CN105353755B - 基于pxi总线的多功能故障注入装置 - Google Patents

基于pxi总线的多功能故障注入装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于PXI总线的多功能故障注入装置,用于对被测设备进行故障注入,包括:PXI总线协议转换部分,其通过PXI总线与PXI机箱背板连接,用于将经由PXI总线和PXI机箱背板传输的PXI总线控制逻辑数据转换为本地控制逻辑数据;故障注入控制逻辑产生部分,根据所述本地控制逻辑数据产生故障注入控制逻辑数据;故障模拟部分,其根据所述故障注入控制逻辑数据,产生故障模拟信号和/或状态;故障注入输出部分,用于将所述故障模拟信号和/或状态注入到被测设备。

Description

基于PXI总线的多功能故障注入装置
技术领域
本发明故障仿真与测试技术领域,涉及故障在线检测能力的验证与评估,具体涉及一种基于PXI总线的多功能故障注入装置。
背景技术
为了判断产品的测试性设计水平是否达到了合同规定的指标要求,需要开展测试性验证试验,即在研制的装备中注入一定数量的故障,以加速该系统的错误和失效产生,用测试性设计规定的测试方法进行故障检测与隔离,按其结果来评估装备的故障在线检测能力。
目前市场上通用的故障注入产品种类较少,一类具有自动控制功能的故障注入设备,大多采取分离式结构,固化的软件,使用中如果要求功能组合全面,则会带来结构和操作复杂的问题,不适合复杂装备测试性验证试验的现场应用,并且造价及其昂贵;另一类故障注入设备不仅功能不够完善,而且模拟的故障类型少或者注入时间等参数不可控。
PXI总线规范将PCI总线技术发展成为了适合试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范,形成了新的测试仪器体系结构。灵活的自定义软件与可扩展硬件的组合,便是本发明的优势和核心所在,本发明既可以在一块3U PXI标准接口板卡上实现多种故障类型的模拟,也可以与其他PXI总线功能模块共同组合形成高性能、低成本的集成平台,满足物理层,电气层、协议层等各种故障注入的需求,尤其是便携式产品适用于各类现场测试环境。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,采用PXI总线规范设计基于PXI总线的多功能故障注入模块,满足故障在线检测能力的验证与评估需求,将多种故障注入功能均在一块3U PXI标准接口板卡上实现,并且可以对所注入故障的参数、时间以及执行次数进行控制。
根据本发明的实施例,提供了一种基于PXI总线的多功能故障注入装置,用于对被测设备进行故障注入,包括:PXI总线协议转换部分,其通过PXI总线与PXI机箱背板连接,用于将经由PXI总线和PXI机箱背板传输的PXI总线控制逻辑数据转换为本地控制逻辑数据;故障注入控制逻辑产生部分,根据所述本地控制逻辑数据产生故障注入控制逻辑数据;故障模拟部分,其根据所述故障注入控制逻辑数据,产生故障模拟信号和/或状态;故障注入输出部分,用于将所述故障模拟信号和/或状态注入到被测设备。
本发明具有的优点和有益效果是:
1、提供了一种适用于PXI总线测试系统的标准化模块产品,可以按照计算机设定的控制程序将模拟的故障通过探针注入到器件管脚或连接电缆处,适用于装备测试性验证试验,采用本质安全设计,保证产品能够在煤矿井下安全可靠的运行。
2、提供一种基于PXI总线的多功能故障注入装置,符合PXI总线规范,是适用于PXI总线测试系统的标准化模块产品,用于控制和实现多种故障注入的功能。
3、本发明通过编程CPLD芯片内部的逻辑控制电路,在单块3U的PXI板卡上设计了多种故障控制电路,不仅可以模拟断路,短路,固高,固低,并连电阻,串联电阻,信号波形改变,信号叠加,信号替换等故障状态,同时对所注入故障的参数、时间以及执行次数进行控制。
4、相较于同类产品,本发明使现有故障注入设备的性能更高,扩展性更强,兼容性更好,开发时间更短。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的基于PXI总线的多功能故障注入装置的总体功能结构框图;
图2为根据本发明的实施例的继电器驱动电路的连接示意图;
图3为根据本发明的实施例的部分电阻网络控制连接图;
图4为根据本发明的实施例的固高和固低故障模拟电路图;
图5为根据本发明的实施例的信号叠加和信号替换故障模拟电路图;
图6为根据本发明的实施例的断路/短路故障模拟电路图。
具体实施方式
下面,结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
