Automaatiojärjestelmän prosessinohjaimen suorituskykytestaus

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin automaatiojärjestelmän prosessinohjaimen suorituskykytestausta ja sen suorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä. Työn taustalla oli tarve kehittää menetelmiä, joilla voidaan arvioida toimilohkokaavioilla ohjelmoitujen sovellusten vaikutusta prosessinohjaimen suorituskykyyn jo suunnitteluvaiheessa. Se on tärkeää, jotta voidaan välttää sekä ylikuormitus että resurssien alikäyttö, jotka molemmat voivat johtaa tehottomuuteen ja kustannusten kasvuun. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten automaatiojärjestelmän prosessinohjainten suorituskykyä kannattaisi testata, mitkä ominaisuudet toimilohkokaaviolla ohjelmoiduissa sovelluksissa vaikuttavat niiden suorituskykyvaatimuksiin. Lisäksi tutkittiin, miten suuri vaikutus tunnistetuilla ominaisuuksilla oli toimilohkokaaviosovelluksen suorituskykyvaatimuksiin.

Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena ja tapaustutkimuksena. Kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin automaatiojärjestelmien rakennetta, ohjelmointikieliä sekä suorituskyvyn mittaamisen ja testauksen menetelmiä. Tapaustutkimuksessa suunniteltiin ja toteutettiin suorituskykytestit Valmet DNAe -automaatiojärjestelmässä. Suorituskykytesteissä käytettiin testisovelluksina järjestelmän kirjaston mallipohjista luotuja analogia- ja binäärimittauksen sekä PID-säätimen toteuttavia toimilohkokaaviosovelluksia. Suorituskykytesteissä tutkittiin testisovellusten suoritukseen kuluvaa aikaa sekä niiden vaikutusta prosessinohjaimen keskusmuistin varaukseen ja prosessorikuormaan.

Tulokset osoittavat, että sovellusten määrän ja suorituskykymittareiden arvojen välillä on lineaarinen suhde silloin, kun käytetään vain yhden tyyppistä sovellusta. Tulokset myös osoittavat, että sovellusten toimilohkojen määrä ja Halsteadin kompleksisuusmetriikoiden arvot korreloivat vahvasti suorituskykymittareiden arvojen kanssa.

Tutkimuksen tuloksena saatiin myös keskiarvot yksittäisen toimilohkon aiheuttamalle prosessorikuormalle, sen suoritusajalle ja sitä kohden varatulle keskusmuistille. Kyse on kuitenkin keskiarvoista, joita ei voi sellaisenaan käyttää kokonaisen toimilohkokaavion aiheuttaman kuormituksen arvioimiseen. Tutkimuksen tuloksena saatiin kuitenkin toimivaksi todettu menetelmä suorituskykytestaukseen, joka tarjoaa hyvän pohjan aiheeseen liittyvälle jatkotutkimukselle.

This master's thesis investigated the performance testing of a process controller in an automation system and the factors influencing the performance of the process controller. The background of the work was the need to develop methods for evaluating the impact of applications programmed with function block diagrams on the performance of the process controller. This is important to avoid both overload and underutilization of resources, as both can lead to inefficiency and increased costs.

The aim of the study was to determine how the performance of process controllers in automation systems should be tested, and which properties of applications programmed with function block diagrams affect their performance requirements. Additionally, the study examined how the identified properties influence the performance requirements of a function block diagram applications.

The research was conducted as a literature review and a case study. The literature review examined the structure of automation systems, programming languages, and methods for measuring and testing performance. In the case study, performance tests were designed and implemented in the Valmet DNAe automation system. The performance tests used test applications created from the library templates, including analog, binary and PID function block diagram applications. The tests measured the execution time of the test applications and their impact on the memory allocation and processor load on the process controller.

The results show a linear relationship between the number of applications and the values of performance metrics when only one type of application is used. The results also indicate that the number of function blocks in the applications and Halstead complexity metrics strongly correlate with the values of the performance metrics.

The study also produced average values for the processor load, execution time, and memory allocation caused by a single function block. However, these are average values and cannot be directly used to estimate the load caused by an entire function block diagram. Nevertheless, the study resulted in a validated method for performance testing, which provides a solid foundation for further research on the topic.