形式的，不需要任何人工干预的，随机进行的自动化测试。这种类型的工具之所以称为“猴子”是源于“无限猴子定理”，即“让一只猴子一直在打字机上按键，最终能完成莎士比亚的全部工作”。由于系统的“可重复性”以及系统输入因子“有限性”和“单纯性”，“猴子”测试被广泛用于软件Bug测试。

根据“猴子”测试的原理，有很多可以实现“猴子”测试的方法，一个简单的实现方式是一个能随机产生鼠标点击和键盘输入来模拟用户操作的“猴子”测试工具。 而复杂的实现方式是实现一个“聪明”的“猴子”，构建聪明“猴子”测试工具需要开发和测试资源，而最昂贵的代价是创建模型或状态表[2]。

2.2“猴子”测试工具开发使用的技术

一个“猴子”测试工具的开发主要是语言的选择和接口驱动的设计。本文基于对被测软件（C#语言开发的软件）的考虑，故选用了 C#语言。“猴子”测试工具的实现原理是利用产生鼠标点击和键盘输入事件来模拟用户操作，而Windows GUI 驱动是直接驱动Windows底层的API完成查找GUI控件、驱动鼠标和键盘操作的方式实现对软件的测试。故可以利用Windows系统提供的Windows API完成工具的实现。

2.3“猴子”测试工具的具体实现

（1）功能简述。该“猴子”测试工具主要功能：随机点击界面，输入随机字符和键盘按键，对于某些类型（按钮、可编辑框等）的控件做出特定的动作，监视被测试程序的进程信息，能识别出程序是否出现异常，持续记录内存和CPU使用情况，方便发现是否存在内存泄漏问题，持续截屏，方便追溯和问题定位。

（2）设计原理。“猴子”测试的工作原理是利用测试工具随机产生键盘敲击和鼠标单击事件。因此，利用Windows系统的本机原生函数实现对键盘输入，鼠标点击的模拟，从而创建一个”猴子”进行简单测试。

（3）设计流程。本文的“猴子”测试工具的设计流程如图2所示。

在设计过程中，鼠标操作功能和截屏功能是开发的难点，“猴子”动作规则的设计则是整个工具的核心。

（4）具体实现。

界面设计：“猴子”工具的界面主要包含Bug报告存储地址选择、源字符集、被测程序选择、测试时间间隔选择等。作为一个运用于软件开发过程中以测试相对应的项目而实现的辅小工具，其界面的实现不需要太复杂的功能。

实现鼠标操作功能主要有以下步骤：

首先，引入鼠标触发事件的函数。该函数原型为：

public static extern void mouse_event（int dwFlags， int dx， int dy， int cButtons， int dwExtraInfo）；

其次，设计鼠标相关操作的类MouseAPI，该类定义了鼠标的各种操作，考虑到篇幅有限，这里仅列出该类的主要函数原型及功能说明，如表1所示。

（6）“猴子”动作规则。将该工具之所以用“猴子”来命名，最关键的是它具有猴子天性好动的特性，“猴子”的动作规则主要包含：随机完成鼠标移动和键盘输入、具备一些智能、连续不断地完成一些指定动作。

“猴子”随机完成鼠标移动和键盘输入实现分析：首先获取某个范围内是随机数，然后通过其得到一个当前屏幕中任何一个点的坐标，接着实现鼠标的随机移动。最后使用将指定的字符串数组中某个字符串以键盘输入的方式发送给应用程序。

让“猴子”具备一些智能实现分析：首先将获取光标所在点的窗口类的类名与指定的控件类类名进行比较，进而判断当前鼠标点击的控件，然后做出相应的动作。使用雷同的方法，“猴子”可以识别出按钮控件、静态控件，如标签、出错提示对话框等控件并做出相对应的动作。

让“猴子”连续不断地完成一些指定的动作的实现分析：为使“猴子”能连续不断地完成指定动作，利用Timer控件实现一个计时器，然后通过一个按钮来控制定时器的启动和停止。而“猴子”工作时的所有动作规则都被封装于Timer控件的Tick时间中，这样，在每一个指定的时间段，“猴子”便会执行一次指定动作。

3实验及结果分析

（1）被测对象的选择。为了有效地完成对“猴子”测试工具的有效性检查，被测对象的选择应该是拥有可编辑控件和若干按钮控件的小型软件。本次测试选了一个仅具有加、减、乘、除的简单计算器。

