РЕАГИРУЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАГИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2003 года по МПК G06F9/44 G06F9/445 

Изобретение относится к реагирующей системе для обработки сигнала с множеством устройств для обработки данных, которые связаны друг с другом через устройство передачи данных и на которых реализованы машинные программы. Изобретение относится, кроме того, к способу эксплуатации реагирующей системы.

Реагирующие системы, то есть помехоустойчивые и способные к работе в режиме реального времени системы для обработки сигнала находят многостороннее применение в рамках промышленных процессов автоматизации. Такая реагирующая система известна из патента ФРГ 4446286. Реагирующая система охватывает множество устройств для обработки данных, которые взаимодействуют друг с другом через устройства передачи данных. Для машинных программ, реализованных на устройствах для обработки данных, депонирован соответственно относящийся к ним статус актуализации.

Особенное значение имеет реагирующая система в процессе автоматизации, при котором требуется соблюдение заданных временных порогов или предоставление выходных сигналов в течение заданных временных интервалов. Такие требования часто возникают в производственных процессах, процессах регулирования и управления, а также процессах контроля, как например, в системе управления и защиты атомной энергетической установки. Соблюдение заданных временных порогов или временных интервалов зависит решающим образом от работоспособности отдельных аппаратурных или программно-ориентированных компонентов.

В комплексной системе, в которой множество устройств для обработки данных связано друг с другом в большую информационную сеть, большое значение имеют ошибки в программно-ориентированных компонентах, в частности, ошибки в машинной программе. Эти ошибки, так называемые ошибки в программном обеспечении, могут составлять до 60% ошибок всей системы. При этом ошибки можно разделить на три группы: наиболее часто возникают с 55% так называемые ошибки в спецификации. Со своей долей в 25% ошибки обслуживания имеют примерно такое же значение, что и ошибки физической реализации, которые составляют порядка 20%.

Ошибка в спецификации, например, имеет место тогда, когда сигнал, который обрабатывают в машинных программах различных устройств для обработки данных, при модификации или изменении положенной в основу реагирующей системы спецификации стирают или снова добавляют, причем стирание или добавление этого сигнала происходит не одновременно на всех устройствах для обработки данных. Другими словами: заново добавляемый или выпадающий при модификации сигнал приводит к изменениям как машинных программ соответствующих устройств для обработки данных, так и к изменениям структуры или построения подлежащих передаче между различными устройствами для обработки данных телеграмм, которые передают новый сигнал. При этом могут появляться обусловленные не одновременной актуализацией всех релевантных устройств для обработки данных несовместимости между ними. Это может приводить к тому, что появляется временное переполнение при отработке еще не измененных машинных программ. Подобное временное переполнение обуславливает отказ этого устройства для обработки данных.

Задачей изобретения является создание реагирующей системы для обработки сигнала, в частности, для цифровой обработки сигнала, которая также при частой модификации является особенно отказоустойчивой и таким образом делает возможной связную эксплуатацию интегрированной в реагирующей системе машинной программы. Дальнейшая задача заключается в том, чтобы создать способ эксплуатации реагирующей системы для обработки сигнала.

Согласно изобретению первая задача решается тем, что реагирующая система для обработки сигнала, которая снабжена множеством взаимодействующих друг с другом через устройство передачи данных устройств для обработки данных, причем на устройствах для обработки данных реализована по меньшей мере одна зависящая от соответствующего статуса актуализации машинная программа, причем устройства для обработки данных выполнены таким образом, что каждое устройство для обработки данных при каждом взаимодействии присваивает созданному им сигналу кодовое число модификации, характеризующее его статус актуализации, причем принимающее сигнал устройство для обработки данных производит сравнение, совпадает ли характеризующее сигнал кодовое число модификации с депонированным для этого сигнала кодовым числом модификации, и причем принимающее сигнал устройство для обработки данных при совпадении этих кодовых чисел модификации производит регулярную обработку сигнала, в противном случае не производит ее.

