Автоматизация контроля технологического процесса хранения в зернохранилище с горизонтальными силосами

Хранение и переработка зерна является важнейшей составной частью инфраструктуры зернового рынка. Задача хранения зерна состоит в том, чтобы обеспечить полную сохранность количества и качества при минимальных затратах труда и денежных средств. В лаборатории Северо-Казахстанского университета имени М. Козыбаева был разработан опытный образец зернохранилища инновационного типа с использованием горизонтальных силосов, предназначенный для снижения стоимости строительства и реконструкции элеваторов при одновременном улучшении качества, увеличении сроков хранения и снижении текущих затрат на хранение. Особенность конструкции позволяет автоматизировать большинство операций технологического процесса хранения зерна.

Предлагается способ автоматизированного формирования управляющих воздействий на оборудование зернохранилища в результате анализа данных с датчиков температуры, влажности, уровня углекислого газа и 3D-измерений поверхности зерна.

Разработан проект автоматизированной системы для мониторинга и управления зернохранилищами с горизонтальными силосами. Отличительной особенностью предлагаемой автоматизированной системы является наиболее полный набор условий правильного хранения зерна по сравнению с другими системами контроля технологического процесса зернохранилища. Автоматизация работы достигается посредством разработанного способа формирования управляющих сигналов, а также таких вычислительных алгоритмов, как прогноз времени завершения выгрузки на базе условной скорости выпуска зерна, вычисление объема зерна в секции с помощью 3D-измерений. Логика функционирования базовых алгоритмов для автоматизированной системы мониторинга и управления зернохранилищем с горизонтальными силосами основана на анализе параметров температуры, влажности, уровня углекислого газа и 3D-измерений поверхности зерна в секциях зернохранилища. В представленном проекте автоматизированной системы учитывались научные знания и достижения в области хранения зерна и теории идентификационных измерений, что позволяет использовать описанные алгоритмы в информационных системах мониторинга зернохранилищ других видов.

1. Song J., Kai W., Xiaochen Zh. Measurement and control system based on wireless senor network for granary // 5th International Conference on Education, Management, Information and Medicine (EMIM). 2015. P. 256—260. URL: https://doi.org/10.2991/emim-15.2015.50.

2. Liu J. Design of granary temperature monitoring system based on virtual instrument technology // Advanced Materials Research. 2012. Vols. 542—543. P. 212—216.

3. Galande S., Agrawal G., Anap M. A Parameter monitoring and control of grain storage by embedded system // International Journal of Informative & Futuristic Research. 2015. Vol. 2(11). P. 4172—4179.

4. Li L. J. Distributed sensors network of granary based on Zigbee // Network and Information Technology. 2012. Vol. 31. P. 63—65.

5. Zhang X. D., Zhang J., Li Z. Q. Environmental monitoring in grain granary based on embedded system // 7th IEEE International Conference on Software Engineering and Service Science (ICSESS). China. 2016. P. 1051—1054.

6. Zou Z., Wang Y., Zhou M. Design of ZigBee & ARM technology based granary monitoring system // 3rd IEEE Information Technology and Mechatronics Engineering Conference (ITOEC). China. 2017. P. 835—838.

7. Zheng X. X., Li L. R., Shao S. F. A GSM-based remote temperature and humidity monitoring system for granary // International Conference on Electronic, Information and Computer Engineering (ICEICE). Hong Kong. 2016. Vol. 44. URL: https://doi.org/10.1051/matecconf/20164401060.

8. Surendra M., Kishore G. The Design of granary environment monitoring through web server based on ARM-9 and Zigbee // International Journal of Advanced Technology and Innovative Research. 2014. Vol. 06 (12). P. 1552—1555.

9. Sujatha P., Kishore Ch. Advanced system for monitoring and controlling of the grain condition based on ARM7 // International Journal of Scientific Engineering and Technology Research. 2015. Vol. 04 (29). P. 5655—5660.

10. Khorgade М., Dr. Dakhole P. Granary environmental monitoring system using ZigBee and ARM Processor IJCSN // International Journal of Computer Science and Network. 2015. Vol. 4 (3). P. 456—460.

11. Zhang X., Zhang D. X. A Detection model of granary storage quantity based on deep learning // Proceedings of the 2017 International Conference on Material Science, Energy and Environmental Engineering. 2017. Vol. 125. P. 30—33. URL: https://doi.org/10.2991/mseee-17.2017.21.

12. Qing Sh., Tao X., Yoshino T. Point cloud simplification algorithm based on particle swarm optimization for online measurement of stored bulk grain // International journal of agricultural and biological engineering. 2016. Vol. 9(1). P. 71—78.

13. Miao Zh., Dexian Zh. A Hybrid model for granary storage quantity detection // Journal of Residuals Science & Technology, DEStech Publications. 2016. Vol. 13 (5).

14. Дринча В. М. Контроль и мониторинг температуры зерна: залог сохранности его качества // TechnoGrad. URL: http://www.agrometall.ru/uchebnyj-centr-zhivoe-zerno/nou-hau/stati-po-posleuborochnoj-obrabotke-zerna/kontrol-i-monitoringtemperatury-zerna/

15. Неделько А. Ю., Масло А. Д., Кропачев Д. Ю. Система мониторинга температуры зерна в элеваторах и зернохранилища // Метрология Компетентность. 2012. № 7. С. 52—56.

16. Тулешов А. К., Дильмагамбетов Ш. Н., Байболов К. Б., Кожаков К. С., Дилмагамбетов Р. П. Евразийский патент № 201600284. Способ выгрузки сыпучих материалов, преимущественно зерна, из емкостей и хранилищ, устройство для его осуществления и хранилище для сыпучих материалов, преимущественно зерна.

17. Astapenko N. V., Koshekov К. Т., Petrov P. A. Design of the granary technological process control subsystem for monitoring of the grain volume in a silo // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics 2016). 2016. P. 48—52. URL: https://doi.org/10.1109/Dynamics.2016.7818971.

18. Astapenko N., Koshekov K., Kolesnikov A. Methodology of automatic registration of 3D measurements of bulk materials in granaries // Computer Optics. 2018. V. 42 (03). P. 510—520. URL: https://doi.org/10.18287/2412-6179-2018-42-3-510-520.

19. Karpov V., Chirkova A., Mogdalev P. Organization of production: Uchebno-methodical manual Belarusian State Agricultural Academy. Gorki: Publishing house of BSAA, 2007. 63 p.

20. Шепелев М. А. Технология хранения зерна: учебно-методическое пособие по технологии хранения и переработке растениеводческой продукции для студентов специальности "5В080100-Агрономия". Костанай: КРУ А. Байтурсынова, 2013. 62 с.

21. Koshekov K., Klikushin Yu., Savostin A., Sofyina N., Astapenko N., Kashevkin A., Koshekova B. Modernization of vibrational analysis based on identification measurements // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. No 54(5). P. 328—334. URL: https://doi.org/10.1134/S106183091805008X.