Устройство для контроля и резервирования информационно измерительных систем

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННО- ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМкон- (57) Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике, в частности к ус.Ти- тройствам для контооля и оеэервировани ко и информационно-измерительных систем ь.может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых систем. Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет контроля погрешности точного канала. Устройство содержит регистр 1 /20, 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, элемент ИЛИ 23, 3 ил.ТО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Московское приборостроительнострукторское бюро "Восход"(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1206982, кл. Н 05 К 10/00. 1984,Авторское свидетельство СССРМ 1578723, кл, Н 05 К 10/00, 6 06 Р 11988 (прототип),.Б 2 1709569 А 1Изобретение относится к автоматике и мых исправными грубыми каналами ИИС. вычислительной технике и может быть ис- Его выходной сигнал используется в качестпользовано при построении отказоустойчи- ве выходного значения измеряемого паравых цифровых систем. метра (т,е, поступает на выход 30Цель изобретения - повышение надеж устройства) в случае отказа точного канала ности устройства за счет выявления отказа ИИС,точного канала по причине плавного наро- При всех исправных грубых каналах стания погрешности последнего, ИИС блок 8 формирует выходной сигнал какНа фиг.1 приведена функциональная среднее арифметическое трех значений пасхема устройства; на фиг.2 - функциональ раметра, поступивших из первого-третьего ная схема блока усреднения данных; на грубых каналов. При отказе одного из груфиг.З - функциональная схема блока фикса- бых каналов блок 8 формирует сигнал в ции отклонения, результате усреднения значений параметУстройство (фиг,1) содержит регистр ра, поступивших от двух оставшихся испточногоканала,первый-третийрегистры 2-4 15 равных грубых каналов ИИС, При отказе грубых каналов, выходной регистр 5, гене- двух грубых каналов блок 8 передает выходратор 6 тактовых импульсов, генератор 7 ной сигнал исправного грубого канала на контакт, блок 8 устранения данных, первый- свой выход без изменения,четвертый блоки 9-12 фиксации отклонений, Функциональная схема 8 представлена регистр 13 сбоя, регистр 14 отказа, триггер 20 на фиг. 2, Значения измеряемого парамет пуска,триггер 16 первого такта, коммута- ра поступают с выходов регистров 3-4 на тор 17, коммутатор 18 устраненных значе- выходы групп элементов И 37-39 соответстний, сумматор 19, регистр 20 усредненных венно, на вторые входы которых подаются значений, первый 21, второй 22 элементы И, сигналы с первых выходов второго 10 - четэлемент ИЛИ 23, первый-четвертый ин вертого 12 блоков фиксации отклонения соформационные входы 24-27, вход 28 пуска, ответствен но, единичные значения вход 29 останова, информационный выход которых свидетельствуют об отказе (сбое) 30, выход 31 регистра сбоя, выход 32 реги- первого-третьего грубыхканалов ИИСсоотстра отказа, ветственно,Блок 8 усреднения данных (фиг.2) со При исправном состоянии всех грубых держит узел 33 памяти, первый 34, второй каналов ИИС значения параметра всех трех 35 сумматоры, коммутатор 36, первый 37 - каналов суммируются в сумматорах 34 и 35 третий 39 блоки элементов И, мажоритар- результата суммирования подается на ный элемент 40, элемент И 41. младшие адресные входы узла 33 памяти, наБлок 9 фиксации отклонений (фиг.З) со-. 35 котором реализуется табличное деление держит первую 42, вторую 48 схемы срав- полученной суммы на 3 и на 2. В качестве нения, сумматор 44, первый 45, второй 46 старшего разряда адреса узла 33 памяти коммутаторы, элемент НЕ 47, используется выходной сигнал элемента ИРегистр 1 служит для записи и хранения 41, который равен нулю при исправном созначения параметра, измеряемого точным 40 стоянии всех грубых каналов ИИС и единиканалом ИИС. Регистры 2-4 предназначены це - при появлении отказавших каналов. соответственно для записи и хранения при- Таким образом, память узла 33 оказываближенных значений параметра, измеряе- ется разделенной на две страницы. В пермых первым, вторым и третьим грубыми вой странице (при нулевом старшем каналами ИИС. Регистр 5 служит для запи разряде адреса) в каждой ячейке записываси, хранения и выдачи на выход 30 ИСС ется результат деления суммарного значеитогового значения параметра, которое в ния параметра, полученного на выходе зависимости от исправности каналов ИИС сумматора 35, на три. При этом сумма знасовпадает либо с точным значением пара- чений параметра, сформированных перметра, формируемымточным каналом ИИС, 50 вым-третьим каналами, используется в либо является средним значением прибли- качестве адреса ячейки памяти узла 33, женных значений параметра, формируемых Во второй странице (при единичном исправными грубыми каналами ИИС, значении старшего разряда) в каждой ячейГенератор 7 константы предназначен ке записывается результат деления суммы для формирования значения номинального 55 значений параметра, формируемых двумя и максимально допустимого значений век- исправными каналами на два.тора приращения за такт параметра. Блок 8 Таким образом, в данных случаях на выустранения данных обеспечивает формиро- ходеблока 8 присутствуетсреднее значение вание среднего значения параметра на ос- параметра, поступившего из трех или из новании значений параметра, формируе- 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 конечный результат.При отказе двух грубых каналов ИИС выходной сигнал блока 8 формируется следующим образом. При появлении двух еди-, 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 51.0 20 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 нэ третьем 9.3 выходе блока 9 формируется единичный сигнал, а на остальных нулевые. Если результат сравнения меньше максимального 30 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 35 9.3 нулевой (фиг.3), Сравниваемые значения параметра в текущем такте и полученное в предыдущем поступают на вход схемы 42 сравнения, С входе которого меньшее число, поступает единичный сигнал, и меньшее число через соответствующий коммутатор поступает на вход сумматора 44 в обратном коде (если 45 сравниваемые числа равны, то на управляющий вход коммутатора поступает единичный сигнал и на его выходе формируется нулевой код). Полученная в сумматоре раз.