Мажоритарное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) ОПИСА Н АВТОРСН НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВ ЕЛЬСТВУ вход и элеме подклюам узлаей импуль рого под у устрой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И.Ленина(56) 1.Авторское свидетельство СССР У 558392, кл . Н 03 К 5/ 18, 1975.2. Авторское свидетельство СССР В 696463, кл. 6 06 1= 11/00, 1977.3. Авторское свидетельство СССР У 495767, кл. Н 05 К 10/00, 1974. (прототип).(54)(57) МАЖОРИТАРНОЕ УСТРОЙСТВО,. содержащее резервируемые блоки, выходы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему информационным входам своих поканаль ных блоков контроля и мажоритарного блока, вьиод которого подключен к четвертому информационному входу поканальных блоков контроля, два контрольных входа которых соединены с тестовыми входами устройства, а модулирующий вход - с модулирующим входом устройства, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьшения времени восстановления устроиства,оно содержит мажоритарный блок контроля, включающий три элемента совпадения, два мажоритарньи элемента,1два переключателя с кнопками "Контроль" и "Деблокировка", четыре элемента ИЛИ, два элемента задержки,узел контроля последовательностейимпульсов и индикаторы "Пропуск импульсов" и "Ложная работа", четыре 3(д) Н 05 К 10/00 р С 06 Г 11/18 сигнальных входа первого переключателя соединены с соответствующимиинформационными входами поканальныхблоков контроля, пятые сигнальныевходы - с первым контрольным опоканальных блоков контроля, управляющий вход - с кнопкой "Контроль", выходы - с первыми входамисоответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к второму контрольному входу поканальныхблоков контроля, выходы первого,второго и третьего элементов ИЛИподключены к входам 1 Пропуск импульсов элементов совпадения, авыход четвертого элемента ИЛИ подключен к входам "Ложная работа"элементов совпадения, выходы "Ложная работа" и "Пропуск импульсов"которых подключены к входам соответствующих мажоритарных элементов, выходы которых .соединены с соответствующими сигнальными входами втсрогпереключателя и входами индикаторов"Пропуск импульсов" и "Ложная работа", управляющий вход второго переключателя соединен с кнопкой "Деблокировка", первые выходы - с входами элементов задержки, вторые выходы - с шиной источника питания,выходы элементов задержки соединены с соответствующими входами блокировки элементов совпадения, контольные выходы мажоритарн ов и элементов совпаден чены к информационным вхо контроля последовательнос сов, модулирующий вход ко ключен к модулирующему вх ства.0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к автоматическому контролю мажоритарных импуль. сных устройств управления и может быть использовано в любых отраслях электротехники, где необходимо осуществлять контроль резервируемых импульсных систем и обеспечить высокий коэффициент готовности.Известно устройство контроля мажоритарного импульсного устройства, содержащее мажоритарный элемент, элементы запрета, одновибратор, дифференцирующие формирователи, триггеры, двухвходовые элементы И, элементы ИЛИ и выходной элемент задержки, в котором входы мажоритарного элемента подсоединены к источникам входных импульсов, запрещающие входы элементов запрета подключены к выходу одновибратора, а разрешающие вхо - ды соединены с выходами дифференцирующих формирователей, вход одновибратора подключен к выходу мажоритарного элемента, а выход.одновибратора через дифференцирующий формирователь соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с Й -входами ЙБ -триггеров 1 входы которых подключены к клеммам источников входных сигналов через дифференцирующие формирователи соответственно, инверсные выходы триггеров подключены к первым входам двухвходовых элементов соответственно, вторые входы которых соединены с выходами дополнительного дифференцирующего формирователя, а выходы подключены к первым входам элементов ИЛИ соответственно, вторые входы которых соединены с выходами элементов запр ета с оотв етстве нно 1 1.