一種能模擬多種故障的故障注入模擬板的製作方法
2023-06-17 17:58:46
專利名稱：一種能模擬多種故障的故障注入模擬板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，屬於故障注入模擬技術的測試性技術領域。(二)技術背景
故障注入是一種可靠性驗證技術，通過受控實驗向系統中刻意引入故障，並觀察系統中存在故障時的行為。目前來說故障注入技術一般分為基於硬體的故障注入、基於軟體的故障注入以及基於仿真的故障注入。
基於硬體的故障注入是在物理級完成的，通過改變環境參數幹擾硬體或者通過改變集成電路晶片管腳輸入來達到故障注入的效果。本發明中採用的就是此種方式，通過高低電平的變換來控制繼電器的通斷，從而模擬不同的故障注入。
現在的故障輸入設備大多數功能不夠完善，往往只能模擬一到兩種電路故障，難以滿足人們對設備可靠性的要求。所以開發一種能夠進行多種故障注入模擬的設備就顯得十分重要。
發明內容
1、目的:
本發明的目的在於提供一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，滿足人們對設備可靠性方面的要求。其關鍵技術在於如何通過控制信號控制繼電器的通斷來模擬不同的線路故障。
2、技術方案
(1)外形結構
本發明一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，它的外形結構是以48個繼電器為核心的繼電器單元和固定電平插口、外接電阻插口、外部信號插口，輸入輸出總接口組成，它們的位置關係如圖1所示，48個繼電器按序號布置成6列8排，固定電平插口、外接電阻插口、外部信號插口和輸入輸出總接口從左至右位於該模擬板的下方位置。圖中Al A48為繼電器單元，各繼電器單元的標號與其含有的繼電器的標號相同。在正確地連接繼電器單元之後，通過控制信號控制繼電器的通斷，就可以完成對不同信號線上的故障模擬。該固定電平插口的功能是接入進行固高/固低故障模擬時所需的高/低電平；該外接電阻插口的功能是接入一個外接電阻；該外部信號插口的功能是接入模擬輸出錯誤故障所需的外部信號；外接的輸入信號線11/12、輸出信號線01/02、控制信號Cl C48通過輸入輸出總接口進入/流出故障注入板，同時輸入輸出總接口還提供高電平VDD與接地端GND的接口。 各插口的詳細結構見圖2(a)-圖2(d)所示。
(2)繼電器單元
在48個繼電器Al A48中，A2、A6、A12、A16，這四個單元的繼電器RELAY2、 RELAY6、RELAYl2, RELAY 16的各自的管腳8與管腳9之間串接了一個電阻；A39 A46這8個單元的繼電器RELAY39-RELAY46組成電阻網絡，相比其它單元要各多一個電阻；其餘36 個繼電器單元的電路結構是相同的——即Al單元的電路結構由繼電器RELAY1、二極體Q、 LED發光二極體、三極體D、電阻R1、R2、R3組成。圖3所示為Al中各部件的電路連接方式。 繼電器的引腳1連接到+5V高電平，引腳16和三極體D的集電極C之間串接電阻R1，三極體的輸出發射極E接地；三極體D的基極B和Cl之間串接電阻R2，Cl通過輸入輸出總接口連接到故障注入控制板的I/O輸出埠，LED串接一個電阻之後，跨接在繼電器的引腳1與引腳16間。其餘以此類推。
上文中提到的故障注入控制板已另外申請專利，它的作用是解析上位機傳來的控制指令，將其轉換為對應信號線的輸入埠高低電平，也就是Cl埠的控制信號。如果Cl 端給定的是高電平，則三極體導通，此時引腳4和引腳6接通，引腳13和引腳11接通，繼電器未動作時默認為此狀態。Cl端給定低電平的時候，LED導通發亮，便於找到已動作的繼電器；二極體Q的作用是防止出現反向電流，電阻Rl的作用是防止三極體導通時線路中的電流過大而超過元器件的容限。
圖4所示為繼電器單元Al中各部件的位置關係；其中R ？表示與Al單元不完全相同的繼電器單元中其它部件。由於每個控制電路結構與二極體Q、發光二極體LED組成與連接方式都相同，所以在後面的圖形中說明中，為了簡單起見，不再一一畫出控制電路和二極體Q、發光二極體LED，只畫出繼電器與重要的電阻等。
其中，繼電器的型號規格是歐姆龍公司生產的G6AU系列；
其中，繼電器RELAY2、RELAY6串接的電阻是HIGH_RES1、HIGH_RES2，其阻值範圍為 25K 3 Ω ；
其中，繼電器RELAY12、RELAY16串接的電阻是L0W_RES1、L0W_RES2，其阻值範圍是 25K 30ΚΩ ；
其中，繼電器RELAY39-RELAY42串接的電阻是A_R1 A_R4，其阻值範圍分別是 IK IΩ、IOK 12ΚΩ、30Κ 35ΚΩ、70Κ 80ΚΩ ；
