Устройство для контроля состояния критической ситуации Советский патент 1992 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к средствам контроля, управления и сигнализации сложных технических систем, в частности летательных аппаратов (ЛА), и может быть использовано для повышения качества, надежности и безопасности их функционирования.

Известно устройство для определения состояния критической ситуации (КС), содержащее блок датчиков, регистр, два ЗУ, счетчик, коммутатор, задатчик кода, элемент задержки, тактовый генератор, элементы И, ИЛИ.

Данное устройство осуществляет пошаговый контроль развития критической ситуации. В каждый момент времени устройство формирует код текущего состояния критичег ской ситуации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для контроля критической ситуации, содержащее блок датчиков, регистр, два ЗУ, счетчик, коммутатор, задатчик кода, элемент задержки, тактовый генератор, цифроанэ- логовый преобразователь, компаратор, элемент эквивалентности, элемент И, ИЛИ.

Устройство обеспечивает решение той же задачи контроля развития критической ситуации на основании сигналов аналоговых датчиков с выхода блока датчиков.

Недостаток устройства состоит в том, что устройство обеспечивает контроль только тех критических ситуаций, каждая из которых представляет собой один процесс развития во времени. Этот процесс определяется конечным множеством дискретных

СП

С

vj со

VJ

ь ю

состояний и переходов между ними, а также некоторым начальным состоянием. Кроме того, в каждый момент времени процесс характеризуется некоторым текущим состоянием из множества состояний. Развитие таких критических ситуаций представляет собой переход из одного состояния в другое.

В реальных условиях критическая ситуация может состоять из двух или более невзаимодействующихпроцессов, развивающихся параллельно во времени. Такая критическая ситуация в каждый момент времени характеризуется множеством текущих состояний соответствующих процессов. Устройство не обеспечивает контроль текущих состояний параллельных процессов, поэтому его использование в данных условиях может привести к срыву управления летательным аппаратом и возможной аварии.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет введения возможности контроля состояния параллельных процессов объекта.

Для достижения поставленной цели в устройстве для контроля состояния критической ситуации, содержащем блок датчиков параметров, блок формирования адресов начал списков смежных состояний, первый счетчик, информационные входы которого соединены-с выходами блока формирования адресов начал списков смежных состояний, блок задания режима и порога, информационные входы которого соединены с выходами первого счетчика, первый коммутатор, информационные входы которого соединены с выходами блока датчиков параметров, адресные входы подключены к группе выходов выбора датчиков блока задания режима и порога, цифроаналоговый преобразователь, входы которого соединены с группой выходов задания порога блока задания режима и порога, первый компаратор, первый вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а второй вход - с выходом цифроаналогового преобразователя, схему сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого компаратора, а второй вход - с выходом указания режима контроля сигнала датчика блока задания режима и порога, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с входом Сброс устройства, эадатчик количества параллельных процессов, тактовый генератор, дополнительно вход запуска тактового генератора и обнуляющий вход сброса первого счетчика соединены с входом Сброс устройства, синхровход первого счетчика соединен с вторым выходом тактового генератора, кроме того, введены блок буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, синхровход которого соединен с вторым выходом тактового генератора, а выходы подключены к адресным входам блока формирования адресов начал списков смежных состояний, второй коммутатор, второй информационный вход которого соединен с выходами кодов смежного состоя0 ния блока задания режима и порога, а выходы подключены к информационным входам блока буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, блок памяти начальных состояний параллельных

5 процессов, выходы которого соединены чс первым информационным входом второго коммутатора, второй счетчик, синхровход которого соединен с вторым выходом тактового генератора, вход сброса подключен к

0 выходу элемента ИЛИ, а выходы соединены с адресным входом блока памяти начальных состояний параллельных процессов, второй компаратор, первый вход которого соединен с выходом задатчика количества парал5 лельных процессов, а адресный вход - с выходами второго счетчика, блок выбора логических функций, первый, второй и третий входы признаков которого соединены с выходом второго компаратора, выходом указа0 ния конца списка смежных состояний блока задания режима и порога и выходом схемы сравнения, третий счетчик, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока

5 выбора логических функций, суммирующий вход подключен к управляющему выходу блока выбора логических функций, вход установки соединен с управляющим выходом блока выбора логических функций, синхров0 ход подключен к первому выходу тактового генератора, вход сброса соединен с входом Сброс устройства, а выходы подключены к адресному входу блока выбора логических функций, блок управления и синхрониза5 ции, входы которого соединены с выходами третьего счетчика, а с первого по восьмой выходы соединены соответственно с первым входом управления второго коммутатора, входом записи блока буферной памяти текущих состояний параллельных процес0 сов, суммирующим входом второго счетчика, вторым входом элемента ИЛИ, входом чтения блока буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, входом записи первого счетчика, суммирующим

5 входом первого счетчика и вторым входом управления второго коммутатора.

