Добрый день коллеги!
Немного предыстории..
Занимаюсь проектированием АСУ на промышленных контроллерах сименс, шнайдер, омрон вполне успешно, но что-то стало скучнова-то. Вот и решил поэкспериментировать с оптимизацией инженерных решений.
Довольно давно и постоянно упираюсь в дну и туже проблему. Нет у мировых производителей промышленных контроллеров дублированных/резервированных решений (резервирование как минимум ЦПУ) для не больших задач. Небольшие это например управление дизелем, мощным компрессором и т.д. Все готовые решения это системы "великаны" с количеством входов/выходов от 32тысяч да и ценник сразу на оборудование от 500т.р. И я прекрасно понимаю немцев, французов... и прочих умных людей - нет смысла дублировать для маленькой системы (экономически не эффективно это.) Вот и возникла идея на базе ПЛИС реализовать простейшее устройство в 3-х канальном исполнении (взять 3 обвязанные ПЛИСены), дальше выходы собрать по логике 2 из 3-х и получить тем самым повышение уровня надежности за счет мажорирования.
Задача:
Для примера взял алгоритм управления 4-х ступенчатым компрессором. В реальной жизни схему управления можно собрать и на 48 реле, но больно уж это все не "элегантно" да и следуя моей идее хочется иметь 3 канала и 2из3-х на выходе...
Алгоритм управления мне очень знакомый, на входе схемы управления должны быть дискретные датчики о давлении воздуха, масла, температуре, охлаждающей жидкости, кнопки и дистанционные команды управления - всего 15 шт, на выходе управляемые клапана, пускатели, разные лампочки - тоже до 15 штук. Открыл изучаемый ранее в университете квартус (хотя изучали макс+) и обнаружил, что вопросы программирования ПЛИС под мою задачу решаются за 1,5 дня на VHDLе (пара делителей частоты для описания логики таймеров, фильтры дребезга для входов, и простейший ступенчатый алгоритм запуска, останова и защит), наверняка моя задача довольно простая...
Двигаюсь дальше по аппаратной реализации (платы разводил еще в универе, так- побаловаться) читаю о способах развязки выходных ножек, синхронизации, устойчивости к ЭМС.
Вопрос:
1. Подскажите где найти примеры гальванической развязки входов выходов максимально устойчивые к ЭМС помехам (простейшие схемы с транзисторами понятны, с питанием тоже уже разобрался).
2.Подскажите где найти рекомендации по тестирования оборудования, конкретнее ищу требования к технологическому прогону, тряске, работе в среде с повышенной влажностью и температурой, может есть какие-то стандарты позволяющие организовать испытания по надежности/ресурсу (например с использованием в качестве эффектов старения температуру.....).
3. Ну конечно интересует общее мнение об идее 2 из 3-х и применимости ПЛИС в решении подобных задач с простейшим ступенчатым алгоритмом (понимаю что все преимущества ПЛИС типа скорости здесь не используются, но очень хотелось именно аппаратное решение типа CPLD).

Всем спасибо за мнения и потраченное время на чтение мыслей!

Возьмите контроллер ПЛК для ответственных применений разберите и узнаете как делается супер гальваническая развязка.
По поводу дублирования ПЛИС Вам не подойдет, думаю лучше всего делать на микроконтроллерах, как обычный ПЛК, засунуть в него три ПЛК, а на выходе цифровые линии микпропроцессоров уже развязать при помощи CPLD. Сами процессоры ПЛИС не заменить из соображений надежности, там и три и больше вариантов тактирования, спящие режимы, супервизоры питания и наконец жесткая логика. А ПЛИС, извините, требует загрузки из внешней ПРОМ, и при снятии питания ее надо грузить по новой.

ПЛИС Actel не требуют такой загрузки, есть в радиационностойком исполнении и кстати включают в себя такое мажорирование

CPLD типа MAX V (или более ранние из этой линейки) от альтеры не требует загрузки... являются энерго не зависимыми, да и по сути своей являются жесткой логикой
не совсем понял утверждение о надежности... прокомментируйте если не сложно...
почему ПЛИС не заменит процессор... в части выполнения заранее зашитого жесткого алгоритма?


уже смотрел на них, но они дороже, да и хочется видеть реальных три платы с отдельными каскадами питания, отдельными микросхемами.... увязанными только по выходам

Сообщение отредактировал _Anton_ - Jul 24 2013, 11:52

а надежно дешево не бывает, если это не топор

это позвольте поинтересоваться какие?

