Адаптивное резервированное устройство Советский патент 1992 года по МПК G06F11/18 

Фиг 1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть ис- попьзовано в резервированных системах управления, а также в адаптивных резервированных устройствах.

Известно адаптивное резервированное устройство, содержащее блоки адаптации, резервированные блоки, триггеры, восстанавливающий орган, элементы сравнения, сохраняющее работоспособность до (п-2) отказавших блоков (где п - число резервных блоков.

Недостатком IjYoro устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство не имеет разрешающей способности на выявление отказов и сбоев не производит автоматического включения в работу этого канала после восстановления его работоспособности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является адаптивное резервированное устройство, содержащее резервированные блоки, блоки контроля и индикации, элементы ИЛИ, пороговый эле- мече. Каждый блок контроля и индикации, в свою очередь, содержит элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТИ, элемент НЕ, элемент задержки, элемент И. дифференцирующие элементы, триггер и элемент индикации.

Недостатком данного устройства является низкая надежность ввиду одновремен- ной непрерывной работы в составе устройства всех его резервируемых блоков.

Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет блокировки питания отказавших резервируемых блоков.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство введены (п-3) блоков управления блокировкой и дешифратор кода отказа, выход каждого из резер- вируемых блоког соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего блока, соответствующие первый - (п-2)-й управляющий входы которого соединены с входамиуправ- ления питанием соответствующих резервируемых блоков и подключены к выходам соответствующих триггеров блокировки, выходы (п-1)-го и п-го триггеров блокировки соединены с входами управления питанием одноименных резервируемых блоков, выход многовходового элемента ИЛИ подключен к входу формирователя импульсов отказа выход которого соединен со счетным входом счетчика отказов, выход которого подключен к входу дешифратора кода отказа, первый -(п-З)-й выходы которого соединены с входами подстройки соответствующих блоков управления блокировкой и установочными входами четвертого- п-го триггеров блокировки, выходы четвертого - п-го блоков контроля подключены к входам сигнала отказа соответственно,

первого - (п-З)-го блоков управления блокировкой, входы сигнала сброса которых объединены и подключены к входу начальной установки устройства, а выходы соединены соответственно с входами сброса четвертого - п-го триггеров блокировки, причем каж- дый блок управления блокировкой содержит элемент НЕ, элемент И и элемент ИЛИ, вход элемента НЕ подключен к подстройки блока управления блокировкой,

вход сигнала отказа которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока управления блокировкой, а второй вход подключен к входу сигнала сброса блока управления блокировкой.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - восстанавливающий блок; на фиг. 3 - графики зависимостей.

Адаптивное резервированное устройство содержит резервируемые блоки h,,..ln, восстанавливакж(ий блок 2 с информационным выходом 3, являющимся выходом устройства, блоки контроля 4i4ц,

многовходовый элемент ИЛИ 5, триггеры блокировки 6i,.,.,6n, счетчик отказов 7, вход 8 начальной установки устройства, информационные входы 9i9П восстанавливающего блока 2, входы 11 управления

питанием резервируемых блоков И In,

формирователь импульсов отказа 12, дешифратор кода отказа 13, блоки управления

блокировкой 14i,..., 14,i-3, причем каждый

блок управления блокировкой 14i 14п-з

содержит элементы НЕ15, И16, ИЛИ 17.

Используемый в предлагаемом устройстве восстанавливающий блок 2 представлен на фиг. 2. Он реализует мажоритарную функцию М2П (2 из п) и для п 4, и п 5 логическую функцию

п-2П

Z Vqixi Vxj Vxn-ixn(1),

i-1

а для n 6 логическую функцию

Z V7qiXi;Vxi vVq,xi V,yxn-ixn (2), ,

где I, jtn - номера n - резервируемых блоков li,..., In;

xi, xj - выходы резервируемых блоков Ii,..., In;

qi - инверсные выходы триггеров 61

63 блокировки;

qi - прямые выходы триггеров 64бп

блокировки.

Так для резервированного устройства, содержащего шесть (п 6) резервируемых блоков 1, логическое выражение, описывающее восстанавливающий блок 2, имеет вид

Z qixi(x2vx3VX4VX5Vxe) v q2X2(x3VX4VX5Vxe) vqsxs vxsvxe) vq4X4(xsvx6) v xsxe(3).

Восстанавливающий блок 2, исходя из реализуемой им мажоритарной функции М2п, обеспечивает работоспособность устройства только для потока одиночных отказов или сбоев его резервируемых блоков И,.,., In или блоков контроля 4i4П.

Устройство работает следующим образом.