К недостаткам такого устройства следует отнести отсутствие контроля мажоритарного выходного узла, Сбои и отказы могут быть по причине отказа мажоритарного узла, в этом случае информация о месте отказа будет неверной. Кроме того, возможны отказы элементов, входящих в устройство контроля, в такое состояние, которое не может быть своевременно обнаружено, хотя устройство контроля практически уже не работоспособно.Известно также устройство для автоматического контроля и поиска неисправностей, в котором входные сигналы можно представить как сигналы от резервируемых источников, а многовходовый элемент И-НЕ в частном случае выполняет роль мажоритарного узла. Устройство содержит элемент И-НЕ, элементы НЕ, генератор импульсов, дешифратор и счетчик импульсов. В устройство введены дополнительные элементы И-НЕ, элемент НЕ, блок временной задержки и блок индикации, причем входы многовходового элемента И-НЕ являются входами устройства и подключены соответственнок входам элементов НЕ, выходы кото.рых соединены соответственно с первыми входами двухвходовых элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к группе входов дешифратора, выходы двухвходовых элементовИ-НЕ соединены с соответствующимивходами четырехвходового элементаИ-НЕ, выход многовходового элементаИ-НЕ подключен к первому входу трехвходового элемента И-НЕ, второй входкоторого соединен с выходом генератара импульсов, а третий вход подключен к выходу одновибратора, выходтрехвходового элемента И-НЕ подключен к первому функциональному входусчетчика импульсов, остальные разрядные входы которого соединены с группой входов дешифратора, первый вход двухвходового дополнительного элемента И-НЕ подключен к выходу четырехвходового элемента И-НЕ, а второй вход - к входу блока переменнойзадержки, выход которого соединенс выходом блока индикации и с выходомдополнительного элемента НЕ, входкоторого. подключен к выходу одновибратора, вход которого соединен свыходом двухвходового дополнительногоэлемента И-НЕ, группа входов блокаиндикации подключена к группе входовсчетчика импульсов 23,Данное устройство обладает темиже недостатками, что и предыдущее.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство, содержащее три резервируемых блока, блоки контроля,восстанавливающий блок и блоки адаптации, причем входы блоков контролясоединены с выходами резервируемыхблоков и выходом восстанавливающегоблока, первый и второй выходы каждого блока контроля соединены с одноименными входами соответствующегоблока адаптации, а выходы резервируе.мых блоков соединены с соответствующими информационными входами восстанавливающего блока 3.20 35 3 1096Отсутствие полного контроля и отсутствие достоверности его работы приводит к тому, что Коэффициент го в , товности может снижаться . Недопустимость простоя важных объектов тре 5 бует высокого коэффициента готовности не только самого объекта, но и вспомогательных устройств, например управления. Отключение объекта из-за неисправности цепей управления недопустимо.Надежность таких устройств достигается за счет резервирования с возможностью замены отказавших узлов в процессе работы. Для выявления отказов нужен контроль, Отсутствие гарантии правильности выдаваемой информации контролем не только не повышает коэффициент готовности, но и может его значительно понизить, так как время восстановления объек - та может при этом возрастать. Резервирование контроля увеличивает достоверность информации, но одновременно увеличивает и время его восстановления.Коэффициент готовности устройства становится высоким, только если имеется полная и достоверная информация о состоянии резервируемых узлов30 устройства в любой момент времени и при этом имеются запасные устройства для быстрой замены неисправных.