Адаптивное четырехканальное резервированное устройство

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в отказоустойчивых системах автоматического управления и контроля повышенной надежности. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства за счет определения его предаварийного состояния. Устройство содержит четыре резервируемых блока, блок контроля состояния исправности резервируемых блоков, блок управления переключением резерва, блок формирования сигнала предаварийного состояния и коммутатор выходных сигналов. Предлагаемое устройство позволяет выдать на информационный выход правильную информацию при отказе двух резервируемых блоков, формировать сигналы неисправности соответствующих резервируемых бло ков и сигнал Предаварийное состояние при отказе трех резервируемых блоков. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э 6 06 F 11/20

САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫИ КОМИТЕТ

П ЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

П ГКНТ СССР

К АВТ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4797928/24 (22) 01.03.90 (46) 23.06.92, Бюл. ¹ 23 (71) Институт проблем управления (72) Э.М.Мамедли, Н.А,Соболев и Р.Я.Самедов (53) 681.51.012 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1149264, кл. G 06 F 11/18, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 798847; кл, G 06 Е 11/20, Н 05 К 10/00, 1981.

Методы анализа и синтеза структур управляющих систем./Под ред. Б.Г.Валика.

М,: Энергоатомиздат, 1988, с.239, рис.5.14. (54) АДАПТИВНОЕ ЧЕТЫРЕХКАНАЛЬНОЕ

РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в отказоустойчивых системах автоИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в отказоустойчивых системах автоматического управления и контроля повышенной надежности, Известно адаптивное резервированное устройство, содержащее резервируемые блоки, блоки контроля и индикации, первый и второй элементы ИЛИ, двоичный ревер-. сивный счетчик и пороговый элемент. Устройство формирует выходную информацию на основе стратегии маскирования, реализуемой пороговым элементом, т.е. из избыточного набора по правилу большинства совпадающих значений выбирается одно правильное. Для изменения функций порогового элемента используются управляющие весовые входы этого элемента, матического управления и контроля повышенной надежности. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства за счет определения его предаварийного состояния. Устройство содержит четыре ре-, зервируемых блока, блок контроля состояния исправности резервируемых блоков,.блок управления переключением резерва, блок формирования сигнала предаварийного состояния и коммутатор выходных сигналов.

Предлагаемое устройство позволяет. выдать на информационный выход правильную информацию при отказе двух резервируемых блоков, формировать сигналы неисправности соответствующих резервируемых Gnoков и сигнал "Предаварийное состояние" при отказе трех резервируемых блоков. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известно адаптивное многоканальное резервированное устройство, содержащее резервируемые блоки, элементы сравнения, блоки адаптации и восстанавливающий блок. Устройство формирует выходную информацию на основе стратегии маскирования, реализуемой восстанавливающим блоком, т.е. из избыточного набора по правилу большинства совпадающих значений выбирается одно правильное, Для изменения структуры используется оптимальная стратегия изменения порога восстанавливающего блока..

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является резервированное устройство с исключением отказавших блоков, содержащее резервируемые блоки, блок контроля состояния исп1742821 равности резервируемых блоков, блок управления переключением резерва и коммутатор выходных сигналов, выход которого является информационным выходом устройства, а управляющий вход соединен с 5 выходом управления коммутацией блока управления переключением резерва.

