АДАПТИВНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2003 года по МПК G06F11/18 H05K10/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в резервированных системах управления, а также в адаптивных резервированных устройствах.

Известно адаптивное резервированное устройство, содержащее резервируемые блоки, блоки контроля и индикации, элементы ИЛИ, пороговый элемент. Каждый блок контроля и индикации в свою очередь содержит элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТИ, элемент НЕ, элемент задержки, элемент И, дифференцирующие элементы, триггер и элемент индикации [1] . Недостатком данного устройства является низкая надежность ввиду одновременной непрерывной работы в составе устройства всех его резервируемых блоков.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является адаптивное резервированное устройство, содержащее резервируемые блоки, блоки контроля, восстанавливающий блок, многовходовый элемент ИЛИ, триггеры блокировки, счетчик отказов, вход начальной установки устройства, формирователь импульсов отказа, дешифратор кода отказа, блоки управления блокировкой [2]. Недостатком данного устройства является низкая надежность. Во-первых, она вызвана наличием в составе устройства счетчика отказов, являющегося общим для всех его каналов, а также являющегося наиболее подверженным сбоем по сравнению с остальными элементами устройства, кроме триггеров блокировки. В связи с этим сбой в работе счетчика может привести к несанкционированному включению любого из резервируемых блоков, как ранее отказавшего, так и исправного из резерва, что нарушит логику работы устройства. Сбой в работе счетчика, отказов, приводящий к несанкционированному его переходу (без последующего возврата) из одного состояния в другое, может вызвать его переход как из исходного состояния в какое-то предыдущее состояние, так из исходного состояния в какое-то последующее состояние. В первом случае перехода счетчика в работу будут опять поочередно (последовательно) включены и соответственно последовательно отключены ранее отказавшие резервируемые блоки, помимо функционирующих трех исправных резервируемых блоков на момент сбоя счетчика. Если в ходе такого процесса последовательного включения и отключения ранее отказавших резервируемых блоков произойдет, хотя и с небольшой вероятностью, отказ одного из трех исправно функционирующих резервируемых блоков, то достоверное формирование устройством значения выходного сигнала будет нарушено. Во втором случае перехода счетчика в работу будет включен какой-то последующий работоспособный резервируемый блок, следующий за одним резервируемым блоком или несколькими резервируемыми блоками, ранее не включаемыми в работу, что не нарушит достоверное функционирование устройства, но снизит его надежность (общий ресурс его работы). Во-вторых, низкая надежность устройства вызвана отсутствием в ходе его работы процедуры снятия питания с каждого блока контроля после определения им отказа резервируемого блока, контролируемого этим блоком контроля. Если в указанном случае питание с блока контроля не производить, то каждый раз на входах этого блока контроля расхождение значения нулевого сигнала отказавшего и отключенного от питания резервируемого блока со значением единичного сигнала восстанавливающего блока будет приводить соответственно каждый раз к появлению единичного сигнала на выходе этого блока контроля. Такое ложное появление сигнала единичного значения на выходе блока контроля каждый раз будет приводить к подаче питания на дополнительные, кроме трех нагруженных питанием, резервируемые блоки, что нарушит заданный процесс резервирования (гибридного резервирования), то есть в конечном итоге приведет к постоянному резервированию, которое снизит надежность (общий ресурс) работы устройства. В-третьих, низкая надежность устройства вызвана наличием в последнем его канале блока контроля, в котором нет необходимости в составе устройства для обеспечения требуемой логики его работы. Это объясняется тем, что резервируемый блок, подключенный к этому блоку контроля, включается в работу последним и в связи с этим отключать его после его же отказа нет необходимости ввиду того, что на момент отказа резерв подобных блоков будет исчерпан, а соответственно и нет необходимости этот последний резервируемый блок контролировать. Контроль остальных же резервируемых блоков организован только для целей их отключения в случае отказа и включения резервируемых блоков взамен отказавших блоков.