Адаптивное резервированное устройство

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 06 F 11/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4774232/24 . (22) 26.12.89 (46) 15.08.92. Бюл. Мт 30 (72) С. В. Уласевич (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 496560, кл. 6 06 F 11/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

1ч 1149264, кл. G 06 F 11/18, 1980, (54) АДАПТИВНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ

УСТРОЙСТВО.. Ы,, 1755281 А1 (57) Сущность изобретения: устройство содержит и резервируемых блоков 11, .1>, 1 восстанавливающий блок 2, и блоков контроля (41„„4 ), 1 многовходовой элемент

ИЛИ 5, и триггеров блокировки 61,...6n, 1 счетчик отказов 7, 1 формирователь импульсов отказа 12, 1 дешифратор кода отказа

13, и-3 блоков управления блокировкой

141,.„14п-з. 1-4-5-12-7-13-14-6-2-4, 1-4-6-2-4, 1-4-14-6-1, 13-6, 1-2. 3.ил..

1755281

10

50

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в резервированных системах управления, а также н адаптивных резервирован ных устройствах.

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

Недостатком этого устройства являются отраничейные 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 элеме : г, 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 одновременной непрерывной работы в составе устройства всех его резервируемых блоков.

Цель изобретения — повышение надежности устройства эа счет блокировки питания отказавших резервируемых блоков.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство введены (n-3) блоков управленич блокировкой и дешифратор кода отказа, выход каждого из резервируемых блоков соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего блока, соответствующие первый — (n-2)-й управляющий входы которого соединены с входамиуправления питанием соответствующих резервируемых блоков и подключены к выходам соответствующих триггеров блокировки, выходы (и-1)-го и п-ro триггеров блокировки соединены с входами управления питанием одноименных резервируемых блоков, выход многовходового элемента ИЛИ подключен к входу формирователя импульсон отказа выход которого соединен со счетн ым входом счетчика отказов, выход которого подключен к входу дешифратора кода отказа, первый — (и-3)-й выходы которого соединены с входами подстройки соответствующих блоков управления блокировкой и установочными входами четвертогc — и-го триггеров блокировки, выходы, четвертого — n-го блоков контроля подключены к входам сигнала отказа соответственно, первого — (n-3)-го блоков управления блокировкой, входы сигнала сброса которых объединены и подключены к входу начальной установки устройства, а выходы соединены соответственно с входами сброса четвертого — и-го триггеров блокировки, причем каждый блок управления блокировкой содержит элемент НЕ, элемент И и элемент

ИЛИ, вход элемента HE 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 I<„.,1П, восстанавливающий блок 2 с информационным выходом 3, являющимся выходом устройства, блоки контроля 4 „.„4„, многовходовый элемент ИЛИ 5, триггеры блокиронки 6 „...6п, счетчик отказов 7, вход

8 начальной установки устройства, информационные входы 9,..., 9П восстанавливаюшего блока 2, входы 11 управления питанием резервируемых блоков I>, „ I,, формирователь импульсов отказа 12, дешифратор кода отказа 13, блоки управления блокировкой 14,..., 14л-з, причем каждый блок управления блокировкой 141, „14п-з содержит элементы НЕ15, И16, ИЛИ 1 7.

Используемый в предлагаемом устройстве восстанавливающий блок 2 представлен на фиг, 2. Он реализует мажоритарную функцию M и (2" из "пп) и для n = 4 и и =-5 логическую функцию и-7 fl

Q=VqlxlVxj Vxn-1хп (1)

/ (н а для п 6 логическую функцию

3 и п2 и

2 . = V qlxl V. Х; v V qiXI Ч ч хп-1 хп п- о () где1, ) п — номера n — резервируемых блоков

11 ". 1п; хь х1 — выходы резервируемых блоков

11,"., In, ц — инверсные выходы триггеров 61ÄÄ, 63 блокировки;

1755281 ц — прямые выходы триггеров 64,..., бп блокировки, Так для резервированного устройства, содержащего шесть (и = 6) резервируемых блоков 1, логическое выражение, описыва- 5 ющее восстанавливающий блок 2, имеет вид

Z = 0 )x1(xzvx3vx4vx5vx6) v gzxz{x3vx4vx5vx6) чцзхз(х4чх5чх6) чц4х4{х5чх6) ч х5х6 {3), Восстанавливающий блок 2, исходя из 10 реализуемой им мажоритарной функции

М и, обеспечивает работоспособность уст2 ройства только для потока одиночных отказов или сбоев его резервируемых блоков

I>,.„, 1п или блоков контроля 41...„4п. 15

Устройство работает следующим образом.

