Устройство для контроля и резервирования информационно-измерительных систем Советский патент 1991 года по МПК H05K10/00 G06F11/20 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых систем.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2,3 - функциональные схемы блока усреднения данных и сравнения соответственно.

Устройство (фиг.1) содержит регистр 1 точного канала, первый - третий 2-4 регистры грубых каналов, выходной регистр 5, генератор 6 тактовых импульсов, генератор 7 констант, блок 8 усреднения данных, первый - четвертый 9-12 блоки сравнения, регистр 13 сбоя, регистр 14 отказа, триггер 15 пуска, триггер 16 первого такта, коммутатор 17 каналов, элемент И 18, элемент ИЛИ 19, первый - четвертый 20-23 информационные входы, вход 24 пуска, вход 25 останова, информационный выход 26, выход 27 регистра

сбоя, выход 28 регистра отказа, выходы второго 29. третьего 30, четвертого 31, первого 32 блоков сравнения, выход 33 генератора константы, выход 34 генератора тактовых импульсов.

Блок 8 усреднения данных (фиг.2)содер- жит блок 35 памяти, первый 36, второй 37 сумматоры, коммутатор 38, первый - третий 39-41 блоки элементов И, мажоритарный элемент 42, элемент И 43.

Блок 9 сравнения (фиг.З) содержит первый 44, второй 45 сравнивающие устройства, сумматор 46, первый 47, второй 48 коммутаторы, элемент ИЛИ 49.

Блоки 10-12 сравнения не имеют третьего выхода, а в остальном структура их аналогична.

Регистр 1 служит для записи и хранения значения параметра, измеряемого точным каналом информационно-измерительной системы (ИИС).

to С

о о ч ю

00

о

Регистры 2-4 предназначены соответственно для записи и хранения приближенных значений параметра, измеренных первым, вторым и третьим грубыми каналами ИИС.

Регистр 5 служит для записи, хранения и выдачи на выход 26 ИИС итогового значения параметра, которое в зависимости от исправности каналов ИИС совпадает либо с точным значением параметра, формируемым точным каналом ИИС, либо является средним значением приближенных значений параметра, формируемых исправными грубыми каналами ИИС.

Генератор 7 констант предназначен для формирования номинального и максимального допустимого значений вектора приращения за такт параметра.

Блок 8 усреднения данных обеспечивает формирование среднего значения параметра на основании значений параметра, формируемых исправными грубыми каналами ИИС, Его выходной сигнал используется в качестве выходного значения измеряемого параметра (т.е. поступает на выход 26 устройства) в случае отказа точного канала ИИС.

При всех исправных грубых каналах ИИС блок 8 формирует выходной сигнал как среднее арифметическое трех значений параметров, поступивших из первого - третьего грубых каналов. Пр и отказе одного из грубых каналов блок 8 формирует сигнал в результате усреднения значений параметра, поступивших от двух оставшихся исправных грубых каналов ИИС. При отказе двух грубых каналов блок 8 передает выходной сигнал исправного грубого канала на свой выход без изменения.

Функциональная схема блока 8 представлена на фиг.2. Значения измеряемого параметра поступают с выходов регистров 2-4 на входы групп элементов И 39-41 соответственно, на вторые входы которых подаются сигналы с первых выходов второго - четвертого 10-12 блоков сравнения соответственно, единичные значения которых свидетельствуют об отказе (сбое) первого - третьего грубых каналов ИИС соответственно.

При исправном состоянии всех грубых каналов ИИС значения параметра всех трех каналов суммируются в сумматорах 36 и 37, и результат суммирования подается на младшие адресные входы блока 35 памяти, на котором реализуется табличное деление полученной суммы на 3 и на 2. В качестве старшего разряда адреса блока 35 используется выходной сигнал элемента И 43, который равен нулю при исправном состоянии всех грубых каналов ИИС и единице - при появлении отказавших каналов.

Таким образом, память блока 35 оказывается разделенной на две страницы. В первой странице (при нулевом старшем разряде адреса) в каждой ячейке записывается результат деления суммарного значения параметра, полученного на выходе сумматора 37, на 3. При этом сумма значений параметра, сформированных первым - третьим каналами, используется в качестве адреса ячейки памяти блока 35.

Во второй странице (при единичном значении старшего разряда) в каждой ячейке записывается результат деления суммы значений параметра, формируемых двумя исправными каналами, на 2.

Таким образом, в описанных случаях на выходе блока 8 присутствует среднее значение параметра, поступившего из трех или двух исправных каналов. Значение параметра, сформированное неисправным грубым каналом, не проходит на выход соответствующей группы элементов И 39 (40, 41), так как на инверсном входе группы элементов присутствует единичный сигнал. В этом случае суммирование осуществляется с нулевым кодом, но не искажает конечный результат.

