JPH09512370A - 保護システムにおける信号処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 保護システムにおける信号処理のための方法を用いる際、互いに相補的である演算が信号に対して行われ、演算が続行されるかどうかは、この結果によって決まる。入力変数に対する論理演算に加えて、この方法を実行するための装置においても、状態機械によって制御される方法によって相補的な演算が実行される。この結果として、机上の空論のような「ｈｏｕｓｅ ｏｆ ｃａｒｄｓ−ｌｉｋｅ」構造が得られ、ここでは、あるリンクが失われると望んだスイッチング・オフが行われる。装置はこのようにして根源的に安全となる。

Description

【発明の詳細な説明】 保護システムにおける信号処理方法及び装置 技術分野 本発明は、保護システムにおいて信号を処理するための方法に関する。 また、本発明は、前記方法を実行するための装置に関する。 背景技術 従来知られている保護システムでは、特にパルス化された入力信号の時間内に ついては、かなりの量の入力信号が保護回路あるいは安全回路手段によって監視 されているのが普通であり、そこからの出力信号もまた順番に監視される。通常 、監視される信号はある動き（時間的な振る舞い）を示し、監視される信号の振 る舞い、特にその時間的な振る舞いが変化する瞬間までは、保護回路は動作を始 める必要がない。もし、例えば保護システム内でのシステムエラーの発生によっ て出力信号レベルが一定値のままになり、変化させることもできなくなった場合 、この（身動きできない）エラーは、保護システムの入力の際に検査として変化 を意図的に与えてやるまでは検知することができない。 加えて、例えば２つの入力信号が共に論理信号であって、”ＡＮＤ”関数の代 わりに”ＯＲ”関数が誤って実行されたような場合には、前記入力信号の信号レ ベルのいずれかが変化する瞬間まで、このような関数割当てエラーの発生を確証 することは不可能である。保護システムが、柔軟性と利便性を向上させるために プログラム入力可能であることを要求される場合、このようなエラーの発生は現 実的に非常に起こり得る問題である。 仮にそれらが複合的あるいは同時的な発生であっても、安全でない状態が発生 するような一定の事情の下では、エラーは、監視される信号の信号レベルの多数 決を基にして、安全でない状態が発生したかどうかを決定するいわゆる投票者回 路「”ｖｏｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ”」によって検知されない。 発明の開示 保護回路内で起こり得る、場合によっては危険なエラーの状態を検知できない ことは明らかに望ましくない。 それゆえ、本発明の目的は、入力信号のタイミングはもちろん信号レベルをも 監視可能にするだけでなく、それに加えて、出力部で直接検知できないような装 置自身の内部で発生したエラーの検知を可能とする保護システムにおける、信号 処理のための方法及び装置を提供すること、ならびにエラーが発生しているのに もかかわらず、装置自身を安全な状態に置くようにして、前記エラーの検知を可 能にすることにある。 この目的を果たすために、この発明は請求の範囲１で定義される特徴を含んで いる。 相補的な演算の実施によって前記演算の結果が互いに絶対的に関連付けられる ようになることがこの発明による方法の有利な点であるから、例えば、演算の（ 中間）結果が互いに全く逆のものになっているときには、各々の関連する結果が 保護システムの正しい機能についての情報を簡単な手法で提供する。同時に、こ の発明による方法を用いる際の保護機能のために重要である前記（中間）結果は 、出力信号を得る目的で入力信号に対して演算を行うために用いることができ、 このようにして非常に厳格な安全と信頼性への要求に自動的に応じている。