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивное резервируемое устройство, содержащее n резервируемых блоков, (n-1) блоков контроля, n триггеров блокировки, в каждом канале, начиная с пятого канала и включая n-й канал, двухвходовый элемент И, в каждом канале, начиная с шестого канала и включая n-й канал, двухвходовый элемент И, в каждом канале, начиная с четвертого канала и включая (n-1)-канал, двухвходовый элемент ИЛИ, и общий для всех каналов восстанавливающий блок, выход которого является информационным выходом устройства и соединен с входами эталонного сигнала каждого из (n-1) блоков контроля, входы контролируемых сигналов которых подключены к входам соответствующих (n-1) резервируемых блоков, выходы первого-третьего блоков контроля соединены с установочными входами соответствующих первого-третьего триггеров блокировки, входы сброса которых соединены с входом начальной установки устройства, который соединен с одним входом двухвходовых элементов ИЛИ четвертого (n-1)-го каналов, выходы двухвходовых элементов ИЛИ четвертого (n-1)-го каналов соединены со сбросовыми входами соответственно четвертого (n-1)-го триггеров блокировки, выход каждого из n резервируемых блоков соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего блока, первый-третий управляющий входы которого соединены с инверсными выходами соответственно первого-третьего триггеров блокировки, четвертый (n-2)-й управляющий входы восстанавливающего блока соединены с прямыми выходами соответственно четвертого (n-2)-го триггеров блокировки, инверсные выходы первого-третьего триггеров блокировки соединены с входами управления питанием соответственно первого-третьего резервируемых блоков, прямые выходы четвертого -n-го триггеров блокировки соединены с входами управления питанием соответственно четвертого n-го резервируемых блоков, дополнительно введены в четвертый канал трехвходовый элемент ИЛИ и (n-3)-входовый элемент И, в пятый канал четырехвходовый элемент ИЛИ и три двухвходовых элемента И, в каждый канал с номером j, начиная с пятого канала и включая (n-1)-канал, ((n+2)-j)-входовый элемент И, входы трехвходового элемента ИЛИ четвертого канала соединены с выходами первого-третьего блоков контроля, выход трехвходового элемента ИЛИ четвертого канала соединен с первым входом (n-3)-входового элемента И этого же канала, остальные входы которого соединены с инверсными выходами триггеров блокировки всех каналов, следующих за четвертым каналом, выход (n-3)-входового элемента И четвертого канала соединен с установочным входом триггера блокировки этого же канала, первый вход какого ((n-2)-j)-входового элемента И j-го канала соединен с выходом элемента ИЛИ этого т.е. j-го канала, второй вход ((n+2)-j)-входового элемента И соединен с прямым выходом триггера блокировки (j-1)-го канала, остальные входы ((n+2)-j)-входового элемента И j-го канала соединены с инверсными выходами триггеров блокировки всех каналов, следующих за j-ым каналом, выход ((n+2)-j)-входового элемента И j-го канала соединен с установочным входом триггера блокировки этого же канала, выход элемента ИЛИ j-го канала соединен с первым входом элемента ИЛИ (j+1)-го канала, второй вход двухвходового элемента ИЛИ i-го канала, начиная с шестого канала и включая (n-1) канал, соединен с выходом двухвходового элемента И того же i-го канала, один вход двухвходового элемента И i-го канала соединен с прямым выходом триггера блокировки (n-1)-го канала, второй вход двухвходового элемента И i-го канала соединен с выходом блока контроля (i-1)-го канала, входы четырехвходового элемента ИЛИ пятого канала соединены с выходами первого-четвертого двухвходовых элементов И, первые входы первого-четвертого двухвходовых элементов И соединены с прямыми выходами соответственно первого-четвертого триггеров блокировки, вторые входы первого-четвертого двухвходовых элементов И соединены с выходами соответственно первого-четвертого блоков контроля, двухвходовый элемент ИЛИ (n-1)-го канала, связанный одним входом с выходом двухвходового элемента ИЛИ (n-2)-го канала, соединен своим выходом также с первым входом двухвходового элемента И n-го канала, второй вход двухвходового элемента И n-го канала соединен с прямым выходом триггера блокировки (n-1)-го канала, выход двухвходового элемента И n-го канала соединен с первым входом двухвходового элемента ИЛИ того же канала, второй вход которого соединен с выходом блока контроля (n-1)-го канала, выход двухвходового элемента ИЛИ n-го канала соединен с установочным входом триггера блокировки того же канала, сбросовый вход которого соединен с входом начальной установки устройства, инверсные выходы первого-третьего триггеров блокировки соединены с входами управления питанием соответственно первого-третьего блоков контроля, прямые выходы четвертого-(n-1)-го триггеров блокировки соединены со входами управления питанием соответственно четвертого (n-1)-го блоков контроля, вторые входы двухвходовых элементов ИЛИ четвертого (n-1)-го каналов соединены с выходами соответственно блоков контроля четвертого -(n-1)-го каналов.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых связей и новых элементов: трехвходового элемента ИЛИ, четырехвходового элемента ИЛИ, (n-3)-входового элемента И, трех двухвходовых элементов И, ((n+2)-j)-входового элемента И для j-го канала. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