Недостатками известного устройства являются низкая надежность и ограниченная функциональная возможность. В нем не 10 определяются количество и номера отказавших резервируемых блоков и не формируется сигнал "Предаварийное состояние", что затрудняет контроль общего состояния исправности системы, в составе которой дан- 15 ное устройство используется.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства за счет определения его предаварийного состоя- 20 ния.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивное четырехканальное резервированное устройство, содержащее первый — четвертый резервируемые блоки, 25 блок контроля состояния исправности резервируемых блоков, блок управления переключением резерва и коммутатор выходных сигналов, выход которого является информационным выходом устройства, а 30 управляющий вход соединен с выходом управления коммутацией блока управления переключением резерва, который является управляющим выходом устройства, выходы резервируемых блоков подключены к ин- 35 формационным входам коммутатора выходных сигналов и блока контроля состояния исправности резервируемых блоков, выходная шина которого соединена с информаци-онным входом блока управления 40 переключением резерва; дополнительно в него введен блок формирования сигнала предаварийного состояний, первый — четвертый информационные входы которого подключены к выходам соответствующих 45 резервируемых блоков, управляющий вход соединен с выходом кода числа отказов блока управления переключением резерва, а выход является выходом сигнала предаварийного состояния устройства, тактовый 50 вход устройства подключен к тактовым входам блока контроля состояния исправности резервируемых блоков, блока формирования сигнала предаварийного состояния и коммутатора выходных сигналов, устано- 55 вочный вход устройства соединен с установочными входами блока контроля состояния исправности резервируемых блоков и блока управления переключением резерва, выход кода номера отказавшего блока которого соединен с управляющим входом блока контроля состояния исправности резервируемых блоков, причем блок формирования сигнала предаварийного состояния содержит первую — шестую группы из двух элементов И, первый и второй элементы ИЛИ, узел обнаружения предаварийного состояния и элемент НЕ, первый информационный вход блока соединен с первыми входами элементов И первой — третьей групп, второй информационный вход блока подключен ко вторым входам элементов И первой группы и первым входам элементов И четвертой и пятой групп, третий информационный вход блока соединен со вторыми входами элементов И второй и четвертой групп и первыми входами элементов И шестой группы, четвертый информационный вход блока подключен к вторым входам элементов И третьей, пятой и шестой групп, тактовый вход блока соединен с третьими входами элементов И групп, первый — шестой разряды кода управляющего входа блока подключены к четвертым входам элементов lfl первой — шестой групп соответственно, выходы первого и второго элементов И каждой из групп соединены с соответствующими входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены к соответствующим входам узла обнаружения предаварийного состояния, выход которого соединен через элемент НЕ с выходом блока.

Кроме того, блок контроля состояния исправности резервируемых блоков содержит узел реконфигурации, узел определения но-. мера неисправного резервируемого блока, узел адаптации, группу элементов ИЛИ, первый — четвертый счетчики числа сбоев блоков, информационные входы узла реконфигурации соединены с информационными входами блока, управляющий вход — с управляющим входом блока, а тактовый вход — с тактовым входом блока, выходы кода.реконфигурации узла подключены к соответствующим входам узла определения номера неисправного резервируемого блока, содержащего первую — седьмую схемы локализации, соответствующие входы которых соединены с соответствующими входами уз; ла, а выходы подключены к первому — седь, мому выходам номера неисправного блока узла, первый — четвертый из которых соединены с первыми входами элементов ИЛИ группы, пятый — седьмой выходы номера неисправного блока узла определения номера неисправного резервируемого блока подключены к первому — третьему входам узла адаптации, содержащего первую — четвертую группы элементов И, первый — четвертый элемент ИЛИ, первый — третий

1742821 входы каждой из групп элементов И соединены с соответствующими входами узла адаптации, управляющий вход которого соединен с четвертыми входами каждой из групп элементов И узла, выходы. которых соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ, выходы которых являются первым — четвертым выходами кода подстройки узла адаптации и подключены к вторым входам соответствующих элементов ИЛИ группы, выходы которых соединены со счетными входами соответствующих счетчиков числа сбоев блоков, входы сброса которых подключены к установочному входу блока. а выходы старших разрядов соединены с выходной шиной блока.

Блок управления переключением резерва содержит регистр хранения кода от. каза и дешифратор управляющих сигналов, установочный вход блока соединен с входом сброса регистра хранения кода отказа, информационные входы которого подключены к информационным входам блока, а выход является выходом управления коммутацией блока и соединен с-входом дешифратора управляющих сигналов, выходы первого — пятого разрядов которого являются выходом кода номера отказавшего блока, а выходы шестого — одиннадцатого разрядов являются выходом кода числа отказов блока.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — структурная схема блока формирования сигнала предаварийного состояния; на фиг.3 — структурная схема блока контроля состояния исправности резервируемых блоков; на фиг.4 — структурная схема блока управления переключени: ем резерва.

