Система дистанционного мониторинга и диагностики как инструмент повышения технической готовности тракторов

Снижение качества продукции, потери урожая и повышение себестоимости производства продукции растениеводства напрямую зависят от нарушения агротехнических сроков выполнения технологических операций при производстве сельскохозяйственных культур [1].

Нарушение агротехнических сроков даже на один день может привести к снижению урожайности культур в зависимости от года до 10%.

На нарушение сроков оказывают влияние факторы:

• •    погодные условия конкретного года;

• •    техническое состояние машинно-тракторных агрегатов;

• •    организация производственного процесса на предприятие.

Вышеперечисленные факторы можно классифицировать как регулируемые и нерегулируемые (рис. 1).

Рис. 1. Факторы, оказывающие влияние на агротехнические сроки выполнения полевых работ

На нерегулируемые факторы повлиять невозможно, соответственно соблюдение агротехнических сроков выполнения технологических операций необходимо обеспечить за счет снижения влияния регулируемых факторов, в первую очередь – технического состояния машинно-тракторных агрегатов [2].

Надежность и работоспособность тракторов и сельскохозяйственных машин зависит от их своевременного и качественного технического обслуживания. Основная по поддержанию техники в работоспособном состоянии – планово-предупредительная система технического обслуживания с применением средств и методов технического диа-

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 4 (56)

AGROENGINEERING

гностирования [3]. На практике это обязательное мероприятие реализуется не на всех сельскохозяйственных предприятиях, впоследствии являясь причиной неисправностей техники, нарушения агротехнических сроков, снижения качества продукции и урожайности культур.

На техническое состояние сельскохозяйственной техники оказывают влияние:

• •    возраст техники;

• •   квалификация механизаторов;

• •   квалификация специалистов ремонтно-обслуживающего звена;

• •    материально-техническая база по обслуживанию техники.

В настоящее время в сельскохозяйственном производстве очевидна острая нехватка механизаторов и специалистов по ремонту и обслуживанию техники. На одного механизатора приходится более одной единицы техники. Помимо своей основной деятельности (выполнение полевых работ), механизатор задействован на несвойственных ему видах работ, принимая участие в проведении технического обслуживания тракторов и другой сельскохозяйственной техники.

В современных условиях производства объемы работ по обслуживанию и ремонту техники, которые приходятся на одного механизатора, увеличились до 85%. На основную же работу механизатор затрачивает не более 42% рабочего времени (рис. 2) [4; 5]. Как результат из-за перегруженности механизатор находится в стрессовой ситуации, это снижает производительность и качество работ.

• □    Проведение ТО

• □    Основная работа

• □    Ожидание устранения отказов

• □    Ремонт

• □    Устранение последствий отказов

• □    Прочие

Рис. 2. Диаграмма занятости механизатора в течение года

В напряженные периоды необходимо выполнять большие объемы полевых работ, как следствие технику следует чаще ставить на техническое обслуживание и устранение текущих неисправностей [4; 6; 7]. В результате из-за нехватки ремонтнообслуживающего персонала и загруженности механизатора, а также отсутствия современной материально-технической базы обслуживание выполняется не в полном объеме или вообще не выполняется: надежность техники снижается, приводя к ее простоям по техническим неисправностям [2; 4; 8]. Также на эти простои оказывает влияние средний возраст тракторов. В Омской области он составляет порядка 25 лет (рис. 3) [4].

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 4 (56)

AGROENGINEERING

Рис. 3. Средний возраст тракторов хозяйств Омской области

Простои техники приводят к нарушению агротехнических сроков выполнения полевых работ.

Один из путей повышения наработки на отказ и межремонтную наработку тракторов – передача проведения сложных видов технического обслуживания (ТО-2, ТО-3) специализированным предприятиям технического сервиса. За счет качественного обслуживания тракторов квалифицированными кадрами с применением современной материально-технической базы наработка на отказ и межремонтная наработка повышается до 40%, производительность машинно-тракторных агрегатов увеличивается на 14% [2; 4; 10]. Перед напряженными периодами полевых работ необходимо очередное техническое обслуживание провести в объеме ТО-3. Это исключит простои сельскохозяйственной техники по техническим неисправностям, способствуя соблюдению агротехнических сроков проведения полевых работ. В свою очередь, механизатор на основную работу будет затрачивать около 73% рабочего времени, а нагрузка несвойственных работ сократится с 58 до 27% [4; 5].

