本发明涉及故障注入技术领域，特别是涉及一种高压数字量信号的故障注入系统及方法。
背景技术：
110v数字量信号的故障注入可以应用于110v数字量采集设备的调试、测试和验证过程。通过模拟110v数字量信号的异常，来测试110v数字量采集设备对故障信号的响应，验证110v数字量采集设备的故障检测和故障处理能力。
当前，针对110v数字量信号的故障注入普遍只做了物理层的信号通断、串联阻抗、并联阻抗等故障注入，由于电压值较高，对电气层的故障注入并未实现。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高压数字量信号的故障注入系统及方法，技术方案如下：
一种高压数字量信号的故障注入系统，包括：故障注入设备、上位机和电源，所述故障注入设备和所述上位机之间通信连接，所述电源和所述故障注入设备连接，在执行故障注入时，所述故障注入设备分别与高压数字量输出设备和高压数字量采集设备连接；
所述上位机向所述故障注入设备发送电气层故障注入参数，所述电气层故障注入参数包括至少一个电气故障项；
所述故障注入设备用于，接收所述高压数字量输出设备发送的高压数字量信号；根据预设衰减系数对所述高压数字量信号进行信号衰减，得到低压数字量信号；接收所述上位机发送的所述电气层故障注入参数；利用所述低压数字量信号和所述电气层故障注入参数生成低压电气层故障信号；在所述电源输出的高压下利用所述低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号；将所述高压电气层故障数字量信号发送给所述高压数字量采集设备。
优选地，所述故障注入设备包括高压信号采集电路、与所述高压信号采集电路连接的智能器件、与所述智能器件连接的数字模拟转换器dac、与所述dac连接的放大和滤波电路、分别与所述电源和所述放大和滤波电路连接的高压信号生成电路；
所述高压信号采集电路还与所述高压数字量输出设备连接，用于接收所述高压数字量输出设备发送的所述高压数字量信号；所述高压信号采集电路还用于根据所述预设衰减系数对所述高压数字量信号进行信号衰减，得到所述低压数字量信号；
所述智能器件还与所述上位机通信连接，用于接收所述上位机发送的所述电气层故障注入参数；所述智能器件还用于计算所述低压数字量信号的幅值、频率、占空比、上升时间和下降时间；利用所述低压数字量信号的幅值、频率、占空比、上升时间、下降时间和所述电气层故障注入参数生成初始低压故障数字量信号；
所述dac，用于将所述初始低压故障数字量信号转换成初始低压电气层故障信号；
所述放大和滤波电路，用于对所述初始低压电气层故障信号进行放大、滤波，得到所述低压电气层故障信号；
所述高压信号生成电路，用于在所述电源输出的高压下利用所述低压电气层故障信号生成所述高压电气层故障数字量信号，将所述高压电气层故障数字量信号发送给所述高压数字量采集设备。
优选地，所述电源为程控电源，所述程控电源与所述上位机之间通信连接；
所述智能器件还用于将所述低压数字量信号的幅值和所述预设衰减系数发送给所述上位机；
所述高压信号生成电路具体用于，接收所述程控电源在所述上位机的控制下输出的指定幅值电压，所述指定幅值电压与所述低压数字量信号的幅值、所述预设衰减系数和所述上位机中设置的幅值调节比例相关；在所述指定幅值电压下利用所述低压电气层故障信号生成所述高压电气层故障数字量信号。
优选地，所述故障注入设备还用于：
接收所述上位机发送的物理层故障注入参数；
所述故障注入设备还包括：物理层故障注入电路；
所述物理层故障注入电路用于接收所述高压数字量信号，并根据所述物理层故障注入参数对所述高压数字量信号注入物理层故障，生成物理层故障信号；将所述物理层故障信号发送给所述高压数字量采集设备。
优选地，所述故障注入设备还包括：
二选一开关，所述二选一开关分别与所述物理层故障注入电路和所述高压信号生成电路连接；
所述二选一开关用于将所述物理层故障信号和所述高压电气层故障数字量信号选择性输出。
一种高压数字量信号的故障注入方法，应用于故障注入设备，包括：
接收高压数字量输出设备发送的高压数字量信号；
根据预设衰减系数对所述高压数字量信号进行信号衰减，得到低压数字量信号；
接收上位机发送的电气层故障注入参数，所述电气层故障注入参数包括至少一个电气故障项；
利用所述低压数字量信号和所述电气层故障注入参数生成低压电气层故障信号；
利用所述低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号；
将所述高压电气层故障数字量信号发送给高压数字量采集设备。
优选地，利用所述低压数字量信号和所述电气层故障注入参数生成低压电气层故障信号，包括：
计算所述低压数字量信号的幅值、频率、占空比、上升时间和下降时间；
利用所述低压数字量信号的幅值、频率、占空比、上升时间、下降时间和所述电气层故障注入参数生成初始低压故障数字量信号；
