2. FAT测试环境搭建与信号模拟配置
测试台拓扑与信号链路
本案例的FAT测试台以“上位监控站—PLC—I/O模拟板—现场总线仿真器”四层结构搭建。上位监控站运行机舱监控组态软件，通过以太网与PLC交换过程数据；PLC作为被测控制核心，其模拟量输入（AI）通道接收来自I/O模拟板的4~20mA信号，数字量输入（DI）通道接收开关量激励；现场总线仿真器则模拟机舱现场总线上的远程I/O与智能设备，向PLC提供总线侧数据。测试台的关键在于：所有信号源都能被独立设定、独立回读，从而在FAT中区分“信号源问题”与“控制器问题”。
测试台搭建的关键配置
搭建时先固定网络与地址规划，再逐层接入信号源，避免“信号不通”时无法定位是网络、通道还是量程问题。以下配置以Modbus TCP与4~20mA模拟量为示例，实际项目中按规格书替换协议与量程。
| 对象 | 关键配置项 | 示例值 | 核对方法 |
|---|---|---|---|
| 上位监控站 | IP / 子网 / 网关 | 192.168.1.10 / 255.255.255.0 | ping PLC 地址通 |
| PLC | IP、Modbus TCP 从站端口 | 192.168.1.20，端口 502 | 组态软件在线读取寄存器 |
| AI 通道 | 信号类型、量程、工程单位 | 4~20mA，0~150℃，℃ | 施加 12mA 应显示约 75℃ |
| DI 通道 | 干接点/湿接点、常开常闭 | 干接点，常开 | 短接端子，输入映像置 1 |
| 总线仿真器 | 从站地址、波特率、数据格式 | 地址 1，9600，8N1 | PLC 侧读到从站数据无超时 |
模拟量信号源换算与设定
4~20mA 对应量程下限到上限，换算公式为：
I(mA) = 4 + 16 × (PV - PV_min) / (PV_max - PV_min)
PV = PV_min + (I - 4) / 16 × (PV_max - PV_min)以温度通道 0~150℃ 为例，设定 25℃ 时：I = 4 + 16 × 25/150 ≈ 6.67mA；设定 75℃ 时 I = 12.00mA；设定 125℃ 时 I ≈ 17.33mA。压力通道 0~1.0MPa 设定 0.4MPa 时 I = 4 + 16 × 0.4 = 10.40mA。液位通道 0~100% 设定 60% 时 I = 4 + 16 × 0.6 = 13.60mA。将上述电流值在模拟板上逐一设定，同时记录 HMI 工程值，即可判断通道量程与工程单位配置是否正确。
开关量激励与总线仿真配置
DI 激励采用拨码开关或继电器板，逐点短接对应端子，观察 PLC 输入映像与 HMI 状态位。对常闭接点（如急停、油雾报警）应验证“断开即报警”的逻辑方向，避免把常开常闭配置反了。现场总线仿真器按从站地址表配置远程 I/O 站与智能设备，先验证正常通信下的数据刷新，再注入从站掉线、数据超时、坏值等异常，确认 PLC 报“通信故障”而不是误报为工艺参数越限——这是FAT环境能否复现真实机舱故障的关键区分点。
环境复现验证与通过判据
- 网络层：上位站能 ping 通 PLC，组态软件在线连接无断线。
- 模拟量：三路 AI 各设定低、中、高三点，HMI 工程值与按公式计算的期望值偏差在规格书允许范围内（示例判据：≤±0.5% FS）。
- 开关量：全部 DI 逐点强制，输入映像与 HMI 状态一致，常闭接点方向正确。
- 总线：正常通信数据刷新周期稳定；注入掉线后 PLC 产生通信故障诊断，恢复后自动或手动复位正常。
- 记录：将各通道设定值、回读值、HMI 显示值填入环境验证记录表，作为后续逐点校验的基线。