В предложенном техническом решении осуществляется контроль текущего состояния критической ситуации путем последовательного перебора параллельных процессов, составляющих данную ситуацию. На каж- дом шаге перебора для каждого из параллельных процессов определяется текущее состояние путем контроля переходов на основании сигналов датчиков.

В соответствии с известным подходом для решения задачи контроля текущего состояния критической ситуации, состоящей из параллельных процессов, необходимо для каждого из данных процессов предусмотреть свое отдельное устройство для контроля состояния критической ситуации (например, устройство-прототип). В соответствии же с предложенным подходом для решения этой задачи используется всего одно устройство для контроля текущего состояния параллельных процессов независимо от количества данных процессов.

На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2-граф состояний предложенного устройства.

Устройство для контроля текущего состояния параллельных процессов содержит (см. фиг. 1) блок 1 датчиков параметров, блок 2 формирования адресов начал списков смежных состояний, первый счетчик 3, блок 4 задания режима и порога, первый коммутатор 5, цифроаналоговый преобразователь 6, первый компаратор 7, схема 8 сравнения, элемент ИЛИ 9, задатчик 10 количества параллельных процессов, тактовый генератор 11, блок 12 буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, второй компаратор 13, блок 14 памяти начальных состояний параллельных процессов, второй счетчик 15, второй компаратор 16, блок 17 выбора логических функций, третий счетчик 18. блок 19 управления и синхронизации.

Блок 1 датчиков параметров содержит датчики аналогового типа, определяющие переход состояний параллельных процессов.

Блок 2 формирования адресов начал списков смежных состояний хранит адреса начал списков кодов смежных состояний, в которые возможен переход из текущих состояний различных параллельных процессов.

Первый счетчик 3 предназначен для формирования адреса очередного смежного состояния, переход в которое из данного текущего состояния контролируется путем опроса соответствующего датчика.

Информационные разряды блока 4 задания режима и порога разбиты на пять частей:

Vi - код смежного состояния, переход в которое возможен из данного текущего состояния. При этом коды смежных состояний записываются в последовательности, соответствующей приоритетам датчиков, определяющих переход в данное состояние;

V2 - адрес датчика, определяющего пе- 5 реход в данное смежное состояние;

Ui - указатель конца списка смежных состояний (единица указывает на конец списка );

Va - двоичный код величины порога для 0. контролируемого датчика;

Ui - указатель логического значения (ноль или единица).

При этом единица указывает на то, что переход происходит в случае, если анэлого- 5 вый сигнал контролируемого датчика превышает пороговое значение, а ноль - если этот сигнал ниже величины соответствующего порога.

Первый коммутатор 5 по адресу, посту- 0 лающему на его адресные входы с группы выходов выбора датчиков блока 4 задания режима и порога, обеспечивает коммутацию опрашиваемого датчика из блока 1 датчиков параметров.

5 С помощью цифроаналогового преобразователя 6 осуществляется преобразование двоичного кода величины порога, поступающего с группы выходов задания порога блока 4 задания режима и порога, в 0 соответствующий аналоговый сигнал.

Первый компаратор 7 формирует выходной сигнал на основании сравнения сигнала датчика, выбранного первым коммутатором 5, и сигнала с выхода цифроаналогового 5 преобразователя 6.

Схема 8 сравнения формирует единичный сигнал при совпадении сигналов с вы- . хода первого компаратора 7 и с выхода указания режима контроля сигнала датчика 0 блока 4 задания режима и порога.

Задатчик 10 кода хранит код, равный количеству параллельных процессов в контролируемой критической ситуации.

Тактовый генератор 11 формирует с за- 5 данным периодом непересекающиеся во времени синхроимпульсы и .

Блок 12 буферной памяти текущих состояний параллельных процессов хранит коды текущих состояний всех параллельных 0 процессов, составляющих контролируемую критическую ситуацию.

Второй коммутатор 13 управляет работой блока 12 буферной памяти текущих состояний параллельных процессов. 5 Блок 14 памяти начальных состояний параллельных процессов хранит коды начальных состояний параллельных процессов.

