CN1271435A - 用于数字信号处理的响应系统以及该响应系统的操作方法 - Google Patents

用于数字信号处理的响应系统以及该响应系统的操作方法 Download PDF

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Abstract

一种用于数字信号处理的响应系统以及该响应系统的操作方法。为了制造一个即使在经常修正时也能安全运行的响应系统,根据本发明,在通过一个数据传输单元(4)相互通信联络的数据处理单元(2A到2Z)上执行各自的取决于更新状态的计算机程序(SW)。每个数据处理单元(2A到2Z)在每次通信时给每个由它产生的信号(S)增补一个标志其更新状态特性的修正特征数(R)。一个接收所述信号(S)的数据处理单元(2A到2Z)进行一次比较,确定标志所述信号(S)的修正特征数(R)是否与一个为所述信号(S)存储的修正特征数(R)相同,在修正特征数(R)相同时,就对信号(S)进行处理。

Description

用于数字信号处理的响应系统以及 该响应系统的操作方法
本发明涉及一种采用多个数据处理单元进行数字信号处理的响应系统，这些数据处理单元通过一个数据传输单元相互连接，并在这些数据处理单元中执行计算机程序。本发明还涉及该响应系统的操作方法。
响应系统，即具有容错和实时处理能力的信号处理系统，在工业自动化领域中有许多应用。一种这样的响应系统已在发明DE-PS 44 46 286中公知。该响应系统包含多个数据处理单元，它们通过数据传输单元相互通信联络。在数据处理单元中执行的计算机程序存放着各自所属的更新状态信息。
响应系统对于自动化过程具有特别的意义，在这些过程中必须遵守给定的时间限制，或必须在给定的时间段内产生输出信号。这种要求经常出现在生产过程、调节和控制过程以及监测过程中，如出现在核能设备中的安全保障技术。是否能遵守时间限制或时间段主要取决于每一个与设备有关和程序有关的组成部分的功能特性。
在多个数据处理单元与一个巨大的数据网相连的复杂系统中，与程序有关的组成部分的错误，尤其是计算机程序的错误，显得特别重要。这种所谓的软件错误可能占总的系统错误的60％。这些错误分为三大部分：出现最多的所谓参数错误占55％，而约占25％份额的维护错误与约占20％的执行错误具有几乎同样的重要性。
参数错误例如出现在修正或改变响应系统的参数时，清除或新添加在不同数据处理单元的计算机程序中所处理的信号的情况下，其中信号的清除或添加不能同时在所有数据处理单元中进行。换句话说，在修正时新添加或清除的信号不仅导致改变有关的数据处理单元中计算机程序，而且也改变在不同数据处理单元之间传送的报文的结构，该报文传送所述新信号。由此可能的是，由于所有有关的数据处理单元不能同时更新，这些数据处理单元之间就不兼容。这一点可能导致在运行还未改变的计算机程序时出现时间溢出。这种时间溢出使得数据处理单元非正常中断。
本发明的目的在于提供一种用于信号处理(特别是数字信号处理)的响应系统，这种响应系统即使在经常修正时也能特别地保障安全，因而有可能使得集成在响应系统中的计算机程序平稳地工作。本发明的另一个目的在于提供一种信号处理响应系统平稳工作的方法。
根据本发明，所述的第一个目的是通过一个用于信号处理的响应系统来实现的，该响应系统由多个通过数据传输单元相互通信联络的数据处理单元构成，其中，在数据处理单元中执行至少一个取决于各自的更新状态的计算机程序，其中，数据处理单元用这种方法构造，即，每个数据处理单元在每次通信时给每个由它产生的信号增补一个标志其更新状态的修正特征数，其中，接收所述信号的任一个数据处理单元进行一次比较，确定标志所述信号的修正特征数与一个为所述信号存储的修正特征数是否相同，其中，接收所述信号的数据处理单元在修正特征数相同时，执行通常的信号处理过程，否则不执行。
本发明基于以下考虑：包含多个数据处理单元的响应系统，如在水压反应堆的安全保障技术中采用的响应系统，在单个计算机程序发生改变时，应该能够有效地避免响应系统的关机或中断。特别是在能够冗余设置数据处理单元的安全保障技术系统中，在修正计算机程序时(所谓参数变化)，可能导致相关数据处理单元发生时间错位的更新。这通常引起这些数据处理单元之间的不兼容。因此响应系统应该对只有一个数据处理单元的改变不敏感。