При введении в заявляемое устройство новых связей и элементов оно проявляет новое свойство, выражающееся в повышении его надежности.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Адаптивное резервированное устройство содержит резервируемые блоки 1₁,.. . , 1_n, восстанавливающий блок 2 с информационным выходом 3, являющимся выходом устройства, блоки контроля 4₁,...,4_n-1, триггеры блокировки 5₁,...,5_n, вход 6 начальной установки устройства, информационные входы 7₁,...,7_n восстанавливающего блока 2, управляющие входы 8₁,...,8_n-2 восстанавливающего блока 2, входы 9 управления питанием резервируемых блоков 1₁,...,1_n элементы ИЛИ 10₄; ИЛИ 10₅;..., ИЛИ 10_i;...; ИЛИ 10_n-1 (где i - номер канала), элементы И 11₅; ...; И 11_5,k;...; И 11_5,4 (где 5 - номер канала, К-порядковый номер элемента в данном канале); И 11₆;...; И 11_n; элементы ИЛИ 12₄; ИЛИ 12₅; . . .; ИЛИ 12_n, элементы И 13₄, И 13₅,..., И 13_n-1, входы 14 управления питанием блоков контроля 4₁,...,4_n-1, причем информационный выход 3 восстанавливающего блока И соединен с входами эталонного сигнала блоков контроля 4₁, ..., 4_n-1, входы контролируемых сигналов которых подключены к входам соответствующих резервируемых блоков I₁,...,I_n-1 выходы блоков контроля 4₁,... ,4₃ соединены с установочными входами соответстветственно триггеров блокировки 5₁,...,5₃, входы сброса которых соединены с входом 6 начальной установки устройства, который соединен с одним входом двухвходовых элементов ИЛИ 10₄; ИЛИ 10_n-1, выходы которых соединены со сбросовыми входами соответственно триггеров блокировки 5₄, . . .,5_n-1, выходы резервируемых блоков I₁,...,I_n соединены с соответствующими информационными входами 7₁,...,7_n восстанавливающего блока 2, управляющие входы 8₁,...,8₃ которого соединены с инверсными выходами соответственно триггеров блокировки 5₁,...,5₃, управляющие входы 8₄, . ..,8_n-2 восстанавливающего блока 2 соединены с прямыми выходами соответственно триггеров 5₄,...,5_n-2, блокировки, инверсные выходы триггеров блокировки 5₁, . ..,5₃ соединены с входами 9 управления питанием соответственно резервируемых блоков I₁,...,I₃, прямые выходы триггеров блокировки 5₄, ...,5_n соединены с входами 9 управления питанием резервируемых блоков I₄,... , I_n, входы трехвходового элемента ИЛИ 12₄ соединены с выходами блоков контроля 4₁, ...,4₃, выход элемента ИЛИ 12₄ соединен с первым входом (n-3)-входового элемента И 13₄, остальные входы которого соединены с инверсными выходами триггеров блокировки 5₅,...,5_n, выход элемента И13₄, соединен с установочным входом триггера блокировки 5₄, первый вход каждого из ((n+2)j) входовых элементов И 13₅; . ..; И 13_j;..., И 13_n-1 j-го канала (n-1)≥j≥5) соединен с выходом соответственно одного из элементов ИЛИ 12₅;..., ИЛИ 12_j;. ..; ИЛИ 12_n-1 этого же j-го канала, второй вход каждого из элементов И 13₅;. . . , И 13_j;..., И13_n-1 j-го канала соединен с прямым выходом триггера блокировки 5_j-1 (j-1)-го канала, остальные входы каждого из элементов И 13₅,... , И 13_j,..., И 13_n-1 j-го канала соединены с инверсными выходами триггеров блокировки 5_j+1, . .., 5_n, следующих за j-ым каналом, выход каждого из элементов И 13₅, . .., И 13_j,..., И 13_n-1 j-го канала соединен с установочным входом соответственного одного из триггеров блокировки 5₄,...,5_j,..., 5_n-1 j-го канала, выход элемента ИЛИ12_j, j-го канала соединен с первым входом элемента ИЛИ 12_j+1(j+1)-гo канала, второй вход двухвходового элемента ИЛИ 12_i i-го канала ((n-1)≥i≥6 соединен с выходом двухвходового элемента И 11₄ этого же i-го канала, один вход двухвходового элемента И 11_i i-го канала соединен с прямым выходом триггера блокировки 5_i-1(i-1)-гo канала, второй вход элемента И 11_i i-го канала соединен с выходом блока контроля 4_i-1(i-1)-го канала, входы четырехвходового элемента ИЛИ 12₅ соединены с выходами элементов И 11_5,1, . . .,И 11_5,4, первые входы которых соединены с прямыми выходами соответственно триггеров блокировки 5₁,...,5₄, вторые входы элементов И 11_5,1;...; И_5,4, соединены с выходами соответственно блоков контроля 4₁, . . .,4₄, двухвходовый элемент ИЛИ 12_n-1 ,связанный одним входом с выходом двухвходового элемента И 12_n-1, соединен своим выходом также с первыми входом двухвходового элемента И 11_n, второй вход элемента И 11_n соединен с прямым выходом триггера блокировки 5_n-1, выход элемента И 11_n соединен с первым входом двухвходового элемента ИЛИ 12_n, второй вход которого соединен с выходом блока контроля 4_n-1, выход элемента ИЛИ 12_n соединен с установочным входом триггера блокировки 5_n, сбросовый вход которого соединен с входом 6 начальной установки устройства, инверсные выходы триггеров блокировки 5₁, . ..,5₃ соединены с входадами 14 управления питанием соответственно блоков контроля 4₁, ...,4₃, прямые выходы триггеров блокировки 5₄,...,5_n-1 соединены с входами управления питанием соответственно блоков контроля 4₄,.. . , 4_n-1, вторые входы элементов ИЛИ 10₄,..., ИЛИ 10_n-1 соединены с выходами соответственно блоков контроля 4₄,...,4_n-1.