Целью изобретения является повышение надежности за счет уменьшения времени восстановления устройства.,Поставленная цель достигается тем, что в мажоритарное устройство, содержащее резервируемые блоки, выходы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему информационным входам своих поканальных блоков контроля и мажоритарного блока, выход которого подключен к четвертому информационному входу поканальных блоков контроля, два контрольных входа которых соединены с тестовыми входами устройства, а модулирующий вход - с .модулирующим входом устройства, введены мажоритарный блок контроля, включающий три элемента совпадения, два мажоритарных элемента, два переключателя с кнопками "Контроль" и "Деблокировка", четыре элемента ИЛИ, два элемента задержки, узел контроля по следовательностей импульсов и индика. торы ".Пропуск импульсов" и "Ложная работа", четыре сигнальных входа 767 4первого переключателя соединены с соответствующими информационными вхо дами поканальных блоков. контроля, пятые сигнальные входы - с первым контрольным входом поканальных блоков контроля, управляюший вход - с кнопкой "Контроль", выходы - с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к второму контрольному входу поканальных блоков контроля, выходы первого, второго и третьего элементов ИЛИ подключены к входам Пропуск импульсов" элементов совпадения, а выход четвертого элемента ИЛИ подклю чен к входам "Ложная работа" элементов совпадения, выходы "Ложная работа" и "Пропуск импульсов" которых подключены к входам соответствующих мажоритарных элементов, выходы которых соединены с соответствующими сигнальными входами второго переключателя и входами индикаторов "Пропуск импульсов" л "Ложная работа", управляющий вход второго переключателя соединен с кнопкой "Деблокировка , первые выходы - с входами элементов задержки, вторые выходы - с шиной истбчника питания, выходы элементов задержки соединены с соответствующими входами блокировки элементов совпадения, контрольные выходы мажоритарных элементов и элементов совпадения подключены к информационным входам узла контроля последовательностей импульсов, модулируюший вход которого подключен к модулирующему входу устройства.На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.Устройство содержит модулирующий вход 1 и два тестовых входа 2 и 3, три резервируемых блока 4", 42,4 3, мажоритарный блок 5, три поканальных блока 61 62 63 контроля, клеммы 7 , 72, 73, 8", 82, 83 мажоритар-ный блок 9 контроля. Блок 9 содержит. первый переключатель 10 с кнопкой "Контроль", четыре элемента ИЛИ 11, элементы 12 ", 12 , 12 совпадения, два мажоритарных лемента 13 с инверсными выходами, каждый из которых включает в себя три элемента 15 И-НЕ и элемент И 14 второй переключатель 16 с кнопкой "Деблокировка" элементы 17 задержки, индикаторы 18 "Ложная работа" и "Пропуск импульсов", узел 19 контроля последо1096767 5вательностей импульсов, состоящий из дифференциальных цепей 20, двух элементов И 21 и элемента И-НЕ 22, собранных по схеме дифференциального И-НЕ, элемента И 23 для последовательности импульсов, выявителя 24 неисправности с контактами 25 и 26 реле, индикатора 27 "Неисправность", реле 28 с четырьмя контактами. Устройство получает питание от трех отдельных источников 29", 29 , 29 З и одного общего источника стабилизированного напряжения питания. Устройство имеет общую отрицательную шину 31.В мажоритарном устройстве с не-, прерывным контролем первый, второй и третий информационные входы поканальных блоков 6", 6, 6 З контроля соединены с выходами резервируемых блоков 4 , ч , 4 и с соответствующими сигнальными входами первого переключателя 10 мажоритарного блока 9 контроля, четвертый информационный вход блоков 6, 6, 6 З соединен с выходом мажоритарного блока 5 и с четвертым сигнальным входом переключателя 10, модулирующий вход блоков б , 6, 6 соединен с модулирующим1входом 1 устройства, первый контроль. ный вход блоков 6", б, б соединен с первым тестовым входом 2 устройства и с пятыми сигнальными входами переключателя 10, второй контрольный вход - с вторым тестовым входом 3 устройства и с вторыми входами элементов ИЛИ 11 