Изобретение исходит из соображения, что также при изменении одной отдельной машинной программы должно надежно исключаться отключение или отказ реагирующей системы, содержащей множество устройств для обработки данных, которая использована, например, в системе управления и защиты реактора, охлаждаемого водой под давлением. В частности, в системе управления и защиты, в которой устройства для обработки данных могут быть выполнены избыточными, при модификации машинных программ (так называемом изменении в спецификации) может случаться смещенная по времени актуализация релевантных устройств для обработки данных. Это приводит обычно к несовместимости между этими устройствами для обработки данных. Реагирующая система поэтому должна быть нечувствительной также относительно изменений только одного устройства для обработки данных.

Другими словами: изменения машинной программы или программного обеспечения, например, стирание сигналов или добавление новых сигналов, должно быть возможным сначала только в одном устройстве для обработки данных. Для этого телеграммы, в которых содержатся переданные сигналы, имеют соответствующую информацию о статусе или статус актуализации. За счет сравнения этого статуса актуализации с депонированным в принимающем устройстве для обработки данных статусом актуализации относительно того, основан ли сигнал на той же самой или на измененной спецификации, устанавливают совместимость принимающего устройства для обработки данных с принимаемым сигналом. В случае совпадения спецификаций может устанавливаться соответствующая информация статуса, например, "статус OK". В случае несовпадения может устанавливаться соответствующая информация статуса, например, "статус ошибка".

Предпочтительным образом каждое устройство для обработки данных содержит модуль анализа для проведения сравнения. Чтобы произвести сравнение, реагирующая система целесообразно содержит первый банк данных, в котором депонирован соответствующий статус актуализации сигналов и/или программ для ЭВМ, и второй банк данных, в котором депонированы будущие изменения подлежащих изменению сигналов и/или подлежащих изменению машинных программ.

Для актуализации машинных программ и/или сигналов устройств для обработки данных и следовательно также для контроля связности всех устройств для обработки данных целесообразно предусмотрена сервисная система.

Названная второй задача решается согласно изобретению за счет способа для связной эксплуатации реагирующей системы для цифровой обработки сигнала с множеством взаимодействующих друг с другом через устройство передачи данных устройств для обработки данных, причем на устройствах для обработки данных реализована по меньшей мере одна зависящая от соответствующего статуса актуализации машинная программа, причем при каждом взаимодействии созданному устройством для обработки данных сигналу присваивают характеризующее его статус актуализации кодовое число модификации, причем в принимающем устройстве для обработки данных производят сравнение, совпадает ли характеризующее сигнал кодовое число модификации с депонированным для этого сигнала кодовым числом модификации, и причем при совпадении этих кодовых чисел модификации производят регулярную обработку сигнала, в противном случае не производят ее.

Целесообразно сигнал обменивают в телеграмме данных между двумя устройствами для обработки данных. Предпочтительным образом депонированное кодовое число модификации запоминают в модуле анализа принимающего устройства для обработки данных и/или в банке данных. Посредством этого запомненного в модуле анализа и/или в банке данных кодового числа модификации производят сравнение спецификаций.

Предпочтительным образом телеграмма данных содержит информационную часть и сигнальную часть. Например, информационная часть телеграммы данных содержит информации, в частности, идентификационные номера принимающих или соответственно передающих устройств для обработки данных, а также информации о том, находится ли передающее устройство для обработки данных в проверочном или в нормальном режиме. Сигнальная часть содержит подлежащие обработке в принимающем устройстве для обработки данных сигналы с соответственно характеризующими их кодовыми числами модификации.

Целесообразно характеризующее сигнал и депонированное для сигнала кодовое число модификации при относящейся к этому сигналу модификации или изменении в спецификации повышают на значение единица. Если сигнал стирают, или удаляют, то кодовое число модификации, депонированное для этого сигнала и характеризующее сигнал, предпочтительным образом снабжают отрицательным знаком.

Достигнутые с помощью изобретения преимущества заключаются, в частности, в том, что за счет сравнения характеризующего принятый сигнал кодового числа модификации с депонированным для этого сигнала кодовым числом модификации в принимающем устройстве для обработки данных обрабатывают только такие сигналы, которые основаны на одной и той же спецификации. Таким образом можно устанавливать наличие или отсутствие совместимости сигналов, принимаемых другим устройством для обработки данных, с сигналами, подлежащими обработке в принимающем устройстве для обработки данных. Согласно этому отказы устройств для обработки данных, обусловленные ошибками в спецификации или ошибками обслуживания, в основном исключены. Тем самым выполненная таким образом реагирующая система, в которой используется способ связной эксплуатации, в частности, для связного технического обслуживания, относительно своей готовности, а также своего использования в качестве системы автоматизации в атомной энергетической установке, является особенно экономичной и эффективной.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежа, который схематически показывает реагирующую систему для цифровой обработки сигнала.