Перед включением устройства в работу на вход начальной установки 8 подается сигнал "Сброс", поступающий далее на вхо- 20 ды сброса триггеров 61„„, 63 блокировки, двоичного счетчика отказов 7 и через элементы ИЛИ 17 блоков управления блокиРозкой 141,..., 14п-3 на вхоДы сбРоса триггеров 64,..., 6п. 25

Перечисленные элементы устройства устанавливаются в нулевое состояние. Единичные сигналы с инверсных выходов триггеров 61,..., 63 блокировки поступят на входы

11 управления .питанием резервируемых 30 блоков !1,..., I3, На резервируемые блоки ! и..., !3 будет подано питание, после чего они начнут выходить на рабочий режим, Для исключения ошибочного решения с помощью 1-ro блока контроля 4 о техническом 35 состоянии i-го резервируемого блока l, только — что выходящего на устойчивый режим сразу после подачи на него питания, в составе каждого блока контроля 4 имеется непосредственно на выходе элемент задержки, который также выполняет функцию селекции сбоев от отказов резервируемых блоков I1„„, ln, В связи с этими функциями элемента задержки время его задержки t3 должно превышать время сбоя ты6 и время выхода на рабочий режим твр резервируемых блоков I>,..., In, но при этом для обеспечения стабильной работы устройства должно быть меньше минимального периода смены Тп нн значений выходных сигналов РезеРвиРУемых блоков 1,..., п, т,е. тз должно отвечать следующим неравенствам

Тпл ин > тз > тсб

"пмин > тз > гавр.

После приведения в нулевое состояние триггеров блокировки 64„... 6п питание по входам 11 управления питанием с резервируемых блоков !4,..., 1, будет снято, Таким образом для исходного положения устройства из резервируемых блоков I,..., 1и в нагруженном режиме работы будут находиться только резервируемые блоки tt„... I3, а блоки l4 In будут находиться в ждущем (отключенном) состоянии, После включения в работу резервируеMUx блоков !1,..., l3 сигналы с их выходов поступят на входы контролируемых сигналов блоков контроля 41„,. 43 и информационные входы 91,..., 93 восстанавливающего блока 2. На выходе 3 устройства появится сигнал, определяемый восстанавливающим блоком 2 по большинству одноименных сигналов с выходов резервируемых блоков

И,.„, 13; В формировании этого си нала восстанавливающим блоком 2 прежде всего будут участвовать попарно следующие его элементы: N2>, ИЛИ2)„... И23, ИЛИ23 и элемент ИЛИ2а, реализующие логическую функцию

Z=g1x1{xzvx3v".чхп) чЦ2х2(хзчх4ч...чхп)

ЧЦЗХЗ{Х4ЧХ5Ч... V Xn) (4)

На выходах остальных же элементов

И24, ИЛИ24,..., N2n-2 ИЛИ2п-г, И2п- Восстанавливающего блока 2 будут присутствовать только нулевые сигналы в виду отсутствия сигналов на их входах с выходов резервируемых блоков l4,.„, ln, питание с которых в это время снято. Если какой-то один или группа из элемейтов ИЛИ24,..., ИЛИ2п-z 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 И24...„N2n-z, связанные своими входами с выходами элементов

ИЛИ24,..., ИЛИ2 -z. закрыты через управляющие входы 104„.„10в-z прямыми выходами триггеров блокировки 64,..., 6п-2. Поэтому в ходе работы только резервируемых блоков

1>,..., 13 возможные отказы элементов

ИЛИ24,. „ИЛИ2п-Z 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„... 13 на входах