（2） 实验过程。整个实验过程分为如下步骤进行：①设置测试报告存储的位置；②设置键盘输入的字符集。指定字符集所在的文本文件的位置，指定键盘输入的字符串；③指定被测程序；④根据测试的需要，设置“猴子”操作程序的时间间隔；⑤启动被测程序；⑥开始“猴子”测试。

（3）测试结果及分析。考虑到篇幅有限，这里仅给出部分测试结果，分别如图3、图4、图5所示。

通过对实现的“猴子”测试工具的实验，该工具达到预期效果，可以实现一定的自动化测试。“猴子”测试工具开始工作后，“猴子”每隔一段指定的时间就会随机点击被测程序主界面，并在识别到可编辑控件时会随机键入某些字符串，字符串是事先准备好的字符集文本文件中的一部分字符。在连续进行的多次试验中，基本上，在“猴子”进行操作了若干有限步操作后，被测程序的bug便将会被检查出来。当测试进行了一段时间，被测程序的大部分Bug便会被找出并纠正。这之后，再进行“猴子”测试时，Bug的发现变得越来越困难。

4结语

软件测试是软件工程实践中的重要组成部分，自动化测试是软件测试发展的大方向。软件自动化测试实施的关键是自动化工具的选用，而当所有的工具都不适用，或自己开发一个跟项目相适应的工具比应用现有的工具更

能节约成本时，自制一个自动化测试工具便也是一种可供选择的方法。本文设计的“猴子”测试工具是对应于简单的软件进行测试“猴子”原型，针对具体的项目程序的环境，可以进一步完善“猴子”，使其更加智能，从而能发现更多的Bug。

参考文献：

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建筑电气工程自动化设计及实现是建筑工程现代化的主要标志。随着社会的不断发展，人们对于建筑的需求越来越大，要求也越来越高，因此社会对建筑电气工程自动化设计的广泛应用和水平提高都有了更高的期待。充分利用自动化的优势、挖掘自动化技术的发展潜力，从而开发更大的发展市场是当下的重要任务。

1建筑电气工程自动化系统概述

建筑电气工程自动化系统即自动化系统在建筑电气工程中的应用，主要包括抗干扰设备、设备接地信号处理设备、传输信号屏蔽以及监控设备等多个部分，以上各部分的相互协调能够有效地实现建筑工程的自动化。二十世纪后期，建筑电气工程的主要控制手段是计算机集中控制。相较于自动化控制，传统的计算机集中控制在运行过程中存在着两个缺点:可靠性差，运行速度慢。因此，随着时代的更迭和社会的高速发展，传统控制技术已然不再使用，新的控制模式应运而生。上世纪九十年代，集散式控制模式逐渐出现在大众的视野中，计算机集中控制模式的主导地位逐渐被取代。之后，计算机技术突飞猛进、通信技术高速发展，网络技术以及各种控制技术也取得了较大的进步，这对于集散式控制模式的进一步发展无异于锦上添花。二十一世纪初，集散式控制模式逐渐成熟，发展成为如今的电气工程自动化系统。虽然相关技术的不断发展，电气工程自动化系统也取得了较大的进步，在各个领域被广泛应用，尤其是建筑领域。

2建筑电气自动化的主要作用

建筑电气工程自动化系统的本质就是通过利用单元机组，结合电气控制对抗干扰设备、电源、变压器设备、设备接地信号处理设备、传输信号屏蔽以及监控设备等系统进行控制，通过信息传输使得以上各系统能够相互协调，进而有效地实现建筑工程的自动化。通常意义下，我们认为建筑电气自动化的主要作用是操作电源、变压器设备以及高压器、发电机组等系统的运行;通过各个系统的协作保护励磁变压器以及发变组的正常运营;利用抗干扰设备、设备接地信号处理设备、传输信号屏蔽控制操作建筑工程的监控设备;利用监控设备保证LPS系统以及直流系统的正常运转;通过信息传输操作各个设备的开关等。总而言之，建筑电气工程自动化系统在建筑工程中的作用就相当于人体的大脑，不仅要协调信息的传递，更要对各种信息做出及时的判断和反应，进而保护人体系统或者建筑工程大系统的正常运转。

