Разработка математического, алгоритмического и технического обеспечения технологического процесса автоматизированного учёта лесоматериалов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 630*52

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО, АЛГОРИТМИЧЕСКОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЧЁТА ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

М.В. Филипцов

В статье приводится наиболее точная математическая модель хлыста и построенный на её основе математический, информационный, алгоритмический, программный аппарат для создания системы автоматизированного учёта объёмов хлыстов и выпиливаемых из них брёвен в составе АСУТП производства круглых лесоматериалов; подобран комплекс технических средств и показана функциональная схема работы системы

Ключевые слова: автоматизация, модель, объем, техническое обеспечение

Большинство современных учётных систем предназначено только для определения объёмов брёвен. Очень многие лесопромышленные предприятия нашей страны, в том числе не имеющие современных лесосечных машин, используют хлыстовую заготовку древесины с последующей автоматизированной распиловкой на сортименты и учётом их объёмов. В таком случае объёмы поданных хлыстов остаются неизвестными. Чтобы не ставить второе устройство измерения размеров для хлыстов, необходимо вычислять объём брёвен ещё до распиловки в соответствии со схемой раскряжёвки каждого хлыста. Для эффективного решения этой проблемы необходимо объединить измерение параметров хлыста и вычисление объёмов выпиливаемых из него брёвен по схеме раскряжёвки в единую систему.

При создании математического обеспечения системы учёта объёмов хлыстов и выпиливаемых из них брёвен в составе АСУТП производства круглых лесоматериалов необходимо определить наиболее точную математическую модель ствола (хлыста). Критический анализ существующих математических моделей показал целесообразность использования моделей проф. В.С. Петровского [1] для стволов, хлыстов:

2* = [ «4 [£) + (Н) + й2 Н + йо | (1)

где а4,а3,а2,а1 ,а0 - коэффициенты, имеющие своё значение для каждой породы; й05 - диаметр ствола на середине длины; 2х - текущий диаметр ствола.

Для определения объёма хлыста по модели (1) необходимы следующие его характеристики (входные параметры): порода дерева, длина хлыста, диаметр на середине длины. Для расчёта объёмов выпиливаемых из хлыста брёвен зададим следующие входные параметры: план раскряжёвки, толщина пропила. Выходным параметром будут: количество хлыстов; объём древесины хлыстов без коры; количество и объём брёвен без коры каждой

заданной планом раскряжёвки длины; объём вершинных брёвен без коры, не соответствующих плану раскряжёвки по длине (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема информационного обеспечения системы автоматизированного учёта объёмов хлыстов и выпиливаемых из них

брёвен по геометрическим размерам в составе

АСУТП

Для создания математической основы

проектируемой системы используем модель

хлыста (1) и преобразуем её для вычисления объёмов хлыстов с использованием базовых размеров по высоте и диаметру на половине высоты:

у = ^4^Н (^ ^ (Г| + «(Г) + «Щ+« 1 л. ( )

Условимся: длина брёвен в соответствии с планом раскряжёвки: Н1,Н2...Нп, п - порядковый номер бревна в плане раскряжёвки. Введём обозначение: при п=0, Н0=0. Размер пропила обозначим как в (мм).

Значит, объём первого бревна будет

у.(«4(Н14+«3 Г Н )3+«2(Н Т+4 Н1+«01*

второго

в

Н1+Н 2+—— / . о 1 \ 2

^2 =^4^ | « ( Г] + « (Г] + « ( Ні + «/Н|+ « | Л,

4

третьего

в

Н1+Н 2+Н 3+—

и так далее.

Таким образом, общий вид уравнения для определения объёма любого бревна из плана раскряжёвки будет иметь вид:

Филипцов Михаил Валентинович - ВГЛТА, аспирант, тел. 8-951-562-72-95

1000

( ( 1 ' > '3 £ н +ІІП-Ї « ( 1

„п2 і2 ^ 1000 41

V = П <0.5 |

^ Н® «2 (Г^ Н_ | + «0

I

+ «з

ні 31 н 2

(3)

<1.

Верхний интервал интеграла ограничен длиной хлыста Н, поэтому необходимо ввести условие. Если ^Нп+в о(0”-1) > н , то верхний предел интеграла равен Н.

Одним из выходных показателей системы будет вершинный диаметр каждого получаемого бревна. Преобразуем математическую модель (1) с учётом (3) для получения формулы определения вершинных диаметров брёвен хлыста:

£ Нп

в-(«-1) | 1000

(4)

£ Нп+

Р-(п-1)

+ «

£ Нп+

в-(п-1)

Разработанное математическое обеспечение системы автоматизации учёта объёмов хлыстов, а также метод учёта объёмов брёвен по схемам раскряжёвки и параметрам хлыста входят в состав АСУТП производства круглых лесоматериалов.

Разработанные вычислительные процедуры реализуются в алгоритмах и вычислительных схемах. Алгоритм работы программы

автоматизированного учёта объёмов древесины хлыстов и выпиливаемых из них брёвен в составе АСУТП производства круглых лесоматериалов представлен на рис. 2.

Разработанные математический аппарат и алгоритм легли в основу компьютерной программы автоматизированной системы учёта объёмов хлыстов и выпиливаемых из них брёвен в составе АСУТП производства круглых лесоматериалов с одним измерительным

комплексом, установленным до пильного аппарата.

Для определения объёмов хлыстов и выпиливаемых из них брёвен в составе АСУТП производства круглых лесоматериалов

разработанной системе требуется, в первую очередь, информация о геометрических размерах поступающего в раскряжёвку хлыста. Следовательно, необходимо использовать

комплекс измерительных технических средств для получения необходимых размерных характеристик хлыстов в условиях непрерывного потока лесоматериалов по транспортёру. Наиболее целесообразными для обмера круглых лесоматериалов являются автоматизированные измерительные комплексы на базе фотоэлементов [2] (рис. 3).

( НАЧАЛО }

________•[ |

| Запуск программы]

<й>

----------------,41

Присвоить II"0+1

Ввод данных Н1 Ни. А порода дата, время, данные о предприятии и о поставщике

ск

_ п>

Вывод на дисплеи ^ 1 ^11' 'іобц* *

N1 М„. шт

' Іооїд *П©бщ* М' N501,ШІ Лобщхл.М3

1 Сохранение

данных

(1 А)

Рис. 2. Алгоритм работы программы

автоматизированного учёта объёмов древесины хлыстов и выпиливаемых из них брёвен в составе АСУТП производства круглых

лесоматериалов

ИЗЛУЧАТЕЛЬ 1

Рис. 3. Оптическая измерительная система

Для работы системы необходимо подобрать полный комплекс технических средств [3]: датчик скорости транспортёра, локальный контроллер для обработки сигналов датчиков, персональный компьютер для работы с системой.

Функциональная схема работы технических средств системы автоматизированного учёта объёмов хлыстов и выпиливаемых из них брёвен в составе АСУТП производства круглых

лесоматериалов представлена на рис. 4, где ДПО-Э20 - оптическая измерительная система; ИДС-2 -датчик скорости транспортёра; ПЛК -

программируемый логический контроллер; СЩ -силовой щит; В1, В2 - выпрямители напряжения;

©

+ а

Н

Н

^Вп <0.5

1000

1000

Н

Н

ПК - персональный компьютер; RS-232 - интерфейс передачи данных.

Рис. 4. Функциональная схема работы

технических средств системы автоматизированного учёта объёмов древесины хлыстов и выпиливаемых из них брёвен в составе АСУТП производства круглых лесоматериалов

Основной задачей АСУТП производства круглых лесоматериалов является раскряжёвка поступивших на предприятие хлыстов на брёвна в соответствии с планами раскряжёвки. Для таких систем на рынке предлагается широкий выбор автоматизированных систем учёта объёмов брёвен, поступающих после

раскряжёвки. В то же время, систем автоматизированного учёта объёмов

поступивших на склад хлыстов практически не предлагают.

Реализация же автоматизированного учёта объёмов хлыстов до раскряжёвки и объёмов брёвен после неё потребует установки двух учётных аппаратов (точнее будок оператора), а, следовательно, стоимость установки возрастёт, как минимум, вдвое. Предлагаемая система автоматизированного учёта объёмов хлыстов и выпиливаемых из них брёвен потребует установки только одного учётного аппарата перед пилой, но будет выдавать информацию не только о входящем хлысте, но и о выходящих брёвнах с помощью вводимого в программу плана раскряжёвки. Программа использует наиболее точную математическую модель хлыста. Таким образом, предлагаемая разработка является актуальной и приемлемой для практики.

Литература

1. Петровский В.С. Оптимальная раскряжёвка лесоматериалов. [Текст] / В.С.Петровский - М.: Лесн. Пром-сть, 1989. - 288 с.

2. Яковлев, М.К. Совершенствование учёта и раскроя круглых лесоматериалов на основе метода индивидуальных моделей [Текст]: автореф. дис. на соискание ученой степени к.т.н: 05.21.05/ М.К. Яковлев.-Минск, 1995.- 108с.

3. Данилов, А. Д. Технические средства

автоматизации [Текст]: учеб. пособие / А.Д.

Данилов. - Воронеж: вГлтА, 2007. - 340с.

Воронежская государственная лесотехническая академия

DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL, ALGORITHMIC, PROGRAM, TECHNICAL MAINTENANCE FOR SYSTEM OF THE AUTOMATED VOLUME ACCOUNT OF SWITCHES AND LOGS IN STRUCTURE OF THE AUTOMATED CONTROL SYSTEM

OF TECHNOLOGICAL PROCESS

M.V. Filiptsov

Article result the most exact mathematical model of a switch and boiled on its basis mathematical, information, algorithmic, program device for creation of the automated volume account system of switches and logs cut from them in structure of the automated control system of technological process in manufacture of round forest products; the complex of means is picked up and the function chart of system work is shown

Key words: automation, model, volume, technical maintenance