其中，繼電器RELAY43-RELAY46串接的電阻是B_R1 B_R4，其阻值範圍是其阻值範圍分別是 IK IΩ、IOK 12ΚΩ、30Κ 35ΚΩ、70Κ 80ΚΩ ；
其中，電阻R1、R2、R3的阻值範圍分別是10 15Ω、2. !3ΚΩ和IK 1. ^(Ω。 ⑶內部結構即各繼電器單元之間的連接
48個繼電器單元按內部結構及功能組成5大模塊。它們分別是固高、固低、輸出錯誤、電阻網絡、以及線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻這五個模塊。各個模塊之間的連接關係如圖5所示。
固高、固低、輸出錯誤、線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻這四個模塊的輸入埠接到同一輸入信號線11/12的四條分支上；輸出埠接到同一條輸出信號線01/02的四條分支上；電阻網絡模塊連接到線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻模上；各個模塊又各自與故障注入控制板的控制信號線連接。輸入信號線11/12、輸出信號線01/02、控制信號線都連接到輸入輸出總接口。
1固高模塊
該固高模塊含有8個繼電器單元，它分為相同的兩部分，如圖6中所示。繼電器 RELAYl RELAY4與電阻HIGH_RES1組成輸入信號線II、12的固高模塊的故障模擬電路，繼電器RELAY11 RELAY14與電阻HIGH_RES2組成輸出信號線01、02的固高模塊的故障模擬電路。每個繼電器的引腳16都連接到繼電器驅動電路，而管腳1則統一連接到+5V高電平。UUT_P0WER為通過固定電平插口所接入的固定高電平。固高模塊的功能是通過控制繼電器的通斷就可以模擬輸入信號線與輸出信號線上的固定高電平故障。其中電阻HIGH_ RES1、HIGH_RES2的作用是防止電路接通時電路中的電流過大。假如要實現Il線上固高故障模擬則需要動作的繼電器是RELAY3、RELAY2 (選用內部電阻)或者RELAY3、RELAYl (選用外部電阻)，如果選用內部電阻，則RELAY3、RELAY2動作之後，內總線Il通過HIGH_RES1 與UUT_P0WER相連，其中UUT_P0WER是被測對象輸出的高電平。其它信號線的固高故障模擬過程相似。
2固低模塊
該固低模塊含有8個繼電器單元，它分為相同的兩部分，如圖7中所示。繼電器 RELAY5 RELAYS與電阻L0W_RES1組成輸入信號線II、12的固低模塊的故障模擬電路，繼電器RELAY15 RELAY18與電阻L0W_RES2組成輸出信號線01、02的固低模塊的故故障模擬電路。每個繼電器的引腳16都連接到繼電器驅動電路，而管腳1則統一連接到一個+5V高電平。UUT_GND為接地端。固低模塊的功能是模擬輸入信號線II、12與輸出信號線01、02 上的固定低電平故障。其中電阻L0W_RES1、L0W_RES2的作用是防止電路接通時電路中的電流過大。如果要實現Il線上的固低故障模擬需要動作的繼電器是RELAY7、RELAY6(選用內部電阻)或者是RELAY7、RELAY5(選用外部電阻)。如果選用外部電阻，則RELAY7、RELAY6 動作之後，輸入信號線Il通過L0W_RES1與地線連接，地線是被測對象輸出的低電平。其它信號線的固低故障模擬過程相似。
3輸出錯誤模塊
該輸出錯誤模塊由A9、A10、A19、A20這4個繼電器單元組成，它分為相同兩部分， 其電路結構如圖8所示。外部信號線EX_SIGNAL1/EX_SIGNAL2連接到繼電器的13管腳，輸入信號線11/12、輸出信號線01/02連接到繼電器的管腳9。以Il輸出錯誤為例，模擬輸出錯誤時需要RELAY9動作，則外部信號與Il連接，用外部信號替換原有的輸入信號，從而實現輸出錯誤的故障模擬。
4電阻網絡模塊
該電阻網絡模塊含有8個繼電器單元。它分為相同的兩部分，如圖11中所示。 繼電器RELAY43 RELAY46、電阻B_R1 B_R4組成大小可以調節的電阻BRES ；繼電器 RELAY39 RELAY42、電阻A_R1 A_R4組成大小可以調節的電阻ARES。電阻網絡模塊的功能是提供模擬線上串電阻、線與地之間搭接電阻、線與線之間搭接電阻這三種故障時所需要內接電阻。通過控制繼電器的通斷就可以得到不同大小的內接電阻。例如如果要調節 BRES的大小，將B_R1從電路中切除，只需要使繼電器RELAY43動作即可。在模擬信號故障的時候，信號從ARES1/BRES1進入，從ARES2/BRES2流出，這樣就完成了串接電阻的故障模擬。
5線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻模塊
