RU2159457C1 - Контрольный процессор с информационным резервированием - Google Patents

Контрольный процессор с информационным резервированием Download PDF

Info

Publication number
RU2159457C1
RU2159457C1 RU99111889A RU99111889A RU2159457C1 RU 2159457 C1 RU2159457 C1 RU 2159457C1 RU 99111889 A RU99111889 A RU 99111889A RU 99111889 A RU99111889 A RU 99111889A RU 2159457 C1 RU2159457 C1 RU 2159457C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
processor
information
memory
parameters
Prior art date
Application number
RU99111889A
Other languages
English (en)
Inventor
В.В. Ермачков
Original Assignee
Ермачков Вячеслав Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ермачков Вячеслав Владимирович filed Critical Ермачков Вячеслав Владимирович
Priority to RU99111889A priority Critical patent/RU2159457C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2159457C1 publication Critical patent/RU2159457C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Temperature (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технике автоматизированного контроля и может быть использовано для контроля параметров и сбора информации о функционировании управляющего устройства и объекта управления и может быть использовано, например, в автоматизированной системе учета электрической энергии, учета и регулирования тепловой энергии, в системах управления технологическим процессом и прочих информационных системах. Техническим результатом является снижение объема искаженной информации, создание контрольного процессора, который помнит важнейшие параметры и состояние объекта управления в определенные моменты времени, выявляет отклонения в параметрах системы в процессе эксплуатации и блокирует выполнение программы на время отклонения параметров от номинальных или переводит систему в безопасное состояние. Процессор содержит микропроцессор, соединенный с энергонезависимой памятью и предназначенный для программного контроля в системе управления управляющего устройства с объектом управления, для вычисления значений функции Pк образа системы в определенный момент времени, записи указанного значения функции в энергонезависимую память. 2 ил.