Адаптивное четырехканальное резервированное устройство содержит (фиг.1) резервируемые блоки 1 (РБ), блок 2 контроля состояния исправности резервируемого блока (БКСИРБ), блок 3 управления переключением резерва(БУПР), блок 4 формирования сигнала предаварийного состояния (БФСПС); коммутатор 5 выходных сигналов (КВС). Кроме того, обозначены информационные выходы 6-9 РБ 1, тактовый. вход 10 устройства, установочный вход 11 устройства, информационный выход 12 БКСИРБ 2, выход 13, управляющий выход 14 устройства, управляющий выход "Предаварийное состояние" 15 устройства, информационный выход 16 устройства.

Выходы 6-9 РБ 1 и вход 10 устройства соединены, соответственно, с информационными и тактовыми входами БКСИРБ 2, БФСПС 4 и КВС 5. Вход 11 устройства соединен с установочными входами БКСИРБ 2 и БУПР 3. Выход 12 БКСИРБ 2 соединен с информационным входом БУПР 3, выход 13 которого соединен с управляющими входами БКСИРБ 2 и БФСПС.4. Выход 14 БУПР 3

5 соединен с управляющим входом КВС 5 и управляющим выходом устройства. Выход

15 БФСПС 4 соединен с управляющим выходом "Предаварийное состояние" устройства. Выход 16 КВС 5 соединен с

10 информационным выходом устройства.

БФСПС 4 (фиг.2) содержит первую — шестую группы 17-22 из двух элементов И, первый 23 и второй 24 элементы ИЛИ, узел

25 обнаружения предаварийного состояния

15 (УОПС) и элемент HE 26.

Вход 6 блока соединен с первыми входами первых элементов И групп 19, 21 и 22, вход 7 блока соединен с первыми входами первых элементов И групп 18 и 20 и с пер20 вым входом второго элемента И группы 22, вход 8 блока соединен с первым входом. первого элемента И.группы 17 и с первыми входами вторых элементов И групп 20 и 21,, вход 9 блока соединен с первыми входами

25 вторых элементов И групп 17-19. Тактовый вход 10 блока соединен с вторыми входами первого и второго элементов И групп 17-22.

Разряды 13.4, 13.6, 13.7, 13.9-13.11 кода управляющего входа блока подключены к

30 третьим входам первого и второго элементов И соответствующих групп 17-22. Выходы первого и второго элементов И каждой из групп 17 — 22 соединены с соответствующими входами первого 23 и второго 24 эле35 ментов ИЛИ, выходы которых подключены к соответствующим входам УОПС 25, выход которого соединен через элемент НЕ 26 с выходом 15 блока.

БКСИРБ 2 (фиг.3) содержит узел 27 ре40 конфигурации (УР), узел 28 определения номера неисправного резервируемого блока (УОННРБ), узел 29 адаптации(УА), содержащий первую — четвертую группы 30-33 из трех элементов И и группу 34 элементов

45 ИЛИ, группу 35 элементов ИЛИ, группу 36 счетчиков числа сбоев блоков (СЧСБ).

Входы 6-9 и вход 10 блока соединены с информационными и тактовым входами УР

27 соответственно. Вход 11 блока соединен

50 с входами сброса группы СЧСБ36. Вход 13 блока с разрядами 13.1-13,3, 13.5 и 13.8 соединен с управляющим входом УР 27, а с разрядами 13,2. 13.3, -13.5 и 13.8 с первыми входами элементов И соответствующих

55 групп 30 — 33 УА29. Выходы кода реконфигурации УР 27 подключены к соответствующим входам УОННРБ 28, первый— четвертый выходы номера неисправного блока которого соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ груп

1742821 пы 35, а пятый — седьмой выходы номера неисправного блока УОННРЬ 28 подключены к вторым входам соответствующих элементов И всех групп 30-33 УА 29. Выходы элементов И групп 30-33 соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ группы 34, выходы которых являются первым- четвертым выходами кода подстройки

УА 29 и подключены к вторым входам соответствующих элементов ИЛИ группы 35, выходы которых соединены со счетными входами соответствующих СЧСБ 36, выходы старших разрядов которых соединены с выходными шинами 12.1-12,4 блока.

