автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров микропроцессорной системы автоматического взвешивания свиней для дозированного откорма

ГГо ОД

На прапах рукописи

ФИЛИП ПЕН КОВ Петр Семенович

УДК 631.371 : 621.086

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ

ПАРАМЕТРОВ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ СВИНЕЙ ДЛЯ ДОЗИРОВАННОГО ОТКОРМА

Специальность 05.20.02 — электрификация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/Москва — 1908

Работа выполнена в лаборатории автоматизированного элоктро -привода Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) и на кафедре электротехники, электрификации и информатизации Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

пТСИН А.п.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

ЕШЧКОВ Л.П.

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

ВОРОНИН Е.А., - кандидат технических наук, доцент ЛЮДИН В.Б.

Ведуцее предприятие - ПСК "Катынь" Смоленской области

Защита состоится ^ 1яэв г п час на заседа-

дании специализированного диссертационного совета К 120.30.01

Российского государственного аграрного заочного университета по адресу: 143800, Балашиха-8 Моек.обл., РГАЗУ.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке университета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просьба направлять по адресу: 143900, Бахаяиха-8 Московской обл., РГАЗУ, Ученому секретаря. Автореферат разослан фе^зОЛХ i asa г

Ученый секретарь диссертационного совета

)

кандидат технических наук, доцент

ОЕЗАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Технология откорма свиней при групповом содержании животных основана на кормгленнн животных виола иди реализует дозированное кормление.

При кормлении вволю технологический процесс откорма неуправляем н ведет к неоправданному и существенному перерасходу дорогих и сложных концентрированных кормов.

При дозированном кормлении задача откорма свиней сводится к получению высоких среднесуточных приростов хивой кассы при минимальных затратах на корм.

Поэтому для реализации интенсивных технологий дозированного откорма необходимо постоянно отслеживать среднесуточные прироста хивой массы свиней и соответственно этому корректировать дозу и рацион кормления. При этом, чем меньпе временной промежуток взвешивания и корректировки кормления и, чем точнео опред-лен прирост хивой массы свиней за этот промежуток, тем эконома-чески эффективнее откорм при прочих равных условиях.

В связи с этим, разработка и обоснование технологии практически непрерывного взвевипания, которая наиболее оправдана при групповом интенсивном откорме свиней по принципу "все занято -все свободно" и выборочном автоматическом самовзвепивании свиней с использованием высоких функциональных возмохностей современной микроэлектроники и микропроцессорной техники, является актуальной научно-технической проблемой, решение которой позволит повысить эффективность производства свинины.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы является повышение эффективности интенсивной технологии дозированного откорма свиней по приросту хнвой массы путем применения микропроцессорной системы их автомагического непрерывного взвевивання.

В соответствии с поставленной целью при выполнении работа ранались следующие основные задача:

- обосновать н разработать конструкцию взвенлваюцего устройства для микропроцессорной снстекы взвеаивания (МПСВ);

- обосновать и разработать функциональную структуру МПСВ;

- разработать схемотехническое выполнение эяектрошшх устройств я блоков МПСВ;

- обосновать и разработать алгоритмы функционирования я программное обеспечение НПСВ;

- оценить точность измерений я дать теоретическое обоснова-

ние использования ИПСВ;

- произвести апробацию, внедрить в производство и дать технико-экономическую оценку выполненной разработки.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основании технологических требований к системе взвешивания хнвотных разработаны и теоретически обоснованы технология их одиночного самовзвешивания, конструкция и разнесение взвояиваюцего устройства, функциональная структура, схемотехническое выполнение, алгоритмы функционирования и программное обеспечение ИПСВ- Предложены принципиально новые технические решения, реализующие разработанную технологию, а такхе методы оценки надежности и экономической эффективности ИПСВ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Получены расчетные соотношения и графические зависимости, позволяющие проектировать и осуществлять выбор автоматических установок для одиночного самовзвешивания хнвотных. Разработаны и созданы новые технические средства, алгоритмы функционирования и программное обеспечение автоматических микропроцессорных систем взвешивания для откормочного свиноводства. Новизна и полезность отдельных технических ранений зацкцегш двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. По результатам исследования разработаны и созданы две экспериментальные установки для автоматического одиночного самовзвешивания свиней, которые прошли всесторонние лабораторные и первичные хозяйственные испытания и опытную эксплуатацию на свинокомплексах ЭПО "Заднеп-