該線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻模塊共含有20 個繼電器單元，各個繼電器之間的電路連接方式如圖9與圖10所示。該模塊可以模擬線上串電阻、線與線之間搭接電阻、線與地之間搭接電阻這三種故障。
模擬線上串電阻故障時，需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY37 (內部電阻)或者1^1^^21、1 ^^23、1 ^^35(外部電阻)。要實現Il與01線上串電阻需要動作的繼電器是 RELAY21、RELAY23、RELAY37 (內部電阻)，或者 RELAY21、RELAY23、RELAY35 (外部電阻)。以Il和01之間串內部電阻為例，RELAY21、RELAY23、RELAY37這三個繼電器動作以後Il和01之間通過電阻ARES相連，從輸入信號線Il進入的信號從01輸出，從而實現了線上串電阻的故障模擬。
模擬線與地之間搭接電阻故障模擬時需要動作的繼電器為RELAY21、RELAY23、 RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY38 (內部電阻)或者 RELAY21、RELAY23、RELAY25、 RELAY29、RELAY32、RELAY48(外部電阻)。以信號線Il和01接通後於地之間的搭接內部電阻為例,繼電器 RELAY21、RELAY23、RELAY25 動作以後則 Il 與 01 連通，RELAY29、RELAY32、 RELAY38動作以後01和被測對象的低電平通過電阻BRES連接，從而實現了線與地間搭接電阻的故障模擬。
線與線間搭接電阻是指Il與01連通並且12和02連通後在二者之間搭接電阻。模擬這種故障時需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、 RELAY31、RELAY33 (內部電阻)或者 RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、 RELAY31、RELAY34 (外部電阻)。繼電器 RELAY21、RELAY23、RELAY25 動作後 11 禾口 01 導通， RELAY28、RELAY30、RELAY31動作後12和02導通，RELAY33動作後兩條通路之間接入電阻 BRES，從而完成線與線間搭接電阻的操作。
3、優點及功效
相較於同類產品，本發明能夠模擬的故障種類得到很大的提高。本發明能模擬故障注入系統中的固高、固低、線上串電阻、線與地間搭接電阻、線與線間搭接電阻以及輸出錯誤等多種故障。設備可能出現的多種故障都能有效的得到模擬，進而了解在各種不同故障下設備的狀況，這樣就能更有效地對設備的性能進行估計。
圖1所示為本發明故障注入模擬板外形結構示意圖2(a)為本發明固定電平插口示意圖2(b)為本發明外接電阻插口示意圖2(c)為本發明外部信號插口示意圖2(d)為本發明輸入輸出總接口示意圖3所示為本發明繼電器單元結構示意圖4所示為本發明繼電器單元結構示意圖5所示為本發明五大故障模塊相互關係示意圖6所示為固高模塊繼電器連接方式示意圖7所示為固低模塊繼電器連接方式示意圖8所示為輸出錯誤模塊繼電器連接方式示意圖9所示為線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻模塊繼電器連接方式示意圖10所示為故障模擬中串接電阻部分的繼電器連接方式示意圖11所示為電阻網絡模塊繼電器連接方式示意圖。
圖中符號說明如下
Al A48表示繼電器單元；EX_RES表示外接電阻；EX-SIGNAL表示外部輸入信號， Cl C48表示故障注入控制板輸入的控制信號；11/12、01/02表示輸入信號線1/2、輸出信號線01/02 ；UTT_P0WER表示固高模塊中的高電平；
RES1/RES2表示外接電阻的兩個接入管腳；；UTT-GND表示固低模塊中的低電平， 即接地端；EX_SIGNAL1/EX_SIGNAL2為外部輸入信號1/2 ；GND表示接地端；VDD表示高電平信號；
RELAYl RELAY48均為繼電器；LED表示發光二極體；Q表示二極體；D表示三極體；C、E、B分別表示三極體的集電極、發射極、基極；R1、R2、R3表示電阻；數字1、4、6、8、13、 16、11、19均表示繼電器的引腳；
R ？表示與Al繼電器單元不完全相同的繼電器單元中其他部件。
電阻LOW-RES 1/L0W_RES2與HIGH_RES1/HIGH_RES2分別表示固低故障模擬與固高故障模擬中的串接電阻；
RELAY##-##中前一個「##」代表繼電器的編號，後一個「##」表示該繼電器的管腳；
ARES、BRES、RES、A-R1 AR_4、BR_1 BR-4 均為電阻(其中 ARES 為 A-Rl AR-4 組合而成，BRES為B-Rl BR-4組合而成。)；ARES1、ARES2表示電阻ARES的兩個接入端； BRESU BRES2分別表示電阻BRES的兩個接入端；具體實施方式
