CN202548577U - 一种能模拟多种故障的故障注入模拟板 - Google Patents

Abstract

一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，它的外形结构是以48个继电器单元和固定电平插口、外接电阻插口、外部信号插口和输入输出总接口构成，48个继电器按序号布置成6列8排，固定电平插口、外接电阻插口、外部信号插口和输入输出总接口从左至右位于该模拟板的下方位置；48个继电器单元内部结构组成5大模块，分别是固高、固低、输出错误、线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻以及电阻网络这五个模块；前四个模块的输入端口接到同一输入信号线I1/I2的四条分支上；电阻网络模块连接到线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻上；各个模块又各自与故障注入控制板的控制信号线连接；本实用新型在故障模拟测试技术领域里具有应用前景。

Description

一种能模拟多种故障的故障注入模拟板

(一)技术领域

本实用新型涉及一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，属于故障注入模拟技术的测试性技术领域。 

(二)技术背景

故障注入是一种可靠性验证技术，通过受控实验向系统中刻意引入故障，并观察系统中存在故障时的行为。目前来说故障注入技术一般分为：基于硬件的故障注入、基于软件的故障注入以及基于仿真的故障注入。 

基于硬件的故障注入是在物理级完成的，通过改变环境参数干扰硬件或者通过改变集成电路芯片管脚输入来达到故障注入的效果。本实用新型中采用的就是此种方式，通过高低电平的变换来控制继电器的通断，从而模拟不同的故障注入。 

现在的故障输入设备大多数功能不够完善，往往只能模拟一到两种电路故障，难以满足人们对设备可靠性的要求。所以开发一种能够进行多种故障注入模拟的设备就显得十分重要。 

(三)发明内容

1、目的： 

本实用新型的目的在于提供一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，满足人们对设备可靠性方面的要求。其关键技术在于如何通过控制信号控制继电器的通断来模拟不同的线路故障。 

2、技术方案： 

(1)外形结构 

本实用新型一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，它的外形结构是以48个继电器为核心的继电器单元和固定电平插口、外接电阻插口、外部信号插口，输入输出总接口组成，它们的位置关系如图1所示，48个继电器按序号布置成6列8排，固定电平插口、外接电阻插口、外部信号插口和输入输出总接口从左至右位于该模拟板的下方位置。图中A1～A48为继电器单元，各继电器单元的标号与其含有的继电器的标号相同。在正确地连接继电器单元之 后，通过控制信号控制继电器的通断，就可以完成对不同信号线上的故障模拟。该固定电平插口的功能是接入进行固高/固低故障模拟时所需的高/低电平；该外接电阻插口的功能是接入一个外接电阻；该外部信号插口的功能是接入模拟输出错误故障所需的外部信号；外接的输入信号线I1/I2、输出信号线O1/O2、控制信号C1～C48通过输入输出总接口进入/流出故障注入板，同时输入输出总接口还提供高电平VDD与接地端GND的接口。各插口的详细结构见图2(a)-图2(d)所示。 

(2)继电器单元 

在48个继电器单元A1～A48中，A2、A6、A12、A16，这四个单元的继电器RELAY2、RELAY6、RELAY12、RELAY16的各自的管脚8与管脚9之间串接了一个电阻；A39～A46这8个单元的继电器RELAY39-RELAY46组成电阻网络，相比其它单元要各多一个电阻；其余36个继电器单元的电路结构是相同的——即A1单元的电路结构由继电器RELAY1、二极管Q、LED发光二极管、三极管D、电阻R1、R2、R3组成。图3所示为A1中各部件的电路连接方式。继电器的引脚1连接到+5V高电平，引脚16和三极管D的集电极C之间串接电阻R1，三极管的输出发射极E接地；三极管D的基极B和C1之间串接电阻R2，C1通过输入输出总接口连接到故障注入控制板的I/O输出端口，LED串接一个电阻之后，跨接在继电器的引脚1与引脚16间。其余以此类推。 