Перед включением устройства в работу на вход начальной установки 8 подается сигнал Сброс, поступающий далее на вхо-

ды сброса триггеров 6i 63 блокировки,

двоичного счетчика отказов 7 и через элементы ИЛИ 17 блоков управления блокировкой 14-| 14п-з нэ входы сброса

триггеров б4|-, бп.-

Перечисленные элементы устройства устанавливаются в нулевое состояние. Единичные сигналы с инверсных выходов триггеров 6i,..,, 63 блокировки поступят на входы 11 управления питанием резервируемых блоков Н,..., з. На резервируемые блоки И,..., з будет подано питание, после чего они начнут выходить на рабочий режим. Для исключения ошибочного решения с помощью 1-го блока контроля 4i о техническом состоянии 1-го резервируемого блока Ij, только - что выходящего на устойчивый режим сразу после подачи на него питания, в составе каждого блока контроля 4 имеется непосредственно на выходе элемент задер- жки, который также выполняет функцию селекции сбоев от отказов резервируемых блоков И,,,,, 1П. В связи с этими функциями .элемента задержки время его задержки t3 должно превышать время сбоя т,сб и время выхода на рабочий режим tap резервируемых блоков И1П, но при этом для обеспечения стабильной работы устройства должно быть меньше минимального периода смены Тпмин значений выходных сигна- лов резервируемых блоков It,..., ln, т.е. тз должно отвечать следующим неравенствам

Тпмин t3 tc6, Тпмин t3 tap.

После приведения в нулевое состояние триггеров блокировки 64,...- 6П питание по входам 11 управления питанием с резервируемых блоков -l4 In будет снято. Таким

образом для исходного положения устройства из резервируемых блоков hln в нагруженном режиме работы будут находиться только резервируемые блоки И з, а

блоки l4 In будут находиться в ждущем

(отключенном) состоянии,

После включения в работу резервируемых блоков И з сигналы с их выходов

поступят на входы контролируемых сигналов блоков контроля 4i,.,. 4з и информационные входы 9i9з восстанавливающего

блока 2. На выходе 3 устройства появится сигнал, определяемый восстанавливающим блоком 2 по большинству одноименных сигналов с выходов резервируемых блоков И,..., з. В формировании этого сигнала восстанавливающим блоком 2 прежде всего будут участвовать попарно следующие его элементы: И2ь ИЛИ21И2з, ИЛИ2з и элемент ИЛИ2о, реализующие логическую функцию

(X2VX3V...VXn) Vq2X2(x3VX4V...VXn)

vq3X3(x4VX5v...vxn)(4).

На выходах остальных же элементов И24, ИЛИ24И2п-2 ИЛИ2п-2, И2п-1 восстанавливающего блока 2 будут присутствовать только нулевые сигналы в виду отсутствия сигналов на их входах с выходов

резервируемых блоков Ц In, питание с

которых в это время снято. Если какой-то

один или группа из элементов ИЛИ24

ИЛИ2п-2 откажет в это время, т.е. появится на выходе единичный сигнал, то он не пройдет на выход 3 восстанавливающего блока 2, так как его элементы И24И2п-2, связанные своими входами с выходами элементов ИЛИ24,.., ИЛИ2п-2. закрыты через управляющие входы 104Юп-2 прямыми выходами

триггеров блокировки 64бп-2- Поэтому в

ходе работы только резервируемых блоков 1i,..., 1з возможные отказы элементов

ИЛИ24 ИЛИ2п-2 восстанавливающего

блока 2 не будут влиять на его работоспособность и в целом на работоспособность устройства, что свидетельствует о свойстве устройства приспосабливаться к возможным отказам отдельных составляющих элементов его восстанавливающего блока 2.

В случае возникновения отказа одного из резервируемых блоков 11,,,., 1з на входах одного из блоков контроля 11,...,4з появятся противоположные по значению сигналы, которые приведут к появлению на его выходе единичного сигйала, который, в свою очередь, вызовет переброс в единичное состояние одного из триггеров блокировки 6i,..., 63. Допустим отказал резервируемый блок 11. Тогда единичный сигнал с выхода блока контроля 4i поступит на установочный вход триггера блокировки 6i, который своим инверсным выходом через управляющий вход 10i восстанавливающего блока 2 закроет

его элемент H2i, исключив этим самым прохождение через него сигналов с выхода элемента ИЛИ21, связанного прежде всего логикой работы с блоком 11 до его отказа. После этого если и произойдет отказ элемента ИЛИ21, то он уже не будет влиять на работу восстанавливающего блока 2 и в целом на работу устройства.

