Устройство для контроля и резервирования информационно-измерительных систем Советский патент 1992 года по МПК H05K10/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых систем. Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет выявления отказа точного канала по причине плавного наростания погрешности последнего. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - функциональная cxesyia блока усреднения данных; на фиг.З - функциональная схема блока фиксации отклонения. Устройство (фиг.1) содержит регистр точного канала, первый-третий регистры 2-4 грубых каналов, выходной регистр 5, генератор б тактовых импульсов, генератор 7 контакт, блок 8 устранения данных, первыйчетвертый блоки 9-12 фиксации отклонений, регистр 13 сбоя, регистр 14 отказа, триггер 15 пуска, триггер 16 первого такта, коммутатор 17, коммутатор 18 устраненных значений, сумматор 19, регистр 20 усредненных значений, первый 21, второй 22 элементы И, элемент ИЛИ 23, первый-четвертый информационные входы 24-27, вход 28 пуска, вход 29 останова, информационный выход 30, выход 31 регистра сбоя, вцход 32 регистра отказа. Блок 8 усреднения данных {фиг.2) содержит узел 33 памяти, первый 34, второй 35 сумматоры, коммутатор 36, переый 37 третий 39 блоки элементов И, мажоритарный элемент 40, элемент И 41. Блок 9 фиксации отклонений (фиг.З) содержит первую 42, вторую 48 схемы сравнения, сумматор 44, первый 45, второй 46 коммутаторы, элемент НЕ 47. Регистр 1 служит для записи и хранения значения параметра, измеряемого точным каналом ИИС. Регистры 2-4 предназначены соответственно для записи и хранения приближенных значений параметра, измеряемых первым, вторым и третьим грубыми каналами ИИС. Регистр 5 служит для записи, хранения и выдачи на выход 30 ИСС 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 константы предназначен для формирования значения номинального и максимально допустимого значений вектора приращения за такт параметра. Блок 8 устранения 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 30 устройства) в случае отказа точного канала ИИС. При всех исправных грубых каналах ИИС блок 8 формирует выходной сигнал как среднее арифметическое трех значений параметра, поступивших из первого-третьего грубых каналов. При 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 8 представлена на фиг. 2. Значения измеряемого параметра поступают с выходов регистров 3-4 на выходы групп элементов И 37-39 соответственно, на вторые входы которых подаются сигналы с первых выходов второго ТО - четвертого 12 блоков фиксации отклонения соответственно, единичные значения которых свидетельствуют об отказе (сбое) первого-третьего грубых каналов ИИС соответствен но. При исправном состоянии всех грубых каналов ИИС значения параметра всех трех каналов суммируются в сумматорах 34 и 35 результата суммирования подается на младшие адресные входы узла 33 памяти, на котором реализуется табличное деление полученной суммы на 3 и на 2. В качестве старшего разряда адреса узла 33 памяти используется выходной сигнал элемента И 41, который равен нулю при исправном состоянии всех грубых каналов ИИС и единице - при появлении отказавших каналов. Таким образом, память узла 33 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 35, на три. При этом сумма значений параметра, сформированных первым-третьим каналами, используется в качестве адреса ячейки памяти узла 33. Во второй странице (при единичном значении старшего разряда) в каждой ячейке записывается результат деления суммы значений параметра, формируемых двумя исправными каналами на два. Таким образом, в данных случаях на выходеблока8 присутствуетсреднее значение параметра, поступившего из трех или из двух исправных каналов. Значение параметра, сформированное неисправным грубым каналом, не проходит на выход соответствующей группы элементов И 37 (38, 39), так как на инверсном входе группы элементов присутствует единичный сигнал. В этом случае суммирование осуществляется с нулевым кодом, что не искажает кон чный результат.

При Отказе двух грубых каналов ИИС выходной сигнал блока 8 формируется следующим образом. При появлении двух ёди-. ничных сигналов на входах мажоритарного элемента 40 на его выходе появляется единица и на выходе коммутатора 36 появляется значение единственного исправного канала.

Блок 9 усреднения данных 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 константы. Если результат сравнения меньше или равен номинальному значению, то на третьем 9.3 выходе блока 9 формируется единичный сигнал, а на остальных нулевые. Если результат сравнения меньше максимального значения, но больше номинального, то на первом 9.1 выходе формируется единичный сигнал, а на остальных - нулевое. Если результат сравнения больше или равен максимальному, то на первом 9.1 и втором 9.2 выходах единичный сигнал, а на третьем 9.3 нулевой (фиг.З).