本领域的技术人员能够理解,尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施例的很多技术细节,但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合,只要它们不背离本发明的原理和精神即可。
另外,为了避免使本说明书的描述限于冗繁,在本说明书中的描述中,可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理,这对于本领域的技术人员来说是可以理解的,并且这不会影响本说明书的公开充分性。
下面结合附图对具体实施方案进行详细描述。
图1为根据本发明的实施例的基于PXI总线的多功能故障注入装置的总体功能结构框图。
如图1所示,该装置的尺寸为符合PXI机械规范的3U板卡,主要功能组成有以下部分:1)PXI总线协议转换电路;2)故障注入控制逻辑产生电路;3)故障模拟单元,包括电阻、电容、断路/短路以及替换信号等故障模拟部分;4)继电器驱动和被控继电器单元;5)故障注入输入输出连接器,其与外部信号源和电压源连接,用于将外部信号源和电压源接入故障注入装置,并与故障注入探针和故障模拟单元连接,用于根据故障模拟单元的故障模拟操作,将所需要的故障经由故障注入探针输出到被测设备的注入点。
PXI总线协议转换电路包括PXI接口电路(芯片,如PLX9030)、外围配置电阻(匹配电阻)和存储器,用于将经由PXI机箱传输的PXI总线相关规范和协议转换为本地逻辑控制信号,PXI接口芯片连接匹配电阻、用于存储配置程序的存储器、时钟电路,经由局部总线连接到PXI总线接口控制电路(CPLD),并还连接到PXI总线地址和数据锁存电路(图1中的地址/数据锁存);故障注入控制电路(CPLD)连接到接口控制电路、PXI总线地址和数据锁存电路、继电器驱动电路,用于通过逻辑编程,完成继电器选择、继电器复位、继电器片选、继电器地址译码等功能;继电器驱动电路由6片自锁继电器控制芯片组成,接收故障注入控制电路的逻辑设置,分别连接断路/短路以及替换信号等故障模拟单元中的各个(41个)继电器的控制端,使相关继电器受控吸合或断开,产生所需故障的状态。
故障注入控制逻辑产生电路(CPLD)完成继电器选择、继电器复位、继电器片选、继电器地址译码功能,故障注入控制电路一端与继电器驱动电路相连接,同时与地址/数据锁存电路连接,接收PXI总线的地址和数据,还与PXI接口控制电路连接,接收复位信号和继电器逻辑控制信号。
图2为根据本发明的实施例的继电器驱动电路的连接示意图。
如图2所示,继电器驱动电路由6片自锁继电器控制电路(D11~D16,可以是型号为MAX4821的芯片)构成。
所述控制芯片D11分别连接并控制电容网络继电器。
所述控制芯片D12分别连接并控制断路故障注入继电器、短路故障注入继电器、信号替换故障注入继电器、信号叠加故障注入继电器固高固低继电器。
所述控制芯片D13-D15分别连接并控制各个电阻网络继电器。
所述控制芯片D16分别连接并控制各个二极管网络继电器。
如图3所示,该图为部分电阻网络继电器包括23个继电器,继电器的型号可为松下公司的AGN2004H,分别控制从10Ω~5MΩ的23个电阻,23个电阻串连,每个电阻的两端与继电器的常闭触点两端并接,一个电阻值输出控制继电器连接在输出端,上电初始化时电阻值输出控制继电器处于断开状态,电阻两端的继电器处于吸合状态,上位机设置所需电阻值后,通过逻辑控制打开相应继电器,释放电阻值,再接通电阻故障注入控制开关,在线输出相应电阻值。
如图4所示,固高和固低故障模拟电路由1个分别连接3.3V、5V电源以及接地的继电器(AGN2004H)实现,继电器被选通后,通过模块输出端口,将被注入故障电路的原有连接断开,同时将高电平或低电平引入,实现固高或固低故障在线注入。
如图5所示,该图为信号叠加和信号替换故障模拟电路图,外接信号源或模拟信号通过连接器接口输入,分别连接继电器K_sign和K_DA的6脚、3脚,输出信号分别连接继电器K_sign和K_DA的5脚、4脚后从连接器接口输出。为适应高频信号的传输特性,该类继电器的选型为松下继电器ARS144H。
如图6所示,断路/短路继电器包括型号为ARS144H的2个断路继电器和1个短路继电器,断路继电器既可进行单路故障模拟,也可同时完成用于总线故障注入的4路信号断路,继电器的7脚、6脚或2脚、3脚通过输出连接器接串接在被注入故障的电路中,控制继电器线圈即可实现故障在线注入;短路继电器可同时实现2路短路故障,管脚连接分别为5脚、6脚或3脚、4脚,连接及注入过程与断路相类似。
最后,本领域的技术人员能够理解,对本发明的上述实施例能够做出各种修改、变型、以及替换,其均落入如所附权利要求限定的本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种基于PXI总线的多功能故障注入装置,用于对被测设备进行故障注入,包括:
