SE423287B

SE423287B - Sekerhets-utmatningskrets for en databehandlingsanleggning

Info

Publication number: SE423287B
Application number: SE7712267A
Authority: SE
Inventors: H Strelow
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1977-10-31
Publication date: 1982-04-26
Also published as: AT356708B; LU78470A1; FI773343A; DK142474B; ATA444177A; CA1089996A; JPS5722494B2; BE860639A; SE7712267L; GB1565307A; FR2371016A1; DE2651314B1; FI62602B; FR2371016B1; DK439177A; NL7712402A; JPS5361244A; IN148688B; US4149069A; CH618029A5

Description

7112267~9 10" 15 20' 25 30 gas 40 säkerhetsansvar, såsom vid järnvägsanläggningar. Detta gäller på 7 samma sätt överallt där processer vid en störning pâ de styrande utrustningarna mäste överföras till ett tillstånd, vilket är ofar- ligt för människorna och för maskinernaf Några exempel torde ytterligare åskådliggöra denna princip.

Reglerutrustningar inom den nukleära medicinen kan exempelvis konst- rueras så att vid ett fel bestrålningen avbryts.

Vid reglerutrustningar för personbilar kan en säker, radar- styrd avståndsvarningsanläggning eller en säker regleranordning för en glidningsfri inbromsning uppbyggas på sådant sätt att ett inträf- fat fel uppmärksammas av föraren innan felet förorsakar en felfunk- tion som begränsar körsäkerheten.

De ovannämnda säkerhetsprinciperna kan även tillämpas på tra- fikljusregleringar, kemiska makroprocesser, valsverksregleringar, kraftverksregleringar och kärnreaktorövervakning.

D För den säkerhetstekniska utmatningen av binärsignaler ur eng elektronisk sekvensutrustning används i allmänhet växelspänningsför- stärkare, vilka utmatar sin energi för styrning av godtyckliga för- brukare; t.ex. reläer, via en transformator och en av denna matad likriktarkrets. Dylika kopplingar har den fördelen att godtyckliga fel, exempelvis en kortslutning i kopplingssträckan av förstärkar- transistorer alltid leder till en sänkning av utgângsspänningen, men aldrig till en utgångsspänning, som vid fel tidpunkt skulle ak- , tivera det styrda reläet och därmed åstadkomma en felaktig signal eller en icke önskvärd processtyrning. De beskrivna utmatningskret- sarna utnyttjas inom ramen för säkerhetstekniken på sådant sätt att värdet noll hos utgângsspänningen får beteckna säker och sålunda driftshämmande funktion. _ En utmatningsenhet för ett logiskt system, vid vilket elekt- riska förbrukare i en extern anläggning styrs via skilda gränssnitt jmellan anläggningen och sekvensutrustningen med hjälp av kontaktorer beskrivs i den offentliggjorde tyska patentansökningen 2 113 SMB.

"Härvid förutsättes att de från det logiska systemet utmatade signa- lerna icke är felaktiga och att det endast gäller att utmata dessa signaler enligt de ovan beskrivna säkerhetsprinciperna genom åstad- _ kommande av en galvanísk separation mellan ingångs- och utgångskret- sen. Därvid beaktas endast det kritiska felfall, vid vilket ett av förstärkarelementen uppvisar en kortslutning.

Den beskrivna utmatningsenheten kan dock icke direkt utnytt- gjas för de fall, vid vilka av säkerhetsskäl de utrustningar, exem- 10 15 20 25 30 35 HO 7712267-9 pelvis mikrodatorer, som styr processen, är fördubblade, eftersom dessa utrustningar icke är uppbyggda enligt den kända felsäkrings- principen och sålunda kan utmata felaktiga signaler.

En säkerhetskrets för utförande av logiska sammankopplin"ar med felsäkringsfunktion är exempelvis känd genom den tyska ut;ägg- ningsskriften 1 S37 379. Med hjälp av denna säkerhetskrets och med användning av speciella integrerade kopplingskretsar utförs väsent- liga anläggningsdelar tvåkanaligt, varvid motsvarande dataledningar vid korrekt drift befordrar antivalenta signaler i form av fyrkant- spänningar, vilkas fasläge bestämmer det rådande logiska värdet 0 eller 1. Till varje komponent med minnesfunktiornoch logisk samman- kopplingsfunktion tilldelas ett antivalens-övervakningsorgan.