本發明一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，它的外形結構是48個以歐姆龍公司生產的G6AU系列繼電器為核心的繼電器單元和固定電平插口、外接電阻插口、外部信號插口，輸入輸出總接口組成，它們的位置關係如圖1所示。圖中Al A48為繼電器單元，各繼電器單元的標號與其含有的繼電器的標號相同。在正確地連接繼電器單元之後， 通過控制信號控制繼電器的通斷，就可以完成對不同信號線上的故障模擬。固定電平插口的功能是接入進行固高/固低故障模擬時所需的高/低電平；外接電阻插口的功能是接入一個外接電阻；外部信號插口的功能是接入模擬輸出錯誤故障所需的外部信號；輸入信號線11/12、輸出信號線01/02、控制信號Cl C48通過輸入輸出總接口進入/流出故障注入板，同時輸入輸出接口還提供高電平VDD與接地端GND的接口。各插口的詳細結構見圖 2(a)-圖 2(d)所示。
在48個繼電器Al A48中，A2、A6、A12、A16，這四個單元的繼電器RELAY2、 RELAY6、RELAYl2、RELAY16的各自的管腳8與管腳9之間串接了一個電阻；此外A39 A46 這8個單元組成電阻網絡，相比其他單元要各多一個電阻。其餘36個繼電器單元的電路結構是相同的——即Al單元由繼電器RELAY1、二極體Q、LED發光二極體、三極體D、電阻R1、 R2、R3組成。圖3所示為Al中各部件的電路連接方式。繼電器的引腳1連接到+5V高電平，引腳16和三極體D的集電極C之間串接電阻Rl，三極體的輸出發射極E接地；三極體D 的基極B和Cl之間串接電阻R2，Cl通過輸入輸出總接口連接到故障注入控制板的I/O輸出埠，LED串接一個電阻之後，跨接在繼電器的引腳1與引腳16間。其餘以此類推。
上文中提到的故障注入控制板的作用是解析上位機傳來的控制指令，將其轉換為對應信號線的輸入埠高低電平，也就是Cl埠的控制信號。如果Cl端給定的是高電平， 則三極體導通，此時引腳4和引腳6接通，引腳13和引腳11接通，繼電器未動作時默認為此狀態。Cl端給定低電平的時候，LED導通發亮，便於找到已動作的繼電器；二極體Q的作用是防止出現反向電流，電阻Rl的作用是防止三極體導通時線路中的電流過大而超過元器件的容限。
圖4所示為繼電器單元Al中內部各元件的位置關係；其中R ？表示與Al單元不完全相同的繼電器單元中其他部件。由於每個控制電路結構與二極體Q、發光二極體LED組成與連接方式都相同，所以在後面的圖形中說明中，為了簡單起見，不再一一畫出控制電路和二極體Q、發光二極體LED，只畫出繼電器與重要的電阻等。
其中，繼電器的型號規格是歐姆龍公司生產的G6AU系列；
其中，繼電器RELAY2、RELAY6串接的電阻是HIGH_RES1、HIGH_RES2，其阻值均為 30ΚΩ ；
其中，繼電器RELAY12、RELAY 16串接的電阻是L0W_RES1、L0W_RES2，其阻值均為 30ΚΩ ；
其中，繼電器RELAY39-RELAY42串接的電阻是A_R1 A_R4，其阻值分別為IK Ω、 10ΚΩ、30ΚΩ、75ΚΩ ；
其中，繼電器RELAY43-RELAY46串接的電阻是B_R1 B_R4，其阻值分別為IK Ω、 10ΚΩ、30ΚΩ、75ΚΩ ；
其中，電阻R1、R2、R3的阻值分別是12Ω、2. 5Κ Ω和1ΚΩ。
為了說明繼電器單元之間的連接方式，將48個繼電器單元按照功能及內部結構劃分成5大模塊。這五大模塊分別是固高、固低、輸出錯誤、電阻網絡、以及線上串電阻—— 線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻這五個模塊。各個模塊之間的關係如圖5所7J\ ο
固高、固低、輸出錯誤、線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻這四個模塊的輸入埠接到同一輸入信號線11/12的四條分支上；輸出埠接到同一條輸出信號線01/02的四條分支上；電阻網絡模塊連接到線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻模上；各個模塊又各自與故障注入控制板的控制信號線連接。輸入信號線11/12、輸出信號線01/02、控制信號線都連接到輸入輸出總接口。
