多功能故障信号模拟装置的制作方法

本发明涉及信号仿真技术领域，尤其是涉及一种多功能故障信号模拟的装置。

背景技术：
随着现代控制技术的发展和完善，故障检测功能已成为控制系统必不可少的一部分，性能优良并且覆盖面广的故障检测功能成为了评价控制系统重要的指标。故障检测功能在系统发生故障时，可以及时地检测出故障并做出相应的措施以避免造成重大的损失。在众多的系统故障中，电气故障是最重要也是最容易引起重大损失的故障之一，为了测试故障检测系统对于电气故障的检测功能，需要对系统的电气故障进行模拟，将模拟的故障注入控制系统中，观察控制系统对于电气故障的反应。现在常用的模拟故障信号的方法有很多，其中常用的方法是在被控系统中间接入故障模拟设备，通过控制系统或者故障模拟设备的控制模块控制故障模拟设备模拟出各类故障信号，模拟设备可以模拟信号对地，对电源等故障，通过观察控制系统的控制信号来检测控制系统的故障检测功能。但是随着大家对于系统安全的越来越重视，常用的故障模拟设备模拟的故障信号已不能满足日益增长的需求，例如公开号为CN102508452A的专利文献公开了一种可以模拟多种故障的模拟板，包括：固高(对电源短路)、固低(对地短路)等一些常规的故障信号，但在该专利中，并没有包括电气故障中常发生的信号与信号之间短路以及接触不良故障信号，常规的故障类型已经不能满足现状控制系统对于安全性能的要求，因此需要开发一种在常规故障模拟设备的基础上包括信号与信号之间短路以及接触不良的故障模拟设备。

