BHKW System Tests · Robot Framework

Kontext & Motivation

In der Energietechnik müssen Anlagenregler vor jeder Freigabe sorgfältig geprüft werden — Anlauf- und Abschaltvorgänge, Fehlerbehandlung und Leistungssteuerung müssen einwandfrei arbeiten.

Ziel dieses Projekts war es, manuelle Tests schrittweise durch stabile, automatisierte Systemtests auf Basis des Robot Frameworks zu ersetzen — mit Modbus TCP als Kommunikationsschnittstelle, einer SiL-Umgebung als Ersatz für echte HiL-Hardware und vollständiger CI-Integration.

Domäne

Energietechnik, BHKW, dezentrale Energieversorgung

Protokoll

Modbus TCP — industrieller Standard für Steuerungskommunikation

Framework

Robot Framework — keyword-driven Testing, lesbar für Nicht-Entwickler

Umgebung

SiL (Software-in-the-Loop) — Python-Simulator als HiL-Ersatz

1 — Architektur

Die Testumgebung besteht aus drei Schichten — Robot Framework Tests, Python BHKWLibrary und BHKW Simulator:

BHKW Zustandsmaschine

IDLE

→ START →

STARTING

→

RUNNING

→ STOP →

STOPPING

→

IDLE

RUNNING

→ Fault →

FAULT

→ RESET →

IDLE

Modbus Register Map

Register	Typ	Adresse	Beschreibung
Command	Holding	0x0001	0=IDLE 1=START 2=STOP 3=RESET
Power Setpoint	Holding	0x0002	kW × 10
State	Input	0x0001	0=IDLE 1=STARTING 2=RUNNING 3=STOPPING 4=FAULT
Power Output	Input	0x0002	kW × 10
Temperature	Input	0x0003	Celsius × 10
Fault Code	Input	0x0004	0=None 1=Overtemp 2=LowOil 3=GridFault

2 — Robot Framework Tests

Tests sind in lesbarem Keyword-Driven Format geschrieben — verständlich ohne tiefe Programmierkenntnisse:

Start/Stop Tests

*** Test Cases ***
TC01 BHKW starts from IDLE state
    [Tags]    start    smoke
    ${state}=    Read State
    Should Be Equal    ${state}    IDLE
    Send Command    START
    Wait For State    RUNNING    timeout=30
    Check Power Output    min_kw=40    max_kw=60
    Check Temperature    min_temp=75    max_temp=90
    Check No Fault

Fault Handling Tests

*** Test Cases ***
TC04 Fault detected during RUNNING state
    [Tags]    fault    regression
    Send Command    START
    Wait For State    RUNNING    timeout=30
    Inject Fault    fault_code=1
    Wait For State    FAULT    timeout=10
    ${fault}=    Read Fault Code
    Should Not Be Equal As Integers    ${fault}    0

TC06 START command ignored in FAULT state
    [Tags]    fault    negative
    Inject Fault    fault_code=2
    Wait For State    FAULT    timeout=10
    Send Command    START
    Sleep    3
    ${state}=    Read State
    Should Be Equal    ${state}    FAULT

Keyword-Driven Testing: Keywords wie Send Command, Wait For State und Check Power Output sind in BHKWLibrary.py definiert — neue Tests können ohne Modbus-Kenntnisse geschrieben werden.

3 — Testergebnisse

Robot Framework Report

Alle Tests bestanden

BHKW Simulator — Start/Stop Sequenz

Fault Handling — Simulator

✅ All tests passed — 17/17 Testfälle bestanden — Modbus TCP + REST API.

17

Tests gesamt

17

Tests bestanden

0

Failures

4

Test Suites

4 — Test Suites

Suite	Tests	Tags	Beschreibung	Status
test_start_stop	TC01–TC03	smoke, regression	Start/Stopp Sequenzen und vollständiger Zyklus	✅ 3/3
test_fault_handling	TC04–TC06	fault, regression	Störungsinjektion, Recovery und negative Tests	✅ 3/3
test_power_regulation	TC07–TC10	power, temperature	Leistungsbereich, Temperaturüberwachung, Stopp	✅ 4/4
test_rest_api	TC11–TC17	rest, smoke, regression, negative	REST API — Health, Status, Start, Stop, Power, 409	✅ 7/7

Tags-basierte Ausführung

# Nur Smoke Tests (schneller Sanity Check)
python -m robot --include smoke --pythonpath tests/keywords tests/

# Alle Regression Tests
python -m robot --include regression --pythonpath tests/keywords tests/

# Alle Tests
python -m robot --pythonpath tests/keywords --outputdir results tests/

5 — Zusammenfassung

Komponente	Technologie	Status
Test Framework	Robot Framework 7.x	✅
Kommunikationsprotokoll	Modbus TCP (pymodbus)	✅
BHKW Simulator	Python — SiL Umgebung	✅
Python Library	BHKWLibrary.py	✅
Zustandsmaschine	IDLE/STARTING/RUNNING/STOPPING/FAULT	✅
Fault Injection	Modbus Register direkt	✅
CI/CD	GitHub Actions	✅
Test Report	Robot Framework HTML Report	✅

Skills

Robot Framework Modbus TCP Python SiL Testing HiL Konzept Keyword-Driven Testing Fault Injection Zustandsmaschine GitHub Actions BHKW / Energietechnik Systemtest pymodbus REST API Testing FastAPI

6 — Ausblick

1
REST API Tests
Erweiterung um REST-basierte Tests mit robotframework-requests — parallel zu Modbus TCP wie im echten Projekt gefordert.
2
Echter HiL-Anschluss
Migration vom SiL-Simulator auf echte HiL-Hardware (z.B. dSPACE oder NI) — die BHKWLibrary bleibt unverändert.
3
Parametrisierte Tests
Data-driven Testing mit verschiedenen Leistungsstufen, Temperaturgrenzen und Fehlerszenarien aus externen Datendateien.
4
Testdokumentation & Guidelines
Entwicklung von Coding Guidelines und Patterns für Erweiterbarkeit — neue Testfälle durch Wiederverwendung bestehender Keywords.

Erweiterung — Kubernetes Deployment

Dieses Projekt wurde um eine containerisierte Deployment-Variante erweitert — der Simulator läuft jetzt auch als Docker-Container auf einem Kubernetes-Cluster (Minikube), mit automatischen Health Checks, Self-Healing und End-to-End-Tests gegen das deployte System.

→ Kubernetes Deployment ansehen