3建筑电气工程自动化设计存在的问题

随着时代的变化，信息技术也取得了巨大的发展。在建筑电气工程领域，传统的控制技术已然跟不上时展的步伐，因此新的控制模式应运而生。上世纪末，在计算机技术、通信技术的支撑下，集散式控制模式逐渐出现在大众的视野中。之后随着网络技术以及各种控制技术的不断普及，计算机集中控制模式的主导地位逐渐被取代。本世纪初，以集散控制为主要特征的电气工程自动化系统在建筑领域被广泛应用。但是，建筑电气工程自动化设计依然存在着一些问题，主要包括环保、成本、监测系统以及结构等多个方面。

3．1环保方面

建筑工程是一项耗资巨大、影响广泛的大型工程。环保问题就是建筑工程实施过程中经常存在的一个重要问题，建筑工程的实施往往也会对周围环境造成较大的破坏，因此建筑电气工程自动化设计的改造工程要想取得更好的结果势必要考虑环境保护问题，势必得解决工程实施过程中的污染问题。建筑电气工程自动化设计对于环境的影响主要体现在噪音污染和建筑不合理改造两个方面。第一，建筑电气工程自动化系统的运行会导致一些异常噪音出现，影响周围群众的正常作息;第二，建筑电气工程自动化系统设计并不是在所有建筑之初就存在的，因此为了使电气自动化系统更好地发挥作用，建筑工程的管理人员就要对原工程进行改动，可能就会存在滥用土地资源、浪费了资源的现象。

3．2成本方面

建筑工程的规模通常大小不一，因此并不是每一项建筑工程都能够适应建筑电气工程自动化设计。因此为了更好地实现电气系统自动化，建筑工程的施工可能会进行大的改动，这就需要花费大量的作为支撑。此外，电气自动化所需设备的引进也是一项大的财力消耗。这样一来，建筑电气工程自动化设计的真正落实在资金方面就会存在着较大的困难，这也是目前该系统在建筑领域应用有限的关键原因之一。

3．3结构方面

建筑工程中的电能传输是一个比较复杂的过程。传统电气工程控制模式中，为了减少传输过程中的电能消耗，电能在建筑工程中的传输必须首先升高电压，等到传输至用户区域再对电能进行降压处理。这个过程虽然看起来简单，但实在实际操作中对于设备质量以及工程结构方面的要求十分高。比如，必须充分考虑接地线的布局、保证各站点中螺丝是否松动等，即必须保证站内布局没有任何危险患，以保证整个建筑电气工程的正常运行。虽然建筑电气工程自动化设计在一定程度上减小了对于设备的要求，但是结构方面依旧不能忽视。

3．4在线监测系统

在线监测系统是建筑电气工程自动化设计的核心，对于维护电气设备的正常运行状态具有十分关键的作用。在线监测系统主要包括绝缘监测、雷击监测以及环境三个方面。绝缘监测是为了保证电气设备的绝缘子受到任何损伤，从而保证电气设备能够正常运行;雷击监测的目的则在于保证电气设备不受到静电雷击的伤害，同时减少直击雷对设备的伤害;第三，环境监测的目的主要包括对环境温度、环境空气质量等因素的监测，从而保证环境因素不对电气设备的性能产生不利影响。

4建筑电气工程自动化实现的常用技术

建筑电气工程自动化实现的常用技术主要包括传感技术、通信技术与计算机技术三个方面。传感技术是电气工程自动化实现的关键，传感器的安装能够有效扩大建筑工程电气设备的监测区域，并且能够极大地提高检测的准确性，因此相关人员在建筑工程中进行电气设备安装时要尤其注意传感器的安装，并及时监控传感器的运行状态，对其传输的数据进行接收和分析，从而及时判断整个建筑电气工程系统的运行状况。我们已经步入了信息时代，信息在社会发展中的意义和作用不断增大，因此通信技术对于建筑电气工程自动化的实现也有着不可忽视的重要作用。比如，通信技术能够使得系统控制人员在最快的时间内及时了解建筑电气系统的真实运行状态，从而及时进行判断和反应，从而实现及时检测的目标。因此在建筑电气工程自动化设计操作时，相关人员要要努力提高电气设备相关信号的传输速度，从而有助于系统异常信号的及时传达、维修人员的及时反应。如上所述，信息社会中网络技术和计算机技术的普及对于整个社会的发展都有着划时代的意义，因而计算机技术也是建筑电气工程自动化实现的常用技术。计算机技术在建筑工程自动化实现过程中的意义就在于处理设备感应信号，即利用计算机技术的强大数据处理能力对传感器和通信系统传达的信息进行处理，对数据进行有效的整合，从而在短时间内做出尽可能准确的判断和反应.