换句话说：计算机程序或软件的改变，如清除信号或添加新的信号，首先应该能够只在一个数据处理单元中发生。为此，包含发送信号的报文具有相应的状态信息或更新状态。通过比较这个更新状态与存储在接收用数据处理单元中的更新状态，来检查所述信号是否基于同一个参数或改变了的参数，就可以确定接收数据处理单元与接收信号的兼容性。当参数相同时，可以设置相应的状态信息，如“状态良好”。当不相同时，设置相应的状态信息，如“状态错误”。
有利的是，每个数据处理单元包含一个用于执行比较的分析模块。为了执行比较，响应系统相应地包含一个第一数据库，用于存放信号和/或计算机程序各自的更新状态；还包含一个第二数据库，用于存放待改变的信号和/或待改变的计算机程序各自所属的未来的改变或修正。
为了实现数据处理单元的计算机程序和/或信号的更新，也为了因而实现所有数据处理单元的平稳性的监控，相宜地设置一个服务系统。
根据本发明，所述的第二个目的是通过一种用于平稳操作用于数字信号处理的响应系统的方法来实现的，该系统由多个通过数据传输单元相互通信联络的数据处理单元构成，其中，在数据处理单元中执行至少一个取决于各自的更新状态的计算机程序，其中，数据处理单元用这种方法构造，即，每个数据处理单元在每次通信时给每个由它产生的信号增补一个标志其更新状态的修正特征数，其中，接收所述信号的任一个数据处理单元进行一次比较，确定标志所述信号的修正特征数与一个为所述信号存储的修正特征数是否相同，其中，接收所述信号的数据处理单元在修正特征数相同时，执行通常的信号处理过程，否则不执行。
相宜的是，在两个数据处理单元之间交换数据报文中的信号。有利的是，将存储的修正特征数存放在接收用数据处理单元的一个分析模块中和/或存放在一个数据库中。利用存储在该分析模块和/或该数据库中的修正特征数可以执行参数的比较。
数据报文优选包括一个信息部分和一个信号部分。例如，该数据报文的信息部分包含的信息尤其是接收用或发送用数据处理单元的识别号信息，以及发送用数据处理单元是否处于测试模式或正常工作模式中的信息。所述信号部分包含着接收用数据处理单元需要处理的信号及其相应的标志该信号的修正特征数。
相宜的是，标志所述信号以及为所述信号存储的修正特征数在涉及所述信号的参数修正或改变时，其值增加1。在所述信号消失或清除时，为所述信号存储的和标志所述信号的修正特征数优选地被赋予负值。
本发明的优点尤其在于，通过比较标志接收信号的修正特征数与为所述信号存储的修正特征数，在接收用数据处理单元中只处理基于一个而且是同一个参数的信号。这样就可以确定从另一个数据处理单元接收的信号与该接收用数据处理单元中待处理的信号是否存在或不存在兼容性。由此可以完全避免由于参数错误或维护错误而可能引起的数据处理单元的异常中断。因此，按此方法构造的响应系统中设计了平稳工作特别是平稳维护的方法，由于其可支配性及可用作核能设备中的自动化系统，因而非常经济和有效。
本发明的实施例借助附图作进一步的解释。附图中示出用于数字信号处理的响应系统的结构框图。
附图中概要示出的响应系统1包括多个数据处理单元2A到2Z，这些数据处理单元通过数据传输单元4相互连在一起。数据传输单元4是标准的传输线，如以太网电缆，还包括标准的(图中未画的)传输设备，如放大器、中继器或桥路。数据处理单元2A到2Z通过数据传输单元4与一个计算机网相连。响应系统1特别适合于技术设备(特别是核能设备)的控制和监测。
每个数据处理单元2A到2Z适于处理两种类型的报文。其中一种是在数据处理单元2A中接收的来自另一个数据处理单元2B的接收报文6。另一种是从数据处理单元2A传输或发送到另一个数据处理单元2B的发送报文8。每个接收报文6或发送报文8都包含相应的报头6A或8A以及信号部分6B或8B。
在运行核能设备时，大量的数据信息，如控制命令、状态信息及干扰信息(以下记为信号S)，通过数据传输单元4在数据处理单元2A到2Z之间传输。信号S组合在报文中。根据现有技术，在多个数据处理单元2A到2Z中有不同的更新状态时，可能会导致另一个数据处理单元2A接收的信号S与接收用数据处理单元2B中待处理的信号S之间的不兼容。这样可能会引起接收用数据处理单元2A、2B的计算机程序处理的不兼容。这种不兼容性可以通过下述措施可靠地避免。
此外，每个数据处理单元2A到2Z都与一个服务系统10相连。服务系统10监视数据处理单元2之间的报文交换。