При отказе двух грубых каналов ИИС выходной сигнал блока 8 формируется следующим образом.

При появлении двух единичных сигналов на входах мажоритарного элемента 42 на его выходе появляется единица, а на выходе коммутатора 38 появляется значение единственного исправного канала.

Блок 9 сравнения предназначен для определения вектора разности текущего значения параметра со значением параметра, полученным в предыдущем такте, и сравнения полученного рассогласования с номинальным и максимально допустимым, формируемыми на соответствующих выходах генератора 7 констант. Если результат сравнения меньше или равен номинальному значению, то на третьем выходе блока 9 формируется единичный сигнал, а на остальных - нулевые. Если результат сравнения меньше максимального значения, но больше номинального, то на первом выходе формируется единичный сигнал, а на остальных - нулевые. Если результат сравнения больше или равен максимальному, то на первом и втором выходах формируется единичный сигнал, а на третьем - нулевой (фиг.З).

Сравниваемые значения параметра,

полученные в текущем и предыдущем тактах.

поступают на вход сравнивающего устройства 44, с выхода сравнивающего устройства - на коммутатор, на входе которого меньшее число поступает на елиничный сигнал - через соответствующий коммутатор на вход сумматора 46 в обра гном коде (если сравниваемые числа равны, то на управляющий вход коммутатора поступает единичный сигнал и на его выходе формируется нулевой код). Полученная в сумматоре разность поступает на вход второго сравнивающего устройства, где по результатам сравнения формируются управляющие сиг налы. Работа и устройство блоков 10 12 сравнения аналогичны, но в них поступают значения от соответствующих грубых каналов. Регистр 13 сбоя служит для записи, хранения и выдачи на выход 27 и входы управления регистра 14 в соответствии с сигналами, полученными от блоков сравнения, информации о сбоях в каналах.

Регистр 14 фиксирует отказ точного и грубых каналов ИИС, если в предыдущем такте в этом канале также бмл зафиксирован отказ (сбой). Регистр 14 может забыть факт отказа грубого канала, если неислрчв ность в канале переслала проявляться.

Триггер 15 пуска предназначен для внешнего запуска и останова устройства.

Триггер 16 первого такта, элементы И 18, ИЛИ 19 служат для организации правильного функционирования и записи snj- чения параметра, измеряемого TOIJ им каналом в первом такте. Коммутатор 1 7 канала передает на информационный вход регистра 5 значение параметра с выхода точного канала (записанное в регистре 1) при его исправном состоянии либо среднее значение параметра, сформированное блоком 8 на основании усреднения сигналов грубых каналов ИИС

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все регистры и триггеры устройства обнулены, в блоке па- мяти блока усреднения данных записаны коды, обеспечивающие реализацию функции деления суммы значений параметра на 2 и 3. В генераторе констант записаны значения векторов номинального и предельно допустимого отклонений параметра за один такт. Цепи установки исходного на фиг.1-3 условно не показаны.

Функционирование устройства начинается по команде Пуск, поступающей на вход 24. По этой команде триггер 15 устанавливается в единичное состояние, единичный сигнал с ею выхода поступает на вход управления генератора 6. На выходе генератора 6 появляются сдвинутые одна относительно другой последовательности

импульсов. Информация о значениях пара метра точного и грубых каналов ИИС посту- пяет на входы 20-23 (регистров 2-4. 1 соответственно) асинхронно, однако по- ступпение значений параметра на эти входы завершаете до поступления синхроимпульса с выхода 34.1 генератора 6. В дальнейшем изменения значений параметра также осуществляются всеми каналами в течение одного цикла, в паузе между поступлением синхроимпульсов с выхода 34,1 генератора 6,

Flo первому синхроимпульсу с выхода 34.1 1внератора 6 в регистры 1 4 заносятся значения параметра, поступившие из точно- ю и грубых каналов. В дальнейшем функционирование устройства зависит от наличия или отсутствия отказов в точном и грубых каналах ИИС.

Рассмотрим ряботу устройства при исправном состоянии каналов ИИС, а также при появлении сбоев и отказов о них.

А Все каналы ИИС исправны, возможен сбой или отказ грубых каналов.