PXI总线协议转换部分,其通过PXI总线与PXI机箱背板连接,用于将经由PXI总线和PXI机箱背板传输的PXI总线控制逻辑数据转换为本地控制逻辑数据;
故障注入控制逻辑产生部分,根据所述本地控制逻辑数据产生故障注入控制逻辑数据;
故障模拟部分,其根据所述故障注入控制逻辑数据,产生故障模拟信号和/或状态;
故障注入输出部分,用于将所述故障模拟信号和/或状态注入到被测设备,
其中,所述PXI总线协议转换部分包括PXI接口电路、PXI总线接口控制电路、地址和数据锁存电路,
其中,所述PXI总线接口控制电路通过局部总线连接到所述PXI接口电路,用于进行局部总线的逻辑和时序控制,
其中,所述故障注入控制逻辑产生部分包括故障注入控制电路,其与所述PXI总线接口控制电路连接,用于接收复位信号和继电器逻辑控制信号,
其中,所述故障模拟部分包括继电器驱动控制电路,其连接到并控制用于模拟各类故障的继电器,
其中,所述故障注入控制电路与所述地址和数据锁存电路连接,用于从所述地址和数据锁存电路接收PXI总线的地址和数据,
其中,所述故障注入控制电路还与继电器驱动控制电路连接,用于向继电器驱动控制电路提供继电器逻辑控制信号。
2.根据权利要求1所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,所述PXI总线协议转换部分包括PXI接口电路、匹配电阻和存储器,所述PXI接口电路连接到所述匹配电阻和所述存储器,
所述PXI接口电路用于将PXI总线控制逻辑简化为本地控制逻辑,
所述匹配电阻用于消除PXI总线在传输过程中的信号反射,
所述存储器用于存储PXI总线配置程序,用于实现PXI接口电路中的功能寄存器的设置。
3.根据权利要求2所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,所述PXI接口电路是型号为PLX9030的PXI接口芯片。
4.根据权利要求2所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,所述PXI总线协议转换部分还包括时钟电路,
其中,地址和数据锁存电路用于将PXI总线数据的低16位数据、以及地址锁存。
5.根据权利要求4所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,
所述时钟电路用于对所述PXI接口电路和所述PXI总线接口控制电路提供时钟信号。
6.根据权利要求1所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,继电器逻辑控制信号包括继电器选择、继电器复位、继电器片选、继电器地址译码控制信号。
7.根据权利要求1所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,用于模拟各类故障的继电器包括控制多种故障类型的产生的继电器,所述多种故障类型包括固高、固低、电阻/电容/二极管、断路、短路、信号替换、信号叠加。
8.根据权利要求7所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,用于模拟各类故障的继电器包括电阻网络继电器,其连接到电阻网络,电阻网络中每个电阻两端连接电阻网络继电器的常闭触点,用于通过控制电阻网络继电器来调节电阻网络的输出阻值。
9.根据权利要求7所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,用于模拟各类故障的继电器包括固高/固低继电器,其型号为AGN2004H,其中,固高/固低继电器被选通后,通过故障注入输出部分的输出端口,将被测设备的电路中的原有连接断开,同时将高电平或低电平引入。
10.根据权利要求7所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,用于模拟各类故障的继电器包括信号叠加和信号替换继电器,其型号为ARS144H,其中,外接信号源通过故障注入输出部分分别连接信号叠加和信号替换继电器的K_sign和K_DA的6脚、3脚,输出信号分别连接继电器K_sign和K_DA的5脚、4脚后通过故障注入输出部分输出。
11.根据权利要求7所述的基于PXI总线的多功能故障注入装置,其中,用于模拟各类故障的继电器包括型号为ARS144H的2个断路继电器和1个短路继电器,2个断路继电器各自的7脚、6脚或1脚、2脚通过故障注入输出部分连接在被测设备的电路中,
短路继电器的5脚、6脚或3脚、4脚通过故障注入输出部分连接在被测设备的电路中。
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