Design eines Redundanten Systems

[Thalhammer]

Hallo,
ich hab ein problem:
Mein nächstes Projekt ist ein Solarsegler.
Da ich dieses Flugzeug jedoch so bauen möchte das es auch ohne direkte Kontrolle längere Zeit in der Luft bleiben kann muss ich es so entwickeln, das es nicht beim kleinsten Fehler senkrecht im Boden einschlägt.
Aus diesem Grund möchte ich das ganze System redundant entwickeln, also alles doppelt.
Nun habe ich ein Problem:
Eingabe und Verarbeitung kann ich problemlos redundant gestalten, in dem ich einfach alles doppelt mache, aber wie mach ich das bei der Ausgabe, also die Servos und Motoren ?
Mein plan war Eine Master Slave anordnung bei der Verarbeitung, also eine Platine übernimmt normaleweise die Arbeit und gibt ein Signal in Regelmäßigen Abständen aus, die zweite Platine empfängt dieses Signal und wenn es für eine Bestimmte Zeit nicht mehr kommt übernimmt diese die Arbeit. Doch bei der Ausgabe hab ich das Problem, da ich diese ja an beide Platinen anschliesen muss und wenn eine Platine einen schweren Fehler hat kann sie diesen lahmlegen.
Als Ausgabe waren I2C oder PWM(normale Servos) angedacht, bei I2C hab ich das Problem wenn eine Platine den Bus dauerhaft auf Low legt und bei PWM wenn eine ihn dauerhaft auf high legt.

Wie kann ich das lösen ?
Gibt es eine besser Lösung für solche Probleme ?

MFG Thalhammer

[Manf]

Grundsätzlich gibt es den Weg über ein drittes kleines einfaches System, das übersichtlich und entsprechend sicher aufgebaut ist.
Das übernimmt die Entscheidung ob das erste Hauptsystem noch intakt ist oder ob auf das redundante System umgeschaltet wird.
(Dafür benötigt es sicher auch wieder eine gewisse Komplexität.)

[Slowly]

Stumpf über Relais ?

[Thalhammer]

Also stumpf über relais mach ichs sicher nicht, wenn dann über Transistoren.
Aber das grundproblem dass ich immer einen Punkt hab bei dem Alles schief gehen kann werd ich damit nicht los.
Ich vermute mal das es nicht machbar ist oder ?

//EDIT für den Beitrag von ranke:
Also alles dreifach auszulegen währe ein Ansatz der noch vertretbar ist, allerdings hab ich damit ja immernoch den Punkt andem ich überprüfe der nur einfach vorhanden und damit anfällig ist oder ?
Alles dreimal auf unterschiedlicher HW und SW ist mir der Aufwandt dann doch zu groß.

MFG Thalhammer

[Slowly]

Warum denn nicht? So wie ich Dich verstanden habe, erzeugst Du einen
regelmäßigen Impuls der bei Versagen der Baugruppe ausfällt.
Ein Relais mit Timer würde dann Potentialfrei die Ersatzschaltung auf die Aktoren Schalten.
Transistoren sind hübsch aber eben nicht potentiallfrei.
Ich habe früher Sicherheitsmodule für Flurförderfahrzeuge hergestellt.
Die letzte Instanz war immer ein Sicherheitsrelais.

[ranke]

Alles dreimal auf unterschiedlicher HW und SW ist mir der Aufwandt dann doch zu groß.

Kann ich mir vorstellen. Das wäre wahrscheinlich etwa das Sicherheitsniveau das für den Autopilot in der Verkehrsfliegerei gefordert wird.

Ansonsten: Überlegen, an welchen Stellen und durch welche Mechanismen Fehler auftreten können. Bei einer Kabelverbindung z.B. durch Leiterbruch. So etwas kann man mit einer Ruhestromüberwachung sofort feststellen und ggf. auf ein Backupsystem umschalten. Außerdem kann man feindrähtige Litzen und hochwertige Steckverbindungen verwenden, damit es erst gar nicht passiert. Bei Software Überwachung mit watchdog nutzen. Spätestens bei den Aktoren wirst du Schwierigkeiten bekommen alles doppelt (oder gar dreifach) auszulegen, weil es sonst zu mechanischen Verklemmungen käme. Da wird man auf bekanntermaßen zuverlässige Systeme vertrauen müssen. Bei längerer Nutzung wäre auch ein Wartungsplan sinnvoll, bei der Komponenten, die Verschleiß unterliegen, nach einer festgesetzten Betriebszeit ersetzt werden.
Generell gilt, dass der Aufwand schneller gegen unendlich geht als die Sicherheit gegen 100%.

[PICture]

Hallo!

Ich vermute mal das es nicht machbar ist oder ?

Die Natur zeigt, dass es machbar ist und einfache Redundanz (alles nur doppelt) ausreicht.

[Thalhammer]

Und wie soll ich bitte ein PWM Signal mit 50Hz (oder gar 100Hz wenn die Servos da mit machen) durch ein Relais quetschen ?
Ne wenn schon potentialtrennung (was ja ansich ne gute idee ist) dann mit optokopplern oder ähnlichem.
Leiterbruch wollte ich dadurch verhindern, das ich soweit möglich alles auf der Platine verlege und zwischen den Platinen (Also Sensorboard->Mainboard->Aktoren) möglichst wenige Drähte (Also I2C oder usart) und diese dafür doppelt verlege (und zwar möglichst weit von einander entfernt).
Ich glaube ich vertraue einfach darauf, das eine Doppelte Auslegung reicht.

[Slowly]

Na über die Relaiskontakte. Die Fehlerhafte Baugruppe wird mit einem Umschalter komplett auf die funktionierende umgeschaltet. Ein Optokoppler wird auch nicht gehen, da dieser ja auch durch eine Fehlfunktion dauerhaft auf Low oder High die funktionierende Baugruppe beeinflussen würde.

[ranke]

Ein wesentliches Problem bei Deinem Ansatz ist, dass Du eine Instanz brauchst die Dir sagt, dass ein Fehler aufgetreten ist und wo. Diese Information brauchst Du, um die gestörte Baugruppe stillzulegen. Ein Ansatz wäre alles dreifach auszulegen mit dem Ansatz "die Mehrheit hat recht". Das hilft schon mal gegen zufällige und unsystematische Fehler. Will man auch noch systematische Fehler (z.B. nicht gefundene Hard- oder Softwarebugs) abdecken, dann macht man alle 3 Verarbeitungswege mit unterschiedlicher Hardware und mit Software, die unabhängig von einander für die drei Hardwareversionen entwickelt wurde.