Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

МАЖОРИТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ С ДОПУСТИМЫМ УРОВНЕМ РАССОГЛАСОВАНИЯ В МАЖОРИТАРНО-РЕЗЕРВИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ

Сыцевич Н.Ф. 1 Кулиев Р.С. 1 Крахмалев Д.В. 2 Жабоев Ж.Ж. 1
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
2 ФГОБУ ВО «Финансового университета при Правительстве РФ»
В настоящее время в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) широкое применение нашли мажоритарно-резервированные системы управления. При этом номенклатура функциональных модулей резервируемых комплектов постоянно увеличивается. В этой связи возникает одна из задач, суть которой сводится к мажоритированию сигналов с допустимым уровнем рассогласования параметров от функциональных модулей различных комплектов. В работе рассматриваются системы управления с тройным мажоритарным резервированием, работающие в режимах 1002, 1003, 2002, 2003. Целью проводимого исследования является повышение живучести мажоритарно-резервированных систем управления, в которых находят применение функциональные модули не критичные к разбросу выходных параметров в допустимых пределах. Решена задача мажоритирования сигналов с допустимым уровнем рассогласования параметров от функциональных модулей различных комплектов. Результаты работы могут быть использованы в АСУ ТП с мажоритарным резервированием аппаратной части с наработкой на отказ входящих в состав системы управления комплексов порядка 100000 часов.
резервированные системы
мажоритирование
мажоритарный элемент
система комплексирования
уровень рассогласования
признаки резервирования
1. Повышение живучести мажоритарно-резервированных систем управления / А.С. Ксенофонтов, Н.Ф. Сыцевич, Р.С. Кулиев, С.Н. Сыцевич // Известия КБНЦ РАН. – 2015. – Том II, № 6(68). – C. 100–104.
2. Синхронизация работы мажоритарных элементов резервированных комплектов систем управления / Н.Ф. Сыцевич, Р.С. Кулиев, Л.А. Москаленко, М.З. Молов // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 8–2. – С. 261–264.
3. Диденко К.И. Проектирование агрегатных комплексов технических средств для АСУТП / К.И. Диденко. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 168 с., ил.
4. Сухман С.М. Синхронизация в телекоммуникационных системах. Анализ инженерных решений / С.М. Сухман, А.В. Бернов, Б.В. Шевкопляс. – М., 2003. – 272 с.
5. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. Дополнение первое: Справочник / Б.В. Шевкопляс. – М.: Радио и связь, 1993. – 256 с.

Цель и задачи исследования

Целью проводимого исследования является повышение живучести мажоритарно-резервированных систем с тройным резервированием, в состав которых входят резервированные функциональные модули с допустимым уровнем рассогласования параметров. Для достижения поставленной цели решается задача мажоритирования сигналов с допустимым уровнем рассогласования параметров от функциональных модулей различных комплектов. Цель достигается за счет доработки схем контроля мажоритарных элементов и определения алгоритма обработки сигналов контроля работы мажоритарных элементов различных комплектов мажоритарно-резервированной системы.

В работах [1; 3] рассматривается возможность повышения живучести резервированных систем управления, в том числе мажоритарно-резервированных. В работе [1] cинтезирована схема управляемого мажоритарного элемента, позволяющая снизить вероятность отказа узлов с мажоритарным резервированием.

Однако в случае расхождения значений различных комплектов срабатывают схемы контроля работы МЭ, что затрудняет оценку погрешностей обработки сигналов функциональных модулей, таких как, например, аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

В ходе проведенного исследования рассматривается вопрос мажоритирования сигналов различных комплектов в случае расхождения их значений в установленных допустимых пределах.

Разработка схемы обработки сигналов контроля мажоритарных элементов

sich1.tif

Рис. 1. Структурная схема системы комплексирования комплектов ПУ и КП

sich2.tif

Рис. 2. Функциональная схема управляемого мажоритарного элемента

На рис. 1 изображена схема системы комплексирования комплектов пункта управления (ПУ) и контролируемых пунктов (КП) автоматизированной системы управления технологическими процессами, в дальнейшем – АСУ ТП, где А, Б, В – это резервированные комплекты ПУ или КП; МСИ-А, МСИ-Б, МСИ-В – это магистрали системных интерфейсов комплектов А, Б, В соответственно [1].

В качестве исходных данных для схем резервирования введены следующие обозначения:

1) С – сигнал своего комплекта;

2) Л – сигнал левого комплекта;

3) П – сигнал правого комплекта;

4) ПУ – пункт управления;

5) КП – контролируемые пункты.

