Hardware-in-the-loop test automation setup for power converter system development

Abstract

As Uninterruptible Power Supplies (UPS) become more sophisticated with increasing amount of built-in features, more tests need to be performed to ensure their functionality. To test these features, the entire UPS may need to be turned on. Testing of such devices has proven not to be only difficult but are also hard to physically perform due to their size and power. Tests typically require a significant amount of space. While performing firmware-related tests, it’s often bothersome to upload the firmware to the controller, install it to the UPS and then start up the UPS for testing. Even small tweaks to the source code require practical testing inside the UPS and this process significantly slows down firmware development. In order to accelerate firmware development, a device, which can mimic an actual UPS functionality, is sought out. This device, called Hardware-In-the-Loop (HIL), is able to simulate UPS functionality and provide necessary signals to the controller. In order to further accelerate firmware development, test automation combined with HIL are studied and implemented. In this thesis, not only the HIL capabilities are studied, but different test automation methods as well as reusability with test cases and simulation models are also studied. With this thesis’ test setup, five different test automation methods are found. In order to choose the most optimal solution, a set of criteria for the test automation environment are listed. The most emphasis is put on user-friendliness and ease-of-use. The biggest challenges are to combine the HIL interfacing software with the simulation software as well as the test automation software. While many methods has proven to be working solutions, it was found that the most optimal test automation method is to use a third-party framework called Robot Framework due to its ease-of-use, available third-party GUIs and most importantly, the compatibility with HIL interfacing software and simulation software. In regards of reusability, it was concluded that the optimal method is to have test scripts compatible to all product models while simulation models are individual for products.

Häiriöttömien sähkönsyöttöjärjestelmien tullessa yhä kehittyneemmiksi, laiteohjelman toimintojen määrä kasvaa huomattavaa tahtia. Toiminnot joudutaan testaamaan, jotta niiden toimivuus varmistetaan. Toimintoja testatessa, tyypillisesti koko UPS joudutaan käynnistämään. Näiden toimintojen testaus voi olla hankalaa, riippuen testistä ja testauslaitteesta, koska testaus saattavat vaatia paljon tilaa sekä testit voivat olla fyysisesti vaikeita suorittaa UPS:n koon ja tehon takia. Laiteohjelmaan liittyvien testien suorittaessa, laiteohjelma joudutaan lataamaan ohjaimeen, ohjain asennetaan UPS laitteen sisälle ja lopuksi UPS käynnistetään testausta varten. Pienetkin muutokset ohjelmistoon testataan UPS:n sisällä, mikä hidastaa ohjelmistokehitystä merkittävästi. Ohjelmistokehitystä voidaan nopeuttaa, jos jokin laite kykenee jäljittelemään UPS:n toimintaa. Laite nimeltä Hardware-in-The-Loop (HIL) kykenee simuloimaan UPS:n toimintaa ja tuottamaan tarvittavat signaalit ohjaimelle. HIL: n lisäksi laiteohjelman kehitystä edistetään yhdistämällä HIL ja testiautomaatio. Tässä diplomityössä tutkitaan HIL: n valmiuksia, eri testiautomaatiomenetelmiä sekä uudelleenkäytettävyyttä testitapauksien ja simulaatiomallien kanssa. Tämän diplomityön testijärjestelmällä löydettiin viisi erilaista testiautomaatiomenetelmää. Testiautomaation ympäristölle asetetaan lista kriteereitä, minkä perusteella optimaalisin menetelmä valitaan. Suurin painotus on laitettu käyttäjäystävällisyydelle sekä helppokäyttöisyydelle. Suurin haaste tässä työssä on yhdistää HIL liitäntäohjelma simulaatio- ja testiautomaatio-ohjelman kanssa. Monet menetelmät todettiin olevan toimivia menetelmiä, mutta optimaalisimmaksi testiautomaatiomenetelmäksi todettiin olevan kolmannen osapuolen testipuite nimeltä Robot Framework sen helppokäyttöisyyden, kolmannen osapuolen graafisen käyttöliittymän tarjonnasta sekä tärkeimpänä sen yhteensopivuus HIL liitäntäohjelman- ja simulaatio-ohjelman kanssa. Uudelleenkäytettävyyden osalta optimaalisin menetelmä on luoda testikäsikirjoitus, mikä on yhteensopiva kaikkien tuotteiden kanssa. Simulaatiomallit luotaisiin kaikille tuotteille erikseen.