DD160757A3

DD160757A3 - Hierarchisch aufgebautes informationsverarbeitungssystem

Info

Publication number: DD160757A3
Application number: DD81228620A
Authority: DD
Inventors: Juergen Nikolaizik; Karl Richter; Heinz Henning; Michael Kickbusch; Kurt Bruenecke
Original assignee: Juergen Nikolaizik; Karl Richter; Heinz Henning; Michael Kickbusch; Kurt Bruenecke
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1984-02-29
Also published as: IT8248071A0; GB2095877A; HU184533B; BG41445A1; CS264009B1; GB2095877B; FR2502806A1; DE3208131A1; SE8201874L; CS172982A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Prozessautomatisierung mittels eines hierarchisch aufgebauten Informationsverarbeitungssystems. Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordung ist den Gebieten anwendbar, wo hohe Sicherheits- und Zuverlaessigkeitsforderungen bestehen. Ziel der erfindungsgemaessen Loesung ist es, die Sicherheit und Zuverlaessigkeit eines hierarchisch aufgebauten Informationsverarbeitungssystems zu erhoehen, wobei Einfach- und Mehrfachfehler in unterschiedlichen "m von n"-Rechnerstrukturen einerEbene und Mehrfachfehler in unterschiedlichen Ebenen toleriert werden. Die Mehrfachfehler, die nicht toleriert werden, sind erkennbar. Die Datenuebertragung zwischen den einzelnen Ebenen wird in den Mehrheitsentscheid einbezogen. Durch den Einsatz von modularen "m von n"-Entscheidernwird die durchgaengige Anwendung des Redundanzprinzipsinnerhalb der Hierarchie gewaehrleistet.

Description

. Hierarchisch aufgebautes Informationsverarbeitungssystem.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Prozeßautomatisierung mittels eines hierarchisch aufgebauten Informationsverarbeitungssystems· Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist auf den Gebieten anwendbar, wo hohe Sicherheits- und Zuverlässigkeitsforderungen bestehen«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bekannt ist eine Schaltungsanordnung (DE-OS 2108 496), bei der drei Rechner parallel arbeiten· Die drei Rechner arbeiten auf eine Uberwachungs- und Ausgabevorrichtung, die nach dem Prinzip des Mehrheitsentscheide arbeitet und im Falle einer Störung den ausgefallenen Rechner abschaltet« Ein Rechner gilt als gestört, wenn die Bitfehlerrate an einem Ausgang ein bestimmtes Maß Überschreitet* Zur Überwachung der Prüfschaltung und der Vergleicher werden in gewissen Zeitabständen absichtlich falsche Daten vom Rechner ausgegeben· Eine derartige Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß bei einem hierarchischen Aufbau Fehler auf den Sammelleitungen nicht erkannt werden« Weiterhin ist ein Mehrrechnersystem zur Steuerung von Trassengebundenen Verkehrsmitteln bekannt (DE-AS 2725 922), bei dem alle Rechner die gleiche Information asynchron verarbeiten, wobei die Ergebnisinformationen zur Prüfung auf Fehler erst am Ende eines Rechenzyklus miteinander verglichen werden« Zur Sicherstellung der asynchronen Arbeitsweise werden die Informationen den einzelnen Rechnern zeitlich versetzt zugeleitet« Die ausgegebenen Daten der einzelnen Rechner werden mittels einer Vergleichs- und Durchschalteinriehtung überprüft· Der Vergleich wird erst durchgeführt, wenn die Mehrheit der Rech-

