УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДВУХКАМЕРНОГО СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА
DEVICE FOR SIMULATING PROCESSES OF TWO-CHAMBERED SHIPPING LOCK FUNCTIONING

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании процессов функционирования двухкамерных судоходных шлюзов при различных стратегиях движения судов через двухкамерный судоходный шлюз с учетом отказов и восстановлений при подготовке, динамики и специфики его применения, а также управления длинной очередей судов в верхнем и нижнем бьефах за счет переключения камер шлюза и изменения скорости шлюзования.
Из уровня техники известно устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов [Патент РФ №2123719, кл. G06F 17/00, 1998], содержащее модель центрального пульта управления шлюзом, модель камеры шлюза, модель верхнего бьефа, модель нижнего бьефа, модель светофоров верхнего бьефа, модель светофоров нижнего бьефа и связи между ними.
Однако данное устройство позволяет моделировать только отдельные процессы функционирования, характерные для однокамерных судоходных шлюзов при судопропуске. В то же время это устройство не позволяет моделировать процессы формирования и управления очередью судов в верхнем и нижнем бьефах двухкамерных судоходных шлюзов, а также процессы случайного выбора диспетчером центрального пульта управления двухкамерным шлюзом различных стратегий шлюзования (обслуживания) судов и процессы непосредственного шлюзования судов через двухкамерные шлюзы, а именно управление светофорами двухкамерного шлюза, переключение камер двухкамерного шлюза (изменение скорости шлюзования) в зависимости от длины очереди судов в бьефах, подготовку систем камер двухкамерного шлюза, открытие и закрытие верхних и нижних ворот камер шлюза, наполнение и опорожнение камер шлюза, вход судов в камеры шлюза в зависимости от длины очереди судов в бьефах, швартовку, расчаливание и выход судов из камер двухкамерного шлюза.
Наиболее близким к изобретению является устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов [Патент РФ 2207626, кл. G06N 1/00, 2002 г.], содержащее модель центрального пульта управления шлюзом, включающую с первого по третий триггеры, с первого по девятый элементы И, с первого по третий элементы ИЛИ, первый и второй генераторы случайных импульсов и элемент индикации, 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 входом элемента индикации и первым входом первого элемента И, выходы четвертого и пятого элементов И подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ соответственно, выход которого соединен с входом установки в "0" первого триггера, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход первого генератора случайных импульсов подключен к входу установки в "0" второго триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом шестого элемента И, а единичный выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выход второго генератора случайных импульсов соединен с входом установки в "0" третьего триггера, нулевой выход которого подключен к первому входу седьмого элемента И, единичный выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, выход третьего элемента ИЛИ подключен к вторым входам четвертого и пятого элементов И, модель камер шлюза, включающую элемент И, причем первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго генераторов случайных импульсов модели центрального пульта управления шлюзом, модель верхнего бьефа, модель нижнего бьефа, каждая из которых включает элемент ИЛИ, реверсивный счетчик импульсов, генератор случайных импульсов, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика импульсов, причем выход элемента ИЛИ модели верхнего бьефа соединен с вторым входом второго элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом, выход элемента ИЛИ модели нижнего бьефа соединен с вторым входом третьего элемента И и вторым входом второго элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом, модель светофоров первой камеры шлюза, модель светофоров второй камеры шлюза, каждая из которых включает триггер, первый и второй элементы индикации, входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно.
Дополнительно введены первая и вторая модели переключения камер шлюза, каждая из которых включает элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, с первого по четвертый элементы И, триггер, единичный выход которого соединен с инверсным входом первого и первыми прямыми входами второго и третьего элементов И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, выход четвертого элемента И подключен через первый элемент задержки к прямому входу первого и второму прямому входу третьего элементов И, а через второй элемент задержки - к второму входу второго элемента И, первая и вторая модели регистрации очереди судов, каждая из которых включает с первого по третий элементы И, первый и второй элементы ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход второго и третьего элементов И соединен с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ соответственно, модель разделения импульсов, включающая триггер, первый и второй элементы задержки, первый и второй элементы И и элемент ИЛИ, причем выход первого элемента И соединен с входом установки в "0" триггера и первым входом элемента ИЛИ, а через первый элемент задержки - с входом установки в "1" триггера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого через второй элемент задержки подключен к прямому входу второго элемента И, инверсный вход которого соединен с единичным выходом триггера, который подключен к второму входу первого элемента И первой и второй моделей регистрации очереди судов соответственно.
1
1
1
2
2
n
В модели верхнего и нижнего бьефов дополнительно введен дешифратор, причем разрядные выходы реверсивного счетчика импульсов соединены с соответствующими входами дешифратора, выходы которого подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ этих моделей, a (N-1)-й и N-й выходы дешифратора моделей верхнего и нижнего бьефов (где N=N/2, N=2, n - число входов дешифратора) соединены с входами установки в "0" и "1" триггера соответственно первой и второй моделей переключении камер шлюза, выход элемента ИЛИ моделей верхнего и нижнего бьефов подключен к первому входу четвертого элемента И первой и второй модели переключения камер шлюза соответственно и к инверсному входу восьмого и девятого элементов И соответственно модели центрального пульта управления шлюзом, прямые входы которых соединены с выходами четвертого и пятого элементов И соответственно этой же модели, выходы второго и третьего элементов И модели центрального пульта управления шлюзом подключены к вторым входам седьмого и шестого элементов И соответственно, выходы которых соединены с входами запуска первого и второго генераторов случайных импульсов модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, выходы которых подключены к вторым входам четвертого элемента И первой и второй моделей переключения камер шлюза соответственно.
В модель камер шлюза дополнительно введены элемент задержки, модель первой камеры шлюза и модель второй камеры шлюза, каждая из которых включает первую, вторую и третью модели обслуживающего прибора.
Причем каждая первая модель обслуживающего прибора содержит триггер, элемент И, генератор случайных импульсов и элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к входу запуска генератора случайных импульсов и к входу установки в "0" триггера, единичный выход которого соединен с вторым входом элемента И.
Каждая вторая модель обслуживающего прибора содержит генератор случайных импульсов, первый и второй элементы И, триггер, элемент ИЛИ, элемент задержки, причем выход элемента задержки соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к входу установки в "0" триггера и входу запуска генератора случайных импульсов, выход которого соединен с входом установки в "1" триггера, единичный выход которого подключен к второму входу второго элемента И второй модели обслуживающего прибора, к третьему входу элемента И первой модели обслуживающего прибора, выход элемента ИЛИ и выход генератора случайных импульсов вторых моделей обслуживающего прибора соединен с входами установки в "1" и в "0" триггера моделей светофоров первой и второй камер шлюза соответственно.
Каждая третья модель обслуживающего прибора содержит элемент И, триггер, генератор случайных импульсов, вход запуска которого подключен к входу установки в "0" триггера и к выходу элемента И, первый вход которого соединен с единичным выходом триггера, вход установки в "1" которого подключен к выходу генератора случайных импульсов, а единичный выход триггера соединен с четвертым входом элемента И первой модели обслуживающего прибора, выход элемента И модели камер шлюза соединен через элемент задержки этой же модели с третьим входом первого элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом, с входом останова генератора случайных импульсов первых моделей обслуживающего прибора, выходы которых соединены через элементы задержки первой и второй моделей регистрации очереди судов соответственно с входом установки в "1" триггера первых моделей обслуживающего прибора соответственно, а также с входом элемента задержки вторых моделей обслуживающего прибора соответственно, выходы генераторов случайных импульсов которых подключены к вторым входам элементов И третьих моделей обслуживающего прибора моделей первой и второй камер шлюза соответственно, выходы генераторов случайных импульсов третьих моделей обслуживающего прибора моделей первой и второй камер шлюза подключены к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом, выходы генераторов случайных импульсов первых моделей обслуживающего прибора моделей первой и второй камер шлюза подключены к первому и второму входам элемента И модели разделения импульсов соответственно, выход элемента ИЛИ модели разделения импульсов соединен с вторыми входами первых элементов ИЛИ первой и второй моделей регистрации очереди судов, с вторыми входами элементов ИЛИ вторых моделей обслуживающего прибора, единичный выход триггера модели разделения импульсов подключен к вторым входам первых элементов И вторых моделей обслуживающего прибора, выход второго элемента И модели разделения импульсов соединен с третьими входами первых элементов ИЛИ первой и второй моделей регистрации очереди судов.
