23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2020/10
Į pagalbą operatoriui – išmanieji jutikliai
  • Prof. dr. Eglė JOTAUTIENĖ, doc. dr. Antanas JUOSTAS VDU Žemės ūkio akademija
  • Mano ūkis

Žemės ūkio technikos procesus sekantys nuolatinės kontrolės jutikliai užtikrina tikslią ir reikiamą informaciją apie technologinio proceso eigą. Bene daugiausia jutiklių ir automatinių sistemų – naujausiuose javų kombainuose.

Žmogus, turėdamas sudėtingą jutimo sistemą, kartais net nesusimąsto, kaip atlieka įvairius veiksmus. Kad išmaniosios sistemos įvykdytų tam tikras užduotis, pirmiausia reikia kuo tiksliau apskaičiuoti ir įvertinti – tik tada vykdomos operacijos. Tam įvairiose technologinėse sistemose pasitelkiami jutikliai. Jie paprastai apibūdinami kaip pirminiai matavimo sistemos elementai, reikalingi informacijai apie kintamo fizikinio dydžio reikšmę gauti. Pirminė informacija apie objekto fizikinį parametrą gaunama sąveikaujant jutikliui su objektu ir pasikeičiant jutiklio būsenai. Jutiklio parametrai daro įtaką visos matavimo grandinės veiklos kokybei. Dauguma jutiklių neelektrinius fizinius dydžius (greitį, slėgį, linijinius ir kampinius poslinkius, temperatūrą, šviesos srautą ir kt.) keičia elektriniais dydžiais (varža, įtampa, srove, induktyvumu).

Vieni iš seniausių jutiklių prototipų laikomi dar viduramžiais atlikti mokslininko Toričelio atmosferos slėgio matavimų bandymai, naudojant gyvsidabrio pripildytą apverstą sandarų vamzdelį ir skysčio plėtimosi reiškiniu paremtą termometrų konstrukciją. O jau XIX a., sparčiai vystantis mechaninėms konstrukcijoms, buvo bandomi elektromechaninių jutiklių prototipai. Mokslui ištiriant vis naujus fizikinius reiškinius, jutikliai nuolat tobulėjo ir vis dar tobulinami.

Jutikliai dažnai klasifikuojami pagal paskirtį (deformacijų ir slėgio jutikliai, pozicijų, krypties, poslinkio, judesio ir kt.) ir veikimo principą (varžiniai, induktyvieji ir transformatoriniai, talpiniai ir pjezoelektriniai ir kt.). Jutikliai šnekamojoje kalboje dar vadinami koderiais, efektoriais, detektoriais, davikliais, sensoriais. Susidomėjimas jutikliais nuolat auga, jie šiuolaikinei technikai leidžia tapti vis sumanesnei. Jau mažai ką stebina, kad augalų augimo, dirvožemio būklę ar žemės ūkio technikos darbinius parametrus stebi ir informaciją kaupia būtent jutikliai.

Šiuolaikiniuose kombainuose – per 40 jutiklių

Tik dėl jutiklių „išmanumo“ daugelį procesų žemės ūkio mašinose ir ypač javų kombainuose galima automatizuotai sekti ir reguliuoti darbo metu. Operatoriui, valdančiam žemės ūkio techniką laukuose, būtų neįmanoma kontroliuoti tiek nustatymų ir duomenų. Šiuolaikiniame kombaine gali būti daugiau nei 40 jutiklių įvairioms techninių sistemų funkcijoms kontroliuoti.

Šiuolaikiniai kombainai turi galimybę kontroliuoti darbo technologinius procesus įvairios paskirties automatinėmis sistemomis. Populiariausios jų – nuolatinio kūlimo būgno sukimosi dažnio sistema, neiškultų grūdų atskyrimo ir variklio sukimosi dažnio stebėjimas, automatinis ventiliatoriaus sukimosi dažnio reguliavimas, automatinis derliaus nuėmimo greičio reguliavimas, pagalbos operatoriui sistema, automatinis kūlimo mechanizmo nustatymas, automatinis valymo valdymas, optinis grūdų kokybės nustatymas ir vertinimas.