将所述初始低压故障数字量信号转换成初始低压电气层故障信号；
对所述初始低压电气层故障信号进行放大、滤波，得到所述低压电气层故障信号。
优选地，所述方法还包括：
将所述低压数字量信号的幅值和所述预设衰减系数发送给所述上位机；
接收程控电源在所述上位机的控制下输出的指定幅值电压，所述指定幅值电压与所述低压数字量信号的幅值、所述预设衰减系数和所述上位机中设置的幅值调节比例相关；
利用所述低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号，包括：
在所述指定幅值电压下利用所述低压电气层故障信号生成所述高压电气层故障数字量信号。
优选地，所述方法还包括：
接收所述上位机发送的物理层故障注入参数；
根据所述物理层故障注入参数对所述高压数字量信号注入物理层故障，生成物理层故障信号；
将所述物理层故障信号发送给所述高压数字量采集设备。
优选地，所述方法还包括：
将所述物理层故障信号和所述高压电气层故障数字量信号选择性输出。
本发明实施例提供的技术方案，包括故障注入设备、上位机和电源，上位机向故障注入设备发送电气层故障注入参数，故障注入设备对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号进行衰减得到低压数字量信号，从而利用电气层故障注入参数对低压数字量信号进行故障注入，并在电源的作用下，将故障注入后的低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号，并最终将高压电气层故障数字量信号输出给高压数字量采集设备。可见，本发明通过对高压数字量信号进行衰减，对衰减后得到的低压数字量信号进行故障注入，以此间接实现了对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号的电气层故障注入。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种高压数字量信号的故障注入系统的一种结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种高压数字量信号的故障注入系统的另一种结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种高压数字量信号的故障注入方法的一种流程示意图；
图4为本发明实施例所提供的一种高压数字量信号的故障注入方法的另一种流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅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。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种高压数字量信号的故障注入系统的一种结构示意图，该系统包括：
故障注入设备110、上位机120和电源130。
故障注入设备110和上位机120之间通信连接，电源130和故障注入设备110连接，在执行故障注入时，故障注入设备110分别与高压数字量输出设备140和高压数字量采集设备150连接。
故障注入设备110用于，接收高压数字量输出设备140发送的高压数字量信号；根据预设衰减系数对高压数字量信号进行信号衰减，得到低压数字量信号；接收上位机120发送的电气层故障注入参数；利用低压数字量信号和电气层故障注入参数生成低压电气层故障信号；在电源130输出的高压下利用低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号；将高压电气层故障数字量信号发送给高压数字量采集设备150。
其中，电气层故障注入参数包括至少一个电气故障项。具体地，电气层故障注入参数所包括的电气故障项不限于频率故障、占空比故障、上升时间故障、下降时间故障中的部分或全部电气故障项。
需要说明的是，本实施例中的“高压”包括电压位于“48v-150v”的电压，如48v、60v、72v、110v、150v等。
实际应用中，上位机120和故障注入设备110的通信可以通过以太网实现。
执行故障注入时，上位机120运行故障注入软件，通过以太网口与故障注入设备110通信，从而将电气层故障注入参数通过以太网口传给故障注入设备110；故障注入设备110的当前状态、正在注入故障类型等信息也可通过以太网口上传至上位机，其中，故障注入设备110的当前状态包括故障注入设备110与上位机120正常通信状态和非正常通信状态两种，正在注入故障类型包括正在注入的电气故障项。
故障注入设备110接收上位机120通过以太网口配置的电气层故障注入参数，在电源供电作用下，利用低压电气层故障信号产生高压电气层故障数字量信号并输出到高压数字量采集设备150，从而实现对高压数字量信号的电气层故障注入。
