Мажоритарное устройство Советский патент 1984 года по МПК H05K10/00 G06F11/18 

Изобретение относится к автоматическому контролю мажоритарных импульсных устройств управления и может быть использовано в любых отраслях электротехники, где необходимо осуществлять контроль резервируемых импульсных систем и обеспечить высокий коэффициент готовности.

Известно устройство контроля мажоритарного импульсного устройства, содержащее мажоритарный элемент, элементы запрета, одновибратор, дифференцирующие формирователи, триггеры, двухвходовые элементы И, элементы ИЛИ и выходной элемент задержки, в котором входы мажоритарного элемента подсоединены к источникам входных импульсов, запрещающие входы элементов запрета подключены к выходу одновибратора, а разрешающие входы соединены с выходами дифференцирующих формирователей, вход одновибратора подключен к выходу мажоритарного элемента, а выход,одновибратора через дифференцирующий формирователь соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с R -входами R5-триггеров, входы которых подключены к клеммам источников входных сигналов через дифференцирующие формирователи соответственно, инверсные выходы триггеров подключены к первым входам двуквходовых элементов соответственно, вторые входы которых соединены с выходами дополнительного дифференцирующего формирователя, а выходы подключены к первым входам элементов ИЛИ соответственно, вторые входы которых соединены с выходами элементов запрета соответственное.

К недостаткам такого устройства следует отнести отсутствие контроля мажоритарного выходного узла. Сбои и отказы могут быть по причине отказа мажорита рного узла, в этом случае информация о месте отказа будет неверной. Кроме того, возможны отказы элементов, входящих в устройство контроля, в такое состояние, которое не может быть своевременно обнаружено, хотя,устройство контроля практически уже не работоспособно.

Известно также устройство для автоматического контроля и поиска неисправностей, в котором входные сигналы можно представить как сигналы от резервируемых источников, а многовходовый элемент И-НЕ в частном

случае выполняет роль мажоритарного узла. Устройство содержит элемент И-НЕ, элементы НЕ, генератор импульсов, дешифратор и счетчик импульсов. В устройство введены дополнительные элементы И-НЕ, элемент НЕ, блок временной задержки и блок индикации, причем входы многовходового элемента И-НЕ являются входами устройства и подключены соответственно к входам элементов НЕ, выходы которых соединены соответственно с первыми входами двухвходовых элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к группе входовдешифратора, выходы двухвходовых элементов И-НЕ соединены с соответствуюш;ими входами четырехвходового элемента И-НЕ, выход многовходового элемента И-НЕ подключен к первому входу трехвходового элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а третий вход подключен к выходу одновибратора, выход трехвходового элемента И-НЕ подключен к первому функциональному входу счетчика импульсов, остальные разрядные входы которого соединены с группой входов дешифратора, первый вход двухвходового дополнительного элемента И-НЕ подключен к выходу четырехвходового элемента И-НЕ, а второй вход - к входу блока, переменной задержки, выход которого соединен с выходом блока индикации и с выходо дополнительного элемента НЕ, вход которого подключен к выходу одновибратора, вход которого соединен с выходом двухвходового дополнительног элемента И-НЕ, группа входов блока ивдикации подключена к группе входов счетчика импульсов C2J.

