Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве

Термин «автоматизация производства» означает использование автоматических, а также автоматизированных устройств для полного или же частичного освобождения человека от работы и возлагая на оператора только функцию контроля. Автоматизированное производство состоит из следующих частей: контроль при получении, передаче, обработке и, разумеется, использовании энергии, материалов или информации.

Механизация и автоматизация в сельском хозяйстве позволяет в несколько раз повысить производительность труда. Также новые технологии способствует значительному увеличению уровня производства сельскохозяйственной продукции, стремительному росту уровня его качества. Подобные процессы имеют непосредственную связь с применением в данной отрасли индустриальных технологий, а также совершенствования планирования и управления.

Множество животноводческих комплексов сегодня оснащаются потоковыми автоматизированными линиями доения коров и первичной обработке молока, также нередко закупаются системы приготовления, а также линии раздачи корма животным. В помещениях, где размещаются животные, автоматика контролирует климат, системы отопления и водоснабжения помещений.

Системы вентиляции, размещенные в зерно- и овощехранилищах с автоматикой дают возможность значительно уменьшить потери готового продукта при его хранении. А поддержание в теплицах искусственного климата даст возможность начать выращивать овощи даже в областях с очень суровым климатом на протяжении всего года. Вентиляция и температурный режим, которые регулирует автоматизированная система, позволяют достигать необходимой чистоты воздуха, кроме того, система позволяет обеспечить наиболее оптимальный световой режим.

Для успешного развития сельского хозяйства огромное значение играет постоянная подача электрической энергии. В том случае, если линии электрических передач чрезмерно удалены, необходимость обеспечения подобных районов электроэнергией возлагается на дизельные или гидроэлектростанции.

Автоматизация сельского хозяйства – возможность эффективно и оперативно управлять отраслью.

Энергетика и автоматизация в сельском хозяйстве

Сельское хозяйство сегодня просто невозможно представить без применения в нем системы автоматизации промышленных процессов. Постоянно внедряемые в отрасль электронные инновации позволяют весьма значительно увеличить не только производственные мощности, но и объемы реализации продукции. В свою очередь, это серьезно сказывается на прибыли, которую получает предприятие.

Основная проблема, с которой может столкнуться фермер – необходимость непрерывного обеспечения объектов сельского хозяйства бесперебойной энергией. В качестве простого примера приводим инкубаторы, располагающиеся на птицефабриках. В инкубаторе посредством использования термоустройств, а также ламп накаливания формируется микроклимат с постоянной температурой. В свою очередь, специальное поворотное устройство переворачивает яйца для равномерного их прогрева.

Если оборудование перестает действовать, предприятие получит огромные убытки. В таком случае можно использовать альтернативные источники энергии, к примеру обычные генераторы. Как показывает практика, покупка генератора оправдывается – ведь риск потери прибыли несоизмеримо больший.

 Для расчета энергообеспечения крупных автоматизированных систем, которые используются для орошения на полях, а также в теплицах – необходимо обязательно учитывать используемые производственные мощности. Применять портативные «домашние» генераторы для таких систем невыгодно и нецелесообразно.

Общеизвестно, что стоимость дизельных генераторов значительно выше, если сравнивать их с бензиновыми аналогами. При этом нельзя забывать, что получаемая от количества выработанной энергии отдача значительно выше. Да и цена солярки  примерно в 1,5 раза ниже, чем стоимость бензина – собственно, это практически полностью покрывает имеющуюся разницу в стоимости бензиновых и дизельных генераторов. Итак, при длительном отключении автоматизированных сельскохозяйственных объектов именно дизельные генераторы превращаются в действительно незаменимый инструмент.

Рекомендуется покупать генераторы, работающие на бензине только в том случае, если наблюдаются кратковременные перебои в подаче электрической энергии. Стоимость бензинового генератора формируется, главным образом, из качества силовых элементов, цены системы зажигания, мощности встроенного двигателя, преобразования и защиты.    

Генератор – залог безаварийной и бесперебойной работы сельскохозяйственного бизнеса.

Развитие процессов автоматизации производства

В России существует стратегия машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции. По данной стратегии определена необходимость формирования конкурентоспособного агропромышленного производства, которое обеспечивает не только продовольственную безопасность государства, но также и дальнейшую его интеграцию в сельскохозяйственное мировое производство.

Чтобы сельское хозяйство России было конкурентоспособно по отношению к западным и европейским производителям, требуется внедрение автоматизированных технологий. Техника, которая обеспечивает подобного рода технологии, обязательно должна отвечать всем существующим требованиям прецизионного управления продукционными процессами не только в животноводстве, но также и в растениеводстве.

