Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании процессов движения судов. Техническим результатом является повышение точности. Устройство содержит модель центрального пульта управления шлюзом, модель камеры шлюза, модель верхнего бьефа, модель нижнего бьефа, модель светофоров верхнего бьефа, модель светофоров нижнего бьефа, блоки отказов и восстановлений. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании процессов функционирования судоходных шлюзов при различных стратегиях движения судов через судоходный шлюз с учетом надежности, динамики и специфики их применения.

Из уровня техники известно устройство для моделирования систем массового обслуживания (СМО), содержащее элемент И, триггер, три элемента ИЛИ, четыре генератора импульсов со случайным интервалом следования и блок счетчиков (1] . Устройство позволяет моделировать СМО с высоким качеством обслуживания. Заявка, обслуженная с высоким качеством, покидает устройство, заявка с низким качеством обслуживания повторяет или весь цикл обслуживания, или только один этап обслуживания.

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет моделировать процессы формирования и управления очередью судов в верхнем и нижнем бьефах шлюза, а также процессы случайного выбора диспетчером центрального пульта управления шлюзом различных стратегий шлюзования (обслуживания) судов и процессы их непосредственного шлюзования.

Наиболее близким к изобретению является устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов [21, содержащее модель центрального пульта управления шлюзом, включающую первый триггер, первый элемент И, выход которого соединен с входом установки в "1" первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, модель камеры шлюза, включающую элемент ИЛИ, первый и второй генераторы случайных импульсов, выходы которых подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ соответственно, модель верхнего бьефа, модель нижнего бьефа, каждая из которых включает элемент ИЛИ, реверсивный счетчик импульсов и генератор случайных импульсов, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика импульсов, разрядные выходы которого подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, модель светофоров верхнего бьефа, модель светофоров нижнего бьефа, каждая из которых включает триггер, первый и второй элементы индикации, входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно, а модель камеры шлюза дополнительно включает элемент И, третий, четвертый, пятый и шестой генераторы случайных импульсов, причем входы запуска третьего и четвертого генераторов случайных импульсов подключены к первому и второму входам элемента И модели камеры шлюза соответственно, выход которого соединен с входами останова третьего и четвертого генераторов случайных импульсов, выходы которых соединены с вычитающим входом реверсивного счетчика моделей верхнего и нижнего бьефов соответственно, с входами установки в "1" триггера моделей светофоров верхнего и нижнего бьефа соответственно и с входами запуска пятого и шестого генераторов случайных импульсов, соответственно, выходы которых подключены к входам установки в "0" триггера моделей светофоров верхнего и нижнего бьефов соответственно и к входам запуска первого и второго генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соответственно, а модель центрального пульта управления шлюзом дополнительно включает второй и третий триггеры, с второго по девятый элементы И, с первого по восьмой элементы ИЛИ и элемент индикации, вход которого соединен с прямым выходом первого триггера, вход установки в "0" которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а вход установки в "1" которого соединен с первым входом второго и третьего элементов И, второй вход второго элемента И подключен к выходу элементов ИЛИ модели верхнего бьефа, к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, второй вход второго элемента И также подключен к инверсным входам четвертого и пятого, к первым прямым входам шестого, седьмого и восьмого элементов И, выходы четвертого, пятого, шестого элементов И подключены к первому, второму, третьему входам первого элемента ИЛИ соответственно, выход четвертого элемента И также соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "0" второго триггера, прямой выход которого соединен с первым прямым входом четвертого и вторым прямым входом седьмого элементов И, а инверсный выход второго триггера подключен к первому прямому входу пятого элемента И, выход седьмого элемента И соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, с первым входом четвертого и пятого элементов ИЛИ, выходы которых соединены с входом останова первого и входом запуска второго генераторов случайных импульсов соответственно, выход второго элемента И подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом запуска первого генератора случайных импульсов, выход которого подключен к первому входу седьмого элемента ИЛИ, к входу установки в "1" второго триггера, к входу запуска третьего генератора случайных импульсов и первому входу элемента И модели камеры шлюза, выход третьего элемента И подключен к второму входу пятого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И соединен с выходом элемента ИЛИ модели нижнего бьефа, с вторым входом второго элемента ИЛИ, с инверсным входом шестого и девятого, с вторым прямым входом пятого и восьмого, с третьим прямым входом седьмого элементов И, выход восьмого элемента соединен с вторым входом шестого и седьмого элементов ИЛИ, с первым входом восьмого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "0" третьего триггера, прямой выход которого соединен с прямым первым входом девятого и прямым третьим входом восьмого элементов И, а инверсный выход третьего триггера подключен к второму прямому входу шестого элемента И, выход седьмого элемента ИЛИ подключен к входу останова второго генератора случайных импульсов, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, с входом запуска четвертого генератора случайных импульсов и вторым входом элемента И модели камеры шлюза, а также с входом установки в "1" третьего триггера, выход девятого элемента И подключен к четвертому входу первого и к второму входу восьмого элементов ИЛИ, выход элемента ИЛИ модели камеры шлюза соединен с вторым прямым входом четвертого и девятого элементов И, с третьим прямым входом пятого и шестого и с четвертыми входами седьмого и восьмого элементов И модели центрального пульта управления шлюзом, выход элемента И модели камеры шлюза подключен также к пятому входу первого элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом.

