SE421355B - Digital databehandlingsanordning speciellt for jernvegssekerhetssystem - Google Patents

Description

RO iåäñ7s17-a ning av kärnreaktorer och reglering av järnvägsanläggningar, _arbetar man enligt en känd säkerhetsteknisk princip, varvid tek- niska fel - vilka man måste beakta vid drift av icke egensäkra databehandlingsanläggningar - förorsakar att den styrda proces- sen överföres till ett för människor och materiel icke-kritiskt tillstånd. Vid exempelvis.järnvägsanläggningar kan detta uppnås därigenom, att alla processaktiverande signaler tillordnas en högre signalnivå, som vid en teknisk störning i databehandlings- anläggningen bortkopplas från alla utgående kanaler. I detta fall krävs anordningar som igenkänner felaktig databehandling och såsom reaktion härpå åstadkommer en bortkoppling innan de av denna-felaktiga databehandling uppkomna styrorderna när den process som skall skyddas. För höjning av utnyttjandetiden kan databehandlingsanläggningen dubbleras med den tanken, att ett fels uppträdande i den ena anläggningen medför en omkoppling till den andra, som behandlar samma information i parallelldrift.

Härvid förutsättes, att den andra anläggningen arbetar korrekt vid omkopplingstidpunkten. Användningen av databehandlingsanlägg- ningar, där samma information bearbetas parallellt och samtidigt, beskrives exempelvis i tyska utläggningsskriften 1 280 539 och i tyska offentliggörandeskriften 1 ä99 262. A Dubblerade system av detta slag har visserligen en önskad längre utnyttjandetid, men däremot inte den säkerhet som erford- ras vid de inledningsvis nämnda tillämpningarna¿ Med hänsyn till den erforderliga säkerheten får man därvid ej vidtaga den in- I skränkningen, att vid fel endast vissa anläggningsdelar i det dubblerade systemet bortkopplas, eftersom det inte finns någon tillräckligt säker feldetekteringsanordning. Således är det av säkerhetsskäl inte möjligt att vid fel av nämnt slag fortsätta databehandlingen med endast en vid ifrågavarande tidpunkt intakt databehandlingsanläggning i dubbelsystemet, eftersom denna an- läggning vid ensam drift till följd av frånvaro av en säker fel- detekteringsmekanism kan förorsaka risker för såväl människor som materiel. Till följd härav måste dubblerade system avsedda för säkerhetsteknisk styrning vara utförda så, att ett detekte- rat fel medför att båda databehandlingsanläggningarna bortkopplas.

Uppfinningen utgår således från en känd digital databehand- lingsanordning av det inledningsvis nämnda slaget, vilken exem- pelvis finns beskriven i Siemens Zeitschrift, juli 1974, sidorna N90-506 i en artikel med titeln "URTL-Schaltkreissystem U1 mit H0 7807317-8 hoher Sicherheit und automatisoher Fehlerdiagnose". Denna kända .tvåkanaliga databehandlingsanordning garanterar hög felsäkerhet utan att de enskilda, i de båda kanalerna befintliga minnes- och logikkretsarna måste vara uppbyggda enligt fail-safe-principen.

För kanalerna finns en gemensam taktgenerator för stegvis styr- ning av de båda näten, vilka under varje bearbetningssteg för- utom ett flertal styrsignalpar även avger en övervakningspuls.

Vid denna kända tvåkanals-databehandlingsanordning finns vidare ett antal jämförelsekretsar eller komparatorer, vilka var och en har till uppgift att övervaka signalparen med avseende på över- ensstämmelse respektive antivalens. Komparatorerna bildar en seriekoppling, i vilken den först belägna komparatorn matas med den av taktgeneratorn utlösta övervakningspulsen. Om de enskilda komparatorerna fastställer att den tvàkanaliga databehandlings- anordningen arbetar i korrekt ordningsföljd, kommer övervaknings- pulsen att passera genom samtliga komparatorer, varefter den vid lämnandet av seríekopplingen vid dennas sist belägna komparator tjänar till att i taktgeneratorn utlösa nästa bearbetningssteg och de därmed sammanhörande signalerna.