更に 、安全にとって重要な十分に長い期間見落とされたまま残るようなエラーが、信 号の処理によって持ち込まれる危険を冒すことなく、エラー状態の発生を検知で きるという事実が有利な点である。 この発明による方法の一具体例は、請求の範囲２で定義した特徴を含んでいる 。 起こり得るエラーの発生が（通常の短い）期間内に確証され、もし望むのであ れば直ちに評価できることがこの発明による具体例の有利な点である。 請求の範囲３の特色ある部分による方法の他の具体例は、もし相補的な演算の （中間）結果が規定の手法に一致しないならば、それ以上の演算が行われること はないという有利な点を持っていて、このようにして保護システムの正確な機能 に関する簡単な検査及び検知の可能性を提供する。 請求の範囲４の特色ある部分によって必要な状態機械が互いを誘発しあ うような状態機械のシステムを形成することにより、机上の空論のような「”ｈ ｏｕｓｅ ｏｆ ｃａｒｄｓ”−ｌｉｋｅ」構造が現実化し、その結果として前 記状態機械のうちの一つで何か間違いが生じたとき、協同する状態機械のシステ ムの完全に正確な機能を働かなくさせる。言い換えるならば、システムの正確な 機能は、互いを誘発しあう様々な状態機械を条件としている。この動的な原理は 、起こり得るあらゆるエラー状態の簡単な検知を確かなものにし、これにより状 態機械が実施できなくなるから、システムは検知に際して前もって定められた安 全な状態に移る。 この発明によると、請求の範囲５で定義した特徴を実施することで、並列「ｐ ａｒａｌｌｅｌ」あるいは連続「ｓｅｒｉａｌ」演算周期の高い自由度がもたら される。 請求の範囲６で定義した特徴によると、相補的な演算は、（Ｎ）ＡＮＤ、（Ｎ ）ＯＲ、又は否定演算のような論理変換手段によって簡単な手法で実施できる。 更に、この発明による方法の別の具体例が、請求の範囲７の特色ある部分で述 べられており、この方法によって、対応するあらゆる時点において互いにちょう ど逆の関係を持っているような（中間）結果が生じる。 この発明による、簡単な手法でディジタル的に実施される装置の具体例が、装 置に関する更なる請求の範囲において説明されている。 図面の簡単な説明 前記方法を実行するための方法及び装置ならびにその有利な点については、添 付した図面を参照しながら以下で更に詳しく説明する。 図１は、保護システムにおいて用いられるこの発明による装置の図式的な具体 例を表すブロックダイアグラムを示している。 図２は、図１の装置において用いられる命令コードの可能な形式を示している 。 図３及び図４は、それぞれ図１の装置において用いられる可能な相補的論理変 換のハードウェアでの実施を示している。 図５及び図６は、この発明による方法を実施するための可能な命令フローダイ アグラムの図式的な例を示している。 発明を実施するための最良の形態 図１は、装置１の図式的な具体例を示しており、装置１は保護システムの一部 を形成する。入力信号Ｘは、装置１に供給され内部で処理された後に、出力信号 Ｙとなって送り出される。非常に厳格な安全と信頼性への要求に応じなければな らないということが、装置１によって作られる要件である。入力信号Ｘは、磁気 コアに書き込まれ、またそこから読み出される信号から発生し、一方、出力信号 Ｙは磁気コアを磁化し、これによって前記磁気コアは初期磁化状態に復帰する。 このようにして、出力信号Ｙ中の多数のエラーは投票者回路「ｖｏｔｅｒ ｃｉ ｒｃｕｉｔ」によって検知できる。信号Ｘ及びＹは反復的な信号であるから、初 期状態への復帰は例えば１ミリ秒という時間区切りの経過毎になされる。 論理変換は、装置１自身が出力信号Ｙにエラーを生じさせる可能性を最小にす るように、入力信号Ｘに対して装置１によって行われる。この目的のために装置 １は入力記憶を含んでいて、これは示した具体例ではアドレス可能な記憶であり 、これに対して入力信号Ｘが供給され、更にこの入力記憶部は、入力信号セレク ター２及びこのすぐ後に続けて接続された命令セレクター３から成り立っている 。