Второй счетчик 15 формирует и хранит код процесса на данном шаге контроля критической ситуации. Одновременно этот же код является адресом ячейки блока 12 буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, в которой хранится код текущего состояния соответствующего процесса.

Второй компаратор 16 формирует единичный сигнал при совпадении содержимого задатчика 10 кода и второго счетчика 15.

Блок 17 выбора логических функций и блок 19 управления и синхронизации программируются по стандартным методикам и в соответствии со своими системами логических функций. Блок 17 выбора логических функций реализует следующую систему логических функций:

У1 Р4 (Х2+ХЗ)+Р5,

У2 Р4 (Х2+ХЗ)+Р6+Р7,

ХЗ+рб -Х1+Р7,(1)

У4 РО+Р1 -Х1+Р2+РЗ+Р4- Х2 Яз.

У5 Р1 Х1+Р4 (Х2+ХЗ)+Р5+Р6+Р7.

а блок 19 управления и синхронизации реализует систему логических функций: 91 ро, 92 РО+Р7, дз Р1+Р6, 94 Р2, 95 Р2, 96 РЗ, 97 Р5. 98 Р7,(2)

где XL X2, хз- логические сигналы на первом втором и третьем входах признаков блока 17 выбора логических функций;

У li....ys - логические сигналы на выходах блока 17 выбора логических функций,

gi,...,98 - логические сигналы на первом - восьмом выходах блока 19 управления и синхронизации,

м, если k B(ai, 32, аз) Pk Pk(ai. 32, аз) 4

{О, в противном случае

ai, 32, аз - логические сигналы на выходах третьего счетчика 18,

k 0,1,..., 7 - десятичный индекс,

B(ai, Э2. аз) - десятичная форма двоичного числа 333231,

+,.,- - символы операций логического сложения, умножения и отрицания соответственно.

При программировании матриц необходимо учитывать, что символы Po,Pi,...,P7 являются результатом дешифрации кода 333281, т.е. задаются следующим рбразом:

Ро - , PI , Pz 333231,

РЗ 333231, Р4 333231, Рб 333231. Рб ш 333231, Р 333231.

Работа устройства для контроля состояния критической ситуации происходит следующим образом (см. фиг. 1).

Действие управляющей части (блок 17 вы бора логических фун кций и блок 19 уп ра в- ления и синхронизации, счетчик 18) основано на потактовом формировании состояния работы устройства, код которого хранится в счетчике 18 и определяет:

сигнэлы упрэвления коммутэтором 13,

блоком 12 буферной пэмяти текущих состояний пзрэллельных процессов и счетчикэми 3 и 15 (с помощью блокэ 19 управления и синхронизации);

коды следующих состояний, в которые

происходит переход из дэнного состояния (с помощью блокэ 17 выбора логических функций).

При поступлении внешнего сигнэла Сброс на входы сброса первого 3, второго

15 (через элемент 9 ИЛИ) и третьего 18 счет- ч иков их содержимое обнуляется. Сброс содержимого счетчика 18 обеспечивает начало рзботы устройствэ с нулевого состояния.

В ходе работы код состояния А (а1.а2.аз) подается на входы блока 19 управления и синхронизации,который в соответствии с системой своих логических функций (2) преобразует А в управляющие сигналы

Х (х1,х2,хз).

Блок 17 выбора логических функций в соответствии с системой своих логических функций (1) преобразует (А,Х) в код следующего состояния у1,у2,уз и выдает сигнал установки ys или выдает сигнал у4 перехода в смежное состояние работы устройства, или выдает нулевые у4, ys. блокируя изменение состояния. При наличии сигнале ув по переднему фронту сигнэла Ф1 с выхода тактового генерэторз 11 в счетчик 18 записывается код следующего состояния У1,у2.уз. При наличии сигнэла у4 содержимое счетчика 18 увеличивается на 1, а при отсутствии сигналов у4 и ys остается прежнее состояние работы устройствэ.

Сигнэлы Х1,х2,хз, участвующие в формировании очередного состояния работы уст- ройствз с помощью блокэ 17 выбора готических функций, имеют следующий

смысл:

xi - закончено отслеживание последнего из процессов, входящих в состав контролируемой критической ситуации;

Х2 - закончен просмотр спискэ смежных

состояний, в которые возможен переход из текущего состояния отслеживаемого про- цессэ;

хз- нзличие перехода в смежное состояние.