Автоматизация отрасли как глобальная стратегия развития

Сегодня автоматизация отрасли создает не только научную, но также и технологическую основу, предназначенную для возникновения и дальнейшего развития новейших направлений технического прогресса. Как следствие, очень быстрый рост технической оснащенности, а также успешное развитие микропроцессорной базы (если используются топо-ориентированные технологии), а также новые радионавигационные системы, создают важные предпосылки для успешного развития автоматизации.

Если учесть, что мировой уровень механизации всех основных процессов в отрасли сельского хозяйства вплотную приближается к 100 процентам, дальнейшее развитие сельхозтехники будет характеризоваться более интенсивным использованием методов информатизации, автоматизации, а также использованием робототехнических комплексов.

Впрочем, внедрение интенсивных технологических процессов вкупе со стремлением получить очень высокое качество продукции могут быть ограничены индивидуальными физиологическими человеческими возможностями. По этой причине огромной популярностью пользуются, прежде всего, точные технологии, которые базируются на автоматическом управлении процессами. Для этого в растениеводстве активно используются технические средства. Это позволяет точно позиционировать технику на полях, на базе навигационных и спутниковых систем.

Всего за несколько последних десятилетий автоматизация сельского хозяйства трансформировалась в самостоятельную отрасль техники и науки, которая охватывает теорию, принципы построения, а также способы использования автоматизированных систем управления в отрасли сельского хозяйства, с минимальным человеческим участием.

Главная особенность на данном этапе развития автоматизации – это неразрывная связь техники с биологическими объектами, непостоянными параметрами (во времени) – животными, растениями и почвой.

Очень важно рассматривать связь техники и биологических объектов в качестве человеко-машинной системы, что обуславливается:

• Сложностью и многообразием производственных процессов, разнообразием технологических процессов и техники.
• Распределенностью регулируемых и контролируемых параметров большинства объектов по теплицам или хранилищу со случайными возмущающими воздействиями.
• Рассредоточением техники по большой территории (очень велика удаленность ремонтной базы и низкая квалификация обслуживающего персонала).

Современные производственные процессы сельского хозяйства относятся к технически сложным объектам управления – как правило, это характеризуется на порядок большим числом управляемых, а также контролируемых параметров и действием возмущений, что оказывают влияние на эффективность выполнения подобного рода процессов. Механизаторы своевременно отреагировать на них могут далеко не всегда.

Практика показывает, что ручное управление техникой и технологическими процессами в сельском хозяйстве недостаточно эффективно. Приводим простой пример – чтобы эффективно использовать МТА, тракторист должен управлять:

• Направлением движения агрегата
• Загрузкой двигателя трактора
• Изменением тяговой мощности
• Обеспечить безопасность движения
• Следить за качественным выполнением технологических операций

Соответственно, по мере увеличения рабочей скорости, увеличения ширины захвата МТА увеличивается и сложность управления – как следствие, оператор должен переработать в разы большее количество информации за то же время. Более частое использование органов управления приведет к достаточно быстрой утомляемости – как следствие, оператор может запоздать в принятии решения, находясь за рулем, и эффективность (вместе с качеством) работы сильно снижается.

Все более часто на прямолинейном ходе гона системы используется система автоматического вождения. Пользуются системой GPS, которая обеспечивает точность хождения по прямой – 1,52см.

Еще больше функций накладывается на оператора при управлении техникой на послеуборочной обработке зерна. Перед рабочим персоналом стоит сразу две категории задач:

1. Необходимость управления электроприводами автомобилей, а также механизмов при выборе маршрутов обработки зерна. В обязанности операторов входит ликвидация возникающих внештатных ситуаций.
2. Необходимость управлять режимами работы множества отдельных машин (контроль более 20 параметров).

Согласно проведенным исследованиям, такое большое количество обрабатываемой информации значительно превышает психофизиологические возможности оператора – как следствие, управлять вручную линиями послеуборочной обработки зерна очень неэффективно (средняя производительность – не более 70%).

Автоматизация в полеводстве

К обобщенным объектам автоматизации в растениеводстве можно отнести технологию получения растениеводческих продуктов. Множество операций и технологических процессов в таких технологиях механизировано – производится при помощи сельскохозяйственных машин, а также их комплексов. Это дает возможность позиционировать их в качестве частных объектов автоматизации.

Сельскохозяйственная техника, которая рассматривается в качестве объекта автоматизации, делится на три категории:

1. Поточные линии
2. Агрегаты
3. Отдельные сельхозмашины.

Автоматизация в животноводстве

Для отраслей птице- и животноводства тоже характерны все группы объектов автоматизации. В частности, речь идет про:

1. Автоматизируемые технологии
2. Объекты автоматизации

Автоматизированные технологии также разбивают на 3 группы:

1. Заготовка, подработка, раздача и хранение кормов
2. Выращивание молодняка для воспроизводства стада
3. Производство мяса, яиц и молока

Применяющиеся в животноводстве технологии характеризуются общими технологическими процессами:

1. Вентиляция и отопление
2. Переработка и уборка биологических отходов
3. Облучение и освещение животных
4. Раздача и приготовление корма

В свою очередь, хранение и заготовка корма включает в себя следующие функции: уход за культурами, уборка, вентилирование и сушка, химическая консервация. А объекты автоматизации включают в себя поточные линии, машины и агрегаты. Они характеризуются большим разнообразием, однако по ряду операций имеют общие черты (раздача кормов, водопотребление и прочее).

Пути развития автоматизации технологических процессов

Пути развития в сфере растениеводства на ближайшей перспективе определяются прогрессивными тенденциями:

• Совершенствование систем механизации
• Совершенствование систем автоматизации
• Совершенствование машинных технологий в целом.

Также к прогрессивным тенденциям в совершенствовании систем автоматизации агрегатов, машин и поточных линий в растениеводстве принято относить переход от использования локальных систем автоматического регулирования и контроля к разработке, а также дальнейшему использованию многомерных систем автоматизированного управления.

Грядет  техническое переоснащение – речь идет о переходе к микропроцессорной программируемой технике, которая  заменит электронную аппаратную и релейно-контактную технику. Локальные системы автоматического контроля регулирования в отрасли автоматизированного управления играют роль уже подсистем, которые необходимо совершенствовать методом использования эффективных алгоритмов управления.

Автоматизированные системы в микропроцессорном исполнении будут унифицированы – создается единая система для контроля группы схожих объектов. Неодинаковость функций такой системы можно легко устранить программными средствами без необходимости конструктивного изменения систем.

Существенное расширение областей использования средств автоматики в растениеводстве (на перспективу) обуславливается появлением все новых и новых средств механизации, а также отдельных машинных технологий. К подобным технологиям принято относить:

• Технологию уборки, послеуборочной обработки урожая зерновых культур
• Технологию дифференцированного внесения удобрений.

В животноводческой отрасли это – производство, а также разработка технических средств для приготовления точного (по созданной программе), а также сбалансированного состава кормов для различных групп птицы и животных. В кормах используются микродобавки (в том числе лечебно-профилактические). Также необходимы средства доставки корма до каждого животного в установленное время.

Основные проблемы, которые на данном этапе развития сельскохозяйственной отрасли требуют немедленного решения:

• Создание микроклимата с требуемыми параметрами в помещении, а также в зоне содержания животного
• Достижение надежности идентификации и позиционирования животных
• Экологические аспекты перечисленных проблем.

Основные направления для успешного развития автоматизации в животноводстве и растениеводстве – организация, а также массовое использование робототехнических систем в отрасли. На современном этапе развития России такие работы получили только начальное развитие. Как следствие, применение средств робототехники требуется в процессах, которые вредны для человека (использование, а также хранение минеральных удобрений и средств химзащиты растений, протравливание перед посевом зерна), а также в задачах, что требуют серьезных трудовых затрат (яркий пример – сбор урожая готовой продукции).

Информатизация, а также автоматизация отрасли сельскохозяйственного производства сегодня – это приоритетное направление современного научно-технического прогресса. Стремительное и массовое их развитие способствует:

• Быстрому развитию и использованию достижений биотехнологии генной инженерии
• Созданию интегрированных систем защиты животных и растений
• Интенсификации продуктивности птицы и животных
• Технологий управления и мониторинга природных ресурсов
• Программированию урожая в агро-ландшафтных системах.

Если учесть постоянную и неразрывную связь технических средств с животными, потребуется своевременно активизировать работы, направленные на создание приборной базы, предназначенной для измерения и контроля определенного количества биологических параметров. Также нужно отметить, что на данном этапе развития примерно 20 процентов разных параметров в сельскохозяйственном производстве недопустимо непосредственному измерению, ведь до сих пор для них не удалось разработать даже первичных преобразователей. Датчики и приборы необходимо ставить на биообъектах – такое оборудование должно иметь небольшой вес, размеры и, разумеется, высочайшую надежность, способность работать в агрессивных средах.

Чтобы выполнить поставленные технологические операции, в отрасли животноводства используется огромное количество автомобилей, половина их которых не может быть модернизирована до применения здесь средств автоматизации. Максимум внимания необходимо уделить высокому уровню защиты от перегрузки оборудования.

Автоматизация и механизация – это важные, неотъемлемые части ресурсосберегающих интенсивных технологий производства продукции, а также малоотходных технологий разработки, реализации и хранения. Новые интенсивные технологии дадут возможность в разы повысить продуктивность отрасли животноводства и растениеводства (по подсчетам экспертов – 2,5 раз), а также вдвое сократить трудозатраты. Впрочем, это недостижимо без поисковых, а также фундаментальных исследований.