Устройство для мажоритарного восстановления сигналов

 

Сущность изобретения: устройство содержит: 1 нагрузку (7), 1 узел связи (11). 1 элемент ИЛИ (12), 3 восстанавливающих блока (10), каждый который включает: 1 коммутирующий узел (14), 1 узел контроля (15). 10-7,10-11,10-12, 14-15-12.14-11, 14-7.2 з. п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

»

° »

0»

ЦЗи/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4807930/24 (22) 30.03,90 (46) 07,11.92. Бюл. М 41 (71) Государственный всесоюзный центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации (72) 3.M.Çìàçíåâ, В.А.Алания и Н.Д.Чкония (56) Авторское свидетельство СССР

hL 229044, кл. Н 05 К 10/00, 1966.

Авторское свидетельство СССР

Q 826356, кл. G 06 F 11/00, Н 05 К 10/00, Н

03 К 19/42, 1978.

„,!Ж „„1774336A1 (st)s G 06 Г 11/00, Н 05 К 10/00. 6 05 В (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАЖОРИТАРНОГО

ВОССТАНОВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ (57) Сущность изобретения: устройство содержит: 1 нагрузку (7), 1 узел связи (11), 1 элемент ИЛИ (12), 3 восстанавливающих блока (10), каждый который включает; 1 коммутирующий узел (14), 1 узел контроля (15).

10-7, 10 — 11, 10-12, 14-15-12, 14 — 11, 14-7. 2

3. и. ф-лы, 5 ил.

1774336

10 устройство рассчитано на нагрузку; характеристики которой соизмеримы с нагрузоч- 50 ными характеристиками оптрона датчика тока в коммутирующем узле. Это не позволяет применять данное устройство в оконечных каскадах реальных блоков управления. Все вышеизложенное существенно ограничивает область применения данного устройства и не позволяет применять при построении отказоустойчивых и отказобезопасных систем управления с асинхронными принципами работы.

Изобретение относится к областям автоматики и вычислительной технике и может найти применение для построения оконечных каскадов выходных усилителей дискретных сигналов трехканальных мажорированных цифровых систем с большим числом выходных каналов.

Известно устройство для мажоритарно. го восстановления сигналов, включающее резервированный мажоритарный орган на четырех ключевых элементах (контактах ре- ле, транзисторах и т.д.), управляемый тремя резервными блоками управления.

Это устройство имеет простое схемное решение, позволяющее построить при минимальном количестве ключевых элементов резервируемый мажоритарный орган, сохраняющий работоспособность при отказе любого элемента.

Однако в данном устройстве отсутствуют средства диагностики неисправностей, которые позволили бы своевременно выявить и восстановить отказавший элемент до возникновения второй неисправности, приводящей к ложному срабатыванию.

Известно устройство для мажоритарного восстановления сигналов, содержащее восстанавливающие блоки, состоящие из коммутирующих узлов с датчиком тока, ключей индикации состояния и блоков временного уплотнения, элементов неравнозначности, элементы ИЛИ и блоки дешифрации и индикации отказов.

Данное устройство обеспечивает прием и мажорирование принятых от трех блоков управления с и — выходами команд на включении нагрузки и диагностику отказов и является наиболее близким из известных по технической сущности и достигаемому результату.

Однако данное устройство не позволяет контролировать работоспособность устройства без синхронизациии управляющих входов и в отсутствии включения нагрузки, что может привести к накоплению скрытых отказов и невозможности включения нагрузки.Это существенно снижает фактическую надежность управления. Кроме того данное

Целью изобретения является устранение вышеизложенных недостатков и повышение надежности и достоверности управления.