命令セレクター３は、２つの一時記憶４及び５、すなわち”ＤＯ”クリップボ ード４又は”ＷＩＴＨ”クリップボード５からどちらか１つを選択する。命令セ レクター３は、クリップボード４及び５を介して関数セレクター６に接続されて いる。レジスター手段７及び前記レジスター手段７に接続された出力セレクター ８で形成されるアドレス可能な出力記憶が、関数セレクター６に接続されている 。図は、前で述べた装置の構成部分２〜８が各々（図式的に示された）命令マネ ージメント手段９に接続されている部分を図式的に示している。 命令マネージメント手段９は、入力信号Ｘに対して要求された演算を行うため に必要な前述の構成部分２〜８に対して制御信号を供給する。マネージメント手 段９は、装置１が要求された論理変換を行うことを可能にするために、駆動順序 及び方法を制御する。いくらかの並列あるいは連続周期の各周期の間に、いくら かの論理変換が行われ、一方でこれと相補的な論理変換は１秒周期で行われる。 １ミリ秒の時間区切りに基づいて、演算の一組は第１周期の初めの５００マイク ロ秒の間に行われ、入力信号Ｘに対する相補的な演算の組はすぐ後に連続する５ ００マイクロ秒の周期の間に行われる。前記演算結果を比較すると（これらは互 いに逆かあるいは同一のはずである）、信号レベルにおける安全でない状態及び ／あるいは入力信号Ｘのタイミングに関する、または装置１によって生じたエラ ーに関する洞察が得られる。 関係する相補的な演算の形式は、例えば論理変換が行われた後で信号が互いに 同一であるような（あるいは逆であることを含めて）結果を持つ論理変換である 。この原理は、例えば良く知られているド・モルガンの定理「ｄｅ Ｍｏｒｇａ ｎ ｔｈｅｏｒｅｍ」を基にすることができる。例えば、仮に信号ａ及びｂに対 してＥＮ変換が行われた場合、前記信号の逆のものに対してＯＲ演算の形で行わ れた相補的論理変換の結果は、前述のＡＮＤ演算によって生成された出力信号と 正確に逆であり、したがって反転の後にはこれと同一となるような出力信号にな る。言い換えるならば、信号ａ及びｂに対するＡＮＤ演算は、信号ａの逆及び信 号ｂの逆に対するＯＲ演算によって置き換えられると考えられ、それによってＯ Ｒ演算の出力信号は、反転の後にもとの信号ａｂになる。同一の原理は、この原 理に基づいたカスケード接続「ｃａｓｃａｄｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ」を用 いる際に用いることができる。 本具体例にとって適切な相補的変換を今後ＬＡＯＳ−ＬＯＡＳ変換と呼ぶこと にする。前記変換のハードウェアでの実施は図３（ＬＡＯＳ変換）及び図４（Ｌ ＯＡＳ変換）において説明されている。下記の真偽値表によれば、各々の信号ｃ −ｃｃ、ｅ−ｅｅ、ｆ−ｆｆ、ｇ−ｇｇが互いの逆になっているという簡単な形 式に従っていることが明らかである。 ＬＡＯＳ−ＬＯＡＳ変換の命令での実施は、互いの対応に関する以下のコード に従って行われる。 ＬＡＯＳ及びＬＯＡＳは、Ｌｏａｄ（例えば”Ｄｏ”または”Ｗｉｔｈ”）、 ＡＮＤ、ＯＲ及びＳＥＴの略を表し、ＬＡＯＳは、それぞれＯＲ ＡＮＤ ＳＥ Ｔを示している。もし望むのであれば、論理関数ＮＡＮＤ及びＮＯＲを実施させ ることもできる。これらの関数と共に信号反転を実施させることも可能である。 前述のＬＡＯＳ／ＬＯＡＳコードは、それらのコード規則に関して一対一の絶対 的かつ相互的な関係を備えている。 既に以前で述べているように、入力信号Ｘに対するＬＡＯＳ及びＬＯＡＳコー ドの実際の実行の制御は、命令マネージメント手段９によって行われる。入力信 号Ｘに対して様々な論理演算が行われる形式は、図２で図式的に例示してある。 この中で示されるビットｘ０〜ｘ５はアドレス信号であり、これによって６４種 類の入力信号が、示した指定具体例中の入力信号セレクター２で選別され、一方 ビットｉ０及びｉ１は実際に行われる命令を示している。