Pavyzdžiui, derliaus apskaitos sistema leidžia kontroliuoti šiuos kombaino parametrus: degalų kiekį bake, variklio temperatūrą, važiavimo greitį, darbo trukmę, pjovimo aukštį, grūdų nuostolius, būgno sukimosi dažnį, nupjautą plotą, našumą, laidumą, derlingumą ir pan.

Svarbiausi kombaino darbo procesą fiksuojantys jutikliai

Vieni iš svarbiausių javų kombaino darbo procesą fiksuojančių jutiklių yra grūdų derliaus ir drėgnio jutikliai, nuo kurių matavimo tikslumo priklauso tolesnis tiksliosios žemdirbystės sistemos efektyvumas.

Kombainuose yra sumontuotas optinis derlingumo matavimo jutiklis ir optinis derliaus matavimo sistemos YMM (angl. Yield Meassuring Module) modulis. Šiuose kombainuose derliaus kiekis matuojamas fotoelementu, kuris įmontuotas elevatoriaus šachtoje. Jis matuoja grūdų kiekio aukštį, kurį neša kiekviena elevatoriaus mentė. Kompiuteris, įvertinęs grūdų elevatoriaus menčių judėjimo greitį, apskaičiuoja elevatoriaus nešamą grūdų srautą. Grūdų drėgnumą pagal nustatytą algoritmą matuoja grūdų elevatoriuje įrengtas drėgmės jutiklis. Derliaus ir grūdų drėgmės matavimo duomenys YMM modulyje perskaičiuojami ir perduodami į CEBIS terminalą, kuriame apskaičiuojamas tikrasis grūdų derlius, įvertinus kombaino važiavimo greitį, pjaunamosios plotį ir panašiai.

Fotoelementas matuoja šviesos pertraukimo trukmę. Kai elevatorius tuščias, matuojamas tik elevatoriaus mentės šviesos pertraukimo laikas. Šis laikas eliminuojamas iš grūdų masės skaičiavimo. Tai atliekama vykdant „Derlingumo nulinio taško nustatymo“ procedūrą. Tuščia elevatoriaus mentė pertraukia šviesos srautą ir šis jutiklis fiksuoja tam tikrą grūdų ploto aukštį. Derliaus matavimo sistema jo nepriskaičiuoja prie grūdų kiekio. Kombainams dirbant šlaituose, skaičiuojant derlingumą būtina įvertinti kombaino posvyrio kampą. Tai atlieka kombainuose sumontuotas posvyrio jutiklis, kuris matuoja kombaino pasvirimą skersine ir išilgine kryptimis. Šis posvyrio kampas taip pat įvedamas apskaičiuojant derliaus kiekį YMM modulyje.

Naujausi kombainai turi grūdų kokybės vaizdo kamerą (angl. grain quality camera), kuri nuolat filmuoja grūdų kiekį ir dar tiksliau įvertina elevatoriaus nešamą grūdų srautą. Grūdų kokybės vaizdo kamera yra svarbiausias kūlimo mechanizmo ir valymo sistemos automatinio reguliavimo jutiklis. Jis iš elevatoriaus galvutės nuolat pateikia realius grūdų vaizdus automatinio proceso metu. Identifikuojamos negrūdinės priemaišos (NGP) ir pažeisti grūdai, taip pat įvertinama jų procentinė dalis. NGP sudaro šiaudai, pelai, varpų galiukai ir dulkės. NGP tiesioginio vaizdo vertės rodomos CEBIS ekrane grafine forma ir operatorius gali pats jas įvertinti. Kitas būdas – NGP ir pažeistų grūdų santykis rodomas derliaus nuėmimo ekrane. Operatorius, nustatydamas NGP jautrumą, gali nustatyti reikiamą grūdų valymo lygį.