Для достижения указанной цели, устройство для мажоритарного для восстановления сигналов, содержащее восстанавливающие блоки и элемент ИЛИ, с целью повышения надежности и достоверности управления, дополнительно содержит узел связи, информационные входы устройства соединены с первыми информационными входами одноименных восстанавливающих блоков, другие информационные входы которых соединены с первым информационным входом соответствующих восстанавливающих блоков, информационные выходы восстанавливающих блоков объединены по схеме монтажного ИЛИ и подключены к выходу нагрузки устройства и входу узла связи, вы- ход которого является информационным выходом устройства, выходы сигнала отказа восстанавливающих блоков соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом сигнала отказа в устройстве, восстанавливающий блок содержит коммутирующий узел и узел контроля, первый — третий входы которого соединены с соответствующими входами коммутирующего узла, а выход с выходом сигнала отказа восстанавливающего блока, первый и второй информационные входы блока соединены с соответствующими входами коммутирующего узла, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока, узел контроля содержит первый и второй элементы

ИЛИ-НЕ, элемент И и элемент формирования и сопряжения сигналов, третий вход узла контроля подключен к первому входу первого элемента ИЛИ вЂ” НЕ, второй соединен с первым входом элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и подключен к первому входу узла, выход первого элемента ИЛИ-HE и элемента И соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к входу элемента формирования и сопряжения сигналов, выход которого является выходом сигнала отказа восстанавливающего блока, коммутирующий узел содержит два коммутирующих элемента и резистор с развязывающим диодом, при атом нормально-разомкнутый контакт первого коммутирующего элемента соединен с информационным входом узла, нормальнозамкнутый контакт — с первым, а перекидной — с вторым выходами узла, с нормально-разомкнутым контактом второ1774336 принимаемых от резервных блоков управления; на фиг, 2 представлена принципиальная схема восстанавливающего блока; на фиг, 3 — пример выполненил элементов узла контроля; на фиг.4 — пример выполнения узла связи; на фиг. 5 — блока управления.

Устройство 1 на фиг.1 для мажаритарного восстановления сигналов, принятых по информационным входам 2 устройства от трех резервных блоков 3 — 5 управления с "и" выходными каналами в каждом, содержит выход 6для подключения нагрузки 7 устройства, информационный выход 8 и выход 9 сигнала отказа в устройстве, восстанавливающие блоки 10, информационные входы которых соединены с соответствующими информационным входом 2 устройства, узел 11 связи, вход и выход которого соединен, соответственно, с выходам 6 и информационным выходом 8 устройства, элемент

12 "или", выход которого соединен с выходом 9 сигнала отказа в устройстве, а входы с выходом 13 сигнала отказа соответствующего восстанавливающего блока 10.

Восстанавливающий блок 10 на фиг. 2 содержит коммутирующий узел 14, управляющие входы которого являются соответствующими информационными входами 2 восстанавливающего блока 10,и узел 15 контроля.

Коммутирующий узел 14 на фиг. 2 содержит первый 16 и второй 17 коммутирующие ключевые элементы (в нашем случае электромагнитные реле с нормально — разомкнутыми контактами 16-1 и 17 — 1 соответ. ствен н о), резистор 18, раз вяз ы ва ю щий диод 19 и третий 20, второй 21 и первый 22 выходы, соединенные с первым, вторым и третим; соответственно, входами узла 15

KOHTPOËß.

Узел 15 контроля на фиг, 2 содержит два резистора 23, развязывающий диод 24, первый 25 и второй 26 элементы "или-не", элемент 27 "и", элемент 28 формирования и сопряжения сигналов, включающий RCцепь 29, пороговый элемент 30 и элемент 31 связи.

На фиг. 3 приведен пример реализации элементов узла 15 контроля, где пороговый элемент 30 представляет собой ключ на по10

ro коммутирующего элемента и через резистор с катодом развязывающего диода, анод которого соединен с шиной питания, перекидной контакт второго коммутирую-, щего элемента соединен с общей шиной, а 5 нормально-замкнутый — с третьим выходом коммутирующего узла, На фиг. 1 представлено устройстоо для мажоритарного BoccTBM08ëåíèé сигналов, левом транзисторе, управляемый сигналом логический "0", соответствующим заданному RC — цепью 29 порогу срабатывания. Постояннал времени RC- цепи выбирается исходя динамических характеристик коммутирующих элементов 16, 17 коммутирующего узла 14 и должна быть не меньше их постоянной времени или. заданного значения времени рассинхронизации сигналов по входу 2 устройства. Элемент связи 31 представляет собой транзисторный ключ, управляемый логической "1" и нагруженный на реле, контакты которого при переходе транзисторного ключа в открытое состояние замыкаютсл и формируют сигнал на выходе элемента связи, соответствующий логической "1", что изображается элементом индикации на светодиоде элемента связи.