該固高模塊含有8個繼電器單元，它又可分為相同的兩部分。如圖6中所示繼電器RELAYl RELAW與電阻HIGH_RES1組成輸入信號線II、12的固高模塊的故障模擬電路，繼電器RELAY11 RELAY14與電阻HIGH_RES2組成輸出信號線01、02的固高故障模擬電路。每個繼電器的引腳16都連接到繼電器驅動電路，而管腳1則統一連接到+5V高電平。UUT_P0WER為通過固定電平插口所接入的固定高電平。固高模塊的作用是通過控制繼電器的通斷就可以是模擬輸入信號線與輸出信號線上的固定高電平故障。其中電阻HIGH_ RES1、HIGH_RES2的作用是防止電路接通時電路中的電流過大。假如要實現Il線上固高故障模擬則需要動作的繼電器是RELAY3、RELAY2 (選用內部電阻)或者RELAY3、RELAYl (選用外部電阻)，如果選用內部電阻，則RELAY3、RELAY2動作之後，內總線Il通過HIGH_RES1 與UUT_P0WER相連，其中UUT_P0WER是被測對象輸出的高電平。其他信號線的固高故障模擬過程相似。、
該固低模塊含有8個繼電器單元，它又可分為相同的兩部分。如圖7中所示繼電器RELAY5 RELAYS與電阻L0W_RES1組成輸入信號線II、12的固低模塊的故障模擬電路，繼電器RELAY15 RELAY18與電阻L0W_RES2組成輸出信號線01、02的固低故障模擬電路。每個繼電器的引腳16都連接到繼電器驅動電路，而管腳1則統一連接到一個+5V高電平。UUT_GND為接地端。固低模塊的作用是模擬輸入信號線11、12與輸出信號線01、02上的固定低電平故障。其中電阻L0W_RES1、L0W_RES2的作用是防止電路接通時電路中的電流過大。如果要實現Il線上的固低故障模擬需要動作的繼電器是RELAY7、RELAY6(選用內部電阻)或者是RELAY7、RELAY5(選用外部電阻)。如果選用外部電阻，則RELAY7、RELAY6動作之後，輸入信號線Il通過L0W_RES1與地線連接，地線是被測對象輸出的低電平。其他信號線的固低故障模擬過程相似。
該輸出錯誤模塊由A9、A10、A19、A20這4個繼電器單元組成，它也可分為相同兩部分，其電路結構如圖8所示。外部信號線EX_SIGNAL1/EX_SIGNAL2連接到繼電器的13管腳，輸入信號線11/12、輸出信號線01/02連接到繼電器的管腳9。以Il輸出錯誤為例，模擬輸出錯誤時需要RELAY9動作，則外部信號與Il連接，用外部信號替換原有的輸入信號， 從而實現輸出錯誤的故障模擬。
該電阻網絡模塊含有8個繼電器單元。它也可以分為相同的兩部分。如圖11中所示，繼電器RELAY43 RELAY46、電阻B_R1 B_R4組成大小可以調節的電阻BRES ；繼電器RELAY39 RELAY42、電阻A_R1 A_R4組成大小可以調節的電阻ARES。電組網絡的作用是提供模擬線上串電阻、線與地之間搭接電阻、線與線之間搭接電阻這三種故障時所需要內接電阻。通過控制繼電器的通斷就可以得到不同大小的內接電阻。例如如果要調節 BRES的大小，將B_R1從電路中切除，只需要使繼電器RELAY43動作即可。在模擬信號故障的時候，信號從ARES1/BRES1進入，從ARES2/BRES2流出，這樣就完成了串接電阻的故障模擬。
該線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻模塊共含有20 個繼電器單元。各個繼電器之間的電路連接方式如圖9與圖10所示。該模塊可以模擬線上串電阻、線與線之間搭接電阻、線與地之間搭接電阻這三種故障。
模擬線上串電阻故障時，需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY37 (內部電阻)或者1^1^^21、1 ^^23、1 ^^35(外部電阻)。要實現Il與01線上串電阻需要動作的繼電器是 RELAY21、RELAY23、RELAY37 (內部電阻)，或者 RELAY21、RELAY23、RELAY35 (外部電阻)。以Il和01之間串內部電阻為例，RELAY21、RELAY23、RELAY37這三個繼電器動作以後Il和01之間通過電阻ARES相連，從輸入信號線Il進入的信號從01輸出，從而實現了線上串電阻的故障模擬。
模擬線與地之間搭接電阻故障模擬時需要動作的繼電器為RELAY21、RELAY23、 RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY38 (內部電阻)或者 RELAY21、RELAY23、RELAY25、 RELAY29、RELAY32、RELAY48(外部電阻)。以信號線Il和01接通後於地之間的搭接內部電阻為例,繼電器 RELAY21、RELAY23、RELAY25 動作以後則 Il 與 01 連通，RELAY29、RELAY32、 RELAY38動作以後01和被測對象的低電平通過電阻BRES連接，從而實現了線與地間搭接電阻的故障模擬。