Системы логических функций (1) и (2) обусловливают функционировэние устройстве в соответствии с графом состояний, приведенном на фиг. 2,

Каждая вершина графа состояний (см. фиг. 2) соответствует одному из восьми конкретных состояний. Внутри каждой вершины записан в десятичной форме код соответствующего состояния А. Для каждой вершины также указаны управляющие сигналы D gi,....ge. имеющие единичное значение в данном состоянии.

Каждая дуга указывает на вершину-состояние, в которое происходит переход из исходной вершины-состояния, Каждой дуге приписана логическая функция на множестве сигналов X, истинность которой задает переход из исходной вершины-состояния в смежную. На фиг. 2 предполагается, что ее- ли дуге не приписана логическая функция, то она всегда истинна.

Состояние 0: Установка начального состояния очередного процесса. На выходах блока 19 управления и син- хронизации присутствуют единичные сигналы gi. да. Это обеспечивает запись по переднему фронту сигнала кода начального состояния процесса, хранимого в ячейке блока 14 памяти начальных состояний параллельных процессов с адресом, равным содержимому счетчика 15, в ячейку блока 12 буферной памяти текущих состояний параллельных процессов с тем же адресом.

На выходах блока 17 выбора логических функций присутствуют сигналы , , поэтому по сигналу Ф| происходит переход в состояние 1.

Состояние 1: Установка следующего процесса.

На выходах блока 19 управления и синхронизации присутствует единичный сигнал gi. Это обеспечивает по переднему фронту Фг увеличение содержимого счетчика 15 на 1.

На выходах блока 17 выбора логических функций присутствует:

сигналы , , если , и тогда по сигналу Ф1 происходит переход в состояние 2;

сигналы , и сигналы У1,у2,уз со значениями, соответствующими нулевому коду, и тогда по сигналу Ф1 происходит возврат в состояние 0.

Состояние 2: Установка первого про- цесса.

На выходах блока 19 управления и синхронизации присутствует единичный сигнал 94. Это обеспечивает сброс содержимого счетчика 15.

На выходах блока 17 выбора логических функций присутствуют сигналы , , поэтому по сигналу Ф1 происходит переход в состояние 3.

Состояние 3: Установка адреса начала списка смежных состояний в соответствии с текущим состоянием отслеживаемого процесса.

На выходах блока 19 управления и синхронизации присутствуют единичные сигналы 95,96. Это обеспечивает запись в счетчик 3 содержимого ячейки блока 2 формирования адресов начал списков смежных состояний, адресом которой является код текущего состояния отслеживаемого процесса, хранимый в блоке 12 буферной памяти текущих состояний параллельных процессов.

На выходах блока 17 выбора логических функций присутствуют сигналы , , поэтому по сигналу Ф1 происходит переход в состояние 4.

Состояние 4: Контроль перехода и конца списка смежных состояний.

На выходах блока 19 управления и синхронизации отсутствуют единичные сигналы, поэтому в работе устройства никаких изменений не происходит.

На выходах блока 17 выбора логических функций присутствуют:

сигналы , ys-0, если . и тогда по сигналу Pi происходит переход в состояние 5;

сигналы . и сигналы yi, у2, уз со - значениями, соответствующими коду состояния 6, если , . и тогда по сигналу Ф| происходит переход в состояние 6;

сигналы , и сигналы yi, ya. уз с значениями, соответствующими коду состояния 7. если , и тогда по сигналу Ф1 происходит переход в состояние 7.

Состояние 5: Установка следующего состояния из списка смежных состояний.

На выходах блока 19 управления и синхронизации присутствует единичный сигнал 97. Это обеспечивает увеличение содержимого счетчика 3 на единицу.

На выходах блока 17 выбора логических функций присутствуют сигналы , и сигналы у1,у2,узсо значениями, соответствующими коду состояния 4, и тогда по сигналу Ф1 происходит возврат в состояние 4.

Состояние 6: Установка следующего процесса.

На выходах блока 19 управления и синхронизации присутствует единичный сигнал дз. Это обеспечивает увеличение содержимого счетчика 15 на единицу.

На выходах блока 17 выбора логических функций присутствуют:

сигналы , и сигналы у1,У2,уз со значениями, соответствующими коду состояния 3, если , и тогда по сигналу Ф| происходит переход в состояние 3;

сигналы , и сигналы у1,у2,уз со значениями, соответствующими коду состояния 2, если , и тогда по сигналу Ф1 происходит переход в состояние 2.