Представленная схематически на чертеже реагирующая система 1 содержит множество устройств для обработки данных 2А-2Z, которые связаны друг с другом через устройство передачи данных 4. Устройство передачи данных 4 является стандартной линией передачи данных, например коаксиальным кабелем типа "Эзернет", и содержит стандартные, не представленные на чертеже передающие элементы, например усилители, усилители-повторители или шлюзы. Устройства для обработки данных 2А-2Z соединены посредством устройства передачи данных 4 в вычислительную сеть. Реагирующая система 1, в частности, является особенно пригодной для управления и контроля технической установки, в частности, атомной энергетической установки.

Каждое устройство для обработки данных 2А-2Z является пригодным для обработки двух видов телеграмм. Одним видом является телеграмма приема 6, которую принимают в устройстве для обработки данных 2А от другого устройства для обработки данных 2В. Другим видом является телеграмма передачи 8, которую передают или посылают от одного устройства для обработки данных 2А к другому устройству для обработки данных 2В. При этом каждая телеграмма приема 6 и каждая телеграмма передачи 8 содержит соответственно заголовок телеграммы 6А или соответственно 8А и сигнальную часть 6В или соответственно 8В.

При эксплуатации атомной энергетической установки через устройство передачи данных 4 между устройствами для обработки данных 2А-2Z передают большие количества данных в виде управляющих команд и сообщений состояния, а также сообщений о сбое, в дальнейшем обозначаемые как сигналы S. При этом сигналы S объединены в телеграммы. При различном статусе актуализации некоторых устройств для обработки данных 2А-2Z, согласно уровню техники это могло бы привести к несовместимости принимаемых сигналов S другого устройства для обработки данных 2А с подлежащими обработке сигналами S принимающего устройства для обработки данных 2В. Это привело бы к нестабильностям в обработке машинных программ принимающего устройства для обработки данных 2А, 2В. Эти нестабильности надежно избегаются за счет описанных в последующем мероприятий.

Каждое устройство для обработки данных 2А-2Z связано далее с сервисной системой 10. Сервисная система 10 контролирует обмен телеграмм между устройствами для обработки данных 2.

На каждом устройстве для обработки данных 2А-2Z реализована по меньшей мере одна машинная программа SW, которая выполнена модульной из множества функциональных элементов FB. Каждое изменение в спецификации реагирующей системы 1, например, вновь дополняемые сигналы S или подлежащие стиранию сигналы S, посредством сервисной системы 10 передают на соответствующие устройства для обработки данных 2А-2Z. При подобном изменении в спецификации изменяют и тем самым согласуют, во-первых, функциональные элементы FB на соответствующих устройствах для обработки данных 2А-2Z. Во-вторых, изменяют и тем самым согласуют структуру или построение соответствующих телеграмм приема 6, а также соответствующих телеграмм передачи 8 относительно новых сигналов S или подлежащих стиранию сигналов S.

Реагирующая система 1 содержит первый банк данных 12 и второй банк данных 14, которые соединены соответственно с сервисной системой 10. В первом банке данных 12 содержится актуальная спецификация или соответствующий статус актуализации машинных программ SW с соответствующими функциональными элементами FB всех устройств для обработки данных 2А-2Z, а также построение телеграмм приема 6 и телеграмм передачи 8 всех устройств для обработки данных 2А-2Z. Кроме того, в первом банке данных 12 к каждой машинной программе SW, а также к каждому сигналу S каждой телеграммы приема 6 и каждой телеграммы передачи 8 соответственно депонировано в качестве статуса актуализации кодовое число модификации R.

Второй банк данных 14 относительно своей структуры является идентичным с первым банком данных 12. Во втором банке данных 14 также депонированы все машинные программы SW, а также все сигналы S с соответственно относящимся к ним актуальным кодовым числом модификации R. Изменения в спецификации или модификации соответственно подлежащих изменению машинных программ SW и/или подлежащих изменению сигналов S вводят или принимают во второй банк данных 14.