Данный путь повышения технической готовности тракторов приемлем для новых, современных, оборудованных системами технического контроля узлов и агрегатов тракторов. В настоящее время ни одно специализированное предприятие технического сервиса не даст гарантию при обслуживании тракторов возрастом более десяти лет, независимо от его технического состояния [8–10].

Повышение технической готовности возрастных тракторов возможно за счет разработки системы их дистанционного мониторинга и диагностики, для обеспечения которых необходимо решить следующие задачи [11; 12]:

• •    исследование процесса передачи и накопления данных;

• •    разработка модели экосистемы;

• •    разработка программного обеспечения для функционирования экосистемы;

• •    разработка прибора мониторинга технического состояния тракторов.

Материалы и методы

Предложен метод повышения технической готовности сельскохозяйственной техники и описаны инструменты его осуществления. Основан на контроле технического

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 4 (56)

AGROENGINEERING

состояния тракторов (машинно-тракторного парка) посредством системы дистанционного мониторинга и диагностики. Его применение способствует повышению качества выполняемых работ за счет мониторинга показателей работы трактора в режиме реального времени, следовательно, и обеспечению соответствия сроков проведения операций технического обслуживания.

Результаты и их обсуждение

В ходе работы исследованы процессы передачи данных от датчиков к прибору мониторинга [13]. На основании исследования выбраны плата и датчики: расхода топлива, температуры низкозамерзающей жидкости, оборотов коленчатого вала, позиционирования (координат) и определения скорости движения трактора. Для приема и обработки данных от датчиков как наиболее эффективная выбрана плата WEMOS D1 MINI. Для исследования передачи данных от прибора мониторинга в Web-приложение к главной плате присоединены конструктивные элементы – датчики с проводами. Провода присоединялись к аналоговым и цифровым портам главной платы. Применялись следующие протоколы передачи данных с прибора на Web-приложение: Wi-Fi протоколов 802.11 b/g/n с WEP, WPA, WPA2.

На данном этапе было проверено функционирование датчиков и платформ, транслирующих такие параметры (показатели) трактора, как:

• •    скорость трактора;

• •    температура низкозамерзающей жидкости;

• •    частота вращения коленчатого вала двигателя;

• •   уровень и расход топлива;

• •   местоположение и траектория движения трактора.

Передача данных осуществлялась посредством их аккумулирования локально на сервере, запрограммированном в главной плате.

Для обработки данных от датчика расхода топлива к прибору мониторинга в среде Arduino IDE 2.2,1 был прописан код (рис. 4) [14].

Рис. 4. Код алгоритма обработки данных от датчика расхода топлива YF-S201

Результаты передачи и обработки данных от датчика расхода топлива YF-S201 приведены на рис. 5.

Вестник Омского ГАУ. 2024. №4 (56)				АГРОИНЖЕНЕРИЯ
Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 4 (56)				AGROENGINEERING
объем	2,53	л	скорость	11,03 л/м
Объем	2,54	л	скорость	10,98 л/м
Объем	2,54	л	скорость	9,60 л/м
Объем	2,54	л	скорость	10,94 л/м
Объем	2,54	л	скорость	10,22 л/м
Объем	2,54	л	скорость	9,42 л/м
Объем	2.55	л	скорость	9,42 л/м
Объем	2.55	л	скорость	9,42 л/м
Объем	2,55	л	скорость	9,43 л/м
Объем	2.55	л	скорость	9,43 л/м
Объем	2,56	л	скорость	8,62 л/м
Объем	2,56	л	скорость	8,68 л/м
Объем	2,56	л	скорость	7,62 л/м

Рис. 5. Результаты передачи и обработки данных от датчика расхода топлива YF-S201

Данные, полученные от датчиков расхода топлива YF-S201, соответствуют выполненным замерам при помощи мерной колбы, свидетельствуя о корректной работе написанного кода. Для обработки данных от датчика 3950 определения температуры низкозамерзающей жидкости к прибору мониторинга в среде Arduino IDE 2.2,1 был прописан код (рис. 6).