上文中提到的故障注入控制板已另外申请专利，它的作用是解析上位机传来的控制指令，将其转换为对应信号线的输入端口高低电平，也就是C1端口的控制信号。如果C1端给定的是高电平，则三极管导通，此时引脚4和引脚6接通，引脚13和引脚11接通，继电器未动作时默认为此状态。C1端给定低电平的时候，LED导通发亮，便于找到已动作的继电器；二极管Q的作用是防止出现反向电流，电阻R1的作用是防止三极管导通时线路中的电流过大而超过元器件的容限。 

图4所示为继电器单元A1中各部件的位置关系；其中R？表示与A1单元不完全相同的继电器单元中其它部件。由于每个控制电路结构与二极管Q、发光二极管LED组成与连接方式都相同，所以在后面的图形中说明中，为了简单起见，不再一一画出控制电路和二极管Q、发光二极管LED，只画出继电器与重要的电阻等。 

其中，继电器的型号规格是欧姆龙公司生产的G6AU系列； 

其中，继电器RELAY2、RELAY6串接的电阻是HIGH_RES1、HIGH_RES2，其阻值范围为25K～35KΩ； 

其中，继电器RELAY12、RELAY16串接的电阻是LOW_RES1、LOW_RES2，其阻值范围是25K～30KΩ； 

其中，继电器RELAY39-RELAY42串接的电阻是A_R1～A_R4，其阻值范围分别是1K～2KΩ、10K～12KΩ、30K～35KΩ、70K～80KΩ； 

其中，继电器RELAY43-RELAY46串接的电阻是B_R1～B_R4，其阻值范围是其阻值范围分别是1K～2KΩ、10K～12KΩ、30K～35KΩ、70K～80KΩ； 

其中，电阻R1、R2、R3的阻值范围分别是10～15Ω、2.3K～3KΩ和1K～1.5KΩ。 

(3)内部结构即各继电器单元之间的连接 

48个继电器单元按内部结构及功能组成5大模块。它们分别是固高、固低、输出错误、电阻网络、以及线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻这五个模块。各个模块之间的连接关系如图5所示。 

固高、固低、输出错误、线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻这四个模块的输入端口接到同一输入信号线I1/I2的四条分支上；输出端口接到同一条输出信号线O1/O2的四条分支上；电阻网络模块连接到线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻模上；各个模块又各自与故障注入控制板的控制信号线连接。输入信号线I1/I2、输出信号线O1/O2、控制信号线都连接到输入输出总接口。 

【1】固高模块 

该固高模块含有8个继电器单元，它分为相同的两部分，如图6中所示。继电器RELAY1～RELAY4与电阻HIGH_RES1组成输入信号线I1、I2的固高模块的故障模拟电路，继电器RELAY11～RELAY14与电阻HIGH_RES2组成输出信号线O1、O2的固高模块的故障模拟电路。每个继电器的引脚16都连接到继电器驱动电路，而管脚1则统一连接到+5V高电平。UUT_POWER为通过固定电平插口所接入的固定高电平。固高模块的功能是通过控制继电器的通断就可以模拟输入信号线与输出信号线上的固定高电平故障。其中电阻HIGH_RES1、HIGH_RES2的作用是防止电路接通时电路中的电流过大。假如要实现I1线上固高故障模拟则需要动作的继电器是RELAY3、RELAY2(选用内部电阻)或者RELAY3、RELAY1(选用外部电阻)，如果选用内部电阻，则RELAY3、RELAY2动作之后，内总线I1通过HIGH_RES1与UUT_POWER相连，其中UUT_POWER是被测对象输出的高电平。其它信号线的固高故障模拟过程相似。 

【2】固低模块 

该固低模块含有8个继电器单元，它分为相同的两部分，如图7中所示。继电器 RELAY5～RELAY8与电阻LOW_RES1组成输入信号线I1、I2的固低模块的故障模拟电路，继电器RELAY15～RELAY18与电阻LOW_RES2组成输出信号线O1、O2的固低模块的故故障模拟电路。每个继电器的引脚16都连接到继电器驱动电路，而管脚1则统一连接到一个+5V高电平。UUT_GND为接地端。固低模块的功能是模拟输入信号线I1、I2与输出信号线O1、O2上的固定低电平故障。其中电阻LOW_RES1、LOW_RES2的作用是防止电路接通时电路中的电流过大。如果要实现I1线上的固低故障模拟需要动作的继电器是RELAY7、RELAY6(选用内部电阻)或者是RELAY7、RELAY5(选用外部电阻)。如果选用外部电阻，则RELAY7、RELAY6动作之后，输入信号线I1通过LOW_RES1与地线连接，地线是被测对象输出的低电平。其它信号线的固低故障模拟过程相似。 