5小结

综上所述，建筑电气工程自动化设计和应用对于建筑工程的发展有着十分重要的意义。该技术的使用时符合时代潮流和社会发展方向的，但是同时该系统在建筑工程中的使用还不够成熟，在结构、成本等多个方面依旧存在着较大的问题。由此可见，未来建筑电气工程自动化的发展还有着巨大的进步空间。

参考文献

［1］丁大为．建筑电气工程自动化设计及实现分析［J］．河南科技，2013(06)．

篇9

作者简介：聂建英（1972-），女，湖南桃源人，中国石油大学（北京）自动化系，讲师；罗雄麟（1963-），男，湖南汨罗人，中国石油大学（北京）自动化系，教授，博士生导师。（北京 102249）

基金项目：本文系2010年教育部第六批高校特色专业项目（项目编号：TS11822）的研究成果。

中图分类号：G642     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）15-0080-03

在中国石油大学（北京）（以下简称“我校”）自动化专业实践教学环节中，与专业相关的主要实践课程有：生产实习、过程控制综合实践、计算机控制综合实践以及毕业设计等。但是，在实践教学课程的实际运行中，存在着综合实践课程与生产实习脱节，生产实习严禁学生操作而导致实习效果欠佳等问题。我校作为一所具有鲜明石油特色的高等院校，自动化专业学生毕业后将直接进入石油石化行业就业。校园是大学生学习最重要的地方，强化学生实践和创新能力的工程教育要结合行业和区域特点，建构合理的实践教学体系，实施工程教育创新，提高学生实践和创新能力。[1，2]

一、当前自动化专业实践教学环节存在的问题及改革措施

1.综合实践及毕业设计存在的问题

当前我校自动化专业实践教学缺乏对学生工程意识的培养。校内综合实践及毕业设计题目工程背景呈淡化趋势。自动化专业综合实践以教为主，缺少现场资料，培养的学生“从学校到学校”，工程实践能力不强。不能使学生具有从事实际工作的实用技能。毕业设计选题通常是教师出题，学生选题方式，教师拟定的题目往往与其所授科目及从事的研究方向有关。学生不了解，难以发挥学生的积极主动性。[1]

2.生产实习中存在的问题

实习环节在专业培养计划中肩负着专业理论学习与实践应用直接关联的任务，实习环节的教学内容、教学方式也直接显示了学校的办学特色。过去，我校自动化生产实习的场所均在各石油化工企业，石油石化企业现代化管理制度的日益完善，使得学生进入石油石化企业现场的难度增大，生产单位不愿意接待学生实习，实习的内容在不断简化，学生只能看、不能动手实践，现场实习时间缩短，因此实习教学的效果在下降。但同时，现代化石油石化企业对所接受本科毕业生的要求不仅没有改变反而更高，他们希望大学生到工作现场后能快速适应环境，但是，学生的实际表现往往与他们的期望脱节，学校培养的学生需要经过二次培训才能达到企业的实际要求。

3.实践教学改革措施

在新形势下，高校实践环节如何改革，教学水平如何提高是高校深入教学改革的重要内容。借鉴其他高等院校国家工程训练中心和企业实训基地的建设理念，以及现代仿真技术在石油石化行业的发展应用，半实物仿真基地的建设将成为石油高校主干专业实践教学改革的必经之路。

现代化的炼油和石油化工装置对自动化控制系统的要求越来越高，要对装置和工艺过程进行有效地操作和控制，装置工程师、控制工程师、生产操作人员必须在较短时间内掌握先进的控制技术，熟悉调节控制的方法，全面掌握工艺过程原理及动态特性等一系列与生产操作相关的知识。

学校建设了仿真实践教学基地，为学生提供有效的实践机会，全面提高学生的素质和综合操作技能水平、过程知识和经验，使他们掌握新的、先进的控制系统，熟悉调节控制的方法，全面掌握和了解工艺过程本身的原理以及其动态特性，缩短将来适应工作环境的时间，充分发挥理论和实践相结合的优势。

