一种基于数据采集单元的故障注入方法与流程

1.本发明属于船舶控制技术领域，更具体地，涉及一种基于数据采集单元的故障注入方法。


背景技术：

2.船舶控制系统是一个安全苛求系统，只有设备稳定可靠地运行才是船舶安全航行的重要保证。但是由于海上环境复杂，设备内部的故障又具有很长的潜伏期，传统的安全测试方法需要较长的时间，而且无法完整准确地模拟实际工作环境下的所有故障，对于系统的安全性存在很大的威胁，在这种测试条件下通过测试并投入运行的设备极有可能出现严重的事故。
3.故障注入技术主要通过人为的手段，有意识的直接把系统可能出现的各类故障，注入到需要验证的目标设备中，加速系统失效的过程，缩短故障的潜伏期，有效地发现常规测试难以出现的故障。
4.然而现有的船舶控制系统无法有效地监测系统漏洞，定位故障位置，分析故障产生的原因，故而系统的可靠性与容错能力较差。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于数据采集单元的故障注入方法，其目的在于能够灵活、快速且有效地监测系统漏洞，定位故障位置，分析故障产生的原因，由此解决船舶控制系统的可靠性与容错能力较差的技术问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于数据采集单元的故障注入方法，包括：
7.s1：对板卡的指定类型信号进行故障参数配置，所述故障参数至少包括：故障通道、故障类型、故障开始时间和故障持续时间；所述板卡包括：模拟量信号故障注入板卡、开关量信号故障注入板卡、can信号故障注入板卡和以太网信号故障注入板卡；
8.s2：利用所述数据采集单元和adc采集板卡采集故障状态信息并汇总，将汇总后的故障状态信息通过以太网上传至工控机，以在数据监控界面进行显示；所述故障状态信息包括：模拟量信号、开关量信号、can信号和以太网信号；
9.s3：控制所述工控机存储所述汇总后的故障状态信息，以使所述汇总后的故障状态信息能够用于查询。
10.在其中一个实施例中，所述步骤s1包括：
11.s11：对所选板卡的网络参数进行配置，所述网络参数包括ip地址和端口号；
12.s12：对各个所选板卡的故障参数进行配置，所述故障参数包括：故障通道、故障类型、故障开始时间和故障持续时间；
13.s13：保存各个所述板卡对应的所述故障参数并生成故障注入指令，并将各个所述板卡对应的故障注入指令下发至对应的所述板卡上；
14.s14：各个板卡根据对应的故障注入指令对指定通道进行故障注入；
15.s15：等待故障持续时间到达后，相应通道恢复为无故障注入状态。
16.在其中一个实施例中，各个所述故障类型包括：
17.模拟量信号故障类型包括：幅值在
±
1v之间、频率在0
‑
100khz范围内的正弦波、方波、锯齿波和直流量噪声信号；
18.开关量信号的故障类型包括：强制高电平、强制低电平、断路和短路；
19.can信号故障类型包括：电平失配、阻抗失配、断路和短路；
20.以太网信号故障类型包括：阻抗失配、网络风暴以及断路。
21.在其中一个实施例中，所述步骤s2包括：
22.s21：启用所述数据监控界面，以提供各个所述板卡对应的通道数据查看；
23.s22：将所述数据采集单元和所述adc采集板卡采集的模拟量信号按照图形化方式进行打点显示；
24.s23：将对所述数据采集单元上传的开关量信号、can信号和以太网信号按照数据化形式进行显示。
25.在其中一个实施例中，所述步骤s2还包括：
26.s24：将不同通道传输的模拟量信号采用不同的颜色进行区分。
27.在其中一个实施例中，所述步骤s3包括：
28.s31：在qt上位机中创建qt数据库；
29.s32：当插入所述故障状态信息到所述qt数据库时，将待存储的所述故障状态信息转换为相应数据类型后，再将所述故障信息存储至所述qt数据库中；
30.s33：在所述qt数据库中查询所述故障状态信息。
31.在其中一个实施例中，所述步骤s33包括：
32.在所述qt数据库中进行故障状态信息查询时，检测到搜索关键字后，在所述qt数据库中逐行查询直至查询到符合条件的搜索结果；
33.将所述搜索结果转换为相应的可读数据类型后，并在搜索界面上显示所述搜索结果。
34.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
35.1.本申请基于船舶控制系统中数据采集单元，提供一种能够对其进行系统可靠性与容错能力的故障测试方法，利用所述数据采集单元和adc采集板卡采集故障状态信息，按照信号类型进行不同类型和方式的故障注入，并且开发上位机软件提供故障类型、通道、时间等基本配置、通道数据监控、历史数据存储与查询的功能。本申请的故障注入方法能够灵活、快速且有效地监测系统漏洞，定位故障位置，分析故障产生的原因，由此解决船舶控制系统的可靠性与容错能力较差的技术问题。