мажоритарного блока 9 контроля. Выходы переключателя 10 подключены к первым входам элементов 11, Выходы первого, второго и третьего элементов ИЛИ 11 подключены к входам "Пропуск импульсов" элементов 121, 12, 12 совпадения, выход четвертого элемента 11 подключен к входам "Ложная работа" элементов 12 122, 12 , Единичные выходы "Ложная работа" и "Пропуск импульсов" элементов 12 , 12, 12совпадения подключены к входам элементов И-НЕ 15, выходы которых соединены с входами элементов И 14 соответствующих мажоритарных элементов 13. Выходы мажоритарных элементов 13 (выходы элементов 14) соединены с сигнальными входами второго переключателя 16 и входами индикаторов 18 "Ложная работа" и "Пропуск импульсов, выходы которых соединены с шиной 30 источника питания. Первые выходы переключателя 16соединены с входами элементов 17 задержки, а вторые - с шиной 31. Выходы элементов 17 задержки соединеныс соответствующими входами блокировки элементов 12,12, 12совпадения. Контрольные выходы мажоритарныхэлементов 13 (выходы элементов И-НЕ15) и элементов 12", 12, 12(нуле вые выходы и входы блокировкн ) подключены к информационным входам узла19 контроля последовательностей импульсов - входам первых дифференциальных цепей 20, выходы которых сое динены с входами элементов И 21. Выходы элементов И 21 подсоединены квходам вторых цифференциальных цепей20, выходы которых соединены с входами элемента И-НЕ 22 выход которого 20 подключен к одному входу логическогоэлемента И 23 для последовательностиимпульсов, к другому входу - модулирующий вход 1 устройства, Выход элемента И 23 соединен с управляющим вхо Б дом выявителя 24 неисправности. Входи выход 26 реле, входящего в выявитель 24, являются выходами мажоритарного блока 9 контроля. Другой вход25 реле выявителя 24 подключен к шине31 источника питания, а один из еговыходов подключен к управляющему входу реле 28, другой - к входу индикатора 27 "Неисправность" и к одномуиз выходов реле 28, вход которогоподключен к шине 3 1, а выход индикатора 27 и другой управляющий входреле 28 - к шине 30 источника питания. Другие три входа реле 28 подключены к шинам 291, 29 29 источника питания а их выходы - к цепямЭиндикаторов поканальных блоков 6б, 63 контроля. Все блоки контролявходящие в мажоритарное устройство,в процессе его работы.самоконтролируются .непосредственно от контролируемых сигналов, а при отсутствииих - с помощью специальных контрольных последовательностей импульсов отвнешнего источникаВ момент появления любой неисправности в мажоритарном устройстве нарушается самоконтроль и срабатывает сигнализация, ука"зывающая на наличие неисправности.С помощью переключателя (кнопки)"Контроль" в каждом блоке контроляопределяется блок, подлежащий замене.Принцип работы устройства состоитв осуществлении контроля импульсныхпоследовательностей на входах и на= ЧК45и когда устройство контроля формируетсигнал неисправности 7 10967выходе мажоритарного органа с помощьюизвестных блоков контроля импульсныхсигналов (поканальные блоки 6 , 6,3Ф6 контроля) и элементов 121, 122, 124совпадения, в осуществлении мажорирования (элементы 13) выходов известных элементов совпадения, в осуществлении контроля импульсных последовательностей в контрольных точкахмажоритарного блока 9 контроля с Опомощью известного узла 19 контроляпоследовательностей импульсов.Элемент совпадения является составной частью поканального блока контроля. 15Суть контроля импульсных сигналовзаключается в следующем.Обычно искомые функции контролявыражают в виде дизъюнкции обязательных конституент полного разложения единицы:Р ОЧКА = 1 ю У 1= ЧКО, О ЕМ 1РУ = ЧК ХЕ М 1; У - ЧК,ЧЕМгде М М; М, - множество индексов обязательных конституент изразложения единицы,Построенные по такому принципусхемы контроля импульсных устройствработают в ждущем режиме, т.е. функции У 1-У реализуются лишь при возникновении контролируемых ситуаций.