二、自动化实践教学基地建设

1.建设内容

自动化实践教学基地分两部分建设：催化裂化工艺装置半实物仿真系统；炼油化工过程的仿真培训系统。

炼油化工过程的仿真模拟培训系统由集散控制系统（DCS）和操作培训系统（operation training system，OTS）上下两层系统构成。

催化裂化半实物工艺流程仿真系统，按工业装置实物比例缩小的催化裂化实物仿真装置并与仿真模拟培训系统配套硬件。

2.催化裂化工艺装置半实物仿真系统

按工业装置实物比例缩小的催化裂化实物仿真装置并与仿真模拟培训系统配套硬件，体现提升管反应、两段再生、外取热、原料掺渣油、小回炼、催化裂化产物分离、液化气生产、汽油处理和稳定等过程的等特点。

实物工艺流程仿真装置为全装置，包括反应再生设备、塔、压缩机、机泵、换热器、空冷器等设备构件。以学校提供的某真实炼油厂催化裂化装置进行8∶1比例缩小建设。装置内不运行实际物料，部分重要输入输出数据与实物装置现相联系。以DCS控制系统为中心，反应—再生和分馏系统的重要数据在实物装置上显示，重要阀位数据现场显示和调节双向传送。

各种阀门以及相关仪表包括流量、液位、压力等，所有控制操作在DCS系统上操作完成，现场阀操作在装置现场真实操作，工艺变化的参数为“模拟计算出”的参数，由仿真软件提供。除了半实物催化裂化装置，OTS系统还订制开发了匹配的催化裂化工艺模型。

3.炼油化工过程的仿真模拟培训系统

建设基于霍尼韦尔先进的 ePKS（即Experion 过程知识系统）DCS 控制系统及 Unisim 模拟平台的仿真模拟培训系统。Experion 过程知识系统是最新一代的过程自动化系统，UniSimTM 是业界应用广泛，并经多年工程实践检验的仿真模拟平台。它内置严格的物性库和热力学状态方程，采用模块化的模拟引擎来执行实时的工艺和控制系统动态模拟计算。模型今后可扩展余地很大，能不断添加新的内容，确保今后10到20年不落后，与目前石油石化企业仿真培训系统保持一致，与企业保持技术零距离，使学生得到充分锻炼。建成的仿真系统具备先进性、开放性及标准化，易于今后的不断扩展。

（1）炼油化工过程的仿真模拟培训系统系统结构图。炼油化工过程的仿真模拟培训系统由集散控制系统（DCS）和操作培训系统（OTS）上下两层系统构成。系统总体应具有开放性、标准化、先进性。

（2）炼油化工过程的仿真模拟培训系统基本配置。炼油化工过程的仿真培训系统包括一套ePKS DCS控制系统和一套操作培训系统（OTS）。其中操作培训系统（OTS）含5套Unisim仿真模拟系统和5个标准工艺模型，其中FCC模型需要定制开发，与所建设的半实物工艺流程仿真装置匹配。5个标准工艺模型分别为：常减压蒸馏装置模型（CDU& VDU）、连续重整装置（CCR）、柴油加氢装置（DHDS）、加氢裂化装置（HCU）、催化裂化（FCC）。

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中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120025-01

关于不断提高带有半导体器件的电气传动及自动化控制设备的可靠性,一直是业界人士十分关心的问题。对此,国家有关部门根据我国现状,提出了电控及自动化设备的可靠性测试方法,在现阶段使用的测试试验方法主要有:试验室测试方法;保证试验方法;现场测试方法。通过对电气自动化控制设备可靠性的测试,可以指导设计和工艺的改进。

一、可靠性测试的主要方法

要取得电控及自动化设备的可靠性等征量定量地评价其水平,首先要决定一个测试方法,根据国家电控配电设备质量监督检验中心提出的测试方法,当前常用的可靠性测试方法主要有以下几种。

(一)试验室测试方法。在试验室内,用一种规定的可控的工作条件和环境条件,模拟现场的使用条件,使被测设备如同现场所遇到的环境应力进行试验,将累计的时间和累计失效数等其它数据通过数理统计得到可靠性指标这是一种模拟可靠性试验,这种试验方法试验条件易于控制所得数据质量高所得试验结果可以再现,可以分析,但受试验条件的限制很难得到与真实情况相对应的数据,同时试验费用昂贵,由于这种试验一般都需要较多的试品,所以还要考虑到被试产品的生产批量与成本因素,因此这种试验方法比较适用于大批量生产的产品。