Выходы вторых элементов ИЛИ первой и второй моделей регистрации очереди судов подключены к вычитающим входам реверсивных счетчиков моделей верхнего и нижнего бьефов соответственно, выходы элементов ИЛИ первой и второй моделей переключения камер шлюза соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ первой модели обслуживающего прибора модели первой камеры шлюза соответственно, выходы вторых элементов И первой и второй моделей переключения камер шлюза подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ первой модели обслуживающего прибора модели второй камеры шлюза соответственно, инверсные входы третьих элементов И первой и второй моделей переключения камер шлюза соединены с единичным выходом триггера первой модели обслуживающего прибора модели второй камеры шлюза, выходы восьмого и девятого элементов И подключены к входам установки в "1" второго и третьего триггеров модели центрального пульта управления шлюзом соответственно, единичный выход второго триггера соединен с вторым входом второго и первым входом третьего элементов И первой модели регистрации очереди судов, единичный выход третьего триггера подключен к второму входу второго и первому входу третьего элементов И второй модели регистрации очереди судов.
Выход первого генератора случайных импульсов подключен к входу останова второго генератора случайных импульсов, а выход второго генератора случайных импульсов соединен с входом останова первого генератора импульсов модели центрального пульта управления шлюзом, выход первого элемента ИЛИ первой модели регистрации очереди судов подключен к второму входу третьего элемента И второй модели регистрации очереди судов, выход первого элемента ИЛИ которой соединен с вторым входом третьего элемента И первой модели регистрации очереди судов.
Однако данное устройство не позволяет моделировать отказы и их устранения при подготовке двухкамерного судоходного шлюза с учетом динамики и специфики его применения при наличии очередей судов в бьефах.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности моделирования, расширении функциональных возможностей и области применения устройства за счет имитации отказов и восстановлений при подготовке двухкамерного судоходного шлюза, динамики и специфики его применения, а также управления длинной очереди судов в верхнем и нижнем бьефах за счет переключения камер шлюза и изменения скорости пропуска судов при различных стратегиях шлюзования.
Этот технический результат достигается тем, что в устройство для моделирования процессов функционирования двухкамерного судоходного шлюза, содержащее:
- модель центрального пульта управления шлюзом, включающую с первого по третий триггеры, с первого по девятый элементы И, с первого по третий элементы ИЛИ, первый и второй генераторы случайных импульсов и элемент индикации, 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 входом элемента индикации и первым входом первого элемента И, выходы четвертого и пятого элементов И подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ соответственно, выход которого соединен с входом установки в "0" первого триггера, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход первого генератора случайных импульсов подключен к входу останова второго генератора случайных импульсов и к входу установки в "0" второго триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом шестого элемента И, вход установки в «1» второго триггера подключен к выходу восьмого элемента И, а единичный выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выход второго генератора случайных импульсов соединен с входом останова первого генератора случайных импульсов и с входом установки в "0" третьего триггера, нулевой выход которого подключен к первому входу седьмого элемента И, вход установки в «1» третьего триггера соединен с выходом девятого элемента И, а единичный выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, выход третьего элемента ИЛИ подключен к вторым входам четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены с прямыми входами восьмого и девятого элементов И соответственно, инверсные входы которых подключены к вторым входам второго и третьего элементов И соответственно, выходы которых соединены с вторыми входами седьмого и шестого элементов И соответственно, выходы которых подключены к входу запуска первого и второго генераторов случайных импульсов соответственно;
- модель верхнего бьефа, модель нижнего бьефа, каждая из которых включает элемент ИЛИ, реверсивный счетчик импульсов, дешифратор, генератор случайных импульсов, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика импульсов, разрядные выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, выходы которого подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ модели верхнего бьефа соединен с вторым входом второго элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом, выход элемента ИЛИ модели нижнего бьефа соединен с вторым входом третьего элемента И и вторым входом второго элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом;
- модель светофоров первой камеры шлюза, модель светофоров второй камеры шлюза, каждая из которых включает триггер, первый и второй элементы индикации, входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно;
1
1
1
2
2
n
- первую и вторую модели переключения камер шлюза, каждая из которых включает элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, с первого по четвертый элементы И, триггер, единичный выход которого соединен с инверсным входом первого и первым входом второго и первым прямым входом третьего элементов И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, выход четвертого элемента И подключен через первый элемент задержки к прямому входу первого и второму прямому входу третьего элементов И, а через второй элемент задержки - к второму входу второго элемента И, входы установки в «0» и «1» триггера первой и второй моделей переключения камер шлюза соединены с (N-1)-м и N-m выходами дешифратора моделей верхнего и нижнего бьефов соответственно (где N=N/2, N=2, n - число входов дешифратора), выходы элементов ИЛИ этих моделей подключены к первым входам четвертых элементов И первой и второй моделей переключения камер шлюза соответственно, второй вход четвертого элемента И первой модели переключения камер шлюза соединен с выходом первого генератора случайных импульсов, с входом останова второго генератора случайных импульсов и входом установки в «0» второго триггера модели центрального пульта управления шлюзом, второй вход четвертого элемента И второй модели переключения камер шлюза соединен с выходом второго генератора случайных импульсов, с входом останова первого генератора случайных импульсов и входом установки в «0» третьего триггера модели центрального пульта управления шлюзом;
- первую и вторую модели регистрации очереди судов, каждая из которых включает с первого по третий элементы И, первый и второй элементы ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход второго и третьего элементов И соединен с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ соответственно, выход второго элемента ИЛИ первой модели регистрации очереди судов подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика импульсов модели верхнего бьефа, выход второго элемента ИЛИ второй модели регистрации очереди судов подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика импульсов модели нижнего бьефа, второй вход третьего элемента И первой модели регистрации очереди судов подключен к первому входу второго элемента И второй модели регистрации очереди судов, второй вход третьего элемента И второй модели регистрации очереди судов подключен к первому входу второго элемента И первой модели регистрации очереди судов, второй вход второго элемента И первой модели регистрации очереди судов соединен с единичным выходом второго триггера и первым входом четвертого элемента И модели центрального пульта управления шлюзом, второй вход второго элемента И второй модели регистрации очереди судов соединен с единичным выходом третьего триггера и первым входом пятого элемента И модели центрального пульта управления шлюзом;
- модель разделения импульсов, включающая триггер, первый и второй элементы задержки, первый и второй элементы И и элемент ИЛИ, причем первый и второй входы первого элемента И соединены с входами элементов задержки первой и второй моделей регистрации судов соответственно, выход первого элемента И соединен с входом установки в "0" триггера и первым входом элемента ИЛИ, а через первый элемент задержки - с входом установки в "1" триггера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторыми входами первых элементов ИЛИ первой и второй моделей регистрации очереди судов, а также выход элемента ИЛИ модели разделения импульсов через второй элемент задержки подключен к прямому входу второго элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ первой и второй моделей регистрации очереди судов, инверсный вход второго элемента И модели разделения импульсов соединен с единичным выходом триггера, который подключен к второму входу первого элемента И первой и второй моделей регистрации очереди судов соответственно;
- модель камер шлюза, включающую элемент задержки, элемент И, причем первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго генераторов случайных импульсов модели центрального пульта управления шлюзом, а выход элемента И соединен с входом элемента задержки, модель первой камеры шлюза и модель второй камеры шлюза, каждая из которых включает первую, вторую и третью модели обслуживающего прибора, причем каждая первая модель обслуживающего прибора содержит триггер, элемент И и элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к единичному выходу триггера, вход установки в «0» которого соединен с выходом элемента И, а вход установки в «1» триггера первой модели обслуживающего прибора модели первой камеры шлюза подключен к первому входу первого элемента И и выходу элемента задержки первой модели регистрации очереди судов, вход установки в «1» триггера первой модели обслуживающего прибора модели второй камеры шлюза подключен к первому входу первого элемента И и выходу элемента задержки второй модели регистрации очереди судов, первый и второй входы элемента ИЛИ первой модели обслуживающего прибора модели первой камеры шлюза соединены соответственно с выходами элементов ИЛИ первой и второй моделей переключения камер шлюза, первый и второй входы элемента ИЛИ первой модели обслуживающего прибора модели второй камеры шлюза соединены соответственно с выходами вторых элементов И первой и второй моделей переключения камер шлюза, единичный выход триггера первой модели обслуживающего прибора модели второй камеры шлюза соединен с инверсными входами третьих элементов И первой и второй моделей переключения камер шлюза, каждая вторая модель обслуживающего прибора содержит генератор случайных импульсов, первый и второй элементы И, триггер, элемент ИЛИ, элемент задержки, вход элемента задержки второй модели обслуживающего прибора модели первой камеры шлюза подключен к входу элемента задержки первой модели регистрации очереди судов и к первому входу элемента И модели разделения импульсов, вход элемента задержки второй модели обслуживающего прибора модели второй камеры шлюза подключен к входу элемента задержки второй модели регистрации очереди судов и к второму входу элемента И модели разделения импульсов, выход элемента задержки второй модели обслуживающего прибора соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ модели разделения импульсов, выход элемента ИЛИ второй модели обслуживающего прибора соединен с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к входу установки в "0" триггера и входу запуска генератора случайных импульсов, выход которого соединен с входом установки в "1" триггера, единичный выход которого подключен к второму входу второго элемента И второй модели обслуживающего прибора, к третьему входу элемента И первой модели обслуживающего прибора, выход элемента ИЛИ и выход генератора случайных импульсов вторых моделей обслуживающего прибора соединен с входами установки в "1" и в "0" триггера моделей светофоров первой и второй камер шлюза соответственно, каждая третья модель обслуживающего прибора содержит триггер, генератор случайных импульсов, элемент И, первый вход которого подключен к выходу генератора случайных импульсов второй модели обслуживающего прибора, а выход которого соединен с входом установки в "0" триггера и входом запуска генератора случайных импульсов, выход которого подключен к входу установки в "1" триггера третьей модели обслуживающего прибора модели первой камеры шлюза и к первому входу третьего элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом, второй вход которого соединен с выходом генератора случайных импульсов модели третьего обслуживающего прибора второй модели камеры шлюза, единичный выход триггера третьей модели обслуживающего прибора соединен с вторым входом элемента И этой же модели и четвертым входом элемента И первой модели обслуживающего прибора.