【3】输出错误模块 

该输出错误模块由A9、A10、A19、A20这4个继电器单元组成，它分为相同两部分，其电路结构如图8所示。外部信号线EX_SIGNAL1/EX_SIGNAL2连接到继电器的13管脚，输入信号线I1/I2、输出信号线O1/O2连接到继电器的管脚9。以I1输出错误为例，模拟输出错误时需要RELAY9动作，则外部信号与I1连接，用外部信号替换原有的输入信号，从而实现输出错误的故障模拟。 

【4】电阻网络模块 

该电阻网络模块含有8个继电器单元。它分为相同的两部分，如图11中所示。继电器RELAY43～RELAY46、电阻B_R1～B_R4组成大小可以调节的电阻BRES；继电器RELAY39～RELAY42、电阻A_R1～A_R4组成大小可以调节的电阻ARES。电阻网络模块的功能是提供模拟线上串电阻、线与地之间搭接电阻、线与线之间搭接电阻这三种故障时所需要内接电阻。通过控制继电器的通断就可以得到不同大小的内接电阻。例如：如果要调节BRES的大小，将B_R1从电路中切除，只需要使继电器RELAY43动作即可。在模拟信号故障的时候，信号从ARES1/BRES1进入，从ARES2/BRES2流出，这样就完成了串接电阻的故障模拟。 

【5】线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻模块 

该线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻模块共含有20个继电器单元，各个继电器之间的电路连接方式如图9与图10所示。该模块可以模拟线上串电阻、线与线之间搭接电阻、线与地之间搭接电阻这三种故障。 

模拟线上串电阻故障时，需要动作的继电器是RELAY21、RELAY23、RELAY37(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY35(外部电阻)。要实现I1与O1线上串电阻需要动作的继电 器是RELAY21、RELAY23、RELAY37(内部电阻)，或者RELAY21、RELAY23、RELAY35(外部电阻)。以I1和O1之间串内部电阻为例，RELAY21、RELAY23、RELAY37这三个继电器动作以后I1和O1之间通过电阻ARES相连，从输入信号线I1进入的信号从O1输出，从而实现了线上串电阻的故障模拟。 

模拟线与地之间搭接电阻故障模拟时需要动作的继电器为RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY38(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY48(外部电阻)。以信号线I1和O1接通后于地之间的搭接内部电阻为例，继电器RELAY21、RELAY23、RELAY25动作以后则I1与O1连通，RELAY29、RELAY32、RELAY38动作以后O1和被测对象的低电平通过电阻BRES连接，从而实现了线与地间搭接电阻的故障模拟。 

线与线间搭接电阻是指I1与O1连通并且I2和O2连通后在二者之间搭接电阻。模拟这种故障时需要动作的继电器是RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、RELAY31、RELAY33(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、RELAY31、RELAY34(外部电阻)。继电器RELAY21、RELAY23、RELAY25动作后I1和O1导通，RELAY28、RELAY30、RELAY31动作后I2和O2导通，RELAY33动作后两条通路之间接入电阻BRES，从而完成线与线间搭接电阻的操作。 

3、优点及功效： 

相较于同类产品，本实用新型能够模拟的故障种类得到很大的提高。本实用新型能模拟故障注入系统中的固高、固低、线上串电阻、线与地间搭接电阻、线与线间搭接电阻以及输出错误等多种故障。设备可能出现的多种故障都能有效的得到模拟，进而了解在各种不同故障下设备的状况，这样就能更有效地对设备的性能进行估计。 