В этом случае поело записи информации в регистры 1 4 на выходах блоков 9-12 сравнения (фиг.З) появятся нулевые или единичные сигналы. Какопы значения этих сигналов, значения не имеет, т эк как регистры сбоя 11 и отказа 14 (фиг 1) не готовы к работе. По второму (34.2) тактовому импульсу значение измеряемого точным каналом па- через коммутатор 17, открытый ин- версмым триггером 16. запишется в выходной регистр 5 По заднему фронту этого же импульса триггер 16 установится в единичное состояние. По следующему первому тактовому импульсу в регистры 1-4 вновь запишется значение измеряемого параметра. На этот раз на выходах блоков 9 12 сравнения установятся нулевые потенциалы, за исключением выхода 32.3 блока 12 сравнения. Единичный сигнал на этом выходе говорит о том что рчзность значений параметра, измеренного во втором и пеовом тактах точным каналом,находится в области номинального отклонения. Единичным сигнг-лом этого выхода через элемент ИЛИ 19 коммутатор 17 настраивается на прием измеренного значения от точного ка- нала По следующему второму 34.2 тактовому импульсу в выходной регистр 5 записывается это значение. Этим же импульсом через открытый триггер 16 первого канала элемент И 18 и регистры 13 и 14 записываются значения результатов сравнения с блоков 9-12 сравнения. Если произошел отказ одного или нескольких грубых каналов, то в этом такте единичные сигналы с первых выходов блоков 9-11 сравнения

соответствующих каналов запишутся по второму тактовому импульсу в регистр 13 сбоя и разрешает запись признака отказавшего канала в регистр 14 отказа. Если факт отказа в следующем такте подтвердился, то в соответствующий разряд регистра 14 отказа запишется единичное значение. Если факт отказа не подтвердился, то в зависимости от того, в какой области значений находится разность измеренного значения, грубым и точным каналом (в предыдущем такте) соответствующих разряд регистра 13 сбоя обнулится или останется в единичном состоянии, В дальнейшем при исправном состоянии точного канала устройство работает аналогично описанному выше.

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

При появлении отказа точного канала (единичные значения выходов 32.1,32.2: нулевое значение выхода 32.3) нулевой сигнал на выходе 32.3 блока 12 сравнения переключит коммутатор 17 на прием информации от блока усреднения данных грубых каналов. По второму тактовому импульсу в четвертый разряд регистра 13 сбоя запишется единичное значение. В следующем такте по второму тактовому импульсу в четвертый разряд регистра 14 отказа запишется единичное значение. 8 дальнейшем значение измеряемого параметра oyflef формироваться в блоке 8 усреднения данных от грубых каналов. Если произошел отказ грубого канала, то по единичному сигналу с первого выхода соответствующего блока сравнения отказавший канал исключается из процесса усреднения в блоке 8. В дальнейшем устройство работает аналогично описанному выше.

Отказ ИИС наступает после отказа последнего работоспособного канала.

Формула изобретения Устройство для контроля и резервирования информационно-измерительных систем, содержащее регистр точного канала, первый - третий регистры грубых каналов, выходной регистр, регистр отказов, коммутатор, первый - четвертый блоки сравнения, блок усреднения данных, генератор констант, генератор тактовых импульсов, триггер пуска, элемент ИЛИ, причем единичный вход триггера пуска является входом пуска устройства, выход триггера пуска соединен с управляющим входом генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входами синхронизации регистров

точного и грубых каналов, информационные входы которых являются одноименными информационными входами устройства, выход регистра точного канала соединен с

первым информационным входом коммутатора каналов и первым входом первого блока сравнения, выходы первого - третьего регистров грубых каналов соединены с одноименными входами блока усреднения

0 данных и первыми входами одноименных блоков сравнения соответственно, выход блока усреднения данных соединен с вторым информационным входом коммутатора каналов, выход коммутатора каналов соеди5 нен с информационным входом выходного регистра, выход которого является информационным выходом устройства, первый выход генератора констант соединен с вторыми входами блоков сравнения, о т л и0 чающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены регистр сбоев, триггер первого такта и эле: мент И, причем нулевой вход триггера пуска является входом останова устройства, вто5 рой выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом элемента И, с входом синхронизации регистра выхода, с единичным и синхровходом триггера первого такта, прямой и инверсные выходы триг0 гера первого такта соединены соответственно с вторым входом элемента И и первым входом элемента ИЛИ, выход элемента И соединен с входами синхронизации регистров сбоя и отказа, выходы ре5 гистра сбоя являются выходами сбоя устройства и соединены с входами управления регистра отказов, выходы которого являются выходами отказа устройства, второй выход генератора констант соединен с

0 третьими входами первого - четвертого блоков сравнения, первые выходы первого - четвертого блоков сравнения соединены соответственно с одноименными входами регистра сбоев, первые выходы второго 5 четвертого блоков сравнения соединены соответственно с входами установки в О первого - третьего разрядов регистра отказа и первым - третьим управляющими входами блока усреднения данных, вторые выходы

0 первого - четвертого блоков сравнения соединены с одноименными входами регистра отказов, третий выход первого блока сравнения соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом

5 управления коммутатора, а выход выходного регистра соединен с четвертыми входами первого - четвертого блоков сравнения.

Фиг.1

4J

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для контроля и резервирования информационно - измерительных систем, и может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых систем. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Цель достигается путем сочетания контроля резервируемых грубых и точного каналов по мажоритарному признаку и по скорости изменения контролируемого параметра. 3 ил.