Description

Изобретение относится к технике автоматизированного контроля и может быть использовано для контроля параметров и сбора информации о функционировании управляющего устройства и объекта управления. Предлагаемое устройство может быть использовано, например, в автоматизированной системе учета электрической энергии, учета и регулирования тепловой энергии, в системах управления технологическим процессом и прочих информационных системах.
Известно "Устройство для контроля параметров" по описанию к изобретению а. с. СССР N 1820362, кл. G 05 В 23/02, G 06 F 15/46, опубликовано в БИ N 21 07.03.93 г. (1).
Это устройство осуществляет лишь контроль параметров и не имеет запоминающего устройства для хранения промежуточной информации о параметрах регулирования объекта управления в течение определенного промежутка времени. Устройство контролирует лишь уровни сигналов и допустимые приращения сигналов. Устройство не запоминает информацию в заданные и определенные моменты времени (секунды, минуты, часы, сутки, недели и т.п.).
Целью предлагаемого изобретения "Контрольный процессор с информационным резервированием" является:
1. снижение объема искаженной информации;
2. создание контрольного процессора, который помнит важнейшие параметры и состояние объекта управления в определенные моменты времени:
3. создать такой контрольный процессор, который выявляет отклонения в параметрах системы в процессе эксплуатации и блокирует выполнение программы на время отклонения параметров от номинальных или переводит систему в безопасное состояние.
Указанная цель достигается путем информационного резервирования, то есть обеспечения требуемой надежности всей системы.
В предлагаемом устройстве "Контрольный процессор с информационным резервирование" содержатся два блока информационного резервирования: первый блок энергонезависимой памяти, выполненный, например, на основе микросхемы флэш-памяти фирмы AMD (Advanced Micro Devieces inc) Am 29F016 или статического КМОП ОЗУ с батарейным питанием; второй блок, выполненный на основе микросхемы энергонезависимого однократно-программируемого запоминающего устройства АТ27С080 фирмы "ATMEL".
В предлагаемом устройстве содержатся активные средства защиты, которые выявляют отклонения в параметрах системы в процессе эксплуатации, например, уменьшение напряжения питания, просадка сетевого напряжения и т.п., а также блокируют выполнение программы на время отклонения параметров от номинальных или переводят ее в безопасное состояние.
Микропроцессорное устройство предлагаемого контрольного процессора содержит микропроцессор, например AT mega 103 фирмы "ATMEL" И ПЛИС, Например, ЕРF10K20RC208 фирмы "Altera".
Использование ПЛИС на основе программно-перестраиваемых структур позволяет оперативно контролировать параметры управляющего устройства и объекта управления без изменения электрической схемы.
В традиционных системах информационное резервирование осуществляют внутри управляющего устройства со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями, то есть запись осуществляют или на магнитный диск (винчестер) или непосредственно в память (в статическое ОЗУ или динамическое ОЗУ).
Использование технологии сохранения данных внутри управляющего устройства не гарантирует их 100%-ную сохранность в процессе функционирования системы (компьютерные вирусы, аварийные отключения, аварийные ситуации в блоках питания устройств и т.п.).
В качестве отдаленного аналога предлагаемому изобретению "Контрольный процессор с информационным резервированием" можно принять "Устройство для контроля параметров" по а.с. СССР N 1820362 (1).
Вместе с тем в результате изучения доступной зарубежной и отечественной патентной и научно-технической информации, можно сделать вывод о том, что близкого аналога предлагаемому изобретению в мире не существует.
На фиг. 1 изображена схема системы управления, содержащая объект управления, управляющее устройство и контрольный процессор. На фиг.2 изображена схема предлагаемого контрольного процессора с информационным резервированием.
Предлагаемый "Контрольный процессор с информационным резервированием" состоит (фиг. 1 и 2) из блока энергонезависимой памяти, выполненной, например, на основе микросхемы флэш-памяти фирмы AMD (Advanced Micro Devieces Inc) Am29F016 или статического КМОП ОЗУ с батарейным питанием, который подсоединен к микропроцессорному устройству контрольного процессора и блоку активных средств защиты, который предотвращает порчу информации в энергонезависимой памяти при переходных процессах или в случае неправильного функционирования устройства; также содержит блок энергонезависимого однократно-программирующего запоминающего устройства, подсоединенного к микропроцессорному устройству контрольного процессора и к блоку активных средств защиты, который также предотвращает порчу информации в энергонезависимой памяти при переходных процессах или в случае неправильного функционирования контрольного процессора.
Блок энергонезависимого однократно-программируемого запоминающего устройства выполнен на основе микросхемы АТ27С080 фирмы "ATMEL".
Предлагаемое устройство содержит также блок активных средств защиты, выполненный на основе двух микросхем: первой микросхемы супервизора питания ADN 691, которая отслеживает все переходные процессы в цепях питания контрольного процессора и предотвращает порчу информации в блоках энергонезависимой памяти и подает сигнал прерывания микропроцессорному устройству контрольного процессора в случае просадки сетевого напряжения питания для нормального (безаварийного) завершения управляющей программы контрольного процессора; и второй микросхемы ЕРМ9320RC208 фирмы "Altera" для контроля цифровых сигналов управления, правильности работы протоколов обмена и т.п.