線與線間搭接電阻是指Il與01連通並且12和02連通後在二者之間搭接電阻。模擬這種故障時需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、 RELAY31、RELAY33 (內部電阻)或者 RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、 RELAY31、RELAY34 (外部電阻)。繼電器 RELAY21、RELAY23、RELAY25 動作後 11 禾口 01 導通， RELAY28、RELAY30、RELAY31動作後12和02導通，RELAY33動作後兩條通路之間接入電阻 BRES，從而完成線與線間搭接電阻的操作。
具體實施方式
一
結合圖6具體說明固高電路故障的模式方式。所謂固高就是固定高電平。以輸入信號線Il線上固高為例，要實現Il線上固高則需要動作的繼電器是RELAY3、RELAY2(選用內部電阻)或者RELAY3、RELAY1(選用外部電阻)，如果選用內部電阻，則RELAY3、RELAY2 動作之後，內總線Il通過HIGH_RES1與UUT_P0WER相連，其中UUT_P0WER是被測對象輸出的高電平。01、02的固高故障模擬過程相同。
具體實施方式
二
結合圖7具體說明固低電路故障模式的實現方式。選用輸入信號線Il線上固低為例來說明。要實現Il線上的固低需要動作的繼電器是RELAY7、RELAY6(選用內部電阻) 或者是RELAY7、RELAY5 (選用外部電阻)。如果選用外部電阻，則RELAY7、RELAY6動作之後， 輸入信號線Il通過L0W_RES1與地線連接，其中地線是被測對象輸出的低電平。
01、02的固低故障模擬過程相同。
具體實施方式
三
結合圖8具體說明輸出錯誤故障的模擬過程。以輸入信號線Il輸出錯誤為例， 模擬輸出錯誤時需要動作的繼電器是RELAY9。RELAY9動作之後，RELAY9的引腳13和引腳 9連接，此時外部信號與Il連接，用外部信號替換原有的輸入信號，從而實現了輸出錯誤的故障模擬。12、01、02的輸出錯誤故障模擬過程相同。
具體實施方式
四
結合圖9與圖10來具體說明線上串電阻的故障模擬實現方式。要實現線上串電阻需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY37 (內部電阻)或者RELAY21、RELAY23、 RELAY35(外部電阻)。以信號線Il和01線上串內部電阻為例，RELAY37的引腳6和引腳 11之間串接有一個電阻ARES。當RELAY21、RELAY23、RELAY37這三個繼電器完成動作之後， 從Il輸入的信號從RELAY21的13引腳進入，依次經過引腳9，RELAY25的引腳4和引腳6， RELAY37的引腳13、11、串接電阻1 、引腳6、4，1 六1^25的引腳11、13，RELAY23的引腳9、13， 最後從01埠輸出回到總線。這樣一個過程就完成了線上串電阻的故障模擬過程。
具體實施方式
五
結合圖9和圖10具體說明線與地之間搭接電阻的故障模擬實現方式。要實現此種故障模擬需要動作的繼電器為 RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY38 (內部電阻)或者 RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY48 (外部電阻)。以信號線Il和01接通後於地之間的搭接內部電阻為例電，繼電器RELAY21、RELAY23、RELAY25 這三個繼電器在接受控制信號動作之後，從Il輸入的信號依次經過RELAY21的引腳13、引腳9，由於RELAY25的引腳8和9被連接，所以信號經過REALY25的引腳4、8、9、13，之後進入 RELAY23繼電器，經過引腳9、13回到總線，此時11和01連通。RELAY32的引腳9接地，而在 RELAY29, RELAY32, RELAY38 動作以後，RELAY32 的引腳 9、13，RELAY31 的引腳 4、6，RELAY38的引腳13、11、串接電阻81 5、引腳6、4，1 ^^31的引腳11、13，RELAY29的引腳9、13，直到最後的01形成一條通路，這樣就實現了線與地之間的搭接電阻的故障模擬。
具體實施方式
六
結合圖9與圖10具體說明線與線之間搭接電阻的故障模擬過程。所謂線與線之間的搭接電阻是指Il和01接通，同時12和02接通，再在兩者之間搭接電阻。要實現這種故障模擬過程需要動作的繼電器是 RE IAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、RELAY31、 RELAY33 (內部電阻)或者 RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、RELAY31、 RELAY34(外部電阻)。以在RELAY33的引腳8和引腳9之間搭接內部電阻BRES為例。繼電器RELAY21、RELAY23、RELAY25動作之後，Il和01導通，其動作過程和具體實施方式
