Метрологія та автоматизація в сільськогосподарському виробництві

Національною програмою виробництва технологічних комплексів машин та устаткування для сільського господарства, харчової і переробної промисловості, розробленою та ухваленою в 1992 році, тільки для сільського господарства України було заплановано розробку та серійне виробництво 202 приладів і засобів вимірювання, які охоплювали всі галузі сільськогосподарського виробництва. У 1992 та 1993 роках Мінмашпромом України було частково профінансовано 67 дослідно-конструкторських робіт. Надалі фінансування метрологічних проблем сільського господарства призупинилося. З шістдесяти семи розробок тільки ЦКБ “Арсенал” власними зусиллями та власним коштом закінчило розробку та підготувало серійне виробництво оптичного вологоміра зерна ВО-1,5.
Що маємо на сьогодні?
Рослинництво і тваринництво. Акціонерне товариство закритого типу “Агро-Союз” на виставці “Агро-2002” демонструвало фрагменти обладнання та інформацію про комплексну лабораторію “Агро-Союзу” (“Клас”), призначену для комплексних багатопрофільних досліджень у рослинництві, тваринництві, комплексах переробки та зберігання зерна.
Метою спеціалістів АТЗТ “Агро-Союз” є створення в Україні зразка регіонального центру з контролю виробничих процесів, сільськогосподарської продукції та навколишнього середовища для успішного впровадження новітніх технологій у сільському господарстві.
У завдання комплексної лабораторії “Клас” входять: контроль технологічних процесів у різних галузях сільгоспвиробництва; оцінка якісних показників сировини та продукції; оцінка екологічної безпеки сільгоспвиробництва.
Дилерське підприємство ДП ТКФ “Рудь” ВАТ “Житомирський маслозавод” демонструвало на виставці комплекс приладів польської фірми Draminski, який вирішує значну кількість метрологічних проблем у тваринництві, рослинництві та кормовиробництві.
Перелік приладів містить:
- цифровий визначник кислотності молока;
- електронний визначник маститу;
- тічковимірювач;
- вимірювач вагітності у свиней та овець;
- вимірювач товщини шпигу;
- вимірювач вологості сіна та соломи;
- сільськогосподарський термометр;
- вимірювач величини врожаю (пасовищ і луків);
- рН-метр для визначення кислотності грунту чи розчину;
- цифровий вимірювач вологості зерна;
- вимірювач вологості та щільності зерна;
- пристрій для відлякування гризунів.
Усі наведені вище метрологічні засоби являють собою портативні малогабаритні прилади, побудовані на основі мікропроцесорної техніки. Живлення приладів автономне, забезпечується батареєю напругою 9 В.
Те саме підприємство — ТКФ “Рудь” — пропонувало виробникам сільськогосподарської продукції та її переробникам ультразвукові аналізатори молока виробництва фірми “Бултех 2000”:
Еkomilk — стандартна модель, вимірювальний цикл — 15–18 вимірів за годину;
Еkomilk-М — швидка модель, вимірювальний цикл — 30–35 вимірів за годину (рис. 3);
Портативні аналізатори молока Еkomilk та Еkomilk-М використовуються для вимірювання відсоткового вмісту жиру, сухого знежиреного молочного залишку (СЗМЗ), білка та відсотка води, доданої до коров’ячого, овечого, буйволячого, козиного та інших видів молока, а також для визначення густини останнього. Застосовують їх у лабораторіях і на фермах для контролю якості молока.
Додаткові можливості ефективного використання аналізаторів Еkomilk та Еkomilk-М забезпечує застосування низки таких програмних і технічних засобів, як:
- комп’ютерна програма Мilk Data для збирання даних про параметри молока;
- система автоматизованого збирання даних, що зберігає код постачальників і дані про кількість та якість молока;
- ESC POS-принтер з послідовним інтерфейсом, який друкує чек з результатами вимірювання;
- система для вимірювання електропровідності молока, яка може слугувати насамперед для визначення фізіологічного стану вимені (виявляє передклінічні мастити);
- система для вимірювання рН (активної кислотності);
- RS 232-концентратор, який дає змогу зв’язати з комп’ютером до шести молокоаналізаторів.