Предлагаемое устройство содержит также микропроцессорное устройство контрольного процессора, выполненное на основе двух микросхем: микросхемы восьмибитового RISC микроконтроллера ATmega 103, который подключен к дополнительному батарейному питанию и в котором разрешена работа нулевого таймера-счетчика в асинхронном режиме (таймер реального времени) и, который, в свою очередь, управляет операциями записи чтения в блоках энергонезависимой памяти, осуществляет программный контроль управляющего устройства и объекта управления, их тестирование и реализацию функций информационного резервирования; вторая микросхема EPF10K20RC208 фирмы "Altera" осуществляет аппаратный контроль управляющего устройства и объекта управления, а также диагностику управляющего устройства и объекта управления и является своеобразным "окном" между контрольным процессором и управляющим устройством с объектом управления.
Загрузка программы функционирования ПЛИС производится посредством микроконтроллера ATmega 103.
Предлагаемый "Контрольный процессор с информационным резервированием" осуществляет:
1) контроль источников вторичного питания: выявляет флуктуации питающих напряжений, высоковольтные, кратковременные, маломощные сигналы (помехи), пропадание напряжений питания; контроль осуществляется встроенным на кристалле микроконтроллера АЦП (аналого-цифровым преобразователем);
2) контроль интерфейсных сигналов (их последовательности), передачи адресов, команд, данных, прерываний, запросов ПДП и т.п.; эту функцию на двух различных уровнях реализуют две микросхемы: на уровне контрольного процессора - ЕPM932ORC208, а на уровне управляющего устройства с объектом управления - ЕPF10K20RC208;
3) контроль доступа в различные области памяти, регистровых внешних устройств; защита от записи, чтения в определенные моменты времени, в зависимости от выполняемой задачи. Эту функцию на двух разных уровнях реализуют две микросхемы: на уровне контрольного микро процессора - EPM9320RC208, а на уровне управляющего устройства с объектом управления - ЕPF10K20RC208;
4) контроль выполнения программы: отслеживаются контрольные точки, контроль за трассой программы, контроль временных интервалов выполнения программы; эту функцию на двух различных уровнях реализуют две микросхемы: на уровне контрольного процессора - ЕРМ9320RС208, а на уровне управляющего устройства с объектом управления - EPF10K20RC208;
5) контроль выполнения задачи, который основывается на логике решения задачи.
Предлагаемый "Контрольный процессор с информационным резервированием" функционирует (работает) следующим образом.
Любая управляющая система может быть описана при помощи систем уравнений следующего вида:
z = f (x,y,t),
где z - выходы системы (n - мерный вектор);
y - внутреннее состояние системы (n - мерный вектор);
t - время.
В определенный момент времени контрольный процессор вычисляет значение функции Pk = Pk (x,y,z,t) и записывает ее в определенные поля флэш-памяти,
где Pk - это "k" - тый образ системы в определенный момент времени.
При достижении определенного события si (x,y,z,t) производится расчет функции Vi = Pk (t*),
где t* - время (дискретное) для дискретных управляющих процессов;
Vi - количественные характеристики объекта в определенный момент времени.
И наконец Vi= ΣPk(t*)dt для непрерывных технологических процессов.
Возможен расчет Vi по другим формулам.
После вычисления Vi (безаварийные процессы) производится запись Vi в определенные поля памяти энергонезависимого однократнопрограммируемого запоминающего устройства.
Ячейки (поля памяти) в энергонезависимой памяти, зарезервированные для хранения Pk, стираются. Процесс в дальнейшем продолжается аналогичным образом.
Предлагаемый "Контрольный процессор с информационным резервированием" разработан, изготовлен и испытан с положительными результатами в г. Омске в системе поддержания заданных температур в техпроцессе вулканизации резины.
Функциональная схема контрольного микропроцессора с информационным резервированием упомянутого вулканизатора изображена на фиг. 3. Данная функциональная схема является частью всей схемы вулканизатора.
В данном случае рассматривается работа лишь контрольного процессора.
Разработанная система (вулканизатор) обеспечивает:
- регулирование температуры;
- реализацию циклограммы работы устройства;
- ведение статистики работы системы;
- диагностику системы.
Устройство (вулканизатор) работает следующим образом.
Пользователь вулканизатора выбирает соответствующее время и температуру вулканизации через ИК порт связи (модуль D15 и ИК светодиод V11) и запускает в работу устройство. В процессе работы устройство реализует заданную циклограмму. После окончания одного цикла работы происходит сброс температуры и разблокирование всего устройства (в соответствии с заданной циклограммой).
Контрольный процессор перехватывает у управляющего устройства (см. фиг. 1) параметры регулирования системы через ПЛИС D1 и загружает ПЛИС программы контроля параметров (аппаратный, грубый контроль). После этого процессор контрольного процессора (микросхема D2) высчитывает функцию Pk = Pk(x,y,z, t).
В данном случае время дискретизации будет равно одной секунде. Всего в каждое дискретное время будет вычислено два значения функции Pk.
Figure 00000002

