Проблемы автоматизации и роботизации мобильной сельскохозяйственной техники

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 12Следующая ⇒

Эффективность автоматизации управления зависит не только от совершенства выбранной системы автоматизации, но и от того, насколько органично она связана с технологией производства, конструкцией машин, средой и сельскохозяйственными материалами. Особенно это относится к новым технологиям точного земледелия. Принципиальное значение имеет адекватность техники, поскольку экономический эффект от автоматизации морально устаревших машин и технологических процессов обычно мал.

К разрабатываемым приборам и средствам автоматического управления сельскохозяйственными объектами предъявляются высокие требования: надежность работы устройств, простота обслуживания, унификация элементной базы и устройств в целом; низкая себестоимость систем управления и комплектующих элементов; повышенная стойкость к сложным условиям работы (вибрационные ударные нагрузки, агрессивная среда, пыль, грязь, дизельное топливо, масла и т. д.); ограниченность источников энергии; работа с живой средой; повышенная точность при резких изменениях возмущающих воздействий, обычно имеющих случайный характер, в которых протекает технологический процесс.

В настоящее время широкое распространение получили средства автоматизации на микропроцессорной базе. Серийно выпускаются модули по сбору аналоговой и дискретной информации; интерфейсы и модули по обработке информации (контроллеры); терминалы удаленного ввода-вывода. Все эти средства микропроцессорной техники позволяют создавать надежные унифицированные системы контроля и управления процессами, предусмотренными в работе стационарных сельскохозяйственных объектов (хранилищ картофеля и овощей, животноводческих ферм и других сельскохозяйственных производств) и мобильных агрегатов (машин и тракторов, выполняющих основную обработку почвы, культивацию, посев, внесение удобрений, а также самоходных комбайнов и др.).

Одним из основных способов автоматического управления мобильными сельскохозяйственными агрегатами является траекторное управление, опирающееся на систему спутниковой навигации GPS. Появились и действуют наземные стационарные ретрансляторы общего пользования, благодаря которым обеспечивается точность позиционирования до нескольких сантиметров. Предлагаются и переносные станции индивидуального пользования.

На этой основе реализуются два вида управления. Автоматизированное управление осуществляется с помощью виртуального следоуказателя. Автоматическое управление по различным программам (эквидистантное повторение контура поля или прямолинейные проходы) ведется с использованием исполнительных устройств управления поворотом. Современное рулевое управление колесных тракторов на основе гидрообъемного привода и механизм поворота гусеничных тракторов двухпоточного типа с двумя дифференциалами и гидравлическим контуром упрощают введение в них соответствующего электроуправляемого исполнительного устройства.

Автоматическое управление скоростью реализуется по всем возможным направлениям. В их числе:

управление на максимальную мощность (производительность) при выполнении энергоемких работ с высоким тяговым сопротивлением, состоящее из вывода двигателя на максимум подачи топлива и автоматического переключения передач (изменения передаточного числа бесступенчатой трансмиссии) в зависимости от нагрузки;

управление, оптимальное по расходу топлива, при выполнении работ, нетребующих полной мощности двигателя, за счет согласованного изменения настройки системы регулирования двигателя на частичные характеристики и переключение передач (изменение передаточного числа бесступенчатой трансмиссии), что выводит двигатель на режим минимально возможного удельного расхода;

управление, рациональное по расходу топлива, аналогично предыдущему, но с ограниченным маневром по настройке системы регулирования на частичные характеристики для обеспечения нормальной работы привода независимого ВОМ по частоте вращения;

управление в режиме трогания и разгона в составе функции «быстрый реверс».

Автоматическое управление рабочим оборудованием в режиме «включено–выключено» в основном применяется в составе интегрированного управления на разворотах. Оно состоит из запоминания последовательности действий водителя на развороте (которые в первый раз производятся вручную)— подъема и опускания навесного устройства, выключения и включения ВОМ и гидравлического отбора мощности, снижения и повышения скорости движения и изменение его направления и последующего воспроизведения этих действий. По существу здесь функционирует не отдельная система, а специальная программа, обеспечивающая необходимую и согласованную работу всех систем.

Контроль технического состояния и режимов работы осуществляется сочетаниями разных датчиков и стандартных стрелочных указателей или различных дисплеев, в том числе с виртуальными стрелочными приборами. Контролируемые параметры достаточно многочисленны: от технического состояния рабочих режимов двигателя до натяжения гусениц (на тракторах Challenger).

Эксплуатационно-технологический контроль сводится к измерению действительной скорости радарным доплеровским датчиком и контролю буксования. Однако особого внимания заслуживает общая шина обмена данными по одному из стандартизованных протоколов, через которую может быть организован обмен информацией с агрегатируемым модулем, если он имеет соответствующее оснащение. При этом в кабине трактора появляется отдельный видеотерминал контроля и управления.

Широкое применение электронной автоматики вызвало появление новых качеств в основных агрегатах и системах тракторов. Например, в двигателях применение электронного регулирования на базе систем типа Common Rail повлекло за собой стабильность характеристик, снижение расхода топлива и токсичности выхлопа, а также позволило расширить диапазон частот вращения вниз при одновременном увеличении запаса крутящего момента.

В трансмиссиях упростились гидравлические системы за счет передачи функций управления переходными процессами от внутренней автоматики к электронике, а также осуществлены новые усложненные приемы ручного управления. В гидравлических системах рабочего оборудования появилась возможность более точного управления отбором мощности на достаточно

большое количество потребителей. Это предполагает существенное увеличение в шлейфе доли машин и орудий с развитым гидроприводом. В ходовых системах и подвесках сидений появилась возможность более точного и комфортного приспособления к различным условиям работы.

Как показывает анализ совершенствования техники, выпускаемой зарубежными фирмами, все современные машинно-тракторные агрегаты (МТА), уборочные комбайны, специализированные сельскохозяйственные машины и орудия оснащены электронными системами и бортовыми компьютерами для оптимизации управления процессами. Помимо управления работой двигателя, трансмиссии и других систем трактора, бортовой компьютер позволяет контролировать и осуществлять управляющие воздействия при выполнении технологических операций. Находящийся на тракторе бортовой компьютер позволяет перед началом работы производить диагностику основных каналов, осуществляющих контроль и управление агрегатом. В процессе выполнения отдельных операций механизатор имеет возможность на мониторе компьютера отслеживать рабочий процесс, а также дистанционно вносить коррективы по глубине хода рабочих органов, загрузке агрегата, контролировать буксование ведущих колес и эксплуатационные показатели.

Вся необходимая информация выводится на помещенный в кабине дисплей в виде текстовых сообщений, поясняющих операционные данные (как цифровые, так и аналоговые). Средства контроля позволяют оперативно следить за аварийной ситуацией, а также своевременно информируют об уровне топлива и необходимости смены масла, воздушного фильтра, топливного фильтра и т. д.

При выполнении технологических операций бортовой компьютер управляет рабочим процессом, а при необходимости контроля со стороны механизатора может вызывать на дисплей информацию, нужную для корректировки процесса. В многофункциональных агрегатах используются средства автоматизации для контроля и управления процессами посева, внесения удобрений, отслеживания стыкования смежных проходов, глубины хода рабочих органов, величины тягового усилия т. д.

Следует иметь в виду, что существенными проблемами для автоматизации мобильной сельскохозяйственной техники являются рассредоточенность сельскохозяйственных установок и техники по большим площадям и удаленность их от ремонтных баз, невысокая квалификация обслуживающего персонала, сезонность работ и непродолжительное использование в течение суток, а также работа на открытом воздухе при широком диапазоне изменения его влажности и температуры, наличии пыли и вибраций. Поэтому средства автоматики должны быть простыми по устройству, рассчитанными на существующие на объектах виды энергии, относительно дешевыми и надежными при эксплуатации и хранении.

Дальнейшим направлением автоматизации мобильной сельскохозяйственной техники становится ее роботизация. Сельскохозяйственные роботы предназначены для полной автоматизации трудоемких, монотонных и экологически опасных процессов в сельскохозяйственном производстве. Современный уровень развития автоматики и информационных технологий делает возможным создание специальных транспортно-технологических средств, управляемых без водителей и используемых для сева, вспашки, внесения удобрений, опрыскивания посевов, обрезания побегов и т. д.

Сельскохозяйственные роботы нашли применение при работах в тепличных хозяйствах и возделывании садовых культур. Во Франции разработан мобильный робот, предназначенный для автоматического удаления лишних побегов виноградной лозы, японская фирма Toshiba уже выпускает необычного робота-садовода, который может сажать молодые деревья, подрезать ветки и т. д. Двумя «пальцами» он схватывает растение, а применение специальных присосов исключает поломку веток. Японские ученые, однако, считают «садовода» еще недостаточно совершенным. Новое поколение роботов-садоводов полностью исключит вмешательство человека в такие процессы, как подрезка деревьев и кустарников, пересадка и даже опыление цветов.

Концептуальный трактор RoboTrac, управляемый с помощью GPS-навигации, представила фирма Valtra (Финляндия). Он идеален для работы на виноградниках, кофейных фермах и во фруктовых садах. Трактор оборудован 85-сильным дизельным двигателем, задней самоподруливающейся осью, может быть как переднеприводным, так и полноприводным. По команде, передаваемой через Интернет и навигационную систему, он способен самостоятельно вспахивать землю, обрабатывать почву, высевать семена, орошать посевы и т. д. «Умный» трактор, по словам его создателей, бережно относится к урожаю и сводит к минимуму повреждение плодов.

Беспилотный трактор Agria, разработанный в Институте прикладных искусств в Вене (Австрия), самостоятельно справляется с такими нелегкими задачами, как посадка и защита растений, удобрение почвы. Это идеальный помощник на небольших фермах. Инфракрасные и ультрафиолетовые сенсоры позволяют трактору Agria обнаруживать насекомых-вредителей и грибковые образования, после чего машина принимает необходимые меры по их ликвидации. Кроме того, робот может налаживать совместную работу с другими подобными машинами, образуя целую интеллектуальную сеть. Работа сети координируется через компьютер или смартфон.

Применение в сельскохозяйственном производстве современных информационных технологий, систем и средств автоматизации и роботизации позволит повысить производительность труда, достичь высоких количественных и качественных показателей сельхозпродукции, интенсифицировать уровень производства.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