- ность поступаеть на вход второй схемы сравнения, где по результатам сравнения 50 формируются управляющие сигналы. Работа иустройство блоков 10-12 усредненных данных аналогичны, но в нйх поступают значения от соответствующих грубых кана 55 лов.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,выхода схемы сравнения на коммутатор, на 40 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. Триггер 16 первого такта; элемент И 21, ИЛИ 23 служат для организации правильного функционирования и записи параметра, измеряемого точным каналом в первом такте,Коммутатор 17 канала передает нэ 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.. Коммутатор 18 усредненных значений, элемент И 22 позволяют организовать запись измеряемого параметра а регистр усредненных значений, Если исправен точный канал и есть исправные грубые каналы, вс регистр усредненных значений записывается среднее значение измеряемого параметра, найденного как среднее знэчение 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 неисп равны 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 предназначен для хранения среднего значения параметра, сформированного в 1-том такте.В исходном состоянии все регистры и триггеры устройства обнулены, в блоке памяти блока усреднения данных записаны коды, обеспечивающие реализацию функции деления суммы значений параметра на два и на три. В генераторе константы записаны значения векторов номинального и предельно допустимого отклонений параметра зэ 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 6 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 1 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+и+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 необнаружения его отказа в случае плавного нарастания погрешности послед-. него. 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.3) появляются нулевые или единичные сигналы, Каковы значения этих сигналов не важно, так какисключением выхода 9.3 блока 9 сравнения,15 Единичный сигйал на этом выходе говорит 20 40 50 5 10 25 30 35 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 о том, что разность значений параметра,измеренного во втором и первом тактах точным каналом, находится в области номинального отклонения о, Единичным сигналом 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 зто 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 же импульсом через открытый триггером первого канала 16 элемент И 21 в регистры 13 и 14 запись 1 ваются 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 р 1 или рг 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 и в регистр 20, также как и в регистр 5, записывается значение параметра, измеренноеточным каналомВ дальнейшем при исправном состоянии точ50 55 ного 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 старения 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) нулевой 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 параметра 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, Л дальнейшем устройство работает аналогичным образом,При постепенном отказе точного канала, некоторое время, пока результат сравнения измеренного параметра в +1-м и 1-м тактах не выходит за пределы допуска р 1, в выходной регистр 5 поступает значение с выхода регистра 1; В некоторый момент Т 1 допуск р 1 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 Т 2 в регистре 14 формируется 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,5 10 15 20 25 30 / 35 40 Отказ ИИС,наступает после отказа последнего работоспособного канала.Формула изобретения Устройство для контроля и резервирования информационно-измерительных систем, содержащее выходной регистр, выход которого является информационным выходом устройства, регистр отказа, коммутатор, первый - четвертый блоки сравнения, регистр точного канала, первый - третий регистры грубых каналов, генератор констант, блок усреднения данных, элемент ИЛИ и последовательно соединенные триг-. гер пуска и генератор тактовых импульсов, 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 соединены с выходами регистра точного канала и первого-третьего регистров грубых каналов соответственно, выход регистра точного канала подключен к первому информационному входу коммутатора, выход которого 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 ли 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, 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 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,инверсный выход сравнения с порогом первого блока сравнения подключен к 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 вхо. ду коммутатора и первому управляющему входу коммутатора усредненных значений, выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора и информационным входом регистра усредненных 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 усред нения 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 выхо дам сравнения с порогом второго-четвертого блоков сравнения соответственно, выходь сравнения с приращением первого- четвертого блоков сравнения подключены к входам установки одноименных разрядов 10 отказа, а выходы сравнения с приращениемрегистра к информационным входам одноименных разрядов регистра сбоя и входам сброса одноименных разрядов регистра отказа, вход сброса Триггера пуска является 15 входом остановки устройства.1709569 Составитель НЯарамоновТехред М,Моргентал Корректор М,Шар актор И.Касард роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро гарина, 10 4 З 9 Тираж НИИПИ Государственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, РаушскаПодписноем и открытиям при ГКНТ ССаб., 4/5