Figure 00000003

где Δt - период квантования (в данном случае одна секунда);
T - температура вулканизации нагревательной поверхности прижима вулканизатора,
а T = f(x)
где x - входы системы.
Функция
Figure 00000004
является отображением внутреннего состояния системы (y) и выходов системы (z).
Под внутренним состоянием системы будем понимать байт состояния, который поделен на две тетрады. Одна тетрада является функцией включения-выключения четырех электропневмоклапанов вулканизатора, другая тетрада отображает вершину графа схемы переходов циклограммы работы вулканизатора.
Под выходом системы будем понимать байт, который подается на регистр ШИМ, осуществляющий отображение уровня выходной мощности, которая подается на электроспираль нагревательного элемента.
Каждую секунду контрольный процессор записывает в микросхему флэш-памяти следующую информацию:
Figure 00000005

- байт внутреннего состояния системы;
- байт уровня выходной мощности нагревательного элемента.
Попутно производится контроль трассы работы программы и логический контроль решения задачи (обмен информации осуществляется через ПЛИС D1).
Возможны следующие состояния системы:
1) кратковременный сбой;
2) неправильное функционирование устройства (вулканизатора);
3) отключение вулканизатора от сети с потерей информации в управляющем устройстве.
Система при возникновении этих состояний реагирует следующим образом.
1.1. Кратковременный сбой с установкой неправильных выходных данных; этот сбой обнаруживается ПЛИС D1 на основе информации о вершинах графа переходов и о разрешенности в формировании выходных функций в данных вершинах. Контрольный процессор перезапускает управляющее устройство и отправляет его программу в вершину графа, в которой был сбой. При этом в случае появления неправильных выходных данных, ПЛИС D1 блокирует их выдачу.
1.2. Кратковременный сбой с переходом в нулевое состояние управляющего устройства (сброс). Управляющее устройство получает информацию из последней "правильно" записанной записи микросхемы D4 (флэш-память) и управляющее устройство восстанавливает свое предыдущее состояние.
2. Неправильное функционирование вулканизатора отслеживается и в самом управляющем устройстве и в самом контрольном процессоре; в контрольном процессоре информация отслеживается на двух уровнях - программном (микросхема D2) и аппаратном (микросхема D1). В зависимости от ситуации происходит перевод сигналов в безопасное состояние, после чего происходит сброс управляющего устройства с последующим переводом его в вершину графа состояния, до определения которого (состояние неправильного функционирования вулканизатора) была найдена "правильная" запись во флэш-памяти.
3. Отключение вулканизатора от сети с потерей информации в управляющем устройстве. В этом случае необходимо провести правильную разблокировку системы после подачи напряжения питания. Контрольный процессор производит поиск номера последней "правильной" записи флэш-памяти, в ячейке которой имеется информация о состоянии, в котором пропало сетевое напряжение. Контрольный процессор определяет текущее состояние системы и переводит управляющее устройство в безопасное состояние.
В случае неправильного функционирования вулканизатора по достижении внешнего или внутреннего состояния si (x,y,z,t), например, принудительный останов программы пользователем или окончание времени вулканизации производится расчет (контрольным процессором) интеграла теплоты по следующей формуле (безаварийный процесс):
Figure 00000006

где V1 - время вулканизации (интегральный параметр);
Тзад - заданная температура вулканизации.
На основе полученного V1 и фактически заданного времени вулканизации делается вывод (как контрольным процессором, так и управляющим устройством) о качестве вулканизируемой резины.
Аналогично можно подсчитать мощность, затраченную на реализацию технологического процесса вулканизации.
Значение V1, а также
Figure 00000007

V2 - время (это фактический параметр)
и V3 - t0,
где t0 - время окончания технологического процесса вулканизации записывается в энергонезависимое однократно- программируемое постоянное запоминающее устройство, при этом поля памяти, в которых записывались Pk, стираются.
Аналогичным образом весь процесс в дальнейшем повторяется. Предлагаемый контрольный процессор позволяет функционировать вулканизатору при одном отключенном температурном датчике на основе информации, полученной во время безаварийного процесса (множества Pk).
При потере информации, например, с верхнего датчика вулканизатора нижний датчик производит нормальный съем информации и на основании этой информации производится нормальное регулирование температуры нижнего прижима.
Множество Pk (для верхнего прижима), соответствующее отображению уровня выходной мощности ко времени, будет соответствовать и множеству Pk, соответствующее выходной мощности, времени и температуре (для нижнего прижима).
Регулирование мощности нагревателя в верхнем прижиме вулканизатора должно осуществляться следующим образом:
1) проводить поиск с нулевой записи в сторону увеличения ее номера, пока T и уровень выходной мощности (в дальнейшем W) не будут меньше по модулю заданного ε (в множестве Pk для нижнего прижима);
2) выдать в верхний прижим нагревателя уровень мощности, соответствующий номеру данной найденной записи для верхнего прижима, сделанной в равных условиях при безаварийном процессе;
3) при поступлении следующего Pk аналогичным образом провести поиск ближайшей пары T и W для нижнего прижима и выдать соответствующий W в верхний прижим.
Система поиска информации соответствующих пар T и W должна быть построена таким образом, чтобы при выборе пары с увеличением в большую сторону номера записи ε искусственно уменьшается, а при уменьшении номера записи ε искусственно увеличивается (так называемая система штрафов-поощрений).
Таким образом, предлагаемая система позволяет осуществить полное информационное резервирование процессов в управляющей системе (вулканизатора). При этом пользователю будет интересно узнать количественные характеристики системы (множество Vi).
Литература:
1. "Устройство для контроля параметров", описание изобретения к а.с.СССР N 1820362, кл. G 05 В 23/02, G 06 F 15/46, опубликовано в БИ N 21, 07.03.93 г.

Claims (1)

  1. Контрольный процессор с информационным резервированием, содержащий микропроцессор, соединенный с энергонезависимой памятью, отличающийся тем, что процессор содержит энергонезависимое однократнопрограммируемое запоминающее устройство, блок активных средств защиты, а микропроцессор предназначен для программного контроля в системе управления управляющего устройства с объектом управления, для вычисления значений функции Pk образа системы управления в определенный момент времени, записи указанного значения функции в энергонезависимую память, при достижении определенного события микропроцессор производит расчет количественных характеристик Vi объекта управления, запись Vi в определенные поля памяти энергонезависимого однократнопрограммируемого запоминающего устройства и стирание зарезервированных для хранения значений функций Pk из энергонезависимой памяти, а энергонезависимое однократнопрограммируемое запоминающее устройство соединено с указанным микропроцессором и блоком активных средств защиты.
RU99111889A 1999-06-07 1999-06-07 Контрольный процессор с информационным резервированием RU2159457C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99111889A RU2159457C1 (ru) 1999-06-07 1999-06-07 Контрольный процессор с информационным резервированием

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99111889A RU2159457C1 (ru) 1999-06-07 1999-06-07 Контрольный процессор с информационным резервированием

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2159457C1 true RU2159457C1 (ru) 2000-11-20

Family

ID=20220819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99111889A RU2159457C1 (ru) 1999-06-07 1999-06-07 Контрольный процессор с информационным резервированием

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2159457C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7991582B2 (en) 2004-09-30 2011-08-02 Rosemount Inc. Process device with diagnostic annunciation
RU2480807C2 (ru) * 2011-07-08 2013-04-27 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Способ построения вычислительного процесса испытаний аппаратуры
RU2616497C1 (ru) * 2015-12-08 2017-04-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Способ периодического тестирования цифровой подстанции
RU2716389C1 (ru) * 2019-03-26 2020-03-11 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва" Способ построения вычислительного процесса испытаний аппаратуры с мультиинтерфейсным взаимодействием

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШЕВКОПЛЯС Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. - М.: Радио и связь, 1993, с.74-76. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7991582B2 (en) 2004-09-30 2011-08-02 Rosemount Inc. Process device with diagnostic annunciation
RU2480807C2 (ru) * 2011-07-08 2013-04-27 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Способ построения вычислительного процесса испытаний аппаратуры
RU2616497C1 (ru) * 2015-12-08 2017-04-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Способ периодического тестирования цифровой подстанции
RU2716389C1 (ru) * 2019-03-26 2020-03-11 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва" Способ построения вычислительного процесса испытаний аппаратуры с мультиинтерфейсным взаимодействием

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1247213A (en) Thermostat means adaptively controlling the amount of overshoot or undershoot of space temperature
CN102735365B (zh) 环境温度检测装置及其故障判断方法
CN101652913A (zh) 利用适于提供开路电池电压恒定变化速率的恒定电流为电池充电的方法
CN102377586B (zh) 一种网络旁路装置及其处理网络旁路的方法
CN104633925A (zh) 热泵热水机系统及其控制方法
CN105509325B (zh) 热水器及其用水数据采集方法
JP4063124B2 (ja) ガスメータ
RU2159457C1 (ru) Контрольный процессор с информационным резервированием
AU2017228556B2 (en) Water Heater Controller
US9680324B2 (en) Energy harvesting damper control and method of operation
CN115167114B (zh) 一种电热片恒温控制方法及系统
CN110096125A (zh) 用于保存存储器数据的计算机实施方法及计算机系统
CN104337395A (zh) 饮水机、液体加热装置及其加热控制方法
US11378283B2 (en) Hot water supply device
US7185825B1 (en) Programmable thermostat employing a fail safe real time clock
CN104656477B (zh) 空气能热水器的供电系统及其控制方法
WO2017119702A1 (ko) 대기전력을 차단하는 전원 어댑터 및 그 제어 방법
EP4086718B1 (en) Parallel transformer temperature measurement and fault detection system
CN108023403A (zh) 用于防止对过程控制部件的关断功能的错误触发的方法和装置
CN111076388B (zh) 一种服务器环境升温控制系统及方法
CN205720603U (zh) 备用电源供电时间检测装置
CN221261206U (zh) 一种基于变配电站直流系统的定时自动放电试验装置
CN110324031A (zh) 一种氮气供应系统以及电磁阀的控制电路
CN103135465A (zh) 一种航天器扩频应答机在轨闩锁故障的解除方法
JPS62736A (ja) 暖房装置の改良方法およびそのための制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090608