Отказ элементов в одно из состояний35из множества состояний, не участвующих в формировании У-у , не можетбыть замечен устройством. Все конституенты можно разбить на две смысловые группы, отображающие функциюнормальных и ненормальных режимов,когда устройство контроля не дблжноформировать сигнал неисправности 67у . реализуется при неисправносЙртях в системе управления, а в процессе нормальной работы элементы, реализующие ее, также изменяют свои сос таяния за счет взаимодействия с эле-. ментами, реализующими УнрТаким образом, все элементы устройства контроля при нормальной рабо те непрерывно изменяют свои состояния, что и дает возможность по после довательностям импульсов в выбранных контрольных точках с помощью узлов контроля последовательностей импульсов, которые представляют собой схемы с только динамическими связями, осуществлять контроль эа непрерывным переключением всех элементов схемы контроля. Наличие переключения элементов говорит о его работоспособностиУсоответствует также режимам, когда на входы управления импульсы не подаются, В это время на схему контроля поступает специальная контроль- ная последовательность импульсов, заменяющая контролируемые последовательности.Унр соответствует также режиму, когда на схем 1 контроля поступает контрольная последовательность импульсов, подаваемая переключателем "Контроль".Синфазные решающие устройства резервируемых блоков 4 - 4 5 с любым конечным числом входов (не указаны) и мажоритарный блок 5, который также может представлять решающее устройство, представляют собой мажоритарное устройство управления. Для обнаружения неисправностей мажоритарного устройства управления в качестве входных сигналов схем контроля используются выходные сигналы резервируемых блоков 4" - 4, Х Х и ХЧ 3и мажоритарного блока 5 Х.Известно, что для покайальных блоков контроля с двумя входными шинами справедливы выраженияУнр Йрпричем 1 К, = 2"- ЕК-,50 т.е. используются все конституентыполного разложения единицы.Усоответствует режиму нормальнойработы управления, поэтому элементы,на базе которых реализована схемаУу, 55непрерывно изменяют свои состояниявместе с изменением состояний сис"темы управления. У Нр Х 1 О+ Х 2что указывает на то, что либо обасигнала есть, либо они отсутствуют:у- -х С+)х,что указывает на то, что одного изсигналов нет.Покажем, что с помощью такихпоканальных блоков 6 , 6 ., 6 конт=2 3роля и элементов 12 , 12 , 12 сов1096767 10 падения можно осуществлять требуемый контроль блоков 4", 42, 4 и Конституентыразложенияединицы Обозначения неисправностей узлов Командана Конституенты блоков управления мажоритарногоустройства управления выходе 4 42 Входы НР НРН . ЛР 1 Х,Х ХХм НР НР 12.ЗМ ЛР 2 ПРф ЛР 1 ЛР 2 3 ЛРЗ ЛРЗ ЛР 1 ЛРЗ ЛР 2 ПР ЛР 2 ЛР 1 ПР ЛР+ф" ПР 1 Х Х Х Х ПРЗ ПР 2 ПР 2 ПРЗ ЛР ПРЗ ПР 1 10 ЛР ПРЗ ПР 2 ПР 1 12 о 13ЛР ПР 2 14 НР НР НР НР 15Из таблицы состояний видно, что неисправности, соответствующие конституентам с номерами 3,5,6,7,8,9., 10 и 12, не должны регистрироваться как неисправности в блоках управления. Тогда функцию нормального режима можно записать н 1 к = К+ Кн,Н 2 К = Кр+ Кнк +о"нр= Ка+ Кд Х 1 Х 2 Х ХМХ,Х Х,Х,Х Х Х ХХ Х 2 ХХМ ХХХХ Х, Х Х Х Ч 2 3 М ХХ 2 ХЗХ Х 1 Х 2 ХЗХМ Х 1 Х 2 Х Х ХХ 2 ХХ, - нормальный режим;- неисправность;- пропуск сигнала,- ложная работа блока 5 мажоритарного устройствауправления (см. таблицу) . 1функции неисправности каналов 44", 4 управления, которые должнывыполняться поканальнымн блоками 66контроля можно записать15 13 10967 блока контроля, возвращает схему в исходное состояние.При полном отказе одного из резер вируемых блоков, светятся индикаторы 27 "Неисправность" в мажоритарном блоке 9 контроля и "Неисправность" соответствующего поканального блока 61(6, 6) контроля. Нажатие на кноп ки "Деблокировка" в этом блоке и в мажоритарном блоке 9 контроля не 10 возвращает схемы. Нажав поочередно соответствующие кнопки "Контроль", оператор тем самым отключает инФормационные входы от резервируемыхблоков 4"(4, 4) и мажоритарного блока 5 и подключает их к клемме 3. При этом поступает последовательность импульсов "Е Р" по своим параметрам близкая к рабочей последовательности. Кратковременное нажатие 20 на кнопку "Деблокировка" соответствующего поканального блока 61(6, 6 ) контроля возвращает схему данно го поканального блока контроля в нормальное состояние. Погасание эле ментов индикации свидетельствует о необходимости замены резервированного блока 4"(4, 49), продолже ние свечения - замены поканального блока 6"(6, б) контроля.