本发明实施例提供的技术方案，包括故障注入设备、上位机和电源，上位机向故障注入设备发送电气层故障注入参数，故障注入设备对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号进行衰减得到低压数字量信号，从而利用电气层故障注入参数对低压数字量信号进行故障注入，并在电源的作用下，将故障注入后的低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号，并最终将高压电气层故障数字量信号输出给高压数字量采集设备。可见，本实施例通过对高压数字量信号进行衰减，对衰减后得到的低压数字量信号进行故障注入，以此间接实现了对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号的电气层故障注入。
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种高压数字量信号的故障注入系统的另一种结构示意图，该系统包括：
上位机201、与上位机201通信连接的智能器件202和程控电源203、与智能器件202连接的高压信号采集电路204、物理层故障注入电路205、二选一开关206和数字模拟转换器(digitaltoanalogconverter，简称dac)207、与dac相连的放大和滤波电路208、与放大和滤波电路208相连的高压信号生成电路209。程控电源203和高压信号生成电路连接，并在上位机201的控制下为高压信号生成电路209供电，二选一开关206还与物理层故障注入电路205和高压信号生成电路209相连。其中，智能器件202、高压信号采集电路204、物理层故障注入电路205、二选一开关206、dac207、放大和滤波电路208、高压信号生成电路209共同构成了故障注入设备。在执行故障注入时，高压信号采集电路204和物理层故障注入电路205分别与高压数字量输出设备210连接，二选一开关206与高压数字量采集设备211连接。
以下基于图2所示故障注入系统的结构介绍故障注入系统的工作流程：
上位机201通过串口发送指令给程控电源203，控制程控电源203输出指定幅值电压，以及通过以太网口将电气层故障注入参数配置到智能器件202。此外，上位机201也可通过以太网口将物理层故障注入参数配置到智能器件202。
高压信号采集电路204接收高压数字量输出设备210发送的高压数字量信号，并根据预设衰减系数对高压数字量信号进行信号衰减，得到低压数字量信号。具体地，高压信号采集电路204包括高压衰减电路和adc(analog-to-digitalconverter，模数转换器)采集电路，用于在智能器件202的控制下，对高压数字量输出设备210输出的高压数字量信号进行衰减并采集。
由于高压数字量信号电压的幅值较高，不能直接由adc进行采集，因此需要通过高压衰减电路根据预设衰减系数对输入的高压数字量信号进行衰减后得到低压数字量信号，再由adc采集电路进行采集。高压信号采集电路204输出的低压数字量信号传送到智能器件202。
智能器件202可以包括输入波形电气参数计算模块、故障信息存储模块、故障波形生成模块。
其中：
输入波形电气参数计算模块将对低压数字量信号进行存储，计算低压数字量信号的幅值、频率、占空比、上升时间和下降时间等电气特性参数。
智能器件202将计算的低压数字量信号的幅值和预设衰减系数通过以太网口上传到上位机201。上位机201根据低压数字量信号的幅值、预设衰减系数和用户设置的幅值调节比例，计算出指定幅值电压，并生成与指定幅值电压对应的指令。进一步地，上位机201通过上位机201的串口将所生成的指令发送给程控电源203，以使得程控电源203响应上位机201所发送的指令，输出指定幅值电压。
故障信息存储模块存储上位机201配置的电气层故障注入参数。如上升时间、下降时间、频率和占空比。故障信息存储模块也可存储上位机201配置的物理层故障注入参数，如断路、短路、并联阻抗和串联阻抗故障等。
故障波形生成模块根据配置的电气层故障注入参数和计算出的电气特性参数，进行故障波形生成，产生包括故障波形的初始低压故障数字量信号。
dac207将智能器件202输出的初始低压故障数字量信号转换成初始低压电气层故障信号。
放大和滤波电路208对初始低压电气层故障信号进行放大、滤波，以产生放大、滤波后的低压电气层故障信号。低压电气层故障信号的频率、占空比、上升时间和下降时间与上位机配置的电气层故障注入参数保持一致。
由于低压电气层故障信号的幅值不能满足高压数字量采集设备的幅值要求，因此需要将低压电气层故障信号输入到高压信号生成电路209，以使高压信号生成电路209在程控电源输出的指定幅值电压下利用低压电气层故障信号产生高压电气层故障数字量信号，并将高压电气层故障数字量信号发送给高压数字量采集设备211。具体地，由程控电源203给高压信号生成电路209供电，高压信号生成电路209包括低压输入级、缓冲级、推挽输出级。由于高压信号生成电路209处于开关工作状态，在输出级导通时只有饱和压降，可以产生输出幅度近似为程控电源输出电压的高压电气层故障数字量信号。
