УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ Российский патент 1998 года по МПК G06F17/00 

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 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 тип 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 СМО [2] , содержащее вход, N+1 выходов, N блоков обслуживания заявок, каждый из которых имеет элемент И, триггер, элемент ИЛИ, два генератора импульсов со случайным интервалом следования, причем в каждом блоке обслуживания заявок выход элемента И соединен со входами запуска первого и второго генератора импульсов со случайным интервалом следования и единичным входом триггера, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И, первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго генераторов импульсов со случайным интервалом следования, выход элемента ИЛИ подключен к нулевому входу триггера, выход первого генератора импульсов со случайным интервалом следования подключен ко входу останова второго генератора импульсов со случайным интервалом следования, выход которого подключен ко входу останова первого генератора импульсов со случайным интервалом следования, второй вход элемента И первого блока обслуживания заявок группы является информационным входом устройства, выход первого генератора импульсов со случайным интервалом следования является выходом обслуживаемых с высоким качеством заявок блока обслуживания заявок группы, выход второго генератора импульсов со случайным интервалом следования К-го блока обслуживания заявок группы (К = 1, N) соединен со вторым входом элемента И (К + 1)-го блока обслуживания заявок группы.

Однако данное устройство позволяет моделировать только ограниченные процессы, характерные для судоходных шлюзов при судопропуске - ожидание и подготовку. В то же время это устройство не позволяет моделировать процессы формирования и управления очередью судов в верхнем и нижнем бьефах судоходных шлюзов, а также процессы случайного выбора диспетчером центрального пульта управления шлюзом различных стратегий шлюзования (обслуживания) судов и процессы непосредственного шлюзования судов, а именно открытие и закрытие верхних и нижних ворот шлюза, наполнение и опорожнение камеры шлюза, вход судна в камеру, швартовка, расчаливание и выход судна из камеры шлюза.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности моделирования и расширении функциональных возможностей и области применения устройства за счет имитации процессов формирования и управления очередью судов в верхнем и нижнем бьефах судоходного шлюза, случайного выбора диспетчером центрального пульта управления шлюзом различных стратегий обслуживания судов и непосредственно шлюзования судов, включая открытие и закрытие верхних и нижних ворот шлюза, наполнение и опорожнение камеры шлюза, вход судна в камеру и выход судна из камеры, швартовку и расчаливание судна.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, 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, введены 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 в модель камеры шлюза дополнительно введены 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 в модель центрального пульта управления шлюзом дополнительно введены 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, вторые входы которых соответственно подключены к выходам элементов ИЛИ моделей верхнего и нижнего бьефов, к первому и второму входам 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 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 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, а второй вход третьего элемента И также соединен 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, с входом установки в "1" третьего триггер, 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.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых моделей верхнего и нижнего бьефа, каждая из которых включает генератор случайных импульсов, реверсивный счетчик импульсов и элемент ИЛИ, моделей светофоров верхнего и нижнего бьефа, каждая из которых включает триггер и два элемента индикации, дополнительно введенных в модель центрального пульта управления шлюзом элемента индикации, два триггера, девять элементов И, восемь элементов ИЛИ, в модель камеры шлюза четыре генератора случайных импульсов 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, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, что соответствует критерию изобретательский уровень.

На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит модель 1 центрального пульта управления шлюзом, 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, модель светофоров верхнего 30 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, элемент ИЛИ 42 и элемент И 43.

Генераторы 6, 7 модели 1 формируют одиночные импульсы, которые появляются после запуска на выходе через случайный временный 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 36, 37 функционально эквивалентны генератором устройства [2], поэтому они отнесены в ограничительную часть формулы изобретения.

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 и прямому выходу триггера 2, второй вход - к выходу элемента ИЛИ 10. Вход установки в "0" триггера 2 соединен с выходом элемента ИЛИ 9, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к выходу элементов И15, И16, И17, И20, И43. Выход элемента И15 также соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, 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 ИЛИ 29 модели 25, входы которого подключены к разрядным выходам реверсивного счетчика 28, суммирующий вход которого соединен с выходом генератора 27 модели 25. Второй вход элемента И5 подключен к второму входу элемента ИЛИ 10, к инверсным входам элементов И17, И20 и к вторым входам элементов И16, И19 и к третьему входу элемента И18, а также к выходу элемента ИЛИ 29 модели 26, входы которого соединены с разрядными выходами реверсивного счетчика 28, суммирующий вход которого подключен к выходу генератора 27 модели 26.

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 первому входу элементов ИЛИ 14, входу запуска генератора 40 и первому входу элемента И43 модели 35, входу установки в "1" триггера 23, нулевой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 21, прямой выход которого соединен с первым прямым входом элемента И15, вторым прямым входом элемента И18, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ 21, к первому входу элементов ИЛИ 11, 12. Выход генератора 7 подключен к второму входу элемента ИЛИ 11, входу запуска генератора 41 и к второму входу элемента И43 модели 35, а также к входу установки в "1" триггера 24, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И20 с третьим прямым входом элемента И19, выход которого подключен к второму входу элементов ИЛИ 13, 14 и первому входу элемента ИЛИ 22, второй вход которого подключен к выходу элемента И20, а выход элемента ИЛИ 22 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. Выходы генераторов 40, 41 модели 35 подключены соответственно к входам запуска генераторов 38, 39, 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 30 соответственно соединены с выходами генераторов 40, 38 модели 35, а прямой и инверсный выходы триггера 34 подключены к входам элементов индикации 32, 33 модели 30 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 вычитающим входом реверсивного счетчика 28 моделей 25, 26 соответственно.

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 в 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 завершению 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-внизу 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 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 судоходных шлюзов при разных стратегиях шлюзования и для различных законов распределения случайных временных интервалов их протекания с учетом динамики и специфики их применения и подсчитывая статистические характеристики этих процессов по показаниям счетчиков, подключенных к различным элементам устройства, можно оценивать различные вероятностно-временные статистические показатели судоходных шлюзов, а также исследовать влияние на них основных эксплуатационно-технических характеристик судоходных шлюзов с учетом динамики и специфики их функционирования, 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 И3 имеется разрешающее напряжение, а элемент индикации 8 показывает нахождение шлюза в режиме ожидания, 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 30, 31 установлен в положение, при котором на прямом выходе имеется разрешающее напряжение, что отображается на элементе индикации 32 моделей 30, 31 (запрещающие сигналы светофоров), генераторы 6, 7, 36, 37, 38, 39, 40, 41 не 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.

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).

После включения устройства триггеры 2, 23, 24, 34 устанавливаются в исходное состояние. На выходе триггера 2, подключенному к первому входу элемента И3, имеется разрешающее напряжение, а на прямых выходах триггера 23, 24, подключенным к первым прямым входам элементов И15, И20, к второму прямому входу элемента И18 и к третьему входу элемента И19, разрешающие напряжения отсутствуют. Такое состояние устройства соответствует нахождению шлюза в режиме ожидания. В дальнейшем во всех режимах функционирование устройства поддерживается автоматически после включения раздельно или одновременно 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 последовательности случайных 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 наличии хотя бы единицы (одного судна) на выходе реверсивного счетчика 28 появляется высокий потенциал, который через элемент ИЛИ 29 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.

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 элемента ИЛИ 29 модели 26 нулевой потенциал, то на выходе элемента И5 не будет сигнала и через элемент ИЛИ 12 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 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. Этот импульс поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика импульсов 28 модели 25, имитируя тем самым выход судна из очереди верхнего бьефа. Импульс с выхода генератора 6 переводит триггер 23 в положение, при котором открыты по первому входу элемент И15 и по второму входу элемент И18, поступает через первый вход элемента ИЛИ 14 на вход останова генератора 7, а также запускает генератор 40, 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 переводит триггер 34 модели 30 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 закрытия верхних ворот шлюза, на выходе генератора 38 появляется импульс, который поступая на нулевой вход триггера 34 модели 30 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 элемента ИЛИ 29 модели 25 нулевой потенциал), элемент И16 закрыт по входам, элемент И17 открыт по всем входам и импульс с выхода элемента ИЛИ 42 модели 35, поступив на вход открытого элемента И17 и, пройдя через третий вход элемента ИЛИ 19, 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.

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. Одновременно импульс с выхода элемента И15 поступает через элемент ИЛИ 21 на нулевой вход триггера 23, переводя его в исходное состояние. Таким образом, триггеры 2, 23, 24, 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 последовательно 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 наличии хотя бы единицы на реверсивном счетчике 27 (одного судна) на его выходе появляется высокий потенциал, который через элемент ИЛИ 29 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. 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. Через некоторое случайное время на выходе генератора 7 появляется одиночный импульс, имитирующий принятие решения и выдачу разрешения на шлюзование судна снизу-вверх диспетчером центрального пульта управления шлюзом. Импульс с выхода генератора 7 также переводит триггер 24 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 и запускает генератор 41 модели 35, на выходе которого через некоторое случайное время, адекватное времени подготовки систем шлюза к пропуску судов снизу-вверх, появляется импульс. Этот импульс поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 28 модели 26, имитируя тем самым выход судна из очереди нижнего бьефа. 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 закрытия 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 переводят 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. 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 находятся в исходном состоянии и устройство перешло в режим ожидания.

Работа устройства при двустороннем шлюзовании судов через шлюз происходит следующим образом. Моделирование начинается с одновременного запуска генератора 27 моделей 25 и 26. Эти генераторы выдают последовательности случайных импульсов, адекватно отражающих законы поступления заявок от судов верхнего и нижнего бьефов на прохождение шлюза 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 элемент ИЛИ 29 открывает по второму входу элементы И4, И5 соответственно и через элемент ИЛИ 10 и отрытый 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 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 элементы И45 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, 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 И15 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 также 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 ИЛИ 21 на нулевой вход триггера 23, переводя его в положение, при котором элемент И15 закрывается по первому прямому входу, а элемент И18 по входу. Импульс с выхода генератора 7 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 также автоматически по выше описанным 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 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 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 ИЛИ 22 переведет триггер 24 также в исходное состояние. Далее устройство работает автоматически, как описано при шлюзовании сверху-вниз. Остальные режимы функционирования устройства аналогичны рассмотренным.

Статистические характеристики процессов функционирования судоходных шлюзов с учетом динамики и специфики их 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 судоходных шлюзов с учетом динамики и специфики их применения позволяет решать задачи оценивания, прогнозирования и обеспечения показателей эксплуатационных свойств судоходных шлюзов, например, эффективности, готовности, надежности и других.

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. Авторское свидетельство СССР N 1418738, кл. G 06 F 15/20, 1988.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании процессов функционирования судоходных шлюзов для различных стратегий движения судов через судоходный шлюз с учетом динамики и специфики их применения. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности моделирования и расширении функциональных возможностей и области применения устройства за счет имитации процессов формирования и управления очередью судов в верхнем и нижнем бьефах, выбора диспетчером центрального пульта управления судоходным шлюзом различных стратегий шлюзования, а также процессов непосредственного шлюзования судов. Устройство содержит модель центрального пульта управления шлюзом, включающую три триггера, два генератора случайных импульсов, девять элементов И, элемент индикации и восемь элементов ИЛИ, модель камеры шлюза, включающую шесть генераторов случайных импульсов и элемент ИЛИ, модель светофора верхнего бьефа и модель светофора нижнего бьефа, каждая из которых включает триггер и два элемента индикации, модель верхнего бьефа и модель нижнего бьефа, каждая из которых включает генератор случайных импульсов, реверсивный счетчик импульсов и элемент ИЛИ. 1 ил.

Устройство для моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, 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, отличающееся тем, что введены 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 в модель камеры шлюза дополнительно введены 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 в модель центрального пульта управления шлюзом дополнительно введены 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 элемента 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, входу установки в "1" второго триггера, 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, вторым входом второго элемента ИЛИ, инверсным входом шестого и девятого, вторым прямым входом пятого и восьмого, третьим прямым входом седьмого элементов И, выход восьмого элемента И соединен с вторым входом шестого и седьмого элементов ИЛИ, 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, входом запуска четвертого генератора случайных импульсов и вторым входом элемента И модели камеры шлюза, а также с входом устройства в "1" третьего триггера, выход девятого элемента И подключен к четвертому входу первого и второму входу восьмого элементов ИЛИ, выход элемента ИЛИ модели камеры шлюза соединен с вторым прямым входом четвертого и девятого элементов И, третьим прямым входом пятого и шестого и 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.