Цели и задачи исследования
Целью проводимого исследования является решение проблемы синхронизации работы мажоритарных элементов различных комплектов резервированных систем управления с магистрально-модульной структурой построения.
Для достижения поставленной цели решается задача синхронизации работы мажоритарных элементов различных комплектов системы управления с тройным резервированием в режимах 1001, 1002, 1003, 2002, 2003.
Применение различных схем резервирования промышленных контроллеров позволяет значительно повысить надежность и отказоустойчивость систем. Практически все производители контроллеров предлагают готовые решения для повышения надежности системы, добавляя поддержку резервирования в изготовляемые контроллеры. При этом на практике применяются самые разнообразные схемы и варианты построения резервированных систем.
Существующие варианты резервированных систем, построенных на промышленных контроллерах различных производителей, описаны в технической документации и упоминаются в ряде публикаций [1, 2, 4, 5].
Наиболее популярными вариантами построения резервированных систем являются решения с программной либо аппаратной поддержкой резервирования. При этом реализуются, как правило, дублированные или мажоритарно-резервированные структуры. Работа посвящена исследованию проблемы синхронизации работы мажоритарных элементов различных комплектов резервированных систем управления с магистрально-модульной структурой построения.
Исследование проблемы синхронизации работы мажоритарных элементов
В ходе исследования рассматривалась система с тройным (m = 3) резервированием, структурная схема которой изображена на рис. 1, где ПУ – пункт управления, а КП0 – КПN-контролируемые пункты системы. При этом режимы работы мажоритарных элементов могут быть следующие:
1. Резервированный режим – мажоритарное голосование 2 из 3 при включенном режиме работы по трем входным величинам (2003).
2. Дублированный режим – голосование в режиме 1002 (по ИЛИ) и 2002 (по И) при включенном режиме работы по двум входным величинам.
3. Повторительный режим – голосование 1001, 1002, 1003 при включенном режиме работы по одной входной величине, в том числе – нерезервированный режим.
Рис. 1. Структурная схема системы управления
Рис. 2. Структурная схема комплекта
В ходе исследований предполагаем, что структурная схема комплекта ПУ или КП соответствует схеме, изображенной на рис. 2, где З – задатчик комплекта; МИ – магистраль интерфейса; И, П – источники и приемники информации соответственно.
На рис. 3 изображена схема системы комплексирования комплектов ПУ и КП, 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.
Рис. 3. Структурная схема системы комплексирования комплектов ПУ и КП
В качестве исходных данных для схем резервирования введем следующие обозначения:
1) С – сигнал своего комплекта;
2) Л – сигнал левого комплекта;
3) П – сигнал правого комплекта.
При этом для комплектов А, Б, В в качестве своего, левого и правого будут комплекты:
1) для комплекта А: свой – А, левый – В, правый – Б;
2) для комплекта Б: свой – Б, левый – А, правый – В;
3) для комплекта В: свой – В, левый – Б, правый – А.
Рис. 4. Система комплексирования ПУ-КП
Рис. 5. Функциональная схема мажоритарного элемента
а) б)
Рис. 6. Временные диаграммы работы мажоритарных элементов комплектов А, Б, В в режиме резервирования 2003
Система комплексирования ПУ-КП показана на рис. 4.
Для реализации режимов работы мажоритарных элементов в ходе исследований используем функциональную схему мажоритарного элемента, представленного на рис. 5.
Для управления мажоритарными элементами используются служебные сигналы Xс, Xл, Xп, Yс, Yл, Yп.
Одной из проблем структурной схемы, представленной на рис. 3, является компенсация времени перекоса между комплектами.
Как видно из рис. 3, длина межкомплектных связей при таком расположении комплектов различна, т.е. связь между комплектами А и В более чем в два раза длиннее, чем между комплектами А и Б или Б и В. Время перекоса при этом приводит к ложному срабатыванию цепей контроля мажоритарных элементов и расхождению сигналов на выходах мажоритарных элементов различных комплектов.
Методы борьбы с перекосами сигналов в системах синхронизации подробно описаны в литературе [3].
Формирование сигналов на выходе мажоритарных элементов в различных комплектах показано на рис. 6, а и рис. 7, а. В ходе исследований предложена доработка схемы мажоритарных элементов в части компенсации времени перекоса между комплектами.
Суть доработки сводится к введению временных задержек сигналов, поступающих на входы мажоритарных элементов, равных временам распространения сигналов между комплектами.
а) б)
Рис. 7. Временные диаграммы работы мажоритарных элементов комплектов А, Б, В в режиме резервирования 2002, дублированных по АБ
Правило формирования задержек показано на рис. 6, б, рис. 7, б и состоит в следующем:
1) сигнал своего комплекта, подаваемый на вход мажоритарного элемента, задерживается на время распространения сигнала между удаленными комплектами;
2) сигнал ближнего комплекта, подаваемый на вход мажоритарного элемента, задерживается на время распространения сигнала между соседними комплектами;
3) сигнал дальнего комплекта, подаваемый на вход мажоритарного элемента, подается без задержки.
Из рис. 6 и рис. 7 видно, что введение этих задержек позволяет устранить ложные срабатывания цепей контроля мажоритарных элементов и получить синхронные сигналы на выходах мажоритарных элементов различных комплектов (рис. 6, б, рис. 7, б).
В работе отражены вопросы синхронизации мажоритарно-резервированных комплектов, работающих как в синхронном так и в асинхронном режимах. Причем, учет времени перекоса осуществляется одинаково в обоих режимах.
В случае, если комплекты работают в асинхронном режиме, кроме времени перекоса между различными комплектами, необходимо учитывать разброс временных параметров одноименных сигналов разных комплектов.
При этом, чтобы избежать ложных срабатываний цепей контроля работы мажоритарных элементов, необходимо сигналы, передаваемые соседним комплектам, предварительно задерживать на величину допустимого разброса временных параметров для одноименных сигналов. Таким образом, на стороне своего комплекта на входы мажоритарного элемента будут поданы сигналы своего комплекта без задержки и задержанные сигналы соседних комплектов.
Временные задержки необходимо реализовывать на стороне комплектов источников сигналов. Компенсация времени перекоса осуществляется на стороне комплекта, принимающего сигналы, а времени разброса одноименных сигналов – на стороне передаваемого комплекта.
Выводы
В ходе исследований предложена доработка схемы мажоритарных элементов в части компенсации времени перекоса между комплектами.
Суть доработки сводится к введению временных задержек сигналов, поступающих на входы мажоритарных элементов, равных времени распространения сигналов между комплектами или в асинхронном режиме – в том числе и времени разброса временных параметров для одноименных сигналов различных комплектов.
Библиографическая ссылка
Сыцевич Н.Ф., Кулиев Р.С., Москаленко Л.А., Молов М.З. СИНХРОНИЗАЦИЯ РАБОТЫ МАЖОРИТАРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЗЕРВИРОВАННЫХ КОМПЛЕКТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 8-2. – С. 261-264;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36140 (дата обращения: 23.11.2024).