SU1709569A1 - Устройство дл контрол и резервировани информационно-измерительных систем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам дл  КОНТРОЛЯ и оеэервировани! информационно-измерительных систем и Может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых систем. Цель изобретени  - повышение надежности устройства за счет контрол  погрешности точного канала. Устройство содержит регистр 1 точного канала, первый - третий 2-4 регистры грубых каналов, выходной регистр 5, регистр отказов 14. коммутатор 17. первый - четвертый 9-12 блоки сравнени , блок 8 устранени  данных, генератор 7 константы, генератор 6 тактовых импульсов, триггер пуска 15. злемент ИЛИ 23. Зил.Фиг.1^Ою ел о о

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых систем. Цель изобретени  - повышение надежности устройства за счет вы влени  отказа точного канала по причине плавного наростани  погрешности последнего. На фиг.1 приведена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - функциональна  cxesyia блока усреднени  данных; на фиг.З - функциональна  схема блока фиксации отклонени . Устройство (фиг.1) содержит регистр точного канала, первый-третий регистры 2-4 грубых каналов, выходной регистр 5, генератор б тактовых импульсов, генератор 7 контакт, блок 8 устранени  данных, первыйчетвертый блоки 9-12 фиксации отклонений, регистр 13 сбо , регистр 14 отказа, триггер 15 пуска, триггер 16 первого такта, коммутатор 17, коммутатор 18 устраненных значений , сумматор 19, регистр 20 усредненных значений, первый 21, второй 22 элементы И, элемент ИЛИ 23, первый-четвертый информационные входы 24-27, вход 28 пуска, вход 29 останова, информационный выход 30, выход 31 регистра сбо , вцход 32 регистра отказа. Блок 8 усреднени  данных {фиг.2) содержит узел 33 пам ти, первый 34, второй 35 сумматоры, коммутатор 36, переый 37 третий 39 блоки элементов И, мажоритарный элемент 40, элемент И 41. Блок 9 фиксации отклонений (фиг.З) содержит первую 42, вторую 48 схемы сравнени , сумматор 44, первый 45, второй 46 коммутаторы, элемент НЕ 47. Регистр 1 служит дл  записи и хранени  значени  параметра, измер емого точным каналом ИИС. Регистры 2-4 предназначены соответственно дл  записи и хранени  приближенных значений параметра, измер емых первым, вторым и третьим грубыми каналами ИИС. Регистр 5 служит дл  записи , хранени  и выдачи на выход 30 ИСС итогового значени  параметра, которое в зависимости от исправности каналов ИИС совпадает либо с точным значением параметра , формируемым точным каналом ИИС, либо  вл етс  средним значением приближенных значений параметра, формируемых исправными грубыми каналами ИИС. Генератор 7 константы предназначен дл  формировани  значени  номинального и максимально допустимого значений вектора приращени  за такт параметра. Блок 8 устранени  данных обеспечивает формирование среднего значени  параметра на основании значений параметра, формируемых исправными грубыми каналами ИИС. Его выходной сигнал используетс  в качестве выходного значени  измер емого параметра (т.е. поступает на выход 30 устройства) в случае отказа точного канала ИИС. При всех исправных грубых каналах ИИС блок 8 формирует выходной сигнал как среднее арифметическое трех значений параметра , поступивших из первого-третьего грубых каналов. При отказе одного из грубых каналов блок 8 формирует сигнал в результате усреднени  значений параметра , поступивших от двух оставшихс  исправных грубых каналов ИИС. При отказе двух грубых каналов блок 8 передает выходной сигнал исправного грубого канала на свой выход без изменени . Функциональна  схема 8 представлена на фиг. 2. Значени  измер емого параметра поступают с выходов регистров 3-4 на выходы групп элементов И 37-39 соответственно , на вторые входы которых подаютс  сигналы с первых выходов второго ТО - четвертого 12 блоков фиксации отклонени  соответственно , единичные значени  которых свидетельствуют об отказе (сбое) первого-третьего грубых каналов ИИС соответствен но. При исправном состо нии всех грубых каналов ИИС значени  параметра всех трех каналов суммируютс  в сумматорах 34 и 35 результата суммировани  подаетс  на младшие адресные входы узла 33 пам ти, на котором реализуетс  табличное деление полученной суммы на 3 и на 2. В качестве старшего разр да адреса узла 33 пам ти используетс  выходной сигнал элемента И 41, который равен нулю при исправном состо нии всех грубых каналов ИИС и единице - при по влении отказавших каналов. Таким образом, пам ть узла 33 оказываетс  разделенной на две страницы. В первой странице (при нулевом старшем разр де адреса) в каждой  чейке записываетс  результат делени  суммарного значени  параметра, полученного на выходе сумматора 35, на три. При этом сумма значений параметра, сформированных первым-третьим каналами, используетс  в качестве адреса  чейки пам ти узла 33. Во второй странице (при единичном значении старшего разр да) в каждой  чейке записываетс  результат делени  суммы значений параметра, формируемых двум  исправными каналами на два. Таким образом, в данных случа х на выходеблока8 присутствуетсреднее значение параметра, поступившего из трех или из двух исправных каналов. Значение параметра , сформированное неисправным грубым каналом, не проходит на выход соответствующей группы элементов И 37 (38, 39), так как на инверсном входе группы элементов присутствует единичный сигнал. В этом случае суммирование осуществл етс  с нулевым кодом, что не искажает кон чный результат.