(四)附图说明

图1所示为本实用新型故障注入模拟板外形结构示意图； 

图2(a)为本实用新型固定电平插口示意图； 

图2(b)为本实用新型外接电阻插口示意图； 

图2(c)为本实用新型外部信号插口示意图； 

图2(d)为本实用新型输入输出总接口示意图； 

图3所示为本实用新型继电器单元结构示意图； 

图4所示为本实用新型继电器单元结构示意图； 

图5所示为本实用新型五大故障模块相互关系示意图； 

图6所示为固高模块继电器连接方式示意图； 

图7所示为固低模块继电器连接方式示意图； 

图8所示为输出错误模块继电器连接方式示意图； 

图9所示为线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻模块继电器连接方式示意图； 

图10所示为故障模拟中串接电阻部分的继电器连接方式示意图； 

图11所示为电阻网络模块继电器连接方式示意图。 

图中符号说明如下： 

A1～A48表示继电器单元；EX_RES表示外接电阻；EX-SIGNAL表示外部输入信号，C1～C48表示故障注入控制板输入的控制信号；I1/I2、O1/O2表示输入信号线1/2、输出信号线O1/O2；UTT_POWER表示固高模块中的高电平； 

RES1/RES2表示外接电阻的两个接入管脚；；UTT-GND表示固低模块中的低电平，即接地端；EX_SIGNAL1/EX_SIGNAL2为外部输入信号1/2；GND表示接地端；VDD表示高电平信号； 

RELAY1～RELAY48均为继电器；LED表示发光二极管；Q表示二极管；D表示三极管；C、E、B分别表示三极管的集电极、发射极、基极；R1、R2、R3表示电阻；数字1、4、6、8、13、16、11、19均表示继电器的引脚； 

R？表示与A1继电器单元不完全相同的继电器单元中其他部件。 

电阻LOW-RES1/LOW_RES2与HIGH-RES1/HIGH_RES2分别表示固低故障模拟与固高故障模拟中的串接电阻； 

RELAY##-##中前一个“##”代表继电器的编号，后一个“##”表示该继电器的管脚； 

ARES、BRES、RES、A-R1～AR-4、BR-1～BR-4均为电阻(其中ARES为A-R1～AR-4组合而成，BRES为B-R1～BR-4组合而成。)；ARES1、ARES2表示电阻ARES的两个接入端；BRES1、BRES2分别表示电阻BRES的两个接入端； 

(五)具体实施方式

本实用新型一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，它的外形结构是48个以欧姆龙公司生产的G6AU系列继电器为核心的继电器单元和固定电平插口、外接电阻插口、外部信号插 口，输入输出总接口组成，它们的位置关系如图1所示。图中A1～A48为继电器单元，各继电器单元的标号与其含有的继电器的标号相同。在正确地连接继电器单元之后，通过控制信号控制继电器的通断，就可以完成对不同信号线上的故障模拟。固定电平插口的功能是接入进行固高/固低故障模拟时所需的高/低电平；外接电阻插口的功能是接入一个外接电阻；外部信号插口的功能是接入模拟输出错误故障所需的外部信号；输入信号线I1/I2、输出信号线O1/O2、控制信号C1～C48通过输入输出总接口进入/流出故障注入板，同时输入输出接口还提供高电平VDD与接地端GND的接口。各插口的详细结构见图2(a)-图2(d)所示。 

在48个继电器A1～A48中，A2、A6、A12、A16，这四个单元的继电器RELAY2、RELAY6、RELAY12、RELAY16的各自的管脚8与管脚9之间串接了一个电阻；此外A39～A46这8个单元组成电阻网络，相比其他单元要各多一个电阻。其余36个继电器单元的电路结构是相同的——即A1单元由继电器RELAY1、二极管Q、LED发光二极管、三极管D、电阻R1、R2、R3组成。图3所示为A1中各部件的电路连接方式。继电器的引脚1连接到+5V高电平，引脚16和三极管D的集电极C之间串接电阻R1，三极管的输出发射极E接地；三极管D的基极B和C1之间串接电阻R2，C1通过输入输出总接口连接到故障注入控制板的I/O输出端口，LED串接一个电阻之后，跨接在继电器的引脚1与引脚16间。其余以此类推。 

