© Е.А. Бубнов, 2007 Санкт-Петербургский Государственный электротехнический университет Кафедра корабельных систем управления Компьютерная обучающая система МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ В КОРАБЕЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

© Е.А. Бубнов, 2007 Введение 1 Задачи, виды и методы контроля испра- вности корабельной информационной си- стемы 2 Основные методы и средства контроля исправности КИС УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ

© Е.А. Бубнов, 2007 Введение

© Е.А. Бубнов, 2007 Надежность – мера соответствия принятых сообщений переданным ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Контроль исправности КИС – средство обеспечения ее надежности Помехоустойчивость – способность системы проти- востоять вредному действию помех где P 0 – вероятность появления ошибки при передаче данных

© Е.А. Бубнов, 2007 Метод накопления Комбинация, сформированная источником информации (передаваемая) Первая принятая комбинация Вторая принятая комбинация Третья принятая комбинация Комбинация на выходе накопителя (на входе приемника информации) Наиболее часто используется для повышения надежности передачи данных Установлено, что помехи не искажают единичное сообщение (посылку тока) и искажают нулевое Исходный код передается несколько раз. Приемник формирует кодовую комбинацию методом суммирования по равнозначности. Но там, где хоть раз появился «0», он и остается Красным цветом вы- делены искаженные посылки При достаточно боль- шом количестве пе- редач одного и того же кода вероятность правильной передачи каждого разряда (хотя бы один раз) высока

© Е.А. Бубнов, 2007 Вопрос 1 Задачи, виды и методы контроля исправности корабельной информационной системы

© Е.А. Бубнов, Основные задачи контроля исправности КИС 1.Проверка работоспособности КИС перед ее использова- нием по прямому назначению 2.Контроль за работой КИС и оперативное оповещение оператора о возникающих неисправностях и теряемых функциях 3.Определение места неисправности с максимальной глу- биной поиска Иерархическая система определения неисправности «от общего к частному» Канал Прибор Блок Модуль 4.Автоматическое включение резервных технических средств

© Е.А. Бубнов, Основные требования к средствам контроля исправности КИС 1.Возможность обнаружения максимального количества неисправностей технических средств и ошибок кодовых передач 2.Минимум времени на обнаружение неисправностей и ошибок кодовых передач 3.Минимум затрат оборудования, возможность самоконт- роля

© Е.А. Бубнов, Классификация видов контроля исправности КИС ПО ОПЕРАТИВНОСТИПО РЕАЛИЗУЕМЫМ МЕТОДАМ АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ Системный Местный Программно-тестовый Реперный Тестовый Автоматический – непре- рывный контроль исправ- ности при работе системы по прямому назначению без участия оператора Цель - оперативное выяв- ление возникающих неисп- равностей и теряемых функциях системы Полуавтоматический – пери- одический контроль исправ- ности системы оператором с использованием специаль- ных схем контроля Цель - уточнение места не- исправности, углубленная проверка системы при стоянке

© Е.А. Бубнов, 2007 РЕПЕРНЫЙ ТЕСТОВЫЙ Схема контроля по четности Схема предсказания четности Схема контроля по нечетности Схема контроля по «модулю 3» Схема контроля обрыва электрической цепи Схема контроля короткого замыкания Мажоритарная схема Схема контроля дешифратора ВИДЫ КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ СИСТЕМНЫЙ ПРОГРАММНО-ТЕСТОВЫЙ Контроль по четности Контроль по нечетности Контроль по «модулю 3» МЕСТНЫЙ

© Е.А. Бубнов, 2007 Вопрос 2 Основные методы и средства контроля исправности КИС

© Е.А. Бубнов, Общие сведения Простейший метод контроля – метод дублирования и сравнения Условия формирования сигнала неисправности СН |y 1 -y 2 |> y 1 y 2 y 2 y 1 y 1 y 2 S1.2 S1.1 СН y1 y2 x S1.2 S1.1 ИНФОРМАЦИОННАЯ ИЗБЫТОЧНОСТЬ АППАРАТУРНАЯ ИЗБЫТОЧНОСТЬ Любая схема контроля строится на аппаратурной и информационной избыточности В случае кодовых передач заключается в добавлении контрольной информации к основному информационному коду Заключается в необходимости дополнительного оборудования для формирования контрольных кодов ПУСК Содержание Достоинства Недостатки Блок, подлежащий контролю исправ- ности дублируется аналогичным. Выходные сигналы непрерывно срав- ниваются. В случае их неравенства формируется сигнал неисправности Простота реализации Одновременно повышается надеж- ность В случае срабатывания сигнала не- исправности требуются дополнитель- ные проверки для выявления неиспра- вного блока Аналоговые блокиЦифровые блоки

