автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация контроля, диагностики и измерений параметров процесса высева универсального высевающего аппарата

КІРОВОГРАДСЬКИЙ ІНСТИТУТ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО МАШИНОБУДУВАННЯ

Р Г 5 ОД :

' ’ На правах рукопису

ТАТАРОВ Анатолій Васильович

АВТОМАТИЗАЦІЯ КОНТРОЛЮ, ДІАГНОСТИКИ ТА ВИМІРЮВАНЬ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ВИСІВУ УНІВЕРСАЛЬНОГО ВИСІВАЮЧОГО АПАРАТА

Спеціальність 05Л3.07 «Автоматизація технологічних

процесів та виробництв»

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

КІРОВОГРАД

1997

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Кіровоградському інституті сільськогосподарського машинобудування та в СП «Деметра» НВО «ЛАН» (м. Кіровоград).

Наукові керівники: заслужений діяч науки і техніки України, академік Міжнародної Інженерної академії та Інженерної академії України, доктор технічних наук, професор

Носов Григорій Романович ;

кандидат технічних наук, доцент Кінкер Михайло Григорович.

Офіційні опоненти: академік Української академії наук

національного прогресу, доктор технічних наук, професор Галай Микола Васильович; кандидат технічних наук, доцент Петренко Микола Миколайович.

Провідна організація: Полтавський державний сільськогосподарський інститут Міністерства • сільського господарства та

продовольства України

Захист відбудеться « 3 » ¿Щ/т/г# 1997 р. о ¿?год. на засіданні спеціалізованої вченої ради4С 13.01.02 в Кіровоградському інституті сільськогосподарського машинобудування за адресою: 316017, Кіровоград, пр. Правди, 70 А, ауд. 361.

З дисертаційною роботою можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування за адресою: 316017, Кіровоград, пр. Правди, 70 А.

Автореферат розісланий « ¿7 » 1997 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

канд. техн. наук, доцент В. М. Каліч

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення ефективності вирощування просапних культур вимагає істотнього поліпшення якості посіву. Це досягається як за рахунок удосконалення висіваючих систем, так і шляхом застосування сучасних засобів автоматизації контролю порушень, діагностики і вимірювання параметрів процесу висіву насіння. Наявність таких засобів дозволяє своєчасно отримувати та оцінювати інформацію про стан висіву та його якісні показники, забезпечуючи їх підтримання у заданому діапазоні, що свідчить про безумовну актуальність теми. її рішення передбачено планами науково-дослідних робіт Української академії аграрних наук з теми 9. 2 «Розробити наукові основи і технічні засоби автоматизації процесів управління і наладки комплексів машин для виробництва основних сільскогосподарських культур» та Проблемної науково-дослідної лабораторії автоматизації виробничих процесів Кіровоградського інституту сільскогосподарського машинобудування по темі 62Б46 «Розробка системи контролю і вимірювання технологічних параметрів посівних машин і комбінованих агрегатів» і договору про сумісні роботи між СП «Деметра» Кіровоградського НВО «Лан» і Кіровоградським інститутом сільскогосподарського машинобудування.

Мета та задачі досліджень. Метою досліджень є теоретичне обгрунтування, експериментальна перевірка та практична реалізація системи автоматичного контролю порушень, діагностики і вимірювань параметрів процесу висіву насіння універсальним пневматичним висіваючим апаратом просапної сівалки. Для досягнення поставленої чети вирішені слідуючі задачі:

1. Проведені аналіз, теоретичні дослідження і моделювання висі-іу насіння універсальним пневматичним висіваючим апаратом, вияв-тсні причини його порушень та їх вплив на якісні показники. Створена ймовірностно-інформаційна модель порушень висіву та визна-іено місце розташування первинного перетворювача (датчика) вис.і-іу, сформовані вимоги до його схемно-конструктивної будови.

2. Досліджені та обгрунтовані алгоритми виявлення порушень шсіву насіння, діагностики та вимірювання його норми, на основі іких розроблені структурні, функціональні та принципіальні схеми ехнічних засобів системи.

3. Теоретично досліджені датчики висіву насіння та виміру шля-:у сівалки, виконані їх схемно-конструктивні розробки.

4. Розроблені програми, методики, обладнання та виконані лабо-іаторні та стендові дослідження технічних засобів системи.

5. Проведені польові випробування дослідного зразка системи і ;ана оцінка його техніко-економічних показників.

Об’єкти досліджень. Об’єктами досліджень є процес висіву насіння універсальним пневматичним висіваючим апаратом точного висіву просапних культур, датчики висіву насіння та вимірювання шляху, система автоматичного контролю порушень, діагностики 7а вимірювання параметрів процесу.

Методи досліджень. Аналіз процесу висіву та його порушень виконаний на основі методів визначення вагових коефіцієнтів показників якості систем та ймовірностно-інформаційної моделі. Теоретичні дослідження траєкторій руху насіння виконані на основі законів фізики руху матеріального тіла у гравітаційному йолі і математичного моделювання його просторового руху. Теоретичні до:-лідження і моделювання датчика висіву насіння виконані на осноїі теорії розпізнавальних оптичних систем. Для теоретичного обгрунтування основних положень роботи використано методи теор.і автоматичного управління, побудови алгоритмів, ідентифікації об’єктів, а також передові науково-технічні досягнення в галузяі електроніки та оптико-електронних систем.

Експериментальні дослідження здійснювались з використанням стандартних контрольно-вимірювальних пристроїв і нестандартного обладнання та стендів. Планування експериментів та обробка даних виконувались методами математичної статистики. Основні результати експериментальних досліджень одержані при надійній ймовірнос-" ті 0.9 - 0.95. Розрахунки і моделювання виконані із застосуванням ПЕОМ.

Наукова новизна. Створена ймовірносно-інформаційна модель порушень висіву насіння основних просапних культур при їх сівбі універсальним пневматичним висіваючим апаратом.

Обгрунтоване місце розміщення датчика висіву, створена його модель, досліджені та змодельовані траєкторії руху насіння у зоні чутливості датчика, запропонована, теоретично обгрунтована та експериментально досліджена його схемно-конструктивна реалізація ра основі регульованої розпізнавальної оптичної системи.

Запропоновані та обгрунтовані методи та алгоритми виявлення порушень висіву, діагностики та вимірювання його параметрів. На основі запропонованих методів і алгоритмів розроблені структура і схемна реалізація технічних засобів системи та її складових частин, обгрунтовані їх параметри, розроблені методики і виконані їх дослідження.

Новизна та винахідницький рівень технічних рішень роботи підтверджені патентом України від 15. 04. 1997 року N 17381А «Пристрій для вимірювання шляху мобільної сільскогосподарської машини» та позитивним рішенням Держпатенту України по заявці

на винахід від 15. 01. 1996 року Л° 96010156 « Пристрій для рахунку насіння при посіві висіваючим апаратом».

Практична цінність. Розроблені електричні, структурні та функціональні схеми системи автоматичного контролю порушень висіву насіння, діагностики та вимірювань параметрів висіву. Виготовлений та досліджений у лабораторних, стендових і польових умовах дослідний зразок системи. Визначено, що своєчасне виявлення порушень висіву, оперативне діагностування та вимірювання його параметрів, сприяє зменшенню просівів і втрат врожаю, поліпшує умови праці тракториста та якісні показники посіву.

Реалізація результатів досліджень. Результати дисертаційної роботи використані при виконанні НДР по темі 62Б46 «Розробка системи контролю і вимірювання технологічних параметрів посівних машин і комбінованих агрегатів» і передані в українсько-болгарське СП «Деметра» Кіровоградського НВО «Лан» для практичого використання. Дослідний зразок системи використовується в учбовому процесі кафедри «Автоматизація виробничих процесів» КІСМ.

Апробанія роботи. Основні положення і результати роботи були заслухані та обговорені на міжнародних науково-технічних конференціях: «Питання розвитку механізації, електрифікації, автоматизації і технічного сервісу АПК в умовах ринкових відносин (Глеваха, 1995 р.), «Контроль і управління у технічних системах» (Вінниця, 1995 р.) та науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів і співробітників КІСМ (1995 - 1997 роки).

На захист виносяться:

1. Дослідження пневматичного висіваючого апарату точного висіву як джерела інформації про параметри процесу та об’єкта автоматизації.

2. Обгрунтування схем, конструкцій та параметрів датчика висіву насіння та датчика шляху у складі системи.

3. Математичні моделі та алгоритми автоматичного виявлення порушень процесу висіву насіння, діагностики та вимірювання

його параметрів.

А. Обгрунтування та дослідження структури системи та її функ ціональних частин.

5. Система автоматичного контролю порушень процесу висіву насіння, діагностики та вимірювання його параметрів.

Конкретний особистий внесок автора у розробку наукових результатів, пго виносяться на захист. Досліджено процес висіву насіння універсальним пневматичним висіваючим апаратом, виявлені та проаналізовані основні причини виникнення його порушеннь. Створена ймовірносно-інформаційна модель порушень висіву, досліджені та змодельовані траєкторії руху насіння, на основі яких

визначено місце розташування датчика висіву та його схемно-конс руктивні параметри. Створені математичні моделі та алгоритм автоматизації контролю порушень висіву насіння, діагностики та в мірювання його параметрів. Виготовлений і перевірений у лабор торних, стендових та польових умовах дослідний зразок систем Загальна доля участі автора в опублікованих у співавторстві друк ваних роботах з теми дисертації складає 40 -- 60 %, а у патентах винахід — 35 — 40 %.

Публікації. Результати дисертації висвітлені у 12 наукових роб тах, у тому числі у 1 патенті України та 1 позитивному рішеїп про видачу патенту на винахід Держпатенту України.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається з вступу, розділів, висновків і списку літератури з 164 найменувань, 9 дод< ків. Загальний обсяг рукопису дисертації 148 сторінок, у тому чис

— 8 таблиць і 97 малюнків.

ЗМІСТ РОБОТИ.

Вступ. Обгрунтована актуальність теми та викладені основні і ложення, які виносяться на захист.

Розділ 1 «Стан питання та задачі досліджень». Розглянуті кож рукція та технологічний процес універсального висіваючого апара для просапних культур (кукурудза, соняшник, цукровий та кор> вий буряк та і її.), проаналізована схема цього процесу, виявлс причини порушень висіву насіння та дестабілізації його параметр дана їх кількісна оцінка. Виділені основні параметри процесу, і підлягають контролю, діагностиці та вимірюванню. На грунті й> вірносно-інформаційної моделі показано, що найбільш повну інфс мацію про стан висіву та його порушення, діагностику і вимірюнг ня його кількісних параметрів можна отримати, реєструючи рух і сіння після сходу з висіваючого диска і до надходження в сошнг Аналіз інформаційних джерел у галузі автоматизації посівної тех; ки показав, що автоматизований контроль порушень висіву насіш його діагностика та вимірювання є ефективними засобами підвищ« ня якості посіву, що сприяють зменшенню кількості і довжини щ сівів (незасіяні ділянки лану), виключаючи розрідженний чи заі щений посів. Розглянута відповідність існуючих технічних засобів сучасним вимогам, поставлені задачі досліджень.

Розділ 2 « Теоретичні дослідження та моделювання методі; засобів автоматичного контролю, діагностики та вимірювань па] метрів процесу висіву універсального висіваючого апарату». В за, чах моделювання висіваючий апарат розглянуто як складну диі мічну систему, що перетворює сукупність випадковим чином роз

шованого в бункері сівалки насіння у їх упорядковану невипадкову послідовність для розміщення у грунті відповідно із заданим інтервалом. Вихідними параметрами системи є норма висіву N(/), що являє число насіння,. висіяного на одиницю шляху сівалки та інтенсивність висіву, яка є частотою його подачі у грунт за одиницю часу 1(0 чи на одиницю шляху 1(0 (малюнок 1). .

Для цього лінійна швидкість руху агрегату Va(t)ne-рез його опорноприводне колесо перетворюється у кутову швидкість обертання останнього MK(t) (ланка Аі). Коефіцієнти e(t) та cpK(t) враховують буксування коліс трактора та просковзу-вання коліс сівалки. Передавальний механізм, параметри якого задані передавальним відношенням «і» (ланка А2), перетворює кутову швидкість обертання колеса cnK(t) у кутову швидкість обертання висіваючого диску д(0 з числом комірок Zj (ланка А4). Ступінь розрідження у вакуумній камері висіваючого апарата PB(t) формується вентилятором (ланка АЗ) при підтриманні стабільності його обертів м„(0. Зміни стану ланок А1 — А4 системи відбуваються як скачкоподібно (відмови у приводі, обривання пневмосистеми, заклинювання висіваючих дисків), так і поступово (забивання сошників та комірок висіваючих дисків, знос та старіння рухомих елементів, розрегулювання вузлів видалення «зайвих» насінин), а значення норми висіву безпосередньо не вимірюється і не контролюються, а є результатом підрахунку кількості насіння М; на шляху довжиною Lj при наявності похибки вимірювань S(t), тому модель процесу розглянуто як сукупність окремих операцій, що підлягають автоматизації.

Обгрунтування алгоритму виявлення порушень висіву насіння виконано за методом технологічної моделі процесу, при якій висів насіння є реалізація процесу Y(t), що відтворює частоту Fj(t) надходження насіння у борозну. Це цілком припустимо, якщо прийняти, що на будь-якій, довільно взятій і-ій ділянці лану швидкість руку сівалки Vai(t) є постійною, а враховуючи те, що агротехнічними вимогами на інтервал між насінинами встановлено двосторонній симетричний допуск, базою відліку можна приймати установче або налагоджувальне значення Y„(t) контрольованого процесу Y(t). Таке

V.U> J. All) Л (I)

£•(‘■1 1 A1 A2

ЧИН A A

1 A4

А5

N(0

I(t)

t(U

Мал.1. Функціональна модель висіваючого апарату.

припущення істьотньо спрощує алгоритм виявлення порушень висіву та його апаратну реалізацію. Прийнявши за налагоджувальне значення процесу YH(0 частоту Рзад імпульсів задавача «ідеального» процесу та переходячи від частоти до періоду імпульсів Тзад., значення часу виявлення порушень висіву Твп. знаходимо із виразу t +T TT + t ( 1 )

umin 1зад. mm *вп. Азад. шах Lmax , \ * /

де Тзад min , Тзад. тах— відповідно, мінімальний та максимальний інтервали часу між двома послідовними імпульсами «ідеаль-

ного» процесу, с; tmin та tmax — відповідно, мінімальний і максимальний запас часу на виключення «хибних» спрацьовувань, с.

Запаси часу tmin та tmax, необхідні для компенсації розбігу параметрів схем перетворювача (tcx.i), напруги живлення (t*aB.i), і враховують тривалість захисного інтервалу (taax.i), що виключає випадкові зпрацьовування сигналізаторів при відсутності порушень висіву. Визначивши

ti = t3ax.i + (tcx.i + txuiB.i) = (і-г-2) Тзад. , ( 2 )

умову ( 1 ) виразимо у вигляді

Тзад. < Твп. < 2Тзад. шах . ( 3 )

Вираз ( 3 ) покладено у основу алгоритму виявлення порушень висіву насіння, який можна сформулювати таким чином:

Умова 1. Реєструються моменти tB. і висіву насіння у кожному із висіваючих апаратів (сигнали «1____12», малюнок 4);

Умова 2. Реєструються еталонні відмітки часу Тзад.; задавача «ідеального» процесу висіву з урахуваням наявності захисного інтервалу (t3ax.) — (сигнал «ІВ», малюнок 4);

Умова 3. Визначається наявність не менш одного імпульсу кожного із сигналів «1...12» у проміжку між двома сусідніми імпульсами сигналу «ІВ»;

Умова 4. При виконанні умови 3 сигнал «порушення висіву» не формується;

Умова 5. Якщо умова 3 не виконується, то формується сигнал «порушення висіву» і здійснюється ного запам’ятування;

Умова 6. За сигналом «порушення висіву» здійснюється включення звукового та світлового сигналізаторів;

Умова 7. Відключення сигналізаторів при відновленні процесу.

Теоретичний аналіз методу вимірювання норми висіву виконано, виходячи із визначення похибки вимірювань як різниці оцінюваних значень норми висіву (mk) та (тп) при вимірюваннях у 1<к<п та у n-висіваючих апаратах (ВА) на кінцевій (Li) і нескінченній (Loo ) довжинах шляху, при якій точність вимірювань найбільша ( 4 ).

к __ п _

А = пі]. - т_ = АЛк'1 І Мі - п'11 Мі ] , ( 4 )

І=1 І=1

де А( — перерахунковий коефіцієнт, А =?= 104-п-В 1-Г1;

В — робоча ширина сівалки, м;

І — довжина шляху, підрахунку насіння, м;

Мі — кількість насіння, підрахованого на виході і-го ВЛ у перерахунку на одиницю засіяної площини, шт/м .

Для заданого числа насінин для висіву Мз.і оцінювальне значення норми висіву (ліз) при вимірюваннях у 1<к<п висіваючих апаратах на кінцевій (Ь) довжині шляху становить

к

гпз = А, к'1 Е Мз . ( 5 )

І = 1

Перетворення рівняння ( 4 ) із врахуванням ( 5 ) дає значення похибки вимірювань(Л) внаслідок різниці між підрахованою і заданою кількістю насіння при підрахунку у 1<к<п висіваючих апаратах на кінцевій (Н) довжині шляху (Ді)

Д = (шк-іть) + (ігь- шІ) = -Е(М-Мз) + [-5Мз— — 2МЇ| = Аі(Ді + Дг) , ( 6 )

к к п

де Дг — абсолютне збільшення похибки вимірювань при підрахунку насіння у 1<к<п ВА на кінцевій (Іл) довжині шляху.

Таке уявлення Ді та Д2 вірне, оскільки при к=1 Ді = Мі - Мз, а при к=п-Д2 звертається у нуль. Переходячи до дисперсії Д2 та враховуючи властивості однозернового висіву, отримуємо значення абсолютної 5(Д) та відносної (є) середньоквадратичної похибки вимірювань

Г п , 2.56с п (п - к> "І

І ~кТ -------к-----

_ ст(Д ) _ / 1 2.56 с2(п - к)\1/2 / -7 \

-м“'ЧмПГ/+---------^к-----) • (7)

Розв’яавши ( 7 ) відносно І для довільного числа к<п висіваючих апаратів, знаходимо значення довжини шляху вимірювань

/к = 1()4 ^ = кП ( 8 )

(}н В [в^пк - 2.56с^(п - к)] № [є^пк — 2.560^(11 — к)]

При вимірюваннях значення норми висіву у одному висіваючому апараті (к=1) значення довжини шляху вимірювань /, становить

є

l\ =

104 n2

QH В [e?n - 2.56c^(n - 0]

Ku [є,п - 2.56c (n — 1)]

( 9 )

де с — припустимі коливання норми висіву між ВА,

Он— норма висіву при її завданні з розмірністю, кг/га.

Виходячи з того, що для просапних сівалок припустимі коливай ня норми висіву між висіваючими апаратами згідно з агротехнічні: ми вимогами на висів не перевищують ± 3% (с = 0.03), із ( 9 ) знаг дено, що при є ^ > 0.0357, тобто середньоквадратична похибка вим рювань норми висіву при к=1 не може бути менше, ніж 3.57%. І виразу (9) при при с = 0.03 змодельовані залежності Ьв = К\в) дл висіву насіння кукурудзи при (п=8 В=5.6м і п=12 В=8.4 м) та цуі рового буряка при п=12 і В=5.4 м при значеннях є, = 0.1 та є,

0.2, із яких обчислено оптимальну довжину шляху вимірювань, щ становить 20 метрів для найбільш поширених значень норм висів просапних культур.

Оптимізацію місця установки датчика висіву насіння виконано міркувань отримання найменшого збитку при порушеннях перші (припинення руху насінин на дно борозни у зв’язку їх відсутност та другої (забиванням сошників) груп, шляхом мінімізації часу пі явлення порушень висіву (іпв), визначеного функцією висоти зн; ходження зони чутливості датчика (малюнок 2)

ІПВ = \ Б(у) К'в'і VI и]Іс кззп. сіу , ( ю )

кукурудза

1 1/ */ j

1 А J /

і V/

її t

у

У\ Ni =5шт/н

N2= 10шт/м

соняшник

цукровим

\

де Удат. —відповідно, висота датч: ка Упр. та «пробки» відносно ді борозни, мм;

Б(у) —площа перетину поро> нин сошника і ВА у функції висоти, мм ;

N.. і —норма висіву, шт/м;

Уа —швидкість посівного агрег ту, м/с;

онас —об’єм насінини, мм3; кзап. —коефіцієнт заповнені порожнин сошника і ВА. Конструктивні параметри датчика висіву визначені за даними м тематичного моделювання траєкторій руху насінин, відокремлені від висіваючого диску, для чого знайдений вираз залежності її коо динати Хі насінини у площини Х02 від параметрів висіву

10 20 30 40 50 60

--------ten

Мал.2. Залежність часу насвияв-лення порушення висіву від висоти датчика над дном борозни

x¡ =Va(l- кд МгаОжх){-Уакді N Sina +[VaN2. k2u Sin2a +2g(yfl- r¡ cosoO^Jg1,(11)

де кді= 27ir¡zi — конструктивний коефіцієнт висіваючого диску; п — радіус центрів комірок висіваючого диску, мм;

Z¡ — число комірок (отворів) висіваючого диску, шт; а — кут сходження насінин із комірок, градусів.

Результатами моделювання показано, що при висіві кукурудзи, соняшника та інших великонасіннєвих культур розмір зони чутливості датчика висіву становить від 110 до 125 мм, а при висіві насінин цукрового та кормового буряка може бути скорочений до 80 мм, що враховано при розробці конструкції та схеми датчика висіву, який має регульовану зону сприяття руху насіння.

Модель датчика висіву насіння — розпізнаюча оптична система, дія якої полягає в модулюванні оптичної потужності випромінювання джерела світла Р висіваючим насінням (фізичне збурення Х=Хо+ АХ), реєстрації змін освітлення поверхні фотоприймача (Р'о+ ДР) і їх перетворювання у інформаційній снтал ДІ = f(Xo+ ДХ) ( мал.З ).

Ро Ро+ДР

. Р-н=І(х)=іо+Ді Al вих

Y г

Джерело світла х — хо+Ах Фотоприймач Перетворювач

Мал. 3. Схема утворення інформаційного сигналу висіву насіння

Для такої схеми функціонал перетворення датчика буде ро-> X = Хо+ ДХ-> Рі+ ДР-* і = Кх) = іо + Ді-> ДІшн = ((Хо+ ДХ)( 12 )

Його рішення відносно ДІвих дає вираз функціональної моделі датчика висіву у вигляді

Дівах = Бф Рф Т Т*(х), ( 13 )

де Бф — ампер-ваттна чутливість фотоприймача;

Рф — вхідна оптична потужність фотоприймача;

Т — коефіцієнт пропускання оптичного тракту по потужності;

Т5(х)-коефіцієнт модуляції оптичного тракту насінням.

„ , ч аЬ + х V а"1 - х' - а2 агссоз(х/а) е \

Т*(х) = -------------, - , ------^---------- • ( 14 )

7г(г + Ду гдаг)

Розділ 3. «Синтез структури та обгрунтування параметрів системи» За результатами теоретичних досліджень властивостей висіву та його порушень і їх моделювання визначені основні вимоги до системи та її структура ( малюнок 4 ). Методами функціональної декомпози-ції визначені складові підсистеми:

і атчики

Форис/Івиі Си-іголб

Індикатори

/і»

Даянии іиеііці

Хапиик рііня наїіннв

Датиик рііня доіїриі

іододач І2] інтінеиіноїті бисібу

\Ь'

Дапіиисш/іяіу 'З*

Хії.

1 уЛ0руШ9М9 4<ХІ ; ' іу у/¡»іЬ/ і,..12

ГіТТу ___________

’ Иііем даіриі Ріівко на&нкя

•(. 'її1'

Норме бисіьу у раді’

іада/л7 норма бисііу

Н*Г.Л?Од*ІС/Т'Ь іядябачо їм/геп. сивності висіву

Зш

Неіпраіність долічи на шла і у

ЕШЕ

"Номер ряіа'

С<7

’Рііень носіння’

.,А6ш додриі‘

„ Норма Ш&у ’

„ІЇсмвр ряда"

, іадонановма ’ іисібу'

ґиліоШспь гойогпмю,<тн ґиінвеяі іисіїу

Нмпроініе/пь йаттеа шшу

З іукоіий

Ьядобячі „ Ціргіїрка ручний

¡ним рибсти

Таймер

ь£±

„Номер рїОа бишрйЬань

Аітсл»0тичнии"

\І"Реним ~ „

І вимірювано

І +?»*&««&* *12* и ■

Блок

шивлгння

• І ч.у.

і

ііії Іортоіої J зкецтро^еріші т/очпора

Мал. 4. Функціональна структура системи контролю, дігностики та вимірювань параметрів процесу висіву універсального пневматічного висіваючого апарату

1. «Контролю технологічного процесу сівалки та виявлення порушень висіву насіння».

2. «Вимірювання норми висіву насіння».

3. «Діагностики технологічного процесу сівалки та технічного стану системи».

У підсистемі 1 датчики висіву реєструють рух насіння у борозну (імульси «1...12», малюнок 4), а задавач інтенсивності висіву формує імпульси (імпульс «ІВ», малюнок 4), які обробляються формувачем сигналів «Порушення висіву в рядах», сигнал, з виходу якого приводить у дію звуковий сигналізатор, одночасно вмикаючи індикатор «Номер ряду», у якому виникло порушення висіву. При зниженні рівня насіння або добрив нижче височини розміщення відповідного датчика формувач сигналів «Рівень насіння» або «Рівень добрив» вмикає звуковий сигналізатор і відповідний індикатор рівня. На малюнку 5 дана узагальнена структурна схема підсистеми

1, а на малюнку 6 — вигляд її каналів після лінеаризації.

ЛОІІчяии в поиетоіи

ё'

л» Р

ІссЬ-іе*

Хэ*0 *(

“Тьор

“Гпв

Тфпо * і

'оіь

СбітлоВий і*і 9и«а ґроо.р&'і

еІгір

мс$Уп дгор

и і,

ТіР+і

Ш*

< <У«1

ІсдоЬо* і*'ге*<4'6

*«-». ¿"‘‘цыиакм,ліог. :!=ч

Їатчі/К #іь*£ фар»*6о» и—

•ч « ° 1 <■-'

Пончик іїосі/Л’ббоу» Фпрмуіои

{о#*] і и ______ №1

С3 .. *\(є** даброі*

і

сь

Ъю ¡Лц0 Аел&ук/П* ГСГ'+ел ОІріМт* «2 'ІгрРи/яод

ІгЄ

;іт-с

¿обом таМ'У&омнд ¿у******

*бе

?гі/0

Мал.5. Узагальнена структурна схема підсистеми 1

Записавши реакцію лінійних ланок (ЛЛ) на вхідне ступінчате незішкаюче збурення у вигляді системи рівнянь (15) і вирішивши їх відносно складових тривалостей перехідних процесів И-14, знаходимо вираз для обчислення загальної тривалості перехідного процесу Тпср. у вигляді функціоналу (16) хю = Ь]^) хвхо

'■20

= Ь2(і2) х

чо

х30 ~ ^з(і3) х20 |хвпх ±0,05 хвих= Ь4(14) х40 , де Ьі(й) — перехідна функція лінійних ланок.

( 15 )

Хвх

ЛЛі W1(p)

ЛЛ2 У\/2(р)

ЛЛз УУз(р)

ЛЛ4 УУ4(р)

Wвa(p) Хі Wдв(p) Х2 Wлп(p) Хз УУтр(р) Хвих

^Б(р) Wдp(p) \Мг>с(р)

12

♦13

Мал.6. Структурна схема каналів підсистеми 1 після лінеаризації ланок.

тпер = Ф,{Хвхо\¥1(р)Х10} +...+Ф„.,{ХпЛ.1} + Ф^АУ^Х™^ 16 )

Розрахунки значень Тпср. для фактичних умов висіву показали, що його тривалість при порушеннях висіву насіння не перевищує 1,8 — 2,4 секунди.

В режимі «Автоматичний» підсистеми 2 до формувача інформації «Норма висіву у ряді» почергово через кожні 20 метрів підключаються датчики висіву, а індикатори «Норма висіву» і «Номер ряду»

висвічують відповідну інформацію. У режимі «Ручний» норма висіву вимірюється лише у ряду, номер якого встановлено задавачем «Номер ряда», при цьому зміна її значень проходить через кожні 20 метрів.

Підсистема 3 складається з канала автоматичної діагностики «Задана норма висіву», утвореного відповідними індикатором та формувачем сигналу, задавачем інтенсивності висіву та датчиком шляху, і канала діагностики технічного стану системи і її частин, дія якого починається при переведенні задавача «Режим роботи» у положення «Перевірка».

У структурі системи відсутнє «жорстке» закріплення її окремих складових частин за підсистемами, що суттєво обмежило можливості їх синтезу традиційними методами. Загальною властивістю системи та всіх її підсистем є наявність у їх структурі автоматизованих (датчики і задавач висіву, рівня, шляху, вузли перетворення, обробки і відображення інформації) та неавтоматизованих ланок (сприйняття інформації та прийняття рішень трактористом). Оптимізація складу та параметрів функціональних частин системи виконана за умови мінімізації втрат від порушень процесу довжини просівів, загущення та розрідження висіву. Для цього досліджені передавальні функції ланок, для окремих ланок виконана лінеаризація, визначені постійні часу ланок у складі підсистем. У неавтоматизованих ланках всіх підсистем передавальну функцію тракториста дано у вигляді трьох ланок. Оператор (Тфр+1) ланки 2 (малюнок 5) для всіх підсистем є форсуючим елементом, який компенсує зорову інформаційну перевантаженість тракториста при керуванні агрегатом за рахунок формування диференційованого за характером та часом дії звукового сигналу. '

Розділ 4. «Експериментальні дослідження системи». Метою досліджень є перевірка вірогідності та адекватності теоретичних положень роботи, отримання достатнього обсягу' інформації для підтвердження правомірності обраних технічних параметрів системи та її складових частин, визначення меж похибок вимірювань норми висіву для основних культур, що висіваються апаратом, отримання даних для визначення техніко-економічних показників системи. Для цього у лабораторних, стендових, лабораторно-стендових та лабораторно-польових умовах дослідженні й визначені:

1. Межі траєкторій руху кукурудзи, соняшника та цукрового буряка у площині ХОУ. Встановлено, що максимальна віддаленність траєкторії руху насіння відносно осі ОУ становить для цукрового буряка 62±2 мм, для кукурудзи та соняшника - 104,2±3,6 мм.

2. Тривалість заповнювання порожнини сошника насінням при

імітації забивання, яка не перевищує для насіння цукрового буряка 12-25 секунд, кукурудзи — 8-11 секунд, соняшника — 10-18 секунд.

3. Часові інтервали висіву у сталому режимі роботи висіваючого апарату, які пропорційні нормі висіву та швидкості руху агрегата і утворюють близьку до періодичної послідовність в усьому діапазоні робочих норм висіву та швидкостей руху.

4. Абсолютна (ДХв), відносна (5м) і середньо квадратична (о») похибки вимірювань норми висіву - шляхом дослідження меж абсолютних похибок рахування насіння (ДМ) та вимірювання шляху (ДО як функції — ДМ, См = И(Мзад, Усд) та ДЬ, (У і. = І2(Уа, \Угр, І’гр), які обчислені за виразами

5. Межі ДОВЖИН просівів ЯК функції /пр = Гз (\’в, Уа, Шпр) — шляхом імітації порушень висіву.

Розділ 5. «Випробування та оцінка технічно-економічних показників системи». Отримані результати польових випробовувань системи умовах на висіві насіння кукурудзи, соняшника та цукрового буряка, за якими визначені показники надійності системи. За даними обстежень посівів кукурудзи встановлено, що доля просівів при застосуванні системи становить від 0.4 до 2.9% загальної площі посіву. Витрати часу на полагодження сівалки, її контроль та діагностику під час висіву зменьшуються на 0.04-0.07 люд.-год./га. Коефіцієнт готовності системи становить 0.99 — 0.992.

ВИСНОВКИ.

Результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень, реалізація та польові випробовування дослідного зразка системи дозволили зробити наступні висновки.

1. Універсальний пневматичний висіваючий апарат є складною дінамічною системою, для контролю, діагностики та вимірювань параметрів якої необхідна і достатня адитивна схема спостережень з накопиченням та обробкою інформації про стан «ідеального» та «реального» процесів.

2. Ймовірносно-інформаційна модель висіву насіння свідчить, що найбільш повну інформацію про хід процесу та його порушення, діагностику та вимірювання кількісних параметрів можна отримати, реєструючи рух насіння після сходу з висіваючого диска і до надхо-джеиня у сошник. При цьому найменші втрати від порушень при допустимій вірогідності реєстрації насіння будуть, при розміщенні зойк чутливості датчика висіву на висоті 120... 130 мм від центру осі

висіваючого диска,

3. Граничні межі регулювання оитичної системи зони чутливості датчика висіву не перевищують 110-125мм для насіння кукурудзи, соняшника та інших великонасіннєви культур і 80 мм для насіння цукрового та кормового буряка.

4. Алгоритм розпізнавання порушень висіву повинен враховувати наявність захисного інтервалу, тривалість якого більше заданого і не перевищує подвійний максимальний заданий інтервал часу подавання насіння у зону чутливості датчика.

5. Для прийнятого алгоритму вимірювань норми висіву при при-

пустимих її коливаннях у межах ±3% середньоквадратична похибка вимірювань не може бути меншою 3,57% при шляху вимірювань 20 метрів. '

6. Застосування регульованої оптичної системи у датчику висіву забезпечує коефіцієнт реєстрації зернин не нижче 0,963 для насіння цукрового буряка та 0,981 для крупнонасішієвих культур.

7. Абсолютна похибка виміру норми висіву (ДМв) становить ДК’в.шт = ± 0,1 15 шт/м та ДКв.тах = ± 1,75 шт/м.

8. Прогнозований економічний ефект та зменшення витрат часу при експлуатації системи знаходяться у межах 0,005 0,007 тис.грн/га та 0,04 — 0,07 люд. год/га, відповідно.

Основні положення дисертації викладено у роботах:

1. Носов Г. Р., Кинкер М. Г., Сало В. М., Татаров А. В. Системы контроля технологического процесса посевных машин / / Проблемы автоматизации и энергообеспечения в машиностроении.

- Кировоград, КИСМ, 1995. - С. 3-11.

2. Кинкер М. Г., Татаров А. В. Методы контроля и диагностики посевного агрегата // Проблемы автоматизации и энергообеспечения в машиностроении. — Кировоград, КИСМ, 1995. — С. 44-49.

3. Кинкер М. Г., Лушников В. М., Татаров А. В. Обоснование места установки датчика высева семян // Проблеми автоматизації та енергозабезпечення в сільському господарстві та машинобудуванні. — Кіровоград, КІСМ. 1996. -С. 32-35.

4. Лушников В. М., Кинкер М. Г., Татаров А. В. Теоретические исследования траекторий движения семян // Проблеми автоматизації та енергозабезпечення в сільському господарстві і машинобудуванні. — Кіровоград, КІСМ, 1996.- С. 41-46.

5. Носов Г. Р., Кінкер М. Г., Татаров А. В. Теоретический анализ методов измерения нормы высева семян при пунктирном посеве // Проблеми автоматизації та енергозабезпечення в сільському господарстві та машинобудуванні. — Кіровоград, КІСМ, 1996.- С. 58-61.

6. Патент Л? 17381А кл. А01С7/00 (Україна). Пристрій для вимірювання шляху мобільної сільськогосподарської машини / Носов Г. Р., Кінкер М. Г., Татаров А. В./ — від 15.04.1997 р.

7. Носов Г. Р., Кінкер М. Г., Татаров А. В., Лушніков В. М. Пристрій для рахунку насіння при посіві висіваючим апаратом. Заявка X? 96010156, кл. А01С7/00, поз. ріш. Держпатенту України.

8. Носов Г. Р., Кинкер М. Г., Татаров А. В. Прибор для исследований параметров потока семян, высеваемых сеялкой точного высева.//3-я Междунар. научн-техн. конф. -«Контроль и управление в технических системах». / Тез. докл. 18-21 сентября — Винница -1995,- Т 2. - С. 380-381.

9. Носов Г. Р., Кінкер М. Г., Татаров А. В. Математична модель

процесу точного висіву та обгрунтування методів його контролю і вимірювань.// Міжн. техн. конф. з питань розвитку механізації, електрифікації, автоматизації, технічного сервісу АПК в умовах ринкових відносин.// Тези допов. 26-28 вересня — Глеваха — 1995. - Т.1. - С. 62.

АННОТАЦИЯ

Татаров А. В. Автоматизация контроля, диагностики и измерний параметров процесса высева универсального высевающего аппарата.

Рукописная диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств. Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения, Кировогорад, 1997.

Содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований высева семян универсальным высевающим аппаратом, методов и средств автоматизации контроля, диагностики и измерения параметров процесса: нарушений высева семян, их заданной и фактической норм, и уровня посевного материала.

Синтезирована структура системы и обоснованы ее параметры. В состав системы входят: датчики высева семян, пути сеялки, уровня семян и удобрений, задатчик интенсивности высева, электронный блок, коммутационное устройство и блок электропитания.

Приводятся результаты исследований системы и ее составных частей, выполнена оценка технико-экономических показателей системы.

-16 -

SUMMARY

Tatarov A. V. Automation of control, diagnostics and measuring of universal distributor .seeding parameters.

The dissartation manuscript for a candidate’s degree on subject 05.13.07 — Automation of Technological Processes and

Manufacturing. Kirovograd Institute of Agricultural Engineering, Kirovograd, 1997.

The dissertation contains theoretical and experimental research data on universal distributor seeding, the methods and aids for automation of control, diagnostics and measuring of the following seeding parameters: seeding disturbances, designed and actual norms of seeding and the quantity of seeds.

The unit structure is synthetized nnd its parameters are grounded. The unit consists of a seeding sensor, planter direction sensor, quantity of seeds and fertilises, seeding intensity selector, electronic block, switching device and power supply unit.

Test data on the unit and its components functioning are given, technical-and-economic indexes are presented.

Ключові слова: норма висіву, насіння, алгоритм, датчик, модель.