上文中提到的故障注入控制板的作用是解析上位机传来的控制指令，将其转换为对应信号线的输入端口高低电平，也就是C1端口的控制信号。如果C1端给定的是高电平，则三极管导通，此时引脚4和引脚6接通，引脚13和引脚11接通，继电器未动作时默认为此状态。C1端给定低电平的时候，LED导通发亮，便于找到已动作的继电器；二极管Q的作用是防止出现反向电流，电阻R1的作用是防止三极管导通时线路中的电流过大而超过元器件的容限。 

图4所示为继电器单元A1中内部各元件的位置关系；其中R？表示与A1单元不完全相同的继电器单元中其他部件。由于每个控制电路结构与二极管Q、发光二极管LED组成与连接方式都相同，所以在后面的图形中说明中，为了简单起见，不再一一画出控制电路和二极管Q、发光二极管LED，只画出继电器与重要的电阻等。 

其中，继电器的型号规格是欧姆龙公司生产的G6AU系列； 

其中，继电器RELAY2、RELAY6串接的电阻是HIGH_RES1、HIGH_RES2，其阻值均为30KΩ； 

其中，继电器RELAY12、RELAY16串接的电阻是LOW_RES1、LOW_RES2，其阻值均为30KΩ； 

其中，继电器RELAY39-RELAY42串接的电阻是A_R1～A_R4，其阻值分别为1KΩ、10KΩ、30KΩ、75KΩ； 

其中，继电器RELAY43-RELAY46串接的电阻是B_R1～B_R4，其阻值分别为1KΩ、10KΩ、30KΩ、75KΩ； 

其中，电阻R1、R2、R3的阻值分别是12Ω、2.5KΩ和1KΩ。 

为了说明继电器单元之间的连接方式，将48个继电器单元按照功能及内部结构划分成5大模块。这五大模块分别是固高、固低、输出错误、电阻网络、以及线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻这五个模块。各个模块之间的关系如图5所示。 

固高、固低、输出错误、线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻这四个模块的输入端口接到同一输入信号线I1/I2的四条分支上；输出端口接到同一条输出信号线O1/O2的四条分支上；电阻网络模块连接到线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻模上；各个模块又各自与故障注入控制板的控制信号线连接。输入信号线I1/I2、输出信号线O1/O2、控制信号线都连接到输入输出总接口。 

该固高模块含有8个继电器单元，它又可分为相同的两部分。如图6中所示：继电器RELAY1～RELAY4与电阻HIGH_RES1组成输入信号线I1、I2的固高模块的故障模拟电路，继电器RELAY11～RELAY14与电阻HIGH_RES2组成输出信号线O1、O2的固高故障模拟电路。每个继电器的引脚16都连接到继电器驱动电路，而管脚1则统一连接到+5V高电平。UUT_POWER为通过固定电平插口所接入的固定高电平。固高模块的作用是通过控制继电器的通断就可以是模拟输入信号线与输出信号线上的固定高电平故障。其中电阻HIGH_RES1、HIGH_RES2的作用是防止电路接通时电路中的电流过大。假如要实现I1线上固高故障模拟则需要动作的继电器是RELAY3、RELAY2(选用内部电阻)或者RELAY3、RELAY1(选用外部电阻)，如果选用内部电阻，则RELAY3、RELAY2动作之后，内总线I1通过HIGH_RES1与UUT_POWER相连，其中UUT_POWER是被测对象输出的高电平。其他信号线的固高故障模拟过程相似。、 

该固低模块含有8个继电器单元，它又可分为相同的两部分。如图7中所示：继电器RELAY5～RELAY8与电阻LOW_RES1组成输入信号线I1、I2的固低模块的故障模拟电路，继电器RELAY15～RELAY18与电阻LOW_RES2组成输出信号线O1、O2的固低故障模拟电路。每个继电器的引脚16都连接到继电器驱动电路，而管脚1则统一连接到一个+5V高电平。UUT_GND为接地端。固低模块的作用是模拟输入信号线I1、I2与输出信号线O1、O2上的固定低电平故障。其中电阻LOW_RES1、LOW_RES2的作用是防止电路接通时电路中的电流过大。如果要 实现I1线上的固低故障模拟需要动作的继电器是RELAY7、RELAY6(选用内部电阻)或者是RELAY7、RELAY5(选用外部电阻)。如果选用外部电阻，则RELAY7、RELAY6动作之后，输入信号线I1通过LOW_RES1与地线连接，地线是被测对象输出的低电平。其他信号线的固低故障模拟过程相似。 

