自動控制故障注入設備的設計與實現

郭尚文　梁野

摘要：文章針對自動控制故障注入設備的設計與實現問題，以具體實例引入的論述方式，首先闡釋了故障注入設備的結構設計與設計思路的基本特點，之后選取兩個具體的角度分析了設備中主要技術模塊的設計思路，僅供相關領域的技術人員實踐參考。

關鍵詞：自動控制；故障注入設備；結構設計；設計思路；容錯系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP311 文章編號：1009-2374（2016）05-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.021

故障注入技術操作是針對產品對象開展測試性實驗以及開展容錯系統性能狀態驗證工作的重要技術操作行為。在實際的測試性操作實務過程中，透過故障注入操作可以切實驗證測試對象單元在開展機器設備內部性能狀態測試以及外部運行作業環境測試過程中的技術診斷能力。在容錯系統運行實務狀態的驗證過程中，通過切實開展故障注入操作，能夠切實實現對系統實際具備的容錯能力的可信性評價目標。依照實際驗證技術環節面對的具體對象的差異，可以將現有的故障注入技術劃分為兩個基本類型：其一是應用于產品對象設計開發過程中的故障注入操作；其二是應用于產品對象之上的注入操作行為。這兩種故障注入技術模式在我國現有相關領域學者的研究實務中現實性地存在彼此相異的研究發展態勢。本文結合相關技術領域現有研究實踐工作的整體性發展成果，對自動控制故障注入設備的設計與實現問題展開簡要的論述探討，預期為相關領域的技術人員提供借鑒意義。

1 故障注入設備的結構設計與設計思路的特點

1.1 故障注入設備的基本性結構設計體系

我們依照故障注入設備的基本性設計規程進行了其內部技術構造的設計工作，這里試對這一設備技術結構體系中涉及的各個部分的功能性特征展開具體的分析：

1.1.1 控制軟件，用于切實完成設備基本運行狀態的設定操作，切實進行對故障注入過程中的各種參數數值的設定和控制，接受外接測試器組件結構傳輸而來的形式各異的故障現象動態檢測結果，并對故障注入操作過程中產生的技術結果進行針對性的處理和分析。

1.1.2 數字控制模塊，實時接收控制軟件發布的具體技術操作指令，并在有關指令結構的影響下，相應地產生在故障注入操作過程中的具體化控制信息。

1.1.3 驅動放大模塊，將之前技術端口產生并傳輸而來的控制信號實施放大處理，在此基礎上對信號借口模塊進行驅動操作，同時還要對信號切換模塊，以及故障注入模塊發布并實施激活命令。

1.1.4 接口適配器，這個設計結構組件的實際功能是切實實現被測單元（UUT）與故障注入設備對象之間的技術性連接以及匹配操作，要針對具體的具備充分差異性特征的UUT專門配置相對應接口型號的適配器，以切實提升故障注入設備對象的通用性特征。

1.1.5 信號接入總線，透過接口適配器能夠同時實現將較大數量的UUT信號線引入到故障注入設備內的技術操作目標，能夠較為有效地規避實施大量故障現象，同時注入操作實踐過程中的重新連線現象，進而切實提升故障注入操作技術行為的可行性特征。

1.1.6 信號接口模塊，充分供給UUT信號線組件的接入端口，保障UUT在未被注入故障性技術參數以及指令的情形下能夠處于正常且穩定的工作運行狀態。

1.1.7 信號切換模塊，根據相關故障對象和參數的注入性操作需求，順利將特定性信號接入總線之上承載的信號，向著故障注入主線的方向完成切換。

1.1.8 故障注入總線，這個總線結構模塊的主要技術功能就是切實完成具體化的故障注入操作行為。

1.1.9 故障注入模塊，這個模塊能夠實現多種不同類型的故障操作技術行為。

1.1.10 外接測試器，實現對故障注入總線實際承載的信號對象的實時變化特征進行檢測，并在此基礎上實現對實際故障注入效果的清晰確認。

1.1.11 顯示模塊，切實顯示信號接入總線中，透過信號切換模塊，切換到故障注入總線技術結構之上的信號通道，并且在這些通道中完成注入操作的故障現象以及故障參數的類型特征。

這一故障輸入設備的整體性工作原理是：利用控制軟件實施故障注入參數的設置操作，相關軟件在默認狀態下自然產生的控制字，通過數字控制模塊的解析處理之后，將會切實形成控制信號，在經過驅動放大模塊的信號放大后操作之后實現對信號接口模塊的驅動化控制操作，再通過信號切換模塊以及故障注入模塊的有關技術操作，實現對故障參數指令的自動注入以及自動撤銷。

1.2 故障注入設備的設計特點分析

故障注入設備具備多個方面的具體技術特征，現將相關特點在設計層面的實現思路簡要分析：

1.2.1 通用性。（1）通過接口適配器，促使故障注入設備和UUT之間實現相互分離，切實避免因硬綁定設計引致的設備單一化應用對象特征；（2）通過設計合理的種類多樣的接口適配器，不但能夠實現在差別類型UUT對象之上的故障注入目標，而且可以實現在成品化UUT中的故障注入目標；（3）在故障注入設備中UUT信號處理組件中可以采用能夠承受大電壓、大電流的技術組件，實現對差別化UUT信號兼容能力的有效提升。

1.2.2 可擴展性。（1）選取信號接入總線與故障注入總線協調配合的技術實現模式，扎實確保信號通道接入以及故障注入技術過程，能夠在結構層面實現充分的相互分離，確保兩個技術對象在存在形態上不具備相互制約格局；（2）在故障信號信息的接入技術實現部分，透過擴展信號接口模塊以及信號切換模塊，能夠直接實現對故障信號接入能力的有效拓展；（3）在故障注入技術部分，透過對故障注入模塊的擴展，直接實現對故障對象注入能力的有效擴展。

1.2.3 無破壞性。（1）通過對接口適配器的采用，有效規避了對UUT線路技術結構的物理性破壞；（2）故障注入模塊中本身具備保護性的設計特征，能夠切實避免對UUT電子元器件產生物理性破壞現象。

1.2.4 易操作性。（1）采用接口適配器實現UUT設備信號的一次性注入行為，避免出現信號接入過程中的重復接線現象；（2）相關軟件功能相對完善、界面呈現直觀，能夠為各種復雜技術操作提供便利；（3）通過顯示模塊可以對技術控制指令的執行正確性展開充分評估，并切實實現對技術操作信息的直觀反饋。

2 設備中主要技術模塊的設計思路

2.1 信號切換模塊

在設備的信號切換模塊的設計實踐過程中，實現了對信號接口模塊的合并操作。在實現故障注入設備與UUT的連接操作之后，在未實施故障信號以及參數注入行為的情形下，能夠透過信號接口結構的相關技術功能，確保UUT能夠正常開展有關技術性工作內容，實際進行故障注入操作的過程中，能夠通過信號切換功能實現對指定信號通道的故障注入目標。

2.2 故障注入模塊

在這里的設備設計實現方案條件下，故障注入模塊實際能夠提供的故障類型主要包括：（1）信號短路；（2）信號開路；（3）信號固低；（4）信號固高；（5）信號錯誤；（6）信號串接電阻；（7）信號與地間搭接電阻；（8）多信號間搭接電阻。

本文選取信號串接電阻、兩信號間搭接電阻的基本故障表現原理展開簡要的分析。

2.2.1 信號串接電阻故障。在實際的故障注入設備運用過程中，可根據實際的技術工作環境需求，進行多樣化的電阻阻值匹配操作，透過數字控制模塊，以控制驅動放大模塊的方式，完成具體的阻值選擇操作行為，通過對系統中涉及的兩個繼電器展開相應的操作，實現將電阻值串入特定的故障注入總線通道的技術目標。

2.2.2 兩信號間搭接電阻故障。在這一技術實踐結構中，通過數字控制模塊，能夠直接觸發驅動放大模塊，使得技術運行體系中的全部開關都處于閉合狀態，進而實現故障注入總線中指定兩通道之間的搭接電阻故障的成功建制。

2.3 控制軟件

依照自動控制故障注入設備的基本運行原理，可以對控制軟件結構的使用與運行原理做出如下分析：

在實際開展設備運行過程中的參數建立操作的過程中，可以通過對用戶界面的建立行為，實現設備運行參數的注入目標，并在這一操作的實現過程中，切實完成UUT用戶基數組件的故障參數注入行為記錄數據文件的建立行為。在實際進行數據加載操作的過程中，可以直接從已經建立形成的數據文件中取出故障參數，在此基礎上自動生成與UUT組件屋密切關聯性的技術性控制字。并以此為基點，實現對故障控制設備向UUT設備組件注入故障的實際技術過程的有效控制。在實際的技術操作行為的進行過程中，應當切實根據技術性控制信息以及與之密切相關的故障注入技術操作實現效果描述分析數據，建構相對應的技術記錄文件，并為后續的技術發展路徑分析行為提供充分的支持。

2.4 故障注入設備的研制實現

依照上文中所論述的設計方案，我們開展了自動故障注入設備的研究實踐行為。我們實際研究獲取到的目標設備，具備40個信號通道的接入總線以及3個信號通道的注入總線，能夠切實實現對上文所述的全部技術故障類型的注入實現，并且能夠有針對性地實現對有關技術運行故障現象的針對性處理，通過這些處理行為能夠扎實實現設備實際運行技術的充分提升。

3 結語

針對自動控制故障注入設備的設計與實現問題，本文從設計思路以及設備基本特點的角度展開了相應的分析，為相關領域的技術人員的工作實踐提供借鑒。

參考文獻

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作者簡介：郭尚文（1995-），男，安徽阜陽人，東北林業大學機電工程學院自動化專業學生；梁野（1996-），男，黑龍江哈爾濱人，東北林業大學機電工程學院自動化專業學生。

（責任編輯：陳 潔）