Українсько-російське ТОВ “БОЕЗ-Україна” (Дніпропетровськ) пропонувало виробникам і переробникам сільськогосподарської продукції гаму експрес-аналізаторів та експрес-вологомірів:
- експрес-аналізатор вологості “Варіант-Комо”, призначений для використання в потоці у виробництві вершкового фасованого масла та “моноліту”;
- експрес-вологомір “Варіант-7МП”, призначений для визначення вологості сипких речовин у молотій фракції;
- експрес-вологомір “Варіант-8МП” — стаціонарний прилад для визначення вологості як молотої, так і немолотої фракцій сільськогосподарських культур;
- експрес-вологомір “Варіант-9К” — переносний портативний прилад-індикатор кишенькового типу, який дає змогу визначати вологість зернових та олійних культур;
- експрес-вологомір “Варіант-М”, призначений для технологічного контролю вологості макаронних виробів у процесі виготовлення, сушіння та в готовому стані;
- експрес-вологомір “Варіант-11” — переносний портативний багатодіапазонний прилад для визначення вологості зернових, олійних та інших сільськогосподарських культур;
- експрес-вологомір “Фермер” — малогабаритний переносний прилад, призначений для визначення вологості зернових та олійних культур.
Автоматизація сільськогосподарської техніки. Результатом одинадцятирічних науково-технічних пошуків малого спільного науково-виробничого підприємства “Клен” (Луганськ) стали реалізація та серійне виробництво автоматизованих сівалок “Клен”.
На виставці демонструвалися:
- сівалки “Клен-6” і “Клен-4,5”, призначені для висіву зернових культур, трав, травосумішей і технічних культур (льону, ріпаку тощо);
- сівалка “Клен-4,2”, призначена для висіву овочевих, бобових культур, трав і травосумішей, лікарських рослин;
- сівалка ручна “Клен-Р”.
Сівалки “Клен” оснащені сучасними засобами мікропроцесорного управління процесом висіву, які забезпечують: принципово новий спосіб дозування; універсальність щодо культур, що висіваються; максимально широкий діапазон норм висіву; рівномірність розподілу насіння в рядку; економію висівного матеріалу; різні схеми висівання; точність, простоту налагоджування та зручність обслуговування; надійність в експлуатації. Їх застосування виключає також травмування висівного матеріалу;
З пульту управління, розміщеного в кабіні трактора чи на сівалці, виконують:
- точне, швидке та зручне встановлення потрібної норми висіву;
- оперативне корегування, у разі потреби, норми висіву як щодо всієї сівалки, так і щодо кожного висівного апарата окремо;
- контроль за роботою системи (світлова та звукова сигналізація у разі порушення процесу висіву та відсутності висівного матеріалу в бункерах);
- автоматизований облік площі висіву за зміну, а також за весь термін експлуатації сівалки в енергонезалежній пам’яті пульта;
- автоматизований контроль системи електрообладнання трактора.
Український Центр з випробування та прогнозування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва (УкрЦВТ) для виробників сільського господарства пропонував перший в Україні бортовий монітор автоматизованого обліку енергетичних та агротехнологічних режимів роботи машин і машинно-тракторних агрегатів.
Бортовий електронний обліковець “Монітор-Сак” в автоматичному режимі забезпечує облік: робочої швидкості машин чи МТА, км/год; значення обробленої площі, га; витрат палива, л; питомих витрат палива, л/га; продуктивності роботи машини та МТА, га/год; часу роботи, год; значення пройденого шляху, м (на контрольній ділянці поля для корегування значення обробленої площі).
Усі агротехнологічні та енергетичні показники відбиваються на цифровому табло. Інформація про роботу машинно-тракторного агрегату на кожному полі, за робочий день або на даний час, нагромаджується бортовою мікро-ЕОМ, яка входить до складу монітора. “Монітор-Сак” забезпечує виведення інформації для дальшої її обробки на стаціонарному комп’ютері.
Впровадження аналогічних електронних систем за кордоном свідчить про їх економічну ефективність на кожному погонному чи квадратному метрі поля завдяки оптимальному виконанню агротехнологічних операцій, оптимізації витрат палива, висівного матеріалу, добрив і засобів захисту рослин у потрібній кількості на кожній ділянці поля.
Експериментальний зразок бортового монітора виготовлено спільно з БПФ “Полтвіль” (Полтава).
Багатопрофільна фірма “Полтвіль” на сьогодні є “законодавцем моди” в автоматизації сільськогосподарської техніки. БПФ “Полтвіль” за методичної підтримки фахівців УААН та УкрЦВТ наразі реалізувала концепцію агромобільної мережевої системи — як універсальної для побудови апаратних і програмних засобів автоматизації сільськогосподарської техніки.
Агромобільна мережева система БПФ “Полтвіль” за умови наявних на сьогодні власних розробок і серійного виробництва датчиків частоти обертів, положення робочих органів, витрат палива, кута нахилу тощо, бортових мікрокомп’ютерів, блоків введення–виведення даних, інформаційних табло та пультів управління розкриває необмежені можливості уніфікованої автоматизації вітчизняної сільськогосподарської техніки.
Як зберегти врожай? Зерно для довготривалого та якісного його зберігання має бути доведене до відповідних кондицій (температура та вологість) і зберігатися в умовах, які затримують розвиток біологічних процесів у зерні та запобігають появі шкідників.