© Е.А. Бубнов, 2007 Схема контроля по четности Схема предсказания четности Схема контроля по нечетности Схема контроля по «модулю 3» Схема контроля обрыва электрической цепи Схема контроля короткого замыкания Мажоритарная схема Схема контроля дешифратора АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ СИСТЕМНЫЙ ПРОГРАММНО-ТЕСТОВЫЙ Контроль по четности Контроль по нечетности Контроль по «модулю 3» МЕСТНЫЙ 2.2.Автоматический контроль исправности

© Е.А. Бубнов, Системный контроль исправности Основные достоинства: 1.Возможность контролировать исправность не только оборудо- вания, но и кодовых шин 2.Высокая информативность 3.Невысокая избыточность Применяется для функциональных элементов, осуществляющих кодо- вые передачи по обеим шинам (КШИ и ШКм) Реализуется с помощью дополни- тельного оборудования Схема контроля по четности Схема предсказания четности Схема контроля по нечетности Схема контроля по «модулю 3» СИСТЕМНЫЙ Контроль по четности Контроль по нечетности Контроль по «модулю 3» Системный контроль основан на информационной избыточ- ности, т.е. когда с информа- ционными передаются допол- нительные контрольные коды: одноразрядный при контроле по четности (нечетности), двухразрядный – при кон- троле по «модулю 3»

© Е.А. Бубнов, 2007 Значение контрольного разряда устанавливается таким, чтобы общее количество единиц в коде было НЕЧЕТНЫМ Метод контроля по четности Значение контрольного разряда выходного кода КР 0 формируется в соответствующем источнике этого кода или хранится в постоянной памяти Принимающий блок анализирует принятый код следующим образом: 1.Формирует значение контрольного разряда информационного кода путем свертки по четности 2.Сравнивает полученное таким образом значение контрольного разряда КР с принятым КР 0 3.В случае их неравенства формируется сигнал неисправности, т.е. СН КР 0 КР

© Е.А. Бубнов, 2007 Логическая функция Таблица истинности y=x 1 ~x 2 x 1 x 2 x 1 x 2 x1x1 x2x2 y Контрольный разряд по четности формируется путем свертки кода по четности логического поразрядного, начиная с младшего, итерационного суммирования по равнозначности Принцип формирования контрольного разряда по четности Свертка двоичного кода по четности КРЧ= Операция суммирования по равнозначности СТАРТ Шесть единиц в коде плюс единица КРЧ всего семь единиц нечетное количество Логическая функция y принимает значение «1», когда оба аргумента одинаковые либо два нуля, либо две единицы

© Е.А. Бубнов, 2007 Схемная реализация функции суммирования по равнозначности & x1x1 x2x2 x1x1 x2x2 y Y = x 1 x 2 x 1 x 2 x 2 x 1 &

© Е.А. Бубнов, 2007 Значение контрольного разряда устанавливается таким, чтобы общее количество единиц в коде было ЧЕТНЫМ Метод контроля по нечетности Значение контрольного разряда выходного кода КР 0 формируется в соответствующем источнике этого кода или хранится в постоянной памяти Принимающий блок анализирует принятый код следующим образом: 1.Формирует значение контрольного разряда информационного кода путем свертки по четности 2.Сравнивает полученное таким образом значение контрольного разряда КР с принятым КР 0 3.В случае их неравенства формируется сигнал неисправности, т.е. СН КР 0 КР

© Е.А. Бубнов, 2007 Логическая функция Таблица истинности y=x 1 x 2 x 1 x 2 x 2 x 1 x1x1 x2x2 y Контрольный разряд по четности формируется путем свертки кода по нечетности логического поразрядного, начиная с младшего, итерационного суммирования по неравнозначности Принцип формирования контрольного разряда по нечетности Свертка двоичного кода по нечетности КРН= Операция суммирования по неравнозначности СТАРТ Шесть единиц в коде нечетное количест- во, значит КРН=0 Логическая функция y принимает значение «1», когда оба аргумента либо ноль и единица, либо единица и ноль (не совпадают)