在每个数据处理单元2A到2Z中至少执行一个计算机程序SW，该程序是模块结构，由多个功能单元FB组成。响应系统1参数的每一改变，如新添加的信号S或清除的信号S，将通过服务系统10发送到相关的数据处理单元2A到2Z中去。在这样改变参数时，一方面在相关的数据处理单元2A到2Z中功能单元FB被改变并因而相匹配。另一方面，相关接收报文6的结构以及相关发送报文8的结构将根据新到的信号S或待清除的信号S而改变，因而也是相匹配的。
响应系统1包含分别与服务系统10相连的第一数据库12和第二数据库14。在第一数据库12中包括计算机程序SW的实际参数或各自的更新状态、所有数据处理单元2A到2Z各自所属的功能单元FB以及所有数据处理单元2A到2Z的接收报文6和发送报文8的结构。此外，在第一数据库12中对每一个计算机程序SW以及每个接收报文6和发送报文8的信号S，存储一个修正特征数R作为更新状态。
第二数据库14在结构上与第一数据库12类似。在第二数据库14中同样存放着所有计算机程序SW以及所有信号S及其各自所属的当前的修正特征数R。参数的改变或从此刻开始待改变的计算机程序SW和/或待改变的信号S的修正将发送到或存放到第二数据库14中。
不仅在第一数据库12而且在第二数据库14中以前的或当前的修正特征数R都将相应地用一个整数存储。例如，在参数第一次改变时(所谓第一次修正)所有改变了的信号S有修正特征数R＝+1。在参数第二次改变时改变了的信号S有修正特征数R＝+2，即修正特征数R提高了值1。在第二次改变时清除了的信号S有修正特征数R＝-2，其中负号表示信号S的清除。新添加的信号S或计算机程序SW将附加在报文或第二数据库14的末尾，其中信号S获得一个正的修正特征数R。采用同样的方法对待参数的每个新修正或改变。就是说，在第四次参数改变时，改变了的信号S的修正特征数R赋值为R＝+4或R＝-4。
参数改变在参数登录进第二数据库14后由服务系统10发送给相关的数据处理单元2A到2Z。清除了的信号S只有在计算机程序SW在所有数据处理单元2A到2Z得到更新后才在所有接收报文6和发送报文8中清除，这样就能够保证确实地改变所有相关的数据处理单元2A到2Z中的计算机程序SW。
所有相关的数据处理单元2A到2Z、所有相关的接收报文6和发送报文8与已完成的修正相对应得到更新后，更新后的参数借助于服务系统10存入第一数据库12中。
随后的参数改变或修正又一次存入第二数据库14中。换句话说，若第一数据库12的内容与第二数据库14的内容相同，则所有数据处理单元2A到2A匹配于同一个参数。
为了避免数据处理单元2A到2Z的失效，如该数据处理单元还未得到更新，每个数据处理单元2A到2Z中还包含一个分析模块16。这个分析模块16在操作中借助于在接收用数据处理单元2A到2Z中存放的修正特征数R以及已归类的实际的修正特征数R，来检验每一个包含在接收报文6中的来自另一个数据处理单元2A到2Z的信号S的正确性。操作中的这种检验将在下面进一步说明。
为了这个检验，在每个分析模块16中存放着所属数据处理单元2A到2Z的相应参数，即属于各个计算机程序SW和信号S的以前的修正特征数R或基于实际改变值的修正特征数R。将发送报文8发往另一个数据处理单元2A的数据处理单元2B，为每个产生的信号S和待发送的信号S都分别分配标志其更新状态的修正特征数R。
这个发送报文8由另一数据处理单元2A接收下来作为接收报文6。在接收用数据处理单元2A中通过分析模块16来比较标志所述信号S的修正特征数R与为所述信号S存储的修正特征数R的相同性。当接收的修正特征数R与存储的修正特征数R′相同时，即两个通过通信联络的数据处理单元2A、2B的参数相同时，信号S获得状态信息“状态＝良好”，并根据计算机程序SW执行信号处理。当不相同时，信号S获得状态信息“状态＝错误”，不进行处理。
分析模块16涉及新参数的更新是通过借助于服务系统10发往所属数据处理单元2A到2Z的参数变化来实现的。在此，存储在分析模块16中的以前的信号S和/或计算机程序SW的修正特征数R被替换为当前的修正特征数R。
本发明的优点尤其在于，在各个数据处理单元2中的参数发生改变后，通过修正特征数R的比较可以保证一种平稳的和透明的运行。因此用于数字信号处理的响应系统1特别适合于增量维护。