При Отказе двух грубых каналов ИИС выходной сигнал блока 8 формируетс  следующим образом. При по влении двух ёди-. ничных сигналов на входах мажоритарного элемента 40 на его выходе по вл етс  единица и на выходе коммутатора 36 по вл етс  значение единственного исправного канала.

Блок 9 усреднени  данных предназначен дл  определени  вектора разности текущего значени  параметра со значением параметра полученным в предыдущем такте , и сравнени  полученного рассогласовани  с номинальным и максимально допустимым, формируемыми на соответствующих выходах генератора 7 константы. Если результат сравнени  меньше или равен номинальному значению, то на третьем 9.3 выходе блока 9 формируетс  единичный сигнал, а на остальных нулевые. Если результат сравнени  меньше максимального значени , но больше номинального, то на первом 9.1 выходе формируетс  единичный сигнал, а на остальных - нулевое. Если результат сравнени  больше или равен максимальному , то на первом 9.1 и втором 9.2 выходах единичный сигнал, а на третьем 9.3 нулевой (фиг.З).

Сравниваемые значени  параметра в текущем такте и полученное в предыдущем поступают на вход схемы 42 сравнени . С выхода схемы сравнени  на коммутатор, на входе которого меньшее число, поступает единичный сигнал, и меньшее число через соответствующий коммутатор поступает на вход сумматора 44 в обратном коде (если сравниваемые числа равны, то на управл ющий вход коммутатора поступает единичный сигнал и на его выходе формируетс  нулевой код). Полученна  в сумматоре разность поступаеть на вход второй схемы сравнени , где по результатам сравнени  формируютс  управл ющие сигналы. Работа и устройство блоков 10-12 усредненных данных аналогичны, но в них пс1ступают значени  от соответствующих грубых каналов .

Регистр 13 сбо  служит дл  записи, хранени  и выдачи на выход 31 и входы управлени  регистра 14 в соответствии с сигналами, полученными от блоков сравнени , информации о сбо х в каналах.

Регистр 14 фиксирует отказ точного и грубых каналов ИИС, если в предыдущем такте в этих каналах был зафиксирован отказ (сбой). Регистр 14 может забыть факт

отказа грубых или точного каналов, если неисправность в соответствующем канале перестала про вл тьс .

Триггер 15 пуска предназначен дл  внешнего запуска и останова устройства.

0 Триггер 16 первого такта, элемент И 21, ИЛ И 23 служат дл  организации правильного функционировани  и записи параметра, измер емого точным каналом в первом так . те., ., .