© Е.А. Бубнов, 2007 Схемная реализация метода контроля по нечетности Схемная реализация функции суммирования по неравнозначности 1 11 & & x1x1 x2x2 x1x1 x2x2 y р1р1 р2р2 р3р3 р4р4 р5р5 КРН Y = x 1 x 2 x 1 x 2 x 2 x 1

© Е.А. Бубнов, 2007 Применяется для арифметических устройств с большим переключением логических элементов и состояний триггеров, у которых высокая вероят- ность возникновения двойных ошибок Метод контроля по «модулю 3» К информационному коду добавляется два контрольных разряда – остаток от деления передаваемого числа на три – 0, 1 или 2 позволяет обнаружить до 95% неисправностей В базовой КИИС к таким относится блок преобразования кодов и масштабирования. Рассмотрите программу работы канала измерения, по командам с участием БПКМ используется контроль по «модулю 3», (обозначен КРМ) ПРКИ

© Е.А. Бубнов, 2007 БОКИ БПКМ АЦП 11 БПП 79 КПШС СН y y СВЕРТКА y y Для функционирования БПКМ на его вход поступают значения шкалы Ш, сдвига нуля С, а также текущее значение напряжения на вы- ходе ВПД (в виде 10-разрядного двоичного ко- да) – КП по командам 7, 9, 11 соответственно Каждое число, поступающее в БПКМ, соп- ровождается своим контрольным кодом по «модулю 3». БПКМ обрабатывает конт- рольные коды входных чисел по такому же алгоритму, что и сами входные числа, тем самым формируя контрольный код результата вычислений Т.е. входные числа обрабатываются по алго- ритму: Контрольные коды, в свою очередь, обраба- тываются по алгоритму: где кп, ш, с – контрольные коды по «моду- лю3» чисел КП, Ш, С соответственно, кп MAX =3, y – контрольный код результата вычислений БОКИ принимает от БПКМ величину Y и y. С величиной Y производится свертка по «модулю 3», т.е. формиру- ется контрольный код y по итерационной целочислен- ной процедуре: Сигнал неисправности формируется при y Реализация метода контроля по «модулю 3» ПРКИ

© Е.А. Бубнов, 2007 Местный контроль – такой вид контроля исправности, при котором, независимо от способа его проведения, сигнал неисправности формируется внутри проверя- емого блока с помощью встроенной в него схемы контроля Схема контроля обрыва электрической цепи Схема контроля короткого замыкания Мажоритарная схема Схема контроля дешифратора МЕСТНЫЙ Местный контроль исправности Местным контролем охвачены устройства, которые невозможно проверить системным контролем Блоки питанияКоммутаторы Аналого-цифровые преобразователи Дешифраторы

© Е.А. Бубнов, 2007 Каскад усиления мощности Сигнализирующий усилительный каскад Типовая схема контроля обрыва электрической цепи предназначена для контроля за целостностью участка электрической цепи и формирования сигнала неисправности в случае ее обрыва [R УК ] U БЭ1 VT 1 I К1 U БЭ2 VT 2 I Э2 Р СН Исходное состояние: VT 1, VT 2 - отсечка R1 R2R2 R5R5 R3R3 R4R4 Р VT1 VT2 + B A СН + + ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ Д А Л Ь Ш Е В исходном состоянии, после подачи напря- жения питания, цепь смещения (R1, R2, R3, сопротивление участка контроля) обеспечива- ет положительный потенциал базы транзисто- ра VT1, так, что VT1 и VT2 переходят в состоя- ние отсечки При обрыве участка контроля потенциал базы VT1 становится отрицательным, транзистор скачкообразно переходит в состояние насы- щения (полностью открывается) Участок контроля + В коллекторной цепи VT1 начинает протекать ток и потенциал коллектора VT1, а значит и базы VT2 становятся более положительным Это приводит к тому, что транзистор VT2 полностью открывается Так как транзистор VT2 открылся, то в его коллекторной цепи начинает протекать ток, вызывая срабатывания реле сигнализации Р Реле Р срабатывает, замыкает свой контакт, формируя, таким образом, сигнал неис- правности СН

