CN113884813A - 一种基于电缆的故障注入装置和方法 - Google Patents

一种基于电缆的故障注入装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113884813A
CN113884813A CN202111208101.4A CN202111208101A CN113884813A CN 113884813 A CN113884813 A CN 113884813A CN 202111208101 A CN202111208101 A CN 202111208101A CN 113884813 A CN113884813 A CN 113884813A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
module
switch
core
cable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111208101.4A
Other languages
English (en)
Inventor
曾浩然
杨军
谢坤
邹永铸
潘晨阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Ship Development and Design Centre
Original Assignee
China Ship Development and Design Centre
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Ship Development and Design Centre filed Critical China Ship Development and Design Centre
Priority to CN202111208101.4A priority Critical patent/CN113884813A/zh
Publication of CN113884813A publication Critical patent/CN113884813A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088Aspects of digital computing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于电缆的故障注入装置和方法,以机电设备之间的传输电缆为媒介,将所述故障注入装置串接在原机电设备之间,通过在电缆电芯上串接、并接电阻、电芯短接、电流信号叠加、报文替换,实现了高效、便捷地向电缆注入故障的功能。本发明为重要机电控制设备提供了容错能力、稳定性检验手段,提高了重要机电设备对外通信的容错能力,提供了对机电设备稳定性的检验手段。

Description

一种基于电缆的故障注入装置和方法
技术领域
本发明属于船舶机电控制技术领域,具体涉及一种基于电缆的故障注入装置和方法。
背景技术
在机电控制领域,控制电缆和通信电缆承担着机电设备之间的指令传输和信号反馈,直接影响上层设备指令的下达和下层设备的数据反馈。电缆在敷设过程中会出现小空间挤压、长距离纵向拉伸现象,在复杂条件下,甚至出现扭曲现象,电缆工作环境恶劣,特殊情况下为高湿、高热环境,故电缆易出现绝缘降低、芯线断裂、阻抗增加等情况,对机电设备的对外通信造成影响,故重要机电设备(如操纵控制台)的对外通信均应具有一定的容错能力,而故障的注入则是检验重要机电设备容错能力和稳定性的重要手段,但目前缺乏高效、便捷的船用电缆故障注入手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种基于电缆的故障注入装置和方法,用于高效、便捷地向电缆注入故障。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种基于电缆的故障注入装置,其特征在于:通过多芯电缆串接在多个机电设备之间;包括上位机和下位机;上位机包括故障注入模块,用于集中注入、并发注入、串联注入包括电芯断路故障、电芯短路故障、电芯阻抗增加故障、电芯间带阻短路故障、电流信号故障、报文故障的故障;下位机包括通讯模块、控制模块、故障类型模块;通讯模块连接上位机的通信端口,用于接收上位机的故障注入指令;控制模块用于根据故障注入指令控制故障类型模块向电缆、机电设备的信号端口注入故障。
按上述方案,故障注入模块具有自定义和配置的故障注入功能。
按上述方案,故障类型模块包括开关模块、可编程电阻模块、电流模块、差分信号模块;开关模块包括连接在多芯电缆上的矩阵开关,用于在电芯间切换通路,并对电缆的电芯进行断路和芯线间短路,注入电芯断路故障和电芯短路故障;可编程电阻模块,用于在接入的电缆芯线上串接或并接电阻,注入电芯阻抗增加故障和电芯间带阻短路故障;电流模块,用于采集电缆的各通路的芯线中的电流信号,并根据上位机的故障指令叠加故障信号后发送到芯线中,注入电流信号故障;差分信号模块,用于在机电设备的各信号端口截取数据、报文内容,并根据上位机的故障指令更改数据、报文内容后发送到信号端口,注入报文故障。