ЗОПри сбое или отказе мажоритарного блока 5 светятся индикаторы 18, указывая вид сбоя и индикатор 27 "Неисправность", при этом элементы индикации определяющие вид неисправЭ35 ности в поканальных блоках 61- 6 контроля отключаются от источников питания (клемма 29).Действия оператора аналогичны. предыдущему случаю.Восстановление работы поканальных блоков 6 " - 69 контроля и мажоритарного блока 9 контроля указывает на необходимость замены контролируемых блоков, т.е, резервируемых блоков45 4"- 4 или мажоритарного блока 5.Разбиение устройств контроля на блоки зависит от требований ко всему. устройству. Можно было бы разместить все поканальные блоки 6 - б конт 50 роля и мажоритарный блок 9 контроля конструктивно на одной плате, при этом не было бы необходимости применять четыре блока контроля последовательностей импульсов в каждом блоке контроля. Достаточно было бы использовать53 один блок контроля последовательностей импульсов с количеством инФормационных входов, равным количеству конт 67рольных точек и применить одну кнопку"Контроль".При отсутствии входных сигналов навходах резервированных блоков 4 - 4на клемме 2 автоматически возникаетпоследовательность импульсов "Управляемая контрольная частота " (Ряр )по своим параметрам аналогичнаяХконти при этом поканальные блоки 6"-6контроля и мажоритарный блок 9 контроля продолжают контролироваться.(Цепи Формирования контрольных частот не показаны),Замыкание контакта 26 выходной цепи мажоритарного блока 9 контроляи аналогичных контактов в поканальных блоках 6 - 6 контроля импульс 1 3ных сигналов в цепи сигнализациипозволяет получить сигнал о любой неисправности в мажоритарном устройствес непрерывным контролем. в момент появления неисправности .Предлагаемый контроль позволяетвыявить скрытые отказы в устройстве,облегчает диагностику поиска отказавшего узла, регистрирует сбои в работеустройства, позволяет отказаться отпланово-предупредительных ремонтов,снизить время восстановления оборудования, облегчает процесс и увеличивает достоверность наладки, позволяетгарантировать готовность оборудованияконтроля до начала работы объекта.Устройство нечувствительно кследующим отказам:появление мощных помех в виде пос.ледовательности импульсов на всехвходах в цепях контроля последовательностей импульсов блоков 6 и 9;кратковременное прерывание контролируемых последовательностей вконтрольных точках на время меньшеевремени действия накопителя и выявителя. Суммарное их время примерноравно 60 мс;внутренние обрывы входов интегральных элементов, что эквивалентно появлению сигналов "Единица". С этойцелью желательно дублировать входы,как это обычно и делается;пробой конденсаторов временныхцепей и одновременный отказ логического элемента, для которого даннаявременная цепь является нагрузкой.Считается, что вероятность наложения двух отказов, а тем более вероятность пробоя конденсаторов мала,залипание контактов реле выявитеЛЯ в15 1096767По сравнению со всевозможным, коли чеством неисправностей в контролируемом объекте и устройстве контроля количество неконтролируемых ситуаций составляет незначительную часть 5 и маловероятно. Таким образом, по 16 Составитель В.МаксимоРедактор Н.Данкулич Техред Т,Фанта орректор В.Синицкая аз 3 иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 3/42ВНИИПИпо13035,Тираж 783осударственногоам изобретенийсква, Ж, Рау давляющее количество из общего числавсевозможных отказов, сбоев, наводок, обрывов, коротких замыканий надежно контролируется инезамедлительно диагностируется. Подписнокомитета СССРоткрытийская наб., д. 4/5