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

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