五中所描敘的相同。REALY28、RELAY30、RELAY31動作之後12和02導通。在RELAY33動作之後，兩條通路之間接入了電阻BRES，從而完成了線與線之間搭接電阻的操作。
權利要求
1. 一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，其特徵在於它的外形結構是以48個繼電器為核心的繼電器單元和固定電平插口、外接電阻插口、外部信號插口，輸入輸出總接口構成，48個繼電器按序號布置成6列8排，固定電平插口、外接電阻插口、外部信號插口和輸入輸出總接口從左至右位於該模擬板的下方位置；該固定電平插口的功能是接入進行固高 /固低故障模擬時所需的高/低電平；該外接電阻插口的功能是接入一個外接電阻；該外部信號插口的功能是接入模擬輸出錯誤故障所需的外部信號；該輸入輸出總接口提供高電平VDD與接地端GND的接口 ；在48個繼電器Al A48中，A2、A6、A12、A16，這四個單元的繼電器RELAY2、RELAY6、RELAYl2、RELAY16的各自的管腳8與管腳9之間串接了一個電阻； A39 A46這8個單元的繼電器RELAY39-RELAY46組成電阻網絡，相比其他單元要各多接一個電阻，其餘36個繼電器單元的電路結構是相同的——即Al單元的電路結構由繼電器 RELAY1、二極體Q、LED發光二極體、三極體D、電阻Rl、R2、R3組成，其連接方式是繼電器的引腳1連接到+5V高電平，引腳16和三極體D的集電極C之間串接電阻R1，三極體的輸出發射極E接地；三極體D的基極B和Cl之間串接電阻R2，Cl通過輸入輸出總接口連接到故障注入控制板的I/O輸出埠，LED串接一個電阻之後，跨接在繼電器的引腳1與引腳16 間，其餘以此類推；48個繼電器單元內部結構組成5大模塊，其分別是固高、固低、輸出錯誤、電阻網絡、以及線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻這五個模塊；固高、固低、 輸出錯誤、線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻這四個模塊的輸入埠接到同一輸入信號線11/12的四條分支上；輸出埠接到同一條輸出信號線01/02 的四條分支上；電阻網絡模塊連接到線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻上；各個模塊又各自與故障注入控制板的控制信號線連接，輸入信號線11/12、輸出信號線01/02、控制信號線都連接到輸入輸出總接口 ；該固高模塊含有8個繼電器單元，它分為相同的兩部分；繼電器RELAYl RELAY4與電阻HIGH_RES1組成輸入信號線II、12的固高模塊的故障模擬電路，繼電器RELAY11 RELAY14與電阻HIGH_RES2組成輸出信號線01、02的固高模塊的故障模擬電路，每個繼電器的引腳16都連接到繼電器驅動電路，而管腳1則統一連接到+5V高電平；UUT_P0WER為通過固定電平插口所接入的固定高電平；固高模塊的功能是通過控制繼電器的通斷就模擬輸入信號線與輸出信號線上的固定高電平故障；其中電阻HIGH_RES1、HIGH_RES2的作用是防止電路接通時電路中的電流過大；該固低模塊含有8個繼電器單元，它分為相同的兩部分；繼電器RELAY5 RELAYS與電阻L0W_RES1組成輸入信號線II、12的固低模塊的故障模擬電路，繼電器RELAY15 RELAY18與電阻L0W_RES2組成輸出信號線01、02的固低模塊的故障模擬電路，每個繼電器的引腳16都連接到繼電器驅動電路，而管腳1則統一連接到一個+5V高電平；UUT_GND為接地端，固低模塊的功能是模擬輸入信號線II、12與輸出信號線01、02上的固定低電平故障；其中電阻L0W_RES1、L0W_RES2的作用是防止電路接通時電路中的電流過大；該輸出錯誤模塊由A9、A10、A19、A20這4個繼電器單元組成，它分為相同兩部分，外部信號線EX_SIGNAL1/EX_SIGNAL2連接到繼電器的13管腳，輸入信號線11/12、輸出信號線 01/02連接到繼電器的管腳9 ；該電阻網絡模塊含有8個繼電器單元，它分為相同的兩部分；繼電器RELAY43 RELAY46、電阻B_R1 B_R4組成大小能調節的電阻BRES ；繼電器RELAY39 RELAY42、電阻 A_R1 