CN112631249A - 一种故障仿真方法、装置、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障仿真方法、装置、设备及计算机可读存储介质，考虑到在仿真工业控制系统中实现故障的仿真的关键点在于使上位机接收到故障数据，上位机中的工业控制系统软件随之便会响应于故障数据做出相应的处理动作，(例如通过操作系统对于工业现场的某些开关设备进行控制等)，本申请可以确定出故障选择指令指定的故障仿真内容对应的仿真故障数据并将其发送至上位机，以便在仿真工业控制系统中实现故障仿真，在完成故障仿真的基础上，工作人员可以通过观察仿真工业控制系统的反应或者做出主动控制来积累应对故障的经验，在工业控制系统真正故障的时候也就能够更好地应对从而降低损失。

Description

一种故障仿真方法、装置、设备及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种故障仿真方法，本发明还涉及一种故障仿真装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

工业控制系统(例如DCS(Distributed Control System，分散控制系统)系统)广泛的应用在各个行业，通过其可以进行产品生产以及工业现场的各种动作控制，在这个过程中需要工作人员对工业控制系统进行持续的以及熟练精准的操作控制，方能生产出合格的产品或者达到理想的动作控制效果，这就要求工作人员需要预先使用仿真工业控制系统进行仿真控制，以便熟练掌握工业控制系统的各种真实场景中的操作控制方法，然而现有的仿真工业控制系统仅仅能对工业控制系统的正常运行模式进行仿真，无法仿真其可能产生的各种故障状况，在这种情况下，工作人员通过仿真工业控制系统无法学习到工业控制系统在故障状态下的各种反应以及如何应对工业控制系统出现的故障，当操作实际的工业控制系统时，工作人员也就没有足够的经验去应对故障，工业控制系统的故障也就会带来较大的损失。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种故障仿真方法，可以完成指定内容的故障仿真，便于工作人员积累应对故障的经验从而降低故障带来的损失；本发明的另一目的是提供一种故障仿真装置、设备及计算机可读存储介质，可以完成指定内容的故障仿真，便于工作人员积累应对故障的经验从而降低故障带来的损失。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种故障仿真方法，包括：

响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容；

确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据；

将所述仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机，以便进行故障仿真。

优选地，所述响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容包括：

控制提示器提示待仿真故障项选择列表以及待仿真故障设备选择列表；

确定出故障选择指令中指定的待仿真故障设备以及待仿真故障项；

所述确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据具体为：

确定出所述待仿真故障设备发生所述待仿真故障项时对应的仿真故障数据。

优选地，所述待仿真故障项选择列表包括：

主控故障类型下属的故障项、模块故障类型下属的故障项、通道故障类型下属的故障项、工业现场故障类型下属的故障项。

优选地，所述工业现场故障类型下属的故障项包括开关量故障以及模拟量故障。

优选地，所述仿真工业控制系统为集散控制系统DCS系统。

优选地，所述提示器为显示器。

优选地，所述将所述仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机之后，该故障仿真方法还包括：

控制所述提示器提示仿真故障数据上传完成。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种故障仿真装置，包括：

第一确定模块，用于响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容；

第二确定模块，用于确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据；

发送模块，用于将所述仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机，以便进行故障仿真。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种故障仿真设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述故障仿真方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述故障仿真方法的步骤。

本发明提供了一种故障仿真方法，考虑到在仿真工业控制系统中实现故障的仿真的关键点在于使上位机接收到故障数据，上位机中的工业控制系统软件随之便会响应于故障数据做出相应的处理动作，(例如通过操作系统对于工业现场的某些开关设备进行控制等)，本申请可以确定出故障选择指令指定的故障仿真内容对应的仿真故障数据并将其发送至上位机，以便在仿真工业控制系统中实现故障仿真，在完成故障仿真的基础上，工作人员可以通过观察仿真工业控制系统的反应或者做出主动控制来积累应对故障的经验，在工业控制系统真正故障的时候也就能够更好地应对从而降低损失。

本发明还提供了一种故障仿真装置、设备及计算机可读存储介质，具有如上故障仿真方法相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种故障仿真方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种故障仿真装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种故障仿真设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种故障仿真方法，可以完成指定内容的故障仿真，便于工作人员积累应对故障的经验从而降低故障带来的损失；本发明的另一核心是提供一种故障仿真装置、设备及计算机可读存储介质，可以完成指定内容的故障仿真，便于工作人员积累应对故障的经验从而降低故障带来的损失。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明提供的一种故障仿真方法的流程示意图，该故障仿真方法包括：

步骤S1：响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容；

具体的，考虑到如上背景技术中的技术问题，考虑到工业控制系统由控制软件(应用在上位机中)以及承载操作系统的控制系统硬件组成，控制系统硬件会下挂工业现场的各种仪表设备，在仿真工业控制系统中实现故障的仿真的关键点在于使上位机接收到故障数据，上位机中的工业控制系统软件随之便会响应于故障数据做出相应的处理动作，(例如通过操作系统对于工业现场的某些开关设备进行控制等)，也即在仿真工业控制系统中实现了故障仿真，因此本申请为了实现故障仿真，首先可以响应于故障选择指令确定出指定的待仿真故障内容，以此作为目标以便在后续步骤中实现对于待仿真故障内容的仿真。

其中，故障选择指令可以为根据程序自动生成的，也可以为用户通过人机交互装置主动生成的，本发明实施例在此不做限定。

步骤S2：确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据；

具体的，在具有了故障仿真的目标-待仿真故障内容之后，便可以着手确定出与待仿真故障内容对应的仿真故障数据，该数据模拟的是待仿真故障内容真实发生的情况下，上传至工业控制系统软件的故障数据，其能够表征工业控制系统及其下挂的各种仪表设备中的某处的故障，也能够触发上位机中的工业控制系统软件做出相应的控制动作，其具体内容可以与各个具体的待仿真故障内容相对应，本发明实施例在此不做限定。

步骤S3：将仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机，以便进行故障仿真。

具体的，在得到了仿真故障数据之后便可以将其发送至仿真工业控制系统中的上位机，以便上位机确定出具体的待仿真故障内容并做出相应的控制动作，从而完成对于待仿真故障内容的仿真。

其中，上位机中运行由仿真工业控制系统的控制软件，并且上位机可以由工作人员以学习等目的进行仿真操控。

本发明提供了一种故障仿真方法，考虑到在仿真工业控制系统中实现故障的仿真的关键点在于使上位机接收到故障数据，上位机中的工业控制系统软件随之便会响应于故障数据做出相应的处理动作，(例如通过操作系统对于工业现场的某些开关设备进行控制等)，本申请可以确定出故障选择指令指定的故障仿真内容对应的仿真故障数据并将其发送至上位机，以便在仿真工业控制系统中实现故障仿真，在完成故障仿真的基础上，工作人员可以通过观察仿真工业控制系统的反应或者做出主动控制来积累应对故障的经验，在工业控制系统真正故障的时候也就能够更好地应对从而降低损失。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容包括：

控制提示器提示待仿真故障项选择列表以及待仿真故障设备选择列表；

确定出故障选择指令中指定的待仿真故障设备以及待仿真故障项；

确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据具体为：

确定出待仿真故障设备发生待仿真故障项时对应的仿真故障数据。

具体的，为了便于工作人员自主灵活地进行故障仿真内容的选择，本发明实施例中可以将待仿真故障项选择列表以及待仿真故障设备选择列表通过提示器提示出来，如此一来，工作人员通过提示器便可以直观地获知各种可选择仿真的设备以及各种故障项，并可以灵活地选择自身需要仿真的故障设备以及故障项进行仿真，提高了故障仿真灵活性的同时有利于工作人员积累各种各样的故障应对经验。

其中，待仿真故障项选择列表中包括多种待选择的故障项，而待仿真故障设备中包括多种带选择的故障设备，一个故障其实可以理解为基于某个故障设备发生的某个故障项，因此用户需要同时在这两个选择列表中进行选择，后续才能够根据指定的待仿真故障项以及待仿真故障设备确定出仿真故障数据。

具体的，上述的仿真故障数据的确定过程可以由工作人员自主确定，也可以处理器自动进行，例如可以根据预设的故障设备以及故障项与故障数据之间的对应关系，确定出待仿真故障设备以及待仿真故障项对应的仿真故障数据等，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，待仿真故障项选择列表包括：

主控故障类型下属的故障项、模块故障类型下属的故障项、通道故障类型下属的故障项、工业现场故障类型下属的故障项。

具体的，待仿真故障项总体可以分为四大类，也即主控故障、模块故障、通道故障以及工业现场故障，由工业控制系统以及工业现场仪表组成的整体系统，由上级到下级的顺序可以包含如下设备：主控、网关、模块-通道-仪表，每个层级都有可能发生故障。

其中，主控故障类型下属的故障项的具体内容可以参见下表1：

表1

具体的，模块故障类型以及通道故障类型下属的故障项的具体内容可以参见下表2：

表2

具体的，上述的两个表格中列举了大部分可能发生的故障项，当然，除了上述表格中的故障项外，故障项还可以包含其他多种具体实现，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，工业现场故障类型下属的故障项包括开关量故障以及模拟量故障。

具体的，考虑到工业现场可能发生开关量故障以及模拟量故障，因此本发明实施例中工业现场故障类型下属的故障项可以包括开关量故障以及模拟量故障，从而实现对于这两种故障的仿真。

当然，除了开关量故障以及模拟量故障外，工业现场故障类型还可以包括其他多种类型，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，仿真工业控制系统为集散控制系统DCS系统。

具体的，DCS系统为普及度较高的工业控制系统，且性能比较强大，寿命较长。

具体的，DCS系统是一个为满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，将过程控制及过程监控综合在一起，结合4C技术，计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)，发展起来的新型控制系统。DCS系统的设计理念是：分散控制，集中管理，分级管理，配置灵活，组态方便。可靠性DCS系统的设计基本上都会采用冗余设计，冗余的含义就是将系统的重要设备，CPU及各种模块，采用一用一备的形式进行设计，当某一CPU或模块出现故障时，备用的设备马上进行工作，或者可以选择两者同时工作，这样就减少了因为关键设备发生故障导致的系统瘫痪。开放性系统采用开放式平台，系统化、模块化、标准化，各个互联的计算机系统可以通过以太网等通讯方式实现集中互联，互相访问，当有增减系统的需要时，直接可以对系统的模块进行增减，对于系统设计与维护更加方便。模块化DCS系统发展到现在，更倾向于模块化的设计，所有的核心设备都变成了模块化的设计，比如CPU，电源，I/O模块，通讯模块、AI/AO模块，这些设备，都被设计成了独立的模块，一个机柜的组装，只需要将模块的底座安装后，将相应的模块安装到底座上，就实现了硬件的安装了。每个模块都集成了自己的CPU，都带处理功能，处理速度更加快速，同时各个模块之间互不干扰，在某个模块出现问题，不会影响其他模块，并且支持带电热插拔。

其中，DCS硬件的控制器能实时进行自身状态诊断，当主机出现影响控制的故障时，从机切换成为主机。模块(IO模块)可以具有设备诊断和通道诊断的功能。诊断出故障时，模块将诊断信息上报给操作员站并在OPS(Open Pluggable Specification，开放式可插拔规范)显示。故障恢复后，模块将恢复信息上报给操作员站并在OPS显示。模块冗余工作模式，当主模块诊断到自身有问题时主动降从，同时从模块升主，完成冗余切换。实际DCS系统支持丰富的故障诊断功能，但缺少故障仿真。

其中，DCS系统由DCS硬件与DCS软件组成，对于现场生产控制也由这两部分配合实现。其中主控是DCS硬件的大脑，是调度的核心。对于主控故障机制的验证和出场验证关系着现场生产的安全，对真实主控实现控制逻辑测试、验证、试验都需要先使用仿真方式模拟。因此需要对主控故障进行仿真。

具体的，DCS硬件对应的主控挂载了一系列设备，包含了模块以及模块上挂接的现场仪表设备。这些设备是逻辑的中间环节。对于这些这边的故障模拟、验证是必须的，因此需要对这些模块故障进行仿真。

另外，在DCS系统中，除了有主控和主控挂载的模块故障之外，还可以对DCS软件定义的开关量点和模拟量点故障进行仿真，来实现DCS软件系统组态算法和HMI数据显示，和模拟故障检测。

当然，除了DCS系统外，仿真工业控制系统还可以为其他多种类型，本发明实施例在此不做限定。

具体的，在本发明实施例中可以通过仿真软件HiaSimuRTS进行DCS硬件系统的仿真，其采用先进的虚拟DPU(Distributed Processing Unit，分散处理单元)控制仿真技术，实现DCS分散处理单元的仿真，模拟真实DPU的运算过程与真实DCS软件无缝对接，现场DCS组态工程文件可直接导入到仿真系统中，以此为基础发明DCS硬件故障仿真。

其中，HiaSimuRTS是对整个DCS系统的DCS硬件仿真，所有DCS系统中DCS硬件的通信HiaSimuRTS都需要实现。基于此HiaSimuRTS实现DCS不同类型故障的仿真。在仿真场景中HiaSimuRTS替代了DCS硬件与DCS软件进行交互。因此HiaSimuRTS将传输给DCS软件的数据，按照DCS硬件接口和DCS软件的通信接口对通信数据处理为仿真故障数据。以此来实现对于故障的模拟。

作为一种优选的实施例，提示器为显示器。

具体的，显示器具有提示效果直观以及提示效果持久等优点。

当然，除了显示器外，提示器还可以为其他多种类型，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，将仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机之后，该故障仿真方法还包括：

控制提示器提示仿真故障数据上传完成。

具体的，为了便于工作人员及时地观察仿真工业控制系统响应于仿真故障数据所作出的反应，并且为了便于工作人员及时地在故障仿真开始之后对仿真工业控制系统进行相应的控制，本发明实施例中在将仿真数据发送至仿真工业控制系统中的上位机之后，还可以控制提示器提示仿真故障数据上传完成，如此一来，工作人员便可以通过提示器得知故障仿真开始的这个节点，从而能够及时地进行观察或者主动采取控制动作，从而更好地对故障情况下的应对措施进行掌握，可以进一步地降低故障带来的损失。

请参考图2，图2为本发明提供的一种故障仿真装置的结构示意图，该故障仿真装置包括：

第一确定模块1，用于响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容；

第二确定模块2，用于确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据；

发送模块3，用于将仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机，以便进行故障仿真。

对于本发明实施例提供的故障仿真装置的介绍请参照前述的故障仿真方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

请参考图3，图3为本发明提供的一种故障仿真设备的结构示意图，该故障仿真设备包括：

存储器4，用于存储计算机程序；

处理器5，用于执行计算机程序时实现如前述实施例中故障仿真方法的步骤。

对于本发明实施例提供的故障仿真设备的介绍请参照前述的故障仿真方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述实施例中故障仿真方法的步骤。

对于本发明实施例提供的计算机可读存储介质的介绍请参照前述的故障仿真方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种故障仿真方法，其特征在于，包括：

响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容；

确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据；

将所述仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机，以便进行故障仿真。

2.根据权利要求1所述的故障仿真方法，其特征在于，所述响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容包括：

控制提示器提示待仿真故障项选择列表以及待仿真故障设备选择列表；

确定出故障选择指令中指定的待仿真故障设备以及待仿真故障项；

所述确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据具体为：

确定出所述待仿真故障设备发生所述待仿真故障项时对应的仿真故障数据。

3.根据权利要求2所述的故障仿真方法，其特征在于，所述待仿真故障项选择列表包括：

主控故障类型下属的故障项、模块故障类型下属的故障项、通道故障类型下属的故障项、工业现场故障类型下属的故障项。

4.根据权利要求3所述的故障仿真方法，其特征在于，所述工业现场故障类型下属的故障项包括开关量故障以及模拟量故障。

5.根据权利要求2所述的故障仿真方法，其特征在于，所述仿真工业控制系统为集散控制系统DCS系统。

6.根据权利要求1所述的故障仿真方法，其特征在于，所述提示器为显示器。

7.根据权利要求1至6任一项所述的故障仿真方法，其特征在于，所述将所述仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机之后，该故障仿真方法还包括：

控制所述提示器提示仿真故障数据上传完成。

8.一种故障仿真装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于响应于故障选择指令，确定出指定的待仿真故障内容；

第二确定模块，用于确定出待仿真故障内容对应的仿真故障数据；

发送模块，用于将所述仿真故障数据发送至仿真工业控制系统中的上位机，以便进行故障仿真。

9.一种故障仿真设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述故障仿真方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述故障仿真方法的步骤。

Images