Однако данное устройство позволяет моделировать только процессы, характерные для абсолютно надежных судоходных шлюзов при судопропуске. В то же время это устройство не позволяет моделировать возникновение отказов и проведение восстановлений судоходного шлюза в режимах ожидания, формирования и управления очередью судов в верхнем и нижнем бьефах и подготовки судоходного шлюза к пропуску судов для различных стратегий шлюзования.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности моделирования и расширении функциональных возможностей устройства за счет имитации возникновения отказов и проведения восстановлений судоходного шлюза в режимах ожидания, формирования и управления очередью судов в верхнем и нижнем бьефах и подготовки судоходного шлюза к пропуску судов для различных стратегий шлюзования.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, содержащее модель центрального пульта управления шлюзом, включающую с первого по третий триггеры, с первого по восьмой элементы ИЛИ, первый и второй генераторы случайных импульсов, элемент индикации, с первого по девятый элементы И, причем выход первого элемента И соединен с первым входом второго и третьего элементов И, входом установки в "1" первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И и входом элемента индикации, второй вход первого элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, вход установки в "0" первого триггера соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И подключен к инверсным входам четвертого и пятого, к первым прямым входам шестого, седьмого и восьмого элементов И и к первому входу второго элемента ИЛИ, выходы четвертого, пятого, шестого элементов И подключены к первому, второму, третьему входам первого элемента ИЛИ соответственно, выход четвертого элемента И также соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "0" второго триггера, прямой выход которого соединен с первым прямым входом четвертого и вторым входом седьмого элемента И, а инверсный выход второго триггера подключен к первому прямому входу пятого элемента И, выход седьмого элемента И соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, с первым входом четвертого и пятого элементов ИЛИ, выходы которых соединены с входом останова первого и входом запуска второго генераторов случайных импульсов соответственно, выход второго элемента И подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом запуска первого генератора случайных импульсов, выход третьего элемента И подключен к второму входу пятого элемента ИЛИ, а второй вход третьего элемента И соединен с инверсным входом шестого и девятого, с вторым прямым входом пятого и восьмого, с третьим входом седьмого элементов И и с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход восьмого элемента И соединен с вторым входом шестого и седьмого элементов ИЛИ, с первым входом восьмого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "0" третьего триггера, прямой выход которого соединен с прямым первым входом девятого и прямым третьим входом восьмого элементов И, а инверсный выход третьего триггера подключен к второму прямому входу шестого элемента И, выход седьмого элемента ИЛИ подключен к входу останова второго генератора случайных импульсов, выход девятого элемента И подключен к четвертому входу первого и второму входу восьмого элементов ИЛИ, модель камеры шлюза, включающую с первого по шестой генераторы случайных импульсов, элемент И, первый элемент ИЛИ, причем выходы первого и второго генераторов случайных импульсов соединены с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ соответственно, выход которого соединен с вторым прямым входом четвертого и девятого элементов И, с третьим прямым входом пятого и шестого и с четвертыми входами седьмого и восьмого элементов И модели центрального пульта управления шлюзом, выход элемента И модели камеры шлюза подключен к пятому входу первого элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом, выходы третьего и четвертого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соединены с входом запуска пятого и шестого генераторов случайных импульсов соответственно, выходы которых подключены к входам запуска первого и второго генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соответственно, модель верхнего бьефа, модель нижнего бьефа, каждая из которых включает элемент ИЛИ, реверсивный счетчик импульсов и генератор случайных импульсов, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика импульсов, разрядные выходы которого подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, модель светофоров верхнего бьефа, модель светофоров нижнего бьефа, каждая из которых включает триггер, первый и второй элементы индикации, входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно, входы установки в "1" и в "0" триггера модели светофора верхнего бьефа соединены с выходами третьего и пятого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соответственно, входы установки в "1" и в "0" триггера модели светофора нижнего бьефа подключены к выходам четвертого и шестого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соответственно, выходы третьего и четвертого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соединены также с вычитающими входами реверсивного счетчика импульсов модели верхнего и нижнего бьефов соответственно, второй вход четвертого и первый вход седьмого элементов ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом подключены к первому и второму входам элемента И модели камеры шлюза соответственно, дополнительно введены в модель камеры шлюза второй и третий элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом элемента И, а выходы которых подключены к входам останова третьего и четвертого генераторов случайных импульсов соответственно, в модели верхнего и нижнего бьефов - элемент И, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, выход элемента И модели верхнего и нижнего бьефов подключен к второму входу второго и третьего элементов И модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, в которую дополнительно введены десятый и одиннадцатый элементы И, прямые входы которых подключены к выходам первого и второго генераторов случайных импульсов модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, первый и второй блоки отказов и восстановлений, каждый из которых включает с первого по пятый элементы И, элемент ИЛИ, триггер, дифференцирующую цепочку, генератор случайных интервалов времени восстановления и генератор случайных последовательностей импульсов, выход которого соединен с первым входом первого и прямым входом второго элементов И, выходы которых подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого соединен с входом установки в "1" триггера и входом запуска генератора случайных интервалов времени восстановления, выход которого подключен через дифференцирующую цепочку к прямому входу третьего элемента И, выход которого соединен с входом установки в "0" триггера, прямой выход которого подключен к инверсному входу третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом останова генератора случайных последовательностей импульсов, вход запуска которого подключен к выходу пятого элемента И, прямой вход которого объединен с вторым входом первого и инверсными входами второго и четвертого элементов И и соединен с прямым выходом первого триггера модели центрального пульта управления шлюзом, выход генератора случайных интервалов времени восстановления и первый вход четвертого элемента И первого блока отказов и восстановлений подключены к инверсному входу и выходу десятого элемента И модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, выход которого соединен с первым входом элемента И модели камеры шлюза, а второй вход которой подключен к первому входу четвертого элемента И второго блока отказов и восстановлений, выход генератора случайных интервалов времени восстановления которого соединен с инверсным входом одиннадцатого элемента И модели центрального пульта управления шлюзом, выход которого подключен к второму входу элемента И модели камеры шлюза, прямой выход триггеров первого и второго блоков отказов и восстановлений соединен с вторым входом элементов И моделей верхнего и нижнего бьефов соответственно, прямые входы третьих элементов И первого и второго блоков отказов и восстановлений подключены к шестому и седьмому входам первого элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, второй вход четвертого и первый инверсный вход пятого элементов И первого и второго блоков отказов и восстановлений соединены с выходом элемента ИЛИ модели верхнего и нижнего бьефов соответственно, а второй инверсный вход пятого элемента И первого и второго блоков отказов и восстановлений подключен к выходу элемента ИЛИ модели нижнего и верхнего бьефа соответственно, выход десятого и одиннадцатого элементов И модели центрального пульта управления шлюзом соединен также с входом установки в "1" второго и третьего триггеров этой же модели, третий и четвертый блоки отказов и восстановлений, каждый из которых включает элемент задержки, дифференцирующую цепочку, элемент ИЛИ, с первого по четвертый элемент И, первый и второй триггеры, генератор случайных интервалов времени восстановления и генератор случайных последовательностей импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с входом установки в "1" первого триггера, с входом элемента задержки, выход которого подключен к прямому входу второго элемента И, выход которого соединен с входом запуска генератора случайных интервалов времени восстановления, выход которого через дифференцирующую цепочку подключен к первому входу третьего элемента И, входу установки в "0" первого триггера, прямой выход которого соединен с инверсным входом второго и первым входом четвертого элементов И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого подключен к второму входу первого элемента И и к прямому выходу второго триггера, вход установки в "0" которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход десятого и одиннадцатого элементов И модели центрального пульта управления шлюзом соединен с входом установки в "0" второго триггера и вторым входом четвертого элемента И третьего и четвертого блоков отказов и восстановлений соответственно, вход установки в "1" второго триггера и выход первого элемента И третьего блока отказов и восстановлений подключены к выходу третьего генератора случайных импульсов и второму входу второго элемента ИЛИ модели камеры шлюза соответственно, вход установки в "1" второго триггера и выход первого элемента И четвертого блока отказов и восстановлений соединены с выходом четвертого генератора случайных импульсов и вторым входом третьего элемента ИЛИ модели камеры шлюза соответственно, входы запуска третьего и четвертого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза подключены к выходам элементов ИЛИ третьего и четвертого блоков отказов и восстановлений соответственно.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых двух блоков отказов и восстановлений судоходного шлюза в режимах ожидания и формирования очереди судов, каждый из которых включает генератор случайных последовательностей импульсов, генератор случайных интервалов времени восстановления, пять элементов И, элемент ИЛИ, триггер и дифференцирующий элемент, двух блоков отказов и восстановлений судоходного шлюза при подготовке, каждый из которых включает четыре элемента И, элемент задержки, элемент ИЛИ, дифференцирующую цепочку, два триггера, генератор случайных последовательностей импульсов и генератор случайных интервалов времени восстановления, дополнительным введением в модели верхнего и нижнего бьефов элемента И, в модель камеры шлюза двух элементов ИЛИ, в модель центрального пульта управления шлюзом двух элементов И и соответствующими функциональными связями с остальными элементами устройства, что соответствует критерию новизны.

Поиск технических решений в научно-технической литературе и смежных областях техники не выявил решения, имеющего признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, что соответствует критерию изобретательский уровень.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, на фиг.2 приведена структурная схема первого и второго блоков отказов и восстановлений (судоходного шлюза в режиме ожидания и формирования очереди судов), на фиг. 3 приведена структурная схема третьего и четвертого блоков отказов и восстановлений (при подготовке судоходного шлюза). Устройство содержит модель 1 центрального пульта управления шлюзом (МЦПУШ), включающую первый 2 триггер, первый 3, второй 4, третий 5 элементы И, первый 6, второй 7 генераторы случайных импульсов, элемент 8 индикации, первый 9, второй 10, четвертый 11, пятый 12, шестой 13, седьмой 14 элементы ИЛИ, четвертый 15, пятый 16, шестой 17, седьмой 18, восьмой 19, девятый 20 элементы И, второй 23, третий 24 триггеры, модель верхнего 25 и нижнего 26 бьефов (МВБ и МНБ), включающие генератор 27 случайных импульсов, реверсивный счетчик 28 импульсов, элемент ИЛИ 29 и элемент И 30, модель светофоров верхнего 46 и нижнего 31 бьефов (МСВБ, МСНБ), включающие первый 32, второй 33 элементы индикации и триггер 34, модель 35 камеры шлюза, включающую первый 36, второй 37, пятый 38, шестой 39, третий 40, четвертый 41 генераторы случайных импульсов, первый элемент ИЛИ 42, элемент И 43, второй 44 и третий 45 элементы ИЛИ, десятый 47, одиннадцатый 48 элементы И МЦПУШ, первый 49, второй 50 блоки отказов и восстановлений (в режимах ожидания и формирования очереди судов) (БОВРОФ), каждый из которых включает триггер 51, дифференцирующую цепочку 52, генератор случайных интервалов времени восстановления 53, генератор случайных последовательностей импульсов 54, первый 55, второй 56, третий 57, четвертый 58, пятый 59 элементы И и элемент ИЛИ 60, входы - 61, 61a, 62, 63, выходы - 64, 65, 65a каждого из блоков 49, 50, третий 66, четвертый 67 блоки отказов и восстановлений (при подготовке судоходного шлюза) (БОВП), каждый из которых включает первый 68, второй 69, третий 70, четвертый 71 элементы И, первый 72, второй 73 триггеры, элемент ИЛИ 74, генератор 75 случайных последовательностей импульсов, генератор 76 случайных интервалов времени восстановления, элемент задержки 77 и дифференцирующая цепочка 78, входы - 79, 80, выходы - 81, 82 каждого из блоков 66, 67.