Рис. 6. Код алгоритма обработки данных от датчика температуры низкозамерзающей жидкости двигателя 3950

Анализ кода для передачи и обработки данных от датчика определения температуры низкозамерзающей жидкости показал корректную работу датчика 3950 (рис. 7).

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 4 (56)

AGROENGINEERING

Температура: 22.17 aC

Температура: 22.17 °C

Температура; 22.17 ’С

Температура: 22.17 °C

Температура: 22.17 ’С

Температура: 22.43 "С

Температура: 25.45 *С

Температура: 27.15 “С

Температура: 28.61 °C

Температура: 29.80 °C

Температура: 30.64 °C

Температура: 31.20 =С

Температура: 31.58 “С

Рис. 7. Результаты передачи и обработки данных от датчика температуры низкозамерзающей жидкости двигателя 3950

Для обработки данных от датчика позиционирования (координат) и определения скорости движения трактора Neo 7m в среде Arduino IDE 2.2,1 был прописан код

(рис. 8) [15].

191 }//получение данных GPS 192 if (gps.location.isValid()) { 193       Serial.print("LAT="); 194       Serial.println(gps.location.lat(), 6);//получение широты 195       Serial.print("LONG="); 196       Serial.println(gps.location.lng(), 6);;//получение долготы 197       Serial.print("ALT="); 198       Serial.print("speed="); 199       Serial.println(gps.speed.кшрЬ());}//получение данных о скорости 200 else { 201       Serial.println(”not valid"); 202       Serial.print("satellites=");//K0nH4ecTB0 спутников 203        Serial.println(gps.satellites.value()); 204      }

Рис. 8. Код алгоритма обработки данных от датчика позиционирования (координат)

и определения скорости движения трактора Neo 7m

15:47:24.04В -> JGPGSV,3,3,09,24,07,313,*40

15:47:24.04В -> $G₽GLL, 5501.33407, N,07319.00275, E, 094 15:47:24.848 -> $GPGGA,094847.00,5501.33407,N,07319.00031,E,1,05,4.38,100.6,M,-30.6,M,,*73 15:47:24.04В -> 8GPG5A, A, 3, 22,17, 15:47:24.048 -> С1Ж-9484700 15:47:24-048 -> hour-9 15:47:24.848 -> minute-48 15:47:24.848 -> second-47 15:47:24.882 -> satellite j-5 15:47:24.882 -> LAT-55,022235 15:47:24.882 -> LONG-73.316672 15:47:24.882 -> ALT-100.60 15:47:24.882 -> speed-5.20

Рис. 9. Результаты передачи и обработки данных от датчика позиционирования (координат) и определения скорости движения трактора Neo-7m

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 4 (56)                                                              AGROENGINEERING

Анализ кода для передачи и обработки данных от датчика позиционирования (координат) и определения скорости движения трактора Neo-7m показал корректную работу (рис. 9).

Для обеспечения большего радиуса действия сети Wi-Fi рекомендуется применять антенну, усиливающую сигнал, TL-ANT2409A.

Заключение

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

Проведен анализ существующих процессов передачи данных от датчиков к прибору мониторинга.

Предложены плата и датчики расхода топлива, температуры низкозамерзающей жидкости, оборотов коленчатого вала, позиционирования (координат) и определения скорости движения трактора. Выбрана плата Arduino WeMos D1 Wi-Fi (ESP8266), к которой подключаются датчики температуры, оборотов и расхода топлива. В силу большей памяти для подключения датчики GPS neo-7M выбрана плата ESP-WROOM-32.

Прописаны коды для передачи и обработки данных от датчиков и проведена проверка их работы. Выбран язык программирования Arduino C++ с фреймворком (программной платформой, определяющей структуры программной системы) Wiring.

Проведена проверка функционирования датчиков и платформ, транслирующих параметры (показатели) работы трактора.

Разработано и протестировано Web-приложение. При исследовании передачи данных от прибора мониторинга в Web-приложение к главной плате присоединялись конструктивные элементы – датчики с проводами. Развертывание Web-сервера осуществлялось непосредственно на самой главной плате. Применение данного способа позволило передать информацию в интерфейс программы, а также в базу данных. В качестве способа связи использовалась сеть Wi-Fi. Вывод информации от прибора осуществлялся в два окна браузера по стандартному IP адресу плат.