用于教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统的制作方法

本发明涉及自动化控制，尤其涉及一种用于教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统。

背景技术：

1、利用自动化控制教具进行教学或竞赛时，需要从电路原理、控制原理及各功能实现原理等多方面进行展示。

2、相关技术中，一般采用拼凑方式从市场上采购各种零件拼装自动化控制教具，或自动化控制成品，若发生故障，只有经验丰富的工作人员才能了解故障原因和故障现象；对于教学或竞赛中的学生或选手，由于处于学习阶段或经验不丰富，无法学习和准确了解故障原因和故障现象。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，用以解决现有技术中一般采用拼凑方式从市场上采购各种零件拼装自动化控制教具，或自动化控制成品，若发生故障，无法学习和准确了解故障原因和故障现象的缺陷，提高自动化控制设备的故障情况学习和展示的便捷性和直观性。

2、本发明提供一种用于教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，包括：

3、反插无损接口，用于将所述用于教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统与自动化控制设备连接；

4、用户输入模块，用于接收用户的输入，所述用户的输入用于确定需要仿真第一故障信号，所述第一故障信号用于输入所述自动化控制设备，以使所述自动化控制设备基于所述第一故障信号实现故障现象，得到所述故障现象对应的故障反馈信号；

5、故障信号仿真模块，用于响应于所述输入，仿真并向所述自动化设备输出所述第一故障信号；

6、故障检测显示模块，用于接收所述自动化设备输出的故障反馈信号，并显示所述故障反馈信号，或显示所述故障反馈信号对应的故障现象。

7、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述故障信号仿真模块包括：电子开关矩阵控制模块和受控电子开关矩阵模块；

8、其中，所述电子开关矩阵控制模块包括矩阵控制器驱动电路，所述受控电子开关矩阵模块包括多个电子开关，以及与所述多个电子开关连接的多个电子器件；

9、其中，所述电子开关矩阵控制模块用于基于所述用户的输入，控制所述多个电子开关中至少一个电子开关的通断，以使所述多个电子器件中的至少一个电子器件形成信号通路，形成并输出所述第一故障信号。

10、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述多个电子开关包括至少一组电子开关组，所述至少一组电子开关中任意一组电子开关组包括8位电子开关，所述至少一组电子开关组中任意一组电子开关组用于形成至少一种第一故障信号。

11、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述任意一组电子开关组包括8位电子开关中，所述8位电子开关中的第一位电子开关至第七位电子开关的输入端均与第一输入端连接，所述第一输入端用于输入原始通路信号，所述8位电子开关中的第八位电子开关的输入端与第二输入端连接，所述第二输入端用于输入故障模拟信号，所述故障模拟信号与所述原始通路信号不同；

12、所述8位电子开关中的第一位电子开关与所述故障信号仿真模块的输出端连接；

13、所述8位电子开关中的第二位电子开关连接第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端与所述故障信号仿真模块的输出端连接；

14、所述8位电子开关中的第三位电子开关连接对地电容的第一端，所述对地电容的第二端接地；

15、所述8位电子开关中的第四位电子开关连接第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地；

16、所述8位电子开关中的第五位电子开关连接第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端与电源正极连接；

17、所述8位电子开关中的第六位电子开关连接电源正极；

18、所述8位电子开关中的第七位电子开关连接电源地；

19、所述8位电子开关中的第八位电子开关与所述故障信号仿真模块的输出端连接。

20、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述原始通路信号包括周期电平信号；

21、所述故障模拟信号包括以下至少一项：串行通讯协议数据、pwm控制信号、开关量信号。

22、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述第一故障信号实现的故障现象通过以下至少一项实现：

23、在一组电子开关组中的8位电子开关均处于开路状态的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现断路的故障现象；

24、在一组电子开关组中的8位电子开关的第二位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现信号幅值下降的故障现象；

25、在一组电子开关组中的8位电子开关的第一位电子开关和第三位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现信号回路对地会形成分布电容而造成信号变形失真的故障现象；

26、在一组电子开关组中的8位电子开关的第一位电子开关和第四位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现信号回路对地形成分布电阻造成信号衰减达不到触发阈值的信号无效的故障现象；

27、在一组电子开关组中的8位电子开关的第一位电子开关和第五位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于信号通路出现对电源正极的分布电阻，信号幅值压缩并钳位在高电压状态，信号波形的低点不为零，且信号完全失真不可用的故障现象；

28、在一组电子开关组中的8位电子开关的第一位电子开关和第六位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现信号通路的对电源正极短路的故障现象；

29、在一组电子开关组中的8位电子开关的第一位电子开关和第七位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现信号通路的对电源地短路的故障现象；

30、在一组电子开关组中的8位电子开关的第二位电子开关和第三位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现信号幅值衰减且上升沿不陡峭的信号失真的故障现象；

31、在一组电子开关组中的8位电子开关的第一位电子开关、第三位电子开关和第四位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现信号幅值下降且上升沿不陡峭的信号失真不可用的故障现象；

32、在一组电子开关组中的8位电子开关的第一位电子开关、第三位电子开关和第五位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现信号幅值压缩并钳位在高电压状态，信号波形的低点不为零的信号失真不可用的故障现象；

33、在一组电子开关组中的8位电子开关的第八位电子开关闭合，其他位电子开关断开的情况下，所述电子开关组输出的第一故障信号用于实现特殊故障现象。

34、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述用户的输入包括用户进行量化的标准故障设置的操作，或，对所述多个电子开关中的至少一个电子开关的通断设置的操作。

35、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述可编程硬件在环故障信号仿真检测系统还包括：故障检测模块；

36、所述故障检测模块与所述故障信号仿真模块通信连接，所述故障检测模块用于检测所述故障信号仿真模块模拟出的第一故障信号。

37、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述故障检测模块还用于检测所述自动化设备中的故障信号。

38、根据本发明提供的一种教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，所述故障检测模块与所述故障信号仿真模块通过反插无损接口实现通信连接，和/或所述故障检测模块通过反插无损接口与自动化控制设备连接。

39、本发明提供的教研与竞赛的可编程硬件在环故障信号仿真检测系统，通过基于用户的需求，仿真出相应的第一故障信号并输入至自动化控制设备，以使所述自动化控制设备基于所述第一故障信号实现故障现象，并显示相应的故障信号或故障现象，以实现利用自动化控制教具进行教学或竞赛时，可以使学生或选手直观学习和了解各类故障对应的情况，了解故障原因和故障现象；提高自动化控制设备的故障情况学习和展示的便捷性和直观性。