В работах [2; 4; 5] подробно рассмотрены вопросы синхронизации работы мажоритарных элементов резервированных комплектов.

В работе [1] синтезирована функциональная схема управляемого мажоритарного элемента, представленного на рис. 2.

На входы схемы поступают сигналы своего (С), левого (Л) и правого (П) комплекта (на рис. 2 изображена схема мажоритирования одного из разрядов комплекса).

В результате работы схем мажоритарных элементов на их выходах образуются собственно сигналы – результирующие значения мажоритирования входных величин (МЭ) от своего, левого и правого комплектов, а также соответствующие каждому сигналу на входе разряды контроля работы мажоритарных элементов (МЭ), говорящие о совпадении (КМЭ = 0) или несовпадении (КМЭ = 1) значений сигнала своего комплекта (С) с мажоритарным значением (МЭ). Сигналы КМЭ предполагается использовать в дальнейшем как для диагностики работы аппаратуры комплектов, так и для накопления достоверности в ходе их работы.

В работе [1] описано, как с помощью программно задаваемых признаков резервирования можно следить за работой каждого из комплектов комплекса в отдельности, т.е. обращаться к резервированным функциональным модулям комплектов как к нерезервированным с дальнейшей программной обработкой накопленной информации, т.е. реализовать программно режимы 1002,1003 работы комплектов. Основным недостатком в этом случае является то, что не всегда удается повысить достоверность полученных результатов по сравнению с мажоритарным режимом работы.

В ходе проведенного исследования авторы столкнулись с проблемой мажоритирования сигналов получаемых с выходов функциональных модулей аналого-цифровых преобразователей различных комплектов (А, Б, В), в дальнейшем – АЦП, так как значения параметров различных комплектов могут быть отличны друг от друга. Эта проблема возникает в режимах работы 2002, 2003 резервированных комплектов.

В ходе проведенного исследования решена задача мажоритирования сигналов с допустимым уровнем рассогласования параметров от функциональных модулей различных комплектов.

В качестве примера может быть рассмотрена схема мажоритирования сигналов с выходов функциональных модулей аналого-цифровых преобразователей, в дальнейшем – АЦП. При этом в качестве исходного требования примем – допустимый разброс параметров АЦП различных комплектов.

Например, в случае допустимого разброса параметров в один квант (для простоты изложения предположим, что на выходе АЦП восьмибитные данные) и значения комплектов А, Б, В соответственно равны 01000000, 00111111, 00111111. В результате мажоритирования получим значение 00111111. В этом случае сработают схемы контроля работы мажоритарных элементов в комплекте А разрядов с шестого по нулевой (КМЭ6-КМЭ0 = 1), т.е. будут зафиксированы несовпадения данных комплекта А с данными результатов мажоритирования в семи разрядах, хотя разница значений параметров сигналов не превысила один квант. Чтобы исключить наличие некорректности в работе комплекта А, задача мажоритирования может быть решена следующим образом.

Комплект А с помощью цепей коррекции инвертирует свои разряды с пятого по нулевой (5-0) прежде чем передать их значения соседним комплектам Б и В, что позволит уйти от ложных срабатываний цепей контроля мажоритарных элементов разрядов с пятого по нулевой.

Однако рассмотренное решение имеет ряд недостатков, таких как:

1) добавляется схема цепей коррекции сигналов подаваемых на входы мажоритарных элементов соседних комплектов;

2) в случае расхождения значений параметров сигналов различных комплектов, подлежащих мажоритированию, более чем в один кван, усложняется схема цепей коррекции сигналов подаваемых на входы мажоритарных элементов соседних комплектов, а также усложняется алгоритм обработки сигналов КМЭ.

Эти недостатки ограничивают применение в мажоритарно-резервированных системах функциональных модулей с допустимым, практически любым разбросом параметров, что особенно важно в АСУ ТП.

Для устранения этих недостатков в случае превышения уставки допустимого разброса значений параметров сигналов на входах мажоритарных элементов от различных комплектов будем фиксировать это в регистре состояния комплекта.