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ner zu einem Ergebnis gelangt ist· Dies wird durch eine logische Schaltung durchgeführt, die nicht redundant aufgebaut ist, so daß Fehler, die innerhalb der logischen Schaltung auftreten können, nicht erfaßt werden· Weiterhin ist bei beiden Lösungen nachteilig, daß an die Überwachungs- und Ausgabevorrichtungen sehr hohe Zuverlässigkeitsforderungen bestehen und die Informationsübertragung nach den- Uberwachungs- und Ausgabevorrichtungen einkanalig erfolgt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Sicherheit und Zuverlässigkeit eines hierarchisch aufgebauten Informationsverarbeitungssystems zu erhöhen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Tolerierung von Einfach- und Mehrfachfehlern in unterschiedlichen "m von n^H-Rechnerstrukturen einer Ebene und Mehrfachfehler in unterschiedlichen Ebenen in einem hierarchisch aufgebauten Informationsverarbeitungssystem zu entwickeln, wobei Mehrfachfehler, die nicht toleriert werden, erkennbar sind« Die Datenübertragung zwischen den einzelnen Ebenen wird in den Mehrheitsentscheid einbezogen·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß am Eingang jeder Rechnereinheit eine Ein-/Ausgabe-Einheit angeordnet ist, die aus einem ⁿm von nⁿ-Entscheider und aus zwei Richtungsweichen besteht, wobei der unidirektionale Ausgang der zweiten Richtungsweiche mit dem unidirektionalen Eingang der ersten Richtungsweiche zusammengeschlossen ist, am Steuereingang der ersten und der zweiten Richtungsweiche Steuersignale eines unter-und/oder eines übergeordneten Rechners anliegen« Beim Verlauf der Datenrichtung vom übergeordneten zum untergeordneten Rechner ist der bidirektionale Ein-/Ausgang der ersten Richtungsweiche mit der bidirektionalen Sammelleitung des ersten

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übergeordneten Rechners verbunden und der unidirektionale Auegang der ersten Richtungeweiche ist mit dem ersten Eingang des "m von n"-Entscheiders, an dessen weiteren Eingängen die bidirektionalen Sammelleitungen der weiteren übergeordneten Rechner anliegen, zusammengeschlossen« Der Ausgang des ⁿm von nⁿ-Entscheiders ist mit dem unidirektionalen Eingang der zweiten Richtungsweiche, deren bidirektionaler Ein-/Ausgang an die bidirektionale Sammelleitung eines untergeordneten Rechners angeschlossen ist, verbunden· Beim Verlauf der Datenrichtung vom untergeordneten zum übergeordneten Rechner ist der bidirektionale Ein-/Ausgang der ersten Richtungsweiche mit der bidirektionalen Sammelleitung des ersten untergeordneten Rechners verbunden· Der unidirektionale Ausgang der ersten Richtungsweiche ist mit dem ersten Eingang des "m von η"-Entscheiders, an dessen weiteren Eingängen die bidirektionalen Sammelleitungen der weiteren untergeordneten Rechner anliegen, zusammengeschlossen« Der Ausgang des ⁿm von n"-Entscheiders ist mit dem unidirektionalen Eingang der zweiten Richtungsweiche, deren bidirektionaler Ein-/Ausgang an die bidirektionale Sammelleitung eines übergeordneten Rechners angeschlossen ist, verbunden«

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung besteht der "m von nⁿ-Entscheider entweder aus einem Festwertspeicher, einem Multiplexer oder aus programmierbaren Logikfeldern·

Unter der Voraussetzung, daß an den Ausgängen der direkt an den drei Sammelleitungen liegenden ⁿm von η"-Entscheider keine falsche Information ausgegeben wird, wenn über die redundanten Sammelleitungen programmgemäß keine Informationseingabe erforderlich ist, kann die erste Richtungsweiche entfallen«

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll am nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden«

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen:

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Fig* 1: Prinzipschema der Ein-/Ausgabeeinheiten für die