(二)保证实验方法。该方法是在产品出厂前将产品在规定条件下进行无故障的工作试验,俗称烤机,我们研究的电控设备通常由大量的元器件组成,它的故障模式是一种不以某几种故障为主的,随机的,多样化的形式来显现出来的,因此它的故障服从指数分布,也就是说它的失效率具有随着时间变化的特性。我们在试验室内对出厂前的产品进行烤机,实际上就是对产品的早期失效进行测试考核,通过对产品的改进,使失效率达到某一项规定指标后再出厂。这项试验主要是一种可靠性保证试验,而且所需的时间长,对大量生产的产品来说,它只能用于设备的样本,对小量,大系统生产的产品来说,它可用于所有产品。这种试验方法对电路复杂,町靠性要求较高台数又少的电控及自动化设备比较适用。

(三)现场测试方法。通过对设备在使用现场进行的可靠性测试记录各种可靠性数据,然后根据数理统计方法得出设备可靠性指标的一种方法。该方法的特点是试验需要的试验设备比较少,工作环境真实,其测试所得数据能真实反映产品,在实际使用情况下的可靠性,维护性等参数,且需要的直接费用少,受试设备可以正常工作使用。不利之处是不能在受控的条件下进行试验、外界影响因素繁杂,不可控,试验条件的再现性比试验室的再现性差。

现场测试分为三种情况:一种是在线测试,测试设备不停止运行;一种是停机测试,被测试设备停止运行;第三种为脱机测试,将被测部件从运行现场取出,放到专用的测试装备上进行测试。从测试技术角度上说,后二者更容易进行各种测试;对于复杂系统来说,往往故障和问题需要在设备运行时才能发现和定位,必须进行在线测试。究竟采取哪种方式进行现场测试,取决于故障状况和实际应用是否允许立即停机。

二、可靠性测试方法的选择

如何选择可靠性测试方法,可以从实践场地、试验环境、试验产品、试验测试程序等方面来推断。

(一)试验场地的选择。场地的选择原则,即如果要考核可靠性水平不低于某一指标时选择最严酷的试验场地,如果是为了测定正常使用条件下的可靠性水平,则应选择工作环境最为典型的试验场地,若为提供可靠的可比资料,则应选择有相同或近似的试验条件场地。

(二)试验环境的选择。由于电控产品的工况差异很大,选择了非恶劣的场地,设备工作在一般应力下,以保证测试的客观性。

(三)试验产品的选择。这方面的特点要有典型性。包含的品种也很多,造纸机电控设备、纺织机电控设备、矿井提升机电控设备。从性质上讲,产品属性有大型设备、中小型设备。从工作运行情况看,既有连续运行设备又有间断运行设备。

(四)测试程序及组织工作。试验的测试程序:要有统一的试验程序,如实验起始结束时间,时间间隔的确定,数据的采集,各种性能指标的记录,保障情况的记录,故障的排除等,都应有规格规范,并由现场试验人员严格执行。以保证测试的准确性、可信性。试验的组织工作:要有高效、严密的组织机构,对试验数据收集、整理。对试验人员的选定,试验工作的协调,试验报告的分析,及至最后试验结果的判断工作,还要通过这个组织把现场工程师、可靠性设计工程师、制造工程师联系在一起。其工作开展是通过组织的管理机构,对现场的测试进行全面管理,这样会收到比较好的效果。

三、现场可靠性测试方法

现场可靠性测试方法是一种较为实用的测试方法,通过现场测试,可以收集数据,对数据进行系统分析,得出故障工作时间,做为评估和制定考核指标的依据。

(一)现场可靠性测试目的。1.收集现场可靠性数据,进行可靠性评估,为制定合理的町靠性考核指标提供依据。2.收集现场的可靠性数据经过数理统计后得到可靠性数据指标。3.收集设备上元器件的可靠性数据,为今后元器件的使用提出可靠性指标。4.对设备的寿命特性进行考查,可帮助确定出厂时设备进行的烤机时间。5.收集现场的设备维修性数据,进行维修性评估。

(二)现场可靠性试验的条件。试验方法首先要求设备生产厂管理制度比较完善,工艺条件比较稳定和成熟,元器件进货渠道比较正规,制造的产品有品质保证,对于用户工厂,被测试设备的使用工厂,要求设备的工作条件符合产品的技术标准,最好是用户使用的电控及自动化设备量比较多一些,以使统计的数字更为可靠。

(三)可靠性数据统计分析。依据收集到的可靠性数据,按照点控设备可靠性指标体系的要求进行统计,计算有关可靠性特征,根据收集的数据通过统计计算表明,典型的国产电控及自动化设备的平均无故障工作时间。

四、结论