Используемый в составе предложенного устройства восстанавливающий блок 2 реализует мажоритарную функцию М² _n ("2" из "n"). Логическое выражение, описывающее восстанавливающий блок 2, особенности его функционирования и положительные качества приведены в [2]. Восстанавливающий блок 2, исходя из реализуемой им мажоритарной функции М² _n, обеспечивает работоспособность устройства только для потока одиночных отказов или сбоев резервируемых блоков I₁, ...,I_n или блоков контроля 4₁,...,4_n-1.

Структура управляющей части устройства, обеспечивающей процесс резервирования и включающей триггеры блокировки 5₁,...,5_n, элементы ИЛИ 10₄,..., ИЛИ 10_n-1, элементы И 11_5,1,..., И 11_5,4; И 11₆,..., И 11_n, элементы ИЛИ 12₄,..., ИЛИ 12_n, элементы И 13₄,..., И 13_n-1 и связи между ними и с выходами У₁,...,У_n-1 блоков контроля 4₁,..., 4_n-1, описывается в общем виде логическим; функциями возбуждения входов S_i, R_i триггеров блокировки 5₁,...,5_n, представленными следующими выражениями:
S₁=У₁;
S₂=У₂;
S₃=У₃;





R₁=С;
R₂=C;
R₃=C;
R₄=(CvY₄);


R_n=C,
где Y_j, Y_m-1,Y_n-1, Y_l- выходы блоков контроля 4₁,..., 4_n-1 каналов устройства с номерами j, m-1, n-1, 1 соответственно;
q_j, q_m-1, q_n-1, q_l - прямые выходы триггеров 5₁,...,5_n, блокировки каналов устройства с номерами j, m-1, n-1, 1 соответственно;
инверсные выходы триггеров 5₁,...,5_n блокировка каналов устройства с номерами i, k соответственно;
С-вход 6 начальной установки устройства.

Данные выражения определены на основе анализа закономерностей в записи выражений для логических функций возбуждения входов S_i, R_i триггеров 5₁,..., 5n блокировки, полученных для различных значений n на основе теории синтеза дискретных автоматов с памятью. Так, для устройства, содержащего количество каналов, равное n=7, логические функции возбуждения входов S_i, R_i триггеров 5₇,...,5₇ блокировки описываются следующими выражениями:
S₁=У₁;
S₂=У₂;
S₃=У₃;

S₅=Z₅•q₄ q₆ q₇, где Z₅=(Y₁q₁∨Y₂q₂∨Y₃q₃∨Y₄q₄);
S₆=(Z₅∨Y₅q₅)•q₅q₇;
S₇=Z₆q₆∨Y₆, где Z₆=(Y₁q₁∨Y₂q₂∨Y₃q₃∨Y₄q₄∨Y₅q₅)=
(Z₅ ∨Y₅q₅);
R₁=C;
R₂=C;
R₃=C;
R₄=(C∨У₄);
R₅=(C∨У₅);
R₆=(C∨У₆);
R₇=C
В основу работы предлагаемого устройства положена процедура выявления отказавшего резервируемого блок I_i из трех работающих блоков в нагруженном режиме с последующим снятием питания с него и одновременной подачей питания на исправный резервный блок I_k(k >i).

Логика работы предлагаемого устройства одинакова при любом количестве его каналов. В связи с этим для удобства изложения и восприятия логики работы заявляемого устройства предлагается рассмотрев особенности его работы на основе функциональной схемы данного устройства с числом каналов n=6, представленной на фиг.2. Для удобства восприятия на основе этой схемы логики работы устройства представлен на фиг.3 граф его внутренних состояний и переходов между ними, где инверсные выходы соответственно триггеров 5₁, 5₂, 5₃ блокировки и прямые выходы соответственно триггеров 5₄, 5₅, 5₆ блокировки и значения сигналов на этих выходах, поставленные в соответствие этим выходам; 0, 1, 2, 4, 8, 16-представление в десятичной системе счисления комбинаций сигналов двоичной системы счисления с выходов Y₁, Y₂,...,Y₅блоков контроля 4₁,...,4₅ для потока одиночных отказов резервируемых блоков I₁,...,I₅. Данный граф внутренних состояний и переходов приведен в "усеченном" виде, т.е. приведен только для случая присутствия в составе устройства трех любых исправно работающих резервируемых блоков, так как полный граф громоздок для изображения.

Управляющая часть предлагаемого устройства обладает общим числом N внутренних состояний, соответствующих его работоспособному состоянию и определяемым следующим выражением:
N=(C_n ³+C_n ²)-C_n-1 ²,
где - количество внутренних состояний управляющей части устройства, соответствующих количеству комбинаций (состояний) трех исправно работающих резервируемых блоков из n, определяющих с запасом в один блок достоверное функционирование устройства;
где - количество внутренних состояний управляющей части устройства, соответствующих количеству комбинаций двух исправно работающих блоков из n, определяющих на пределе достоверное функционирование устройств;
где - количество исключаемых внутренних состояний управляющей части устройства из всего количества допустимых ее внутренних состояний для достоверного функционирования устройства, т.е. количество внутренних состояний управляющей части устройства, в которое она должна бы переходить из состояний, соответствующих всем возможным комбинациям трех исправно работающих резервируемых блоков, из которых один n-й (последний) неконтролируемый резервируемый блок отключался бы от питания после его отказа, если бы был подвержен контролю.

Предложенное устройство, пример которого в виде функциональной схемы представлен на фиг.2, работает следующим образом.

