GOST R IEC 61508 (IEC 61508) के अनुसार एक "साधारण वोल्टेज जनरेटर" का विकास

यह लेख एक उपकरण बनाने के लिए आवश्यक चरणों पर चर्चा करेगा जो कार्यात्मक सुरक्षा (एफबी) के लिए सामान्य आवश्यकताओं को पूरा करता है। और सरलतम "सुरक्षा" वोल्टेज जनरेटर की वास्तुकला भी प्रस्तावित की जाएगी। वोल्टेज को नियंत्रित करने के बाद से, आप लगभग किसी भी उपकरण को नियंत्रित कर सकते हैं।
इस विषय पर साइट के अद्भुत लेख ( एक , दो ) हैं और एक पुस्तक जिस पर मैं एफबी पर एक इंजीनियर के रूप में बड़ा हुआ हूं।
मानकों की एक श्रृंखला GOST R IEC 61508 (IEC 61508) रूसी मानकों का आधार है जो उपकरणों के विकास क्रम को निर्धारित करता है जिसके लिए FB की आवश्यकताओं को लगाया जाता है। जैसा कि आप जानते हैं, एफबी से संबंधित उपकरणों को विकसित करते समय, उद्योग मानक होते हैं जो विकास प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं (रेलवे के लिए, ये GOST R 52980-2015 "सॉफ़्टवेयर आवश्यकताएँ", GOST R 34012-2016 "रेलवे उपकरण के लिए सामान्य आवश्यकताएं") आदि हैं। घ)।
मानकों के अनुसार GOST R IEC 61508 और IEC 61508, विफलताओं को 2 प्रकारों में विभाजित किया गया है: व्यवस्थित और यादृच्छिक।

व्यवस्थित विफलताओं को विनिर्देशन, डिज़ाइन, सॉफ़्टवेयर की कोडिंग में त्रुटियों द्वारा निर्धारित किया जाता है, उनके खिलाफ सुरक्षा जीवन चक्र के आयोजन के माध्यम से बनाई जाती है, इनमें शामिल हैं: आवश्यकताओं के अनुपालन के लिए जीवन चक्र के सभी चरणों का सत्यापन, और अंतिम उत्पाद का सत्यापन (सत्यापन परीक्षण)।

रैंडम विफलताओं की गणना हार्डवेयर विफलता की संभावना के रूप में की जाती है, उनके खिलाफ संरक्षण आमतौर पर वास्तु निर्णयों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

मानकों के अनुसार, सभी तरीकों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: संगठनात्मक और तकनीकी। संगठनात्मक तरीकों में शामिल हैं: जीवन चक्र को लागू करना, कोडिंग मानकों को लागू करना, हार्डवेयर के उत्पादन की निगरानी करना। तकनीकी विधियों में शामिल हैं: तोड़फोड़ (अंग्रेजी विविधता - विविधता), अतिरेक, पर्यावरणीय प्रभावों से सुरक्षा, घटकों की स्वतंत्रता और पृथक्करण, स्व-निदान (इनमें से प्रत्येक विधि को अलग-अलग लेखों में वर्णित किया जाना चाहिए)।

व्यवस्थित त्रुटियों के खिलाफ सुरक्षा के लिए मुख्य संगठनात्मक तरीके GOST R IEC 61508 के परिशिष्ट में वर्णित हैं। उदाहरण के लिए, हम सॉफ्टवेयर के व्यवस्थित घटक पर विचार करते हैं। कोड लिखते समय, कोडिंग नियमों और कोडिंग में उपयोग किए जाने वाले मानकों पर बहुत ध्यान दिया जाना चाहिए। SI भाषा में प्रोग्रामिंग के लिए प्रसिद्ध मानकों में से एक MISRA-C है, इसके उपयोग से सिस्टम की सुरक्षा में सुधार होता है। इसके अलावा, स्थैतिक विश्लेषक हैं (यह त्रुटियों के लिए किसी भी कोड की जांच करने के लिए आम तौर पर विश्लेषक के लिए उपयोगी है) जो MISRA-C मानक के अनुपालन की जांच कर सकते हैं, उनमें से एक पीवीएस-स्टूडियो है ।

आंशिक सॉफ्टवेयर डायवर्सन को विभिन्न सॉफ्टवेयर डेवलपमेंट एल्गोरिदम के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। एक पूर्ण सॉफ्टवेयर डायवर्सिफिकेशन सिस्टम केवल तभी प्राप्त होता है जब सॉफ्टवेयर आवश्यकताओं की दो अलग-अलग विशिष्टताओं, प्रोग्रामर की अलग-अलग टीमें, उत्पादन में प्रोग्रामिंग उपकरणों के अलग-अलग साधन होते हैं। इन कार्यक्रमों को पूरी तरह से अलग होना चाहिए और प्रोग्रामिंग उपकरणों की प्रक्रिया भी अलग होनी चाहिए। इसके अलावा, सॉफ्टवेयर टूल्स विकसित करते समय, टूल्स की त्रुटियों से सुरक्षा करना आवश्यक है। उपकरणों के संदर्भ में सबसे महत्वपूर्ण सॉफ्टवेयर मानक पुस्तकालय और लिंकर के साथ संयोजन में संकलक है। ARMCC और GCC कंपाइलर का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के उपकरण प्राप्त किए जा सकते हैं। हालांकि, ARMCC के कुछ संस्करणों में IEC 61508 के अनुसार SIL-3 अनुपालन के लिए TUV प्रमाणीकरण है, और GCC फाल्कन 9 सॉफ्टवेयर के विकास में सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