В качестве более раннего или актуального кодового числа модификации R, как в первом банке данных 12, так и во втором банке данных 14 соответственно запоминают целое число. Например, все сигналы S, которые изменяют во время первого изменения в спецификации, так называемой первой модификации, получают кодовое число модификации R=+1. Сигналы S, измененные при следующем изменении в спецификации, получают кодовое число модификации R=+2, то есть кодовое число модификации R, увеличенное на значение 1. Сигналы S, стертые во втором изменении, получают кодовое число модификации R=-2, причем отрицательный знак характеризует стирание сигнала S. Вновь добавляемые сигналы S или машинные программы SW дополняют на конце телеграммы или, соответственно, второго банка данных 14, причем эти сигналы S получают положительное кодовое число модификации R. При каждом последующем изменении в спецификации или модификации поступают аналогично. То есть при четвертом изменении в спецификации измененным сигналам S дают в качестве кодового числа модификации R число R=+4 или R=-4.

Изменения в спецификации после их внесения во втором банке данных 14 посредством сервисной системы 10 передают на соответствующие устройства для обработки данных 2А-2Z. Стертый сигнал S стирают во всех телеграммах приема 6, а также телеграммах передачи 8 только тогда, если машинная программа SW актуализирована во всех устройствах для обработки данных 2А-2Z. За счет этого обеспечивается, что изменения в машинных программах SW всех соответствующих устройств для обработки данных 2А-2Z являются также действительно произведенными.

После актуализации всех соответствующих устройств для обработки данных 2А-2Z, всех соответствующих телеграмм приема 6, а также всех соответствующих телеграмм передачи 8 соответственно произведенной модификации актуализированную спецификацию с помощью сервисной системы 10 переписывают в первый банк данных 12.

Последующие изменения спецификации или модификации сначала депонируют опять-таки во втором банке данных 14. Другими словами: если содержание первого банка данных 12 является идентичным с содержанием второго банка данных 14, то все устройства для обработки данных 2А-2Z согласованы с одной и той же спецификацией.

Чтобы избежать отказа устройства для обработки данных 2А-2Z, которое, например, еще не было актуализировано, каждое устройство для обработки данных 2А-2Z содержит, кроме того, модуль анализа 16. Модуль анализа 16 проверяет в эксплуатации каждый содержащийся в телеграмме приема 6 сигнал S другого устройства для обработки данных 2А-2Z относительно его корректности с помощью депонированного в принимающем устройстве для обработки данных 2А-2Z кодового числа модификации R и соответствующего актуального кодового числа модификации R. Эта проверка в эксплуатации поясняется ниже более подробно.

Для проверки в соответствующем модуле анализа 16 депонирована соответствующая спецификация соответствующего устройства для обработки данных 2А-2Z, то есть лежащие в основе более раннего или актуального изменения кодовые числа модификации R соответствующих машинных программ SW и сигналов S. Устройство для обработки данных 2В, которое передает телеграмму передачи 8 на другое устройство для обработки данных 2А, соответственно присваивает каждому созданному и подлежащему передаче сигналу S кодовое число модификации R, характеризующее его статус актуализации.

Эту телеграмму передачи 8 принимают другим устройством для обработки данных 2А в качестве телеграммы приема 6. В принимающем устройстве для обработки данных 2А затем кодовое число модификации R, характеризующее сигнал S, сравнивают посредством модуля анализа 16 относительно совпадения с кодовым числом модификации R, депонированным для этого сигнала S. При совпадении принятого кодового числа модификации R с депонированным кодовым числом модификации R', то есть при совпадении спецификаций обоих взаимодействующих устройств для обработки данных 2А, 2В, сигнал S получает информацию статуса "статус = ОК" и подводится для обработки сигнала согласно машинной программе SW. При несовпадении сигнал S получает информацию статуса "статус = ошибка" и не обрабатывается.

Актуализация модуля анализа 16 относительно новой спецификации происходит за счет изменения спецификации, передаваемого на соответствующее устройство для обработки данных 2А-2Z посредством сервисной системы 10. При этом депонированные в модуле анализа 16 более ранние кодовые числа модификации R сигналов S и/или машинных программ SW заменяют актуальными кодовыми числами модификации R.

Достигнутые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что также после изменений в спецификации в отдельных устройствах для обработки данных 2 посредством сравнения кодовых чисел модификации R обеспечена связная и инвариантная к системам кодировки эксплуатация. Таким образом реагирующая система 1 для цифровой обработки сигнала является особенно пригодной для инкрементного технического обслуживания.

Изобретение относится к средствам для обработки сигнала с множеством устройств для обработки данных. Технический результат заключается в повышении отказоустойчивости систем цифровой обработки сигнала. В системе на взаимодействующих друг с другом через устройство передачи данных устройствах для обработки данных 2А-2Z реализованы зависящие от соответствующего статуса актуализации машинные программы SW. Каждое устройство для обработки данных 2А-2Z при каждом взаимодействии присваивает созданному ей сигналу S кодовое число модификации R, характеризующее его статус актуализации. Принимающее сигнал S устройство для обработки данных 2А-2Z производит сравнение, совпадает ли кодовое число модификации R, характеризующее сигнал S, с кодовым числом модификации R, депонированным для этого сигнала S, и при совпадении этих кодовых чисел модификации R сигнал S обрабатывается. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Реагирующая система (1) для цифровой обработки сигнала с множеством устройств для обработки данных (2А-2Z), взаимодействующих друг с другом через устройство передачи данных (4), причем на устройствах для обработки данных (2) реализована по меньшей мере одна зависящая от статуса актуализация машинная программа (SW), отличающаяся тем, что устройства для обработки данных (2А-2Z) выполнены таким образом, что а) каждое устройство для обработки данных (2А-2Z) при каждом взаимодействии присваивает созданному им сигналу (S) характеризующее его статус актуализации кодовое число модификации (R), b) принимающее сигнал (S) устройство для обработки данных (2А-2Z) производит сравнение, совпадает ли характеризующее принимаемый сигнал (S) кодовое число модификации (R) с депонированным для этого сигнала (S) кодовым числом модификации (R), и с) принимающее сигнал (S) устройство для обработки данных (2А-2Z) при совпадении принятого кодового числа модификации (R) с депонированным кодовым числом модификации (R) производит регулярную обработку сигнала (S), в противном случае не производит.2. Реагирующая система (1) по п.1, отличающаяся тем, что каждое устройство для обработки данных (2А-2Z) содержит модуль анализа (16) для произведения сравнения.3. Реагирующая система (1) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что снабжена первым банком данных (12), в котором депонирован соответствующий статус актуализации сигналов (S) и/или машинных программ (SW) всех устройств для обработки данных (2А-2Z), и вторым банком данных (14), в котором депонированы будущие изменения или модификации соответственно подлежащих изменению сигналов (S) и/или соответственно подлежащих изменению машинных программ (SW).4. Реагирующая система (1) по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что предусмотрена сервисная система (10) для актуализации машинных программ (SW) и/или сигналов (S) устройств для обработки данных (2А-2Z).5. Способ эксплуатации реагирующей системы (1) для цифровой обработки сигнала с множеством устройств для обработки данных (2А-2Z), взаимодействующих друг с другом через устройство передачи данных (4), причем на устройствах для обработки данных (2А-2Z) реализована по меньшей мере одна зависящая от статуса актуализации машинная программа (SW), отличающийся тем, что а) при каждом взаимодействии созданному устройством для обработки данных (2А-2Z) сигналу (S) присваивают характеризующее его статус актуализации кодовое число модификации (R), b) в принимающем устройстве для обработки данных (2А-2Z) производят сравнение, совпадает ли характеризующее принятый сигнал (S) кодовое число модификации (R) с депонированным для этого сигнала (S) кодовым числом модификации (R), и с) при совпадении этого кодового числа модификации (R) производят регулярную обработку сигнала (S), в противном случае не производят.6. Способ по п.5, отличающийся тем, что депонированное кодовое число модификации (R) запомнено в модуле анализа (16) принимающего устройства для обработки данных (2А-2Z) и/или в банке данных (12, 14).7. Способ по п.6, отличающийся тем, что характеризующее сигнал (S) и депонированное для сигнала (S) кодовое число модификации (R) при относящейся к этому сигналу (S) модификации повышают на значение единица.8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что характеризующее сигнал (S) и депонированное для сигнала (S) кодовое число модификации (R) при удалении этого сигнала (S) снабжают отрицательным знаком.