Нулевой сигнал с инверсного выходы триггера блокировки 6i поступит также на вход 11 управления питанием резервируемого блока 11 и обеспечит снятие питания с него. Сразу после отказа резервируемого блока 1i единичный сигнал с выхода блока контроля 4i также поступит через элемент ИЛИ5 на формирователь 12 импульсов, который выдает импульс. Импульс поступит на счетный вход двоичного счетчика 7. Счетчик 7 на своих выходах сформирует двоичный код, который поступит на входы дешифратора 13 кода отказа. Дешифратор 13 кода отказа на своем выходе 1 сформирует сигнал, который поступит на вход подстройки блока 14 управления блокировкой и на вход установки в единичное состояние триггера QA букировки, Триггер бз блокировки перейдет в единичное состояние и сигналом с прямого входа обеспечит через вход 11 управления питанием подачу питания на резервируемый блок J4, то есть вместо отказавшего блока 1т в работу будет включен блок 14, находившийся до этого в резерве. Триггер 64 блокировки своим прямым выходом через вход 104 управления восстанавливающего блока 2 откроет его элемент И24. Так как в работе резервированного устройства теперь одновременно участвуют резервируемые блоки 12, 1з, 14, то в определении значения сигнала на выходе 3 восста- навлизающего блока 2 только будут участвовать следующие его элементы: И22, ИЛИ22 И2л, ИЛИ24. ИЛИ2о, реализующие логическую функцию

Z Q2X2fx3VX4 V... VXn) V q3X3{X4 VX5V.,. VXn) Vq4X4(X5VX6V...Xn)(5).

От момента включения в работу резервный блок 14 некоторое время, равное времени задержки его элементов, будет выдавать сигнал, несинхронный во времени с сигналами двух ранее уже работающих резервируемых блоков. Такая искаженная на малое время информация на выходе только ч го включенного блока будет восстановлена двумя другими уже работающими резервируемыми блоками совместно с восстанавливающим блоком 2.

Если откажет резервируемый блок 14, то блок контроля 44 обнаружит его отказ и сформирует на своем выходе сигнал, который поступит через элемент ИЛИ5 на вход

формирователя 12 импульсов. Формирователь 12 импульсов выдает импульс, который поступит в счетчик 7. Счетчик 7 сформирует двоичный код, который преобразуется дешифратором 13 кода отказа в сигнал, выдаваемый им с выхода 2. На выходе 1 дешифратора 13 кода отказа и соответственно на входе подстройки блока 14i управления блокировкой будет нулевой сигнал,

0 вследствие которого на выходе элемента НЕ 15 блока 14т управления блокировкой будет единичный сигнал, Сигнал об отказе резервируемого блока 14 с выхода блока контроля 4/) также будет присутствовать на входе сиг5 нала отказа блока 14i управления блокировкой и соответственно на входе элемента И1 б этого же блока. Так как на втором входе элемента I/116 будет присутствовать единичный сигнал с выхода элемента НЕ 15, то на

0 выходе элемента И16 появится единичный сигнал, который пройдет через элемент ИЛИ 7 блока 14i управления блокировкой на выход данного блока.

Единичный сигнал с выхода блока 141

5 управления блокировкой вызовет переброс триггера 64 блокировки в нулевое состояние. Триггер 64 блокировки нулевым сигналом с прямого выхода обеспечит отключение резервируемого блока 14. Так0 же в это время по единичному сигналу с выхода 2 дешифратора 13 кода отказа с помощью триггера блокировки 6g будет подано питание на резервируемый блок 15. Триггер блокировки 64 помимо отключения

5 резервируемого блока 14 своим прямым выходом закроет элемент И24 восстанавливающего блока 2, вследствие чего отказ элемента ИЛИ24, связанного с элементом И24 и логикой работы прежде всего с отка0 завшими уже резервируемым блоком 14, не будет влиять на работу восстанавливающего блока 2 и в целом на работу устройства. После отказа блоков 1i, 14 в работе устройства будут участвовать резервируемые

5 блоки 12. 1з, Is, а о формировании сигнала на выходе 3 устройства только будут участвовать попарно следующие элементы: И22, ИЛИ22; И23, ИЛИ2з; И2б, ИЛИ2з и элемент ИЛ И20 восстанавливающего блока 2, реали0 зующие логическую функцию

(x3VX4v.,,vxn) vq3X3(x4VX5V,,,vxn)

VQ5X5(x6VX7V...VXn)(б).

Таким образом после отказа резервируемых блоков 1i. 4 отказы элементов ИЛИ 5 2i, ИЛИ24 восстанавливающего блока 2 не будут влиять на его работу и в целом на работу устройства, что свидетельствует о приспособленности восстанавливающего блока 2 к Отказам отдельных своих элементов после отказа резервируемых блоков,

связанных жесткой логикой работы прежде всего с этими элементами.

В ходе отказов других резервируемых блоков устройство работает аналогичным образом.