命令は例えば、ｉ０、 ｉ１＝０、０のときはクリップボード４で”Do”動作を行うことであり、ｉ０、 ｉ１＝０、１ならばクリップボード５で”With”演算が行われ、ｉ０、ｉ１＝１ 、１ならば出力信号セレクター８のためにＳｅｔ演算が行われ、一方ｉ０、ｉ１ ＝１、０ならばクリップボード４及び５から生じた信号に対して論理関数が行わ れ、またこの場合にレジスター手段７がアドレスされる。論理変換を行うために 必要である中間結果は、コード表内のレジスター手段７に書き込まれ、もし必要 ならば内部レジスター手段７から入力信号セレクター２へと戻される。 本具体例において、ＬＡＯＳコードは、第１の周期の間に入力信号（ａ、ｂ及 びｄ；図３参照）に対して行われ、一方相補的なＬＯＡＳコードは、入力信号の 時間区切りの第２部分の中で入力信号の逆（ａ、ｂ及びｄ；図４参照）に対して 行われる。 様々なコードに関する各符合規則の生む結果が他の結果と相補的であることが 相補的な論理ＬＡＯＳ／ＬＯＡＳ変換の有利な点であり、これに加えてコードが このような方法で形成されているために、実時間においてはこれらが対応関係を 持つ。別の言い方をすれば、コードを行う間の対応するあらゆる瞬間において相 補的な演算が行われ、その上コード規則の個数及びコード長は同一である。この ２つのコードの指定実施例は、相次いで互いを誘発しあう状態機械を用いて動的 に実施される。状態機械による実施は、結果として机上の空論のような「”ｈｏ ｕｓｅ ｏｆ ｃａｒｄｓ”−ｌｉｋｅ」構造を生じ、相互関係がこのようにな っているから、もし一枚のカードが抜き取られると、全体の構造が崩壊してしま い、こうしてエラー状態が検知される。状態機械に関しては、装置１における様 々な機能を形成することを狙いとしているので、調子を合わせて接続されたシス テムがもたらされ、そこにおける一つのリンクの欠如やその機能の乏しさが、装 置１の様々な状態機械及び回路においてエラー状態が発生したことを示すために 、装置１全体としての機能に対して十分な影響を与えるようになっている。 図２に示した命令を実行するための状態機械の動的な機能の設計は、図５で図 式的に示している。 第１周期の間に入力信号ｘ０、、、、ｘ５に対して行うＬＡＯＳ変換を基にし て、もしｉ０、ｉ１＝０、０ならば上位の分岐を通り抜ける目的のためにリセッ ト信号が与えられた後に、図２に示す形式を持っている次の命令が１３で呼ばれ 、ここでは命令が検索された後に復号されて次のクロックパルスで状態１１（” Ｄｏ”）へのシフトが行われる。図６で示される”Ｄ．ｅｘｅ”状態機械２０の ために、状態１１の開始は次のクロックパルスに応じた状態２１から状態２２（ ”ｅｎｇａｇｅ ｄｏ”状態）へのシフトのときである。状態機械２０は状態２ ２にあり、エラー検知状態機械（図示せず）がＷ３状態になった場合にのみ、こ の状態は変化する。このときにのみ、結合した入力信号ｘ０、、、、ｘ５がクリ ップボード５に蓄えられているから、本命令の残り部分が状態２３（”ａｃｔｕ ａｔｅ ｄｏ”）で完全となる。エラー検知状態機械の次の信号Ｗ４が装置２０ を状態２４へシフトさせ、その結果図５で状態１２から状態１３への、図６で状 態２４から状態２１へのシフトがそれぞれ行われる。前述のことによると、命令 、この例では”Ｄｏ”命令、は部分、この例では２つ、に分割され、それにより 最初の部分はある状態機械で実施され、他の部分は他の状態機械 で実施され、またそれによって２つの状態機械が互いに誘発しあうことが明らか になる。２つの状態機械のうち少なくとも１つが一時的に操作不可能になると、 命令が正しくかつ完全に行われない結果となり、これが相互連絡が欠けているこ とを明白にしてシステムを停止させる。 ”Ｄｏ”及び”Ｄ．ｅｘｅ”状態、ならびに結合した状態機械２０について以 上で説明したことは、状態の組、１４と１５、１６と１７、１８と１９及び前記 各組に結合する状態機械（図示せず）にも相応に適用され、その中においてＬＡ ＯＳ／ＬＯＡＳコードの各々の命令の分割された部分は、互いを誘発しあう状態 機械によりそれぞれ行われる。 