Данное устройстко обладает теми же недостатками, что и цредьиущее.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее три резервируемых блока, блоки контроля, восстанавливакшщй блок и блоки адаптации, причем входы блоков контроля соединены с выходами резервируемых блоков и выходом восстанавливающего блока, первый и второй выходы каждого блока контроля соединены с одноименными входами соответствующего блока адаптации, а выходы резервируемых блоков соединены с соответствуюпщми информационными входами восстанавливающего блока СЗ. 3 Отсутствие полного контроля и отсутствие достоверности его работы приводит к тому, что коэффициент готовности может снижаться. Недопустимость простоя важных объектов требует высокого коэффициента готовност не только самого объекта, но и.вспомогательных устройств, например управления. Отключение объекта из-за неисправности цепей управления недопустимо. Надежность таких устройств достигается за счет резервирования с воз можностью замены отказавших узлов в процессе работы. Дпя выявления отказов нужен контроль. Отсутствие гарантии правильности выдаваемой информации контролем не только не повьшает коэффициент готовности, но и может его значительно понизить, rak как время восстановления объек та может при этом возрастать. Резервирование контроля увеличивает достоверность информации, но одновременно увеличивает и время его восстановления. Коэффициент готовности устройства становится высоким, только если име ется полная и достоверная информация о состоянии резервируемых узл устройства в любой момент времени и при этом имеются запасные устройства для быстрой замены неисправных Целью изобретения является повышение надежности за счет уменьшения времени восстановления устройства.. Поставленная цель достигается тем, что в мажоритарное устройство, содержащее резервируемые блоки, выходы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему информационным входам своих поканальньк блоков контроля и мажоритарного блока, выход которого подключен к четвертому информационному входу поканальных блоков контроля, два контрольных входа которых соединены с тестовыми входами устройства а модулирующий вход - с .модулирующим входом устройства, введены мажоритарный блок контроля, включакнций три элемента совпадения, два мажоритарных элемента, два переключателя с кнопками Контроль и Деблоки.ровка, четыре элемента ИЛИ, два элемента задержки, узел контроля последовательностей импульсов и индика торы Пропуск импульсов и Ложная работа, четыре сигнальных входа 674 первого переключателя соединены с соответствующими информа1Ц1онными входами поканальных блоков контроля, пятые сигнальные входы - с первым контрольным входом поканальных блоков контроля, управляющий вход - с кнопкой Контроль, выходы - с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к второму контрольному входу поканальных блоков контроля, выходы первого, второго и третьего элементов ИЛИ подключены к входам Пропуск импульсов элементов совпадения, а выход четвертого элемента ИЛИ подключен к входам Ложная работа элементов совпадения, выходы Ложная работа и Пропуск импульсов которых подключены к входам соответствующих мажоритарных элементов, выходы которых соединены с соответствующими сигнальными входами второго переключателя и входами индикаторов Пропуск импульсов л Ложная работа, управляющий вход второго переключателя соединен с кнопкой Деблокировка, первые выходы - с входами элементов задержки, вторые выходы с шиной источника питания выходы элементов задержки соединены с соответствующими входами блокировки элементов совпадения, контрольные выходы мажоритарных элементов и элементов совпадения подключены к информационным входам узла контроля последовательностей импульсов, модулирующий вход которого подключен к модулирующему входу устройства. На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит модулирующий вход 1 и два тестовых входа 2 и 3, три резервируемьк блока 4, 4,4, мажоритарный блок 5, три поканальных блока б, б2, бЗ контроля, клеммы 7% 7, 73, 8, 8, 8 мажоритарный блок 9 контроля. Блок 9 содержит первый переключатель 10 с кнопкой Контроль, четыре элемента ИЛИ 11, элементы 12, 12, 2 совпадения, два мажоритарных элемента 13 с инвер.сными выходами, каждый из которых включает в себя три элемента 15 И-НЕ и элемент И 14 второй переключатель 16 с кнопкой Деблокировка элементы 17 задержки, индикаторы 18 Ложная работа и Пропуск импульсов, узел 19 контроля последевательностей импульсов, состоящий из дифференциальных цепей 20, двух элементов- И 21 и элемента И-НЕ 22, собранных по схеме дифференциального И-НЕ, элемента И 23 для последовательности импульсов, вьювителя 24 неисправности с контактами 25 и 26 реле, индикатора 27 Неисправность, реле 28 с четырьмя контактами. Устройство получает питание от трех отдельных источников 29, 29. 29 , . J- , и одного общего источника стабилизированного напряжения питания. Устройство имеет общую отрицательную шину 31.. В мажоритарном устройстве с не- , прерывным контролем первый, второй и третий информационные входы поканальных блоков б, 6, 6 контроля соединены с выходами резервируемых блоков 4, 4 , 4 и с соответствующими сигнальными входами первого переключателя 10 мажоритарного блока 9 контроля, четвертый информационный вход блоков 6, 6-, 6 соединен с вы ходом мажоритарного блока 5 и с чет вертым сигнальным входом переключателя 10, модулирующий вход блоков 6 , 6 , 6 с оединен с модулирующим входом 1 устройства, первый контроль ный вход блоков 6, 6, 6 соединен с первым тестовым входом 2 устройст ва и с пятыми сигнальные входами переключателя 10, второй контрольный вход - с вторым тестовым входом 3 устройства и с вторыми входами элементов ИЛИ 11 мажоритарного блока 9 контроля. Выходы переключателя 10 подключены к первым входам элементов. 