5 Коммутатор 17 канала передает ха информационный вход регистра 5 значение параметра с выхода точного канала (записанное в регистре 1), при его исправном состо нии, либо среднее значение парамет0 ра, сформированное блоком 8 на основании усреднени  сигналов грубых каналов ИИС. : Коммутатор 18 усредненных значений, элемент И 22 позвол ют организовать запись измер емого параметра в регистр усредненных значений. Если исправен точный канал и есть исправные грубые каналы, в регистр усредненных значений записываетс  среднее значение измер емого параметра , найденного как среднее значение

0 суммы параметра точного канала и среднего значени  грубых каналов Если точный канал неисправен, в регистр усредненных значений записываетс  среднее значение параметра исправных грубых каналов: если

5 неисправны грубые каналы - значение измеренного параметра точным каналом.

Сумматор 19 предназначен дл  формировани  в каждом такте среднего значени  измер емого параметра. Это значение формируетс  как сумма значений параметра, измер нного точным каналом, и среднего арифметического значений параметра, измеренного грубыми каналами, деление на два. Регистр 20 усредненных значений

5 предназначен дл  хранени  среднего значени  параметра, сформированного в i-том такте..

В исходном состо нии все регистры и триггеры устройства обнулены, в блоке пам ти блока усреднени  данных записаны коды, обес.печивающие реализацию функции делени  суммы значений параметра на два и на три. В генераторе константы записаны значени  векторов номинального и

5 предельно допустимого отклонений параметра за один такт. Цепи установки исходного на фиг.1-3 не показаны.