Vid det kända dubbelsystemet bildar således taktgeneratorn tillsammans med den tvåkanaliga databehandlingsanordningen ett slags självhållarkrets, som utlöses efter fastställandet av ett fel.

Uppfinningen har till ändamål att åstadkomma en digital databehandlingsanordning av ovan angivet slag med stor drift- säkerhet, vid vilken dessutom utifrån härrörande, samtidiga och likartade elektriska störningar skall ha en för komparato- rerna detekterbar inverkan. Anordningen skall dessutom uppvisa en relativt hög bearbetningshastighet.

Enligt uppfinningen uppnås detta därigenom att databehand- lingsanordningen uppvisar de i patentkravet 1 angivna känneteck- nen. Således är signalerna inom varje styrsignalpar förskjutna åtminstone ett bearbetningssteg relativt varandra. Varje kompa- rator består av en transistorförstårkare, vars omkopplingssträc- ka - företrädesvis kollektor-emittersträckan - via en likriktar- kwygga är förbunden med en första D-vippas utgång och med en and- ra D-vippas invcrterande utgång. En digital fördröjningskrcts är ansluten till den första D-vippans ingång och har samma an- tal bearbetningssteg som styrsignalparens signaler är förskjut- na relativt varandra. De signaler som skall jämföras med var- 40 7807317-8 andra matas till fördröjningskretsens och den andra D-vippans _ ingångar. Taktpulsingångarna hos alla första respektive andra D-vippor i komparatorerna är via tvâ separata ledningar förbund- na med taktpulsgeneratorn för överföring av en taktpuls vid slu- tet av varje bearbetningssteg.

Vid denna tvâkanaliga databehandlingsanordning arbetar sä- ledes de i de båda databehandlingskanalerna befintliga kretsarna synkront men dock förskjutna åtminstone ett bearbetningssteg.

Till följd av den härigenom påtvingade tillständsolikheten i de båda kanalerna med avseende på bearbetningsfasen, kommer stör- ningar, som inverkar samtidigt och likartat på de båda kanalerna, att påverka databehandlüuæn olikartat, vilket möjliggör detekte- ring av störningar i form av störda datasignaler. Genom använd- ningen av speciella komparatorer uppträder trots taktpulsförsörj- ningens beroende av dessa inga behandlingshastighetssänkande luckor i databehandlingen, varför databehandlingsanordningen to- talt sett uppvisar hög arbetshastighet.

I regel är det ur säkerhetssynpunkt tillräckligt, att sig- nalerna i styrsignalparen är förskjutna ett bearbetningssteg relativt varandra. Härvid kan med fördel varje komparators för- dröjningskrets bestå av en tredje D-vippa för informationsmottag- ning vid taktpulsens bakkant, under det att de första och andra D-vipporna är inrättade för informationsmottagning vid taktpul- sens framkant. _ Uppfinningen beskrives närmare nedan i form av ett i bifo- gade ritning åskådliggjort utföringsexempel, där fig. 1 visar en tvåkanalíg databehandlingsanordning och fig. 2 en gynnsam utfö- ringsform av en komparatorkrets.