einzelnen Rechner Fig« 2: Prinzipschema mit 3 Rechnern pro Einheit·

Die Automatisierungeanlage ist hierarchisch aufgebaut. Den Bereichsrechnern 7·1·1,···,7·&«3 ist ein abgeschlossener Bereich der technologischen Anlage zugeordnet, während der Leitrechner 5·1,···,5·3 Steuerungsanweisungen gibt, die in den Bereichsrechnern 7·1·1»···»7·&«3 detailliert zu Stellsignalen für die einzelnen technologischen Aggregate verarbeitet werden· In umgekehrter Richtung gelangen Informationen von den technologischen Aggregaten (Rückmeldesignale) zu den Bereichsrechnern, werden dort bei der weiteren Programmabarbeitung berücksichtigt und meist in verdichteter Form den Leitrechnern 5.1,··_β,5«3 übergeben«» Dabei ist es möglich, daß einzelne Informationen aus dem Prozeß unter Umgehung der Bereichsrechner 7·1·1»*··»7·&·3 direkt den Leitrechnern 5·1,··*,5·3 zugeführt werden· Zur Erhöhung der Sicherheit und Verfügbarkeit ist jeder Rechner im Beispiel dreimal vorhanden« Die jeweils drei zusammengehörenden Rechner arbeiten die gleichen Algorithmen ab, wobei die Programmversionen verschieden und auch zeitlich versetzt abgearbeitet werden können« Für die Verbindungen zwischen den einzelnen Rechnerebenen sind bidirektionale Sammelleitungen vorgesehen· Über diese Sammelleitungen, die aus Adreß-, Steuer- und Datenleitungen bestehen, kann ebenfalls die Kommunikation zwischen den 3-Rechner-Einheiten einer Ebene erfolgen· Bei sehr hoher Datendichte auf den Sammelleitungen kann der Verkehr zwischen den Rechnereinheiten einer Ebene auch über gesonderte Verbindungen, die über Ein-/ Ausgabe-Kanäle angeschlossen sind, erfolgen« Erforderliche Abstimmungen der 3 Rechner einer Einheit untereinander erfolgt über die Sammelleitungen oder über getrennte Leitungen, die aus Übersiehtsgrunden in Fig· 2 nicht dargestellt sind« Abweichend von Fig« 2 können auch mehr als eine Leitrechnereinheit vorgesehen werden, die dann ebenfalls auf die Leit- und Bediensammelleitungen arbeiten, wobei die

Sammelleitungsateuerung (SLS) 6·5·1»*··>6·7*η·3 oder die Rechner selbst den gesamten Datenverkehr zwischen allen an der betreffenden Sammelleitung angeschlossenen Rechner koordinieren müssen· Die Bediensammelleitungen schaffen innerhalb der Hierarchie die Verbindungen zwischen den informationsverarbeitenden Einheiten und den Bedien- und Anzeigeeinheiten, die ζ·Β· aus Displays, Tastaturen u»ä* aufgebaut sind und die Kommunikation mit dem Bedienpersonal herstellen· Von der unteren Ebene der Hierarchie aus erfolgt die Verbindung zu den Prozeßelementen über die Ausgabesammelleitungen, wobei jedem technologischen Bereich ein voneinander unabhängig arbeitendes 3fach Ausgabesammelleitungssystem zugeordnet ist, über das die Prozeßstellsignale von den Bereichsrechnern 7·1*1» ••«,7·η·3 ausgegebenen und die Prozeßrückmeldesignale empfangen werden·

Die Verbindung zwischen den Sammelleitungen und den einzelnen Rechnern erfolgt über Ein-/Ausgabe-Einheiten (E/A-Einheiten) 4·5·1·1,···»4·7·η.3·2 deren Prinzip in Fig· 1 dargestellt ist· In diesen Einheiten werden die Eingangssignale für den betreffenden Rechner durch Majoritätsentscheid aus den Informationen der drei zugehörigen Sammelleitungen gebildet.

Durch die Anwendung der modularen Majorität wird gewährleistet, daß sich ein Ausfall nur auf ein eng begrenztes Gebiet auswirkt und damit ein fehlerhaft ausgegebenes Signal auf der empfangenden Rechnerebene ausgeschaltet wird, d.h« Einfach- und Mehrfachfehler in unterschiedlichen "m von n^M-Rechnerstrukturen einer Ebene und Mehrfachfehler in unterschiedlichen Ebenen werden toleriert* Die Mehrfachfehler, die nicht toleriert werden, sind erkennbar· Durch die Zwischenschaltung der "m von nⁿ-Entscheider ist eine gute Fehlerlokalisierung gewährleistet» Außerdem ist der Wiederangleich eines Rechners nach erfolgter Reparatur über diese "m von n^H-Entscheider und die Sammelleitungen möglich« Die Abarbeitung der Programme kann in einer Rechner-

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ebene asynchron erfolgen, während der Vergleich synchron vorgenommen wird* Im Prinzipschema nach Fig« 1 werden, um eine Aufspaltung in unidirektionale Verbindungen zu erreichen, sowohl der bidirektionale Anschluß zu den Rechnern als auch der zu den Sammelleitungen, die alle E/A-Einheiten 4·5·1·1·,···, 4·7«η·3·2 verbinden, Über gesteuerte Richtungsweichen 1, 3 gefUhrt·