© Е.А. Бубнов, 2007 Типовая схема контроля короткого замыкания предназначена для формирования сигнализации неисправности при коротком замыкании в электрических цепях [R УК1 0] U Э1 U БЭ1 VT 1 I К1 U БЭ3 I Э3 Р2 СН [R УК2 0] U Э2 U БЭ2 VT 2 I К2 U БЭ3 I Э3 Р2 СН R1R1 R6R6 Р2 VT1 + СН УК1 R2R2 R3R3 R4R4 R5R5 R7R7 VT2 VT3 УК2 Принцип функционирования

© Е.А. Бубнов, 2007 Типовая схема контроля дешифраторов метод сравнения шифрованного выходного кода с его входным кодом (для получения дополнительной информации щелкайте по элементам, повторный щелчок скрывает всплывающее окно) Схема контроля DC CD 1 DD1 DD2 DD3 xixi СН POS yiyi mimi Дешифратор, исправность работы которого контролируется Шифратор. Преобразует выходной позици- онный код дешифратора обратно в двоичный Полученный таким образом код сравнивается с поданным на вход дешифратора: прямой y i по равнозначности, инверсный m i по не- равнозначности с прямым y i Последняя проверка служит для контроля правильности работы шифратора Двоичный код x i, разрядности i, подаваемый на дешифратор DC, с целью преобразования в позиционный код разрядности 2 i Выходной позиционный код дешифратора разрядности 2 i, где i разрядность исходного двоичного кода Выходной прямой код шифратора В случае исправности дешифратора должен совпадать с исходным двоичным При этом на выходе элемента DD1 будет сформирован сигнал лог «0» (отсутствие неисправности) Выходной инверсный код шифратора В случае исправности шифратора должен не совпадать с выходным прямым кодом шифратора При этом на выходе элемента DD2 будет сформирован сигнал лог «0» (отсутствие неисправности шифратора) Логический элемент суммирования по неравнозначности На его выходе формируется сигнал лог «1» если в каких то разрядах входных кодов значения НЕ совпадают Т.е. исходный код и шифрованный из позиционного не совпадают Формируется сигнал неисправности неисправен ДЕШИФРАТОР Логический элемент суммирования по равнозначности На его выходе формируется сигнал лог «1» если в каких то разрядах входных кодов значения СОВПАДАЮТ Т.е. прямой и инверсный выходной код шифратора совпадают в одном или нескольких разрядах Формируется сигнал неисправности неисправен ШИФРАТОР Логический элемент ЛОГИЧЕСКОЕ ИЛИ (дизъюнктор) Обобщенный сигнал неисправности неисправен дешифратор или шифратор Схема контроля исправности Все логические операции в элементах схемы осуществляются ПОРАЗРЯДНО

© Е.А. Бубнов, 2007 Схема осреднения технологического параметра Схема выявления неисправного канала Метод мажорирования трижды резервированных каналов тройное резервирование каналов применяется для особо важных технологических параметров Р1 Р1.1Р2.1 Неиспр. 1 канал 1-2 Р2 Р1.2Р3.1 Неиспр. 2 канал 1-3 Р3 Р2.2Р3.2 Неиспр. 3 канал 2-3 DD1 DD2 DD3 Р1.3 Р2.3 Р1.4 Р3.3 Р2.4 Р3.4 А1А2А3 А СР Основное достоинство повышается вероятность правильного обнаружения отказов (снижение вероят- ности ошибок 1 и 2 рода) Выявление неисправного канала путем попарного сравнения выходных зна- чений каналов по прин- ципу «два из трех» Неисправным считается канал, значение которого отличается от остальных двух на определенную величину Результирующее значе- ние измеренного пара- метра осуществляется пу- тем осреднения (в сумма- торе) В случае выявления его неисправности он отк- лючается

© Е.А. Бубнов, 2007 Используется для контроля схем местного управления, метро- логических характеристик блоков систем и линий связи между блоками Не требует дополнительного оборудования Проводится в специально отведенные промежутки времени ПТК заключается в подаче и обработке эталонной информации (тестовых сигналов) в проверяемом блоке с последующей проверкой с эталонным результатом Тестовые сигналы Для проверки цифровых устройств и линий связи – контрольные кодовые комбинации Для проверки аналоговых устройств – эталонные уровни напряжений Программно-тестовый контроль исправности

© Е.А. Бубнов, Полуавтоматический контроль исправности РЕПЕРНЫЙ ТЕСТОВЫЙ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ Полуавтоматический контроль исправности – перио- дический контроль исправности системы оператором с использованием специальных схем контроля 2.Углубленная проверка системы при стоянке 1.Уточнение места неисправности, выявленного автоматически Цель:

© Е.А. Бубнов, 2007 Контроль измерительного канала в целом – последовательный вызов на ИТ контролиру- емых параметров – сравнение показаний ИТ и УПП P IК кгс см ? В соответствующем режиме работы объекта контроля известны диапазоны значений, в которых должны находится технологические параметры При выявленном несоответствии необходимо определить причину другими средствами: неисправность канала измерения или нарушение режима функционирования

© Е.А. Бубнов, 2007 Реперный контроль – подача в канал измерения тестового сигнала от ими- татора чувствительного элемента U РК = 0,5 U MAX РК ПДВПД РК Сигнал реперного контроля Блокировка БНС в КНС U = 0,5 U MAX ± РК, В ЧЭ ИЧЭ ППД Канал измерения P ПАР 21 кгс см РК ИЧЭ ПДВПД Канал измерения показывающие приборы должны при этом выйти на половину диапазона своей шкалы Зачем нужна блокировка БНС В некоторых случаях величина уставки репер- ного контроля может превышать величину ус- тавки предупредительной или аварийной сиг- нализации, что при работающем объекте конт- роля может вызвать их срабатывание и, таким образом, несанкционированную отработку противоаварийного алгоритма Для исключения такой возможности БНС на время проведения реперного контроля блоки- руются Некоторые особенности

© Е.А. Бубнов, 2007 Тестовый контроль – подача на вход контролируемого устройства тесто- вого сигнала с последующим сравнением реактивного сигнала (сигналаотклика устройства) с эталонным

© Е.А. Бубнов, 2007 МАТЕРИАЛ ЗАНЯТИЯ ИЗУЧЕН ПОЛНОСТЬЮ

© Е.А. Бубнов, Реперный контроль проводится только при нормально работающем оборудовании объекта контроля. Проведение РК при состоянии объекта, близком к аварийному, недопустимо 2. В процессе РК датчик не воспринимает изменение состояние параметра и не может быть использован по прямому назначению 3. Заблокированный БНС продолжает выдавать результат сравнения текущего значения КП с величинами уставок, зафиксированный в момент времени перед РРК 4. Цепи блокировки БНС обладают высокой вероятностью безотказной работы (до 0,999) 5. Процесс перевода ВПД в режим реперного контроля и обратно может занимать 2 секунды и более НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕПЕРНОГО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ

© Е.А. Бубнов, 2007 Км. ИсточникВид информации Размещение информации в разрядах кодовых шин информацииПриемник БЦУАдрес КПКРНномер канала в КСВУ2 2 номер канала в КСВУ-1 2 КСВУ АЦП 2 БЦУАдрес 1 слова массива КП БПП КРНадрес 1 слова массива КП БПП 2 БПП 3 1 слово массива КП БПП КРНположение запятой POS ККПК10 2 номера КП номера КП 2 БУИТ 4 БЦУАдрес 2 слова массива КП БПП КРНадрес 2 слова массива КП БПП 2 БПП 5 2 слово массива КП БПП КРНФКОРСКномерУО 2 (контр. кода)номер С 2 номер Ш 2 БЦУ 6 Адрес шкалы КПКРНАдрес Ш 2 БПП 7 Шкала КПКРМКРНШКАЛА 2-10 БПКМ 8 БЦУАдрес сдвига нуля КП КРНАдрес С 2 БПП 9 Сдвиг нуляКРМЗРКРНСДВИГ НУЛЯ(со знаком «минус») 2-10 БПКМ 10 используется при ПТК БЦУ 11 АЦПОтносительное значение КП КРМКРНЗНАЧЕНИЕ КП 2 БПКМ 12 БПКМФактическое значение КП КРМЗРКРНЗНАЧЕНИЕ КП 2-10 БУИТ 13 используется при ПТК КСВУ 14 БЦУАдрес УО КПКРНадрес УО 2 (конт. кода)БПП 15 БППУО КПЗРКРНУСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ POS (контр. кода)БУИТ 16 используется при ПТК АЦП ПРОГРАММА РАБОТЫ КАНАЛА ИЗМЕРЕНИЯ