技术实现要素：
针对上述技术缺陷，本发明提出一种多功能故障信号模拟的装置。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：本发明包括故障模拟的主电路模块、用于控制故障模拟电路的控制模块和电源模块，所述电源模块为主电路模块和控制电路提供电源，所述主电路模块根据功能分为两部分，分别为常规功能模块和接触不良功能模块。在常规功能模块中，控制模块发出控制指令，控制继电器的开合，从而选择不同的故障接入信号，通过继电器可以选择的故障信号有：对地短路信号，对电源短路信号，对外部信号短路信号以及断路信号。其中对外部信号短路信号可以通过继电器选择让两个不同的信号对同一个外部信号短路，而产生信号与信号之间短路故障的功能。在接触不良功能模块中，需要模拟接触不良故障信号，故障模拟设备接入被控系统中间，通过PWM控制mos管闭合，产生接触不良的效果，从而达到接触不良故障模拟。本发明的有益效果在于:在原有的故障模拟设备的基础上，添加了信号与信号之间短路，以及接触不良信号两个故障信号，增加了故障模拟设备模拟故障的覆盖率，可以更加全面的测试控制系统。附图说明图1故障模拟设备整体结构图；图2常规功能模块电路原理图；图3接触不良功能模块电路原理图。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，本发明包括故障模拟电路、用于控制故障模拟电路的控制模块和电源电路。所述电源电路为故障模拟电路和控制模块提供电源，所述故障模拟电路根据功能分为两部分，分别为常规功能模块和接触不良功能模块。在如图2所示常规功能模块中，继电器K1的引脚6和引脚3的一端与被测系统的输入引脚CH1_IN相连，另一端通过引脚2和7与输出引脚CH1_OUT相连，当K1打开后，引脚6和3与引脚4和5相连，而引脚4和5信号悬空，继电器K1的引脚1接电源信号，引脚8与mos管T1的漏极连接后通过电容C1与地相连，mos管T1的源极与地相连，mos管T1的栅极与电阻R1连接，电阻R1的另一端与控制信号CH1_CTRL1连接，电阻R2和电容C2两端分别连接mos管T1的栅极以及地信号；继电器K2的引脚6和引脚3的一端与被测系统的输入引脚相连，另一端通过引脚2和7与继电器K3的引脚6和3相连，当继电器K2打开后，引脚6和3与引脚4和5相连，而引脚4和5信号与外部信号EXT连接，继电器K2引脚1接电源信号，引脚8分别通过C3和mos管T2与地相连，mos管T2的引脚3与地相连，mos管T2的栅极与电阻R3连接，电阻R3的另一端与控制信号CH1_CTRL4连接，电阻R4和电容C4两端分别连接mos管T2的栅极以及地信号；继电器K3的引脚6和引脚3的一端与继电器K2的引脚2和7相连，另一端通过引脚2、7与继电器K4的引脚6和3相连，当继电器K3打开后，引脚6和3与引脚4和5相连，而引脚4和5信号与电源信号VBATT连接，继电器K3引脚1接电源信号，引脚8与mos管T3的漏极连接后通过电容C5与地相连，mos管T3的源极与地相连，T3的栅极与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与控制信号CH1_CTRL2连接，电阻R6和电容C6两端分别连接mos管T3的栅极以及地信号；继电器K4的引脚6和引脚3的一端与继电器K3的引脚2和7相连，另一端通过引脚2和7悬空，当继电器K4打开后，引脚6和3与引脚4和5相连，而引脚4和5信号与地信号PGND连接，继电器K4引脚1接电源信号，引脚8与mos管T4的漏极连接后通过电容C7与地相连，mos管T4的源极与地相连，mos管T4的栅极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与控制信号CH1_CTRL3连接，电阻R8和电容C8两端分别连接mos管T4的栅极以及地信号；控制模块通过被测系统的输入引脚CH1_IN和输出引脚CH1_OUT接入被测系统的电路中，其中CH1_CTRL1为断路故障控制信号，CH1_CTRL2为对电源短路故障控制信号，CH1_CTRL3为对地短路故障控制信号，CH1_CTRL4为对外部信号短路控制信号。当CH1_CTRL1输出低电平时，继电器K1不动作，而继电器K1引脚3和引脚2相连，引脚6和引脚7相连，被测系统处于正常工作模式，当CH1_CTRL1输出高电平时，继电器K1被打开，继电器K1引脚3和引脚4相连，引脚6和引脚5相连，被测系统处于断路状态，引起断路故障；当CH1_CTRL1输出低电平，CH1_CTRL4输出高电平时，继电器K2被打开，继电器K2的引脚3和引脚4相连、引脚6和引脚5相连，外部信号EXT分别通过引脚3和引脚6接入被测系统，由于继电器K2的引脚3与引脚6直接相连，这两个被测系统的信号被连接，引起被测系统信号与信号之间的短路故障；当CH1_CTRL1输出低电平，CH1_CTRL4输出低电平，CH1_CTRL2输出高电平时，继电器K3被打开，被测系统信号与电源信号VBATT信号相连，引起与电源短路故障；当CH1_CTRL1输出低电平，CH1_CTRL4输出低电平，CH1_CTRL2输出低电平，CH1_CTRL3输出高电平，继电器K4被打开，被测系统信号与地信号相连，引起对地短路故障。在如图3接触不良功能模块中，需要模拟接触不良故障信号，在接触不良故障模拟中，接触不良故障模拟设备接入被控系统中间，mos管T5的栅极分别与电阻R10的一端、电阻R9的一端和电容C9的一端连接，电阻R10的另一端接CH2_CTR1控制信号，电阻R9的另一端和电容C9的另一端接地，mos管T5的漏极接被测系统的输出CH2_OUT，mos管T5的引脚3接被测系统的输出CH2_IN，通过控制CH2_CTR1控制信号控制mos管T5的闭合，控制信号为PWM波，因此可以模拟产生接触不良的效果，从而达到接触不良故障模拟。一种接触不良故障模拟方法，需注意以下几点：1)普通继电器的工作频率较低，并不适用于作为接触不良故障的模拟，需要使用mos管作为控制元件；2)由于N型mos管的耐压值高，承受电流能力强并且价格比较便宜，所以选择N型mos作为控制元件；3)在mos管的漏级接被控系统的输入端，源级接被控系统的输出端，门级接mos管的控制信号，由于源级的状态是未知的(可能是高电平也可能是低电平)，因此通过电荷泵升压电路产生控制信号，可以在高电平和低电平两种状态下都实现控制的功效。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，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保护范围内。