36.2.通过给指定类型和通道的信号注入不同故障，模拟现场可能出现的问题，加速系统的失效过程，监控和存储数据采集单元以及adc采集板卡上传的数据，进行数据的比对分析，从而实现对数据采集单元的可靠性与容错能力的测试。
附图说明
37.图1是本申请一实施例中故障注入系统的整体设计框图；
38.图2是本申请一实施例中故障注入系统的硬件组成框图；
39.图3是本申请一实施例中故障注入系统的工作流程图。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
41.本发明所述的故障注入系统如附图1所示，故障注入系统共包括共50块节点板卡、2台交换机和1台工控机。其中节点板卡包括：模拟量信号故障注入板卡、开关量信号故障注入板卡、can信号故障注入板卡、以太网信号故障注入板卡以及adc采集板卡。其中，四类故障注入板卡可分别对数据采集单元采集的四种信号进行故障注入，adc采集板卡主要用于部分模拟量信号的回采；各节点板卡与工控机之间通过两台交换机进行相连，并通过以太网实现信息的交互，外部电源向所有节点板卡进行供电。
42.故障注入系统的硬件组成框图如附图2所示，主控芯片通过与以太网通信模块相连，与上位机系统进行通信，接收上位机下发的配置指令，控制指定的故障注入模块工作，进行指定通道、类型的故障注入；同时将adc采集板卡采集的模拟量信号打包上传至上位机。
43.当故障注入系统的硬件连接完成后，故障注入系统工作过程如图3所示，故障注入方法包括如下步骤：
44.s1：对板卡的指定类型信号进行故障参数配置，所述故障参数至少包括：故障通道、故障类型、故障开始时间和故障持续时间；所述板卡包括：模拟量信号故障注入板卡、开关量信号故障注入板卡、can信号故障注入板卡和以太网信号故障注入板卡；
45.具体的，操作人员打开配置管理界面，进行对指定类型信号进行故障参数的配置。
46.s2：利用所述数据采集单元和adc采集板卡采集故障状态信息并汇总，将汇总后的故障状态信息通过以太网上传至工控机，以在数据监控界面进行显示；所述故障状态信息包括：模拟量信号、开关量信号、can信号和以太网信号。
47.具体的，数据采集单元和adc采集板卡将信息打包汇总通过以太网上传至工控机，并在数据监控界面进行显示。
48.s3：控制所述工控机存储所述汇总后的故障状态信息，以使所述汇总后的故障状态信息能够用于查询。
49.具体的，使用数据库对界面显示信息进行存储，并可进行存储信息的查询。
50.在其中一个实施例中，所述步骤s1中配置管理的操作，包括如下步骤：
51.s11、对所选板卡的网络参数进行配置，包括ip地址与端口号，也可使用系统默认参数。
52.s12、对所选板卡的故障参数进行配置，包括故障通道、故障类型(模拟量信号故障类型包括幅值在
±
1v之间、频率在0
‑
100khz范围内的正弦波、方波、锯齿波和直流量噪声信
号；开关量信号故障类型包括强制高电平、强制低电平、断路、短路；can信号故障类型包括电平失配、阻抗失配、断路、短路；以太网信号故障类型包括阻抗失配、网络风暴以及断路)、故障开始时间以及故障持续时间，默认为无故障传输。
53.s13、操作人员点击保存按钮，故障注入指令下发至指定板卡上。
54.s14、操作人员点击界面上确认按钮，指定通道就会进行相应故障地注入。
55.s15、等待故障持续时间到达后，相应通道恢复为无故障注入状态，该通道信号正常传输。
56.在其中一个实施例中，所述步骤s2数据监控的操作如下：
57.s21、操作人员打开数据监控界面，选择相应的板卡进行通道数据的查看。
58.s22、针对数据采集单元和adc采集板卡上传的模拟量信号，按照图形化方式进行打点显示，不同的通道采用不同的颜色进行区分。
59.s23、针对数据采集单元上传的开关量信号、can信号和以太网信号，按照数据化形式进行显示。
60.在其中一个实施例中，所述步骤s3中历史数据存储与查询地操作，包括如下步骤：
61.s31、在qt上位机界面程序中创建数据库，完成qt与数据库的连接。
62.s32、插入信息到数据库时，将所要存储内容转换为存储的相应数据类型，使用数据库语句，完成信息在数据库中的存储。
63.s33、在数据库信息的查询时，管理员根据关键字进行搜索。
64.具体的，数据库逐行查询，直到查询到符合条件的内容。将数据库查询的结果转换为可读的相应数据类型后，所查询内容可在界面中进行显示。
65.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。