В первые модели обслуживающего прибора первой и второй модели камер шлюза дополнительно введен блок подготовки, включающий первый и второй генераторы импульсов случной длительности, генератор случайной последовательности импульсов, первый и второй элементы И, триггер, первую и вторую дифференцирующие цепочки, первый и второй дифференцирующие элементы, два элемента ИЛИ, причем первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом элемента И первой модели обслуживающего прибора, а выход первого элемента ИЛИ подключен к входу запуска первого генератора импульсов случайной длительности, выход которого соединен через первую дифференцирующую цепочку с первым входом первого элемента И, а через вторую дифференцирующую цепочку к входу запуска генератора случайной последовательности импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу останова первого генератора импульсов случайной длительности, выход второго элемента И также соединен с входом запуска второго генератора импульсов случайной длительности, выход которого подключен через первый дифференцирующий элемент с входом установки в «0» триггера, а через второй дифференцирующий элемент с входом установки в «1» триггера, с входом останова генератора случайной последовательности импульсов и вторым входом первого элемента ИЛИ, единичный выход триггера соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И блока подготовки первой модели обслуживающего прибора первой модели камеры шлюза подключен к входу элемента задержки второй модели обслуживающего прибора модели первой камеры шлюза, а также к входу элемента задержки первой модели регистрации очереди судов и первому входу первого элемента И модели разделения импульсов, выход первого элемента И блока подготовки первой модели обслуживающего прибора второй модели камера шлюза подключен к входу элемента задержки второй модели обслуживающего прибора модели второй камеры шлюза, а также к входу элемента задержки второй модели регистрации очереди судов и второму входу первого элемента И модели разделения импульсов, вторые входы вторых элементов ИЛИ блоков подготовки первых моделей обслуживающего прибора моделей первой и второй камер шлюза соединены с выходом элемента задержки модели камеры шлюза и третьим входом первого элемента ИЛИ модели центрального пульта управления шлюзом.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием введенного блока подготовки в первые модели обслуживающего прибора первой и второй модели камер шлюза, включающего первый и второй генераторы импульсов случной длительности, генератор случайной последовательности импульсов, первый и второй элементы И, триггер, первую и вторую дифференцирующие цепочки, первый и второй дифференцирующие элементы, два элемента ИЛИ, 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 фигуре 1 приведена структурная схема устройства, а на фигуре 2 - структурная схема блока подготовки. Устройство содержит модель 1 центрального пульта управления шлюзом, включающую первый триггер 2, первый 3, второй 4, третий 5 элементы И, первый 6, второй 7 генераторы случайных импульсов, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11, восьмой 12, девятый 13 элементы И, элемент 14 индикации, первый 15, второй 16, третий 17 элементы ИЛИ, второй 18, третий 19 триггеры, модель верхнего 20 и нижнего 20а бьефов (МВБ и МНБ), включающую генератор 21 случайных импульсов, реверсивный счетчик 22 импульсов, дешифратор 23, элемент ИЛИ 24, первую 25 и вторую 25а модели переключения камер шлюза, включающие первый 26, второй 27, третий 28, четвертый 29 элементы И, первый 30, второй 31 элементы задержки, элемент ИЛИ 32 и триггер 33, первую 34 и вторую 34а модели регистрации очереди судов, включающие первый 35, второй 36, третий 37 элементы И, первый 38, второй 39 элементы ИЛИ и элемент задержки 40, модель камер шлюза 41, включающую элемент И 42, элемент задержки 43, модель первой 44 и второй 44а камер шлюза и модель разделения импульсов 45, которая содержит первый 46, второй 47 элементы И, первый 48, второй 49 элементы задержки, триггер 50 и элемент ИЛИ 51.
Причем каждая из моделей 44 (44а) включает модель первого 52 (52а), второго 53 (53а), третьего 54 (54а) обслуживающих приборов и модель 55 (55а) светофоров камеры шлюза, причем каждая модель 52 (52а) содержит триггер 56, элемент И 57, блок 58 подготовки и элемент ИЛИ 59, каждая модель 53 (53а) включает элемент задержки 60, первый 61, второй 62 элементы И, элемент ИЛИ 63, генератор случайных импульсов 64 и триггер 65, каждая модель 54 (54а) содержит триггер 66, элемент И 67 и генератор случайных импульсов 68, каждая модель 55 (55а) включает первый 69, второй 70 элементы индикации и триггер 71.
Каждый блок 58 подготовки включает входы 581 и 582, первый 73 элемент ИЛИ, первый 74 и второй 75 генераторы импульсов случайной длительности,, первый 76 и второй 77 элементы И, генератор 78 случайной последовательности импульсов, первая 79 и вторая 80 дифференцирующие цепочки (дифференцирование переднего фронта импульса), первый 81 и второй 82 дифференцирующие элементы (дифференцирование заднего фронта импульса и инвертирование с помощью инвертирующего усилителя), триггер 83, второй 84 элемент ИЛИ и выход 58з блока подготовки.
Вспомогательные обозначения на чертеже с 85 по 98 приведены для облегчения чтения схемы устройства, представленной на двух страницах.
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 21 моделей 20, 20а формируют случайные импульсные последовательности, интервалы между импульсами которых распределены по определенным (различным или одинаковым) законам. Генераторы 64 и 68 моделей 44 и 44а формируют одиночные импульсы, которые появляются на выходе после запуска через случайные временные интервалы, распределенные по принятым законам выполнения операций на шлюзах. Генераторы 74 и 75 блоков 58 подготовки моделей 52 и 52а формируют одиночные импульсы случайной длительности, распределенной по принятым законам выполнения операции подготовки двухкамерного шлюза. Первый 81 и второй 82 дифференцирующие элементы реализуют дифференцирование заднего фронта импульса и инвертирование с помощью инвертирующего усилителя в положительный импульс,
В модели 1 вход установки в " 1" триггера 2 соединен с первыми входами элементов И 4, И 5, с выходом элемента И 3, первый вход которого подключен к элементу индикации 14 и прямому выходу триггера 2, второй вход - к выходу элемента ИЛИ 16. Вход установки в "0" триггера 2 соединен с выходом элемента ИЛИ 15, первый, второй и третий входы которого подключены к выходу элементов И 8, И 9 модели 1, элемента задержки 43 модели 41 соответственно. Выходы элементов И 4, И 5 модели 1 соединены с вторыми входами элементов И 11, И 10, первые входы которых подключены к нулевым выходам триггеров 19, 18 соответственно, а выход которых соединен с входами запуска генераторов 6, 7 соответственно, входы останова которых подключены к входам установки в "0" триггеров 19, 18 соответственно.
