Многоканальное устройство для управления переключением резерва Советский патент 1984 года по МПК H05K10/00 G05F1/20 

Изобретение относится к автомати ке и вьпислительной технике, может найти применение в других областях, где необходимо повысить надежность блоков за счет резервирования, и мо жет быть использовано для построения резервированных систем высокой надежности путем автоматического включения их блоков в работу, причем особенно эффективно устройство может быть применено, например, при построении систем обработки данных, работающих циклически с многоканальной системой передачи информации с временным уплотнением. Известно устройство для управления переключением скользящего резерва, содержащее коммутатор, элементы контроля основных и резервных блоков инверторы по числу основных блоков, матрицу элементов И-Нр, триггеры по числу основных блоков, элементы И по два для каждого основного блока и соответствующие связи. При отказе какого-либо из основных блоков происходит автоматическое замещение его резервным С Недостатком этого устройства является то, что при отказе резервного блока, заменившего основной, данный канал становится неработоспособным, поскольку отказавший резервньй блок заменить другим свободным резервным невозможно, что снижает надежность работы резервированной системы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоканальное устройство для резервирования замещением, содержащее в каждом канале резервируемый блок, соединенный с элементом контроля, и ключ, соединенный с резервируемым блоком, и в каждом канале логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с управляющим входом ключа, инверсныи вход каждого логического элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом элемента контроля в данном канапе, а каждый из остальных прямых входов с соответствующим вькодом одного из элементов контроля других каналов В устройстве сигнал исправности, .получаемьй от элемента контроля, используется как сигнал разрешения включения резервируемого блока своег канала и как сигнал запрета включения остальных резервируемых блоков. Сигнал неисправности, получаемый от элемента контроля, запрещает прохождение информации от резервируемого блока своего канала, и является сигналом разрешения включения последующего резервируемого блока 211. Недостатком известного устройства является то, что для надежной работы всей системы необходимо все резервируемые блоки держать во включенном состоянии, чтобы обеспечить ее работоспособность при автоматическом включении в работу исправного резервируемого блока в случае возникшей неисправности работающего канала, иначе будет происходить потеря информации на отрезке времени от момента подачи питания на исправный резервируемый блок и до выхода его на рабочий режим. Это приведет к снижению надежности системы, так как вероятность безотказной работы каждого резервируе-. мого блока Р уменьйается с увеличением времени работы i ; - наработка на отказ. Кроме того, включенное состояние всех резервируемых блоков системы приводит к излишнему потреблению энергии, что является недостатком с экономической точки зрения. Потребляемая системой мощность этом равна Ру - где Р - мощность, потребляемая одним резервируемым блоком; h количество блоков в системе. Целью изобретения является повышение надежности устройства. Эта цель достигается тем, что в многоканальное устройство для управения переключением резерва, содеращее в каждом канале элемент контроля и ключ, входы которых являются информационными входами устройства, а выходы ключей - информационным выходом устройства-, управляющий вход ключа соединен с выходом элемента Ш1И-НЕ, инверсный вход каждого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом элемента контроля данного канала,/ а каждый из остальных прямых входов - с соответствующим выходом одного из элементов контроля предшествующих каналов, в каждьш канал введены счетчик сбоев, элемент И-НЕ, элемент И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ и элемент ИЛИ, каждый из входов элемента И-НЕ соединен с соответствующим нулевым выходом одного из разрядов счетчика сбоев счетный вход которого соединен с выходом элемента контроля данного канала, первые и вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИЛИ первого канала соединены с нулевой шиной, выходы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИЛИ каждого канала соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ данного канала и соответственно с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и первым входом элемента ИЛИ последующего канала, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ каждого канала соединен ,с первым входом элемента И этого канала, второй вход которого соединен с выходом элемента И-Н данного канала, а выход - с вторыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемента ИЛИ последующего канала и является управляющим выходом устройства. На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - схема элемента контроля. Устройство содержит в каждом кана ле 1 элемент 2 контроля, ключ 3 с ин формационньши входами 4 