搭建故障环境 提升故障解决效率—hifid故障注入系统——恒润科技-凯发官方首页

        当前，综合电子系统的复杂度越来越大，稳定度要求也越来越高，因此从系统设计之初就需要考虑系统的鲁棒性，即系统的故障适应能力。在系统出厂之前，针对设计之初提出的临界状态、功能性能超限技术指标等，需要故障注入系统提供故障测试的环境，以用于系统的故障适应性分析；当系统出厂之后，由于长时间使用或者恶劣的应用环境，导致经常出现一些意想不到的故障，如果能够通过故障注入系统将故障现象在实验室复现，将可以提高故障定位的准确率，并大大的提高故障的解决效率。

hifid故障注入系统概述

图1故障注入系统应用示意图

        为了更好、更真实地模拟电子系统故障，创造故障环境，恒润公司开发了一套故障注入系统。恒润公司的故障注入系统hifid，是在原有实物/半实物系统基础上营造故障环境，采用串入原有互联设备之间，模拟线路或者接口上的信号故障，故障类型以物理层、电气层、协议层为主。能够模拟的故障信号几乎涵盖了整个工业领域中的电子信号，按照类型可以分为总线型、模拟量、开关量。

图2故障注入系统在列车系统中应用

hifid故障注入系统功能

        从系统的稳定性、可靠性、正确性、安全性角度出发，对研制系统及设备进行故障模拟与故障注入是十分必要的。
        hifid故障注入系统可以实现如下故障注入功能：
•  检测系统/设备功能设计的缺陷
•  检测系统/设备性能设计的缺陷
•  验证系统/设备故障适应能力
•  复现故障，协助故障定位
•  诊断系统故障，提供故障解决有效手段
•  验证系统设计，为系统验证提供强有力手段

hifid故障注入系统组成

        hifid故障注入系统包括故障注入管理软件和故障注入设备。在实现对列车信号的故障注入时，将故障注入设备串接入列车总线中。通过故障注入管理软件控制故障注入设备实现不同的故障注入功能。
        故障注入管理软件运行于电脑或者工控机中，通过千兆以太网控制故障注入设备，实现故障注入功能。故障注入软件提供操作界面，用于进行故障项的管理和故障项的配置下发。

图3 故障注入系统构架示意图

1、 故障注入管理软件

1.1 故障注入管理软件架构

图4故障注入软件架构

        故障注入管理软件主要由项目信息管理、权限管理、故障配置、设备控制、故障执行、健康监控、日志管理以及通信处理模块等功能组成。
•  项目信息管理模块实现对工程信息的创建、删除以及故障信息的管理功能；
•  权限管理实现对项目的权限设置，没有权限的用户不能对项目信息进行任何的编辑功能，只有对故障注入设备的控制（状态回读，自检）以及故障下发功能；
•  故障配置模块实现对设备发送故障序列配置指令，并监控设备的通道状态功能；
•  设备控制实现对设备的自检、复位、状态回读等控制；
•  故障执行实现对设备的通道下发故障序列配置，监控通道执行状态等功能；
•  日志管理模块用于记录软件对设备的操作以及设备故障执行的记录，以excel的形式进行存储；
•  通信处理模块用于通过java/jna调用方式，将配置指令发送给udp通信模块，udp通信模块通过组包，将数据发送给设备，同时接受设备的状态返回。

图5 故障注入软件截图

1.2 故障注入功能实现

•  物理层故障注入
    ♦  信号通断：可配置的信号的通断或者周期性通断故障
    ♦  信号短路：可配置的信号线两两短路或者对其他信号（gnd/vcc/其他信号）的短路
    ♦  信号串行阻抗控制：可配置的信号线阻抗控制
    ♦  信号并行阻抗控制：可配置的信号线间阻抗控制
    ♦  负载电容控制：可配置的总线的负载电容控制
•  电气层故障注入
    ♦  共模电压/差模电压调整：根据规范对信号的信号幅值进行调整，检验被测设备信号识别能力
    ♦  上升沿/下降沿斜率调整：根据规范对信号的上升沿以及下降沿进行调整，检测被测设备信号识别能力
    ♦  占空比调节：根据规范调整信号的高/低电平的占空比，检验被测设备的信号识别能力
    ♦  外部信号干扰：提供外部接口实现对当前的信号进行干扰，检验被测设备的信号抗干扰能力
    ♦  信号延时：根据规范模拟延长信号的传输路径，增加信号的传输时间，检验被测设备的信号处理能力
•  协议层故障注入
    根据不同的总线的规范，实现1553b、以太网、afdx、rs422、arinc429、hdlc、wtb、mvb、can、1394b等总线信号的协议层故障注入。

2、典型故障注入设备介绍

•  1553b故障注入设备
    1553b故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现2通道双冗余的1553b信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层，电气层和协议层的故障注入功能。

图6 1553b故障注入设备外观图

•  mvb总线故障注入设备
    mvb故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现2通道双冗余的mvb信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层，电气层和协议层的故障注入功能。

图7 mvb故障注入设备外观图

•  wtb故障注入设备
    wtb故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现2通道wtb信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层，电气层和协议层的故障注入功能。

图8 wtb故障注入设备外观图

•  rs422故障注入设备
    rs422故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现4通道rs422信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层，电气层和协议层的故障注入功能。

图9 rs422故障注入设备外观图

•  can故障注入设备
    can故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现2通道can信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层，电气层和协议层的故障注入功能。

图10 can故障注入设备外观图

•  以太网故障注入设备
    以太网故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现2通道以太网信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层，电气层和协议层的故障注入功能。

图11 以太网故障注入设备外观图

•  模拟量故障注入设备
    模拟量故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现8通道模拟量信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层，电气层的故障注入功能。

图12 模拟量故障注入设备外观图

•  0~20ma故障注入设备
    0~20ma故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现4通道0~20ma信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层，电气层的故障注入功能。

图13 0~20ma故障注入设备外观图

•  io（110v）信号故障注入设备
    io故障注入设备为1u高度集成设备，单台能实现32通道io（110v）信号的故障注入功能。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现物理层故障注入功能。

图14  io信号故障注入设备外观图

•  电源故障注入设备
    电源故障注入设备为1u高度集成设备，能够实现不超过150v直流电源故障注入功能，包括瞬间掉电、纹波等。故障注入设备通过一个1000m以太网接口与故障注入管理软件连接，实现电源故障注入功能。

图15 电源故障注入设备外观图

应用案例

        某单位需要一套故障注入系统，以验证总线的传输特性及稳健性。
        故障注入系统实现如下信号的故障注入，总线类信号包括rs485总线，mvb总线，can总线和以太网总线，离散信号包括模拟量信号和io信号。
        此套故障注入系统可以实现物理层，电气层和协议层的故障，总体构架如下。

图16 故障注入系统总体构架