Выход генератора 6 соединен с входом останова генератора 7, входом установки в "0" триггера 18, с первым входом элемента И 42 модели 41 и с вторым входом элемента И 29 модели 25. Выход генератора 7 подключен к входу останова генератора 6, входу установки в "0" триггера 19, второму входу элемента И 42 модели 41 и второму входу элемента И 29 модели 25а. Единичные выходы триггеров 18 и 19 соединены с вторыми входами элементов И 36 и первыми входами элементов И 37 моделей 34 и 34а соответственно, с первыми входами элементов И 8, И 9 модели 1 соответственно, вторые входы которых подключены к выходу элемента ИЛИ 17, а выходы которых соединены с прямыми входами элементов И 12 и И 13 соответственно, инверсные входы которых подключены к вторым входам элементов И 4, И 5 соответственно, выходы элементов И12 и И13 соединены с входами установки в "1" триггеров 18, 19 соответственно.
Выходы генераторов 21 моделей 20 и 20а подключены к суммирующим входам реверсивных 22 счетчиков импульсов, вычитающие входы которых соединены с выходами элементов ИЛИ 39 моделей 34 и 34а соответственно, а разрядные выходы - к соответствующим входам дешифраторов 23, выходы которых соединены с соответствующими входами элементов ИЛИ 24 моделей 20 и 20а соответственно.
1
1
Выходы (N-1)-й, N-й дешифраторов 23 моделей 20 и 20а подключены к входам установки в "0" и "1" триггеров 33 моделей 25 и 25а соответственно. Единичные выходы триггеров 33 моделей 25 и 25а соединены с инверсными входами элементов И 26, первым входом элементов И 27 и первым прямым входом элемента И 28 соответственно. Выходы элементов ИЛИ 24 моделей 20 и 20а подключены к вторым входам элементов И 4 и И 5 соответственно модели 1, к первым входам элементов И 29 моделей 25 и 25 а соответственно, выходы которых через элементы задержки 30 соединены с прямыми входами элементов И 26 и вторыми прямыми входами элементов И 28 соответственно.
Выходы элементов И 28 подключены к первым входам элементов И 32 моделей 25 и 25а соответственно, вторые входы которых соединены с выходами элементов И 26 моделей 25 и 25а соответственно, а выходы элементов ИЛИ 32 моделей 25 и 25а подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ 59 модели 52 соответственно. Выходы элементов И 29 моделей 25 и 25а соединены также через элементы задержки 31 с вторыми входами элементов И 27 соответственно, выходы которых подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ 59 модели 52а. Инверсные входы элементов И 28 моделей 25 и 25а соединены с единичным выходом триггера 56 модели 52а. Выходы элементов И 59 моделей 52 и 52а подключены к первым входам элементов И 57 соответственно, вторые входы которых соединены с единичными выходами триггеров 56 соответственно, а выходы которых подключены к входам установки в "0" триггеров 56 и входам 511 (первому входу элемента ИЛИ 73) блоков 58 подготовки этих же моделей соответственно.
2
3
Входы установки в "1" триггеров 56 моделей 52 соединены с выходами элементов задержки 40 и первыми входами элементов И 35 моделей 34 и 34а соответственно, выходы которых подключены к первым входам элементов ИЛИ 38, выходы которых соединены с первыми входами элементов И 36, выходы которых подключены к первым входам элементов ИЛИ 39 моделей 34 и 34а соответственно. Вторые входы элементов ИЛИ 39 моделей 34 и 34а соединены с выходами элементов И 37, вторые входы которых подключены к выходам элементов ИЛИ 38 и первыми входам элементов И 36 моделей 34а и 34 соответственно. Выход элемента И 42 модели 41 соединен через элемент задержки 43 с входами 58 (вторыми входами элементов ИЛИ 84) блоков 58 подготовки моделей 52 и 52а, выходы 58 блоков 58 подготовки (выходы элементов И 76) подключены к входам элементов задержки 40 моделей 34 и 34а соответственно, к первому и второму входам элемента И 46 модели 45 соответственно и через элементы задержки 60 моделей 53 и 53а к первым входам элементов И 61 соответственно, вторые входы которых соединены с единичным выходом триггера 50 модели 45 и с вторыми входами элементов И
35 моделей 34 и 34а соответственно, выходы элементов И 61 моделей 53 и 53а подключены к первым входам элементов ИЛИ 63 соответственно.
Выход элемента И 46 модели 45 подключен к входу установки в "0" триггера 50 и к первому входу элемента ИЛИ 51, второй вход которого соединен с входом установки в "1" триггера 50 и с выходом элемента задержки 48, вход которого подключен к выходу элемента И 46. Выход элемента ИЛИ 51 подключен к второму входу элемента ИЛИ 63 моделей 53 и к вторым входам элементов ИЛИ 38 моделей 34 и 34а соответственно и к входу элемента задержки 49, выход которого соединен с прямым входом элемента И 47, инверсный вход которого подключен к единичному выходу триггера 50, а выход элемента И 47 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 63 модели 53а и с третьими входами элементов ИЛИ 38 моделей 34 и 34а соответственно.
Выходы элементов ИЛИ 63 моделей 53 и 53а подключены к входам установки в "1" триггеров 71 моделей 55 и 55а соответственно, прямые и инверсные выходы которых соединены соответственно с элементами индикации 69 и 70 моделей 55 и 55а соответственно, а входы установки в "0" которых подключены к выходам генераторов 64 моделей 53 и 53а и к входам установки в "1" триггеров 65, единичные выходы которых соединены с третьими входами элементов И 57 моделей 52 и 52а соответственно, вторыми входами элементов И 62, первые входы которых подключены к выходам элементов ИЛИ 63, выходы элементов И 62 соединены с входами установки в "0" триггеров 65 и входами запуска генераторов 64, выходы которых подключены к первым входам элементов И 67 моделей 54 и 54а соответственно, выходы которых подключены к входам установки в "0" триггеров 66, единичные выходы которых соединены с четвертыми входами элементов И 57 моделей 52 и 52а и с вторыми входами элементов И 67 соответственно, а входы установки в "1" которых подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ 17, к выходам генераторов 68 моделей 54 и 54а соответственно, входы запуска которых соединены с выходами элементов И 67 этих моделей соответственно.
3
2
В каждом блоке 58 подготовки моделей 52 и 52а вход 58i (первый вход первого элемента ИЛИ 73) соединен с выходом элемента И 57 этих моделей соответственно, выход элемента ИЛИ 73 подключен к входу запуска генератора 74, выход которого через дифференцирующий 81 элемент соединен с первым входом элемента И 76, а через дифференцирующую 79 цепочку - с входом запуска генератора 78, выход которого подключен к первому входу элемента И 77, выход которого соединен с входом запуска генератора 75 и первым входом элемента ИЛИ 84, выход которого подключен к входу останова генератора 74, выход генератора 75 соединен через дифференцирующую 80 цепочку с входом установки в «0» триггера 83, а через второй дифференцирующий 82 элемент - с входом установки в «1» триггера 83, входом останова генератора 78 и вторым входом элемента ИЛИ 73, единичный выход триггера 83 подключен к вторым входам элементов И 77 и И 76. Выход элемента И 76 (выход 583 блока подготовки 58 модели 52) соединен с входом элемента 40 задержки модели 34, с входом элемента задержки 60 модели 53, входящих в модель 44, и с первым входом элемента И 46 модели 45. Выход элемента И 76 (выход 58 блока подготовки 58 модели 52а) соединен с входом элемента 40 задержки модели 34а, с входом элемента задержки 60 модели 53 а, входящих в модель 44а, и с вторым входом элемента И 46 модели 45. Входы 58 блоков 58 (второй вход элементов ИЛИ 84) подготовки моделей 52 и 52а подключены к выходу элемента 43 задержки модели 41.
Устройство предназначено для решения следующей задачи. Двухкамерный 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 в нижний бьеф, диспетчер центрального пульта управления двухкамерным шлюзом (ЦПУШ) формирует очереди судов в верхнем и (или) нижнем бьефах, анализирует состав очередей судов и выбирает соответствующую стратегию шлюзования судов (сверху вниз или снизу вверх).
0
1
0
1
После анализа состава и длин очередей судов, находящихся в бьефах двухкамерного шлюза, и выбора стратегии шлюзования диспетчер ЦПУШ выдает команду на подготовку камер шлюза к приему судна. В процессе подготовки камер шлюза возможно выявление отказов, которые должны быть устранены, и только после их устранения проводится подготовка камер шлюза и дальнейшее шлюзование. Допустим диспетчер выбрал стратегию шлюзования, начиная первым шлюзование сверху-вниз, а после пропуска всех судов из верхнего бьефа начинается пропуск судов из нижнего бьефа и т.д. По завершении подготовки камер двухкамерного шлюза к приему судов загорается сигнал светофора верхнего бьефа, разрешающий вход судам из верхнего бьефа в первую камеру шлюза, если длина очереди судов N меньше N, и в первую и во вторую камеры, если длина очереди судов N больше N, после этого суда входят в камеры шлюза, швартуются у стенки, закрываются верхние ворота камер шлюза и загорается сигнал светофора верхнего бьефа, запрещающий вход очередным судам в камеры шлюза. Далее проводится опорожнение камер шлюза, открытие нижних ворот камер шлюза, расчаливание и выход судов в нижний бьеф.
Среднее время проведения этих операций у первой камеры больше, чем у второй камеры шлюза, поэтому скорости судопропуска у них различны. После выхода последних судов из камер шлюза в нижний бьеф диспетчер принимает решение о переводе шлюза в режим ожидания или выдает команду на шлюзование судов снизу вверх и после завершения подготовки камер шлюза к приему судов загорается сигнал светофора нижнего бьефа, разрешающий вход судам из очереди нижнего бьефа в соответствующие камеры шлюза в зависимости от длины очереди судов. Суда из очереди нижнего бьефа входят в камеры шлюза, швартуются у стенки, закрываются нижние ворота камер шлюза и загорается сигнал светофора нижнего бьефа, запрещающий вход очередным судам в камеры шлюза. Далее проводится наполнение водой камер шлюза, открытие верхних ворот камер шлюза, расчаливание и выход судов из камер шлюза в верхний бьеф. После завершения выхода последних судов из камер в верхний бьеф шлюза диспетчер принимает решение и выдает команду на шлюзование судна сверху вниз или переводит шлюз в режим ожидания. Далее процесс повторяется. Возможны и другие ситуации, некоторые из которых рассмотрены при описании работы устройства. Вышеперечисленные процессы функционирования двухкамерных судоходных шлюзов при пропуске судов могут начинаться в случайные моменты времени и протекать случайные интервалы времени, распределенные по различным законам.
Задача устройства состоит в следующем. Моделируя с помощью устройства процессы функционирования двухкамерного судоходного шлюза при разных стратегиях шлюзования и для различных законов распределения случайных временных интервалов их протекания с учетом динамики и специфики их применения, а также возникновения отказов при подготовке шлюза и их устранение, подсчитывая статистические характеристики этих процессов по показаниям счетчиков, подключенных к различным элементам устройства, можно оценивать различные вероятностно-временные статистические показатели процессов функционирования как абсолютно надежного, так и ненадежного двухкамерного судоходного шлюза, а также исследовать влияние на них основных эксплуатационно-технических характеристик двухкамерного судоходного шлюза с учетом динамики и специфики их применения, обосновывать требования к ним и пути их обеспечения.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии триггер 2 модели 1 установлен в положение, при котором на первом входе элемента И 3 имеется разрешающее напряжение, а элемент индикации 14 показывает нахождение шлюза в режиме ожидания, триггеры 18,19 модели 1 установлены в положение, при котором на первом входе элементов И 8, И 9 отсутствует разрешающее напряжение, а на первом входе элементов И 10, И 11 модели 1 имеется разрешающее напряжение, на втором входе элемента И 36 и первом входе элемента И 37 моделей 34 и 34а имеется запрещающее напряжение. Триггер 33 моделей 25 и 25а установлен в положение, при котором элемент И 26 открыт по инверсному входу, элементы И 27, И 28 закрыты по первому входу. Триггер 71 моделей 55 и 55а установлен в положение, при котором на прямом выходе имеется разрешающее напряжение, что отображается на элементе индикации 69 моделей 55 и 55а (запрещающие сигналы светофоров). Триггер 56 моделей 52 и 52а, триггер 65 моделей 53 и 53а, триггер 66 моделей 54 и 54а установлены в положение, при котором на первых входах элементов И 57, И 62, И 67, а также на третьем и четвертом входах элемента И 57 указанных моделей имеется разрешающее напряжение. Триггер 50 модели 45 установлен в положение, при котором по второму входу элемент И 35 моделей 34 и 34а, элемент И 61 моделей 53 и 53а открыты, а по инверсному входу элемент И 47 модели 45 закрыт. Генераторы 6, 7 модели 1, генератор 21 моделей 20 и 20а, генераторы 64, 68 моделей 44, 44а не запущены, реверсивные счетчики импульсов 22 моделей 20 и 20а обнулены. В блоках 58 подготовки моделей 52 и 52а моделей 44 и 44а генераторы 74, 75 и 78 не запущены, на вторых входах элементов И 76 и И 77 имеется разрешающее напряжение с единичного выхода триггера 80.
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
2
2
1
2
2
1
Устройство может работать в режимах, реализующих следующие стратегии шлюзования: выбор стратегий шлюзования в зависимости от очереди судов в верхнем и нижнем бьефах; пропуск судов через двухкамерный шлюз сверху вниз, т.е. шлюзование судов из верхнего бьефа одной (первой) камерой с последующим включением другой (второй) камеры при достижении в очереди судов в верхнем бьефе N≥N и выключением второй камеры шлюза при уменьшении судов в очереди до N≥N-1; пропуск судов через шлюз снизу вверх, т.е. шлюзование судов из нижнего бьефа в верхний одной (первой) камерой с последующим включением другой (второй) камеры при достижении в очереди судов в нижнем бьефе N≥N и выключением второй камеры шлюза при уменьшении судов в очереди до N≥N-1; двустороннее движение судов через шлюз, т.е. поочередное шлюзование всех судов из верхнего бьефа сверху вниз (или снизу-вверх из нижнего бьефа) с последующим переходом к шлюзованию снизу вверх (или сверху вниз). На шлюзование судна первой камерой затрачивается среднее время T (т.е. скорость шлюзования V), а на шлюзование судна второй камерой затрачивается среднее время Т (т.е. скорость шлюзования V), при этом соблюдается условие T>T (V<V). После включения устройства все его триггеры устанавливаются в исходное состояние. На выходе триггера 2, подключенном к первому входу элемента И 3, имеется разрешающее напряжение, на единичных выходах триггеров 18,19, подключенных к первым входам элементов И 8, И 9 модели 1 соответственно, к второму входу элемента И 36 и первому входу элемента И 37 моделей 34, 34а соответственно разрешающие напряжения отсутствуют, на нулевых выходах триггеров 18,19, соединенных с первыми входами элементов И 10, И 11, имеется разрешающее напряжение. Такое состояние устройства соответствует нахождению шлюза в режиме ожидания. В дальнейшем во всех режимах функционирование устройства поддерживается автоматически после включения раздельно или одновременно генераторов 21 моделей 20, 20а.
2
n
Работа устройства при шлюзовании судов из верхнего бьефа в нижний происходит следующим образом. Моделирование начинается с включения генератора 21 модели 20 (генератор 21 модели 20а выключен), который формирует последовательности случайных импульсов, адекватно отражающих законы поступления заявок на шлюзование от судов верхнего бьефа. Импульсы с выхода генератора 21 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика импульсов 22, разрядные выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора 23, число которых n, а число N=2, которые подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ 24. С помощью совокупности элементов: генератора 21, реверсивного счетчика 22, дешифратора 23 и элемента ИЛИ 24 модели 20 имитируется процесс организации очереди судов в верхнем бьефе длиной N2. При наличии хотя бы единицы (одного судна) на первом выходе реверсивного счетчика импульсов 22 модели 20 появляется высокий потенциал, который через первый вход-первый выход дешифратора 23 поступает через элемент ИЛИ 24 модели 20 на второй вход элемента И 4 модели 1, открывая его, а также с выхода элемента ИЛИ 24 через первый вход элемента ИЛИ 16 поступает на второй вход открытого элемента И 3 и далее поступает на единичный вход триггера 2, переводя его в положение, при котором на его прямом выходе появляется низкий потенциал, элемент И 3 закрывается по первому входу, элемент индикации 14 фиксирует окончание нахождения шлюза в режиме ожидания.
Высокий потенциал с выхода элемента И 3 одновременно поступает на первый вход элементов И 4, И 5. Так как элемент И 5 по второму входу закрыт, потому что на выходе элемента ИЛИ 24 модели 20а нулевой потенциал, то на выходе элемента И 5 не будет сигнала и через элемент И 10 генератор 7 не будет запущен. Так как элемент И 4 по второму входу открыт, то сигнал (высокий потенциал), поступивший с выхода элемента И 3 на первый вход открытого элемента И 4 проходит через второй вход открытого элемента И 11 на вход запуска генератора 6. Через некоторое случайное время на выходе генератора 6 появляется одиночный импульс, имитирующий момент принятия решения и выдачи разрешения на шлюзование судов сверху вниз диспетчером центрального пульта управления шлюзом. Импульс с выхода генератора 6 поступает на вход установки в "0" триггера 18 и переводит его в положение, при котором открывается по первому входу элемент И 8 модели 1, по второму входу элемент И 36 и по первому входу элемент И 37 модели 34, на вход останова генератора 7, на первый вход элемента И 42 модели 41, а также на второй вход открытого по первому входу элемента И 29 модели 25. В зависимости от длины очереди судов в верхнем бьефе функционирование устройства происходит следующим образом.
0
Если в очереди верхнего бьефа судов N<N, то импульс с выхода элемента И 29 модели 25 пройдет через элемент задержки 30 открытый триггером 33 по инверсному входу элемент И 26, второй вход элемента ИЛИ 32 модели 25 и поступит на первый вход элемента ИЛИ 59 модели 52 и далее поступает через второй вход открытого по первому, третьему и четвертому входам элемента И 57 на вход установки в " 1" триггера 56, переводит его в состояние, при котором элемент И 57 закрывается по первому входу, а также поступает на вход 58i блока 58 подготовки модели 52, пройдя через элемент ИЛИ 73 запускает генератор 74, имитируя начало подготовки первой камеры шлюза к пропуску судов сверху вниз.
Функционирование блока 58 подготовки при возникновении отказа и его устранении сводится к следующему. Генератором 74 блока 58 формируется импульс случайной длительности, адекватной времени подготовки первой (второй) камеры шлюза к пропуску судов сверху вниз, который поступая на дифференцирующую цепочку 79 (дифференцирование переднего фронта импульса) запускает генератор 78 случайной последовательности импульсов, имитирующих отказы шлюза, который поступает через открытый элемент И 77 на первый вход элемента ИЛИ 84 и далее на вход останова генератора 74. А также на вход запуска генератора 75, формирующего импульс случайной длительности, адекватной времени устранения отказа (восстановления), который поступая на дифференцирующую цепочку 80 (дифференцирование переднего фронта импульса) переводит триггер 83 в состояние, при котором элементы И 76 и И 77 закрываются. По окончании импульса на выходе генератора 75, поступившего на дифференцирующий элемент 82, который осуществляет дифференцирование заднего фронта и последующее его инвертирование, и положительный импульс с его выхода поступает на вход установки в «1» триггера 83, который открывает элементы И76 и И 77, а также поступает на второй вход элемента ИЛИ 73 и запускает генератор 74, что соответствует началу повторной подготовки шлюза после устранения отказа.
3
Если за время подготовки не было отказов, т.е. за время длительности импульса, формируемого генератором 74, не появился импульс на выходе генератора 78, то импульс с выхода генератора 74 поступив на вход дифференцирующего элемента 81, который осуществляет дифференцирование заднего фронта и последующее его инвертирование, и положительный импульс с его выхода поступает на первый вход элемента И76, на выходе (выход 58з блока 58) которого появляется одиночный импульс, который через элемент задержки 40 модели 34 поступает на вход установки в " 1" триггера 56 модели 52 и устанавливает его в исходное состояние, открывая по первому входу элемент И 57, и также поступает на первый вход открытого по второму входу элемента И 35 модели 34 и далее через элемент ИЛИ 38, первый вход открытого по второму входу элемента И 36 и элемент ИЛИ 39 проходит на вычитающий вход реверсивного счетчика 22 импульсов модели 20, имитируя тем самым выход судна из очереди верхнего бьефа в первую камеру шлюза. Импульс с выхода 58 блока 58 подготовки (выход элемента И 76 блока 58) модели 52 также поступает на первый вход элемента И 46 модели 45, а через элемент задержки 60 модели 53 на первый вход открытого элемента И 61 модели 53 и далее через элемент ИЛИ 63 на вход установки в "1" триггера 71 модели 55, который переводит его в положение, при котором на его инверсном выходе появляется высокий потенциал и элемент индикации 70 имитирует разрешающий сигнал для входа судна из верхнего бьефа в первую камеру.
Импульс с выхода элемента ИЛИ 63 также поступает через открытый элемент И 62 на вход установки в "0" триггера 65 модели 53, переводит его в состояние, при котором элемент И 62 и по третьему входу элемент И 57 закрываются по первому входу. Через некоторое случайное время после запуска генератора 64 модели 53, пропорциональное времени входа судна в первую камеру шлюза, швартовки судна и закрытия верхних ворот первой камеры шлюза, на выходе генератора 64 модели 53 появляется импульс, который поступит на вход установки в "0" триггера 71 модели 55 и переведет его в положение, при котором изменится отображение элементов индикации 69 и 70, соответствующее запрещающему сигналу светофора для входа судна в первую камеру шлюза.
Импульс с выхода генератора 64 модели 53 также поступает на вход установки в "1" триггера 65 модели 53, переводя его в исходное состояние, открывая тем самым по третьему входу элемент И 57 модели 52, и открывает по первому входу элемент И 62 модели 53. Импульс с выхода генератора 64 также поступает на второй вход открытого элемента И 67 модели 54 и запускает генератор 68 модели 54, одновременно поступает на вход установки в "0" триггера 66, переводя его в положение, при котором элемент И 67 закрываются по первому входу и по четвертому входу элемент И 57. Через некоторое случайное время, адекватное времени опорожнения первой камеры шлюза, открытия нижних ворот, расчаливания судна и выхода в нижний бьеф, генератор 68 выдает одиночный импульс, который, поступая на вход установки в "1" триггера 66, переводит его в исходное состояние и элемент И 67 модели 54 открывается по первому входу, элемент И 57 модели 52 открывается по четвертому входу, также этот импульс поступает через первый вход элемента ИЛИ 17 модели 1 на вторые входы элементов И 8, И 9 модели 1.
Так как элемент И 9 закрыт по первому входу запрещающим напряжением с триггера 19, а элемент И 8 открыт разрешающим напряжением с выхода триггера 18, то импульс с выхода элемента ИЛИ 17 пройдет через элементы И 8, первый вход элемента ИЛИ 15 на вход установки в "0" триггера 2 модели 1 и переведет его в состояние, при котором появляется высокий потенциал на первом входе элемента И 3 модели 1, т.е. устройство перешло в режим ожидания. Далее устройство работает автоматически при пропуске судов сверху вниз, т.е. цикл повторяется.
0
1
Если в очереди верхнего бьефа судов N≥N, то в процесс шлюзования включается вторая камера и устройство работает следующим образом. Импульс с выхода генератора 68 модели 54, имитирующий выход судна из первой камеры шлюза в нижний бьеф, проходит элемент ИЛИ 17 модели 1 и поступает на второй вход открытого элемента И 8 модели 1, далее через элементы ИЛИ 15 на вход установки в "0" триггера 2, переводит его в положение, при котором открывается элемент И 3, высокий потенциал (сигнал) с выхода элемента ИЛИ 24 модели 20, пройдя через элементы ИЛИ 16, И 3, И 4, И 11 модели 1, поступает на вход запуска генератора 6, на выходе которого через случайное время появляется импульс. Этот импульс поступает через второй вход открытого элемента И 29 модели 25 на входы элементов задержки 30, 31.
0
1
Так как в верхнем бьефе N≥N, то высокий потенциал с Ni-го выхода дешифратора 23 модели 20 перебросит триггер 33 модели 25 в состояние, при котором элемент И 26 закрывается по инверсному входу, а элементы И 27, И 28 открываются по первым входам. Тогда импульс с выхода элемента задержки 31 поступает на второй вход открытого элемента И 27 модели 25 и проходит на первый вход элемента ИЛИ 59 модели 52а, т.е. происходит включение второй камеры шлюза и модели 52а, 53а, 54а далее функционируют аналогично моделей 52, 53, 54 первой камеры шлюза, описанному выше. Одновременно импульс с выхода элемента И 29 модели 25 поступает через элемент задержки 30 на второй вход открытого элемента И 28 и через элемент ИЛИ 32 на первый вход элемента ИЛИ 59 модели 52, т.е. продолжает функционировать первая камера и устройство работает по выше описанной схеме. Таким образом реализуется включение второй камеры двухкамерного шлюза и совместное функционирование двух камер шлюза одновременно при шлюзовании судов сверху вниз.
0
1
1
1
При уменьшении очереди судов N до N-1 происходит обратное переключение камер шлюза, т.е. после шлюзования N судна функционирование второй камеры шлюза прекращается, первая камера продолжает шлюзование. Это достигается тем, что высокий потенциал, появившийся на (N-1) - м выходе дешифратора 23 модели 20 и поступивший на вход установки в "0" триггера 33 модели 25, перебрасывает его в состояние, при котором открывается элемент И 26 и закрываются по первому входу элементы И 27 и И 28 модели 25. Далее устройство работает аналогично описанному.
3
3
При шлюзовании из очереди верхнего бьефа последнего судна устройство работает следующим образом. Импульс с выхода 58 блока 58 подготовки модели 52 через элемент задержки 40 модели 34, элементы И 35, ИЛИ 38, И 36, ИЛИ 39 модели 34 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 22 модели 20, в результате чего на выходе элемента ИЛИ 24 модели 20 будет нулевой потенциал и элемент И 12 модели 1 откроется по инверсному входу. Этот же импульс с выхода 58 блока 58 подготовки 52, пройдя, как было описано выше, путь по элементам моделей 53, 54, 1, поступит через элемент ИЛИ 15 на вход установки в "0" триггера 2 модели 1 и переведет его в исходное состояние. Кроме того, этот импульс проходит элемент И 12, поступит на вход установки в "1" триггера 18 модели 1 и перебросит триггер 18 в исходное состояние. Таким образом устройство перешло в режим ожидания.
2
n
Работа устройства при шлюзовании судов из нижнего в верхний бьеф происходит следующим образом. Моделирование начинается с включения генератора 21 модели 20а (генератор 21 модели 20 выключен), который формирует последовательности случайных импульсов, адекватно отражающих законы поступления заявок на шлюзование от судов нижнего бьефа. Импульсы с выхода генератора 21 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 22, разрядные выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора 23, число которых n, а число N=2, которые подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ 24. С помощью совокупности элементов: генератора 21, реверсивного счетчика 22, дешифратора 23 и элемента ИЛИ 24 модели 20а имитируется процесс организации очереди судов в нижнем бьефе длиной N2.
При наличии хотя бы единицы (одного судна) на первом выходе реверсивного счетчика 22 модели 20а появляется высокий потенциал, который через первый вход-первый выход дешифратора 23 поступает через элемент ИЛИ 24 модели 20а на второй вход элемента И 5 модели 1, открывая его, а также с выхода элемента ИЛИ 24 через второй вход элемента ИЛИ 16 поступает на второй вход открытого элемента И 3 и далее поступает на единичный вход триггера 2, переводя его в положение, при котором на его прямом выходе появляется низкий потенциал, элемент И 3 закрывается по первому входу, элемент индикации 14 фиксирует окончание нахождения шлюза в режиме ожидания. Высокий потенциал с выхода элемента И 3 одновременно поступает на первый вход элементов И 4, И 5. Так как элемент И 4 по второму входу закрыт, потому что на выходе элемента ИЛИ 24 модели 20 нулевой потенциал, то на выходе элемента И 4 не будет сигнала и через элемент И 11 генератор 6 не будет запущен. Так как элемент И 5 по второму входу открыт, то сигнал (высокий потенциал), поступивший с выхода элемента И 3 на первый вход открытого элемента И 5, проходит через второй вход открытого элемента И 10 на вход запуска генератора 7.
Через некоторое случайное время на выходе генератора 7 появляется одиночный импульс, имитирующий момент принятия решения и выдачи разрешения на шлюзование судов снизу вверх диспетчером центрального пульта управления шлюзом. Импульс с выхода генератора 7 поступает на вход установки в "0" триггера 19 и переводит его в положение, при котором открывается по первому входу элемент И 9 модели 1, по второму входу элемент И 36 и по первому входу элемент И 37 модели 34а, на вход останова генератора 6, на второй вход элемента И 42 модели 41, а также на второй вход открытого по первому входу элемента И 29 модели 25а. В зависимости от длины очереди судов в нижнем бьефе функционирование устройства происходит следующим образом.
0
Если в очереди нижнего бьефа судов N<N, то импульс с выхода элемента И 29 модели 25а пройдет через элемент задержки 30, открытый триггером 33 по инверсному входу элемент И 26, второй вход элемента ИЛИ 32 модели 25а и поступит на второй вход элемента ИЛИ 59 модели 52 и далее поступает через второй вход открытого по первому, третьему и четвертому входам элемента И 57 на вход установки в "0" триггера 56 модели 52, переводит его в состояние, при котором элемент И 57 закрывается по первому входу, а также поступает на вход 581** блока 58 подготовки (первый вход элемента ИЛИ 73) модели 52, имитируя начало подготовки первой камеры шлюза к пропуску судов снизу вверх.
Через некоторое случайное время, адекватное времени подготовки первой камеры шлюза к пропуску судов снизу вверх, на выходе *583 блока 58 подготовки (выходе элемента И 76) модели 52 появляется одиночный импульс, который через элемент задержки 40 модели 34 поступает на вход установки в "1" триггера 56 модели 52 и устанавливает его в исходное состояние, открывая по первому входу элемент И 57, и также поступает на первый вход открытого по второму входу элемента И 35 модели 34 и далее через элемент ИЛИ 38 модели 34, второй вход открытого по первому входу элемента И 37 и элемент ИЛИ 39 модели 34а проходит на вычитающий вход реверсивного счетчика импульсов 22 модели 20а, имитируя тем самым выход судна из очереди нижнего бьефа в первую камеру шлюза.
3
Импульс с выхода 58 блока 58 подготовки модели 52 также поступает на первый вход элемента И 46 модели 45, а через элемент задержки 60 модели 53 на первый вход открытого элемента И 61 и далее через элемент ИЛИ 63 модели 53 на вход установки в "1" триггера 71 модели 55, который переводит его в положение, при котором на его инверсном выходе появляется высокий потенциал и элемент индикации 70 имитирует разрешающий сигнал для входа судна из нижнего бьефа в первую камеру.
Импульс с выхода элемента ИЛИ 63 также поступает через открытый элемент И 62 на вход установки в "0" триггера 65 модели 53, переводит его в состояние, при котором элемент И 62 закрывается по первому входу, а элемент И 57 - по третьему. Через некоторое случайное время после запуска генератора 64 модели 53, адекватное времени входа судна в первую камеру шлюза, швартовки судна и закрытия нижних ворот первой камеры шлюза, на выходе генератора 64 появляется импульс, который поступит на вход установки в "0" триггера 71 модели 55 и переведет его в положение, при котором изменится отображение элементов индикации 69 и 70, соответствующее запрещающему сигналу светофора для входа судна в первую камеру шлюза.
Импульс с выхода генератора 64 модели 53 также поступает на вход установки в "1" триггера 65 модели 53, переводя его в исходное состояние, открывая тем самым по третьему входу элемент И 57 модели 52 и элемент И 62 модели 53. Импульс с выхода генератора 64 также поступает на второй вход открытого элемента И 67 модели 54 и запускает генератор 68 модели 54, одновременно поступает на вход установки в "0" триггера 66, переводя его в положение, при котором элемент И 67 закрывается по первому входу, а элемент И 57 модели 52 - по четвертому входу. Через некоторое случайное время, адекватное времени наполнения первой камеры шлюза, открытия верхних ворот, расчаливания судна и выхода в верхний бьеф, генератор 68 выдает одиночный импульс, который, поступая на вход установки в "1" триггера 66, переводит его в исходное состояние и элемент И 67 модели 54 открывается по первому входу, а элемент И 57 модели 52 открывается по четвертому входу, также этот импульс поступает через первый вход элемента ИЛИ 17 модели 1 на вторые входы элементов И 8, И 9 модели 1. Так как элемент И 8 закрыт по первому входу запрещающим напряжением с триггера 18, а элемент И 9 открыт разрешающим напряжением с выхода триггера 19, то импульс с выхода элемента ИЛИ 17 пройдет через элемент И 9, второй вход элемента ИЛИ 15 на вход установки в "0" триггера 2 модели 1 и переведет его в состояние, при котором появляется высокий потенциал на первом входе элемента И 3 модели 1, т.е. устройство перешло в режим ожидания. Далее устройство работает автоматически при пропуске судов сверху вниз, т.е. цикл повторяется.
0
1
Если в очереди нижнего бьефа судов N≥N, то в процесс шлюзования включается вторая камера и устройство работает следующим образом. Импульс с выхода генератора 68 модели 54а, имитирующий выход судна из первой камеры шлюза в верхний бьеф, проходит элемент ИЛИ 17 модели 1 и поступает на второй вход открытого элемента И 9 модели 1, далее через элементы ИЛИ 15 на вход установки в "0" триггера 2, переводит его в положение, при котором открывается элемент И 3, высокий потенциал (сигнал) с выхода элемента ИЛИ 24 модели 20а, пройдя через элементы ИЛИ 16, И3, И5, И10, модели 1, поступает на вход запуска генератора 7, на выходе которого через случайное время появляется импульс. Этот импульс поступает через второй вход открытого элемента И 29 модели 25а на входы элементов задержки 30, 31.
