PL B1. INSTYTUT OGRODNICTWA, Skierniewice, PL BUP 09/11

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. A01B 69/00 ( ) A01M 7/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Układ sterowania pracą opryskiwacza (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 04/15 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT OGRODNICTWA, Skierniewice, PL (72) Twórca(y) wynalazku: GRZEGORZ DORUCHOWSKI, Skierniewice, PL JERZY KORONCZOK, Żędowice, PL MAREK BERNYŚ, Pyskowice, PL GRZEGORZ KUBICA, Żędowice, PL RYSZARD HOŁOWNICKI, Skierniewice, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ do sterowania pracą opryskiwacza, mogący znaleźć zastosowanie w zabiegach ochronnych roślin, zwłaszcza w zabiegach ochronnych sadów. Chemiczna ochrona roślin musi pogodzić wiele zdawałoby się sprzecznych wymogów: musi być skuteczna, ale jednocześnie nie szkodząca środowisku, musi być wybiórczo selektywna, a to oznacza wielość badań i wzrost kosztów ochrony, musi być oszczędna w zużyciu środków, a jednocześnie dokładna w działaniu, co także wymaga wielu badań i prób, różnego rodzaju specjalistycznego sprzętu, co pociąga za sobą wzrost kosztów ochrony. Podstawowym wymogiem jest jednak ochrona środowiska i ona decyduje o wyborze technologii ochrony, dyktując jednocześnie kierunki rozwoju oprzyrządowania technologii w zakresie sprzętu i układów sterująco-kontrolnych. Wymóg ochrony środowiska przy zabiegach ochronnych wymusza uwzględnienie wielu parametrów związanych z cechami morfologicznymi drzew, jak ich wielkość, kształt i gęstość, związanych z chorobami i szkodnikami drzew, jak również związanych z warunkami środowiskowymi, a więc prędkością i kierunkiem wiatru na obszarze wykonywania zabiegów. Niezmiernie ważne jest też uwzględnienie wymogów szczególnej ochrony określonych miejsc, jak wód powierzchniowych, studzienek melioracyjnych, zabudowań i innych. Operator opryskiwacza wykonujący zabiegi nie jest w stanie w standardowym układzie ich wykonywania uwzględnić takiej ilości parametrów i prawidłowo je analizować, aby na bieżąco, w trakcie wykonywanego zabiegu wprowadzać zmiany wynikające z analizy. W stanie techniki nie natrafiono na gotowe, skuteczne i kompleksowe rozwiązanie występujących problemów. Układ sterowania pracą opryskiwacza według wynalazku charakteryzuje się tym, że stanowi zestawienie powiązanych w logiczną całość wyspecjalizowanych zespołów elektronicznych w postaci mikroprocesora sterującego, zasilanego energią elektryczną o napięciu 12V poprzez zasilacz, zespołów komunikujących się na wejściach z mikroprocesorem sterującym w postaci kontrolera RS232 zapewniającego komunikację jednokierunkową z systemem GPS przy pomocy odbiornika GPS, kontrolera RS232 zapewniającego komunikację jednokierunkową z modułem zaopatrzonym w zespół czujników pomiaru prędkości i kierunku wiatru, kontrolera RS232 zapewniającego dwukierunkową komunikację z przemysłowym komputerem PC, modułu sygnalizacji diodami LED o dopływających do mikroprocesora sterującego danych i wychodzących z niego wynikach, jak również stanach sterowanych podzespołów opryskiwacza, modułu pomiaru innych parametrów, jak przepływu cieczy roboczej i prędkości obrotowej silnika, a także modułów komunikujących się z mikroprocesorem sterującym na jego wyjściach w postaci modułu sterowania rozpylaczami o komunikacji jednokierunkowej z mikroprocesorem sterującym, modułu kontroli położenia przepustnicy płytowej wylotowej i przepustnicy wielosegmentowej wlotowej wentylatora promieniowego o dwukierunkowej komunikacji z mikroprocesorem sterującym oraz kontrolera CAN, zapewniającego dwukierunkową komunikację mikroprocesora sterującego z magistralą CAN, przy tym moduł sterowania rozpylaczami oraz moduł kontroli położenia przepustnicy płytowej wylotowej i przepustnicy wielosegmentowej wlotowej wentylatora promieniowego połączone są z modułem wykonawczym zabudowanym na opryskiwaczu, który zawiera elektrozawory uruchamiające dopływ sprężonego powietrza sterującego pneumatycznie zaworami cieczowymi przy rozpylaczach poprzez zmianę rozpylaczy rozpylających ciecz roboczą w postaci grubych lub drobnych kropli i przekaźniki do napędu siłowników elektrycznych napędzających przepustnice płytową wylotową i wielosegmentową wlotową, przy czym odbiornik GPS zaopatrzony jest w mapę cyfrową terenu, na której oznaczone są wszystkie miejsca wymagające szczególnej ochrony, a mikroprocesor sterujący posiada program realizujący wszystkie funkcje związane z przejazdem roboczym opryskiwacza w zakresie niezbędnych parametrów, czyli prędkości przejazdu roboczego, oprysku grubą lub drobną kroplą, włączania lub wyłączania oprysku lewą lub prawą stroną, sterowania ilością sprężonego powietrza każdej strony opryskiwacza w powiązania z aktualnym miejscem opryskiwacza w czasie przejazdu po terenie oprysku, jak również wyłączanie rozpylaczy podczas nawrotów i reagowanie na szybkość wiatru i kierunek odpowiednim wydatkiem sprężonego powietrza oraz włączaniem odpowiedniego rodzaju rozpylaczy. Układ sterowania według wynalazku posiada niewątpliwą zaletę, która wyraża się w uwzględnianiu wszystkich okoliczności ważnych z uwagi na ochronę środowiska, ochronę miejsc szczególnych, oszczędność cieczy opryskowej i dokładność zabiegu, przy czym uwzględnianie tych okoliczno-

3 PL B1 3 ści odbywa się w sposób dynamiczny w trakcie roboczego przejazdu, a więc nieosiągalny dla opryskiwacza bez tego układu sterowania. Przedmiot wynalazku objaśniony jest szczegółowo w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku bocznym część opryskiwacza z ramami i mocowanym do nich osprzętem opryskowym, zobrazowanym schematycznie, i w rozwinięciu układ sterowania połączony z modułem wykonawczym, który z kolei połączony jest z odpowiednimi zespołami opryskiwacza, fig. 2 przedstawia w widoku z przodu, oznaczonym jako A na fig. 1, od strony zabudowania wentylatora, opryskiwacz z ukazaniem w sposób uproszczony przewodów powietrznych z obsadami tych przewodów i rozpylaczy i także w sposób schematyczny części układu sterowania w postaci modułów sterowania rozpylaczami i kontroli położenia przepustnic na wlocie i wylocie wentylatora oraz modułu wykonawczego połączonego z poszczególnymi zespołami roboczymi opryskiwacza, zaś fig. 3 przedstawia w sposób uproszczony realizowaną przez program mikroprocesora sterującego procedurę przejazdu opryskiwacza na opryskiwanym terenie z uwzględnieniem strefy ochronnej, strefy zredukowanego znoszenia i uwzględnienia w innej części terenu prędkości i kierunku wiatru. Układ sterowania pracą opryskiwacza według wynalazku zestawiony jest z mikroprocesora sterującego 18, zasilanego energią elektryczną o napięciu 12V przez zasilacz 19. Na wejściach mikroprocesora sterującego 18 podłączone są: kontroler RS232 oznaczony jako pozycja 20, zapewniający jednokierunkową komunikację z systemem GPS przy pomocy odbiornika GPS 20.1, kontroler RS232 oznaczony jako pozycja 21, zapewniający jednokierunkową komunikację z modułem 21.1 do pomiaru kierunku i prędkości wiatru, zaopatrzonym w odpowiednie do tego czujniki pomiarowe, kontroler RS232 oznaczony jako pozycja 23, zapewniający dwukierunkową komunikację z przemysłowym komputerem PC 23.1, moduł 22 sygnalizacji diodami, który sygnalizuje dane dopływające do mikroprocesora sterującego 18, wychodzące z niego wyniki i stany sterowanych podzespołów opryskiwacza, a więc włączenie lub wyłączenie rozpylaczy grubokroplistych, położenie przepastnic wlotowej i wylotowej, ich skrajne położenie, moduł 24 pomiaru innych parametrów, jak przepływ cieczy roboczej i prędkość obrotowa silnika, zaś na wyjściach mikroprocesora sterującego 18 podłączone są moduły: moduł sterowania 27 rozpylaczami 33.2 i 34.2 o jednokierunkowej komunikacji z mikroprocesorem sterującym 18, a także kontroler CAN, oznaczony pozycją 25, realizujący dwukierunkową komunikację mikroprocesora sterującego 18 z magistralą CAN, przy czym obydwie przepustnice 30 i 31 wmontowane są w wentylator promieniowy 29 zabudowany na konstrukcji nośnej opryskiwacza 11 między ramą pionową niską 34 i ramą pionową wysoką, łamaną 33, przed zbiornikiem 32 opryskiwacza 11. Moduł sterowania 27 rozpylaczami 33.2 i 34.2 oraz moduł kontroli 26 położenia przepustnic płytowej 30 i wielosegmentowej 31 połączone są modułem wykonawczym 28, który jest zabudowany na opryskiwaczu i zawiera elektrozawory służące do uruchamiania dopływu sprężonego powietrza sterującego pneumatycznie zaworami cieczowymi przy rozpylaczach 33.2 i 34.2 i przekaźniki do napędu siłownika elektrycznego 31.1 do napędu przepustnicy wielosegmentowej 31 i siłownika elektrycznego 30.1 do napędu przepustnicy płytowej 30. Moduł wykonawczy 28 na wyjściach połączony jest przewodami z zaworami cieczowymi zamontowanymi w obsadach 33.1 i 34.1 do przewodów powietrznych 35 i rozpylaczy 33.2 i Przewody powietrzne 35 swoimi końcówkami zamocowane są w obsadach 33.1 i 34.1 tak, aby sprężone powietrze porywało ze sobą krople cieczy roboczej, wypływające z rozpylaczy 33.2 i 34.2, zaś drugie końce przewodów 35 zamocowane są na końcach 29.2 i 29.3 kolektora wylotowego 29.1 wentylatora promieniowego 29. Obsady 33.1 i 34.1 zamontowane są w sposób rozłączny na ramach: niskiej pionowej 34 po trzy z lewej i prawej strony opryskiwacza 11 oraz na wysokiej ramie pionowej, łamanej 33 po pięć z lewej i prawej strony opryskiwacza. Ramy 33 i 34 zamocowane są do konstrukcji nośnej opryskiwacza 11. Eksploatacja opryskiwacza 11 z wykorzystaniem układu sterowania jego pracą według wynalazku nie jest zbyt skomplikowana, choć inna niż w przypadku braku układu. Operator opryskiwacza bez uruchomienia układu jedzie ciągnikiem 10 z zaczepionym opryskiwaczem 11 na teren oprysku, który przedstawiony jest schematycznie na fig. 3. Jest to sad o n rzędach drzew, który zahacza swoim czworokątnym terenem o strefę ochronną 7 zakreśloną łukiem o określonym promieniu i strefę zredukowanego znoszenia 8, także zakreśloną łukiem o promieniu większym od promienia strefy ochronnej 