Состояние 7: Коррекция текущего состояния отслеживаемого процесса.

На выходах блока 19 управления и синхронизации присутствуют единичные сигналы дв. дэ. Это обеспечивает запись нового текущего состояния в ячейку блока 12 буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, адресом которой является содержимое счетчика 15.

На выходах блока 17 выбора логических функций присутствуют сигналы , и сигналы у1,у2,уз со значениями, соответствующими коду состояния 3, и тогда по сигналу Ф происходит переход в состояние 3.

Технические преимущества предложенного устройства по сравнению с известным состоят в расширении функциональных возможностей устройства за счет введения возможности контроля текущего состояния параллельных процессов.

За счет указанных технических преимуществ повышается надежность информэци- онного обеспечения оператора при управлении сложными техническими системами и тем самым повышается безопасность их функционирования.

Формула изобретения Устройство для контроля состояния критической ситуации, содержащее блок формирования адресов начал списков смежных состояний, первый счетчик, блок задания режима и порога, первый коммутатор, цифроаналоговый преобразователь, первый компаратор, схему сравнения, элемент ИЛИ, задатчик количества параллельных процессов, тактовый генератор и блок датчиков параметров, выходы которого соединены с информационными входами первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом цифроаналогового преобразователя и первым входом схемы сравнения, первый вход элемента ИЛИ соединен с входом сброса устройства, выходы блока формирования адресов начал списков смежных состояний соединены с информационными входами первого счетчика, выходы которого соединены с информационными входами блока задания режима и порога, группа выходов выбора датчиков которого соединена с адресным входом первого коммутатора, группа выходов задания порога - с входами цифроаналогового преобразователя, а выход указания режима контроля сигнала датчика соединен с вторым входом схемы срэвнения. отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет контроля состояния параллельных процессов обьекта, в него введены блок буферной памяти текущих со0 стояний параллельных процессов, второй коммутатор, блок памяти начальных состояний параллельных процессов, второй и третий счетчики, второй компаратор, блок выбора логических функций, блок управле5 ния и синхронизации, входы которого соединены с выходами третьего счетчика, а с первого по восьмой выходы соединены соответственно с первым входом управления второго коммутатора, входом записи блока

0 буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, суммирующим входом второго счетчика, вторым входом элемента ИЛИ, входом чтения блока буферной памяти текущих состояний параллельных процес5 сов, входом записи и суммирующим входом первого счетчика и вторым входом управления второго коммутатора, вход запуска тактового генератора и входы сброса первого и третьего счетчиков соединены с входом

0 сброса устройства, первый выход тактового генератора соединен с синхровходом третьего счетчика, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока выбора ло5 гических функций, а суммирующий вход и вход установки - с соответствующими управляющими выходами блока выбора логических функций, выход третьего счетчика соединен с адресным входом блока выбора

0 логических функций, первый, второй и третий входы признаков которого соединены соответственно с выходом второго компаратора, выходом указания конца списка смежных состояний блока задания режима и

5 порога и выходом схемы сравнения, второй выход тактового генератора соединен с син- хровходами первого и третьего счетчиков и блока буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, выход которого

0 соединен с адресными входом блока формирования адресов начал списков смежных со- стояний, а информационный вход - с выходом второго коммутатора, первый и второй информационные входы которого

5 соединены соответственно с выходом кодов смежного состояния блока задания режима и порога и выходом блока памяти начальных состояний параллельных процессов, адресный вход которого соединен с адресным входом блока буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, выходом второго счетчика и первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом задатчика количества параллельных процессов, а выход элемента ИЛИ - с входом сброса второго счетчика.

Устройство для контроля состояния критической ситуации. Использование: системы управления летательными аппаратами для повышения качества, надежности и безопасности их функционирования. Сущность изобретения: устройство содержит блок датчиков параметров, блок формирования адресов начал списков смежных состояний, три счетчика, блок задания режима и порога, два коммутатора, цифро-аналоговый преобразователь, два компаратора, схему сравнения, элемент ИЛИ, задатчик количества параллельных процессов, 1 тактовый генератор, блок буферной памяти текущих состояний параллельных процессов, блок памяти начальных состояний параллельных процессов, блок выбора логических функций, блок управления и синхронизации. 2 ил.

Л

О UU2

1Д7

ФШ2