A_R4組成大小能調節的電阻ARES;電阻網絡模塊的功能是提供模擬線上串電阻、線與地之間搭接電阻、線與線之間搭接電阻這三種故障時所需要的內接電阻，通過控制繼電器的通斷就得到不同大小的內接電阻；該線上串電阻——線與線之間搭接電阻——線與地之間搭接電阻模塊共含有20個繼電器單元，該模塊能模擬線上串電阻、線與線之間搭接電阻、線與地之間搭接電阻這三種故障；模擬線上串電阻故障時，內部電阻需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY37，或者外部電阻需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY35 ；要實現Il與01線上串電阻時，內部電阻需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY37，或者外部電阻需要動作的繼電器是 RELAY21、RELAY23、RELAY35 ；模擬線與地之間搭接電阻故障模擬時，內部電阻需要動作的繼電器為RELAY21、 RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY38,或者外部電阻需要動作的繼電器為 RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29, RELAY32, RELAY48 ；線與線間搭接電阻是指Il與01連通並且12和02連通後在二者之間搭接電阻；模擬這種故障時，內部電阻需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、 RELAY31、RELAY33,或者外部電阻需要動作的繼電器是RELAY21、RELAY23、RELAY25、 RELAY28、RELAY30、RELAY31、RELAY34 ；繼電器 RELAY21、RELAY23、RELAY25 動作後 Il 禾口 01 導通，RELAY28, RELAY30, RELAY31動作後12和02導通，RELAY33動作後兩條通路之間接入電阻BRES，從而完成線與線間搭接電阻的操作。
2.根據權利要求1所述的一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，其特徵在於繼電器RELAY2、RELAY6串接的電阻是HIGH_RES1、HIGH_RES2，其阻值範圍是25K !35ΚΩ。
3.根據權利要求1所述的一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，其特徵在於繼電器RELAY12、RELAY 16串接的電阻是L0W_RES1、L0W_RES2，其阻值範圍是2 !35ΚΩ。
4.根據權利要求1所述的一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，其特徵在於繼電器RELAY39-RELAY42串接的電阻是A_R1 A_R4，其阻值範圍分別是IK IΩ、IOK 12ΚΩ、30Κ 35ΚΩ、70Κ 80ΚΩ。
5.根據權利要求1所述的一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，其特徵在於繼電器RELAY43-RELAY46串接的電阻是B_R1 B_R4，其阻值範圍分別是IK IΩ、IOK 12ΚΩ、30Κ 35ΚΩ、70Κ 80ΚΩ。
6.根據權利要求1所述的一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，其特徵在於電阻 R1、R2、R3的阻值範圍分別是10 15Ω、2. 3K 3ΚΩ和IK 1. 5ΚΩ。
7.根據權利要求1所述的一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，其特徵在於繼電器的型號規格是歐姆龍公司生產的G6AU系列。
全文摘要
一種能模擬多種故障的故障注入模擬板，它的外形結構是以48個繼電器單元和固定電平插口、外接電阻插口、外部信號插口和輸入輸出總接口構成，48個繼電器按序號布置成6列8排，固定電平插口、外接電阻插口、外部信號插口和輸入輸出總接口從左至右位於該模擬板的下方位置；48個繼電器單元內部結構組成5大模塊，分別是固高、固低、輸出錯誤、線上串電阻—線與線之間搭接電阻—線與地之間搭接電阻以及電阻網絡這五個模塊；前四個模塊的輸入埠接到同一輸入信號線I1/I2的四條分支上；電阻網絡模塊連接到線上串電阻—線與線之間搭接電阻—線與地之間搭接電阻上；各個模塊又各自與故障注入控制板的控制信號線連接；本發明在故障模擬測試技術領域裡具有應用前景。
文檔編號G05B19/042GK102508452SQ20111034970
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者呂凱悅, 石君友 申請人:北京航空航天大學