11. Выходы первого, второго и третьего элементов ИЛИ 11 подключены к входам Пропуск импульсов элементов 12, 12, 12 совпадения, выход четвертого элемента 11 подключен к входам Ложная работа элементов 12 12, 12. Единичные выходы Ложная работа и Пропуск импульсов элементов 12, 12, 12 совпадения подключены к входам элементов И-НЕ 15, выходы которых соединены с входами элементов И 14 соответствующих мажоритарных элементов 13. Выходы мажоритарных элементов 13 (выходы элементов 14) соединены с сигнальными входами второго переключателя 16 и входами индикаторов 18 Ложная рабо Пропуск импульсов, выходы которых соединены с шиной 30 источника питания. Первые выходы переключателя 16 соединены с входами элементов 17 задержки, а вторые - с шиной 31. Выхо.ды элементов 17 задержки соединены с соответствующими входами блокировки элементов 12,12, 12 совпадения , Контрольные выходы мажоритарных элементов 13 (выходы элементов И-НЕ 15) и элементов 124, 12, 12(нулевые выходы и входы блокировки ) подключены к информационным входам узла 19 контроля последовательностей импульсов - входам первых дифференциальных цепей 20, выходы которых сое- . динены с входами элементов И 21. Выходы элементов И 21 подсоединены к входам вторых дифференциальных цепей 20, выходы которых соединены с входами элемента И-НЕ 22 выход которого подключен к одному входу логического элемента И 23 для последовательности импульсов, к другому входу - модулирующий вход 1 устройства. Выход элемента И 23 соединен с управляющим входом выявителя 24 неисправности. Вход и выход 26 реле, входящего в выявитель 24, являются выходами мажоритарного блока 9 контроля. Другой вход 25 реле выявителя 24 подключен к шине 31 источника гштания, а один из его выходов подключен к управляющему входу реле 28, другой - к входу индикатора 27 Неисправность и к одному из выходов реле 28, вход которого подключен к шине 31, а выход инднкатора 27 и другой управляющий вход реле 28 - к шине 30 источника питания. Другие три входа реле 28 подключены к шинам 29, 29, 29 источника питания, а их выходы - к цепям индикаторов поканальных блоков 6 , 6, 6 контроля. Все блоки контроля входящие в мажоритарное устройство, в процессе его работы самоконтролируются .непосредственно от контролируемых сигналов, а при отсутствии их - с помощью спеп альных контрольных последовательностей импульсов от внешнего источника. В момент появления любой неисправности в мажоритарном устройстве нарушается самоконтроль и срабатывает сигнализация, ука зывающая на наличие неисправности. С помощью переключателя (кнопки) Контроль в каждом блоке контроля определяется блок,подлежащий замене. Принцип работы устройства состоит в осуществлении контроля импульсных последовательностей на входах и на выходе мажоритарного органа с помощ известных блоков контроля импульсны сигналов (поканальные блоки 6, 6, 6 контроля) и элементов IZ, 12, 1 совпадения, в осуществлении мажорирования (элементы 13) выходов известных элементов совпадения, в осу ществлении контроля импульсных посл довательностей в контрольных точках мажоритарного блока 9 контроля с помощью известного узла 19 контроля последовательностей импульсов. Элемент совпадения является составной частью поканального блока ко роля. Суть контроля импульсных сигнало заключается в следующе М. Обычно искомые функции контроля выражают в виде дизъюнкции обязательных конституент полного разложения единицы: 1; У1 oVKj VK, Ут V асе У -гс. veM, где М, множество индексов обязательных конституент из разложения единицы. Построенные по такому принципу схемы контроля импульсных устройств работают в ждущем режиме, т.е. функ ции реализуются лишь при возникновении контролируемых ситуаций. Отказ элементов в одно из состояни из множества состояний, не участвую щих в формировании , не может быть замечен устройством. Все констит.уенты можно разбить на две смыс ловые группы, отображающие функцию нормальных и ненормальных режимов, когда устройство контроля не дойжн формировать сигнал неисправности и когда устройство контроля формиру сигнал неисправности )D VKfJs 1К„„ iKjjpi причем Т.е. используются всё конституенты полного разложения единицы. S un соответствует режиму нормально г работы управления, поэтому элементы на базе которых реализована схема У| непрерывно изменяют свои состояния вместе с изменением состояний системы управления. реализуется при неисправное- системе управления, а в процессе нормальной работы элементы, реализующие ее, также изменяют свои сое тояния за счет взаимодействия с элементами, реализующими . Таким образом, все элементы устройства контроля при нормальной рабо-те непрерывно изменяют свои состояния, что и дает возможность по последовательностям импульсов в выбранных контрольных точках с помощью узлов контроля последовательностей импульсов, которые представляют собой схемы с только динамическими связями, осуществлять контроль за непрерывным переключением всех элементов схемы контроля. Наличие переключения элементов говорит о его работоспособности. соответствует также режимам. когда на входы управления импульсы не подаются. В это время на схему контроля поступает специальная контрольная последовательность импульсов, заме11яющая контролируемые последовательности. соответствует также режиму, когда на схему контроля поступает контрольная последовательность импульсов, подаваемая переключателем Контроль. Синфазные решающие устройства резервируемых блоков 4 - 4 с любым конечным числом входов (не указаны) и мажоритарный блок 5, который также может представлять решающее устройство, представляют собой мажоритарное устройство управления. Для обнаружения неисправностей мажоритарного устройства управления в качестве входных сигналов схем контроля используются выходные сигналы резервируемых блоков 4- 4, Х, Х- и Х и мажоритарного блока 5 Х. Известно, -что для поканальных , блоков контроля с двумя входными шинами справедливы выражения ,i что либо оба на то, что указывает сигнала есть, либо они отсутствуют: что указывает на то, что одного из сигналов нет. Покажем, что с помощью таких поканальных блоков б, 62., 6 контроля и элементов 12, 12 , 12 сов9падения можно осуществлять требуемый контроль блоков 4, 4, 4 и 1096767 блока 5 мажоритарного устройства управления (см. таблицу).