进一步的,开关模块包括串联在多芯电缆的第i电芯上的i个开关A、短接在第i电芯与第j电芯之间的i/2个开关B、开关矩阵S;开关矩阵S包括k列开关,同一列开关的一端串列在一起,另一端分别连接多芯电缆的每一根电芯。
进一步的,差分信号模块包括CAN模块、串口模块;串口模块包括RS422模块、RS485模块。
一种基于电缆的故障注入方法,包括以下步骤:
S1:连接上位机和下位机,将下位机串接在待注入故障的第一机电设备和第二机电设备之间;
S2:操作人员通过上位机的故障注入模块配置待注入故障的包括类型、数量、故障触发时间的信息,并将故障注入指令发送至下位机的控制模块;
S3:控制模块根据故障注入指令控制故障类型模块动作,注入包括电芯断路故障、电芯短路故障、电芯阻抗增加故障、电芯间带阻短路故障、电流信号故障、报文故障的故障。
进一步的,所述的步骤S3中,注入电芯断路故障和电芯短路故障的具体步骤为:将第一多芯电缆连接开关模块的输入端,第二多芯电缆连接开关模块的输出端,闭合A列开关;需注入第i电芯断路故障时,断开开关模块的串联在第i电芯上的开关A;需注入第i电芯与第j电芯短路故障时,闭合短接在第i电芯与第j电芯之间的开关B,或者同时闭合开关矩阵S的同一列中连接第i电芯的开关与连接第j电芯的开关。
进一步的,所述的步骤S3中,注入电芯阻抗增加故障和电芯间带阻短路故障的具体步骤为:将第一开关模块和第二开关模块依次串接在第一多芯电缆和第二多芯电缆中间,将可编程电阻模块的一端分别连接在第一开关模块和第二开关模块的开关矩阵S的输出端;需注入第i电芯阻抗增加故障时,闭合第一开关模块的串联在第i电芯上的开关A,闭合第一开关模块的开关矩阵S中连接第i电芯的开关,并闭合第一开关模块串联可编程电阻模块的开关、闭合第二开关模块串联可编程电阻模块的开关,串联可编程电阻模块中分别连接第一开关模块和第二开关模块的电阻,实现第i电芯阻抗增加;需注入第i电芯与第j电芯间带阻短路故障时,闭合第一开关模块的串联在第i电芯上的开关A,闭合第一开关模块的开关矩阵S中连接第i电芯的开关,闭合第二开关模块的开关矩阵S中连接第j电芯的开关,并闭合第一开关模块串联可编程电阻模块的开关、闭合第二开关模块串联可编程电阻模块的开关,串联可编程电阻模块中分别连接第一开关模块和第二开关模块的电阻,实现第i电芯与第j电芯间带阻短路。
进一步的,所述的步骤S3中,注入电流信号故障的具体步骤为:将开关模块串接在第一多芯电缆和第二多芯电缆中间;电流模块的电流采集端连接第一多芯电缆的电芯采集电流值;电流模块的电流输出端通过开关模块的开关矩阵S连接第二多芯电缆中与第一多芯电缆对应的电芯注入电流故障。
进一步的,所述的步骤S3中,注入报文故障的具体步骤为:将开关模块串接在第一多芯电缆和第二多芯电缆中间;CAN模块和串口模块的报文解析端分别连接第一多芯电缆的电芯收取和解析报文,并根据收到的故障注入指令修改报文分别形成CAN故障报文和串口故障报文;CAN模块和串口模块的故障报文发送端通过开关模块的开关矩阵S分别连接第二多芯电缆中与第一多芯电缆对应的电芯,相应注入CAN故障和串口故障。
本发明的有益效果为:
1.本发明的一种基于电缆的故障注入装置和方法,以机电设备之间的传输电缆为媒介,将所述故障注入装置串接在原机电设备之间,通过在电缆电芯上串接、并接电阻、电芯短接、电流信号叠加、报文替换,实现了高效、便捷地向电缆注入故障的功能。
2.本发明为重要机电控制设备提供了容错能力、稳定性检验手段,提高了重要机电设备对外通信的容错能力,提供了对机电设备稳定性的检验手段。
附图说明
图1是本发明实施例的架构原理图。
图2是本发明实施例的芯线短路、短路故障注入原理图。
图3是本发明实施例的芯线阻抗增加、芯线间带阻短路故障注入原理图。
图4是本发明实施例的电流信号故障注入原理图。
图5是本发明实施例的CAN、RS485信号故障注入原理图。
图中:1.上位机;2.下位机;3.第一机电设备;4.第二机电设备;5、7、11、12、13、14、17、18.多芯电缆;9、10、15、19.开关卡;6.开关卡;8.可编程电阻卡;16.电流卡;20.CAN卡;21.串口卡。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1,本发明的实施例包括故障注入上位机、下位机;下位机配备若干通讯板卡、开关卡及可编程电阻卡;以机电设备之间的传输电缆为媒介,将所述故障注入装置串接在原机电设备之间,通过在电缆电芯上串接、并接电阻、电芯短接、电流信号叠加、报文替换实现故障注入,以此来检验机电设备对外通信的容错能力和稳定性。
1)具备电芯短路、断路故障注入功能