Grūdų kokybės vaizdo kamerą galima įjungti ir išjungti CEBIS ekrane. Grūdų kokybės vaizdo kameros gaunama informacija yra gerokai tikslesnė ir patikimesnė už operatoriaus vizualų įvertinimą, mat vizualiai įvertinti NGP lygį ir pažeistų grūdų kiekį nėra lengva. Be to, kokybės nustatymą gali pasunkinti ir grūdų bunkeryje esančių grūdų susisluoksniavimas, kuris atsiranda dėl iškrovimo kūgio. Naudojant vaizdo kamerą, kuri tvirtinama elevatoriaus viršutinėje dalyje, išvengiama grūdų masės susisluoksniavimo. Nuimdamas javus operatorius privalo nuolat stebėti ir įvertinti apie dvylika įvairių kombaine vykstančių procesų. Ne visi operatoriai sugeba vienu metu stebėti tiek operacijų, tad į pagalbą visada galima pasitelkti automatinių sistemų reguliavimo jutiklius.

Grūdų kokybės vaizdo kamera gali įvertinti įvairių žemės ūkio augalų grūdus: kviečių, rapsų, kukurūzų, miežių, rugių ir kvietrugių. Jos darbas – užtikrinti aukščiausią grūdų kokybę. Pasitelkus automatinio valymo ir atskyrimo operacijas galima optimizuoti valymą, kol bus pasiektas norimas grūdų kokybės lygis. Pagal fotografuojamus ar filmuojamus grūdų vaizdus galima realiu laiku matyti grūdų kokybę bunkeryje, t. y. kiek yra sužalotų grūdų, kiek yra šiukšlių. Tai padeda ūkininkui jau derliaus nuėmimo metu žinoti, kokios kokybės derlius yra gaunamas, nes gauta grūdų kokybės vaizdo kameros informacija yra gerokai tikslesnė už operatoriaus vizualų įvertinimą.

Derlingumo žemėlapių sudarymas

Javų kombainuose jutikliais taip pat fiksuojami technologiniai parametrai, tokie kaip nuvažiuotas atstumas, pjaunamosios darbinis plotis ir mašinos vieta pagal Globalią padėties nustatymo sistemą (angl. Global Positioning System) GPS. Šie duomenys būtini derlingumo žemėlapiams sudaryti. Juos renka ir kaupia kombainuose sumontuota derlingumo žemėlapių sudarymo įranga.

Vienas svarbesnių derlingumo žemėlapių sudarymo elementų yra grūdų drėgnumo ir grūdų kiekio matavimo jutikliai. Grūdų drėgnumo matavimo jutiklis montuojamas grūdų elevatoriuje, kuris transportuoja grūdus į grūdų bunkerį. Šio jutiklio veikimas paremtas elektros varžos principu, kai nuo grūdų drėgnumo keičiasi varžos dydis. Palydovo siunčiamo signalo imtuvas fiksuoja javų kombaino padėtį lauke. Duomenų įvedimo ir nuskaitymo įrangą sudaro ekranas su valdymo pultu. Jame įvedami ir valdomi derlingumo žemėlapio sudarymo parametrai. Duomenų kaupiklis – tai įrenginys, įrašantis surinktus duomenis į elektronines laikmenas. Vėliau šių laikmenų duomenys gali būti perkeliami į kompiuterius detalesnei analizei. Visa kombaino elektrinė schema sujungta CAN Bus sistema (angl. Controller Area Network). Ši sistema pagrįsta duomenų perdavimu dviejų laidų principu.

Derlingumo žemėlapių sudarymo tikslumas užtikrinamas įdiegiant automatinio vairavimo sistemą, kuri sumažina darbinio pločio persidengimus. Kompiuterio CEBIS ekrane galima matyti, kaip, kur ir kada važiavo kombainas, kokiu greičiu, koks toje vietoje buvo grūdų derlingumas, drėgnumas ir kiti parametrai. Taip pat kurioje lauko vietoje kombainas buvo sustojęs ir kiek laiko stovėjo, kur apvažiavo kliūtį (tai irgi paaiškina kai kurias mažo derlingumo vietas). Pasinaudojus šia funkcija, galima atpažinti, kodėl ir kur atsirado siauri mažo derlingumo ruožai. Šia sistema galima įvertinti galimybes sutaupyti laiką ir degalus. Taip pat ji gali padėti įvertinti pasėlių priežiūros klaidas, podirvio purumo lygį ir kitą informaciją apie dirvožemį.