0
1
1
Так как в нижнем бьефе N≥N, то высокий потенциал с N-го выхода дешифратора 23 модели 20а перебросит триггер 33 модели 25а в состояние, при котором элемент И 26 закрывается по инверсному входу, элементы И 27, И 28 открываются по первым входам. Тогда импульс с выхода элемента задержки 31 поступает на второй вход открытого элемента И 27 модели 25 а и проходит на второй вход элемента ИЛИ 59 модели 52а, т.е. происходит включение второй камеры шлюза и она начинает функционировать аналогично первой, описанной выше. Одновременно импульс с выхода элемента И 29 модели 25а поступает через элемент задержки 30 на второй вход открытого элемента И 28 и через элемент ИЛИ 32 на второй вход элемента ИЛИ 59 модели 52, т.е. продолжает функционировать первая камера и устройство работает по выше описанной схеме. Таким образом реализуется включение второй камеры двухкамерного шлюза и совместное функционирование двух камер шлюза одновременно при шлюзовании судов снизу вверх.
0
1
1
1
При уменьшении очереди судов N до N-1 происходит обратное переключение камер шлюза, т.е. после шлюзования N судна функционирование второй камеры шлюза прекращается, первая камера продолжает шлюзование. Это достигается тем, что высокий потенциал, появившийся на (N-1)-m выходе дешифратора 23 модели 20а и поступивший на вход установки в "0" триггера 33 модели 25а, перебрасывает его в состояние, при котором открывается элемент И 26 и закрываются по первому входу элементы И 27 и И 28 модели 25 а. Далее устройство работает аналогично описанному.
При шлюзовании из очереди нижнего бьефа последнего судна устройство работает следующим образом. Импульс с выхода 85 блока 58 подготовки модели 52 через элемент задержки 40, элемент И 35, ИЛИ 38 модели 34, второй вход открытого элемента И 37, ИЛИ 39 модели 34а поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 22 модели 20а, в результате чего на выходе элемента ИЛИ 24 модели 20а будет нулевой потенциал и элемент И 13 модели 1 откроется по инверсному входу. Этот же импульс с выхода 58з блока 58 подготовки 52, пройдя, как было описано выше, путь по элементам моделей 53, 54, 1, поступит через элементы И 9, ИЛИ 15 на вход установки в "0" триггера 2 модели 1 и переведет его в исходное состояние. Кроме того, этот же импульс с выхода элемента И 9 пройдет через открытый элемент И 13 модели 1 и перебросит триггер 19 в исходное состояние. Таким образом устройство перешло в режим ожидания.
3
3
3
Если моменты появления импульсов на выходе 58 блока 58 моделей 52 и 52а совпадают, то в этом случае вступает в работу модель 45 устройства как при шлюзовании сверху вниз, так и при шлюзовании снизу вверх. Модель 45 предназначена для того, чтобы правильно учитывать (не терять) суда, вышедшие из очереди верхнего (нижнего) бьефа одновременно в первую и вторую камеры шлюза. Допустим, что на выходах 58 блоков 58 подготовки 58 моделей 52 и 52а одновременно появились импульсы, тогда на выходе элемента И 46 модели 45 появится импульс, который переводит триггер 50 в состояние, при котором элемент И 47 модели 45 открывается, а элементы И 35 моделей 34,34а и элементы И 61 моделей 53, 53а закрываются. Тогда импульс, появившийся одновременно на выходе 58 блока 58 подготовки моделей 52 и 52а (т.е. совпавший в один, но и имитирующий два судна, вышедших из очереди), не пройдет на вычитающий вход соответствующего реверсивного счетчика 22 модели 20 и 20а, тем самым исключается при учете потеря одного из двух судов, одновременно выходящих из очереди верхнего или нижнего бьефов.
Импульс с выхода элемента И 46, пройдя элементы ИЛИ 51 модели 45, ИЛИ 38, И 36, ИЛИ 39 модели 34 (34а), поступит на вычитающий вход реверсивного счетчика импульсов 22 модели 20 (20а), имитируя тем самым выход одного судна из очереди верхнего (нижнего) бьефа в камеру шлюза. Этот же импульс с выхода элемента ИЛИ 51 модели 45 проходит элемент задержки 49, открытый элемент И 47 модели 45, элементы ИЛИ 38, И 36, ИЛИ 39 модели 34 (34а) и поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика импульсов 22 модели 20 (20а), имитируя тем самым выход другого судна из очереди верхнего (нижнего) бьефа в камеру шлюза, тем самым достигается в рассматриваемой ситуации правильный учет выходящих судов из очередей верхнего (нижнего) бьефа и поступающих далее в камеры шлюза.
Для продолжения функционирования камер шлюза в рассматриваемой ситуации импульс с выхода элемента ИЛИ 51 модели 45 далее подается на второй вход элемента ИЛИ 63 модели 53 и через элементы задержки 49, И 47 модели 45 на второй вход элемента ИЛИ 63 модели 53а. Импульс с выхода элемента И 46 модели 45, пройдя элемент задержки 48, переводит триггер 50 в исходное состояние. Далее устройство работает аналогично описанному выше.
2
Для исключения ситуаций принятия решения о шлюзовании одной или двумя камерами снизу вверх и сверху вниз одновременно в устройство введены элемент И 42 и элемент задержки 43. Допустим на выходе генераторов 6 и 7 модели 1 одновременно появились импульсы, которые поступят на вход останова генераторов 7 и 6 соответственно, а также на входы элемента И 42 модели 41, на выходе которого появится импульс, который проходит элемент задержки 43 модели 41 и поступает на вход останова 58 блоков 58 подготовки моделей 52 и 52а, исключая тем самым развитие описанной выше ситуации.
Для восстановления исходного состояния импульс с выхода элемента задержки 43 модели 41 поступает через третий вход элемента ИЛИ 15 модели 1 на вход установки в "0" триггера 2, переводя его в исходное состояние, далее устройство продолжает работать автоматически.
3
Поочередное шлюзование N судов сверху вниз и N судов снизу вверх. Допустим идет шлюзование из очереди верхнего бьефа всех N судов (сверху вниз), а потом из очереди нижнего бьефа всех N судов (снизу вверх). Устройство работает следующим образом. Импульс, имитирующий выход последнего судна из очереди верхнего бьефа, поступает с выхода 58 блока 58 подготовки модели 52 через элементы задержки 40, И 35, ИЛИ 38, И 36, ИЛИ 39 модели 34 на вычитающий вход реверсивного счетчика импульсов 22 модели 20, на выходе элемента ИЛИ 24 модели 20 появляется нулевой потенциал, т.е. элемент И 12 откроется по инверсному входу, тогда импульс с выхода генератора 68 модели 54, имитирующий выход последнего судна из первой камеры шлюза в нижний бьеф, пройдя элементы ИЛИ 17, И 8, ИЛИ 15 модели 1, переводит триггер 2 в исходное состояние, открывая по первому входу элемент И 3. Одновременно импульс с выхода элемента И 8 модели 1, пройдя элемент И 12, поступает на вход установки в "1" триггера 18, в результате элемент И 10 открывается, а элемент И 8 модели 1 закрывается.
Так как элементы И 3, И 5 модели 1 открыты по второму входу, то высокий потенциал с выхода элемента ИЛИ 24 модели 20а передается через элементы ИЛИ 16, И3, И5, И10 на вход запуска генератора 7. Импульс с выхода генератора 7 переводит триггер 19 в положение, при котором открыт по первому входу элемент И 9 и закрыт по первому входу элемент И11. Далее устройство работает автоматически как при шлюзовании снизу вверх. Если к моменту окончания шлюзования снизу вверх в верхнем бьефе сформировалась очередь судов, устройство автоматически переходит к шлюзованию сверху вниз после пропуска всех судов из очереди нижнего бьефа по аналогично описанной выше схеме. Остальные режимы функционирования устройства аналогичны рассмотренным.
Статистические характеристики процессов функционирования двухкамерного судоходного шлюза как абсолютно надежного, так и ненадежного (отказы и их устранения при подготовке) с учетом динамики и специфики его применения могут быть определены по показаниям счетчиков, подключенных к различным элементам устройства. Полученные статистические характеристики для различных законов распределения случайных временных интервалов протекания процессов функционирования как абсолютно надежного, так и ненадежного двухкамерного судоходного шлюза с учетом динамики и специфики его применения позволяют решать задачи оценивания, прогнозирования и обеспечения показателей эксплуатационных свойств двухкамерных судоходных шлюзов, например, эффективности, пропускной способности, готовности, надежности и других.
Таким образом, как видно из описания работы устройства, достигается указанный технический результат.