Перед включением устройства в работу на вход 6 начальной установки устройства подается сигнал "Сброс", поступающий далее на входы сброса триггеров 5₁, . ..,5₃, 5₆ блокировки и через элементы ИЛИ 10₄, ИЛИ 10₅ на входы сброса триггеров 5₄, 5₅ блокировки.

Единичные сигналы с инверсных выходов триггеров 5₁, 5₃ поступят на входы 9 управления питанием резервируемых блоков I₁,...,I₃. На резервируемые блоки I₁, . . .,I₃ будет подано питание, после чего они начнут выходить на рабочий режим. Для исключения ошибочного решения i-го блока контроля 4 i техническом состоянии i-го резервируемого блока I_i, только-что выходящего на устойчивый режим сразу после подачи на него питания, в составе каждого блока контроля 4 имеется непосредственно на выходе элемент задержки, который также выполняет функцию селекции сбоев от отказов резервируемых блоков I₁,...,I₆. В связи с этими функциями элемента задержки время его задержки t₃ должно превышать время сбоя t_сб и время выхода на рабочий режим t_вр резервируемых блоков I₁,. . .,I_n, но при этом для обеспечения стабильной работы устройства должно быть меньше минимального периода смены T_nmin значений выходных сигналов резервируемых блоков I₁,...,I₆, т.е. t₃ должно отвечать следующим неравенствам:
T_nmin>t₃>t_сб,
T_nmin>t₃>t_вр
После приведения в нулевое состояние триггеров блокировки 5₄,...,5₆ питание по выходам 9 управления питанием с резервируемых блоков I₄,...,I₆ и блоков контроля 4₄, 4₅ будет снято. Таким образом, для исходного положения устройства из резервируемых блоков I₁,...,I₆ в нагруженном режиме работы будут находиться только резервируемые блоки I₁,...,I₃, а блоки I₄,...,I₆ будут находиться в ждущем (отключенном) состоянии.

После включения в работу резервируемых блоков I₁,...,I₃ сигналы с их выходов поступят на входы контролируемых сигналов блоков контроля 4₁,...,4₃ и информационные входы 7₁, . . . ,7₃ восстанавливающего блока 2. На выходе 3 устройства появится сигнал, определяемый восстанавливающим блоком 2 по большинству одноименных сигналов с выходов резервируемых блоков I₁,...,I₃. В формировании этого сигнала восстанавливающим блоком 2 прежде будут участвовать те его элементы, который логикой работы связаны с резервируемыми блоками I₁, . . . , I₃. В ходе работы только резервируемых блоков I₁,...,I₃ возможные отказы остальных элементов восстанавливающего блока 2 не будут влиять на его работоспособность и в целом на работоспособность устройства, что свидетельствует о свойстве устройства приспосабливаться к возможным отказам отдельных элементов составляющих его восстановительный блок 2.

В случае возникновения отказа одного из резервируемых блоков I₁,...,I₃ на входах одного из блоков контроля 4₁,...,4₃ появятся противоположные по значению сигналы, которые приведут к появлению на его выходе единичного сигнала, который в свою очередь вызовет переброс в единичное состояние одного из триггеров блокировки 5₁,...,5₃. Например, отказал резервируемый блок I₁. Тогда единичный сигнал с выхода блока контроля 4₁ поступит на установочный вход триггера блокировки 5₁, который нулевым сигналом со своего инверсного выхода через управляющий вход 8₁ восстанавливающего блока 2 исключит из дальнейшего формирования значения выходного сигнала устройства тот элемент восстанавливающeго блока 2, который прежде всего логикой работы связан с блоком I₁ до его отказа. После этого если и произойдет отказ этого элемента, то он уже не будет влиять на работу восстанавливающего блока 2 и в целом на работу устройства.

Нулевой сигнал с инверсного выхода триггера блокировки 5₁ поступит также на вход 9 управления питанием резервируемого блока I₁ и на вход 14 управления питанием блока контроля 4₁ и обеспечит снятие питания с них. Сразу после отказа резервируемого блока I₁ единичный сигнал с выхода блока контроля 4₁ также поступит через элемент ИЛИ12₄ на вход элемента И13₄, подготовленный ранее к открытию по двум его другим входам единичными сигналами с инверсных выходов триггеров 5₅, 5₆ блокировки. Единичный сигнал с выхода блока контроля 4₁, пройдя через элемент И 13₄, поступит на установочный вход триггера 5₄ блокировки. Триггер 5₄ блокировки перейдет в единичное состояние, то есть на своем прямом выходе сформирует единичный сигнал, который поступит на входы 9 и 14 управления питанием резервируемого блока I₄ и блока контроля 4₄ соответственно, обеспечивая этим самым подачу питания на них. Таким образом, вместо отказавшего блока I₁ в работу будет включен блок I₄, находящийся до этого в резерве.

От момента включения в работу резервный блок I₄ некоторое время, равное времени задержки его элементов, будет выдавать сигнал, несинхронный во времени с сигналами двух ранее уже работающих резервируемых блоков. Такая искаженная на малое время информация на выходе только что включенного блока будет восстановлена двумя другими уже работающими резервируемыми блоками совместно с восстанавливающим блоком 2.