БУПР 3 (фиг.4) содержит регистр 37 хранения кода отказа (PXKO) и дешифратор 38 управляющих сигналов (ДУС).

Вход 11 и разряды выхода 12 блока соединены с входом сброса и информационными входами PXKO 37 соответственно, выходы которого соединены с разрядами выхода 14 управления коммутацией блока и с входами ДУС 38. Выходы 13,1 — 13.3, 13.5 и

13.8 ДУС 38 соединены с первым — пятым разрядами кода номера отказавшего блока, а выходы 13.4, 13.6, 13.7, 13.9 — 13.11 соединены с разрядами кода числа отказов блока.

Устройство работает следующим образом, На вход 10 устройства (фиг.1) подается последовательность тактовых импульсов. С окончанием импульса на установочном входе 11 устройства оно готово к работе, при этом на входах ДУС 38 (фиг.4) устанавливаются нулевые потенциалы. В.таком случае на выходе 13.1 БУПР 3 появляется единичный потенциал, который поступает на соответствующий вход УР 27 (фиг.3). С приходом тактового импульса данные с выходов РБ 1 проходят на вход УОННРБ 28. В нем с помощью схем локализации определяется наличие рассогласования между РБ 1, Если в результате локализации на первом — четвертом выходах УОННРБ 28 установлены нулевые потенциалы, то. это означает, что рассогласование между РБ 1 отсутствует, т.е. все РБ 1 исправны. Следовательно, при поступлении нулевых потенциалов через соответствующие элементы ИЛИ 35 на входы

СЧСБ 36 их состояния не изменяются. Если же в результате локализации на одном из первых четырех выходов УОННРБ 28 установлен единичный потенциал, то это означает, что имеется рассогласование между

РБ 1, т.е. в каком-то РБ 1 произошла неисправность. Следовательно, единичный потенциал через соответствующий элемент

ИЛИ 35 поступает на счетный вход соответствующего СЧСБ 36, в котором производит5

10 ся анализ типа неисправности (сбой или отказ). Это происходит следующим образом.

На СЧСБ 36 установлено число k. Значение

k выбирается, исходя из специфики области применения устройства. Если на счетный вход СЧСБ 36 в k-х рабочих циклах подряд поступает единичный потенциал, то тип неисправности определяется, как отказ и на старшем разряде появляется единичный потенциал, который поступает на соответствующий информационный вход РХКО 37 (фиг.4), следовательно, на соответствующем выходе этого регистра и на соответствующем разряде выхода 14 управления комму15 тацией БУПР 3 формируется сигнал неисправности соответствующего РБ 1, в противном случае тип неисправности определения, как сбой и не формируется сигнал неисправности РБ 1.

20 При отказе одного РБ 1 на соответствующем входе ДУС 38 устанавливается единичный потенциал. В зависимости от того, на каком входе (первом, втором, третьем или четвертом) устанавливается единичный

25 потенциал, ДУС 38 на соответствующем выходе (втором 13.2, третьем 13.3, пятом 13.5 или восьмом 13.8) устанавливает единичный потенциал, который поступает на соответствующий вход УР 27 (фиг.3). С приходом так30 тового импульса УР 27 на основании управляющего сигнала на входе 13 на вход

УОН Н РБ 28 пропускает информацию только от исправных РБ 1. В УОННРБ 28 с помощью схем локализации определяется на35 личие рассогласования между оставшими