да, есть в акселераторах аппаратное дублирование в триггерах, но этот акселератор один стоит как целый камаз ПЛК
и работать с ним тяжко - прежде всего он одноразовый, никакого ISP, да и силикон-скульптор, для прошивки, тот еще адский дивайс

в тулзах Precision (побольше вариантов), Synplify (поменьше) есть возможность реализовывать троирование+мажорирование внутри одной ПЛИС (хоть в ксайлинсе, хоть в альтере). там по хорошему - нужно три тактовых дерева, тройная логика и т.п. - статей в сети много

но это для радстойкости, специфического внешнего воздействия.

--------------------------

я так понимаю, что автор темы хочет дублировать именно корпуса микросхем (ну может у него какая-то секретная статистика выхода из строя этих ПЛК), а внутри микросхемы предполагается сбоев нет (ну то есть она либо 100% рабочая, либо 100% нерабочая)

вообще анализ надежности и методика расчета надежности - штука хитрая и так сразу адекватность предложения не понять но банальная эрудиция подсказывает, что раз производители ПЛК не троируют логические элементы (ПЛИС/микроконтроллеры), то вероятность выхода из строя этого элемента, при сохранении работоспособности всего узла, маловероятна, то есть увеличения надежности при таком дублировании они не ожидают
более вероятно, что горят исполнительные элементы - ключи/реле или входы датчиков

и так как скорости реакции ПЛК обычно низкие, то есть не наносекунды, а милисекунды, то целесообразнее применять троирование микроконтроллеров - они дешевле, проще программировать, можно программировать более гибкое поведение и т.п. чем у ПЛИС

2 По тряске, климатике и пр. посмотртие ГОСТы (ГОСТ РВ 20.57.306, ГОСТ РВ 20.39.304, ГОСТ РВ 20.39.302 и т.п.). Обычно методики берут оттуда.
Да, а промышленные контроллеры на какой элементной базе сделаны?
P.S.: Попытайтесь разбить вопросы по темам.

Внутри сименса промышленного контроллеров Infineon http://s7detali.narod.ru/S7_312/S7-312_66.JPG
В модулях ввода вывода в качестве гр неизвестные элементы http://s7detali.narod.ru/SM321/6ES7321-1LB00-0AA0_DI32_3.jpg
За ГОСТы спасибо, то что нужно!
По надежности асу где-то валялись отчеты tuv там отказ кип+исполнительный механизмов порядка 75 процентов остальное автоматика...( укрупненно)
Да хочу менять целиком один канал, разбираться в отказе элемента на плате смысла не вижу...
Цена цпу пром контроллера у сименса от 1000 евро, а как только обвяжешь входами выходами так ценник значительно подрастет, вот и вопрос, что в итоге дешевле окажется....

Разбивать вопрос наверное стоит когда есть конкретность, а у меня только идеи с минимумом проработок. Здесь хотелось только услышать мнение бывалых об идее!!! За что огромное вам спасибо!

Хорошее слово "надежность"... Вот только что под ним понимается? Отработать несколько суток без отказа? Или круглосуточно непрерывно хотя бы месяц?
Постройте график и увидите, что мажоритар - это не панацея. Особенно для второго случая.
Ну или хотя бы для разминки почитайте у меня на сайте "Записки Инженера".
И насколько я помню, TI делает троированные микросхемы процессоров. Названия их не помню, но если поищите, то найдете...
На сладкое... Даже если сделаете супер-надежный вычислитель, не важно на чем, на ПЛИС, микроконтроллерах или на реле, то все равно останутся еще два каскада - узел выбора правильного значения из 3-х поступающих.
И выходной каскад. И вот в нем вся загвоздка. Пробьет транзистор и что? У Вас исполнительный механизм тоже троированный? А если нет, то как?
Для начала найдите программку и посчитайте надежность каскадов. Раньше был такой документ - карта режимов. Вот с нее и начните. Найдите MTBF для микросхем... Ну и т.д. А уж голословные рассуждения - это для чайников. "Вот бы мне сделать..." - не так не получится...

из приведенного выше я так и не понял от чего вы пытаетесь защититься применяя "2 из 3х". Тут нужно либо вдаваться в подробности, либо использовать "не-электрические" дублирующие системы воздействия, либо одновременно.

ps. В крайних разработках авионики на Airbus использовалcя мажоритар из трёх: Freescale QorIQ P2040 + Freescale QorIQ P3041 + Altera Stratix iv.


серия TMS570