В случае отказа резервируемого блока I₁ единичный сигнал с выхода блока контроля 4₁ также поступит на один вход элемента И 11_5,1 и пройдет через него только после того, когда триггер 5₁ блокировки единичным сигналом со своего прямого выхода откроет элемент И 11_5,1. Как отмечалось ранее, триггер 5₁ переходит в единичное состояние после поступления на его установочный вход сигнала с блока контроля 4₁. Таким образом, единичный сигнал с выхода блока контроля 4₁ пройдет через элемент И 11_5,1, а далее через элемент ИЛИ 12₅ поступит на один вход элемента И 13₅, который по второму входу закрыт нулевым сигналом с прямого выхода триггера блокировки 5₄. В связи с закрытым положением элемента И 13₅ сигнал с выхода блока контроля 4₁ нe поступит на установочный вход триггера 5₅ блокировки, что исключит включение в работу резервного блока I₅ с одновременным включением в работу резервного блока I₄.

При отказе резервируемых блоков I₂, I₃ устройство работает аналогичным образом.

Если откажет резервируемый блок I₄, то блок контроля 4₄ обнаружит его отказ и сформирует на своем выходе сигнал, который через элемент ИЛИ 10₄ поступит на сбросовый вход триггера 5₄ блокировки, который нулевым сигналом со своего инверсного выхода через входы 9 и 14 управления питанием снимет питание с отказавшего резервируемого блока I₄ и блока контроля 4₄ соответственно. Триггер 5₄ блокировки нулевым сигналом со своего прямого выхода через управляющий вход 8₄ восстанавливающего блока 2 исключит из дальнейшей процедуры формирования значения выходного сигнала устройства тот элемент восстанавливающего блока 2, который прежде всего логикой работы связан с блоком I₄ до его отказа. После этого отказ данного элемента не будет влиять на работу восстанавливающею блока 2 и в целом на работу устройства. Сигнал с выхода блока контроля 4₄ поступит на один вход элемента И 11_5,4, подготовленный по второму его входу ранеe к открытию единичным сигналом с прямого выхода триггера 5₄ блокировки. Сигнал с выхода блока контроля 4₄ пройдет через элемент И 11_5,4, далее через элемент ИЛИ 12₅, поступит на один вход элемента И 13₅, подготовленный ранее к открытию по второму входу единичным сигналом с прямого выхода триггера 5₄ блокировки, а по третьему входу - единичным сигналом с инверсного выхода триггера 5₆ блокировки. Сигнал с выхода блока контроля 5₄ поступит на установочный вход триггера 5₅ блокировки. Триггер 5₅ блокировки перейдет в единичное состояние. После этого единичный сигнал с прямого выхода триггера 5₅ блокировки через входы 9 и 14 управления питанием обеспечит подачу питания на резервный блок I₅ и блок контроля 4₄ соответственно.

В случае отказа резервируемого блока I₄ единичный сигнал блока контроля 4₅, проходящий через элемент ИЛИ 12₅, не пройдет через элемент И 11₆, далее через элемент ИЛИ 12₆ на установочный вход триггера 5₆ блокировки, так как элемент И 11₆ по второму входу закрыт нулевым сигналом с прямого выхода триггера 5₅ блокировки, что исключит включение в работу резервного блока I₆ с одновременным включением в работу резервного блока I₅.

Если произойдет отказ резервируемого блока I₅, то сигнал с выхода блока контроля 4₅ через элемент ИЛИ 10₅ поступит на нулевой вход триггера 5₅ блокировки. Триггер 5₅ блокировки перейдет в нулевое состояние. После этого нулевой сигнал с прямого выхода триггера 5₅ блокировки через входы 9 и 14 управления питанием снимет питание с отказавшего резервируемого блока i₅ и блока контроля 4₅, а также закроет элемент И 13₄. Элемент И 13₄ будет закрыт с целью исключения включения вновь в работу ранее отказавшего и отключенного резервируемого блока I₄ по единичному сигналу от блока контроля 4₂ в случае отказа резервируемого блока I₂ или по единичному сигналу от блока контроля 4₃ в случае отказа резервируемого блока I₃. Сигнал с выхода блока контроля 4₅ также поступит на вход элемента ИЛИ 12₆, пройдет через него на установочный вход триггера блокировки 5₆. Триггер блокировки 5₆ перейдет в единичное состояние. После этого единичный сигнал с прямого выхода триггера 5₆ блокировки через входы 9 управления питанием обеспечит подачу питания на резервный, блок I₆. Триггер 5₆ блокировки нулевым сигналом с инверсного выхода закроет элемент И 13₅. Элемент И 13₅ будет закрыт с целью исключения включения вновь в работу ранее отказавшего и отключенного резервируемого блока I₅ по сигналу от любого из блоков контроля 4₁,...,4₄ в случае отказа одного из резервируемых блоков I₁,...,I₄ соответственно.

Если же резервируемый блок I₅ будет продолжить находиться в исправном состоянии, а произойдет отказ одного из предшествующих ему резервируемых блоков I₁, . . . ,I₄, например произойдет отказ резервируемого блока I₄, то единичный сигнал с выхода блока контроля 4₄ поступит через элемент И 11_5,4, подготовленный ранее к открытию единичным сигналом с прямого выхода триггера 5₄ блокировки, далее через элемент ИЛИ 12₅ на один вход элемента И13₅ и на один вход элемента И 11₆. Указанный сигнал не пройдет через элемент И 13₅, так как он закрыт нулевым сигналом с инверсного выхода триггера 5₆ блокировки. Однако указанный сигнал пройдет через элемент И 11₆, ранее подготовленный к открытию единичным сигналом с прямого выхода триггера 5₅ блокировки. Сигнал с выхода элемента И 11₆ далее пройдет через элемент ИЛИ12₆ на установочный вход триггера. 5₆ блокировки и переведет его в единичное состояние. После перехода в единичное состояние триггер 5₆ единичным сигналом с прямого выхода через вход 9 управления питанием обеспечит подачу питания на резервный блок I₆.

Элемент И 11₆ до включения в работу резервного блока I₅ закрыт нулевым сигналом с прямого выхода триггера 5₆, чтобы исключить преждевременное включение в работу резервного блока I₆ до включения в работу резервного блока I₅ от сигнала с выхода любого из блоков контроля 4₁,...,4₄ в случае отказа одного из резервируемых блоков I₁,...,I₄ соответственно. Если откажет один из резервных блоков I₁,...,I₄, то с выхода одного из блоков контроля 4₁, ...,4₄ соответственно единичный сигнал пройдет через один из элементов И 11_5,1; И 11_5,2; И 11_5,3; И 11_5,4 соответственно, далее через элемент ИЛИ 12₅ на один вход элемента И 13₅ и один вход элемента И 11₆. Элемент И 11₆ при этом закрыт, так отмечалось ранее, и в связи с этим преждевременного включения в работу резервного блока I₆ не будет, т.е. не будет включения в работу резервного блока I₆ до включения в работу резервного блока I₅.

Предложенное устройство сохраняет работоспособность до (n-₂) отказавших резервируемых блоков.

В процессе работы устройства допустимы отказы блоков контроля 4₁,...,4_n. Для исключения нарушения достоверности формируемого значения выходного сигнала устройства с помощью восстанавливающего блока 2 количество j допустимых отказов блоков контроля 4₁,...,4_n должно находиться в определенном сочетании с количеством i допустимых отказов резервируемых блоков I₁,...,I_n. Так, количество i допустимых отказов резервируемых блоков I₁,...,I_n связано с количеством j допустимых отказов блоков контроля 4₁,...,4_n соотношением:
1) если i=0, то j=0, 1, 2,...,(n-2);
2) если i=1,2..., (n-2), то j=0.

На приведенное соотношение i и j помимо самой логики работы устройства накладывает отпечаток появление ложного сигнала с выхода резервируемого блока в период выхода его на рабочий режим сразу после подачи питания на него.

Анализируя работу устройства, установлено, что в определении значения выходного сигнала устройства участвует от общего количества m логических элементов восстанавливающего блока 2 только часть его элементов в количестве r. Количество m и количество r логических элементов в зависимости от количества n каналов устройства определено, взяв трехвходовые логические элементы ИЛИ, И в качестве стандартных условных логических элементов, необходимых для построения восстанавливающего блока 2. На основе данных о количестве m и количестве r логических элементов восстанавливающего блока 2 в [2] приведены графики зависимостей m= f(n) и r=f(n). Из анализа этих графиков следует, что с увеличением количества n резервируемых блоков устройства увеличивается количество (m-r) логических элементов восстанавливающего блока 2, не участвующих в определении значения выходного сигнала устройства в ходе одновременной работы трех резервируемых блоков или двух последних оставшихся исправных резервируемых блоков. Это обстоятельство способствует повышению надежности устройства.

Таким образом, в предложенном устройстве организована блокировка питания блоков контроля после отказа связанных с ними резервируемых блоков, необходимость которой обоснована ранее для цели повышения надежности устройства. Количество элементов (кроме триггера) управляющей части предложенного устройства соизмерима с количеством элементов блока управления блокировкой известного устройства [2] , но при этом предложенное устройство в отличие от известного устройства не содержит в своем составе счетчика, отрицательные качества, помимо положительных его работы в составе устройства, влияющие на достоверность (надежность) работы ужe устройства, описаны ранее. Также предложенное устройство по сравнению с известным [2] содержит в своем составе меньше на один блок контроля и не содержит, помимо счетчика, дешифратор, многовходовый элемент ИЛИ, формирователь импульса отказа. Это обстоятельство также свидетельствует о повышении его надежности и снижении стоимости его производства.

ЛИТЕРАТУРА
1. Авторское свидетельство СССР 1149264, кл. G 06 F 11/18, 1985г.

2. Авторское свидетельство СССР 1755281, кл. G 06 F 11/18, 1992г.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в резервированных системах управления. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности устройства. Устройство содержит блоки контроля, триггеры блокировки, элементы И, ИЛИ, восстанавливающий блок. В устройстве организована блокировка питания блоков контроля после отказов связанных с ними резервируемых блоков, которая необходима для исключения влияния на работу устройства каждого его блока контроля после отказа соответствующего резервируемого блока. 3 ил.