РБ 1, Если в результате локализации на пятом — седьмом выходах установлены нулевые потенциалы, то это означает, что рассогласование между оставшими РБ 1 от40 сутствует, т.е. оставшие РБ 1 исправны. Следовательно, нулевые потенциалы, поступая на входы элементов И групп 30 — 33 УА 29, блокируют их. Поэтому на входы СЧСБ 36 единичный потенциал не поступает, следо45 вательно, их состояния не изменяются. Если же в результате локализации на одном из последних трех выходов УОННРБ 28 установлен единичный потенциал, то это означает, что имеется рассогласование между

50 оставшими РБ 1, т.е. в каком-то из оставшихся исправными РБ 1 произошла неисправность, Следовательно, единичный потенциал поступает на второй вход соответствующего элемента И групп 30-33 УА 29

55 и открывает их, При этом управляющий сигнал, установленный на первом входе сооТветствующего элемента И, проходит через соответствующие элементы ИЛИ 34 и 35 на счетный вход СЧСБ 36. Анализ типа неисп1742821

10 равности проводится аналогично предыдущему случаю.

При отказе двух РБ 1 на соответствующих входах ДУС 38 устанавливаются единичные потенциалы. В зависимости от того, 5 на каких входах (первом и втором, первом и третьем, втором и третьем;:первом и четвертом, втором и четвертом или третьем и четвертом) устанавливаются единичные потенциалы. ДУС 38 на соответствующем 10 выходе (четвертом 13.4, шестом 13.6, седьмом 13.7, девятом 13.9, десятом. 13.10 или одиннадцатом 13,11) устанавливает единичный потенциал, которцй поступает на третьи входы элементов И соответствующей 15 группы 17 — 22 БФСПО 4 (фиг.2). С приходом тактового импульса на вторые входы элементов И данные, установленные на первых входах, проходят через соответствующие элементы ИЛИ 23 и 24 на входы УОПС 25. В 20 нем с помощью схемы обнаружения определяется наличие рассогласования между двумя оставшими РБ 1. Если в результате обнаружения на выходе элемента НЕ 26 установлен нулевой потенциал, то это означа- 25 ет, что рассогласование между двумя оставшими РБ 1 отсутствует, т.е. оставшие два РБ 1 исправны, следовательно, управляющий сигнал "Предаварийное состояние" устройства на выходе 15 БФСПС 4 имеет 30 нулевой потенциал. Если же в результате обнаружения неисправности на выходе элемента. НЕ 26 установлен единичный потен. циал, то это означает, что имеется рассогласование между двумя оставшими 35

РБ 1, т.е. в каком-то из двух оставшихся РБ

1 произошла неисправность. Следовательно, управляющий сигнал "Предаварийное состояние" устройства на выходе 15 БФСПС

4 имеет единичный потенциал. 40

Информация на выходе 16 КВС 5 формируется на основании управляющих сигналов 14 номеров отказавших РБ 1. КВС 5 на выход 16 выдает информацию только от исправных РБ 1. 45

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет выдать на информационный вход устройства правильную информацию при отказе (N — 2)-х резервируемых блоков, а также на управляющий выход устройства 50 сигнал "Предаварийное состояние" при отказе N-1 резервируемых блоков.

Формула изобретения

1. Адаптивное четырехканальное резервированное устройство. содержащее пер- 55 вый — четвертый резервируемые блоки, блок контроля состояния исправности резервируемых блоков, блок управления переключением резерва и коммутатор выходных сигналов, выход которого является информационным выходом устройства, а управляющий вход соединен с выходом управления коммутацией блока управления переключением резерва, который является управляющим выходом устройства, выходы резервируемых блоков подключены к информационным входам коммутатора выходных сигналов и блока контроля состояния исправности резервируемых блоков, выходная шина которого соединена с информационным входом блока управления переключением резерва, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей устройства за счет определения его предаварийного состояния, в него введен блок формирования сигнала предаварийного состояния, первый — четвертый информационные входы которого подключены к выходам соответствующих резервируемых блоков, управляющий вход соединен с выходом кода числа отказов блока управления переключением резерва, а выход является выходом сигнала предаварийного состояния устройства, тактовый вход устройства подключен к тактовым входам блока контроля состояния исправности резервируемых блоков, блока формирования сигнала предаварийного состояния и коммутатора выходных сигналов, установочный вход устройства соединен с установочными входами блока контроля состояния исправности резервируемых блоков и блока управления переключением резерва, выход кода номера отказавшего блока которого соединен с управляющим входом блока контроля состояния исправности резервируемых блоков, причем блок формирования сигнала предаварийного состояния содержит первую — шестую группы из двух элементов И, первый и второй элементы ИЛИ, узел обнаружения предаварийного состояния и элемент НЕ, первый информационный вход блока соединен с первыми входами элементов И первой-третьей групп, второй информационный вход блока подключен к вторым входам элементов И первой группы и первым входом элементов И четвертой и пятой групп, третий информационный вход блока соединен с вторыми входами элементов И второй и третьей групп и первыми входами элементов И шестой группы, четвертый информационный:вход блока подключен к вторым входам элементов И четвертой — шестой групп, тактовый вход блока соединен с третьими входами элементов И, групп, первый — шестой разряды кода управляющего входа блока подключены к четвертым входам элементов И первой— шестой групп соответственно, выходы пер1742821

12 вого и второго элементов И каждой из групп соединены с соответствующими входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены к соответствующим входам узла обнаружения предаварийного 5 состояния, выход которого соединен через элемент НЕ с выходом блока.

2. Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок контроля состояния исправности резервируемых блоков содержит 10 узел реконфигурации, узел определения номера неисправного резервируемого блока, узел адаптации, группу элементов ИЛИ, первый — четвертый счетчики числа сбоев блоков, информационные входы узла рекон- 15 . фигурации соединены с информационными .входами блока, управляющий вход — с управляющим входом блока, а тактовый вход — с тактовым входом блока, выходы кода реконфигурации узла подключены к соот- 20 ветствующим входам узла определения но.мера неисправного резервируемого блока. содержащего первую .— седьмую схемы локализации, соответствующие входы которых соединены с соответствующими 25 входами узла, а выходы подключены к первому — седьмому выходам номера неисп равного блока узла, первый — четвертый из которых соединены с первыми входами элементов ИЛИ группы, пятый — седьмой выхо- 30 ды номера. неисправного блока узла определения номера неисправного резервируемого блока подключены к первому— третьему входам узла адаптации, содержащего первую — четвертую группы элементов 35

ИЛИ, первый — четвертый элемент ИЛИ, первый — третий входы каждой из групп элементов И соединены с соответствующими входами узла адаптации, управляющий вход которого соединен с четвертыми входами каждой из групп элементов И узла, выходы которых соединены с соответствующими входами каждого из элементов ИЛИ, выходы которых являются первым — четвертым выходами кода подстройки узла адаптации и подключены к вторым входам соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены со счетными входами соответствующих счетчиков числа сбоев блоков, входы сброса которых подключены к установочному входу блока, а выходы старших разрядов соединены с выходной шиной блока, 3, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок управления переключением резерва содержит регистр хранения кода отказа и дешифратор управляющих сигналов, установочный вход блока соединен с входом сброса регистра хранения кода отказа, информационные входы которого подключены к информационным входам блока, а выход является выходом управления коммутацией блока и соединен с входом дешифратора управляющих сигналов, выходы первого — пятого разрядов которого являются выходом кода номера отказавшего блока, а выходы шестого — одиннадцатого разрядов являются выходом кода числа отказов блока, 1742823

CIA. 3

1742821

Фиг. 2

1742821

Составитель P Ñàìåäoâ

Танкред М.Моргентал Корректор Jl.Бескид

Редактор H.Áîáêîâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2286 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКЯТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5