и 5 соответственно, резервируемьш блок 6 обработки данных, причем выходы ключей 3 являются информационным выходом 7 устройства. Устройство также содержи элемент ИЛИ-НЕ 8, элемент И-НЕ 9, счетчик 10 сбоев, элемент ИСКЛЮЧАНЩЕ ИЛИ 11, элемент ИЛИ 12, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ-НЕ 13, элемент И 14, управляющий выход 15 устройства. Сче чик 10 состоит из триггеров 16. Элемент 2 контроля (фиг, 2) содер жит элемент И 17 и D -триггер 18. Информационные входы 4 и 5 соответственно элемента 2 и ключа 3 соединены с резервируемым блоком 6, а выходы ключей 3 соединены вместе. Ин версный вход каждого элемента ИЛИ-НЕ 8 соединен с выходом элемента 2 контроля данного канала, а каждый из остальных прямых входов - с соответствующим выходом одного из элементов 2 контроля предшествующих каналов, выход элемента ИЛИ-НЕ 8 соединен с управляющим входом ключа 3. Каждый из входов элемента И-НЕ 9 соединен с соответствующим нулевым выходом одного из разрядов счетчика 10 сбоев, счетньш вход которого соединен с выходом элемента 2 контроля данного канала. Первые и вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и ИЛИ 12 первого канала соединены с нулевой шиной, выходы элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 11 и элемента ИЛИ 12 каждого канала соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13 данного канала и соответственно с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и первым входом элемента ИЛИ 12 последующего канала. Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13 данного канала соединен с первым входом элемента И 14, второй вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ 9, а выход - с вторыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и элемента ИЛИ 12 последующего канала и является управляющим выходом 15 устройства. Блок 6 обработки данных выполняет, например, расчет значений технологических параметров методом кусочно-линейной аппроксимации по жесткой программе, значения параметров в реперных точках хранятся в постоянном запоминакицем устройстве. Периодически с заданным циклом последовательно проводится обработка всех параметров, текзпдее значение которых в аналоговой форме по многоканальной системе передачи информации с временным уплотнением подается на вход каждого блока 6 обработки данных. В предлагаемом устройстве постоянно работают два блока обработки данных, причем один из них находится в горячем резерве. Последовательно в случае выхода из строя основного блока подключаются блоки из холодного резерва в горячий резерв, а блок, . находящийся в горячем резерве, стайовится основным. В случае выхода из строя блока, находящегося в горячем .резерве, включится в горячий резерв блок, находящийся в холодном резерве, а первый автоматически отключится. Устройство работает следующим образом. Резервируемый блок 6 работает циклически с многоканальной системой передачи информации с временным уплотнением. На одном из временных каналов, называемым контрольным, происходит по рабочему алгоритму, но с эталонными входными данными, проверка работоспособности блока 6. Выходные данные блока 6 при этом поступают 51 по входу 4 устройства 1 на вход элемента 2 контроля, где они сравниваются с заданными. Элемент 2 контроля представляет собой, например, элемент И 17 с коли чеством прямьпс и инверсных входов, равных количеству информационных шин выход которого соединен с информационным входом триггера 18 типа D . Ца управляющий и единичньй входы i) -триггера 18 подаются от блока 6 по входным шинам 4 сигналы соответст венно Строб и Установочный . Единичный выход триггера 18 является выходом элемента 2. В начала контрольного канала сигналом Установочный с блока 6 триггер 18 устанавливается в состояние 1. Результат расчета в блоке 6 пол ченный на контрольном канале по входам 4, поступает на вход элемента И 17, информационные разряды с состояниями 1 подаются на прямые его входы, а с состояниями О - на инверсные. Если результат расчета на контрольном канале получен правильный, то с выхода элемента И 17 на вход D -триггера 18 поступит сигнал 1, который сигналом Строб подтверждает единичное состояние D -триггера. Если результат неправильный, то с выхода элемента И 17 на вход D -триг гера 18 поступит сигнал О, который сигналом Строб сбрасывает В -триг гер 18 в состояние О, сигнализируя тем самым о сбое блока 6. При этом в снетчик 10 заносится единица. Ключ 3 представляет собой группу элементов И, количество которых равно коли честву информационных шин выхода 7. Первый вход каждого элемента И ключ 3 соединен с одной из соответствующих информационных шин входа 5. Вторые входы элементов И ключа 3 соединены с вьгходом элемента ИЛИ-НЕ 8. Управляющий выход 15 канала соеди нен с входом блока 6, включающим его питание. При правильной работе .блока 6 на выходе элемента 2 присутствует сигнал 1, которьй поступает на инверсный вход элемента ИЛИ-НЕ 8 своег канала и разрешает прохождение информации на выход 7 через ключ 3 сво го блока 6. Для последующих каналов сигнал 1, поступающий на прямые входы элементов ИЛИ-НЕ 8, является

запрещающим.