Den digitala databearbetningsanordningen enligt fig. 1 visar schematiskt i blockschemaform 'en tvâkanalkonstruktion med en databehandlingsanläggning DVA1 i en bearbetningskanal och en andra databehandlingsanläggning DVA2 i en andra dylik kanal. De båda databehandlingsanläggningarna bearbetar synkront genom takt- styrning den från processen tillförda informationen, varvid dock en förskjutning föreligger på ett bearbetningssteg. För gemensam styrning av de båda anläggningarna DVA1 och DVA2 finns en gemen- sam taktgenerator TG, som via multipelledningar L1 och L2 matar styrsignaler till anläggningarna DVA1 och DVA2. Dessa styrsigna- ler är inom varje styrsignalpar förskjutna relativt varandra ett bearbetningssteg. I de båda databehandlingsanläggningarna DVA1 H0 7807317-8 och DVA2, vilka exempelvis kan vara utförda som mikrodatorer, _ kommer härigenom att vid en och samma tidpunkt uppnås en till- ståndsolikhet med avseende på bearbetningsfaserna, varigenom likartade och samtidiga på de båda bearbetningsanläggningarna DVA1 och DVA2 inverkande elektriska störningar kommer att ha olika inverkan.

För uppnående av ett 2-av-2-system finns en grupp med av- seende på tillstândsavfràgningen seriekopplade komparatorkretsar VR1, VR2..§ VRn, vilka har till uppgift att jämföra signaler pà' motsvarande utgàngsledningar, exempelvis A11 och A21, A12 och A22 eller A1n och A2n, från de båda databearbetningsanläggning- arna DVA1 och DVA2. Dessa utgångar på databearbetningsanläggning- arna avser ej endast sådana utgångar som överför information av- seende den process som skall styras, utan kan även gälla exempel- vis sådana ledningar som överför interna bussadresser eller pro- gram- respektive teckeninformation av det slag som skall utbytas mellan en mikrodator och olika kretsenheter, vilka tillsammans med mikroprocessorn bildar en mikrodator för anläggningen DVA1 respektive DVA2.

Förutom nyssnämnda ingångar 1VR1 och ZVR1 för inmatning av de signaler som skall jämföras, har varje komparatorkrets dess- utom två ytterligare ingångar, exempelvis SVR1 och 4VR1 vid kom- paratorn VR1, för inmatning från två ledningar L3 och LH av två av varandra oberoende, i tiden överensstämmande och vid slutet av varje bearbetningssteg av taktgeneratorn TG utlösta taktpul- ser. Var och en av komparatorkretsarna VR1-VRn har dessutom ännu en ingång, exempelvis ingången 5VR1 hos komparatorn VR1, för in- matning av en övervakningspuls, som tidsmässigt ligger ungefär i mitten av varje bearbetningssteg. Till komparatorn VR1 matas Üßnvakningspulsen från taktgeneratorn TG via ledningen L5. Om överensstämmelse råder mellan de till komparatorn matade, för jämförelse avsedda signalerna, utmatas övervakningspulsen åter via utgången GVR1. Denna signal (felfriinformation) tjänar här- vid som övervakningspuls för avfrågning av nästa komparatorkrets VR2. Härigenom kommer de enskilda komparatorerna VR1-VRn att bil- da en seriekoppling, vilka samtliga - vid med avseende på ord- ningen korrekt databearbetning i de båda anläggningarna DVA1 och DVA2 - kommer att genomlöpas till följd av de från taktgenera- torn TG kommande pulserna. Härvid kommer - fortfarande under för- utsättning av korrekt arbetsordning - den i seriekopplingen sist 40 7807317-8 liggande komparatorn VRn att via sin utgång BVRn att avge en _ felfriinformationssignal till taktgeneratorn TG. Nyssnämnda sig- nal tjänar som utlösning av det för nästa bearbetningssteg i de båda databehandlingsanläggningarna DVA1 och DVA2 erforderliga styrsignalparet, liksom en ytterligare övervakningspuls. Vid ett fel i någon av databehandlingsanläggningarna avbryter åtminsto- ne en av komparatorkretsarna VR1-VRn vägen för den som felfriin- formation tjänande signalen, varvid taktgeneratorn TG övergår till inaktivt tillstånd tills lämpliga åtgärder vidtages. Här- igenom kommer den tvåkanaliga databehandlingsanordningen att bortkopplas och därigenom förhindra avgivning av en under vissa omständigheter farlig eller skadlig information.

Kopplingsschemat i fig. 2 visar mer i detalj de olika en- *heterna i en föredragen typ av komparatorkrets. I denna figur används samma hänvisningsbeteckningar som i fig. 1 för motsvaran- de komponenter i samband med komparatorn VR1. Den i fig. 2 visa- de komparatorn består av en transistorförstärkare med en transis- tor TR, vars kollektor-emittersträcka matas med ström via en lik- riktarbrygga D1, D2, D3 och D4 samt ett motstånd R. Bryggkretsen D1-DU är dels förbunden med en D-vippas DK1 utgång flü aflxdelsnæd en andra D-vippas DK2 inverterade utgång 1DK2. En ytterligare D-vippa DK3 har sin utgång IDK3 ansluten till D-vippans DK1 in- gång ZDK1. Vippans DK3 utgång ZDK3 bildar komparatorkretsens VR1 ingång 1VR1, och den andra D-vippans DK2 ingång 2DK2 bildar kom- paratorkretsens VR1 andra ingång 2VR1. Samtliga tre D-vipporna DK1, DK2 och DK3 är försedda med en taktpulsingâng C för puls- kantstyrning, vilket möjliggör att den aktuella D-vippan vid över- gång från 0-tillstånd till 1-tillstånd via sin till taktpulsin- gången C matade taktpulsen övertar det förhandenvarande värdet på signalen vid ingången ZDK1 respektive ZDK2 eller 2DK3. Taktpul- serna matas dels via ingången 3VR1 direkt till D-vippans DK1 in- gång C och dels indirekt via en ICKE-grind VD till D-vippans DK3 ingång C. Dê för D-vippans DK2 styrning erforderliga taktpul- serna matas via komparatorns VR1 ingång HVR1 till den aktuella taktpulsingången C.

Om man till förfogande exempelvis har D-vippor av det slag som för pulskantstyrning uppvisar en taktpulsingång som reagerar vid övergång från 1 till 0, så kan man använda denna typ av D-vippa i stället för den visade D-vippan DK3, vilket medför den fördelen, att man kan avstå från ICKE-grinden VD. De till kompa- NO 7807317-8 ratorn VR1 via ingången SVR1 tillförda övervakningspulserna når _ transistorns TR baselektrod. Innan en ordningsföljdsriktig data- bearbetning ägt rum, har de båda D-vippornas DK1 och DK2 utgång- ar 1DK1 och 1DK2 motsatta utsignaler fram till dess en övervak- ningspuls uppträder, varför - via likriktarbryggan D1-DH - den för förstärkning och överföring av övervakningspulsen erforder- liga matningsspänningen föreligger, varvid denna övervaknings- puls avges från utgången 6VR1 såsom felfriinformation. Till följd av användningen av en likriktarbrygga för transistorns TR ström- försörjning är det likgiltigt på vilket sätt D-vipporna DK1 och DK2 befinner sig i inbördes motsatta tillstànd, varför matnings- spänningen alltid kommer att ha riktig polaritet.

Såsom redan belysts i samband med fig. 1, arbetar de båda databehandlingsanläggningarna DVA1 och DVA2 förskjutna ett takt- steg till följd av styrsignalmatningen. Exempelvis kan databe- arbetningsanläggningen DVA1 ligger före anläggningen DVA2 med ett bearbetningssteg. Detta tidsmässiga försprång utjämnas i komparatorerna VR1-VRn med hjälp av ett speciellt fördröjnings- element i form av en tredje D-vippa; vid vippan VR1 exempelvis av D-vippan DK3. Vid slutet av ett bearbetningssteg kommer denna tredje D-vippa att vid övergång från 1- till 0-tillstånd att an- taga värdet pà den vid ingången 2DK3 uppstående signalen. Vid slutet av det betraktade bearbetningssteget kommer framkanten, alltså övergången från 0- till 1-tillstånd, hos nästa taktpuls att förorsaka att vippans DK3 lagrade tillstånd övertages från den efterföljande vippan DK1, under det att - vid ordningskorrekt funktion - samma signalvärde övertages av D-vippan DK2 via in- gången 2DK2. Efter utläsning av sagda puls framkant från vippan DK3 kan detta kretsorgan lagra nästföljande signalvärde vid upp- trädandet av samma taktpuls bakkant. Efter övertagandet av signa- len i D-vipporna DK1 och DK2 sker under föreliggande arbetssteg och tidsmässigt approximativt i mitten av detta den egentliga jämförelsen med hjälp av övervakningspulsen, varvid - om resul- tatet är positivt, dvs om funktionen är ordningskorrekt - en vi- darematning av övervakningspulsen sker över utgången GVR1 såsom en felfriinformation.

Vid en annan utföringsform, då tidsförskjutningen mellan de båda databearbetningsanläggningarna DVA1 och DVA2 är större än ett bearbetningssteg, kan man som lagringsorgan i stället för D-vippan DK3 med fördel använda ett skiftregister, vilket då 7807317-8 8 skall ha lika många steg som antalet förskjutna arbetssteg mel- lan de båda databearbetningsanläggningarna.

Claims (2)

Patentkrav

1. Digital databehandlingsanordning, speciellt för järn- vägssäkerhetssystem, med i två kanaler samma information enligt 2-av-2-principen bearbetande nät (DVA1, DVA2), vilka styrs steg- vis medelst en gemensam taktgenerator (TG), som under varje bear- betningssteg förutom ett flertal styrsignalpar även avger en övervakningspuls, och med ett antal komparatorer (VR1-VRn) för parvis jämförelse av signaler från de båda näten, varvid varje komparator har två ingångar (IVR1, 2VR1, ... 1VRn, 2VRn) för de signaler som skall jämföras, en ytterligare ingång (5VR1, ... 5VRn) för övervakningspulsen och en utgång (GVR1, ... 6VRn), via vilken övervakningspulsen - då signalparen är ordningsriktiga - åter utmatas såsom felfriinformation, varvid komparatorerna för konjunktív förening av de separata felfriinformationerna bildar en seriekoppling, i vilken den sista komparatorn avger sin fel- friinformation för utlösning av det erforderliga styrsignalparet för nästföljande bearbetningssteg i de bâda näten och en ytter- ligare övervakningspuls till taktgeneratorn, k ä n n e t e c k- n a d av att signalerna inom varje styrsignalpar är förskjutna åtminstone ett bearbetningssteg relativt varandra; att varje kom- parator (VR1) innefattar en transistorförstârkare (TR), vars om- kopplíngssträcka via en likriktarbrygga (D1, D2, D3, DN) är för- bunden med en första D-vippas (DK1) utgång (1DK1) och med en andra D-vippas (DK2) inverterande utgång (1DK2), wrjämte en di- gital fördröjningskrets (DK3) är ansluten till den första D-vip- pans (DK1) ingång (2DK1); att fördröjningskretsen har samma an- tal bearbetningssteg som styrsignalparens signaler är förskjutna relativt varandra; att de signaler som skall jämföras matas till fördröjningskretsens (DK3) och den andra D-vippans (DK2) ingång- ar (2DK3, 2DK2); och att taktpulsingångarna (C) hos alla första respektive andra D-vippor (DK1; DK2) i komparatorerna (VR1-VRn) via två separata ledningar (L3, LU) är förbundna med taktpuls- generatorn (TG) för överföring av en taktpuls vid slutet av var- je bearbetningssteg.

2. Digital databehandlingsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att signalerna i varje styrsignal- par är förskjutna ett bearbetningssteg relativt varandra; och att varje komparators fördröjningskrets består av en tredje D-vippa (DK3) för informationsmottagning vid taktpulsens bak- kant, under det att de första och andra D-vipporna (DK1, DK2) är inrättade för informationsmottagning vid taktpulsens framkant.