该输出错误模块由A9、A10、A19、A20这4个继电器单元组成，它也可分为相同两部分，其电路结构如图8所示。外部信号线EX_SIGNAL1/EX_SIGNAL2连接到继电器的13管脚，输入信号线I1/I2、输出信号线O1/O2连接到继电器的管脚9。以I1输出错误为例，模拟输出错误时需要RELAY9动作，则外部信号与I1连接，用外部信号替换原有的输入信号，从而实现输出错误的故障模拟。 

该电阻网络模块含有8个继电器单元。它也可以分为相同的两部分。如图11中所示，继电器RELAY43～RELAY46、电阻B_R1～B_R4组成大小可以调节的电阻BRES；继电器RELAY39～RELAY42、电阻A_R1～A_R4组成大小可以调节的电阻ARES。电组网络的作用是提供模拟线上串电阻、线与地之间搭接电阻、线与线之间搭接电阻这三种故障时所需要内接电阻。通过控制继电器的通断就可以得到不同大小的内接电阻。例如：如果要调节BRES的大小，将B_R1从电路中切除，只需要使继电器RELAY43动作即可。在模拟信号故障的时候，信号从ARES1/BRES1进入，从ARES2/BRES2流出，这样就完成了串接电阻的故障模拟。 

该线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻模块共含有20个继电器单元。各个继电器之间的电路连接方式如图9与图10所示。该模块可以模拟线上串电阻、线与线之间搭接电阻、线与地之间搭接电阻这三种故障。 

模拟线上串电阻故障时，需要动作的继电器是RELAY21、RELAY23、RELAY37(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY35(外部电阻)。要实现I1与O1线上串电阻需要动作的继电器是RELAY21、RELAY23、RELAY37(内部电阻)，或者RELAY21、RELAY23、RELAY35(外部电阻)。以I1和O1之间串内部电阻为例，RELAY21、RELAY23、RELAY37这三个继电器动作以后I1和O1之间通过电阻ARES相连，从输入信号线I1进入的信号从O1输出，从而实现了线上串电阻的故障模拟。 

模拟线与地之间搭接电阻故障模拟时需要动作的继电器为RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY38(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY48(外部电阻)。以信号线I1和O1接通后于地之间的搭接内部电阻为例，继电器RELAY21、RELAY23、RELAY25动作以后则I1与O1连通，RELAY29、RELAY32、RELAY38 动作以后O1和被测对象的低电平通过电阻BRES连接，从而实现了线与地间搭接电阻的故障模拟。 

线与线间搭接电阻是指I1与O1连通并且I2和O2连通后在二者之间搭接电阻。模拟这种故障时需要动作的继电器是RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、RELAY31、RELAY33(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、RELAY31、RELAY34(外部电阻)。继电器RELAY21、RELAY23、RELAY25动作后I1和O1导通，RELAY28、RELAY30、RELAY31动作后I2和O2导通，RELAY33动作后两条通路之间接入电阻BRES，从而完成线与线间搭接电阻的操作。 

具体实施方式一 

结合图6具体说明固高电路故障的模式方式。所谓固高就是固定高电平。以输入信号线I1线上固高为例，要实现I1线上固高则需要动作的继电器是RELAY3、RELAY2(选用内部电阻)或者RELAY3、RELAY1(选用外部电阻)，如果选用内部电阻，则RELAY3、RELAY2动作之后，内总线I1通过HIGH_RES1与UUT_POWER相连，其中UUT_POWER是被测对象输出的高电平。O1、O2的固高故障模拟过程相同。 