ровское* Витебской области и "Жуковский",, "Хатынский" Смоленс-

. Г

кой области. В результате установлена их надежная работоспособность, соответствие технологическим требованиям и пригодность для массового промышленного производства. Годовой экономический эФФакт от внедрения в расчета на одну установку составил в среднем 9330 у.е. при соотношении 1 у.е. = 1 доллар С2А.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Положения л материалы диссертации докладывались и обсугдадись в течение 1988 - 1398 г.г. и получили одобрение на научных и научно-практических конференциях, семинарах н совецаниях ВИЭСХ, РГАЗГ, МНИСП и др. организаций.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертационной работы изложены в 8 публикациях, в том числе в двух описаниях г. авторским свидетельствам на изобретения.

СТРУКТУРА К ОЕ'ЕК ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литература из 116 наименований и приложения. Полный объем диссертации составляет 136

страниц, включая 21 рисунок, 3 таблицы н 6 приложений.

СОДЕРЯАШГЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ содержит обоснование актуальности теми диссертаца-ошюго исследования.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ и дана классификаций существующих технологий и технических средств, используемых «ля взвепивания свиней в процоссо их откорма, и опроделенц технология применения ИПСВ и задачи исследования.

Па основании анализа существующих технологий я технических решений, а также исходя из поставленной цели исследовании, в основу разработки микропроцессорной системы взвеаивания для свиней положены следующие основные требования:

- в процоссо взвепивания поголовья должны исключаться стрессовые воздействия на животных. а также их травмирование;

- взвешивающая установка но долхна существенно увеличивать материалоемкость и стоимость технологического оборудования;

- установка для взвепивания долхна иметь киннмун движущихся механических узлов, существенно снижавших надежность ее функционирования;

- установка оэвенивания долхна бить многофункциональной н обеспечивать в автоматическом режиме как непосредственное ззво-ннпание, так и обработку и передачу информации к другим системам управления;

- максимально реализовывать программную автоматизацию процесса взвепивания путем наиболее полного использования функциональных возможностей микропроцессорных средств;

- устройство маркировки должно без стрессовых воздействий автоматически помечать животных, масса которых выходит за заданные пределы, с сохранность!) метки не менее суток.

Современная интенсивная технология группового откорма свиней основана на том, что группа состоит из практически равноценных по показателям массы и потребления корма особей. Осуществляя поочередное одиночное взвеаивание всех или части животных группы с последующей статистической обработкой результатов, получаем информацию, которая достаточно полно характеризует группу в целом. Кроме того, метод одиночного взвевиваккя из всех рассмотренных является самым предпочтительным по соображениям минимальной стоимости, доступности, по минимуму материалоемкости,

Гис.1. Функциональная схема технологического процесса следа-Е>е-дозированного откорма свиней по приросту яивой массы с использованием микропроцессорной системы вэвевиваниа (НПСВ).

по точности намеренна и мохст быть реализован Саз нарупоння естественной среды обитания животных.

При наличии в установке взвешивания устройства опознавание (идентификации) хивотних одиночное взвешивание модифицируется в индивидуальное.

г

Использование в системе взвешшания ЕиЬотншс микропроцессорных средств позволяет повысить не только уровень ее автоматизации и надежности , но и обеспечить ее применимость как в разомкнутых системах откорма, так и в полностью замкнутых. Это свойство НПСВ отражено в функциональной схене рис.1.

Вахтт аспектом влияющим на выполнение и программное обеспечение (ПО) НПСВ, является выбор способа фиксации результатов взвссивания. В связи с этим, предусматривается, отфильтровав помехи от полезного сигнала с первичного измерительного преобразователя "сила-электрический сигнал", преобразовывать этот сигнал в цифровой код, после дальнейших преобразований которого получают информацию следующих основных видов:

- текущее значение массы на данном малом интервале измерения для фиксированного времени суток;

- суточное значение массы, определенное для фиксированного

времени суток, используемое, например, для дозирования корма на следующие сутки;

- суточное значение массы за пронединй период откорма, которое мохет быть использовано для анализа и корректировки процесса откорма;

- суточные значения приростов живой массы, используемые, например, для корректировки доз и рационов кормления н для фиксации момента завервення откорма.

Наиболее обоснованной зоной по размещению весового устройства МПСВ для реализации одиночного самовзвешшании свиней является зона поения, которая имеет следующие преимущества:

- размерами и конфигурацией ограждения можно исключить заход на весовое устройство более одного яивотного;

- одинаковость поэ хивотных при питье в весовом устройстве дает возмояность упростить конструкцию весового устройства я повысить точность измерений;

- воздействие хивотного на поилку мохет бить использовано для выдачи сигнала на фиксации результата измерения;

- поилки, как правило, располагают над целевым полом а зоне навозного канала, что позволяет без существенной перепланировки разместить весовое устройство, выполнив его приемную платформу так хе щелевкдной и, тем самым, дополнительно повысить точность измерений за счет неньиего загрязнения платформы;

- при наличии в групповом станка одной поилки процесс само -взвезивания пройдут все хивотные и, тем самым, дополнительно повышается достоверность измерений.

Таким образом, основные требования к реализации автоматического одиночного взвевивания свиней на основе ИПСВ для дозированного откорма являются следутэциа:

- самовзвеливанна свиней осуществляется по интенсивной технологии откорма, обеспечивающей соблюдение принципа "все занято - все свободно";

- взвепивание осуществляется в группе, явлвцейса наиболее репрезентативной для всего поголовья свинарника-откормочника;

- для реализации откорма по полностью замкнутой схеме аппаратное и программное обеспечение МПСВ унифицируется с другима системами управления.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВК рассмотрены разработка ■ обоснование параметров взвеииваючего устройства и функциональной структуры МПСВ, которая приведена на рис.2.

Ргзс.2. Схема функциональной структура микропроцессорной састоки взвевнвания (КПСВ): Ш- преобразователь насси; УН- усилитель нормирующий; ШЧ- преобразователь "напряхенио-частота"; УК- узеа иасатабнрования; ЕЯ1.БИ2- блоки энаго-цифровой индикации; УЛУ- узел логического управления; УВ1,УВ2,УЕЗ- узлы выходные; О- клавиатурное устройство ввода; РП- регистровые накопители; УВР- узел выбора регистра; У4>Д- узел Формирования адреса; УП- узел памитн; УФК-узол формирования кода; ПК- преобразователь кода; КЦ- коммутатор цифровой; ЗГ- задающий генератор; УСУ- узел синхронизации и управления; НУ- печатуюдее устройство; ЗУ- внешше устройства.

В соответствии с разработанной схемой функциональной структуры рис.2, МПСВ имеет блочно-модульное выполнение и содержит устройства взвезивания А1, измерения А2, сопряжения АЗ, микро -процессорное А4 и печати А5. Посредством переключателя ЭД система переводится в рехимы автоматического "А" или ручного "Р" взвеянвання.

Результаты текуцего взпепиванкя с взвепиваюцего устройства А1 отображаются знако-цифровым блоком индикации БН1 устройства измерения А2 и передаются на микропроцессорное А4, гдо они в прообразованном виде хранятся, обрабатывается, визуально контролируются с поноцьп его блока знако-цифровой индикации БИ2 а, при необходимости, через устройство сопряжения АЗ выдаются на печатуюцее устройство А5 я по каналу связи на внеанне устройства ВУ систем дозирования корма.

Датчики XI - 12 используются при автоматическом взвеаиванип и обоспечивавт при полном заходе хивотного на весовуо платформу формирование в узле логического управления УДУ сигнала "животное на платформе". При полном Еыходе хивотного из зоны взвеаи-вания и датч!«ков XI - Х2 форкируотся сигнал "пустая платформа". Для исключения лохиых взвеаиваннй 7ЛУ формирует сигнал "хивот-ное на платформе" только после сигнала "пустая платформа" и позволяет при взвешивании учесть загрязнение платформы.

Тензорезисторный датчик ХЗ взвепивагозого устройства А1 преобразует усилие от веса хивотного в пропорциональный электрический сигнал, поступавший в устройств А2 его измерения.

При ручном иди выборочном ручном взвевивания хивотних датчя-ки XI - Х2 когут отсутствовать, а в самой системе взвегиванхя исклвчаться блока (модули) АЗ - Д5. В этом случае система монет быть минимальной по конфигурации н состоять только из устройств взвевнвання А1 к измерения Д2. В этом случае пусковые сигналы "хивотное на платформе" н "пустая платформа" для фиксация кассы взвеаивання на блоке индикация БН1 Формируется оператором путем нахатня соответствующей кнопки БВ1 или БВ2.

Новизна и полезность принятых технических ревений, используемых в данной разработке МПСВ, подтверхдены двуня авторскими свидетельствами на изобретения.

Исходя из технологических требований а поставленных задач конструкция взвеяивающего устройства должна обеспечивать воэ-мохность самовзвеянпалия свиней поодиночке ■ исключать помехи со стороны других хнпотных. С этой цехьв платформа озвевявавще-

го устройства оборудуется ограждением, размеры которого изменяется и соответствуют размерам животного и обеспечивают ему необходимую свободу передвижения как при заходе на весовую платформу, так и при сходе с »ее.

Для исключения проникновения на огражденную весовую платформу других животных при самовзвевиванин одного из них использованы помимо конструктивных ревений аппаратно-программные, посредством которых осуществляется обнаружение к сброс заведомо ложных показаний при нахождении на весовой платформе более одного животного.

С точки зрения точности взвевг:вания и воздействия на поведение животного, колебания платформы весового устройства при передвижении по ней животного должны быть минимальны н не вызывать у него беспокойства.

Наиболее полно указанным требованиям удовлетворяет разработанная неподвижная конструкция устройства взвевивания подвесного типа, которая представляет собой весовую платформу подвихно-подвепенную на четырех жестких весовых тягах, которые отклонении от положения устойчивого равновесия вместе с весовой платформой на некоторый угол "а" и создают посредством системы рычагов усилие на тензометрическнй измерительный преобразователь (датчик) "усилие - электрический сигнал" типа ДСТ, установленный для уменьшения его загрязнения в верхней части конструкции.

Проведенный в работе анализ действующих при этоы сил позволил получить формуяу по расчету усилия Г,, действующего на датчик, в виде:

Т = Р*Ь*з1п(а1> / [г*соз(а2>1, (1)

гдо Р- воздействувщиб вес, Н или кгс; Ь,г- длины весовых тяг и нажимного рычага, и; а1- угол отклонения весовых тяг от положения устойчивого равновесия, град; а2- угол отклонения направления силы действия нажимного рычага от оси датчика, град.

Из анализа (1) следует, что сила давления на датчик в принятой кинематической схеме весового устройства не зависит от положения груза на платформе и может корректироваться изменением соответствующих конструктивных размеров.

Так как теизорезисторные датчики силы типа ДСТ рассчитаны на восприятие только осевого усилия, то в разработанном устройстве

взвешивания обеспечивается а2=0 и формула (1) принимает вид:

Г/Р = < Ь/г ) * si.ii (а), <2)

где а = а1.

На основании (2) для оценки конструктивных параметров взвешивающего устройства на рис.3,а представлены зависимости относительного усилия Т/Р" в Функции относительной длины воздействующего на ПИП рычага по отношению к длине тяги "г/Ь" для различных номинальных углов отклонения ~а(н)" тяг платформы от положения равновесия. Рис.3,6 представляет зависимости относительной погрешности преобразования "8ВХ" от ошибки "9а" в установке угла отклонения тяг весовой платфорны для их заданных номинальных значений "а(н)".

Функциональные зависимости рис.3 позволяют при выбранном номинальном усилии датчика силы и известном пределе измеряемой массы определять необходимые конструктивные размеры устройства взвешивания.

Анализ зависимостей рис.3,6 позволяет сделать вывод, что с целью уменьшения погрешности измерения необходимо стремиться к пошиешшн номинальным значениям угла отклонения подвесных тяг и использованию датчиков силы с малыми деформациями, каковыми являются тензорсзисторныо сияоизмерителыше датчики типа ДСТ. Последнее требование обеспечивает повышенную стабильность заданного угла подвесных тяг в процсссо измерений.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА содержит сведения по схемотехническому выполнению блоков-модулей МПСВ, алгоритмизации функционирования системы и со программному обеспечению.

Точность измерения массы микропроцессорной системой взвешивания, прежде всего, определяется прецензионностыо и стабильностью преобразования аналогового электрического сигнала с выгода тензорезисториого датчика силы ХЗ устройства взвешивания А1, хоторос осуществляет устройство измерения А2, рис. 2.

Для тензорезисторних датчиков силы типа ДСТ при их высокой линейности преобразования с погрешностью линеаризации в рабочем диапазоне нагрузок но более 0.4Х характерна пониженная чувствительность, составляющая в среднем 0.05 мВ/(кгс*В). Поэтому в первых каскадах устройства измерения, функциональная схема которого представлена на рис.4,а, использованы высокостабильные измерительные усилитель типа Н101УТ1 и преобразователь "напря-

б)

рис.3. функциональные зависимости относительного усилия на ПИП от относительной длины назкмного рычага (а) я относительной овибкя измерений от погреяностн в угле установки тяг весовой платформы (6) для различных поминальных значений этих углов.

«15В -15В +13В -15В +5В

*5В

+58

б)

Рис.4. Функциональная схема (а) и передаточные характеристики аналого-цифрового преобразования "напряжение-частота" (б) устройства измерения.

жение-частота" типа М100ПП1, выполняющий функции аналого-цифрового преобразователя , питание которых осуществляется от высокостабильного автономного стабилизатора напряхения, выполненного на микросхеме типа И099ЕН1. С целью обеспечения помехозаци-щенной и стабильной работы измерительного блока экранный провод ДСТ соединяют с общей нулевой точкой всех используемых источников питания.

Начальную установку соответствия показаний знако-цифровых индикаторов измеряемой массе животного производят на основании результатов контрольного взвешивания образцовых грузов. При этом во всем диапазоне рабочих нагрузок абсолютная погрешность измерения не должна превышать для устройства взвешивания до 50 кг значений +-0.5 кг и для устройства взвешивания до 150 кг 4-0.75 кг. При необходимости дополнительно к регулировкам устройства взвеиивания производится подрегулировка передаточной характеристики аналого-цифрового преобразования устройства измерения, рис.4,б.

В целях унификации устройств и блоков, входящих в состав МПСВ, в качестве базовой основы микропроцессорного устройства использован программируемый микроконтроллер MK-G4, который комплектуется устройством печати типа ЭУМ-23Д и устройством сопря-хении с другими устройствами НПСВ.

Микропроцессорная система взвешивания свиней в соответствии с принятым алгоритмом программного функционирования обеспечивает взвешивание животных, их маркировку, идентификацию, накопление и промежуточную обработку результатов взвеиивания и выдачу их на индикацию и на устройство печати, а так же через внешнюю шииу - в управляющие вычислительные комплексы верхнего уровня.

В качестве примера на рис.5 представлена схема алгоритма определения среднего значения массы хивотных по заданному числу взвешиваний.

Для повышения надежности вторичного электропитания микропроцессорной системы взвешивания хивотных разработан централизованный блок питания, обеспечивающий автоматическую электронную защиту от токовых перегрузок и автоматически включаемое резервное электропитание оперативно-запоминаюшего устройства микроконтроллера при вознохных перерывах в электроснабжении от бу-ферпо-включенной аккумуляторной батареи.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвяцена математическому обоснованию электротехнологии выборочного взвешивания свиней и оценке надехнос-

Рнс.5. схема алгоритма определения среднего значение массы зивотныя одной группы по заданному числу взвевнваний.

ТИ И ЭффОКТИВЛОСТИ ипсв.

При групповой откорме по принципу "все занято - все свободно" , который реализует современные интенсивные технологии откорма свиней, 'возникает, с одной стороны, задача выяснения за-аона распределения случайной массы животных в групповых станках, распространенная на генеральную совокупность случайных значений, а с другой - получение необходимых математических соотношений по расчету точности и определению необходимой выборки, которые требуются для обоснованного определения временного промежутка и количества установок для выборочного взвешивания с

учетом их производительности.

На основании того, что распределение кассы животных одного возраста и одной породы вероятнее всего подчиняется нормальному закону распределения случайных величин, проверялась правильность этой гипотезы с использованием критерия Пирсона.

С этой целью, в частности, на свиноводческом комплексе "Ка-тынский" Смоленской области в цехе откорма взвешивались животные одного возраста (4 месяца, +-5 суток). Порода свиней "Крупная белая", количество животных в случайной выборке без повторного взвешивания Н = 100 из конечной совокупности Нк = 1200. Эти результаты представлены на рис.6,а.

Для уровня значимости критерия Пирсона равным v=0.05, что соответствует совпадению гипотетически принятого нармального закона распределения с опытным (статистическим) в S5X случаев, установлено, что опытное значение критерия Пирсона равно 3.2 и меньше критического, значение которого составило 7.8. Следовательно, данные опытного взвешивания согласуются с гипотезой о нормальном законе распределения наблюдаемых масс животных одной возрастной группы.

На основании этого применительно к конечной совокупности животных с использованием t(p)-распределения Стьюдента определена предельная ошибка случайной выборки в виде наибольшего отклонения выборочной средней от генеральной средней с заданной доверительной вероятностью Р=0.99, которая составила 0.57 кг.

В случае отсутствия ограничения на конечность выборки, предельная ошибка средней составляет 0.22 кг.

Таким образом, относительная ошибка в определении средней массы животного группы при рассмотренном выборочном взвешивании с доверительной вероятностью Р=0.99 не превышает 1.3 X , что по технологии откорма вполне допустимо.

Для определения количества автоматических взвешивающих установок , необходимых для выборочного взвешивания свиней с приемлемой ошибкой "8L=#H" при конечной выборке или "Й1,=«в" без отсутствия ограничения на конечность выборки и доверительной вероятностью "Р" для выборочной оценки дисперсии "D" вначале определяется объем требуемой для этого выборки "Но".

Если генеральная совокупность конечна, . то при определении "Но" следует учесть поправку на конечную совокупность (ПКС) и расчет вести по формуле:

Ш/Н

а)

Рис.Б. Гистограмма и огибающая нормального распределения иасси 2ИВОТНЫХ в группе (а) и зависимости опибки в определении их средней массы от числа взвешиваний (6): 1- при доверительной вероятности 0.93 и 2- при доверительной вероятности 0.95.

Но х [0*Ь(р)/#1]/{1+[0*Ь<р)/ЙЬ]8/Н} . (3)

В случае, если п/Н <= 0.05, где п=100 для расчета выборочной дисперсии "О", то ИКС можно не учитывать и расчет вести по более простому формульному соотношение:

Но = [С*ир)/«.]2 . (4)

При определении !.(р) по распределению Стыздента, необходимо при расчете степеней свободы "К" принимать требуемый объем выборки "Но", а не объем выборки "п", на основании которой вычисляется дисперсия , которая для случайной бесповторной выборки равна

1=П

Б = Е т-Ус)2/(п-1>, (5)

г=1

а для случайной повторной, когда животные после взвешивания могут возвращаться в выборочную совокупность,

1=п

В = 1/(п-1)*[ Е <Т1-Тс)2 ], (6)

1=1

где Ус - выборочное среднее.

Таким образом, требуемое количество АВУ при заданной ошибке • взвсЕивания "ЯЬ", выбранной доверительной вероятности "Р" к рассчитанном объеме необходимой выборки "Но" определяется по соотношение:

Ну = Но/Не, (7>

где Не - количество животных, содержащихся в одном групповом станке.

На рис.6,6 представлены зависимости приемлимой ошибки "81," определения истинной средней массы животных генеральной совокупности в процентном отношении к различным значениям объема выборки при доверительной вероятности Р=0.99 (функция 1) и Р= 0.95 (функция 2).

Для генеральной бесповторной выборки, распределенной по нормальному закону, число животных, необходимое для взвешивания мохет быть рассчитано так же с использованием функции Лапласа

-*иг :

Но = , (8)

где О- дисперсия распределения; Ь- требуемая точность; Ь-аргумент Функции Лапласа который определяется из ра-

венства Ф(0=: у/2, где, в свою очередь, у- принимаемая надежность оценки требуемого параметра.

Учитывая, что практически все изделия и технические системы проходят производственные испытания и опытную эксплуатацию, то с целью повыления точности определения основных показателей на-десности в работа использован расчетно-опытный метод оценки на-дегности МПСВ с. учетом опытных данных по интенсивностпм отказов эленентов системы в период производственной апробации. Определено, что средняя наработка на отказ составляет для опытных установок 9803 часов, а введенная в работе удельная интенсивность отказов электронных блоков в расчете на единицу площади печатной платы с односторонним монтахом деталей составила 6.10*10 1/(ч*дмг>. Последний численный показатель позволяет доступным образом производить первоначальную оценку иадехности электронных систем, эксплуатируемых в условиях сельскохозяйственного производства, по суммарной площади печатных плат.

Установлено, что расчетный срок окупаемости МПСВ но превышает 0.5 года, а годовой экономический эффект от внедрения опытных установок составил 9900 у.е. в расчете на одну установку при соотношении 1 у.е.= 1 доллар США.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Содерхит общие выводы и результаты выполненного диссертационного исследования.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведенный анализ существующих технологий и установок для взвешивания свиней при их откорме позволил осуществить их классификацию, сформулировать требования, которым они долхны удовлетворять на современном этапе, и поставить основные задачи исследования.

2. Па основании технологических требований к установке для автоматического одиночного самовзвепшвания свиней предложены и теоретически обоснованы рациональные кинематические схены, конструкция и размещение взвешивающего устройства микропроцессорной системы взвешивания (МПСВ).

3. Применительно к технологии одиночного саиопзпетивания свиней в процессе откорма разработана функциональная структура ИПСВ, которая имеет модульное построение и за счет использования заложенных в ней возможностей, которые подтверждены двумя авторскими свидетельствами на изобретения, конфигурируема для различных технологий откорма свиней путем доступного изменения аппаратного и программного обеспечения.

4. Па основании технологических требований и характеристик электрического сигнала с выхода тензометрического датчика силы типа ДСТ разработанное схемотехническое выполнение устройства измерения обеспечивает требуемое усиление и преобразование сигнала датчика с возможностью необходимого изменения предаточ-ной характеристики каскадов аналого-цифрового преобразования (ЛЦП) с выдачей выходного сигнала как в аналоговом, так и в цифровом виде.

5. Использование в устройстве измерения своего тракта ЛЦП и знако-цнфрового индикатора взвешиваемой массы и возможности ручного и автоматического управления процессом взвешивания животных позволяет использовать данное устройство измерения как автономно независимо, так и в сопряжении с микропроцессорным, используя у него аналоговый либо цифровой выходы. а

Б. Обоснованные и принятые в устройстве измерения схемные и технические решения обеспечивают измерение взвешиваемой массы в автономном режиме взвешивания с абсолютной погрешностью не превышающей 1--0.5 кг для взвешивающего устройства до 50 кг и +-0.75 кг для взвешивающего устройства до 150 кг.

7. Разработанный блок-модуль сопряжения позволяет доступн^) обеспечить согласованную работу устройства измерения с программируем™ микропроцессорным на основе микроконтроллера МК-В4, что существенно расширяет функциональные возможности системы взвешивания животных, включая индентификацию и автоматическую маркировку животных, почать и выдачу на верхние уровни управления необходимых результатов.

8. Предложенные формульные соотношения позволяют эффективно использовать в блоке сопряжения пироко доступные каскады преобразования и в ряде случаев отказаться от дорогостоящих прецизионных без потери функциональности, точности и качества преобразования, что установлено сопоставлением результатов.

9. Применение в качестве микропроцессорного устройства системы взвешивания животных программируемого микроконтроллера

ИХ-84 я разработка для него соответствующих алгоритмов функционирования и программного обеспечения позволили без существенного увеличения затрат на систему взвешивания повысить ее Функ -циональную эффективность вплоть до работы в полностью автоматическом режиме с выдачей необходимых результатов на входящее в комплект микроконтроллера печатующее устройство и в управляю-ще-вычислительную систему верхнего уровня.

10. Для повышения надежности вторичного электропитания микропроцессорной системы взвешивания животных разработан централизованный блок питания, обеспечивающий автоматическую электронную защиту от токовых перегрузок и автоматически включаемое резервное электропитание оперативно-запомннаюшего устройства микроконтроллера при возможных перерывах в электроснабжении от буферно-включенной аккумуляторной батареи.

11. Доказано с использованном критерия Пирсона, что закон распределения случайной массы животных в групповых станках, распространенный на всю совокупность случайных значений, является нормальным и на основании теории вероятностей и математи-ческой статистики получены формуяыше соотношения и графические зависимости, позволяющие определять необходнное значение выборки животных для получения заданной точности взвешивания при разных значениях доверительной вероятности, и наоборот, при известной выборке определять точность взвешивания и необходимое число автоматических установох взвешивания в случаях повторной и бесповторпой выборок.

12. Разработанный расчетно-опытлый метод определения надежностных показателей НПСВ позволяет повысить их достоверность, так яак при этом учитывптся реальные отказы системы в период хояйствешшх испытаний и первичной производственной апробации, на основании которого для электронных систем, эксплуатируемых о условиях сельскохозяйственного производства, для первичных оценок надобности введен показатель интенсивности отказов на единицу площади печатной плати с односторонним монтажом деталей, значение которого согласно проведенным расчетам в среднем составляет 6.18*10-® 1/(ч*дм2).

13. Проведенными лабораторными я первичными хозяйственными испытаниями опытно установлены и дополнительными мероприятиями повшзены точностные характеристики Ш1СВ, согласно которым статическая погрешность измерений для АСУ с кассой взвепиванкя до 50 кг но превышает 12 и для АВУ с массой взвезивания до 150 кг

- 0.5Х, а динамическая погрешность в целом не превышает 2Х при времени интегрирования от 1.3 до 2 с.

14. В результате технико-экономической оценки разработки установлена ее высокая экономическая эффективность, составившая на основании хозяйственной апробации двух опытных установок на свинокомплексе "Катынский" Смоленской области на 1200 голов откорма 13 800 у.е. (1 у.е.= 1 доллар СИА), а срок окупаемости дополнительных капитальных вложений не превысил 0.5 года.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Косенхов Г.И., Филиппенков П.С. Автоматизация взвеиивания свиней с использованием микропроцессорной техники / Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромыиленном комплексе. 4.2.- И.: ВИЭСХ, 1989.

2. Муханов Ф.Е., Еосенков Г.И., Захаревич Н.И., Филиппенков П.С. Автоматизация взвешивания свиней с использованием микро -процессорной техники / Микроэлектроника и микропроцессорная техника it стационарных процессах е.- х. произволства.М.: ВИЭСХ, 1931. С.93-107.

3. A.C. H'1583749 (СССР). Устройство для определения ежесуточного привеса животных / Г.И.Косенков, В.И.Великханин, П.С. Филиппенков, О.В.Николаева и В.А.Шибанов // Зарегистрир. в Гос-рсестре изобретений 01.08.88.

4. A.C. Н'17173Б4 (СССР). Устройство для определения суточного прироста массы животных в групповых станках / П.С. Филиппенков // Зарегистрир. в Госреестре изобретений 15.06.90.

5. Филиппенков П.С., Марчснков В.А., Николаева О.В. Электронное устройство для взвешивания свиней // Мех. и электр. C.X., 1991, Н'З. С.30-33.

6. Мусин A.M., Филиппенков П.С. Использование микропроцессорной техники для автоматического взвешивания свиней // Техн. в С.Х., 1991, H'4. С.35-36.

7. Филиппенков П. Регулируемый стабилизатор напряжения // Радио, 1993, К'4. С.39-40.

8. Мусин Д.Н., Пичков Л .ГГ., Филиппенков П.С. Злектротехноло-гия выборочного самовзвешивания свиней при дозированном откорме // Техн. в C.X., 1998 (в печати).

Фзрмат бумаги G0X84 Чч Тир. 60 Зах. 100 Печ. листов 1,0

Смоленская городская типография Индекс 214000, ул. Маршала Жукова, 16