Функционирование устройства начинаетс  по команде Пуск, поступающий на . вход 28. По этой команде триггер 15 устанавливаетс  в единичное состо ние и единичный сигнал с его выхода поступает на вход управлени  генератора 6. На выходе генератора б по вл ютс  сдвинутые друг относительно друга последовательности импульсов. Информаци  о значени х параметра точного и грубых каналов ИИС поступает на входы 24-27 регистров 1-4 соответственно асинхронно. Однако поступление значений параметра на эти входы завершаетс  до поступлени  синхроимпульса с выхода 6.1 генератора 6, В дальнейшем изменени  значений параметра также осуществл ютс  всеми каналами в течение одного цикла, в паузе между поступлением синхроимпульсов с выхода 6.1 генератора 6. По первому синхроимпульсу с выхода 6.1 генератора 6 в регистры 1-4 занос тс  значени  параметра, поступившие из точного и грубых каналов. Значени  параметра , измеренного грубыми каналами, поступают на вход блоков 10-12 фиксации отклонений и на вход блока 8 усреднени  данных. Усредненное значение параметра с выхода блока 8 устранени  поступает на входсумматора 19, где происходит суммирование со значением параметра, измеренного точным каналом. Среднее значение результата суммировани  поступает со -(2+п+1)-го разр да сумматора на второй информационный вход коммутатора 18. Такой алгоритм суммировани  значени  параметра , измереннего грубыми и точным каналом , с одной стороны, дает приоритет значению, измеренному точным каналом, что при его исправной работе позвол ет практически не ухудшать полученное им значение; с другой, - исключает возможность иеобнаружени  его отказа в случае плавного нарастани  погрешности последнего . С выхода коммутатора 18 усредненное значение параметра поступает на информационный вход регистра 20 усредненного значени  и на второй информационный вход коммутатора 17, В дальнейшем функционирование устройства зависит от наличи  или отсутстви  отказов в точном и грубых каналах ИИС. Рассмотрим работу устройства при исправном состо нии каналов ИИС, а также при по влении сбоев и отказовв них. 1. Все каналы ИИС исправны, возможен сбой или отказ грубых каналов. В этом случае после записи информации в регистры 1-4 на выходах блоков 9-12 фиксации отклонений (фиг.З) по вл ютс  нулевые или единичные сигналы. Каковы значени  этих сигналов не важно, так как регистры сбо  13 и отказы 14 (фиг,1) не готовы к работе. По второму 6,2 тактовому импульсу значение измер емого параметра точным каналом, через коммутатор 17, открытий инверсным триггером 16, записываетс  в выходной регистр 5. По заднему фронту этого же импульса триггер 16 устанавливаетс  в единичное состо ние. По следующему первому трактовому импульсу в регистры 1-4 вновь записываетс  значение измер емого параметра. На этот раз на выходах блоков 9-12 фиксации отклонений устанавливаютс  нулевые потенциалы, за исключением выхода 9.3 блока 9 сравнени . Единичный сиггчал на этом выходе говорит о том, что разность значений параметра, измеренного во втором и первом тактах точным каналом, находитс  в области номинального отклонени  у). Единичным сйгналом с этого выхода через элемент ИЛИ 23 коммутатор 17 настраиваетс  на примем измеренного значени  от точного канала. По следующему второму 6.2 тактовому импульсу в выходной регистр 5 записываетс  это значение. В регистр 20 записываетс  среднее значение измер емого параметра дл  последующего его сравнени  (в следующем такте) со значени ми, измер емыми точным и грубыми каналами, что позвол ет избежать неправильного функционировани  устройства из-за нарастани  погрешности измерени  точного канала. Этим импульсом через открытый триггером первого канала 16 элемент И 21 в регистры 13 и 14 записываютс  значени  результатов сравнени  с блоков 9-12 фиксации отклонений . Если произошел отказ одного или нескольких грубых каналов, то в этом такте единичные сигналы с первых выходов блоков 9-11 фиксации отклонений соответствующих каналов записываютс  по второму 6.2 тактовому импульсу в регистр 13 сбо  и разрешают запись признака отказавшего канала в регистр 14 отказа. Если факт отказа в следующем такте подтверждаетс , то в соответствующий разр д регистра 14 отказа записываетс  единичное значение. Если факт отказа не подтверждаетс , то в зависимости от того, в какой области или (pi находитс  разность измеренного значени  грубым и точным каналами (в предыдущем такте) соответствующий разр д регистра 13 сбо  обнул етс  или остаетс  в единичном состо нии. При отказе всех трех грубых каналов на выходе элемента И 22 формируетс  единичный сигнал ив регистр 20, также как и в регистр 5, записываетс  значение параметра, измеремноеточным каналом..В дальнейшем при исправном состо нии точного канала устройство работает аналогичным образом.

2. Отказ точного канала, возможны сбои и отказы грубых каналов.

Предлагаемое устройство позвол ет фиксировать как резкие отказы точного канала , обусловленные отказами его элементной базы, так и плановые (постепенные), происход щие из-за старени;  элементов, выхода внешних факторов за пределы допуска (температура влажность и т.д.), или по каким-либо другим причинам.

При по влении резкого отказа точного канала (единичные значени  выходов 9,.1, 9.2, нулевое значение выхода 9.3) нулебой сигнал на выходе 9.3 блока 9 фиксации отклонений переключает коммутатор 17 на прием информации от блока усредненных данных грубых каналов. По второму тактовому импульсу в четвертый разр д регистра 13 сбо  записываетс  единичное значение. В следующем такте, по второму тактовому импульсу в четвертый разр д регистра отказа 14 записываетс  единичное значение. В дальнейшем значение измер емого tiaраметра будет формироватьс  в блоке 8 данных от грубых каналов. Если произошел отказ грубого канала, то единичному сигналу с первого выхода соответствующего блока фиксации отклонений отказавший канал исключаетс  из процесса усреднени  в блоке 8. В дальнейшем устройство работает аналогичным образом.