Claims (8)

1.一种用于数字信号处理的响应系统(1)，它采用多个通过一个数据传输单元(4)相互通信联络的数据处理单元(2A到2Z)，其中，在数据处理单元(2)中执行至少一个取决于各自的更新状态的计算机程序(SW)，其特征在于：数据处理单元(2A到2Z)用以下方法构造，
a)每个数据处理单元(2A到2Z)在每次通信时给每个由它产生的信号(S)增补一个标志其更新状态特性的修正特征数(R)，
b)接收所述信号(S)的一个数据处理单元(2A到2Z)进行一次比较，确定标志这个接收信号(S)的修正特征数(R)与一个为所述信号(S)存储的修正特征数(R)是否相同，
c)接收所述信号(S)的数据处理单元(2A到2Z)在接收的修正特征数(R)与存储的修正特征数(R)相同时，执行通常的信号(S)处理过程，否则不执行。
2.根据权利要求1所述的响应系统(1)，其特征在于：每个数据处理单元(1)包含一个用于执行比较的分析模块(16)。
3.根据权利要求1或2所述的响应系统(1)，其特征在于：它具有第一个数据库(12)，其中存放着所有数据处理单元(2A到2Z)的信号(S)和/或计算机程序(SW)各自的更新状态信息；还具有第二个数据库(14)，其中存放着待改变的信号(S)和/或待改变的计算机程序(SW)各自所属的未来的改变或修正。
4.根据以上任一权利要求所述的响应系统(1)，其特征在于：设置一个用于更新数据处理单元(2A到2Z)的计算机程序(SW)和/或信号(S)的服务系统(10)。
5.一种用于数字信号处理的响应系统(1)的操作方法，该响应系统(1)具有多个通过数据传输单元(4)相互通信联络的数据处理单元(2A到2Z)，其中，在数据处理单元(2)中执行至少一个取决于各自的更新状态的计算机程序(SW)，其特征在于：
a)在每次通信时给由任一个数据处理单元(2A到2Z)产生的任一个信号(S)增补一个标志其更新状态特性的修正特征数(R)，
b)在任一个接收用数据处理单元(2A到2Z)中进行一次比较，确定标志这个接收信号(S)的修正特征数(R)与一个为所述信号(S)存储的修正特征数(R)是否相同，
c)在确认修正特征数(R)相同时，执行通常的信号(S)处理过程，否则不执行。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：存储的修正特征数(R)存入在接收用数据处理单元(2A到2Z)的一个分析模块(16)中和/或存放在一个数据库(12，14)中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：标志所述信号(S)以及为所述信号(S)存储的修正特征数(R)在针对所述信号(S)进行修正时，其值增加1。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：在所述信号(S)消失时标志所述信号(S)以及为所述信号(S)存储的修正特征数(R)被赋予负值。
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