МАЖОРИТАРНОЕ УСТРОЙСТВО,, содержащее резервируемые блоки, выходы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему информационным входам своих поканальных блоков контроля и мажоритарного блока, выход которого подключен к четвертому информационному входу поканальных блоков контроля, два контрольных входа которых соединены с тестовыми входами устройства, а модулирующий вход - с модулирующим входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьшения времени восстановления устройства, оно содержит мажоритарный блок контроля, включающий три элемента совпадения, два мажоритарных элемента, два переключателя с кнопками Контроль и Деблокировка, четыре элемента ИЛИ, два элемента задержки, узел контроля последовательностей импульсов и индикаторы Пропуск импульсов и Ложная работа, четыре сигнальных входа первого переключателя соединены с соответствующими информационными входами поканальных блоков контроля, пятые сигнальные входы - с первым контрольным входом поканальных блоков контроля, управляющий вход - с кнопкой Контроль, выходы - с первыми входами соответствую1цих элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к второму контрольному входу поканальных блоков контроля, выходы первого, второго и третьего элементов ИЛИ подключены к входам Пропуск импульсов элементов. Совпадения, а выход четвертого элемента ИЛИ под ключен к входам Ложная работа элементов совпадения, выходы Ложная работа и Пропуск импульсов которых подключены к входам соответствующих мажоритарных элементов, выходы которых .соединены с соответствующими сигнальными входами второго переключателя и входами индикаторов СО 05 Пропуск импульсов и Ложная работа, управляющий вход второго переключателя соединен с кнопкой Де блокировка, первые выходы - с вхоО5 дами элементов задержки, вторые вы ходы - с шиной источника питания, выходы элементов задержки соединены с соответствующими входами блокировки элементов совпадения, контрольные выходы мажоритарных элементов и элементов совпадения подключены к информационным, входам узла контроля последовательностей импульсов, модулирующий вход которого подключен к модулирующему входу устройства .

ституентам с номерами 3,5,6,7,8,9, 10 и 12, не должны регистрироваться как неисправности в блоках управления. Тогда функцию нормального режима можно записать

Нр 156 З контроля можно записать

К1К - Ki,+Kj,4

Н2Ц

НЗк: Функцию неисправности мажоритарного устройства, которая должна выполняться мажоритарным блоком 9 контроля, можно записать Н« Кз+К5+ K +Kg-t-Kg+VK, Указанные функции могут .быть выражены через аналогичные функции поканальных блоков б контроля, что и доказывает правильность осуществленных связей и применения такого контроля: йр Х фХ„--Х2®Х„-ХзЭХ„ Kt %, нр- зЧФХЛе х Xj© V Hii Hait® ; HtK X 3lj® X/y, Xg® X) HiK X/i® XM Хд® XM Хз© M ® « ® (© Kbj HM 1® 3® (37 M с помощью поканальных блоков 6 .6 контроля можно регистрировать неисправность в мажоритарном устройст Однако определить, какой из четьфех блоков 4, 5 контролируемого об екта следует заменить в этом случае невозможно. Чтобы можно было определить, какой из неисправных блоков 4-4, 5 каком из бло следует заменить или в .1. 4% ков 4- 4, 5 произошел сбой в рабо те, необходимо на каждый контролируемьй блок иметь свой блок контроля и мелзду ними должны быть организованы связи, исключающие ненужную информацию. При этом вводится допущение, что резервированные блоки 4 4 одновременно отказать не могут и при любом их отказе срабатывает сиг нализация. Поэтому для контроля каждого из резервируемых блоков используются поканальные блоки 6 контроля, а для контроля мажоритарного блока 5 введен мажоритарный блок 9 контроля, включающий в себя три элемента 12 совпадения, одноименные единичные выходы которых включены по мажоритарному закону (элементы 15)} узел 19 контроля последовательностей импульсов, свои переключатели 10, 16 с кнопкам Контроль и Деблокировка, элементы 17 задержки. Каждый из этих блоков представляет собой независимое устройство контроля со своими органами управления, индикации, выходными цепями. В блоках 6 - 6 в ходные цепи не показаны. Мажоритарное устройство с непрерывным контролем работает следующим образом. При нормальной работе на выходах резервируемых блоков формируются синфазные дискретные сигналы, которые поступают на входы мажоритарного блока 5, входные шины поканальных блоков 6 контроля и мажоритарного блока 9 контроля. Выход мажоритарного блока 5 является выходом устройства Все элементы, входящие в поканальные блоки б контроля и мажоритарного блока 9 контроля непрерьтно изменяют свои состояния, на входные шины их блоков контроля последовательностей импульсов поступают последовательности импульсов от контрольных точек, реле их выявителей неисправности включены. Реле выявителя 24 неисправности своими контактами 25 включает реле 28, которое свои14И контактами подключает питающие напряжения (клеммы 29) к элементам индикации поканальных блоков 6 контроля (клеммы 7). Работа мажоритарного блока 9 контроля практически не отличается от работы поканальных блоков 6 контроля импульсных сигналов. Отличие состоит в том, что единичные выходы известных элементов совпадения включены по мажоритарному закону, а их входы коммутируются с помощью первого переключателя 10 Контроль и четырех элементов 11 ИЛИ сигнал блокировки через элементы 17 задержки формируется только при срабатывании двух любых или трех элементов 12 12 совладения, а узел 19 контроля для последовательностей импульсов содержит большее число информащюнных входов и в связи с ограниченной интеграцией злементов, схема дифференциального ИЛИ-НЕ выполнена с двойным дифференцированием. При одиночном сбое сигнала в одном из резервируемьк блоков 4-4 соответствующий поканальный-блок 6 контроля регистрирует (запоминает) вид сбоя, блокируется, при этом светятся индикаторы, указывающие вид сбоя и Неисправность. Оператор, кратковременно нажав кнопку Деблокировка данного поканальнрго 131 блока контроля, возвращает схему в исходное состояние. При полном отказе одного из резер вируемых блоков, светятся индикаторы 27 Неисправность в мажоритарно блоке 9 контроля и Неисправность соответствующего поканального блока 