Нагальними для України є енергоощадні технології та обладнання для сушіння і зберігання зерна, реалізація яких неможлива без використання сучасних електронних засобів (датчиків контролю стану зерна і повітря та засобів автоматичної обробки й індикації даних — цифрових контролерів).

З представлених на виставці слід відзначити розробки польської фірми ARAJ, що продукує сучасні, повністю автоматизовані комплекси для сушіння та зберігання зерна. У комплексах реалізовані підсистеми об’єктивного контролю стану зерна в процесі сушіння та зберігання, а також керування і реєстрації поточних даних про параметри зерна та його переміщення по транспортних магістралях комплексу (рис).
Управління таким комплексом здійснюється з центрального пульта керування мікро-ЕОМ чи з віддаленого термінала, яким слугує звичайний персональний комп’ютер.
Оптимізовані алгоритми програм сушіння та зберігання забезпечують рекордно малі витрати енергоресурсів на всіх етапах післязбиральної обробки зерна, мінімізують кількість обслуговуючого персоналу (одна–дві особи) незалежно від обсягів зберігання і продуктивності сушильного комплексу, а також виключають помилки персоналу, що можуть призвести до пошкодження обладнання.
ТОВ “Плон” — дилер польських фірм ARAJ, BIN та MR INFO на виставці демонстрував обладнання і прилади (рис. 5, рис. 6) для досушування та охолодження зерна в металевих плоскодонних зерносховищах із перфорованою підлогою. Завдяки застосуванню контролера ВІТ досягнуто зниження витрат енергоресурсів пересічно на 30% порівняно з використанням традиційних технологій і шахтних зерносушарок. Автоматизована система здійснює бережливе низькотемпературне досушування зерна та підвищення його якості, тримає під контролем біологічні процеси, що відбуваються в зерні. Програма управління призначена для довготривалого зберігання практично всіх видів зернових культур, вирощуваних в Україні.
Точне землеробство. Провідними науковими школами в системі точного землеробства України є НАУ, УкрЦВТ, ЦНДІ “Квант-Навігація”, АТЗТ “Агро-Союз”.
Значні позитивні зміни за останній рік сталися завдяки зусиллям фахівців Національного аграрного університету, які спільно з компанією “Сатурн Дейта Інтернешнл” створили перший вітчизняний програмно-технічний комплекс цілісної системи практичного застосування технологій точного землеробства.
Автоматизована система дає змогу виконувати всі основні види робіт, які потрібні для технологій точного землеробства, та у своїй структурі має:
- модуль збирання та реєстрації польових даних “Алмаз-1”;
- модуль реалізації електронних картограм внесень технологічних матеріалів “Алмаз-2”;
- універсальний програмний модуль роботи з місцевизначеною інформацією “Алмаз-Офіс”.
У рамках реалізації технічних засобів системи точного землеробства фахівці НАУ на виставці демонстрували автоматизований розкидач мінеральних добрив.
Фрагментом роботи лабораторії “Клас” АТЗТ “Агро-Союз” є програма точного землеробства, яка в АТЗТ ”Агро-Союз” практично реалізована та впроваджена. Одним з елементів системи є автоматична лабораторія з відбору грунтових проб.
УкрЦВТ демонстрував розроблену спільно з ЦНДІ “Квант-Навігація” та випробувану в різних регіонах України пересувну лабораторію “Агротест-А”, оснащену гідромеханічним відбирачем грунтових проб, супутниковою навігаційною системою СНС автоматичної реєстрації координат відбору проб та бортовим комп’ютером. Лабораторія призначена для механізованого масового відбору проб.
Крім того, сільськогосподарським виробникам пропонувався програмно-технічний комплекс автоматизованої побудови агрохімічних карт полів, карт внесення добрив і методичне забезпечення корегування стану сільськогосподарських угідь.
Останнім часом у розробці вітчизняної системи точного землеробства сталися значні позитивні зміни. Вирішено практично всі методичні та науково-технічні питання, створено технічну базу точного землеробства.
УкрЦВТ і АТЗТ “Агро-Союз” вирішили питання масового та дешевого відбору грунтових проб, автоматичної реєстрації їх координат, автоматизованої побудови агрохімічних карт стану сільськогосподарських угідь і картограм програмованого внесення технологічних матеріалів.
На цьому тлі вважаємо за доцільне спрямувати зусилля згаданих вище наукових шкіл на розв’язання другого головного завдання системи точного землеробства — дешевого масового експрес-аналізу агрохімічних показників стану грунтів. У цьому напрямі реальним є створення пересувних агрохімічних лабораторій, побудованих на принципі спектрофотометрії.
О. Соломаха,
канд. техн. наук Укр ЦВТ