En taktgivare (tyska patentskriften 2 135 683)för en dylik tvåkanaligt uppbyggd sekvensutrustning är så utförd, att vid störd antivalens hos ett av de skilda kretselementen med sammankopplings- funktion och/eller minnesfunktion taktgivaren frånkopplas för ytter- ligare drift. Vid felfri funktion bildar taktgivaren tillsammans med sekvensutrustningen en slags självhållningskrets, varför idrift- tagningen kräver ett startförlopp. Komponenterna med minnesfunktion och sammankopplingsfunktion behöver vid dessa anläggningar icke vara uppbyggda enligt felsäkringsprincipen, men en nackdel är därvid att specialkomponenter erfordras, vilka vid omfångsrika sekvensutrust- ningar, baserade på mikrodatorer, kräver relativt stor plats.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en säkerhets-utmat- ningskrets av ovannämnd typ för ett dubbeldatorsystem, som exempel- vis består av kommersiellt tillgängliga míkrodatorer för bearbet- ning av taktsynkrona, likartade informationer.

Detta syfte uppnås genom att utmatningskretsen enligt uppfin- ningen erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen.

Uppfinningen utmärks därvid av följande kombination: att av ett par av dataledningar, som befordrar likartade binärsignaler från tvâ av en gemensam taktgivare taktsynkront styrda mikrodato- rer, är var och en av dataledningarna ansluten till en såsom utgångs- komponent tjänande första vippa, vars utgång är förbunden med en återställningsingâng på en andra vippa; att för de båda andra vip- porna synkrona taktpulser från taktgivaren är anordnade; att en återställningsingång på den ena respektive på den andra av de båda första vipporna är förbunden med en utgång på taktgívaren, vilken utgång avger en grundinställningssignal; att till den inverterande utgången på den ena av de båda andra vipporna och till utgången på 771 2267-9 den andra av de båda andra vipporna ett antivalens-övervakningscr- gan är anslutet, vilket är avläsbart med hjälp av testpulser från taktgivare och vilket utmatar testpulserna både vid statiskt och H-vid dynamiskt antivalenta signaler för upprätthållande av taktsiva- 10 *rens taktströmsmatning; och att förstärkaren är ansluten till minst en av de båda andra vipporna.

Med hjälp av_säkerhets-utmatningskretsen enligt uppfinningen uppnås på ett ändamålsenligt sätt en parvis sammankoppling av två dataledningar med lika binärsignaler, varvid på ett enkelt sätt för felfallet säkerställes, att när en binärsignal avviker från två vid korrekt drift lika binärsignaler-den följande utmatningen avbryts.

Den härför per utmatningskanal erforderliga tekniska insatsen är gringa, Dessutom kräver säkerhets-utmatningskretsen endast kommersi- 15 20A 25 ellt tillgängliga passiva respektive aktiva komponenter.

En speciell fördel med en dylik säkerhets-utmatningskrets be- står vidare i en kort och av dataflödet oberoende feluppenbaringstid. i Vid utmatning av binärsignaler med det logiska värdet 1 kan för ytterligare reducering av feluppenbaringstiden med hjälp av mik- rodatorerna för varje program korta signalomkopplingar anordnas på regelbundna avstånd, så att under en tid av nâgra få mikrosekunder det logiska värdet 0 utmatas. Dessa för testningsändamål anordnade korta signalomkopplingar leder emellertid tack vare förbrukarnas fördröjningsegenskaper icke till att dessa frånkopplas. Sålunda in- aktiveras icke reläer och signaler *ändrar icke sin signalbild; Om nu på grund av en defekt en av vipporna icke längre kan omkopplas leder detta till en antivalensstörning, varigenom en säkerhets-från- koppling automatiskt sker.

Ett utföringsexempel på uppfinningen visas på bifogade rit- lning och kommer att beskrivas närmare i det följande. Det i huvud- 30 35 40 Sak såsom blockschema åskådliggjorda utföringsexemplet innefattar två mikrodatorer MR1 och MR2, som av säkerhetsskäl taktsynkront be- arbetar samma informationer. Därtill hörande ingångsledningar är för klarhets skull icke visade på ritníngen¿ Vid utföringsexemplet är det ovidkommande vilka anordningar slutligen skall styras av ut- gångssignalerna från de båda mikrodatorerna; väsentligt är endast att från de icke felsäkert uppbyggda mikrodatorerna till slut än- dock felsäkrade signaler står till förfogande.

Den taktsynkrona styrningen av de båda mikrodatorerna MR1 och MR2 sker med hjälp av en gemensam taktgivare TG via ledningar L1 och L2. För att ritningen skall vara så överskådlig som möjligt är 10 15 20 25 30 35 H0 7712267~9 till var och en av de båda mikrodatorerna MR1 och MR2 endast en en- da dataledning DL1 respektive DL2 tilldelad, via vilka dataledning~ ar binärsignaler antingen med det logiska värdet O eller med det logiska värdet 1 utmatas. Dataledningsparet DL1, DL2 befordrar allt- så vid korrekt drift alltid binärsignaler med samma logiska värden motsvarande en och samma information. De via dataledningarna DL1 och DL2 utmatade binärsignalerna styr indirekt en mottaktförstärkare, som består av två förstärkare V1, V2 och en utgångstransformator U, till vilken en likriktarkrets GL1, GL2 med efteranordnad kondensa- tor C1 är kopplad. Till de båda utgângsledningarna L3 och LH kan exempelvis ett relä anslutas, vilket aktiveras vid överensstämmande bimärsignaler med det logiska värdet 1 på dataledningarna DL1 och DL2.

Såsom utmatningskomponent för míkrodatorn MR1 är, med avseende på dataledningen DL1 en D-vippa K1 anordnad. Motsvarande gäller i princip för dataledningen DL2, till vilken en D-vippa K10 är anslu- ten. Dataledningen DL1 respektive DL2 är förbunden med D-ingången på D-vippan K1 respektive K10. Taktingången C på D-vippan K1 respektive K10 är via en styrsignalledning SG1 respektive SG2 förbunden med míkrodatorn MR1 respektive MR2. Det bör dessutom observeras att led- ningarna DL1 och SG1 respektive DL2 och SG2 står i förbindelse med de ifrågavarande bussledningarna för den tillhörande mikrodatorn. Återställningsingången R på D-vippan K1 respektive K10 är via en ledning L5 respektive L6 förbunden med taktgivaren TG, så att vid en förutbestämd tidpunkt grundinställningssignaler GL1 och GL2 med det logiska värdet O kan tillföras för âterställning av den ifråga- varande D-vippan K1 respektive K10.

Utgången Q på D-vippan K1 respektive K10 är förbunden med återställningsíngângen R på en andra D-vippa K2 respektive k20. Här- igenom uppnås att vid återställd D-vippa K1 respektive K1Û den efter- inkopplade D-vippan K2 respektive K20 via den ifrågavarande åter- ställningsingången R likaså förblir i det återställda tillståndet.

Därvid uppträder en signal med det logiska värdet 1 på de inverteran- de utgångarna Ö från de båda D-vipporna K2 och K20. På var_och en av de båda D-vipporna K2 och K20 är den inverterande utgången Ö förbun- den med D-ingàngen. Taktingången C pâ D-vippan K2 är via en taktled- ning TLG1 och taktingàngen C på D-vippan K20 är via en taktledning TLG2 i och för flankstyrning förbunden med den enda taktgivaren TG.

Härigenom styrs de båda D-vipporna K2, K20 fortlöpande taktsynkront vid korrekt drift. 10 15 zh 25 so _35 RU 7712267-9f Till den inverterande utgången Ö på D-vippan K2 är vidare för- stärkarens V1 ingång ansluten. Förstärkaren V2 är däremot förbunden med utgången Q på D-vippan K20. Vid korrekt drift uppträder sålunda statiskt antivalenta signaler vid ingångarna på de båda förstärïar- na V1 och V2 under förutsättning att en binärsignal med det logiska värdet O utmatas via dataledníngarna DL1 och DL2. Vid utmatning av en binärsignal med det logiska värdet 1 via de nämnda dataledningar- na uppträder på förstärkaringångarna dynamiskt antivalenta signaler i form av två 1800 fasförskjutna fyrkantspänningar, vilka av mottakt- förstärkaren kan bearbetas till en utgångssignal på ledningarna L3 och Lu; r i Ett antivalens-övervakningsorgan AD, vilket liksom förstärkar- na V1 och V2 är förbundet med utgångarna på de båda D-vipporna K2 och K20, är så uppbyggt att det kan användas både för signalering av statiskt antivalenta och av dynamiskt antivalenta signaler (lik- spänning-fyrkantspänning). I princip består antivalens-övervaknings- organet Ab av en kopplingstransistor TR, vars kopplingssträcka i serie med ett arbetsmotstånd R är anslutet till likströmsgrenen i en likriktarbryggkrets D1, D2, D3 och DN. Vid detta antivalens-över- vakningsorgan AD erhåller kopplingstransistorn TR en matningsspän- ning endast i det fallet att de båda D-vipporna K2 och K20 likartat störningsfritt statiskt befinner sig i samma kopplingstillstånd el- ler arbetar dynamiskt och uppvisar likartade tillståndsväxlingar.

Via den till kopplingstransistorns TR baselektrod anslutna ledning- en L7 överförs från taktgivaren TG testpulser TS för avläsning av antivalens-övervakningsorganet AD. Endast vid rådande antivalens återmatas de tillförda testpulserna TS via ledningen LB till takt- givaren TG, vilken såsom svar därpå via ledningarna L1, L2, TLG1, TLG2, LS och L6 avger styrsignaler fram till tidpunkten för nästa testpuls TS. 7 ' Eftersom från mikrodatorerna MR1 och MR2 i allmänhet icke, såsom visas på ritningen, endast en enda, utan en mängd dataledning- ar utgår, inses omedelbart att i praktiken även en däremot svarande mängd av antivalens-övervakningsorgan är anordnade. I detta fall är ledningen L8 icke direkt förbunden med taktgivaren TG, utan är an- _sluten till ett ytterligare antivalens-övervakningsorgan. Antiva- ^ lens-övervakningsorganen bildar sålunda en°seriekoppling, varvid det i seriekopplingen sist anordnade antivalens-övervakningsorganet slutligen förbinds med taktgivaren TG.

Vid grundinställningssignaler GL1 och GL2 med vardera det* 10 15 20 25 30 35 HO 7712267-9 logiska värdet O via ledningen L5 respektive LB återställs D-vippor- na K1 och K10 till överensstämmande begynnelse-kopplingstillstånd, som är väsentliga för starten av säkerhets-utmatningskretsen. I det nämnda begynnelse-kopplingstillståndet avger de båda D-vipporr- K1 och K10 via sin Ö-utgång en signal med det logiska värdet O till återställningsingången R på den efterinkopplade D-vippan 1<2 respek- tive K20, så att även de båda D-vipporna K2 och K20 kopplas och för- blir i det återställda kopplingstillståndet. Därvid uppträder det logiska värdet 1 på D-vippans K2 Ö-utgång och det logiska värdet O på D-vippans K20 Q-utgång. Antivalens-övervakningsorganet AD motta- ger sålunda antivalenta statiska signaler och låter därför en via ledningen L7 tillförd testpuls TS passera. Eftersom de båda förstär- karna V1 och V2 icke mottager några dynamiska styrsignaler, förblir spänningen 0 på utgångsledningarna L3 och LU.

Efter återmatningen av den till antivalens-övervakningsorga- net AD tillförda första testpulsen TS till taktgivaren TG är inkopp- lingsfasen avslutad vid upphörandet av grundinställningssignalerna GL1 och GL2. Om nu signaler med det logiska värdet 0 utmatas från mikrodatorerna MR1 och MR2 via deras dataledningar DL1 och DL2, ändras inget av kopplingstillstånden för D-vipporna K1 och K? res- pektive K10 och K20.

Om däremot dataledningarna DL1 och DL2 befordrar binärsigna- ler med det logiska värdet 1, övertages detta värde av den tillhö- rande D-vippan K1 respektive K10. Därefter avger den ifrågavarande Q-utgången på D-vipporna K1, K10 det logiska värdet 1, varigenom den tillhörande D-vippan K2 respektive K20 frigörs. Detta medför att det vid denna tidpunkt vid den ifrågavarande Ö-utgången på vip- porna K2, K20 uppträdande logiska värdet 1 taktstyrt övertages av D-ingången. Därefter uppvisar den ifrågavarande Ö-utgången på D-vip- porna K2, K20 det logiska värdet O. Vid nästa via taktledningen TLG1 respektive TLG2 avgivna taktpuls övertager D-ingången på D-vippan K2 respektive K20 det från den tillhörande Ö-utgången avgivna logis- ka värdet 0. Det bör observeras att de båda D-vipporna K2 och K20 vid korrekt taktmatning alltid taktstyrt omkopplas mellan de båda möjliga kopplíngstillstånden. Därigenom erhåller förstärkarna V1 och V2 dynamiskt antivalenta signaler, dvs fyrkantspänningar, som erfordras för driften av mottaktförstärkaren. Därigenom uppträder på utgångsledningarna L3, LH den för aktivering av ett relä (icke visat) erforderliga spänningen enligt binärsignalen med det logiska värdet 1 på dataledningarna DL1 och DL2. i7712267-9 10 15' 20 25 Så snart som på de båda dataledningarna DL1 och DL2 i stället för binärsignalen med det logiska värdet 1 binärsígnalen med det logiska värdet O uppträder, återställs de båda D-vipporna K2 och K20 med hjälp av de tillhörande D-vipporna K1 och K10 och förblir i detta statiska kopplingstillstånd. Därvid är mottaktförstärkaren V1, V2 overksam, så att spänningen på ledningarna L3 och LH försvinner.

Tack vare de därvid vid antívalens-övervakningsorganet AD fortfaran- de förefintliga statiskt antivalenta signalerna låter detta organ såsom förut testpulserna TS passera, så att taktgivaren TG därefter avger signaler.

Uppfinningen är icke begränsad till det beskrivna utförings- 7 exemplet utan kan modifieras i en mängd avseenden. I stället för D-vipporna K1, X2, K10 och K20 kan sålunda andra vippor användas, vilka uppfyller samma funktion. Grundinställningssignalen GL1 res- pektive GL2 kan i form av en binärsignal med det logiska värdet 1 även tillföras till ställingângen S på vippan K1 respektive K10. I detta fall bortfaller anslutningarna till vippornas K1 och K10 åter- ställningsingångar R, och i stället för Q-utgången används Ö-utgången. _ Vidare kan utföringsexemplet på ett ändamålsenligt sätt även drivas med endast en enda förstärkare V1 eller V2. I detta fall bort- faller primärlindningen U1 eller U2 på utgångstransformatorn U. Vid en annan utföringsform är förstärkarna V1 och V2 icke galvaniskt för- bundna med var sin víppa K2 respektive K20, utan via en transforma- tor endast förbundna med den ena eller den andra vippan K2 respek- tive K20. "

Claims

7712267-9 Eazeetkrale

1. Säkerhets-utmatningskrets för en databehandlingsanläggning som avger binärsignaler med användning av en förstärkare med en ut- gángstransformator, vars sekundärlindning via en likríktarkret ma~ tar en förbrukare med felsäkrade signaler, k ä n n e t e c k n a d av följande kombination: att av ett par dataledningar (DL1, DL2), som befordrar likartade binärsignaler från två av en gemensam taktgivare (TG) taktsynkront styrda míkrodatorer (MR1, MR2), är var och en av dataledningarna (DL1, DL2) ansluten till en såsom utgångskomponent tjänande första vippa (K1, K10), vars utgång (Q) är förbunden med en återställninge- ingång (R) på en andra vippa (K2, K20); att för de båda andra vipporna (K2, K20) synkrona taktpulser från taktgivaren (TG) är anordnade; att en återställningsingång (R) på den ena respektive på den andra av de båda första vipporna (K1, K10) är förbunden med en utgång på taktgivaren (TG), vilken utgång avger en grundinställningssignal (GL1 resp. GL2); att till den inverterande utgången (Ö) på den ena (K2) av de båda andra vipporna och till utgången (Q) på den andra (K20) av de båda andra vipporna ett antivalens-övervakningsorgan (AD) är anslutet, vilket är avläsbart med hjälp av testpulser (TS) från taktgivaren (TG) och vilket utmatar testpulserna (TS) både vid statiskt och vid dynamiskt antivalenta signaler för upprätthållande av taktgivarens taktströmmatníng; och att förstärkaren är ansluten till minst en av de båda andra vippor~ na (K2, K20).

2. Säkerhets-utmatningskrets enligt kravet 1, med användning av en mottaktsförstärkare med en utgångstransformator, till vars primärlindning två förstärkare är anslutna, k ä n n e t e c k n a d av att den ena förstärkaren (V1) är förbunden med den inverterande utgången (Ö) på den ena (K2) av de båda andra vipporna (K2) och att den andra förstärkaren (V2) är förbunden med utgången (Q) på den andra (K20) av de båda andra vipporna.

3. Säkerhets-utmatningskrets enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att samtliga vippor består av D-vippor (K1, K10, K2, K20), varvid de båda andra D-vipporna (K2, K20) är försedda med en återkoppling från den inverterande utgången (Ö) till D-ingången. 7712267-9 10

4. Säkerhets-utmatningskrets enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att antívalens-övervakningsor- ganet (AD) består av en elektronisk kopplingsförstärkare (TR), vil- ken är strömförsörjd via en likríktarkrets (D1, D2, D3, DH) mei hjälp av de med avseende på antívalens övervakade signalerna. = ÅNFURDA PUBLIKATIONER: