Electronic on-board control system of operational and technological parameters of cotton harvesting units


Cite item

Full Text

Abstract

The main parameters for control and assessment of technological and operating indices of machine and tractor units for cotton harvesting are given; technical specifications are stated. Block scheme of microprocessing on-board control system of operational and technological parameters of cotton harvesting units is given.

Full Text

УДК 629.1.05 ТСМ № 10-2014 Электронная бортовая система контроля эксплуатационно-технологических параметров хлопководческих МТА Канд. техн. наук Э. Улжаев, инж-ры У.М. Убайдуллаев, З.Э. Улжаев (Ташкентский ГТУ, utkir2005@mail.ru) Аннотация. Приведены основные параметры для контроля и оценки технологических и эксплуатационных показателей хлопководческих машинно-тракторных агрегатов (ХМТА), сформулированы технические требования. Дана структурная схема бортовой микропроцессорной системы контроля эксплуатационно-технологических параметров ХМТА. Построен алгоритм работы системы, составлены программы, апробированные на лабораторном стенде. Ключевые слова: хлопкоуборочная машина, эксплуатационно-технологические параметры, контроль, сигнализация, бортовая система, язык Java, параметры, узел, скорость движения, частота вращения, температура, уровень, алгоритм, программа. Известно, что ХМТА, предназначенный для сбора хлопка-сырца с кустов хлопчатника и его транспортировки в бункер, представляет собой сложный многомерный объект, состоящий из множества рабочих узлов и органов управления. Основные требования, предъявляемые к ХМТА, включая хлопкоуборочные машины (ХУМ): производительность, качество сбора хлопка-сырца, надежность, удобство эксплуатации и др. Эти показатели - основные критерии ХУМ, для обеспечения которых требуется контролировать комплексные режимные параметры и принимать решения об изменении режимов работы узлов ХУМ. Все это требует контроля и регулирования следующих показателей: скорости вращения шпиндельных барабанов и самих шпинделей, работы вентиляторов и давления в пневмосистемах, скорости движения ХУМ, изменения положения уборочного аппарата относительно земли, засоренности шпинделей зеленой массой, среднего числа нормально вращающихся шпинделей за один оборот шпиндельного барабана, влажности хлопка-сырца, уровней и температуры масла в гидросистеме, уровней горючего и др. [1, 2]. Используемые в настоящее время в Узбекистане при обработке почвы и посеве ХМТА постепенно обновляются за счет сельхозмашин зарубежного производства, импортируемых или производимых Uz Case Mash, Uz CLAAS Agro и другими совместными предприятиями. В числе таких машин можно назвать тракторы Сase New Holland и CLAAS, плуги и бороны Lemken, хлопковые сеялки CASE-1200. Эти машины в более высокой степени (на 65-75%) оборудованы средствами электронного и микропроцессорного контроля и управления, в т.ч. бортовыми компьютерами, которые собирают информацию с многочисленных датчиков, обрабатывают ее и передают результаты водителю через приборную панель [3, 4]. Один из путей ускоренной комплексной электронизации отечественных ХМТА на начальном этапе - применение электронных систем машин зарубежных фирм. Однако такой путь связан с проблемами обслуживания как программного обеспечения, так и электронной части. Сотрудниками конструкторского бюро Ташкентского тракторного завода и учеными кафедр автоматизации и управления и наземных транспортных средств Ташкентского ГТУ ведутся научно-исследовательские и проектные работы по созданию собственных электронных бортовых систем, позволяющих осуществлять оперативный визуальный контроль эксплуатационных и технологических параметров ХМТА [3, 5]. Наиболее важные эксплуатационно-технологические параметры уборочных агрегатов (УА) приведены в таблице [3, 5]. Параметры оценки эксплуатационно-технологических показателей ХМТА Параметр Диапазон изменения Вид контроля и регулирования параметра Задача контроля и регулирования Количество контролируемых параметров, объектов Форма представления информации Тип применяемого первичного преобразователя (датчика) Непрерывный Дискретный Высота расположения УА над поверхностью грядок, мм От 0 до 100 Непре-рывный - Оповещение водителя и поддержание высоты УА в заданных пределах 1 Цифровая, светодиодные линейно расположенные индикаторы Оптический, потенцио-метрический Отклонения оси рядка хлопчатника от оси рабочей щели УА, мм От 0 до 30 Непре-рывный - Оповещение водителя и регулирование отклонения оси рабочей щели УА в заданных пределах 1 Цифровая, светодиодные линейно расположенные индикаторы Оптический Ширина рабочей щели УА, мм От 22 до 40 Непре-рывный - Оповещение водителя и регулирование ширины рабочей щели УА в зависимости от параметров агрофона 2 Цифровой индикатор в виде десятичного кода Оптический Давление в приемных камерах УА (забои) Выше или ниже нормы - Дискрет-ный (0 или 1) Оповещение водителя о забоях в приемных камерах 4 Светодиодные индикаторы со звуковым сопровождением Оптический, пневматический Заполнение бункера Выше или ниже нормы - Дискрет-ный (0 или 1) Оповещение водителя о заполнении бункера 1 Светодиодные индикаторы со звуковым сопровождением Оптический, тензометрический Потери урожая за УА, % 4% - Дискрет-ный (0 или 1) Оповещение водителя о превышении нормы потерь урожая для принятия мер 2 Светодиодные индикаторы со звуковым сопровождением Оптический Скорость движения ХУМ, км/ч (м/с) От 0 до 15 (4,2)* Непре-рывный - Оповещение водителя о фактической скорости движения ХУМ 1 Цифровой индикатор в виде десятичного кода Индуктивный датчик Средняя частота вращения шпинделей за один оборот барабана, мин-1 От 900 до 1100 Непре-рывный Попеременный Контроль и оповещение водителя о выходе скорости вращения шпинделей за заданные пределы 4 шпин-дельных барабана по 12 шпинделей в каждом** Цифровой индикатор в виде десятичного кода Индуктивный датчик, оптический датчик Средняя частота вращения съемни-ков, мин-1 От 1500 до 1700* Непрерывный Попеременный Контроль и оповещение водителя о выходе скорости вращения съемников за заданные пределы 12 съемников** Цифровой индикатор в виде десятичного кода Индуктивный Частота вращения вентиляторов, мин-1 От 1400 до 1800* Непрерывный Попеременный Контроль и оповещение водителя о выходе частоты вращения вентиляторов за заданные пределы 2 Цифровой индикатор в виде десятичного кода Индуктивный Примечание: * - могут корректироваться в зависимости от модели ХУМ (навесная, полунавесная, самоходная) и агрегатируемого трактора; ** - для двухрядной ХУМ. С учетом приведенных технических требований разработана обобщенная структурная схема, а также собран лабораторный стенд бортовой микропроцессорной системы контроля эксплуатационно-технологических параметров ХМТА в двух вариантах. В первом варианте датчики контроля и преобразователи информации соединяются с блоком приема и обработки информации кабельными соединительными проводниками, во втором - посредством блока беспроводной связи. На рис. 1 приведена обобщенная структурная схема лабораторного стенда бортовой микропроцессорной системы контроля эксплуатационно-технологических параметров ХМТА с проводной связью. В качестве центрального блока обработки информации выбрана микроЭВМ в виде платформы Devkit 7000, которая содержит: NAND Flash, DDR, разъем с 80 выводами для подключения различных устройств и датчиков. Для предварительного приема и хранения данных, поступающих от датчиков контроля, можно использовать дополнительные микроконтроллеры, например серии PIC или ATMEGA. В их функции входят временное хранение данных, поступающих от датчиков, и передача накопленных данных на блок обработки информации согласно специальному алгоритму в виде установленного протокола. Принцип работы бортовой микропроцессорной системы контроля эксплуатационных параметров ХМТА заключается в следующем. Каждый контролируемый технологический параметр преобразуется в аналоговый или дискретный сигнал - вид сигнала зависит от типа использованных датчиков. Информация, считанная с датчиков, передается на соответствующие входы блока микроконтроллеров (БМК) и хранится в течение установленного времени (цикла). После завершения цикла накопленная на регистрах БМК информация по специальному протоколу передачи и приема данных передается на вход микроЭВМ (центрального процессора - ЦПР) бортовой микропроцессорной системы. МикроЭВМ содержит регистры памяти, количество которых соответствует количеству контролируемых параметров. Далее полученная информация обрабатывается, сравнивается с заданной и выводится на экран монитора как в цифровом виде, так и в виде стрелочного показывающего прибора. Для практической реализации лабораторного стенда по испытанию бортовой микропроцессорной системы контроля режимных параметров ХМТА собрана схема блока преобразователя, имитирующего работу некоторых перечисленных выше датчиков контроля. Как и у других микропроцессорных устройств и микроЭВМ, основное средство разработанной системы контроля - алгоритмическое и программное обеспечение. При этом основная проблема помимо выбора монитора с соответствующими характеристиками заключается в рисовании необходимых фигур (стрелочных и цифровых приборов) для визуализации скорости движения ХМТА, частоты вращения вала отбора мощности двигателя, изменения уровня масла, горючего, превышения установленной температуры и так далее, а также в придании этим фигурам цветов и размеров, обеспечении очередности и частоты визуализации информации. В качестве языка и базовой программы для визуализации параметров ХМТА на мониторе выбран язык Java [6, 7], а для написания программной части рисования фигур - модуль Eclipse JDT (Java Development Tools). Для рисования различных приборов на мониторе необходимо выбрать методы рисования. Практика показала, что один из лучших методов рисования фигур - метод Canvas, который хорошо стыкуется с операционной системой Аndroid. С использованием основных методов класса Canvas построены базовые показывающие приборы для визуализации контролируемых параметров ХМТА (рис. 2). Для обеспечения приема/передачи, обработки и визуализации информации на мониторе микроЭВМ разработан алгоритм (рис. 3). Согласно алгоритму и выбранным программным средствам рисования фигур составлены программы, обеспечивающие визуализацию контролируемых параметров ХМТА на мониторе микроЭВМ [7]: программа рисования общего размещения показывающих приборов; начало рисования; блок рисования первой (верхней) части панели; блок рисования второй части панели; блок рисования центра панели. На базе программного обеспечения Аndroid и с применением программного средства С+ составлены функциональные программные блоки для рисования приборов, показывающих: угол поворота, температуру, текущее время, правый и левый повороты, аварийную сигнализацию горючего, скорость движения машины, частоту вращения вала отбора мощности двигателя т.д. Составленные программы апробированы на лабораторном стенде разработанной бортовой микропроцессорной системы контроля эксплуатационно-технологических параметров ХМТА (рис. 4). Применение разработанной бортовой системы контроля параметров ХМТА улучшает комфортность тракторной кабины, условия эксплуатации, позволяет оперативно контролировать параметры трактора и агрегатов. В конечном счете это приводит к повышению производительности ХМТА и улучшению условий работы оператора.
×

About the authors

E. Ulzhayev

Tashkent State Technical University

U. M Ubaydullayev

Tashkent State Technical University

Email: utkir2005@mail.ru

Z. E Ulzhayev

Tashkent State Technical University

References

  1. ГОСТ 22587-91. Машины хлопкоуборочные. Общие технические требования.
  2. Ts 05781953-003:2013. Машина хлопкоуборочная МХ-1,8. Технические условия.
  3. Абдазимов А.Д. и др. Выбор и обоснование пределов изменений технологических параметров хлопкоуборочной машины, подлежащих автоматизации контроля и регулирования // Кимевий технология. Назорат ва бошқарув. - 2013, №5.
  4. Современные технологические приемы возделывания овощных культур // Строительное оборудование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mgm-machines.ru/sovremennye-tekhnologicheskie-priemy-vozdelyvaniya-ovoshchnykh-kultur-str33.html (дата обращения 21.07.2014).
  5. Улжаев Э. и др. Интеллектуальная бортовая МПС контроля и управления технологическими параметрами МТА с трактором ТТЗ // Междунар. науч.-техн. конф. «Техника будущего: перспективы развития сельскохозяйственной техники». - Краснодар: КубГАУ, 2013.
  6. Герман О.В., Герман Ю.О. Программирование на Java и С# для студента. - СПб.: БХВ, 2005.
  7. Медведев В.И. Особенности объектно-ориентированного программирования на С++/СLI, С# и Java. - Казань: РИЦ «Школа», 2010.

Copyright (c) 2014 Ulzhayev E., Ubaydullayev U.M., Ulzhayev Z.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies