Разработка микропроцессорной системы управления ответственным объектом, страница 2

Около тридцати лет назад, а именно в 1971 году фирмой Intel был выпущен первый микропроцессор i4004. Он был реализован в одной микросхеме и обрабатывал четырехразрядные коды подобно центральному процессору большой ЭВМ. Таким образом, стало возможным исполнять любой управляющий алгоритм с помощью одной микросхемы.

С тех пор сменилось пять поколений микропроцессоров. Из года в год увеличивается  производительность вновь выпускаемых микропроцессоров. Благодаря значительному уменьшению себестоимости микропроцессоров, микропроцессорная техника все глубже внедряется во все сферы человеческой жизни. Явления и процессы, которые становятся возможными благодаря устройствам, управляемым микропроцессорами представляются воплощениями идей фантастов в реальность. Так, ведутся успешные исследования о вживлении миниатюрной микропроцессорной системы (МПС) в глаз ослепшего человека. Такая система преобразует отраженные лучи света, проходящие через хрусталик глаза, в импульсы, аналогичные нервным, которые, проходя через глазные нервы, поступают в головной мозг, где и происходит воссоздание изображения.

Сейчас микропроцессорные подсистемы являются обязательными компонентами сложной бытовой техники: телевизоров, видеомагнитофонов, стиральных машин и т.д. Еще раньше началось и продолжается в настоящее время внедрение микропроцессорной техники в производственную сферу. И здесь встает вопрос о безопасности. Если сбой или отказ микропроцессора в стиральной машине не причинит особого ущерба, то отказ МПС, которая управляет ответственным технологическим процессом в промышленном производстве и тем более в таких отраслях национальной экономики как железнодорожный, авиационный транспорт, энергетика, может повлечь за собой не только крупный материальный ущерб, но и человеческие жертвы. Поэтому, применительно к железной дороге, МПС должны в первую очередь отвечать требованиям безопасности.

В данном курсовом проекте приведена разработка безопасной дублированной системы с сильными связями и внешним тестированием.


1 Разработка структурной схемы МПС

Дублированную МПС с сильными связями и внешним тестированием, предназначенную для управления безопасным технологическим процессом рекомендуется проектировать при наличии двух условий:

1)  множество входных сигналов является недостаточным для проверки работы вычислительных каналов МПС;

2)  МПС должна управлять таким технологическим процессом, контролируемые параметры (входные сигналы МПС) которого длительное время не изменяются.

МПС, построенные по данному принципу, имеют высокий уровень безопасности, так как постоянно контролируются значения на шине данных обоих вычислительных каналов. Однако здесь присутствует и недостаток, заключающийся в том, что оба канала работают по одинаковому алгоритму (и программе), поэтому невозможно обнаружить ошибки программного обеспечения [2]. Исходя из этого особое внимание при проектировании систем такого типа необходимо уделить программному обеспечению МПС, которое должно быть подвержено тщательному тестированию.

Структурная схема МПС представлена на рисунке 1.

МПС включает в себя следующие структурные элементы:

-  два вычислительных канала (ВК1 и ВК2);

-  две безопасные схемы сравнения (БСС1 и БСС2);

-  два коммутатора (К1 и К2);

-  генератор тестов (ГТ).

При включении микропроцессорной системы ГТ посредством управляющего сигнала Mode переключает входной (К1) и выходной (К2) коммутаторы для получения вычислительными каналами информации о состоянии объекта управления (ОУ) - X и для передачи ему выходных воздействий – Z. В этом случае система функционирует в рабочем режиме. ВК1 и ВК2 работают синхронно и по одной программе, следовательно при отсутствии сбоев или отказов должны быть одинаковые значения как на их шинах данных (DB1 и DB2), так и в на их выходных портах (выходные сигналы Z1 и Z2). В случае несовпадения значений на DB1 и DB2 (или сигналов Z1 и Z2) БСС1 (БСС2) вырабатывает сигнал ошибки Y1(Y2). Получив какой-либо из данных сигналов МПС, переводится в защищенный режим.