所述的故障注入装置下位机中配备有故障注入开关卡,开关卡内部设有矩阵开关,可接收上位机的故障注入指令,对接入故障注入装置的电缆中任意芯线进行断路和芯线间短路。
2)具备电芯阻抗增加、电芯间带阻短路故障注入功能
所述的故障注入装置下位机中配备有可编程电阻卡,结合故障注入开关卡,可接收上位机指令,在接入的电缆芯线上串接电阻和在任意芯线间并接电阻,实现阻抗增加和带阻短路故障注入。
3)具备电流信号故障注入功能
所述的故障注入装置下位机中配备有电流卡,结合故障注入开关卡进行通路切换,对原芯线中的电流信号进行采集,根据上位机的故障指令,叠加故障信号后由电流卡再次发出,实现电流信号的故障注入。
4)具备CAN、RS485等差分类型信号注入功能
所述的故障注入装置下位机中配备有CAN卡、串口卡,结合故障注入开关卡进行通路切换,对原串口数据、报文内容进行截取,根据上位机的故障指令,更改串口数据、报文内容后发出,实现故障的注入。
5)具备集中式的、故障可自由定义和配置的故障注入功能
上位机运行故障注入软件,可支持多类型故障的集中注入、并发注入以及串联注入。
如图1所示,所述的故障注入装置,其特征在于由故障注入上位机1和故障注入下位机2组成。其中下位机2由控制板(含以太网接口)、故障注入开关卡、可编程电阻卡、CAN卡、电流卡、RS422卡、RS485卡等组成。
故障注入下位机2串接在待注入的机电设备3和机电设备4之间。操作人员在上位机上配置故障类型、数量、故障触发的时间等信息,通过以太网发送至故障注入下位机2,故障注入下位机2根据指令控制各类板卡进行动作,实施故障的注入。
本发明支持故障注入数量的扩展。根据待注入的故障类型和数量,在所述故障注入下位机2中增添相应的板卡即可。
所述的故障注入装置芯线短路、短路故障注入的原理如图2所示。多芯电缆5连接故障注入开关卡6输入端,多芯电缆7连接故障注入开关卡6输出端,默认状态下A列开关闭合,需要注入断路故障时,断开对应芯线的开关A,实现断路故障注入;需要注入芯线间短路故障时,闭合对应的B列开关或开关矩阵S,例如需注入第1芯线和第2芯线短路故障,则控制开关B1闭合,也可控制<S11、S21>或<S12、S22>或<S13、S23>或<S14、S24>闭合,具体的选择可根据应用场景而定。
所述的故障注入装置芯线阻抗增加、芯线带阻短路故障注入原理如图3所示。两张故障注入开关卡9、10串接在多芯电缆11、12中间,结合可编程电阻卡8,通过控制开关卡9、10的开关以及设置可编程电阻卡8的阻值,实现对应故障注入。如注入芯线阻抗增加故障时,以第1芯线为例,控制对应开关,使得L1线路导通,实现芯线阻抗增加;如需注入芯线间带阻短路时,第4芯线和第7芯线为例,控制对应开关,使得L2线路导通,实现第4芯线和第7芯线的带阻短路。
所述的故障注入装置电流信号故障注入原理如图4所示。故障注入开关卡15串接在多芯电缆13、14中间,结合电流卡16,通过控制开关卡15的开关更改原线路,电流卡16采集电流值,实施电流故障注入后,通过开关卡15进行发送,图中L1为-10mA~+10mA的电流故障注入线路,L2为4~20mA的电路故障注入线路。
所述的故障注入装置CAN、RS485信号故障注入原理如图5所示。故障注入开关卡19串接在多芯电缆17、18中间,结合CAN卡20和串口卡21,通过控制开关卡19的开关更改原线路。CAN卡20、串口卡21收取报文后进行解析,按照故障指令对报文进行修改,形成CAN、RS485故障报文,然后通过开关卡19进行发送,图中L1通道即为CAN故障注入线路;L2为RS485故障注入线路。本发明下位机中的串口卡21为RS485和RS422复用卡,经过软件配置后,可进行RS422串口信号的故障注入,原理与RS485类似。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,本发明的保护范围不限于上述实施例。所以,凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电缆的故障注入装置,其特征在于:通过多芯电缆串接在多个机电设备之间;包括上位机和下位机;上位机包括故障注入模块,用于集中注入、并发注入、串联注入包括电芯断路故障、电芯短路故障、电芯阻抗增加故障、电芯间带阻短路故障、电流信号故障、报文故障的故障;下位机包括通讯模块、控制模块、故障类型模块;通讯模块连接上位机的通信端口,用于接收上位机的故障注入指令;控制模块用于根据故障注入指令控制故障类型模块向电缆、机电设备的信号端口注入故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于电缆的故障注入装置,其特征在于:
故障注入模块具有自定义和配置的故障注入功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于电缆的故障注入装置,其特征在于:
故障类型模块包括开关模块、可编程电阻模块、电流模块、差分信号模块;
开关模块包括连接在多芯电缆上的矩阵开关,用于在电芯间切换通路,并对电缆的电芯进行断路和芯线间短路,注入电芯断路故障和电芯短路故障;
可编程电阻模块,用于在接入的电缆芯线上串接或并接电阻,注入电芯阻抗增加故障和电芯间带阻短路故障;
电流模块,用于采集电缆的各通路的芯线中的电流信号,并根据上位机的故障指令叠加故障信号后发送到芯线中,注入电流信号故障;
差分信号模块,用于在机电设备的各信号端口截取数据、报文内容,并根据上位机的故障指令更改数据、报文内容后发送到信号端口,注入报文故障。
4.根据权利要求3所述的一种基于电缆的故障注入装置,其特征在于:开关模块包括串联在多芯电缆的第i电芯上的i个开关A、短接在第i电芯与第j电芯之间的i/2个开关B、开关矩阵S;开关矩阵S包括k列开关,同一列开关的一端串列在一起,另一端分别连接多芯电缆的每一根电芯。
5.根据权利要求3所述的一种基于电缆的故障注入装置,其特征在于:差分信号模块包括CAN模块、串口模块;串口模块包括RS422模块、RS485模块。
6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述的基于电缆的故障注入装置的故障注入方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:连接上位机和下位机,将下位机串接在待注入故障的第一机电设备和第二机电设备之间;
S2:操作人员通过上位机的故障注入模块配置待注入故障的包括类型、数量、故障触发时间的信息,并将故障注入指令发送至下位机的控制模块;
S3:控制模块根据故障注入指令控制故障类型模块动作,注入包括电芯断路故障、电芯短路故障、电芯阻抗增加故障、电芯间带阻短路故障、电流信号故障、报文故障的故障。
7.根据权利要求6所述的故障注入方法,其特征在于:所述的步骤S3中,注入电芯断路故障和电芯短路故障的具体步骤为:
将第一多芯电缆连接开关模块的输入端,第二多芯电缆连接开关模块的输出端,闭合A列开关;
需注入第i电芯断路故障时,断开开关模块的串联在第i电芯上的开关A;
需注入第i电芯与第j电芯短路故障时,闭合短接在第i电芯与第j电芯之间的开关B,或者同时闭合开关矩阵S的同一列中连接第i电芯的开关与连接第j电芯的开关。
8.根据权利要求6所述的故障注入方法,其特征在于:所述的步骤S3中,注入电芯阻抗增加故障和电芯间带阻短路故障的具体步骤为:
将第一开关模块和第二开关模块依次串接在第一多芯电缆和第二多芯电缆中间,将可编程电阻模块的一端分别连接在第一开关模块和第二开关模块的开关矩阵S的输出端;
需注入第i电芯阻抗增加故障时,闭合第一开关模块的串联在第i电芯上的开关A,闭合第一开关模块的开关矩阵S中连接第i电芯的开关,并闭合第一开关模块串联可编程电阻模块的开关、闭合第二开关模块串联可编程电阻模块的开关,串联可编程电阻模块中分别连接第一开关模块和第二开关模块的电阻,实现第i电芯阻抗增加;
需注入第i电芯与第j电芯间带阻短路故障时,闭合第一开关模块的串联在第i电芯上的开关A,闭合第一开关模块的开关矩阵S中连接第i电芯的开关,闭合第二开关模块的开关矩阵S中连接第j电芯的开关,并闭合第一开关模块串联可编程电阻模块的开关、闭合第二开关模块串联可编程电阻模块的开关,串联可编程电阻模块中分别连接第一开关模块和第二开关模块的电阻,实现第i电芯与第j电芯间带阻短路。
9.根据权利要求6所述的故障注入方法,其特征在于:所述的步骤S3中,注入电流信号故障的具体步骤为:
将开关模块串接在第一多芯电缆和第二多芯电缆中间;电流模块的电流采集端连接第一多芯电缆的电芯采集电流值;电流模块的电流输出端通过开关模块的开关矩阵S连接第二多芯电缆中与第一多芯电缆对应的电芯注入电流故障。
10.根据权利要求6所述的故障注入方法,其特征在于:所述的步骤S3中,注入报文故障的具体步骤为:
将开关模块串接在第一多芯电缆和第二多芯电缆中间;CAN模块和串口模块的报文解析端分别连接第一多芯电缆的电芯收取和解析报文,并根据收到的故障注入指令修改报文分别形成CAN故障报文和串口故障报文;CAN模块和串口模块的故障报文发送端通过开关模块的开关矩阵S分别连接第二多芯电缆中与第一多芯电缆对应的电芯,相应注入CAN故障和串口故障。
CN202111208101.4A 2021-10-18 2021-10-18 一种基于电缆的故障注入装置和方法 Pending CN113884813A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111208101.4A CN113884813A (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种基于电缆的故障注入装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111208101.4A CN113884813A (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种基于电缆的故障注入装置和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113884813A true CN113884813A (zh) 2022-01-04