Unter der Voraussetzung, daß an den Ausgängen der direkt an den drei Sammelleitungen liegenden "m von n^M-Entscheider 2 keine falsche Information ausgegeben wird wenn über die redundanten Sammelleitungen programmgemäß keine Informationseingabe erforderlich ist, kann die erste Richtungsweiche 1 entfallen«

Claims

228620 b Erfindungsanspruoh

1« Hierarchisch aufgebautes Informationsverarbeitungssystem, bestehend, aus mehreren Rechnerebenen, in denen eine wählbare Anzahl von Rechnersystemen, die jeweils aus η redundanten Rechnern bestehen, angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß jede Rechnerebene (LR1;, LR2; LR3; BRU1; BR1.2; BR1«3;···; BRn₀I; BRn«>2; ΒΒ·η·3) zur übergeordneten als auch zur untergeordneten Rechner- bzw· Informationsverarbeitungsebene durch jeweils η redundante Saramelleitungssysteme verbunden ist und daß jeder der η redundanten Rechner (LR1; LR2; LR3) eines Rechnersystems (LR1; LR2; LR3) über je eine Ein-/Ausgabeeinheit (4«5β1«1; 4©5*1β2; 4β5·2.1; 4«5«2*2; 4»5·3β1; 4·5<>3*2) mit den n Sammelleitungssystemen der übergeordneten und der untergeordneten Rechner- bzw* Informationsverarbeitungsebene verbunden ist«

2· Hierarchisch aufgebautes Informationsverarbeitungssystem nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein erster bidirektionaler Ein-/Ausgang der Ein-/Ausgabeeinheit (4e5*1«1;«»>; 4·7·3·2) mit jeweils einem der η Sammelleitungssysteme verbunden ist, daß ein zweiter bidirektionaler Ein-/Ausgang der Ein-/Ausgabeeinheit (4«5©1 o1; ο·»; 4ο7«3·2) an den zugehörigen Rechner (LR 1; LR2; LR3; BR1_e1 ;««,·; BRn«3) angeschlossen ist und daß zwei Eingänge der Ein-/Ausgabeeinheit (4·5·1·1 ;···; 4·7<>3«2) mit den restlichen der η Sammelleitungssysteme verbunden sindo

3· Hierarchisch aufgebautes Informationsverarbeitungssystem nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch« daß die Ein-/Ausgabeeinheit (4) aus zwei Richtungsweichen (1;3) und einem "m von n"-Entscheider (2) besteht, in der der erste bidiretionale Ein-/Ausgang mit der ersten Richtungsweiche (1), der zweite bidirektionale Ein«/Ausgang 'mit der zweiten Richtungsweiche (3) und zwei Eingänge an den "m von n"-Entscheider (2) angeschlossen sind, daß den Richtungsweichen (1;3) Steuersignale eines unter- und/oder übergeordneten Rechners zugeführt sind, daß ein Ausgang der Richtungsweiche (3) mit einem Eingang der Richtungsweiche (1) und ein Ausgang der Richtungsweiche (1) mit einem Ein-

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gang des "m von n^M-Entscheiders (LR1; LR2; LR3; BR1«1 ;··<,; BRn©3) verbunden ist und daß ein Ausgang des "m von n"-Ent~ scheiders (2) mit einem Eingang der Riohtungsweiche (3) verbunden ist· . . '

4« Hierarchisch aufgebautes Infbrmätibnsverärbeitungssystem nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch« daß der ^Mm von n^M-Entscheider J(2) aus; einem Pestwertspeiciier''1fc)^eteht« .

5· Hierarchisch aufgebautes Informationsverärbeitungssystem nach Punkt 3«gekennzeichnet dadurch, daß der "m von n"-Entscheider (2) aus einem Multiplexer besteht·

6# Hierarchisch aufgebautes Informaiäonsverarbeitungssystem nach Punkt }, gekennzeichnet dadurch« daß !der "m von n"-Entscheider (2) aus programmierbaren Logikfeldern besteht· ι ^%r \ . " I I ·

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