6(62, 6) контроля. Нажатие на кноп ки Деблокировка в этом блоке и в мажоритарном блоке 9 контроля не возвращает схемы. Нажав поочередно соответствующие кнопки Контроль, оператор тем самым отключает информационные входы от резервируемых блоков 4(4, 4) и мажоритарного блока 5 и подключает их к клемме 3. При этом поступает последовательност импульсов контр по своим параметрам близкая к рабочей последовательности. Кратковременное нажатие на кнопку Деблокировка соответствующего поканального блока 6(6, 6) контроля возвращает схему давн го поканального блока контроля в нормальное состояние. Погасание эле ментов индикации свидетельствует о необходимости замены резервированного блока 4(4, 4), продолже ние свечения - замены поканального блока 6(6, 6) контроля. При сбое или отказе мажоритарног блока 5 светятся индикаторы 18, ука зывая вид сбоя и индикатор 27 Неисправность, при этом элементы индикации, определяющие вид неисправности в поканальных блоках б- 6 контроля отключаются от источников питания (клемма 29). Действия оператора аналогичны предьщущему случаю. Восстановление работы поканальны блоков б - 6 контроля и мажоритарного блока 9 контроля указывает на необходимость замены контролируе мых блоков, т.е. резервируемых блок 4 или мажоритарного блока 5. Разбиение устройств контроля на блоки зависит от требований ко всем устройству. Можно было бы разместит все поканальные блоки 6 - 6 контроля и мажоритарный блок 9 контроля конструктивно на одной плате, при э не было бы необходимо.сти применять четьфе блока контроля последовател ностей импульсов в каждом блоке кон роля. Достаточно было бы использова один блок контроля последовательнос импульсов с количеством информацион ных входов, равным количеству конт7рольных точек и применить одну кнопку Контроль. При отсутствии входных сигналов на входах резервированных блоков 4 на клемме 2 автоматически возникает последовательность импульсов Управляемая контрольная частота (пр ) по своим параметрам аналогичная и при этом поканальные блоки контроля и мажоритарный блок 9 контроля продолжают контролироваться. (Цепи формирования контрольных частот не показаны). Замыкание контакта 26 выходной цепи мажоритарного блока 9 контроля и аналогичных контактов в поканальных блоках 6 - 6 контроля импульсных сигналов в цепи сигнализации позволяет получить сигнал о любой неисправности в мажоритарном устройстве с непрерывным контролем в момент появления неисправности. Предлагаемый контроль позволяет выявить скрытые отказы в устройстве, облегчает диагностику поиска отказавшего узда, регистрирует сбои в работе устройства, позволяет отказаться от планово-предупредительных ремонтов, снизить время восстановления оборудования, облегчает процесс и увеличивает достоверность наладки, позволяет гарантировать готовность оборудования контроля до начала работы объекта. Устройство нечувствительно к следующим отказам: появление мощных помех в виде последовательности импульсов на всех вх:одах в цепях контроля последовательностей импульсов блоков 6 и 9; кратковременное прерьшание контролируемых последовательностей в контрольных точках на время меньшее времени действия накопителя и выявктеля. Суммарное их время примерно равно 60 MCJ внутренние обрывы входов интегральных элементов, что эквивалентно появлению сигналов Единица. С этой целью желательно дублировать входы, как это обычно и делается; пробой конденсаторов временных цепей и одновременный отказ логического элемента, для которого данная временная цепь является нагрузкой. Считается, что вероятность наложения двух отказов, а тем более вероятность пробоя конденсаторов мала, залипание контактов реле выявителя. По сравнению со всевозможным, коли чеством неисправностей в контролируемом объекте и устройстве контроля количество неконтролируемых ситуаций составляет незначительную часть5 р маловероятно. Таким образом, подавляющее количество из общего числа всевозможных отказов, сбоев, наводок, обрывов, коротких замыканий надежно контролируется и незамедлительно диагностируется.