Family

ID=79003293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111208101.4A Pending CN113884813A (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种基于电缆的故障注入装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113884813A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102412909A (zh) * 2010-09-26 2012-04-11 北京旋极信息技术股份有限公司 一种故障注入设备
CN105223941A (zh) * 2014-06-23 2016-01-06 中航商用航空发动机有限责任公司 硬件在回路故障注入系统
CN111475357A (zh) * 2020-03-31 2020-07-31 北京经纬恒润科技有限公司 一种总线故障注入系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102412909A (zh) * 2010-09-26 2012-04-11 北京旋极信息技术股份有限公司 一种故障注入设备
CN105223941A (zh) * 2014-06-23 2016-01-06 中航商用航空发动机有限责任公司 硬件在回路故障注入系统
CN111475357A (zh) * 2020-03-31 2020-07-31 北京经纬恒润科技有限公司 一种总线故障注入系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
洪平;肖玲华;陈烨海;: "基于CAN总线的故障注入平台设计", 数字技术与应用, no. 06, 15 June 2017 (2017-06-15) *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104297623A (zh) 机上电缆完整性自动测试系统
CN108267653B (zh) 一种低频接口自动测试开关电路
CN108489510A (zh) 基于pxi总线的可扩展式平台电路箱自动化测试系统
US6754204B1 (en) Systems and methods for enhanced reliability in a communication system
CN105162514B (zh) 光纤环网通信系统及方法
CN108270479A (zh) 一种光背板系统和光通道控制方法
CN113884813A (zh) 一种基于电缆的故障注入装置和方法
CN108802909A (zh) 一种备用光纤的切换结构和切换设备
CN212229042U (zh) 一种接地导通电阻测试仪多通道自动切换装置
CN106850069A (zh) 数据光纤级联装置及系统
CN204615838U (zh) 一种电力应用光通信网络结构
CN207571730U (zh) 一种调试切换电路及调试电路板
CN113890599B (zh) 光路保护装置、方法、电子设备及存储介质
CN214428341U (zh) 一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路
CN205583851U (zh) 一种智能变电站的智能录波及网络分析系统
CN106301665B (zh) 一种电力应用光通信网络结构
CN113759862A (zh) 一种信号切换装置和信号控制方法
CN108519763B (zh) 控制电路和设备控制方法
CN112366017A (zh) 一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路
CN206517419U (zh) 一种电台与测试仪器之间的信号切换选通装置
CN220913637U (zh) 用户线路接口电路以及pcm设备
CN207573360U (zh) 一种光切换器
CN215415658U (zh) 一种级联式自动测试仪
CN102386978B (zh) 一种基于epon的通信控制线路的装置及工作方法
CN115129660B (zh) 基于可编程逻辑芯片的互连电路、其布局方法及电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination