XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Введение. В агропромышленном комплексе России ведущей отраслью является растениеводство, на которое приходится 54 % объёма сельхозпроизводства [1]. Россия является крупным производителем зерновых культур, которые поставляются на многие мировые рынки. Одним из резервов увеличения объемов сельскохозяйственной продукции является сокращение ее потерь, вызванных, в частности, нарушениями при хранении. Основной задачей при хранении зерна есть сохранение его количества и качества. Для этого необходимо в зернохранилищах создавать оптимальные условия микроклимата для хранения зерна. Для хранения зерновой массы используются специализированные зернохранилища – силосы. Такие зернохранилища защищают зерновые культуры от дождя, снега, росы, птиц, насекомых и других вредителей, а также ограждает от посторонних запахов и воздействия окружающей среды. С целью обеспечения мониторинга и управления параметрами микроклимата внутри силосов используются автоматизирование системы управления, направленные на поддержание заданных параметров микроклимата в зернохранилищах в зависимости от входных параметров.

Цель исследования. На основе анализа предметной области предложить технологию автоматизированного контроля и управления параметрами микроклимата в зернохранилище типа силос.

Материал и методы исследования. При разработке технологии автоматизированного контроля и управления параметрами микроклимата в зернохранилище типа силос учитывалась следующий технологический процесс хранения зерновой массы в силосе [2,3]. Перед засыпкой зерна в силосы, оно проходит подготовку к хранению: сушку, санитарную обработку. С момента засыпки в силос и до конца своего долгосрочного хранения зерно постепенного охлаждается с помощью вентилятора. Вентилятор направляет поток охлаждающего воздуха через весь пласт зерна. Температура воздуха, подаваемого вентилятором, должна быть на 10-15⁰С прохладнее температуры зерна (но не выше 25⁰С). В морозную погоду (декабрь-январь) для вторичного охлаждения поверхности зерна и уничтожения выживших вредителей рекомендуется включать вентиляторы на 12-24 часа. Аэрация зерновой массы происходит в три этапа: І этап хранения зерна (июнь-июль) характеризуется температурой охлаждения зерна 25⁰С и работой вентилятора 90 часов; ІІ этап хранения зерна (август-сентябрь) - температурой охлаждения зерна 18⁰С и работой вентилятора 70 часов; ІІІ этап хранения зерна (октябрь-ноябрь) температурой охлаждения зерна 7⁰С и работой вентилятора 90 часов.

Результаты исследования и их обсуждение. Проанализировав технологию хранения зерна в зернохранилищах, описанную выше, особенности технических характеристик и комплектации силосов для хранения зерна, сделан вывод о необходимости разработки новой технологии по автоматизации процесса контроля и управления микроклиматом в зернохранилище типа силос. Поставленная задача решается за счет использования компьютерной системы управления. Автоматизированная система управления микроклиматом зернохранилища является оригинальной программной разработкой, предназначенной для создания оптимальных условий хранения зерна в зернохранилищах типа силос.

При проектировании автоматизированных систем контроля и управления микроклиматом в зернохранилище необходимо вести оперативный контроль параметров микроклимата, температуры зерновой массы и состояния исполнительных механизмов, а также обеспечивать необходимые режимы работы оборудования. Для осуществления правильного функционирования перечисленных процессов разработана архитектура предлагаемой системы (рис. 1).

Рисунок 1 - Архитектура автоматизированной системы управления микроклиматом зернохранилища

Автоматизированная система контроля и управления микроклиматом зернохранилища состоит из двух частей: аппаратной и программной. Аппаратная часть представляет собой комплекс взаимосвязанных устройств: измерительные датчики, исполнительные устройства и персональный компьютер. Программная часть является программным обеспечением, которое устанавливается на персональный компьютер и представляет собой управляющую программу. Сигналы из измерительных датчиков посредством передачи данных (витая пара) передаются через преобразователь сигналов на персональный компьютер, где программа их принимает, обрабатывает и в соответствии с заданным алгоритмом пересылает управляющие воздействия на исполнительные механизмы.

На рисунке 1.2 представлена диаграмма состояний автоматизированной системы управления микроклиматом зернохранилища.

Управляющая программа технологии контроля и управления микроклиматом зернохранилища, деятельность которой показано на рис. 1.2, является автоматической и цикличной. На начальном этапе происходит задание текущих параметров этапов аэрации: температуры зерна и температура воздуха, подаваемого в зернохранилище. На следующем шаге пользователь выбирает режим работы системы: автоматический или ручной. В случае выбора автоматического режима работы начинается основной цикл программы. На первой стадии выбирается этап аэрации: каждому этапу аэрации соответствует определенный период года, временные интервалы которого прописаны в коде программы и хранятся в базе данных. Далее происходит считывание значений температуры в трех уровнях (верхнем, среднем и нижнем) зерна в зернохранилище и температуры наружного воздуха. Пока температура зерна на всех трех уровнях не достигла предельного значения, вентилятор работает с заданной температурой подачи воздуха. После того, как будет достигнуто заданное предельное значение температуры зерна, на привод вентилятора подается управляющее воздействие. Система возвращается на стадию определения этапа аэрации. Если временной интервал соответствует установленному, начинается следующий этап аэрации, и работа системы повторяется. Если значение температуры наружного воздуха достигло заданного предельного уровня, на привод вентилятора также подается соответствующее управляющее воздействие.

Рисунок 1.2 - Диаграмма состояний автоматизированной системы управления микроклиматом зернохранилища

При выборе ручного режима, пользователю предоставляет возможность самому управлять работой вентилятора, а также формировать и выводить на печать отчет об изменении температурных показателей зерна в зернохранилище и наружного воздуха.

Выводы. Представленная в статье технология автоматизированного контроля и управления микроклиматом зернохранилища позволяет осуществлять автоматизированный контроль этапов аэрации, а именно контролировать и управлять температурными показателя зерновой массы на протяжении всего времени его хранения в зернохранилище типа силос. Дальнейшим развитием представленной работы является программная реализация с помощью современных программных средств.

Список литературы

1. Беляева М.А., Кечкин И. А. Технологическая схема хранения зерна в металлических силосах большой емкости // Пищевая промышленность. 2020. №1. С. 46-49.

2. Овчарук Н.Ю. Особенности и перспективы развития сельскохозяйственного производства в России // Экономика и предпринимательство. 2019. № 5 (106). С. 384-387.

3. Разворотнев А. С.,  Гавриченков Ю.Д.,  Кечкин И.А. Режимы хранения и вентилирования зерна пшеницы в металлических силосах большой вместимости // Хлебопродукты. 2017. №11. С.57-59.

4. Строкань О.В. Технологія створення програмних продуктів: лабораторний практикум. / О.В. Строкань. Мелітополь, Мелітополь: ПП Верескун, друкарня «Люкс», 2020. 92 с.