При постепенном отказе точного канала , некоторое врем , пока результат сравнени  измеренного параметра в I+1-м и 1-м тактах не выходит за пределы допуска выходной регистр 5 поступает значение с выхода регистра 1. В некоторый момент Ti допуск (f будет превышен и на выходе 9.1 блока фиксации отклонений по вл етс  единичное значение. Благодар  этому в регистре 13 сбо  формируетс  признак сбо  точного канала и результаты измерени , поступающие в регистр 1, игнорируютс , а в выходной регистр 5 заноситс  усредненное значение измерений грубых каналов. В момент времени Т2 е регистре Сформируетс  признак отказа. Если в дальнейшем происходит самовосстановление точного канала (например, вследствие улучшени  внешних факторов), то в четвертые разр ды регистров 13 и 14 записываютс  нулевые значени  и вновь учитываютс  результаты измерени  параметра точного канала. Возможность восстановлени  точного канала в аналогах и прототипе невозможна. В остальном работа устройства при постепенном и резком отказах аналогична.

Claims (1)

1. Отказ ИИС, наступает после отказа последнего работоспособного канала. Формула изобрет е н и   Устройство дл  контрол  и резервировани  информационно-измерительных систем , содержащее выходной регистр, выход которого  вл етс  информационным выходом устройства, регистр отказа, коммутатор , первый - четвертый блоки сравнени ,

   0 регистр точного канала, первый - третий регистры грубых каналов, генератор констант , блок усреднени  данных, элемент ИЛИ и последовательно соединенные триггер пуска и генератор тактовых импульсов,

   5 первый выход которого соединен с входами синхронизации регистра точного канала и первого - третьего регистров грубых каналов , информационные входы которых соединены с одноименными, информационными входами устройства, выходы порога приращени  генератора, констант подключены к одноименным входам первого-четвертого блоков сравнени , первые информационные входы которых соедине5 ны с выходами регистра точного канала и первого-третьего регистров грубых каналов соответственно, выход регистра точного канала подключен к первому информационному входу коммутатора, выход которого

   0 соединен с информационным входом выходного регистра, а выходы первого-третьего регистров грубых каналов соединены с соответствующими информационными входами блока усреднени  данных, вход установки триггера пуска  вл етс  входом Пуск устройства, о т л и ч а ю Щ е е с   тем, что, с целью повышени  надежности устройства за счет контрол  погрешности точного канала, в устройство введены сумматоры,

   0 регистр и коммутатор усредненных значений , триггер первого такта, первый и второй элементы И и регистр сбо , выходы которого  вл ютс  одноименными выходами устройства и подключены к входам разрешени  регистра отказа, выход которого  вл етс  одноименным выходом устройства, а вход синхронизации соединен с входом синхронизации регистра сбо  и подключен к выходу первого элемента И, первый вход

   0 которого соединен с входами синхронизации выходного регистра и регистра усредненных значений, с входом установки триггера первого такта и подключен к второму выходу генератора тактовых импульсов,

   5 инверсный выход сравнени  с порогом первого блока сравнени  подключена первому входу элемента ИЛИ, к вторым входам первого элемента И и элемента ИЛИ подключены пр мой и инверсный выходы триггера первого такта соответственно, выход элемента ИЛИ подключен к управл ющему входу коммутатора и первому управл ющему входу коммутатора усредненных значений, выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора и информационным входом регистра усредне1 ных значений, выход которого подключен к вторым информационным входам первого-четвертого блоков сравнени , выход второго элемента И - к второму входу коммутатора усредненных значений, к первому-третьему информационным входам которого подключены соответственно выходы блока усреднени  данных, регистра точного канала и сумматора, входы которых соединены с выходами регистра точного канала и блока усреднени  данных, первый-третий управл ющие входы которого соединены с входами второго элемента И и подключены к выходам сравнени  с порогом второго-четвертого блоков сравнени  соответственно, выходы сравнени  с приращением п рвогочетвертого блоков сравнени  подключены к входам установки одноименных разр дов отказа, а выходы сравнени  с приращением peгиctpa к информационным входам одноименных разр дов регистра сбо  и входам сброса одноименных разр дов регистра отказа , вход сброса триггера пуска  вл етс  входом остановки устройства.

   Фиг. 2

   9.1 9.Z

   аз

   9(ЮЩ

   Фиг, J