Одного из блоков контролЯ 11...„43 появятся противоположные по значению сигналы, которые приведут к появлению на его выходе единичного сигнала, который, в свою очередь, вызовет переброс в единичное состояние одного из триггеров блокировки 61,..., 63. Допустим отказал резервируемый блок

11, Тогда единичный сигнал с выхода блока контроля 41 поступит на установочный вход триггера блокировки 6>, который своим инверсным выходом через управляющий вход

10> восстанавливающего блока 2 закроет

1755281 его элемент И21, исключив этим самым прохождение через него сигналов с выхода элемента ИЛИ21, связанного прежде всего логикой работы с блоком 1> 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 бл поступит также на вход 11 управления питанием резервируемого блока 11 и обеспечит снятие питания с него. Сразу после отказа резервируемого блока 11 единичный сигнал с выхода блока контроля 4л также поступит через элемент

ИЛИ5 на формирователь 12 импульсов, который выдаетимпульс. 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 HG своем выходе 1 сформирует сигнал, который поступит на вход подстройки блока

14 управления блокировкой и на вход установки в единичное состояние триггера 64 б;. <ировки, триггер 64 блокировки перейдет в единичное состояние и сигналом с прямого входа обеспечит через вход 11 управления питанием подачу питания на резервируемый блок l4, то есть вместо отказавшего блока 11 в работу будет вкл1очен блок 14, находившийся до этого в резерве, Триггер 64 блокировки своим прямым выходом через вход 104 управления восстанавливающего блока 2 откроет его элемент

l24. Так как в работе резервированного устройства теперь одновременно участвуют резервируемые блоки 1г, 13, 14, то в определении значения сигнала на выходе 3 восстанавливающего блока 2 только будут участвовать следующие его элементы: И2г, ИЛИ2г, „И24, ИЛИ24. ИЛИ2о, реализующие логическую функцию

2.=Цгхг(ХЗЧХ4Ч" ЧХп) Ч<13ХЗ(Х4ЧХ5Ч ЧХп)

ЧЦ4Х4{Х5ЧХ5Ч...Хп) (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 что 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 де5 шифратором 13 кода отказа в сигнал, выдаваемый им с выхода 2. На выходе 1 дешифратора 13 кода отказа и соответственно на входе подстройки блока 141 управления блокировкой будет нулевой сигнал, 10 вследствие которого на выходе элемента НЕ

15 блока 14л управления блокировкой будет единичный сигнал, Сигнал об отказе резервируемого блока 14 с выхода блока контроля

44 — àêæå будет присутствовать на входе сиг15 нала отказа блока 141управления блокировкой и соответственно на входе элемента И16 этого >ке блока. Так как на втором входе элемента И16 будет присутствовать единичный сигнал с выхода элемента НЕ15, то на

20 выходе элемента И16 появится единичный сигнал, который пройдет через элемент

ИЛИ 7 блока 141 управления блокировкой на выход данного блока.

Единичный сигнал с выхода блока 141

25 управления блокировкой вызовет переброс триггера 64 блокировки в нулевое состояние, Триггер 64 блокировки нулевым сигналом с прямого выхода обеспечит отключение резервируемого блока 14, Так30 же в это время по единичному сигналу с выхода 2 дешифратора 13 кода отказа с по- . мощью триггера блокировки 65 будет подано питание на резервируемый блок 15.

Триггер блокирсвки 64 помимо отключенич

35 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 отка40 завшими уже резервируемым блоком 14, не будет влиять на работу восстанавливающего блока 2 и в целом на работу устройства, После отказа блоков 1л, 14 в работе устройства будут участвовать резервируемые

45 блоки 1г. 13, 15, а в формировании сигнала на выходе 3 устройства только будут участвовать попарно следующие элемен гы; И2г, ИЛИ2г; И23, ИЛИ23; И25, ИЛИ25 и элемент

ИЛИ20 восстанавливающего блока 2, реали50 зующие логическую функцию

2=Цгхг(хзчх4ч...чхп) чЯзх3(х4чх5ч...чхп)

ЧО5Х5{Х6ЧХ7Ч...Чхп) {6).