Сравниваемые значения параметра в текущем такте и полученное в предыдущем поступают на вход схемы 42 сравнения. С выхода схемы сравнения на коммутатор, на входе которого меньшее число, поступает единичный сигнал, и меньшее число через соответствующий коммутатор поступает на вход сумматора 44 в обратном коде (если сравниваемые числа равны, то на управляющий вход коммутатора поступает единичный сигнал и на его выходе формируется нулевой код). Полученная в сумматоре разность поступаеть на вход второй схемы сравнения, где по результатам сравнения формируются управляющие сигналы. Работа и устройство блоков 10-12 усредненных данных аналогичны, но в них пс1ступают значения от соответствующих грубых каналов.

Регистр 13 сбоя служит для записи, хранения и выдачи на выход 31 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 этих каналах был зафиксирован отказ (сбой). Регистр 14 может забыть факт

отказа грубых или точного каналов, если неисправность в соответствующем канале перестала проявляться.

Триггер 15 пуска предназначен для внешнего запуска и останова устройства.

0 Триггер 16 первого такта, элемент И 21, ИЛ И 23 служат для организации правильного функционирования и записи параметра, измеряемого точным каналом в первом так. те., ., .

5 Коммутатор 17 канала передает ха информационный вход регистра 5 значение параметра с выхода точного канала (записанное в регистре 1), при его исправном состоянии, либо среднее значение парамет0 ра, сформированное блоком 8 на основании усреднения сигналов грубых каналов ИИС. : Коммутатор 18 усредненных значений, элемент И 22 позволяют организовать запись измеряемого параметра в регистр усредненных значений. Если исправен точный канал и есть исправные грубые каналы, в регистр усредненных значений записывается среднее значение измеряемого параметра, найденного как среднее значение

0 суммы параметра точного канала и среднего значения грубых каналов Если точный канал неисправен, в регистр усредненных значений записывается среднее значение параметра исправных грубых каналов: если

5 неисправны грубые каналы - значение измеренного параметра точным каналом.

Сумматор 19 предназначен для формирования в каждом такте среднего значения измеряемого параметра. Это значение формируется как сумма значений параметра, измерянного точным каналом, и среднего арифметического значений параметра, измеренного грубыми каналами, деление на два. Регистр 20 усредненных значений

5 предназначен для хранения среднего значения параметра, сформированного в i-том такте..

В исходном состоянии все регистры и триггеры устройства обнулены, в блоке памяти блока усреднения данных записаны коды, обес.печивающие реализацию функции деления суммы значений параметра на два и на три. В генераторе константы записаны значения векторов номинального и

5 предельно допустимого отклонений параметра за один такт. Цепи установки исходного на фиг.1-3 не показаны.

Функционирование устройства начинается по команде Пуск, поступающий на . вход 28. По этой команде триггер 15 устанавливается в единичное состояние и единичный сигнал с его выхода поступает на вход управления генератора 6. На выходе генератора б появляются сдвинутые друг относительно друга последовательности импульсов. Информация о значениях параметра точного и грубых каналов ИИС поступает на входы 24-27 регистров 1-4 соответственно асинхронно. Однако поступление значений параметра на эти входы завершается до поступления синхроимпульса с выхода 6.1 генератора 6, В дальнейшем изменения значений параметра также осуществляются всеми каналами в течение одного цикла, в паузе между поступлением синхроимпульсов с выхода 6.1 генератора 6. По первому синхроимпульсу с выхода 6.1 генератора 6 в регистры 1-4 заносятся значения параметра, поступившие из точного и грубых каналов. Значения параметра, измеренного грубыми каналами, поступают на вход блоков 10-12 фиксации отклонений и на вход блока 8 усреднения данных. Усредненное значение параметра с выхода блока 8 устранения поступает на входсумматора 19, где происходит суммирование со значением параметра, измеренного точным каналом. Среднее значение результата суммирования поступает со -(2+п+1)-го разряда сумматора на второй информационный вход коммутатора 18. Такой алгоритм суммирования значения параметра, измереннего грубыми и точным каналом, с одной стороны, дает приоритет значению, измеренному точным каналом, что при его исправной работе позволяет практически не ухудшать полученное им значение; с другой, - исключает возможность иеобнаружения его отказа в случае плавного нарастания погрешности последнего. С выхода коммутатора 18 усредненное значение параметра поступает на информационный вход регистра 20 усредненного значения и на второй информационный вход коммутатора 17, В дальнейшем функционирование устройства зависит от наличия или отсутствия отказов в точном и грубых каналах ИИС. Рассмотрим работу устройства при исправном состоянии каналов ИИС, а также при появлении сбоев и отказовв них. 1. Все каналы ИИС исправны, возможен сбой или отказ грубых каналов. В этом случае после записи информации в регистры 1-4 на выходах блоков 9-12 фиксации отклонений (фиг.З) появляются нулевые или единичные сигналы. Каковы значения этих сигналов не важно, так как регистры сбоя 13 и отказы 14 (фиг,1) не готовы к работе. По второму 6,2 тактовому импульсу значение измеряемого параметра точным каналом, через коммутатор 17, открытий инверсным триггером 16, записывается в выходной регистр 5. По заднему фронту этого же импульса триггер 16 устанавливается в единичное состояние. По следующему первому трактовому импульсу в регистры 1-4 вновь записывается значение измеряемого параметра. На этот раз на выходах блоков 9-12 фиксации отклонений устанавливаются нулевые потенциалы, за исключением выхода 9.3 блока 9 сравнения. Единичный сиггчал на этом выходе говорит о том, что разность значений параметра, измеренного во втором и первом тактах точным каналом, находится в области номинального отклонения у). Единичным сйгналом с этого выхода через элемент ИЛИ 23 коммутатор 17 настраивается на примем измеренного значения от точного канала. По следующему второму 6.2 тактовому импульсу в выходной регистр 5 записывается это значение. В регистр 20 записывается среднее значение измеряемого параметра для последующего его сравнения (в следующем такте) со значениями, измеряемыми точным и грубыми каналами, что позволяет избежать неправильного функционирования устройства из-за нарастания погрешности измерения точного канала. Этим импульсом через открытый триггером первого канала 16 элемент И 21 в регистры 13 и 14 записываются значения результатов сравнения с блоков 9-12 фиксации отклонений. Если произошел отказ одного или нескольких грубых каналов, то в этом такте единичные сигналы с первых выходов блоков 9-11 фиксации отклонений соответствующих каналов записываются по второму 6.2 тактовому импульсу в регистр 13 сбоя и разрешают запись признака отказавшего канала в регистр 14 отказа. Если факт отказа в следующем такте подтверждается, то в соответствующий разряд регистра 14 отказа записывается единичное значение. Если факт отказа не подтверждается, то в зависимости от того, в какой области или (pi находится разность измеренного значения грубым и точным каналами (в предыдущем такте) соответствующий разряд регистра 13 сбоя обнуляется или остается в единичном состоянии. При отказе всех трех грубых каналов на выходе элемента И 22 формируется единичный сигнал ив регистр 20, также как и в регистр 5, записывается значение параметра, измеремноеточным каналом..В дальнейшем при исправном состоянии точного канала устройство работает аналогичным образом.

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

Предлагаемое устройство позволяет фиксировать как резкие отказы точного канала, обусловленные отказами его элементной базы, так и плановые (постепенные), происходящие из-за старени;я элементов, выхода внешних факторов за пределы допуска (температура влажность и т.д.), или по каким-либо другим причинам.

При появлении резкого отказа точного канала (единичные значения выходов 9,.1, 9.2, нулевое значение выхода 9.3) нулебой сигнал на выходе 9.3 блока 9 фиксации отклонений переключает коммутатор 17 на прием информации от блока усредненных данных грубых каналов. По второму тактовому импульсу в четвертый разряд регистра 13 сбоя записывается единичное значение. В следующем такте, по второму тактовому импульсу в четвертый разряд регистра отказа 14 записывается единичное значение. В дальнейшем значение измеряемого tiaраметра будет формироваться в блоке 8 данных от грубых каналов. Если произошел отказ грубого канала, то единичному сигналу с первого выхода соответствующего блока фиксации отклонений отказавший канал исключается из процесса усреднения в блоке 8. В дальнейшем устройство работает аналогичным образом.

При постепенном отказе точного канала, некоторое время, пока результат сравнения измеренного параметра в I+1-м и 1-м тактах не выходит за пределы допуска выходной регистр 5 поступает значение с выхода регистра 1. В некоторый момент Ti допуск (f будет превышен и на выходе 9.1 блока фиксации отклонений появляется единичное значение. Благодаря этому в регистре 13 сбоя формируется признак сбоя точного канала и результаты измерения, поступающие в регистр 1, игнорируются, а в выходной регистр 5 заносится усредненное значение измерений грубых каналов. В момент времени Т2 е регистре Сформируется признак отказа. Если в дальнейшем происходит самовосстановление точного канала (например, вследствие улучшения внешних факторов), то в четвертые разряды регистров 13 и 14 записываются нулевые значения и вновь учитываются результаты измерения параметра точного канала. Возможность восстановления точного канала в аналогах и прототипе невозможна. В остальном работа устройства при постепенном и резком отказах аналогична.

Отказ ИИС, наступает после отказа последнего работоспособного канала. Формула изобрет е н и я Устройство для контроля и резервирования информационно-измерительных систем, содержащее выходной регистр, выход которого является информационным выходом устройства, регистр отказа, коммутатор, первый - четвертый блоки сравнения,

0 регистр точного канала, первый - третий регистры грубых каналов, генератор констант, блок усреднения данных, элемент ИЛИ и последовательно соединенные триггер пуска и генератор тактовых импульсов,

5 первый выход которого соединен с входами синхронизации регистра точного канала и первого - третьего регистров грубых каналов, информационные входы которых соединены с одноименными, информационными входами устройства, выходы порога приращения генератора, констант подключены к одноименным входам первого-четвертого блоков сравнения, первые информационные входы которых соедине5 ны с выходами регистра точного канала и первого-третьего регистров грубых каналов соответственно, выход регистра точного канала подключен к первому информационному входу коммутатора, выход которого

0 соединен с информационным входом выходного регистра, а выходы первого-третьего регистров грубых каналов соединены с соответствующими информационными входами блока усреднения данных, вход установки триггера пуска является входом Пуск устройства, о т л и ч а ю Щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет контроля погрешности точного канала, в устройство введены сумматоры,

0 регистр и коммутатор усредненных значений, триггер первого такта, первый и второй элементы И и регистр сбоя, выходы которого являются одноименными выходами устройства и подключены к входам разрешения регистра отказа, выход которого является одноименным выходом устройства, а вход синхронизации соединен с входом синхронизации регистра сбоя и подключен к выходу первого элемента И, первый вход

0 которого соединен с входами синхронизации выходного регистра и регистра усредненных значений, с входом установки триггера первого такта и подключен к второму выходу генератора тактовых импульсов,

5 инверсный выход сравнения с порогом первого блока сравнения подключена первому входу элемента ИЛИ, к вторым входам первого элемента И и элемента ИЛИ подключены прямой и инверсный выходы триггера первого такта соответственно, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу коммутатора и первому управляющему входу коммутатора усредненных значений, выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора и информационным входом регистра усредне1 ных значений, выход которого подключен к вторым информационным входам первого-четвертого блоков сравнения, выход второго элемента И - к второму входу коммутатора усредненных значений, к первому-третьему информационным входам которого подключены соответственно выходы блока усреднения данных, регистра точного канала и сумматора, входы которых соединены с выходами регистра точного канала и блока усреднения данных, первый-третий управляющие входы которого соединены с входами второго элемента И и подключены к выходам сравнения с порогом второго-четвертого блоков сравнения соответственно, выходы сравнения с приращением п рвогочетвертого блоков сравнения подключены к входам установки одноименных разрядов отказа, а выходы сравнения с приращением peгиctpa к информационным входам одноименных разрядов регистра сбоя и входам сброса одноименных разрядов регистра отказа, вход сброса триггера пуска является входом остановки устройства.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для КОНТРОЛЯ и оеэервировани! информационно-измерительных систем и Может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых систем. Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет контроля погрешности точного канала. Устройство содержит регистр 1 точного канала, первый - третий 2-4 регистры грубых каналов, выходной регистр 5, регистр отказов 14. коммутатор 17. первый - четвертый 9-12 блоки сравнения, блок 8 устранения данных, генератор 7 константы, генератор 6 тактовых импульсов, триггер пуска 15. злемент ИЛИ 23. Зил.Фиг.1^Ою ел о о

Фиг. 2

аз

9(ЮЩ

Фиг, J