Узел 11 свлзи на фиг, 4 содержит оптрон

32 и транзисторный ключ 33 с элементом индикации на светодиоде в цепи коллектора транзисторного ключа.

Функциональна устройство 1 обеспечивает прием и мажориравание принятых по входам 2 от резервных блоков 3-5 управления команд управления, коммутацию нагрузки 7, формирование и индикацию обобщенного сигнала отказа на выходе 9 при нарушениях в любом канале, участвующем в мажориравании, и контроль линии связи с нагрузкой 7.

Коммутирующий узел 14 функциональна обеспечивает прием входных сигнаfioB,ê0ììóTàöèþ нагрузки в соответствии с их состоянием и участие в формировании сигналов состояния контактов 16-1 и 17-1.

Узел 15 контроля обеспечивает прием сигналов состолнил контактов коммутирующих элементов 16 и 17 узла 14, их логическую обработку и формирование и индикацию сигнала неисправности на выходе 13 соответствующего воостанавливающего блока 10 в случае какого-либо отказа в нем. Так, при наличии логического "0" на выходе элемента 26 "или — не", происходит разряд конденсатора RC öåïè 29 и формирование на выходе порогового элемента 30 логического сигнала, соответствующего состоянию логическая "1". В этом случае на выходе элемента связи формируется сигнал логическая "1", чта соответствует сигналу неисправности.

Узел 11 связи на фиг. 4 функционально обеспечивает прием, индикацию и передачу сигнала состояния линии связи и наличия питания на нагрузке 7, а также говорит о режимах работы устройства, Блоки 3 — 5 управления на фиг. 5 состоят иэ транзисторных ключей 34 с тумблером 35 для автономного управленил, 1774336

50

Ниже приводится таблица истинности состояний логических сигналов на элементах узла 15 при различных значениях логических сигналов íà его выходах.

Устройство на фиг. 1 работает следующим образом.

В исходном состоянии, при отсутствии неисправностей в элементах коммутирующего узла 14 и управляющих сигналов на I-x выходах резервных блоков 3-5 управления и соответственно входах 2 устройства, сигналы логический "0", что соответствует отсутствию сигналов управления. На входах коммутирующих узлов сигналы Х 1-1 и Х I-2 — логический "0". Контакты 16 — 1 и 17 — 1 коммутирующих элементов 16 и 17 узлов 14 восстанавливающих блоков 10 устройства разомкнуты. Согласно первой строки таблицы истинности состояний логических сигналов, сигнал Х 20 соответствует сигналу логический "0", а Х 21, Х22,,за счет диода 24 и разомкнутого контакта 16-1, логическая

"1". В соответствии с этим, на выходах элементов 25 и 27 сигналы Х 25 и Х 27 соответствуют логическому "0", а на выходе 26 сигнал Х 26 логическая "1", что приводит к .заряду емкости RC-цепи 29. На выходе порогового элемента 30 и элемента 31 формируются сигналы Х 30 и Х 31 логический "0".

В соответствии с этим на входах и выходе элемента ИЛИ 12 логический "0".

На выходе 9 устройства сигнал Х 9 логический "0", что соответствует исправному состоянию элементов устройства. Одновременно из-за отсутствия шунтирующего действия контактов коммутирующих узлов 14 и за счет наличия питания на нагрузке 7, светодиод оптрона 32 узла 11 связи возбуждается и переводит транзисторный ключ 33 в закрытое состояние. На информационном выходе 8 устройства сигнал Х 8 логическая

"1", что говорит о исправности линии 6 связи с нагрузкой 7 и наличии питания на ней.

Нагрузка 7 выключена.

В случае обрыва линии 6 связи (или отсутствия питания) транзисторный ключ 33 перейдет в открытое состояние и на своем выходе сформирует сигнал неисправности.

В этом случае, согласно второй строки таблицы сигнал Х 8 логический "0", что сопровождается соответствующим сигналом на элементе индикации узла связи и говорит о нарушении в цепи нагрузки.

В режиме управления нагрузкой 7 на I-x выходах блоков 3-5 управления формируются управляющие сигналы "1", которые, поступая на входы 2 (I-1, I-2 и I- 3 соответственно) I-ro устройства; приводят к сраба тыванию нормально-разомкнутых контактов 16-1 и 17-1. соответствующих

45 элементов 16 и17.3а счет замкнувшегося контакта 16-1, состояние сигналов Х 20 и Х

22 (см. третью строку таблицы) соответствует логической "1", а Х 21 из-за шунтирующего действия замкнувшегося контакта 17-1 логический "0". В соответствии с логикой работы узла 15 контроля, на выходах элементов 25 и 27 сформируются сигналы Х 25 и Х 27, соответствующие значению логический "0", а на выходе элемента 26 сигнал X

26 — логическая "1", что подтверждает состояние исправности коммутирующих элементов узлов 14 соответствующих восстанавливающих блоков 10 устройства. В соответствии с этим на выходе 9 устройства сигнал Х 9 сохраняет значение логический

"0", Одновременно с этим, за счет шунтирующего действия замкнутых контактов 16 — 1 и

17-1 узлов 14 восстанавливающих блоков

10 устройства, транзисторный ключ 33 узла

11 перейдет в открытое состояние. Сигнал Х

8 на выходе устройства примет значение логический "0", что в режиме управления говорит о включении 1-ой нагрузки 7.

В случае несрабатывания на замыкание какого-либо реле, например, 17 в первом восстанавливающем блоке 10 (см. четвертую строку таблицы), шуктирующее действие разомкнутого контакта 17-1 сохранится и сигнал Х 20.сохранит значение логический

"0", а Х 22 и X 21 примут значение "0" и "1" соответственно, что в соответствии с логикой работой узла 15 контроля приведет к формированию значения сигнала Х 26 логический "0". Конденсатор RC-цепи 29 разрядится и на выходе порогового элемента 30, появится сигнал X 30 логическая "1", В соответствии с этим на выходе элемента 31 сформируется логический сигнал X 31 соответствующий логической "1", который говорит о нарушениях в коммутирующем узле данного восстанавливающего блока. Поступив на вход элемента 12 "или", сигнал Х 13 переведет его в состояние логической "1".

На выходе 9 устройства появится обобщенный логический сигнал неисправности Х 9, соответствующий логической "1", что говорит о неисправности в.данном устройстве.

В случае несрабатывания на замыкание реле 16, из-за шунтирующего действия замкнувшего контакта 17-1, (см. пятую строку таблицы) сигналы Х 20 — Х 22 примут значеwe логический "0", что в соответствии с логикой работы узла !5 контроля приведет к формированию на выходе элемента 25 сигнала Х 25, соответствующего логической

"1", а на выходе элемента 27 сигнала X 27, соответствующего сигналу логический "0".

На выходе элемента 26 сформируешься сигнал Х 26 логический "0". Конденсатор RC-це1774336

10 пи 29 разрядится и на выходе порогового элемента 30 сформируется сигнал состояния Х 30 логическая "1". На выходе элемента связи 31 сформируется сигнал Х 31 логическая "1", который, поступив на вход элемента 12 "или", переведет его в состояние логическая "1". На выходе 9 устройства сформируется обобщенный сигнал неисправности Х 9, соответствующий логической

"1", что говорит о неисправности в данном устройстве.

В случае окисления контактов 17 — 1, при включении нагрузки 7, (см. шестую строку таблицы) сигналы Х 20 — Х 22 примут значение логическая "1", что на выходе элемента

27 приведет к формированию сигнала логической "1", на выходе элемента 26 логический ".0".

Конденсатор 29 разрядится и, согласно вышеизложенного, приведет к формированию сигналов Х 31 и Х 9, соответствующих сигналу логическая "1",что в этом режиме соответствует сигналу неисправности, Таким образом, за счет введения новых узлов и элементов в устройство для мажоритарного восстановления сигналов,. изменения конструкций восстанавливающего блока и коммутирующего узла в предлагаемом устройстве, по сравнению с прототипом, обеспечивается повышение надежности устройства, расширение области его применения и при значительном его упрощении более глубокая диагностика, исключающая накопление ошибок как при включенной, так и выключенной нагрузке, включая контроль линии связи и изменение характеристик коммутирующего элемента.

Так изменение конструкции коммутирующего узла позволяет снять ограничение на характер подключаемой нагрузки и исключить ее взаимосвязь с характеристиками оптрона датчика тока в цепи нагрузки по прототипу. Изменение конструкции узла контроля позволяет контролировать состояние коммутирующих элементов независимо от типа (синхронный или асинхронный) управления, т. е. не требуется синхронизация.

Введение узла связи в устройство позволяет контролировать состояние линии связи с нагрузкой во всех режимах работы без необходимости включении нагрузки.

Формула изобретения

1. Устройство для мажоритарного восстановления сигналов, содержащее первый — n-й восстанавливающие блоки и элемент

ИЛИ,отличающееся тем,что,с целью повышения надежности и .достоверности управления, оно дополнительно содержит узел связи, первый — и-й информационные входы устройства соединены с первыми информационными входами одноименных восстанавливающих блоков, другие информационные входы которых соединены с со5 ответствующим информационным входом соответствующих восстанавливающих 6поков, информационные выходы восстанавливающих блоков объединены по схеме монтажного ИЛИ и подключены к выходу

10 нагрузки устройства и входу узла связи, выход которого является и, рормационным выходом устройства, выход сигналов отказа первого — п-го восстанавливающих блоков соединены с соответствующими входами

15 элемента ИЛИ, выход которого является выходом сигнала отказа устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что восстанавливающий блок содержит коммутирующий узел и узел контро20 ля, первый — третий входы которого соединены с соответствующими выходами коммутирующего узла, а выход — с выходом отказа восстанавливающего блока, первый и второй информационные входы блока со25 единены с соответствующими управляющими входами коммутирующего узла, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока, узел контроля содержит первый и второй элементы

30 ИЛИ-НЕ, элемент И и элемент формирования и сопряжения сигналов, третий вход узла контроля подключен к первому входу первого элемента ИЛИ вЂ” НЕ, второй вход соединен с первым входом элемента И, второй

35 вход которого объединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и подключен к первому входу узла контроля, выход первого элемента ИЛИ вЂ” НЕ и элемента И соединены с соответствующими входами второго

40 элемента ИЛИ вЂ” НЕ, выход которого подключен к входу элемента формирования и сопряжения сигналов, выход которого является выходом сигнала отказа восстанавливающего блока.

45 3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что коммутирующий узел содержит два коммутирующих элемента и резистор с развязывающим диодом, при этом нормально разомкнутый контакт первого коммутирующе50 ro элемента соединен с информационным входом узла, нормально замкнутый контакт — c первым, а перекидной — с вторым выходами узла, с нормально разомкнутым контактом второго коммутирующего элемента и через

55 резистор — с катодом развязывающего диода, анод которого соединен с шиной питания, перекидной контакт второго коммутирующего элемента соединен с общей шиной, а нормально замкнутый — с третьим выходом коммутирующе о v3 r3, 1774336

П р и м е ч а н и е. Х8, Х9 - сигналы состояний на соответствующих выходах устройства;

X20,Х21,Х22 - сигналы состояний на входах узла 15 контроля;

Х25, Х26, Х27,X30, Х31 - сигналы состояний ка выходах соответствующих элементов;

Х i-1, Х I-2 - сигналы состояний на входах восстанавливающего блока

10 устройства;

1774336

К бК Х/

Составитель Э.Змаэнев 9 ог. 5

Редактор Б.Бугренковэ Техред М.Моргентал Корректор С,Патрушева

Заказ 3927 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