産業上の利用可能性 各入力信号は上述のようにＬＡＯＳコードで処理され、第２周期の間にＬＯＡ Ｓコードにおける相補的な論理変換が入力信号に対して行われて、これにより比 較手段（図示せず）で作られた対応する信号の比較を基にして、要求されるより 一層安全な情報に隣接しているものが実行可能となる。例えば正しく機能してい ないことにより状態機械の１つが身動きできない「”ｂｅ ｓｔｕｃｋ”」状態 になり、時間的に一定の信号を供給する場合、コード・シーケンスの実行が停止 され、再び開始するには明確に入力されるリセットパルス手段によるしかない。 このようにして、装置１は内部の機能が乏しくなることが明確に示される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．互いに相補的な演算を信号に対して行い、（中間）結果におけるエラーの発 生が演算を安全に停止させることを特徴とする保護システムにおける信号処理方 法。 ２．前記相補的演算を行うための周期的期間を前記信号が持っていることを特徴 とする請求の範囲１に記載の保護システムにおける信号処理方法。 ３．（中間）結果が前述のものに合致する場合にのみ前記相補的演算が行われる ことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の保護システムにおける信号処理方 法。 ４．前記（中間）結果が互いを誘発しあう状態機械によることを特徴とする請求 の範囲３に記載の保護システムにおける信号処理方法。 ５．前記演算が並列及び／又は連続周期で行われることを特徴とする請求の範囲 １乃至４のいずれかに記載の保護システムにおける信号処理方法。 ６．前記相補的演算が論理変換であることを特徴とする請求の範囲１乃至５のい いずれかに記載の保護システムにおける信号処理方法。 ７．周期中のある演算結果が前記周期中の対応する別の演算結果と逆のものにな るために、ある演算の間に論理変数に対してある論理変換が行われる度に、別の 演算の間に逆変数に対して前記のある変換と相補的な論理演算が行われることを 特徴とする請求の範囲６に記載の保護システムにおける信号処理方法。 ８．前記論理変換がＬＡＯＳ／ＬＯＡＳ変換の類別に属することを特徴とする請 求の範囲６又は７に記載の保護システムにおける信号処理方法。 ９．前記ＬＡＯＳ／ＬＯＡＳ変換の命令が部分に分割でき、互いを誘発しあう正 式機構によってそれぞれが分離して行われることを特徴とする請求の範囲８に記 載の保護システムにおける信号処理方法。 １０．装置が、アドレス可能な入力記憶（マルチプレクサ）と、前記アドレス可 能な入力記憶に接続された一時記憶（クリップボード）と、前記一時記憶に接続 された関数セレクターと、前記関数セレクターに接続されたアドレス可能な出力 記憶（デマルチプレクサ）と、前記各記憶及び前記関数セレクターに接続された 命令マネージメント手段とを含むことを特徴とする請求の範囲１乃至９のいずれ かに記載の保護システムにおける信号処理方法を実施するための保護システムに おける信号処理装置。 １１．前記アドレス可能な入力記憶が、入力信号セレクターと、前記入力信号セ レクターに接続された命令セレクターとを含むことを特徴とする請求の範囲１０ に記載の保護システムにおける信号処理装置。 １２．前記アドレス可能な出力記憶が、レジスター手段と、前記レジスター手段 に接続された出力信号セレクターとを含むことを特徴とする請求の範囲１０又は １１に記載の保護システムにおける信号処理装置。 １３．前記命令マネージメント手段及び／又は前記一時記憶が状態機械によって 与えられることを特徴とする請求の範囲１２に記載の保護システムにおける信号 処理装置。 １４．前記状態機械が互いを誘発しあうような方法で連絡されることを特徴とす る請求の範囲１３に記載の保護システムにおける信号処理装置。