具体实施方式二 

结合图7具体说明固低电路故障模式的实现方式。选用输入信号线I1线上固低为例来说明。要实现I1线上的固低需要动作的继电器是RELAY7、RELAY6(选用内部电阻)或者是RELAY7、RELAY5(选用外部电阻)。如果选用外部电阻，则RELAY7、RELAY6动作之后，输入信号线I1通过LOW_RES1与地线连接，其中地线是被测对象输出的低电平。 

O1、O2的固低故障模拟过程相同。 

具体实施方式三 

结合图8具体说明输出错误故障的模拟过程。以输入信号线I1输出错误为例，模拟输出错误时需要动作的继电器是RELAY9。RELAY9动作之后，RELAY9的引脚13和引脚9连接，此时外部信号与I1连接，用外部信号替换原有的输入信号，从而实现了输出错误的故障模拟。I2、O1、O2的输出错误故障模拟过程相同。 

具体实施方式四 

结合图9与图10来具体说明线上串电阻的故障模拟实现方式。要实现线上串电阻需要动作的继电器是RELAY21、RELAY23、RELAY37(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY35(外部电阻)。以信号线I1和O1线上串内部电阻为例，RELAY37的引脚6和引脚11之间串接有 一个电阻ARES。当RELAY21、RELAY23、RELAY37这三个继电器完成动作之后，从I1输入的信号从RELAY21的13引脚进入，依次经过引脚9，RELAY25的引脚4和引脚6，RELAY37的引脚13、11、串接电阻R、引脚6、4，REALY25的引脚11、13，RELAY23的引脚9、13，最后从O1端口输出回到总线。这样一个过程就完成了线上串电阻的故障模拟过程。 

具体实施方式五 

结合图9和图10具体说明线与地之间搭接电阻的故障模拟实现方式。要实现此种故障模拟需要动作的继电器为RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY38(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY29、RELAY32、RELAY48(外部电阻)。以信号线I1和O1接通后于地之间的搭接内部电阻为例电，继电器RELAY21、RELAY23、RELAY25这三个继电器在接受控制信号动作之后，从I1输入的信号依次经过RELAY21的引脚13、引脚9，由于RELAY25的引脚8和9被连接，所以信号经过REALY25的引脚4、8、9、13，之后进入RELAY23继电器，经过引脚9、13回到总线，此时I1和O1连通。RELAY32的引脚9接地，而在RELAY29、RELAY32、RELAY38动作以后，RELAY32的引脚9、13，RELAY31的引脚4、6，RELAY38的引脚13、11、串接电阻BRES、引脚6、4，RELAY31的引脚11、13，RELAY29的引脚9、13，直到最后的O1形成一条通路，这样就实现了线与地之间的搭接电阻的故障模拟。 

具体实施方式六 

结合图9与图10具体说明线与线之间搭接电阻的故障模拟过程。所谓线与线之间的搭接电阻是指I1和O1接通，同时I2和O2接通，再在两者之间搭接电阻。要实现这种故障模拟过程需要动作的继电器是REIAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY30、RELAY31、RELAY33(内部电阻)或者RELAY21、RELAY23、RELAY25、RELAY28、RELAY3O、RELAY31、RELAY34(外部电阻)。以在RELAY33的引脚8和引脚9之间搭接内部电阻BRES为例。继电器RELAY21、RELAY23、RELAY25动作之后，I1和O1导通，其动作过程和具体实施方式五中所描叙的相同。REALY28、RELAY30、RELAY31动作之后I2和O2导通。在RELAY33动作之后，两条通路之间接入了电阻BRES，从而完成了线与线之间搭接电阻的操作。 

Claims (7)