物理层故障注入电路205，用于接收高压数字量输出设备210输出的高压数字量信号，并在智能器件202的控制下、根据物理层故障注入参数对高压数字量信号注入物理层故障，生成物理层故障信号，最终将物理层故障信号发送给高压数字量采集设备211。
物理层故障注入参数包括断路、短路、并联阻抗和串联阻抗故障等。物理层故障注入电路205通过继电器开关的通断实现断路、短路故障；通过继电器开关控制电阻网络与信号通路的连接关系，实现并联阻抗、串联阻抗的故障注入。
本实施例中，故障注入设备可通过智能器件202接收上位机201发送的物理层故障注入参数，此时物理层故障注入电路205与智能器件202连接，智能器件202在接收物理层故障注入参数后，控制物理层故障注入电路205进行物理层故障注入操作，以生成物理层故障信号。
当然实际应用中，物理层故障注入电路205内部也可以设置可以从上位机201接收物理层故障注入参数的电路，从而使物理层故障注入电路205直接接收上位机201发送的物理层故障注入参数，并根据物理层故障注入参数对高压数字量信号注入物理层故障，生成物理层故障信号。
二选一开关206，用于在智能器件202的控制下将物理层故障信号和高压电气层故障数字量信号选择性输出至高压数字量采集设备211。
本实施例中，二选一开关206受控于智能器件202，在智能器件202的控制下控制将物理层故障信号和高压电气层故障数字量信号选择性输出。具体地，智能器件202可以根据故障信息存储模块中存储的、当前执行的故障项所属的故障注入参数确定需要输出的是物理层故障信号还是高压电气层故障数字量信号。
实际应用中，二选一开关206也可以直接与上位机201连接，在上位机201的控制下控制将物理层故障信号和高压电气层故障数字量信号选择性输出，此时上位机201根据为故障注入设备配置的故障注入参数确定需要输出的是物理层故障信号还是高压电气层故障数字量信号。
本发明实施例提供的技术方案，上位机向智能器件发送电气层故障注入参数，由高压信号采集电路对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号进行衰减得到低压数字量信号，从而在智能器件的控制下、利用电气层故障注入参数，通过dac、放大和滤波电路及高压信号生成电路进行故障注入，并最终将高压电气层故障数字量信号输出给高压数字量采集设备。可见，本实施例通过对高压数字量信号进行衰减，对衰减后得到的低压数字量信号进行故障注入，以此间接实现了对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号的电气层故障注入。另外，本实施例除了能对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号进行电气层故障注入，还能通过物理层故障注入电路对高压数字量信号进行物理层故障注入，以此提高了故障注入的灵活性。
需要说明的是，图2所示实施例仅仅是本发明技术构思下的具体实施例，在实际应用中，可以根据故障注入要求对图2所示实施例进行修改。如，在实际应用中不需要进行幅值故障的情况下，图2中的程控电源203可以用电压与高压数字量输出设备210匹配的普通电源替代，且不需要与上位机201通信连接，此时智能器件202也就不再必须向上位机201发送数字量信号的幅值和预设衰减系数，上位机也不再需要根据数字量信号的幅值、预设衰减系数、幅值调节比例计算指定幅值电压。又如，在实际应用中不需要进行物理层故障注入的情况下，图2中不再需要物理层故障注入电路205和二选一开关206，此时高压信号生成电路209直接与高压数字量采集设备211连接。甚至在需要进行物理层故障注入的情况下，也可以使物理层故障注入电路205直接与高压数字量采集设备211连接，高压信号生成电路209直接与高压数字量采集设备211连接，而不需要二选一开关206。
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种高压数字量信号的故障注入方法的一种流程示意图，该方法应用于故障注入设备，该流程示意图中的各步骤的工作过程参照图1对应的实施例中装置的执行过程，该方法包括：
步骤s301、接收高压数字量输出设备发送的高压数字量信号。
步骤s302、根据预设衰减系数对高压数字量信号进行信号衰减，得到低压数字量信号。
步骤s303、接收上位机发送的电气层故障注入参数，电气层故障注入参数包括至少一个电气故障项。
步骤s304、利用低压数字量信号和电气层故障注入参数生成低压电气层故障信号。
步骤s305、利用低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号。
步骤s306、将高压电气层故障数字量信号发送给高压数字量采集设备。
本发明实施例提供的技术方案，应用于故障注入设备，故障注入设备对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号进行衰减得到低压数字量信号，从而利用电气层故障注入参数对低压数字量信号进行故障注入，并在电源的作用下，将故障注入后的低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号，并最终将高压电气层故障数字量信号输出给高压数字量采集设备。可见，本实施例通过对高压数字量信号进行衰减，对衰减后得到的低压数字量信号进行故障注入，以此间接实现了对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号的电气层故障注入。
请参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种高压数字量信号的故障注入方法的另一种流程示意图，该方法应用于故障注入设备，该流程示意图中的各步骤的工作过程参照图2对应的实施例中装置的执行过程，该方法包括：
步骤s401、接收高压数字量输出设备发送的高压数字量信号。
步骤s402、根据预设衰减系数对高压数字量信号进行信号衰减，得到低压数字量信号。
步骤s403、接收上位机发送的电气层故障注入参数，电气层故障注入参数包括至少一个电气故障项。
步骤s404、计算低压数字量信号的幅值、频率、占空比、上升时间和下降时间。
步骤s405、利用低压数字量信号的幅值、频率、占空比、上升时间、下降时间和电气层故障注入参数生成初始低压故障数字量信号。
步骤s406、将初始低压故障数字量信号转换成初始低压电气层故障信号。
步骤s407、对初始低压电气层故障信号进行放大、滤波，得到放大、滤波后的低压电气层故障信号。
步骤s408、将低压数字量信号的幅值和预设衰减系数发送给上位机。
步骤s409、接收程控电源在上位机的控制下输出的指定幅值电压，指定幅值电压与低压数字量信号的幅值、预设衰减系数和上位机中设置的幅值调节比例相关。
其中，本实施例不限定步骤s405与步骤s408的执行顺序，步骤s408既可以在步骤s405之前执行也可以在步骤s405之后执行。
步骤s410、在指定幅值电压下利用低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号。
步骤s411、将高压电气层故障数字量信号发送给高压数字量采集设备。
优选地，本实施例还能实现对高压数字量信号的物理层故障注入，具体地，还包括：
接收上位机发送的物理层故障注入参数。
根据物理层故障注入参数对高压数字量信号注入物理层故障，生成物理层故障信号。
将物理层故障信号和高压电气层故障数字量信号选择性输出。
本发明实施例提供的技术方案，应用于故障注入设备，故障注入设备对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号进行衰减得到低压数字量信号，从而利用电气层故障注入参数对低压数字量信号进行故障注入，并在电源的作用下，根据故障注入后的低压电气层故障信号生成高压电气层故障数字量信号，并最终将高压电气层故障数字量信号输出给高压数字量采集设备。可见，本实施例通过对高压数字量信号进行衰减，对衰减后得到的低压数字量信号进行故障注入，以此间接实现了对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号的电气层故障注入。另外，本实施例除了能对高压数字量输出设备输出的高压数字量信号进行电气层故障注入，还能通过物理层故障注入电路对高压数字量信号进行物理层故障注入，以此提高了故障注入的灵活性。
对于方法实施例而言，由于其基本相应于系统实施例，所以相关之处参见系统实施例的部分说明即可。以上所描述的装置或系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，在没有超过本发明的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本发明的目的。例如，所述单元或子单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个子单元结合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
另外，所描述系统，装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本发明的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。