эксплуатации, а также из накопленных 68 Цепи установки триггеров счетчиков 10 на чертеже не показаны, поскольку они являются цепями ручного запуска в работу устройства. Установка в О триггеров счетчиков 10 может производиться от одной общей кнопки Сброс, а установка в 1 первых триггеров счетчиков 10 от общей кнопки Запуск. Включение устройства в работу производится в следующей последовательности. Производится установка всех триггеров счетчиков 10 в состояние О, при этом на выходе элемента И-НЕ 9 каждого канала присутствует сигнал О, который поступает на вход элемента И 14. На выходах элементов И 14 присутствует сигнал О и, следовательно, все блоки 6 отключены по питанию. При последующей установке в 1 первого триггера счетчика 10 первого 1канала 1 на второй вход элемента И 14 поступает сигнал 1. На входах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и 1ШИ 12 присутствует сигнал О, следовательно, с их выходов поступает сигнал О на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ Ш1И-НЕ 13, на выходе которого появляется сигнал 1. Этот сигнал поступает на первый вход элемента И 14, на выходе которого появляется сигнал 1, включающий по выходу 15 питание блока 6. Блок 6 выходит на рабочий режим. Количество разрядов счетчика 10 определяется временем установки рабочего состояния блока 6 от момента включения его питания, т.е. в это время элемент 2 контроля вьщает сигналы сбоев. Если это время равно К циклам обработки информации, то минимальное количество разрядов счетчика.10 е 1с i ;, --) т, где m - определяется из условия выработки количества случайных сбоев блока 6, при которых он должен автоматически выключаться как .неисправньш. Число сбоев, при которых блок 6 считается .неработоспособным, определяется количеством дополнительных разрядов m счетчиков 10 и равно ц 2. Число m выбирается, исходя из показателей надежности конкретного блока 6, конкретных условий его 7 . 10 в процессе эксплуатации статистических данных. При числе П резервированных блоков 6 устройство будет неработоспособно в том случае, если выдаст сигнал ошибки последний работающий блок 6. Это произойдет после М m(п-1) + 1 сбоев. Неисправные блоки 6 можно восстанавливать не нарушая работы устройства и системы обработки данных в целом. При выходе блока 6 первого канала 1 на рабочий режим информация с его выхода через вход 5 и ключ 3 устройства поступает на выход 7. При дальнейшей установке в 1 первых триггеров счетчиков 10 осталь ных каналов 1 работа устройства происходит следующим образом. На втором входе элемента И 14 каждого из остальных каналов присутс вует 1 с выхода элемента И-НЕ 9. На первый и второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 второго канала 1 поступают соответственно сигналы 1 от элемента И 14 и О от элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 11 первого канала 1, на первый и второй входы элемента ИЛИ 12 второго канала поступают соответственно сигналы О от элемента ИЛИ 12 и 1 от элемента И 14 пер вого канала 1. С выходов элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и ИЛИ 12 второго канала 1 на выходы элемента ИСКЛЮЧАЮ ЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13 поступают сигналы 1, ЧТО приводит к появлению на его выхо де сигнала 1, поступающего на первый вход элемента И 14. На выходе элемента И 14 появляется сигнал 1, который по управляющему выходу 15 включает питание блока 6. В дальнейшем работа второго канала 1 происходит аналогично первому. При выходе блока 6 второго канала 1 на рабочий режим поступление его информации на выход 7 запрещается сигналом с выхода элемента 2 контроля первого канала 1. . Остальные блоки 6 в работу включены не будут. Так как на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и элемента ИЛИ 12 третьего канала присутс вуют сигналы 1, на их выходах соот ветственно - сигналы О и 1, то на выходе элемента ИСКПЮЧАЩЕЕ ИЛИ-Н 13 присутствует сигнал О, а значит на выходе элемента И 14 присутствует также сигнал О. 8 На входах элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ четвертого и остальных каналов от элемента И сутствуют сигналы 14 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 предьщущего канала, а на входах элемента ИЛИ 12 сигналы О и 1 соответственно от элемента И 14 и элемента ИЛИ 12 предьщущего канала, значит на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ--НЕ 13 и, следовательно, на выходе элемента И 14 присутствует сигнал О. Рассмотрим работу устройства при нарушении работоспособности блока 6 первого канала. При нарушении работоспособности блока 6 первого канала в начале очередного цикла обработки данных на временном контрольном канале элемента 2 появляется потенциал О, который заносит 1 в счетчик 10 сбоев. При выдача информации на выходе 7 с первого канала запрещается по цепи: выход элемента 2, инверсный вход и выход элемента ИЛИ-НЕ 8, вход ключа 3 первого канала, и разрешается прохождение информации на выход 7 через ключ 3 второго канала, на управляющем входе которого присутствует сигнал 1 с выхода элемента ИЛИ-НЕ 8, так как на его прямом и инверсном входах присутствуют сигналы соответственно О с выхода элемента 2 первого канала и 1 - с выхода элемента 2. Если это произошел случайный сбой. то на следующем цикле работоспособность блока 6 первого канала восстановится и информация на выход 7 будет вьщаваться через ключ 3 первого канала. При числе сбоев блока 6 первого канала, равных заданному, счетчик 10 переполняется и на выходе элемента И-НЕ 9 присутствует сигнал О, так как на его входах присутствуют сигналы 1 от нулевых выходов счетчика 10. На выходе элемента И 14 появляется сигнал О и блок 6 первого канала выключается. Одновременно на входах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ 1 Г и ИЛИ 12 второго канала появляются сигналы О, что не меняет сигналы.1 на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13, а значит и на выходе элемента И 14. Блок 6 второго канала остается включенным и выдает информацию на выход 7 через ключ 3.

На первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 третьего канала появления сигнала О вместо 1 приводит к появлению сигнала 1 на входе элемента И 14 с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮ ЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13. Сигнал 1,п.оявившийся на выходе элемента И 14, включает питание на блок 6. Блок 6 третьего канала выходит на рабочий режим, однако вьздача его информации через ключ 3 запрещается сигналом 1, поступающим на прямой вход элемента ИПИ-НЕ 8.

Теперь в работе блоки двух каналов второго и третьего. Состояние остальных блоков 6 не меняется.

При выключении блока 6 второго канала в результате неисправности включение блока 6 третьего канала в работу происходит аналогично описанному, за исключением того, что сигнал О появляется на втором входе элемента ИСКПЮЧАЩЕЕ ИЛИ 11 третьего канала.

В дальнейшем выключение одного из двух работающих блоков 6 любых двух каналов в результате появления неисправности приводит к появлению разных сигналов на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 последующего канала, в котором блок 6 выключен, но исправный, при этом на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13 этого канала появившийся сигнал 1 поступает на вход элемента И 14, сигнал 1 с выхода которого включает блок 6 данного канала в работу.

Использование предлагаемого многоканального устройства обеспечит экономию потребления энергии за счет поддержания в выключенном состоянии блоков обработки резервированной системы, за исключением двух работающих, при одновременном обеспечении высокой надежности системы за счет дублирования работающих блоков.

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ РЕЗЕРВА, содержащее в каждом канале элемент контроля и ключ, входы которых являются информационными входами устройства, а выходы ключей - информационным выходом устройства, управляющий вход ключа соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, инверсный вход каждого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом элемента контроля данного канала, а каждь1й из остальных прямых входов с соответствующим выходом одного из элементов контроля предшествующих каналов, отличающееся тем, что, с целью повышения его надежности, в каждый канал введены счетчик сбоев, элемент И-НЕ, элемент И, элемент ИСКЛЮЧАМЦЕЕ ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАКЯЦЕЕ ИЛИ-НЕ и элемент ИЛИ, каждый из входов элемента И-НЕ соединен с соответствующим нулевым выходом одного из разрядов счетчика сбоев, счетный вход которого соединен с выходом элемента контроля данного канала, первые и вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и ИЛИ первого канала соединены с нулевой шиной, выходы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИЛИ каждого канала соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ данного S канала и соответственно с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЖ и первым входом элемента ИЛИ последукяцего канала, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ каждого канала соединен с первым входом элемента И этого канала, второй вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ данного канала, СО а выход - с вторыми входами элемента сх ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемента ИЛИ последующего канала и является управа ляющим выходом устройства. 00

фиг, 2