1.一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，其特征在于：它的外形结构是以48个继电器为核心的继电器单元和固定电平插口、外接电阻插口、外部信号插口,输入输出总接口构成，48个继电器单元按序号布置成6列8排，固定电平插口、外接电阻插口、外部信号插口和输入输出总接口从左至右位于该模拟板的下方位置；在48个继电器单元A1~A48中，A2、A6、A12、A16，这四个单元的继电器RELAY2、RELAY6、RELAY12、RELAY16的各自的管脚8与管脚9之间串接了一个电阻；A39~A46这8个单元的继电器RELAY39—RELAY46组成电阻网络，要各多接一个电阻，其余36个继电器单元的电路结构是相同的——即A1单元的电路结构由继电器RELAY1、二极管Q、LED发光二极管、三极管D、电阻R1、R2、R3组成，其连接方式是继电器的引脚1连接到+5V高电平，引脚16和三极管D的集电极C之间串接电阻R1，三极管的输出发射极E接地；三极管D的基极B和C1之间串接电阻R2，C1通过输入输出总接口连接到故障注入控制板的I/O输出端口，LED串接一个电阻之后，跨接在继电器的引脚1与引脚16间，其余以此类推；

48个继电器单元内部结构组成5大模块，其分别是固高、固低、输出错误、电阻网络、以及线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻这五个模块；固高、固低、输出错误、线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻这四个模块的输入端口接到同一输入信号线I1/I2的四条分支上；输出端口接到同一条输出信号线O1/O2的四条分支上；电阻网络模块连接到线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻上；各个模块又各自与故障注入控制板的控制信号线连接，输入信号线I1/I2、输出信号线O1/O2、控制信号线都连接到输入输出总接口；

该固高模块含有8个继电器单元，它分为相同的两部分；继电器RELAY1~RELAY4与电阻HIGH_RES1组成输入信号线I1、I2的固高模块的故障模拟电路，继电器RELAY11～RELAY14与电阻HIGH_RES2组成输出信号线O1、O2的固高模块的故障模拟电路，每个继电器的引脚16都连接到继电器驱动电路，而管脚1则统一连接到+5V高电平；UUT_POWER为通过固定电平插口所接入的固定高电平；

该固低模块含有8个继电器单元，它分为相同的两部分；继电器RELAY5~RELAY8与电阻LOW_RES1组成输入信号线I1、I2的固低模块的故障模拟电路，继电器RELAY15～RELAY18与电阻LOW_RES2组成输出信号线O1、O2的固低模块的故障模拟电路，每个继电器的引脚16都连接到继电器驱动电路，而管脚1则统一连接到一个+5V高电平；UUT_GND为接地端；

该输出错误模块由A9、A10、A19、A20这4个继电器单元组成，它分为相同两部分，外部信号线EX_SIGNAL1/EX_SIGNAL2连接到继电器的13管脚，输入信号线I1/I2、输出信号线O1/O2连接到继电器的管脚9；

该电阻网络模块含有8个继电器单元，它分为相同的两部分；继电器RELAY43~RELAY46、电阻B_R1~B_R4组成大小能调节的电阻BRES；继电器RELAY39~RELAY42、电阻A_R1~A_R4组成大小能调节的电阻ARES；

该线上串电阻——线与线之间搭接电阻——线与地之间搭接电阻模块共含有20个继电器单元，该模块能模拟线上串电阻、线与线之间搭接电阻、线与地之间搭接电阻这三种故障。

2.根据权利要求1所述的一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，其特征在于：继电器RELAY2、RELAY6串接的电阻是HIGH_RES1、HIGH_RES2，其阻值范围是25K~35KΩ。

3.根据权利要求1所述的一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，其特征在于：继电器RELAY12、RELAY16串接的电阻是LOW_RES1、LOW_RES2，其阻值范围是25K~35KΩ。 

4.根据权利要求1所述的一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，其特征在于：继电器RELAY39—RELAY42串接的电阻是A_R1~A_R4，其阻值范围分别是1K~2KΩ、10K~12KΩ、30K~35KΩ、70K~80KΩ。

5.根据权利要求1所述的一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，其特征在于：继电器RELAY43—RELAY46串接的电阻是B_R1~B_R4，其阻值范围分别是1K~2KΩ、10K~12KΩ、30K~35KΩ、70K~80KΩ。

6.根据权利要求1所述的一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，其特征在于：电阻R1、R2、R3的阻值范围分别是10~15Ω、2.3K～3KΩ和1K~1.5KΩ。

7.根据权利要求1所述的一种能模拟多种故障的故障注入模拟板，其特征在于：继电器的型号规格是欧姆龙公司生产的G6AU系列。 

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