Таким образом после отказа резервируемых бло:oB 1л, 14 отказы элементов ИЛИ

2л, ИЛИ24 восстанавливающего блока 2 не будут влиять на его работу и в целом на рааоту устройства, что свидетельствует о приспособленности восстанавливающего блока 2 к Отказам отдельных своих элементов после отказа резервируемых блоков, 1755281

10 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 41,..., 4П. Для исключения нарушения достоверности формируемого значения выходного сигнала устройства с помощью восстанавливающего блока 2 количество j допустимых отказов блоков контроля 41, „ 4л должно находиться в определенном сочетании с количеством

I допустимых отказов резервируемых блоКОВ 11,..., 1л. ТаК КОЛИЧЕСТВО дОПуетИМЫХ отказов резервируемых блоков 11„... 1П связано с количеством j допустимых отказов блоков контроля 4>,..., 4л соотношением

1) если 1 = О, то j = О, 1, 2...Ä (n-2), 2) если! =1,2„„, (n-2), то) =0 (7)

На приведенное соотношение I u 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 устройства, установлено, что в определении значения выходного сигнала устройства участвует от общего количества m логических элементов восста- навл лвающего блока 2 только часть его элементов в количестве r, Количество m u количество r логических элементов в зависимости от количества и 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 u коллчестве r логических элементов восстанавливающего блока 2 на фиг, 3 приведены графики зависимостей m == f(n) и r = f(n). Из анализа этих графиков следует, что с увеличением количества и резервируемых блоков устройства увеличивается количество (m - r) логических элементов восстанавливающего блока 2, не участвующих в определении значения выходного сигнала устройства в ходе одновременной работы трех резервируемых блоков или двух последчих оставшихся исправных резервируемых блоков. Это обстоятельство свидетельствует о повышении надежности устройства.

Таким образом, в предложенном устройстве организована блокировка питания отказавших резервируемых блоков. В формиоовании значения выходного сигнала устройства постоянно участвует только часть от общего количества логических элементов восстанавливающего блока 2. Предложен10 о повышении его надежности, Формула изобретения

Адаптивное резервированное устройство, содержащее и резервируемых блоков, п

15 блоков контроля, п триггеров блокировки, 20

55 ное устройство сохраняет работоспособность до (и-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 41„.„44. Все эти достоинства предлагаемого устройства свидетельствуют многовходовый элемент ИЛИ, формирователь импульсов отказа, счетчик отказов и восстанавлива ощий блок, выход которого является информационным выходом устройства и соединен с входами эталонного сигнала каждого из блоков контроля, входы контроллруемых сигналов которых подключены к выходам соответствующих резервируемых блоков, а выходы соединены с соответствующими входами многовходового 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет блокировки питания отказавших резервируемых блоков, в него введены (n-3) блоков управления блокировкой и дешифратор кода отказа, выход каждого из резервируемых блоков соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего блока, соответствующие первый — (и-2)-й управляющие входы которого соединены с входами управления питанием соответствующих резервируемых блоков и подключены к выходам соответствующих триггеров блокировки, выхоцы (и-1)-го и и-го триггеров блокировки соединены с входами управления питанием одноименных резервируемых блоков, выхоц 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 — (n-3)-й выходы которого соединены с входами подстройки соответствующих блоков управления блокировкой и установочными входами четвертого — n-го триггеров блокировки, выходы четвертого — n-го блоков контроля подключейы к входам сигнала отказа соответственно первого — (n-3)-го

11 блоков управления блокировкой, входы сигнала сброса которых обьединены и подключены к входу начальной установки устройства, а выходы соединены соответственно с входами сброса четвертого и-го триггеров блокировки, причем каждый блок управления блокировкой содержит элемент

НE, элемент И и элемент ИЛИ, вход элемента HE подключен к входу подстройки блока

12 управления блокировкой, вход сигнала отказа которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подклгочен к выходу элемента Н Е, а выход соединен

5 с первым входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока управления блокировкой, а второй вход подключен к входу сигнала сброса блока управления блокировкой.

1755281

Составитель С.Уласевич

Редактор И.Касардэ Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Заказ 2894 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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