В ходе исследования предложен алгоритм обработки сигналов на выходе мажоритарных элементов. При этом необходимо доработать схему мажоритарной системы в части контроля ее работы, как показано на рис. 3.

sich3.tif

Рис. 3. Схема мажоритарной системы в части контроля ее работы

sich4.tif

Рис. 4. Функциональная схема управляемого мажоритарного элемента с доработкой

Основное назначение схемы заключается в определении превышения значений параметров сигналов заданной уставки допустимого рассогласования результатами мажоритирования различных комплектов ПУ или КП. Максимальный размер уставки рассогласования ограничивается только разрядной сеткой шины данных комплектов.

На рис. 3 приняты следующие обозначения:

1) СМЭ – схема собственно мажоритарных элементов;

2) РУР – регистр хранения значения допустимой уставки рассогласования сигналов своего комплекта с сигналами на выходе МЭ;

3) КМЭ10, КМЭ01 – регистры фиксирующие сигналы контроля работы МЭ;

4) СОРК – схема определения рассогласования кодов, поступающих от регистров КМЭ10, КМЭ01;

5) ССУ – схема сравнения кодов сигналов рассогласования с допустимой уставкой с выхода регистра РУР, задаваемой программно;

6) СПУР – сигнал превышения заданной уставки рассогласования.

Функциональная схема мажоритарного элемента, доработанная в части формирования сигналов контроля его работы, соответствующая схеме, представленной на рис. 3, приведена на рис. 4.

Здесь К10 – сигнал контроля работы мажоритарного элемента, означающий, что в этом разряде мажоритарный сигнал равен единице, а сигнал своего комплекта равен нулю; К01 – сигнал контроля работы мажоритарного элемента, означающий, что в этом разряде мажоритарный сигнал равен нулю, а сигнал своего комплекта равен единице. Дополнительно введем регистры для хранения результатов контроля работы мажоритарных элементов КМЭ10 и КМЭ01.

Рассмотрим работу схемы изображенной на рис. 3, при этом примем следующие допущения, упрощающие описание ее работы – будем оперировать с восьмибитными данными.

В качестве примера рассмотрим следующий. Предположим, что сигнал на выходе мажоритарной системы равен 00010101, а сигнал своего комплекта – 00001100 (т.е. расхождение значений своего комплекта с мажоритарным равно –9 = 12–21). В этом случае сработают цепи контроля работы мажоритарных элементов разрядов 4, 3, 0.

На выходе системы контроля работы мажоритарных элементов получим соответствующий код равный – 000К10 К0100К10 , т.е. в регистре КМЭ10 – 00010001(17), а в регистре КМЭ01 – 00001000(8).

Таким образом, на входы схемы СОРК поступят двоичные коды чисел 17 и 8, а на выходе схемы СОРК в результате получим 8 – 17 = – 9, т.е. значение кода сигнала рассогласования комплектов. Этот код поступит на вход схемы ССУ, где сравнится с кодом допустимой уставки рассогласования, заданной программно, и поступающего с выхода регистра РУР.

В случае если значение этого кода превышает значение уставки рассогласования, поступающей с выхода регистра РУР, будет сформирован активный сигнал – СПУР, который может быть записан в регистр состояния комплекта, доступного в программном режиме.

Наличие активного значения сигнала СПУР говорит о превышении заданной уставки рассогласования значений параметров сигналов, поступающих на входы мажоритарных элементов различных комплектов.

Выводы

Предложенный алгоритм обработки сигналов рассогласования может быть использован при обработке сигналов с выходов не только функциональных модулей АЦП, используемых при обработке сигналов ТИТ – телеизмерений текущих, но и любых других, например сигналов ТИИ – телеизмерений интегральных, сигналов ТУ – телеуправления и ТР – телерегулирования, в том числе в диагностических целях аппаратных средств систем резервирования.

В результате проведенного исследования предложена схема доработки мажоритарного элемента в части контроля его состояния, а также разработана схема анализа сигналов рассогласования в мажоритарно-резервированной системе со схемой резервирования – 2003, удовлетворяющая предложенному алгоритму обработки сигналов контроля работы мажоритарных элементов резервированных комплектов в режимах работы 1002, 1003, 2002, 2003.


Библиографическая ссылка

Сыцевич Н.Ф., Кулиев Р.С., Крахмалев Д.В., Жабоев Ж.Ж. МАЖОРИТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ С ДОПУСТИМЫМ УРОВНЕМ РАССОГЛАСОВАНИЯ В МАЖОРИТАРНО-РЕЗЕРВИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ // Современные наукоемкие технологии. – 2017. – № 5. – С. 73-77;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36671 (дата обращения: 05.12.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074