Адаптивное резервируемое устройство, содержащее n резервируемых блоков, (n-1) блоков контроля, n триггеров блокировки, также в каждом канале, начиная с пятого канала и включая n-й канал, двухвходовый элемент И, в каждом канале, начиная с шестого канала и включая n-й канал, элемент ИЛИ, в каждом канале, начиная с четвертного канала и включая (n-1)-канал, двухвходовый элемент ИЛИ, и общий для всех каналов восстанавливающий блок, выход которого является информационным выходом устройства и соединен с входами эталонного сигнала каждого из (n-1) блоков контроля, входы контролируемых сигналов которых подключены к входам соответствующих (n-1) резервируемых блоков, выходы первого-третьего блоков контроля соединены с установочными входами соответствующих первого-третьего триггеров блокировки, входы сброса которых соединены с входом начальной установки устройства, который соединен с одним входом двухвходовых элементов ИЛИ четвертого-(n-1)-го каналов, выходы двухвходовых элементов ИЛИ четвертого-(n-1)-го каналов соединены со входами сброса соответственно четвертого-(n-1)-го триггеров блокировки, выход каждого из n резервируемых блоков соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего блока, первый-третий управляющий входы которого соединены с инверсными выходами соответственно первого-третьего триггеров блокировки, четвертый-(n-2)-й управляющий входы восстанавливающего блока соединены с прямыми выходами соответственно четвертого-(n-2)-го триггеров блокировки, инверсные выходы первого-третьего триггеров блокировки соединены с входами управления питанием соответственно первого-третьего резервируемых блоков, прямые выходы четвертого - n-го триггеров блокировки соединены с входами управления питанием соответственно четвертого - n-го резервируемых блоков, отличающееся тем, что в него дополнительно введены в четвертый канал трехвходовый элемент ИЛИ и (n-3)-входовый элемент И, в пятый канал четырехвходовый элемент ИЛИ и три двухвходовых элемента И, в каждый канал с номером j, начиная с пятого канала и включая (n-1) канал, ((n+2)-j)-входовый элемент И, входы трехвходового элемента ИЛИ четвертого канала соединены с выходами первого-третьего блоков контроля, выход трехвходового элемента ИЛИ четвертого канала соединен с первым входом (n-3)-входового элемента И этого же канала, остальные входы которого соединены с инверсными выходами триггеров блокировки всех каналов, следующих за четвертым каналом, выход (n-3)-входового элемента И четвертого канала соединен с установочным входом триггера блокировки этого же канала, первый вход каждого ((n+2)-j)-входового элемента И j-го канала соединен с выходом элемента ИЛИ этого же j-го канала, второй вход ((n+2)-j)-входового элемента И соединен с прямым выходом триггера блокировки (j-l)-гo канала, остальные входы ((n+2)-j)-входового элемента И j-го канала соединены с инверсными выходами триггеров блокировки всех каналов, следующих за j-м каналом, выход ((n+2)-j)-входового элемента И j-го канала соединен с установочным входом триггера блокировки этого же канала, выход элемента ИЛИ j-го канала соединен с первым входом элемента ИЛИ (j+1)-го канала, второй вход элемента ИЛИ i-го канала, начиная с шестого канала и включая (n-1)-канал, соединен с выходом двухвходового элемента И того же i-го канала, один вход двухвходового элемента И i-го канала соединен с прямым выходом триггера блокировки (i-l)-гo канала, второй вход двухвходового элемента И i-го канала соединен с выходом блока контроля (i-l)-гo канала, входы четырехвходового элемента ИЛИ пятого канала соединены с выходами первого-четвертого двухвходовых элементов И, первые входы первого-четвертого двухвходовых элементов И соединены с прямыми выходами соответственно первого-четвертого триггеров блокировки, вторые входы первого-четвертого двухвходовых элементов И соединены с выходами соответственно первого-четвертого блоков контроля, элемент ИЛИ (n-1)-го канала, связанный одним входом с выходом двухвходового элемента ИЛИ (n-2)-го канала, соединен своим выходом также с первым входом двухвходового элемента И n-го канала, второй вход двухвходового элемента И n-го канала соединен с прямым выходом триггера блокировки (n-1)-го канала, выход двухвходового элемента И n-го канала соединен с первым входом элемента ИЛИ того же канала, второй вход которого соединен с выходом блока контроля (n-1)-го канала, выход элемента ИЛИ n-го канала соединен с установочным входом триггера блокировки того же канала, вход сброса которого соединен с входом начальной установки устройства, инверсные выходы первого-третьего триггеров блокировки соединены с входами управления питанием соответственно первого-третьего блоков контроля, прямые выходы четвертого - (n-1)-го триггеров блокировки соединены со входами управления питанием соответственно четвертого - (n-1)-блоков контроля, вторые входы двухвходовых элементов ИЛИ четвертого (n-1)-го каналов соединены с выходами соответственно блоков контроля четвертого - (n-1)-го каналов.