Генераторы 6, 7 модели 1 формируют одиночные импульсы, которые появляются после запуска на выходе через случайный временной интервал, распределенный по одинаковым или различным законам распределения. Генераторы 27 моделей 25, 26 формируют случайные импульсные последовательности, интервалы между импульсами которых распределены по определенным (различным или одинаковым) законам. Генераторы 36, 37, 38, 39, 40, 41 формируют одиночные импульсы, которые появляются на выходе после запуска через случайные временные интервалы, распределенные по принятым законам выполнения операций на шлюзах. Генераторы 53 блоков 49, 50 и генераторы 76 блоков 66, 67 формируют импульсы со случайной длительностью, величина которой распределена по определенным (различным или одинаковым) законам, что эквивалентно случайным интервалам времени восстановления (устранения отказов). Генераторы 54 блоков 49, 50 и генераторы 75 блоков 66, 67 формируют случайные последовательности импульсов (отказы), интервалы между которыми распределены по определенным (различным или одинаковым) законам.

В модели 1 вход установки в "1" триггера 2 соединен с первыми входами элементов И4, И5, с выходом элемента И3, первый вход которого подключен к элементу индикации 8, прямому выходу триггера 2 и к входу 62 блоков 49, 50, второй вход элемента И3 - к выходу элемента ИЛИ 10. Вход установки в "0" триггера 2 соединен с выходом элемента ИЛИ 9, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой входы которого подключены к выходу элементов И15, И16, И17, И20, И43, выходу 65 блоков 49, 50 соответственно. Выход элемента И 15 также соединен с первым входом элемента ИЛИ21, выход которого подключен к входу установки в "0" триггера 23. Второй вход элемента И4 соединен с первым входом элемента ИЛИ 10, с инверсными входами элементов И15, И16, первыми прямыми входами элементов И17, И18, И19 и с выходом элемента И30 модели 25, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 29, входы которого соединены с разрядным выходом реверсивного счетчика 28, суммирующий вход которого соединен с выходом генератора 27 модели 25, второй вход элемента И30 соединен с выходом 64 блока 49. Второй вход элемента И5 подключен к второму входу элемента ИЛИ 10, к инверсным входам элементов И17, И20 и к вторым входам элементов И16, И 19 и к третьему входу элемента И18, а также к выходу элемента И 30 модели 26, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 29, входы которого подключены к разрядным выходам реверсивного счетчика 28, суммирующий вход которого подключен к выходу генератора 27 модели 26, второй вход элемента И 30 соединен с выходом 64 блока 50. Вход 61 блоков 49, 50 подключен к выходу элемента ИЛИ 29 моделей 25, 26 соответственно, а вход 61a блока 49 соединен с выходом элемента ИЛИ29 модели 26, вход 61a блока 50 подключен к выходу элемента ИЛИ29 модели 25.

Выходы элементов И4, И5 соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ 13 и вторым входом элемента ИЛИ 12, выходы которых подключены соответственно к входу запуска генераторов 6, 7, входы останова которых соединены соответственно с выходами элементов ИЛИ 11, 14. Выход генератора 6 подключен к прямому входу элемента И47, инверсный вход которого соединен с выходом 65а блока 49, а выход элемента И47 подключен к входу 63 блока 49, первому входу элемента ИЛИ 14, входу 79 блока 66 и первому входу элемента И43 модели 35, входу установки в "1" триггера 23, нулевой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ21, прямой выход триггера 23 соединен с первым прямым входом элемента И15, вторым прямым входом элемента И18, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ21, а также к первому входу элементов ИЛИ 11, 12. Выход генератора 7 подключен к прямому входу элемента И48, инверсный вход которого подключен к выходу 65а блока 50, а выход элемента И 48 соединен с входом 63 блока 50, вторым входом элемента ИЛИ11, входом 79 блока 67 и с вторым входом элемента И43 модели 35, а также к входу установки в "1" триггера 24, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И20, с третьим входом элемента И 19, выход которого подключен к второму входу элементов ИЛИ 13, 14 и первому входу элемента ИЛИ22, второй вход которого подключен к выходу элемента И20, а выход элемента ИЛИ22 соединен с входом установки в "0" триггера 24. Инверсный выход триггера 23 подключен к первому прямому входу элемента И16, а инверсный выход триггера 24 соединен с вторым прямым входом элемента И17. Выход 82 блоков 66, 67 подключен к входу запуска генераторов 40, 41 модели 35 соответственно, а выходы генераторов 40, 41 модели 35 подключены соответственно к входам 80 блоков 66, 67, входам запуска генераторов 38, 39 модели 35, выходы которых соединены с входами запуска генераторов 36, 37, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 42, выход которого подключен к вторым прямым входам элементов И15, И20, к третьим прямым входам элементов И16, И17 и четвертым прямым входам элементов И18, И19 модели 1. Входы установки в "1" и "0" триггера 34 модели 46 соответственно соединены с выходами генераторов 40, 38 модели 35, а прямой и инверсный выходы триггера 34 подключены к входам элементов индикации 32, 33 модели 46 соответственно. Входы установки в "1", "0" триггера 34 модели 31 соответственно соединены с выходами генераторов 41, 39 модели 35, а прямой и инверсный выходы триггера 34 подключены к входам элементов индикации 32, 33 модели 31 соответственно. Выход генератора 40, 41 модели 35 соединен с входом 80 блоков 66, 67 и с вычитающим входом реверсивного счетчика 28 моделей 25, 26 соответственно. Выход 81 блоков 66, 67 подключен к второму входу элементов ИЛИ44, 45 модели 35 соответственно, первые входы элементов ИЛИ44, 45 соединены с выходом элемента И43 и пятым входом элемента ИЛИ 9. Выходы элементов ИЛИ 44, 45 подключены к входам останова генераторов 40, 41 соответственно. Вход 61 блоков 49, 50 подключен к второму прямому входу элемента И58 и к первому инверсному входу элемента И 59, выход которых соединен с входом останова и входом запуска генератора 54 соответственно, выход которого подключен к первому входу элемента И55 и к прямому входу элемента И 56, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 60, первый вход которого подключен к выходу элемента И55, а выход элемента ИЛИ 60 соединен с входом запуска генератора 53 и входом установки в "1" триггера 51, вход установки в "0" которого подключен к выходу элемента И 57, а прямой выход триггера 51 соединен с инверсным входом элемента И 57, вход которого подключен к выходу диффцепочки 52, вход которой соединен с выходом генератора 53 и инверсным входом элемента И47 для блока 49 (с инверсным входом элемента И48 для блока 50) модели 1. Прямой выход триггера 51, являющийся выходом 64 блока 49 (50), подключен к второму входу элемента И30 модели 25 (26). Прямой вход элемента И57, являющийся выходом 65 блока 49 (50), соединен с шестым (седьмым) входом элемента ИЛИ 9. Второй прямой вход элемента И55, прямой вход элемента И59 и инверсные входы элементов И 56, И58 блоков 49, 50 объединены и являются входом 62 этих блоков. Первый вход элемента И58, являющийся входом 63 блока 49 (50), соединен с выходом элемента И47 (48) модели 1. Второй инверсный вход элемента И 59 блока 49 (50) является входом 61a и соединен с выходом элемента ИЛИ 29 модели 26 (25). Второй вход элемента И71 и вход установки в "0" триггера 73 объединены и являются входом 79 модели 66 (67), который подключен к выходу элемента И 47 (48) модели 1. Прямой выход триггера 73 модели 66 (67) соединен с вторыми входами элементов И 68, 70, выход элемента И 68 подключен к входу установки в "1" триггера 72, через элемент задержки 77 к прямому входу элемента И69, инверсный вход которого соединен с прямым выходом триггера 72 и первым входом элемента И 71. Выход генератора 75 соединен с первым входом элемента И 68, выход элемента И 69 соединен с входом запуска генератора 76, выход которого через диффцепочку 78 подключен к входу установки в "0" триггера 72 и к первому входу элемента И70, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ74, первый вход которого подключен к выходу элемента И71. Выход генератора 40 (41) модели 35 соединен с входом установки в "1" триггера 73, являющегося входом 80 блока 66 (67). Выход элемента И68, являющийся выходом 81 блока 66 (67), подключен к второму входу элемента ИЛИ 44 (45) модели 35. Выход элемента ИЛИ 74, являющийся выходом 82 блока 66 (67), подключен к входу запуска генератора 40 (41) модели 35.

Устройство предназначено для решения следующей задачи. Судоходный шлюз в исходном состоянии находится в режиме ожидания, т. е. шлюзование судов не проводится. По мере поступления случайным образом сообщений от судов, входящих в верхний или нижний бьеф, диспетчер центрального пульта управления шлюзом (ЦПУШ) формирует очереди судов в верхнем и (или) нижнем бьефах, анализирует состав очередей судов и выбирает соответствующую стратегию шлюзования судов (сверху-вниз, снизу-вверх, двустороннее поочередное движение судов, начиная сверху-вниз или снизу-вверх и т.п.).

После анализа состава очередей судов, находящихся в бьефах шлюза, и выбора стратегии шлюзования диспетчер ЦПУШ выдает команду на подготовку камеры шлюза к приему судна. Допустим, диспетчер выбрал стратегию шлюзования двустороннего поочередного движения судов, начиная первое шлюзование сверху-вниз, а потом снизу- вверх и т.д. По завершении подготовки камеры шлюза к приему судна загорается сигнал светофора верхнего бьефа, разрешающий вход судну из верхнего бьефа в камеру шлюза, после этого судно входит в камеру шлюза, швартуется у стенки, закрываются верхние ворота шлюза и загорается сигнал светофора верхнего бьефа, запрещающий вход очередных судов в камеру шлюза. Далее проводится опорожнение камеры шлюза, открытие нижних ворот шлюза, расчаливание и выход судна в нижний бьеф. После выхода судна из камеры в нижний бьеф шлюза, диспетчер принимает решение и выдает команду на шлюзование судна снизу-вверх и после завершения подготовки камеры шлюза к приему судна загорается сигнал светофора нижнего бьефа, разрешающий вход судна из очереди нижнего бьефа в камеру шлюза. Судно из очереди нижнего бьефа входит в камеру шлюза, швартуется у стенки, закрываются нижние ворота шлюза и загорается сигнал светофора нижнего бьефа, запрещающий вход очередных судов в камеру шлюза. Далее проводится наполнение водой камеры шлюза, открытие верхних ворот шлюза, расчаливание и выход судна из камеры шлюза в верхний бьеф. После завершения выхода судна из камеры в верхний бьеф шлюза диспетчер принимает решение и выдает команду на шлюзование судна сверху-вниз. Далее процесс повторяется.

Если очередь судов формируется только в одном бьефе шлюза (верхнем или нижнем), то шлюзование осуществляется только сверху-вниз или снизу-вверх. Если очередь судов имеется только в одном бьефе шлюза и проводится их шлюзование в одну сторону и подходят суда в другой бьеф, формируя очередь, то возникает необходимость в переходе к двустороннему поочередному шлюзованию судов. Возможны и другие ситуации, некоторые из которых рассмотрены при описании работы устройства.

Вышеперечисленные процессы функционирования для абсолютно надежных судоходных шлюзов при пропуске судов могут начинаться в случайные моменты времени и протекать случайные интервалы времени, распределенные по различным законам. Однако в реальных условиях возникают отказы судоходных шлюзов как в режимах ожидания и формирования очереди судов в бьефах, так и при подготовке судоходных шлюзов для различных стратегий шлюзования, которые необходимо устранять, т.е. восстанавливать их работоспособность.

Задача устройства состоит в следующем. Моделируя с помощью устройства процессы функционирования судоходных шлюзов при разных стратегиях шлюзования и для различных законов распределения случайных временных интервалов их протекания с учетом динамики и специфики их применения, отказов и восстановлений судоходных шлюзов в режимах ожидания, формирования очереди судов в бьефах и подготовки к пропуску судов и подсчитывая статистические характеристики этих процессов по показаниям счетчиков, подключенных к различным элементам устройства, можно оценивать различные вероятностно-временные статистические показатели судоходных шлюзов, включая и показатели эксплуатационных свойств, а также исследовать влияние на них основных эксплуатационно-технических характеристик судоходных шлюзов с учетом отказов и восстановлений судоходных шлюзов в режимах ожидания, формирования очереди судов и подготовки, динамики и специфики их функционирования, обосновывать требования к ним и определять пути их обеспечения.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии триггер 2 модели 1 установлен в положение, при котором на первом входе элемента И3 имеется разрешающее напряжение, а элемент индикации 8 показывает нахождение шлюза в режиме ожидания. С прямого выхода триггера 2 модели 1 поступает разрешающее напряжение также на второй вход элемента И55 и прямой вход элемента И59 и не поступает на инверсные входы элементов И56, И58 блоков 49, 50, триггеры 23, 24 модели 1 установлены в положение, при котором на первом прямом входе элементов И15, И20, втором прямом входе элемента И18 и третьем прямом входе элемента И19 отсутствует разрешающее напряжение, триггер 34 моделей 46, 31 установлен в положение, при котором на прямом выходе имеется разрешающее напряжение, что отображается на элементе индикации 32 моделей 46, 31 (запрещающие сигналы светофоров), генераторы 6, 7 модели 1, 36, 37, 38, 39, 40, 41 модели 35, 53 блоков 49, 50, 76 блоков 66, 67 не запущены, генераторы 54 блока 49 (50), 75 блока 66 (67) запущены, реверсивный счетчик 28 моделей 25, 26 обнулены. Элементы И16 по второму, элемент И17 по первому, а элементы И4, И5 по второму прямым входам закрыты, т. к. реверсивные счетчики 28 моделей 25, 26 обнулены. Триггер 51 блока 49 (50) установлен в положение, при котором элемент И30 модели 25 (26) открыт по второму входу, а элемент И57 блока 49 (50) по инверсному входу закрыт. Триггер 72 блока 66 (67) установлен в положение, при котором элемент И69 по инверсному входу закрыт, элемент И 71 по первому входу открыт. Триггер 73 блока 66 (67) установлен в положение, при котором элементы И68, И70 по второму входу закрыты.

Устройство может работать в режимах, реализующих следующие стратегии шлюзования; пропуск судов через шлюз "сверху-вниз", т.е. шлюзование судов из верхнего бьефа; пропуск судов через шлюз "снизу-вверх", т.е. шлюзование судов из нижнего бьефа в верхний; двустороннее движение судов через шлюз, т. е. поочередное шлюзование судов сверху-вниз и снизу-вверх (или снизу-вверх и сверху-вниз); пропуск судов сначала из одного из бьефов через шлюз с последующим переходом к двустороннему поочередному шлюзованию; пропуск судов сначала с двусторонним шлюзованием и последующим переходом к одностороннему (из верхнего или нижнего бьефа). Кроме того устройство может работать как в условиях абсолютно надежного шлюза, так и при возникновении отказов в режимах ожидания, формирования очереди судов в верхнем и нижнем бьефах, а также при подготовке судоходного шлюза к пропуску судов и их устранения, т. е. восстановления работоспособности судоходного шлюза после возникновения отказов.

После включения устройства триггеры 2, 23, 24, 34, 51, 72, 73 устанавливаются в исходное состояние. На выходе триггера 2, подключенном к первому входу элемента И3 модели 1, к второму входу элемента И55 и прямому входу элемента И59 блока 49 (50) имеется разрешающее напряжение, а на инверсных входах элементов И56, И58 разрешающее напряжение отсутствует. Положительный потенциал с выхода триггера 2 модели 1 проходит через открытый элемент И59 блока 49 (50) и запускает генератор 54. На прямом выходе триггера 51 блока 49 (50), подключенном к второму входу элемента И30 модели 25 (26), имеется разрешающее напряжение, а на инверсном входе элемента И57 блока 49 (50) отсутствует, на прямых выходах триггеров 23, 24, подключенных к первым прямым входам элементов И15, И20, к второму прямому входу элемента И18 и к третьему входу элемента И19, разрешающие напряжения отсутствуют. На выходе триггера 72 блока 66 (67), подключенном к первому входу элемента И71, имеется разрешающее напряжение, а на инверсном входе элемента И69 его нет. На выходе триггера 73 блока 66 (67), подключенном к вторым входам элементов И 68, И70, разрешающего напряжения нет, генератор 75 блока 66 (67) запущен. Такое состояние устройства соответствует нахождению шлюза в режиме ожидания. В дальнейшем во всех режимах функционирование устройства поддерживается автоматически после включения раздельно или вместе генераторов 27 моделей 25, 26.

Работа устройства при шлюзовании судов из верхнего бьефа в нижний происходит следующим образом. Моделирование начинается с включения генератора 27 модели 25 (генератор 27 модели 26 выключен), который формирует случайные последовательности импульсов, адекватно отражающих законы поступления заявок от судов верхнего бьефа. Импульсы с выхода генератора 27 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 28, имитируя формирование очереди судов в верхнем бьефе. При отсутствии судов в верхнем бьефе, т.е. на выходе реверсивного счетчика импульсов 28 модели 25, отсутствует высокий потенциал и элемент И59 блока 49 будет открыт и высокий потенциал с выхода триггера 2 модели 1 через элемент И59 блока 49 запустит генератор 54, формирующий случайную последовательность импульсов, имитирующих отказы в режиме ожидания и формирования очереди судов. При появлении на выходе генератора 54 импульса, имитирующего отказ шлюза в режиме ожидания, он проходит через элементы И55 и ИЛИ 60 блока 49 и запускает генератор 53, имитирующий восстановление судоходного шлюза в режиме ожидания, и переводит триггер 51 в состояние, при котором элемент И57 блока 49 открывается, а элемент И30 модели 25 закрывается. Через случайный интервал времени восстановления равного длительности импульса на выходе генератора 53, на выходе диффцепочки 52 появляется отрицательный импульс, который проходя через открытый элемент И 57, переводит триггер 51 в исходное состояние, а проходя через шестой вход элемента ИЛИ 9 модели 1, подтверждает состояние триггера 2. Далее процесс функционирования имитируется автоматически, т. е. можно имитировать как один отказ и восстановление, так и несколько последовательных отказов и восстановлений судоходного шлюза в режиме ожидания.

При наличии хотя бы единицы (одного судна) на выходе реверсивного счетчика 28 появляется высокий потенциал, который через элемент ИЛИ 29 и открытый элемент И30 модели 25 открывает по второму входу элемент И4 модели 1 и через первый вход элемента ИЛИ 10 поступает на второй вход открытого элемента И3 и далее поступает на единичный вход триггера 2, переводя его в положение, при котором на его прямом выходе появляется низкий потенциал, элемент И3 закрывается по первому входу, элемент индикации 8 фиксирует окончание нахождения шлюза в режиме ожидания и начало режима формирования очереди судов в верхнем бьефе. Отказ и восстановление в этом режиме имитируется устройством следующим образом. Так как генератор 54 блока 49 запущен, то при появлении через случайное время на его выходе импульса, он пройдет открытый элемент И56, ИЛИ60 и запустит генератор 53, переведет триггер 51 в состояние, при котором элемент И30 модели 25 закроется, а элемент И57 блока 49 откроется. Элемент И47 модели 1 будет закрыт напряжением с выхода генератора 53. По окончании импульса на выходе генератора 53 появляется на выходе диффцепочки 52 отрицательный импульс, который проходя через открытый элемент И57, переводит триггер 51 в исходное состояние. Одновременно импульс с выхода диффцепочки 52 поступает через шестой вход элемента ИЛИ9 на нулевой вход триггера 2 модели 1, переводя его в состояние, при котором высокий потенциал с выхода элемента И3 одновременно поступает на первый вход элементов И4, И5. Так как элемент И5 по второму входу закрыт, потому что на выходе элементов ИЛИ29, И30 модели 26 нулевой потенциал, то на выходе элемента И5 сигнала не будет и генератор 7 не будет запущен. Так как элемент И4 по второму входу открыт, то сигнал (высокий потенциал), поступивший с выхода элемента И3 на первый вход открытого элемента И4, проходит через первый вход элемента ИЛИ 13 и запускает генератор 6 модели 1. Если отказ возник после запуска генератора 6 модели 1 и импульс на его выходе появился, спустя некоторое время, то импульс с выхода генератора 54 блока 49 пройдет через открытый элемент И56, ИЛИ 60 и запустит генератор 53, напряжение с выхода которого закрывает элемент И47 модели 1, пока не закончится импульс на выходе генератора 53, т. е. через время восстановления шлюза. По окончании импульса на выходе генератора 53 на выходе диффцепочки появляется импульс, который проходит через шестой вход элемента ИЛИ 9 и переводит триггер 2 в состояние, при котором положительный потенциал с выхода элемента ИЛИ 29, И30 модели 26 поступает через элемент И 4 модели 25 и элемент ИЛИ 13 на вход запуска генератора 6. Если другой отказ не возник или восстановление уже закончилось, то импульс с выхода генератора 6 поступит через элементы И47 модели 1, И58 блока 49 и остановит генератор 54. Этот импульс также поступает на вход 79 блока 66. Далее устройство функционирует по вышеописанной схеме. Если импульс с выхода генератора 6 пришел во время восстановления, то только после восстановления, т.е. окончания импульса на выходе генератора 53, элемент И47 открывается и устройство далее работает по вышеописанной схеме. Если восстановление прошло до появления импульса с выхода генератора 6, то импульс с выхода генератора 6, пройдя открытые элементы И47 модели 1 и И58 блока 49, остановит генератор 54 блока 49, исключая тем самым нахождение устройства одновременно в двух и более режимах. Через некоторое случайное время на выходе генератора 6 (если не было отказа или он устранен) через открытый элемент И47 модели 1 появляется одиночный импульс, имитирующий момент принятия решения и выдачи разрешения на шлюзование судов сверху-вниз диспетчером центрального пульта управления шлюзом. Этот импульс с выхода элемента И47 модели 1, пройдя элемент И58 блока 49, остановит генератор 54 и переведет триггер 23 модели 1 в положение, при котором открыты по первому входу элемент И 15 и по второму входу элемент И18, поступает через первый вход элемента ИЛИ 14 на вход останова генератора 7, на вход установки в "0" триггера 73 блока 66, переводя его в состояние, при котором элементы И68, И70 открываются по второму входу, и также запускает через открытый элемент И71 и ИЛИ 74 блока 66 (если не возник отказ в режиме подготовки) генератор 40 модели 35, на выходе которого через некоторое случайное время, адекватное времени подготовки систем шлюза к пропуску судов сверху-вниз, появляется одиночный импульс, который запускает генератор 38 и, поступив на единичный вход триггера 34 модели 46, переводит в положение, при котором на его инверсном выходе появляется высокий потенциал, и элемент индикации 33 имитирует разрешающий сигнал для входа судна из верхнего бьефа в камеру шлюза. Этот импульс поступает также на вычитающий вход реверсивного счетчика импульсов 28 модели 25, имитируя тем самым выход судна из очереди верхнего бьефа. Через некоторое случайное время после запуска генератора 38, пропорциональное времени входа судна в камеру шлюза, швартовке судна и закрытию верхних ворот шлюза, на выходе генератора 38 появляется импульс, который поступая на нулевой вход триггера 34 модели 46, переводит его в положение, при котором изменяется отображение элементов индикации 32, 33, соответствующее запрещающему сигналу светофора для входа судна в камеру шлюза. Импульс с выхода генератора 38 запускает также генератор 36, который через некоторое случайное время, адекватное времени опорожнения камеры шлюза, открытия нижних ворот, расчаливания судна и выхода в нижний бьеф, выдает одиночный импульс, который через первый вход элемента ИЛИ 42 поступает на вторые прямые входы элементов И15, на третьи прямые входы элементов И16, И17 и на четвертые прямые входы элементов И18, И19, Так как элемент И15 закрыт по инверсному входу (если в очереди верхнего бьефа есть хотя бы одно судно), элемент И18 по третьему прямому входу (т.к. на выходе элементов ИЛИ29, И30 модели 26 нулевой потенциал), элемент И16 закрыт по всем входам, элемент И17 открыт по всем входам и импульс с выхода элемента ИЛИ 42 модели 35, поступив на третий вход открытого элемента И17 и пройдя через третий вход элемента ИЛИ 9, переводит триггер 2 в положение, при котором высокий потенциал появляется на первом входе элемента И3, т.е. устройство перешло в режим ожидания. Далее устройство работает автоматически при шлюзовании судов сверху-вниз, т.е. рассмотренный цикл повторяется. Появление отказов и восстановлений судоходного шлюза в режиме подготовки реализуется устройством следующим образом. Пришедший импульс с выхода элемента И47 модели 1 переводит триггер 73 блока 66 в состояние, при котором элементы И68, И70 открываются, и поступает через элементы И71 и ИЛИ 74 на вход запуска генератора 40 модели 35. Так как генератор 75 блока 66 запущен при включении устройства, то появление импульса на выходе элемента И68 имитирует появление отказа в режиме подготовки. Этот импульс, пройдя элемент ИЛИ 44 модели 1, остановит генератор 40 модели 35, переведет триггер 72 блока 66 в состояние, при котором закрывается элемент И71 и открывается элемент И69, и импульс с выхода генератора 75 через элемент И68, элемент задержки 77 и элемент И69 запустит генератор 76, на его выходе появляется импульс случайной длительности, имитирующий случайное время восстановления в режиме подготовки, по окончании которого на выходе диффцепочки 78 образуется отрицательный импульс, который поступит на вход установки в "0" триггера 72 и на первый вход элемента И70, пройдя его и элемент ИЛИ74, запустит генератор 40 модели 1, что эквивалентно окончанию восстановления и началу подготовки шлюза после восстановления. Отказы и восстановления возможны многократно, пока не завершится подготовка шлюза, т. е. пока не появится импульс на выходе генератора 40 модели 35. Далее устройство работает аналогично описанному.

При шлюзовании последнего судна из очереди верхнего бьефа импульс с выхода элемента ИЛИ 42 поступает через второй прямой вход открытого по первому прямому и инверсному входам элемента И15 и через первый вход элемента ИЛИ 9 на вход установки в "0" триггера 2, переводя его в положение, при котором элемент И3 открывается по первому входу. Высокий потенциал с выхода триггера 2 модели 1 через открытый элемент И59 блока 49 запускает генератор 54, имитируя тем самым отказы в режиме ожидания шлюза и при формировании очереди судов в верхнем бьефе. Одновременно импульс с выхода элемента И 15 поступает через элемент ИЛИ 21 на нулевой вход триггера 23, переводя его в исходное состояние. Таким образом, триггеры 2, 23, 24 модели 1, 51 блока 49 и 72, 73 блока 66 находятся в исходном состоянии и устройство переведено в режим, соответствующий режиму ожидания шлюза.

Работа устройства при шлюзовании судов из нижнего бьефа в верхний происходит следующим образом. Моделирование начинается с запуска генератора 27 модели 26 (генератор 27 модели 25 выключен), который формирует последовательности случайных импульсов, адекватно отражающих законы поступления заявок от судов нижнего бьефа. Импульсы с выхода генератора 27 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 28 модели 26, имитируя формирование очереди судов в нижнем бьефе. При отсутствии судов в нижнем бьефе, т. е. на выходе реверсивного счетчика 28 модели 26 отсутствует высокий потенциал и элемент И59 блока 50 открыт и высокий потенциал с выхода триггера 2 через элемент И59 блока 50 запускает генератор 54, формирующий случайную последовательность импульсов, имитирующих отказы судоходного шлюза в режиме ожидания и формирования очереди судов в нижнем бьефе. При появлении на выходе генератора 54 импульса он проходит через элементы И55 и ИЛИ60 блока 50 и запускает генератор 53, имитирующего восстановление шлюза в режиме ожидания и формирования очереди судов в нижнем бьефе, и переводит триггер 51 в состояние, при котором элемент И30 модели 26 закрыт, а элемент И57 блока 50 открыт. Через случайный интервал времени восстановления, равного длительности импульса генератора 53, на выходе диффцепочки 52 появляется отрицательный импульс, который переводит триггер 51 в исходное состояние и через седьмой вход элемента ИЛИ9 подтверждает состояние триггера 2. Далее процесс повторяется, т. е. могут имитироваться как одиночные, так и последовательные отказы и восстановления. При наличии хотя бы единицы на реверсивном счетчике 28 (одного судна) модели 26, на его выходе появляется высокий потенциал, который через элементы ИЛИ 29, И30 модели 26 открывает по второму входу элемент И5 и через второй вход элемента ИЛИ 10 поступает на второй вход открытого элемента И3 и далее на единичный вход триггера 2, переводит его в положение, при котором на его прямом выходе появляется низкий потенциал, и элемент И3 закрывается по первому входу, элемент индикации 8 фиксирует окончание нахождения шлюза в режиме ожидания и начало формирования очереди судов в нижнем бьефе. Высокий потенциал с выхода элемента И3 одновременно поступает на первый вход элементов И4, И5. Так как элемент И4 по второму входу закрыт, потому что на выходе реверсивного счетчика 28 модели 25 нулевой потенциал, то на выходе элемента И4 не будет сигнала и через элемент ИЛИ 13 генератор 6 не будет запущен. Так как элемент И5 по второму входу открыт, то высокий потенциал, поступивший с выхода элемента И3 на первый вход элемента И5, передается через второй вход элемента ИЛИ 12 на вход запуска генератора 7. Если отказ возник после запуска генератора 7, то импульс с выхода генератора 54 блока 50 пройдет через открытый элемент И56 и элемент ИЛИ60, запустит генератор 53 и напряжение с его выхода закроет элемент И48 модели 1 до тех пор, пока не закончится импульс на выходе генератора 53, т. е. через время, эквивалентное времени восстановления. Если импульс с выхода генератора 7 пришел во время восстановления, то он теряется и только после окончания импульса на выходе генератора 53 на выходе диффцепочки 52 появляется импульс, который проходя элемент И57, переводит триггер 51 в состояние, при котором элемент И30 модели 26 открывается, этот же импульс, поступая через элемент ИЛИ9 на вход установки в "0" триггера 2, приводя его в исходное состояние, и положительный потенциал с выхода элемента ИЛИ29 через открытый элемент И30 модели 26, поступает на второй вход элемента И5 и через элемент ИЛИ 12 запускает генератор 7, и если элемент И48 будет открыт (отказ не возник или восстановление завершилось), то на выходе генератора 7 появится импульс, который пройдет через элемент И48 модели 1 и через элемент И58 блока 50, остановит генератор 54, а также поступит на вход 79 блока 67. Через некоторое случайное время на выходе генератора 7 (если не было отказов или если они появились, но устранены), появляется одиночный импульс, который проходит элемент И48, имитируя принятие решения и выдачу разрешения на шлюзование судна снизу-вверх диспетчером центрального пульта управления шлюзом. Импульс с выхода генератора 7, пройдя элемент И48, также переводит триггер 24 модели 1 в положение, при котором открыты по первому прямому входу элемент И20 и по третьему прямому входу элемент И19, поступает через элемент ИЛИ 11 на вход останова генератора 6. Этот импульс поступает также через (вход 63) элемент И58 блока 50 на останов генератора 54 и на (вход 79) вход установки в "0" триггера 73, второй вход элемента И71 и через элемент ИЛИ74 блока 67 запускает генератор 41 модели 35, на выходе которого через некоторое случайное время, адекватное времени подготовки систем шлюза к пропуску судов снизу-вверх (если при подготовке не возникали отказы), появляется импульс. Этот импульс поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 28 модели 26, имитируя тем самым выход судна из очереди нижнего бьефа. Появление отказов и восстановлений судоходного шлюза в режиме подготовки реализуется устройством следующим образом. Пришедший импульс с выхода элемента И48 модели 1 переводит триггер 73 блока 67 в состояние, при котором элементы И 68, И70 открываются, и поступает через элементы И71, ИЛИ74 блока 67 на вход запуска генератора 41 модели 35, если еще отказ не произошел. При возникновении отказа, т. е. появлении импульса на выходе генератора 75 блока 67 (так как он запущен вместе с генератором 27 модели 26), после запуска генератора 41 импульс с выхода генератора 75 блока 67 через открытый элемент И 68 блока 67 и элемент ИЛИ 45 модели 35 остановит генератор 41. Этот импульс перебросит триггер 72 в состояние, при котором элемент И71 закроется, И69 откроется и поступит через элемент задержки 77 и элемент И69 на вход запуска генератора 76, на выходе которого формируется импульс случайной длительности, адекватный случайному интервалу времени восстановления, по окончании которого перепад напряжения на выходе генератора 76 вызовет появление на выходе диффцепочки 78 отрицательного импульса, который перебросит триггер 72 в исходное состояние и через открытый элемент И70 и ИЛИ74 запустит генератор 41, имитируя тем самым продолжение подготовки шлюза. Если наступит очередной отказ, то устройство будет работать аналогично. При устранении последнего отказа, возникшего в режиме подготовки, и его завершения импульс с выхода генератора 41 поступает на вход установки "1" триггера 73 блока 67, закрывая тем самым элементы И68, И70 и исключая одновременное нахождение устройства в режимах отказа, восстановления и подготовки. Импульс с выхода генератора 41 поступает также на вход запуска генератора 39 и единичный вход триггера 34 модели 31, переводя его в положение, при котором на инверсном его выходе появляется высокий потенциал и элемент индикации 33 имитирует разрешающий сигнал светофора для входа судна из нижнего бьефа в камеру шлюза. Через некоторое случайное время после запуска генератора 39, адекватное времени входа судна в камеру шлюза из нижнего бьефа, швартовке судна и закрытию нижних ворот шлюза, на выходе генератора 39 появляется импульс, который поступает на нулевой вход триггера 34 модели 31, переводит его в положение, при котором изменяется отображение элементов индикации 32, 33 модели 31, соответствующее запрещающему сигналу для входа судов в камеру шлюза. Импульс с выхода генератора 39 запускает генератор 37, который через некоторое случайное время, адекватное времени наполнения камеры шлюза, открытия верхних ворот шлюза, расчаливания и выхода судна из камеры шлюза в верхний бьеф, формирует импульс, который через второй вход элемента ИЛИ 42 поступает на вторые прямые входы элементов И15, И20, и третьи прямые входы элементов И16, И17 и четвертые прямые входы элементов И18, И19. Так как элемент И15 закрыт по первому прямому входу, элемент И18 закрыт по первому и второму прямому входам, элемент И19 - по первому прямому входу, а элемент И20 - по инверсному входу, элемент И16 открыт по всем входам. Импульс с выхода элемента ИЛИ 42 модели 35, поступив на третий вход элемента И16, проходит через второй вход элемента ИЛИ 9 и переводит триггер 2 в положение, при котором высокий потенциал появляется на первом входе элемента И3, т. е. устройство переведено в режим, соответствующий режиму ожидания шлюза. Далее устройство работает автоматически при шлюзовании судов снизу-вверх, т.е. рассмотренный цикл повторяется.

При обслуживании последнего судна из очереди нижнего бьефа импульс с выхода элемента ИЛИ 42 поступает через второй прямой вход открытого по первому прямому и инверсному входам элемента И20 и через четвертый вход элемента ИЛИ 9 на вход установки в "0" триггера 2, переводя его в положение, при котором элемент И3 открывается по первому входу. Высокий потенциал с выхода триггера 2 модели 1 через открытый элемент И59 блока 50 запускает генератор 54, имитируя тем самым отказы в режиме ожидания и формирования очереди судов в нижнем бьефе. Одновременно импульс с выхода элемента И20 поступает через элемент ИЛИ 22 на нулевой вход триггера 24, переводя его в исходное состояние.

Таким образом, триггеры 2, 23, 24 модели 1, 51 блока 50, 72, 73 блока 67 находятся в исходном состоянии и устройство перешло в режим ожидания и последующего формирования очереди судов.

Работа устройства при двустороннем шлюзовании судов через шлюз происходит следующим образом. Моделирование начинается с одновременного запуска генератора 27 моделей 25 и 26, 54 блоков 49 и 50, 75 блоков 66 и 67. Эти генераторы выдают последовательности случайных импульсов и интервалов времени восстановления, адекватно отражающих законы поступления заявок от судов верхнего и нижнего бьефов на прохождение шлюза, законы наступления отказов и законы распределения времени восстановления шлюза в режимах ожидания и формирования очереди судов соответственно. Импульсы с выхода генератора 27 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 28 моделей 25, 26, имитируя формирование очереди судов в верхнем и нижнем бьефах. При наличии очереди судов (хотя бы по одному) в верхнем и нижнем бьефах на выходе реверсивных счетчиков 28 моделей 25, 26 появляется высокий потенциал, который через элементы ИЛИ 29, И30 открывает по второму входу элементы И4, И5 соответственно и через элемент ИЛИ 10 и открытый элемент И3 поступает на единичный вход триггера 2, переводя его в положение, при котором элемент И3 закрывается по первому входу, элемент индикации 8 фиксирует окончание нахождения шлюза в режиме ожидания. Высокий потенциал с выхода элемента И3 одновременно поступает на первый вход элементов И4 и И5, открытых по второму входу высоким потенциалом с выхода реверсивных счетчиков 28 через элемент ИЛИ 29, И30 моделей 25, 26, и передается через элементы ИЛИ 13, 12 на вход запуска генераторов 6, 7 соответственно. Через некоторое случайное время на выходе одного из генераторов 6 или 7 появляется импульс, имитирующий момент принятия диспетчером ЦПУШ решения и разрешения на шлюзование судов по выбранной стратегии.

В принципе на выходе генераторов 6 и 7 импульсы могут появиться одновременно (хотя такое событие маловероятно). Для исключения такого события в устройство введен элемент И43 в модели 35. На выходе элемента И43 сигнал появится только тогда, когда на его входах будут одновременно импульсы от генераторов 6 и 7. Сигнал с выхода элемента И43 поступит на вход останова генераторов 40, 41, исключая тем самым появление импульсов на их выходах, т.е. двойное шлюзование судов, а также через пятый вход элемента 9 на нулевой вход триггера 2, переводя его в исходное состояние.

Для конкретности предположим, что первым появился импульс на выходе генератора 6 (диспетчером выбрана стратегия шлюзования "сверху-вниз, снизу-вверх"). Если первым появился импульс на выходе генератора 7, то выбрана стратегия шлюзования "снизу-вверх, сверху-вниз". Импульс с выхода генератора 6 проходит открытый элемент И47, поступая через элемент ИЛИ 14 на вход останова генератора 7, прекращает его работу, а поступая на единичный вход триггера 23, переводит его в положение, при котором элемент И 15 открыт по первому прямому входу, но закрыт по инверсному входу с выхода модели 25, элемент И18 открыт по второму входу - с прямого выхода триггера 23, по первому прямому входу - с выхода модели 25, а по третьему входу - с выхода модели 26. Импульс с выхода генератора 6 через открытый элемент И47 также поступает на вход 79 блока 66, переводя триггер 73 в состояние, при котором элементы И68, И70 открываются, и этот же импульс, пройдя открытый элемент И71 и ИЛИ 74, запускает генератор 40. Далее устройство работает как описано при шлюзовании сверху-вниз. Импульс с выхода элемента ИЛИ 42 поступает на четвертый вход открытого элемента И18 и через элемент ИЛИ 11 поступает на вход останова генератора 6, а через элемент ИЛИ 12 - для запуска генератора 7, а также через элемент ИЛИ21 на нулевой вход триггера 23, переводя его в положение, при котором элемент И15 закрывается по первому прямому входу, а элемент И18 - по второму входу. Импульс с выхода генератора 7 через открытый элемент И48 поступает через элемент ИЛИ 11 на вход останова генератора 6, дублируя его останов. Далее устройство работает, как описано при шлюзовании снизу-вверх. Импульс с выхода элемента ИЛИ 42 поступает на четвертый вход элемента И19, открытого по всем входам, и через элемент ИЛИ 13 запускает генератор 6, а через элемент ИЛИ 14 останавливает генератор 7, а также поступая через элемент ИЛИ 22, на нулевой вход триггера 24, переводит его в положение, при котором элемент И20 закрывается по первому прямому входу, а элемент И19 - по третьему входу. Далее устройство работает автоматически по изложенной схеме до тех пор, пока в одном из бьефов шлюза не будет очереди судов, т. е. реверсивный счетчик 28 модели 25 или 26 на выходе будет иметь нулевой потенциал. При наличии очереди судов в одном из шлюзов устройство работает также автоматически по вышеописанным схемам.

Допустим реверсивный счетчик 28 модели 26 на выходе имеет нулевой потенциал (т.е. закончилось изъятие последнего судна из очереди нижнего бьефа и судно входит в камеру), а реверсивный счетчик 28 модели 25 на выходе имеет высокий потенциал (т.е. в верхнем бьефе есть еще очередь судов). В этом случае устройство работает следующим образом. Импульс с выхода генератора 41 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 28 модели 26, имитируя выход последнего судна из очереди нижнего бьефа, в результате чего на выходе реверсивного счетчика 28 модели 26 появляется нулевой потенциал, который через элемент ИЛИ 29 открывает по первому инверсному входу элемент И59, но он закрыт по второму инверсному входу (для исключения одновременного нахождения устройства в состоянии отказа и восстановления и шлюзования снизу-вверх), закрывает элемент И58 блока 67, а через элементы ИЛИ29, И30 модели 26 закрывает элементы И3, И5 И16, И19 по второму входу, элемент И18 - по третьему входу, и открывает по инверсному входу элемент И20 (по первому прямому входу открыт триггером 24), элемент И17 закрыт по второму прямому входу низким потенциалом с инверсного выхода триггера 24. Тогда импульс с выхода элемента ИЛИ 42, имитирующий проход шлюза судном из очереди нижнего бьефа, пройдет через открытый элемент И20, четвертый вход элемента ИЛИ 9 на нулевой вход триггера 2, переводя его в исходное состояние, а пройдя через элемент ИЛИ22, переведет триггер 24 также в исходное состояние. Аналогично работает устройство, когда на выходе реверсивного счетчика 28 модели 25 появится нулевой потенциал, а на выходе реверсивного счетчика 28 модели 25 имеется высокий потенциал, импульс с выхода элемента ИЛИ42, имитирующий проход шлюза последним судном из очереди верхнего бьефа, пройдет на второй вход открытого элемента И15. Далее устройство работает автоматически, как описано при шлюзовании снизу-вверх. При обслуживании последнего судна из очереди нижнего бьефа импульс с выхода элемента ИЛИ42 поступает через второй прямой вход открытого элемента И20 и через четвертый вход элемента ИЛИ9 на вход установки в "0" триггера 2, переводя его в исходное состояние, высокий потенциал с выхода которого, пройдя через открытый элементы И59 блоков 49, 50, запустит генератор 54 этих блоков, т.е. в исходное состояние. Одновременно импульс с выхода элемента И20 поступит через элемент ИЛИ22 на нулевой вход триггера 24, переводя его в исходное состояние, Таким образом, триггеры 2, 23, 24, 51, 72, 73, генераторы 6, 7, 53, 54, 75, 76 находятся в исходном состоянии и устройство готово к функционированию. Остальные режимы функционирования устройства аналогичны рассмотренным, включая возникновения отказов и их устранения в режимах ожидания, формирования очереди судов в верхнем и нижнем бьефах, а также подготовки шлюза для различных стратегий пропуска судов.

Статистические характеристики процессов функционирования судоходных шлюзов с учетом динамики и специфики их применения, а также отказов и восстановлений в режимах ожидания, формирования очереди судов в бьефах и при подготовке шлюза к пропуску судов могут быть определены по показаниям счетчиков, подключенных к различным элементам устройства. Полученные статистические характеристики для различных законов распределения случайных временных интервалов протекания процессов функционирования судоходных шлюзов с учетом динамики и специфики их применения, а также отказов и восстановлений в режимах ожидания, формирования очереди судов в бьефах и при подготовке шлюза к пропуску судов для различных стратегий шлюзования позволяют решать задачи оценивания, прогнозирования и обеспечения показателей эксплуатационных свойств (например, эффективности, готовности, надежности, эксплуатационной технологичности и др. ) судоходных шлюзов как на этапах разработки перспективных, так и совершенствования существующих.

Таким образом, как видно из описания работы устройства, достигается указанный технический результат.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 1705833, кл. G 06 F 15/20, 1992.

2. Патент РФ N 2123719, кл. G 06 F 17/00.

Формула изобретения

Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, содержащее модель центрального пульта управления шлюзом, включающую с первого по третий триггеры, с первого по восьмой элементы ИЛИ, первый и второй генераторы случайных импульсов, элемент индикации, с первого по девятый элементы И, причем выход первого элемента И соединен с первым входом второго и третьего элементов И, входом установки в "1" первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И и входом элемента индикации, вход установки в "0" первого триггера подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход первого элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И подключен к инверсным входам четвертого и пятого, к первым прямым входам шестого, седьмого и восьмого элементов И и к первому входу второго элемента ИЛИ, выходы четвертого, пятого, шестого элементов И подключены к первому, второму, третьему входам первого элемента ИЛИ соответственно, выход четвертого элемента И также соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "0" второго триггера, прямой выход которого соединен с первым прямым входом четвертого и вторым входом седьмого элементов И, а инверсный выход второго триггера подключен к первому прямому входу пятого элемента И, выход седьмого элемента И соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, с первым входом четвертого и пятого элементов ИЛИ, выходы которых соединены с входом останова первого и входом запуска второго генераторов случайных импульсов соответственно, выход второго элемента И подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом запуска первого генератора случайных импульсов, выход третьего элемента И подключен к второму входу пятого элемента ИЛИ, а второй вход третьего элемента И соединен с инверсным входом шестого и девятого, с вторым прямым входом пятого и восьмого, с третьим входом седьмого элементов И и с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход восьмого элемента И соединен с вторым входом шестого и седьмого элементов ИЛИ, с первым входом восьмого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "0" третьего триггера, прямой выход которого соединен с прямым первым входом девятого и третьим входом восьмого элементов И, а инверсный выход третьего триггера подключен к второму прямому входу шестого элемента И, выход седьмого элемента ИЛИ подключен к входу останова второго генератора случайных импульсов, выход девятого элемента И подключен к четвертому входу первого и второму входу восьмого элементов ИЛИ, модель камеры шлюза, включающую с первого по шестой генераторы случайных импульсов, элемент И, первый элемент ИЛИ, причем выходы первого и второго генераторов случайных импульсов соединены с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ соответственно, выход которого соединен с вторым прямым входом четвертого и девятого элементов И, с третьим прямым входом пятого и шестого и с четвертым входом седьмого и восьмого элементов И модели центрального пульта управления шлюзом, выход элемента И модели камеры шлюза подключен к пятому входу первого элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом, выходы третьего и четвертого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соединены с входом запуска пятого и шестого генераторов случайных импульсов соответственно, выходы которых подключены к входам запуска первого и второго генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соответственно, модель верхнего бьефа, модель нижнего бьефа, каждая из которых включает элемент ИЛИ, реверсивный счетчик импульсов и генератор случайных импульсов, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика импульсов, разрядные выходы которого подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, модель светофоров верхнего бьефа, модель светофоров нижнего бьефа, каждая из которых включает триггер, первый и второй элементы индикации, входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно, входы установки в "1" и в "0" триггера модели светофора верхнего бьефа соединены с выходами третьего и пятого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соответственно, входы установки в "1" и в "0" триггера модели светофора нижнего бьефа подключены к выходам четвертого и шестого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соответственно, выходы третьего и четвертого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза соединены также с вычитающим входом реверсивного счетчика импульсов моделей верхнего и нижнего бьефов соответственно, второй вход четвертого и первый вход седьмого элементов ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом подключены к первому и второму входам элемента И модели камеры шлюза соответственно, отличающееся тем, что дополнительно введены в модель камеры шлюза второй и третий элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом элемента И, а выходы которых подключены к входам останова третьего и четвертого генераторов случайных импульсов соответственно, в модели верхнего и нижнего бьефов введен элемент И, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, выход элемента И модели верхнего и нижнего бьефов подключен к второму входу второго и третьего элементов И модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, в которую дополнительно введены десятый и одиннадцатый элементы И, прямые входы которых подключены к выходам первого и второго генераторов случайных импульсов модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, выход десятого элемента И соединен с входом установки в "1" второго триггера и с первым входом седьмого элемента ИЛИ, выход одиннадцатого элемента И подключен к входу установки в "1" третьего триггера и второму входу четвертого элемента ИЛИ, первый и второй блоки отказов и восстановлений, каждый из которых включает с первого по пятый элементы И, элемент ИЛИ, триггер, дифференцирующую цепочку, генератор случайных интервалов времени восстановления и генератор случайных последовательностей импульсов, выход которого соединен с первым входом первого и прямым входом второго элементов И, выходы которых подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого соединен с входом установки в "1" триггера и входом запуска генератора случайных интервалов времени восстановления, выход которого подключен через дифференцирующую цепочку к прямому входу третьего элемента И, выход которого соединен с входом установки в "0" триггера, прямой выход которого подключен к инверсному входу третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом останова генератора случайных последовательностей импульсов, вход запуска которого подключен к выходу пятого элемента И, прямой вход которого объединен с вторым входом первого и инверсными входами второго и четвертого элементов И соединен с прямым выходом первого триггера модели центрального пульта управления шлюзом, выход генератора случайных интервалов времени восстановления и первый вход четвертого элемента И первого блока отказов и восстановлений подключены к инверсному входу и выходу десятого элемента И модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, выход генератора случайных интервалов времени восстановления и первый вход четвертого элемента И второго блока отказов и восстановлений соединен с инверсным входом и выходом одиннадцатого элемента И модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, прямой выход триггеров первого и второго блоков отказов и восстановлений соединен с вторым входом элементов И моделей верхнего и нижнего бьефов соответственно, прямые входы третьих элементов И первого и второго блоков отказов и восстановлений подключены к шестому и седьмому входам первого элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, второй вход четвертого и первый инверсный вход пятого элементов И первого и второго блоков отказов и восстановлении соединены с выходом элемента ИЛИ моделей верхнего и нижнего бьефов соответственно, а второй инверсный вход пятого элемента И первого и второго блоков отказов и восстановлений подключен к выходу элемента ИЛИ моделей нижнего и верхнего бьефа соответственно, введены третий и четвертый блоки отказов и восстановлений, каждый из которых включает элемент задержки, дифференцирующую цепочку, элемент ИЛИ, с первого по четвертый элемент И, первый и второй триггеры, генератор случайных интервалов времени восстановления и генератор случайных последовательностей импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с входом установки в" 1" первого триггера, с входом элемента задержки, выход которого подключен к прямому входу второго элемента И, выход которого соединен с входом запуска генератора случайных интервалов времени восстановления, выход которого через дифференцирующую цепочку подключен к первому входу третьего элемента И, входу установки в "0" первого триггера, прямой выход которого соединен с инверсным входом второго и первым входом четвертого элементов И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого подключен к второму входу первого элемента И и к прямому выходу второго триггера, вход установки в "0" которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход десятого и одиннадцатого элементов И модели центрального пульта управления шлюзом соединен с входом установки в "0" второго триггера и вторым входом четвертого элемента И третьего и четвертого блоков отказов и восстановлений соответственно, вход установки в "1" второго триггера и выход первого элемента И третьего блока отказов и восстановлений подключены к выходу третьего генератора случайных импульсов и второму входу второго элемента ИЛИ модели камеры шлюза соответственно, вход установки в "1" второго триггера и выход первого элемента И четвертого блока отказов и восстановлений соединены с выходом четвертого генератора случайных импульсов и вторым входом третьего элемента ИЛИ модели камеры шлюза соответственно, входы запуска третьего и четвертого генераторов случайных импульсов модели камеры шлюза подключены к выходам элементов ИЛИ третьего и четвертого блоков отказов и восстановлений соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3