"पोर्ट टू पोर्ट" कमांड को संकलित करने के परिणामों पर विचार करें:

SI भाषा में कमांड (ISO / IEC 9899): MDR_PORTE-> CLRTX = 0x0040
«जीसीसी»	«ARMCC»
LDR r3, [पीसी, # 20]	MOVS r0, # 0x40
MOVS r2, # 64; 0x40	एलडीआर आर 1, [पीसी, # 16]; @ 0x0000072C
एसटीआर आर 2, [आर 3, # 36]	STR r0, [r1, # 0x24]

यहां तक ​​कि इस तरह के एक साधारण कमांड के उदाहरण से (जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है), माइक्रोकंट्रोलर के कमांड का क्रम अलग है और विभिन्न कार्य रजिस्टरों का उपयोग किया जाता है। जो किसी न किसी रूप में हमें "विविधता" प्रदान करता है, जिससे उपकरणों की गलती के सामान्य कारण के कारण त्रुटियों की संभावना कम हो जाती है।

आंकड़े में दिखाए गए एक विद्युत चुम्बकीय रिले को नियंत्रित करने वाले उपकरण के उदाहरण पर आकस्मिक त्रुटियों के खिलाफ सुरक्षा के तरीकों पर विचार करें। सुरक्षा के तरीकों को निर्धारित करने के लिए खतरनाक उपकरण विफलताओं की पहचान करना आवश्यक है। जैसा कि आप जानते हैं, रिले को इसकी विंडिंग में वोल्टेज की आपूर्ति द्वारा नियंत्रित किया जाता है, इस मामले में, इस उपकरण के लिए एक खतरनाक विफलता रिले को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त वोल्टेज का अनधिकृत रूप होगा। यह डिवाइस 2 के आर्किटेक्चर 2 पर आधारित है। इस आर्किटेक्चर में, MCU_A और MCU_B को शारीरिक रूप से अलग नेटवर्क पर कमांड प्राप्त करना चाहिए।


चित्र - सुरक्षित युग्मन आरेख

इस लेख के ढांचे में, हम पूरी तरह से गलती के पेड़ का वर्णन नहीं करेंगे, इसलिए, हम एक खतरनाक विफलता के लिए घटनाओं की सबसे संभावित श्रृंखलाओं में से एक पर विचार करेंगे:

1. ऑप्टोकॉप्लर यू 1 से होकर गुजरता है
2. कुंजी K2 के माध्यम से टूट जाता है
3. के माध्यम से ट्रांसफार्मर टूट जाता है

इस प्रकार की घटनाओं की शुरुआत की तीव्रता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है । चूंकि सभी तीन विफलताएं संबंधित हैं, इसलिए इस श्रृंखला की तीव्रता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाएगी । किसी न किसी धारणा के तहत, इस श्रृंखला की विफलता की दर (10e-15) 1 / h से कम है, यह मानते हुए कि विफलताएं 24 घंटों के भीतर जमा हो सकती हैं।

आइए विफलताओं पर एक और विचार करें: MCU_A और MCU_B की विफलता ताकि वे "बेतरतीब ढंग से" आउटपुट पर दालों का एक क्रम उत्पन्न करें।

"रैंडम" का अर्थ है, माइक्रोकंट्रोलर (पोर्ट में तीन प्रविष्टियां) द्वारा कम से कम नौ कमांडों का निष्पादन, जबकि आउटपुट वोल्टेज का पता दो माइक्रोकंट्रोलर्स द्वारा लगाया जाएगा और प्राप्त और "जारी किए गए कमांड" के बीच एक त्रुटि उत्पन्न होगी। इन घटनाओं की तीव्रता बेहद कम है क्योंकि दो एमके को एक साथ 9 कमांड निष्पादित करने होंगे (यह उल्लेख नहीं करने के लिए कि एमके को बंदरगाहों पर विपरीत मूल्यों को लिखना होगा, निश्चित अंतराल पर आउटपुट के लिए रिले के संचालन के लिए आवश्यक वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए)।

निष्कर्ष में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कार्यात्मक सुरक्षा बढ़ाने के तरीकों के रूप में इसे लागू करने की सिफारिश की गई है:

1. सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर विविधीकरण;
2. सभी माइक्रोकंट्रोलर संसाधनों (रैम, ROM, ALU, काम रजिस्टर, आदि) का आत्म-निदान, साथ ही साथ डिवाइस नोड्स;
3. मूल्यों को सीमित करने के लिए सर्किट तत्वों के मापदंडों में कमी (डी-रेटिंग), बेहतर परिचालन विशेषताओं को सुनिश्चित करने और विफलताओं की संभावना को कम करने के लिए।

इन सभी तरीकों का उपयोग एफबी की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले उपकरणों के विकास में किया जा सकता है।

रुपये एक सामान्य कारण से विफलताओं की संभावना को कम करने के लिए, उदाहरण में, माइक्रोकंट्रोलरों में से एक को एलपीजीए के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

आपके ध्यान के लिए आप सभी का धन्यवाद (यह मेरा पहला लेख है)!