В процессе работы устройства допустимы отказы блоков контроля 4i,..., 4П. Для исключения нарушения достоверности формируемого значения выходного сигнала устройства с помощью восстанавливающего блока 2 количество j допустимых отказов блоков контроля 4i,..., 4Л должно находиться в определенном сочетании с количеством I допустимых отказов резервируемых блоков 1i 1П. Так количество I допустимых

отказов резервируемых блоков 1i1П связано с количеством допустимых отказов блоков контроля 4i,..., An соотношением

1)если I 0, то j 0, 1, 2(п-2),

2)если 1 1, 2(п-2), то j 0(7)

На приведенное соотношение I и j помимо самой логики работы устройства накладывает отпечаток появление ложного сигнала с выхода резервируемого блока в период выхода его на рабочий режим сразу после подачи питания на него.

Анализируя работу ycTponcfea, установ- пено, чго в определении значения выходного сигнала устройства участвует от общего количества m логических элементов восста- навливающего блока 2 только часть его элементов в количестве г, Количество т и количество г логических элементов в зависимости от количества п каналов устройства определяют, взяв трехвходовые логические элементы ИЛИ, И в качестве стандартных условных логических элементов, необходимых для построения восстанавливающего блока 2, На основе данных о количестве m и количестве г логических элементов восста- навливающего блока 2 на фиг, 3 приведены графики зависимостей m f(n) и г f(n). Из анализа этих графиков следует, что с увеличением количества п резервируемых блоков устройства увеличивается количество (т - г) логических элементов восстанавливающего блока 2, не участвующих в определении значения выходного сигнала устройства в ходе одновременной работы трех резервируемых блоков или двух последних оставшихся исправных резервируемых блоков. Это обстоятельство свидетельствует о повышении надежности устройства.

Таким образом, в предложенном устройстве организована блокировка питания отказавших резервируемых блоков. В формировании значения выходного сигнала устройства постоянно участвует только часть от общего количества логических элементов восстанавливающего блока 2. Предложенное устройство сохраняет работоспособность до (п-2) отказавших резервируемых блоков, После отказа ряда резервируемых блоков допустимы отказы отдельных элементов восстанавливающего блока 2, которые логикой работы прежде всего были связаны с этими резервируемыми блоками. Также в устройстве допустимы отказы блоков контроля 4-|,..., 44. Все эти достоинства предлагаемого устройства свидетельствуют о повышении его надежности.

Формула изобретения Адаптивное резервированное устройство, содержащее п резервируемых блоков, п блоков контроля, п триггеров блокировки, многовходовый элемент ИЛИ, формирователь импульсов отказа, счетчик отказов и восстанавливающий блок, выход которого является информационным выходом устройства и соединен с входами эталонного сигнала каждого из блоков контроля, входы контролируемых сигналов которых подключены к выходам соответствующих резервируемых блоков, а выходы соединены с соответствующими входами многовходово- го элемента ИЛИ, выходы первого - третьего блоков контроля подключены к установочным входам соответствующих триггеров блокировки, входы сброса которых соединены с входом сброса счетчика отказов и подключены к входу начальной установки устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет блокировки питания отказавших резервируемых блоков, в него введены (п-3) блоков управления блокировкой и дешифратор кода отказа, выход каждого из резервируемых блоков соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего блока, соответствующие первый - (п-2)-й управляющие входы которого соединены с входами управления питанием соответствующих резервируемых блоков и подключены к выходам соответствующих триггеров блокировки, выходы (n-l)-ro и п-го триггеров блокировки соединены с входами управления питанием одноименных резервируемых блоков, выход многовходового элемента ИЛИ подключен к входу формирователя импульсов отказа, выход которого соединен со счетным входом счетчика отказов, выход которого подключен к входу дешифратора кода отказа, первый - (п-З)-й выходы которого соединены с входами подстройки соответствующих блоков управления блокировкой и установочными входами четвертого - п-го триггеров блокировки, выходы четвертого - п-го блоков контроля подключены к входам сигнала отказа соответственно первого - (п-З)-го

блоков управления блокировкой, ЁХОДЫ сигнала сброса которых объединены и подключены к входу начальной установки устройства, а выходы соединены соответственно с входами сброса четвертого п-го триггеров блокировки, причем каждый блок управления блокировкой содержит элемент НЕ, элемент И и элемент ИЛИ, вход элемента НЕ подключен к входу подстройки блока

управления блокировкой, вход сигнала отказа которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока управления блокировкой, а второй вход подключен к входу сигнала сброса блока управления блокировкой.

Сущность изобретения: устройство содержит п резервируемых блоков 1i,..1r. 1 восстанавливающий блок 2, п блоков контроля (4i,. 4п), 1 многовходовой элемент ИЛИ 5, п триггеров блокировки 6i,...6n, 1 счетчик отказов 7,1 формирователь импульсов отказа 12, 1 дешифратор кода отказа 13, n-З блоков управления блокировкой 14i,...14n-3 1-4-5-12-7-13-14-6-2-4, 1-4-6-2-4, 1-4-14-6-1, 13-6, 1-2. Зил.

Физ2.

4

f

t6

Фиг.З

/0