7. Łuki stref 7 i 8 zakreślone są z jednego punktu, a te strefy znajdują się na terenie 9 wyróżnionym na mapie cyfrowej terenu wbudowanej w odbiornik 20.1 GPS. Operator włącza układ sterowania przez włączenie zasilania tych jego zespołów, które zasilane są z zewnątrz i rozpoczyna jazdę wzdłuż rzędu pierwszego 1. Mikroprocesor sterujący 18 układu sterowania realizując specjalistyczne oprogramowanie na odcinku rzędu pierwszego 1 do granicy strefy 8 zredukowanego znoszenia włączył tylko rozpylacze

4 4 PL B i 34.2 grubokropliste lewej strony opryskiwacza 11, patrząc w kierunku jazdy ciągnika 10 i bez sprężonego powietrza (strumień grubokroplisty 12, z powietrzem w ilość 0%), a więc bez pracującego wentylatora promieniowego 29. Wjazd na strefę 8 zredukowanego znoszenia nie powoduje zmiany parametrów pracy opryskiwacza 11 i tak trwa to do granicy strefy ochronnej 7, zaś przy wjeździe na nią mikroprocesor sterujący 18 wyłącza całkowicie rozpylacze. Następuje nawrót i przejazd przez fragment strefy ochronnej 7, między rzędami 1 i 2 z wyłączonymi rozpylaczami i dopiero wjazd w strefę 8 zredukowanego znoszenia powoduje uruchomienie przez mikroprocesor sterujący 18 rozpylaczy lewej i prawej opryskiwacza 11, z tym że nie równocześnie z uwagi na kształt granicy stref 7 i 8, a więc najpierw prawa strona i z opóźnieniem lewa strona, przy czym rozpylacze lewej strony pracują na grubej kropli i bez powietrza (strumień grubokroplisty 12, z powietrzem w ilość 0%), a rozpylacze prawej strony pracują także na grubej kropli, ale z powietrzem w ilości 100% (strumień grubokroplisty 17,1 z powietrzem w ilości 100%), zaś wjazd na teren poza strefą 8 powoduje włączenie przez mikroprocesor sterujący 18 rozpylaczy drobnokroplistych prawej strony opryskiwacza 11 z powietrzem w ilości 100% (strumień drobnokroplisty 13), pozostawiając rozpylacze lewej strony bez zmian i tak do końca rzędów 1 i 2. Następuje nawrót z wyłączeniem rozpylaczy z obydwóch stron opryskiwacza 11 i wjazd między rzędy 2 i 3 z włączeniem rozpylaczy drobnokroplistych z obydwóch stron, z tym że ilość powietrza z prawej strony wynosi 50% (strumień drobnokroplisty 14), a ilość powietrza z lewej strony wynosi 100% (strumień drobnokroplisty 13) i tak do granicy strefy 8, przy wjeździe na którą następuje zmiana na rozpylacze grubokropliste bez zmiany ilości powietrza z lewej i prawej strony opryskiwacza 11 (strumień grubokroplisty 17 z prawej strony i strumień grubokroplisty 17.1 z lewej strony) i tak do końca strefy 8, po czym następuje nawrót z wyłączonymi rozpylaczami i wjazd między rzędy 3 i 4 najpierw na fragment strefy 8 z rozpylaczami grubokroplistymi i ilością powietrza po 100% (strumienie grubokropliste 17.1), zaś przy wjeździe na teren poza strefą 8 następuje zmiana na rozpylacze drobnokropliste z ilością powietrza po 100% z obydwóch stron opryskiwacza (strumienie drobnokropliste 13) z tym, że przejście na rozpylacze drobnokropliste odbywa się nierównocześnie z uwagi na kształt granicy strefy 8 i tak do końca rzędów 3 i 4, które leżą jeszcze w strefie oznaczonej 9 na mapie cyfrowej terenu, która przy dotychczasowych przejazdach była wykorzystywana przez układ sterujący. Wjazdy między następne rzędy, to jest rzędy 5 i 6 przy braku wiatru odbywają się z rozpylaczami drobnokroplistymi, które są włączone na początku pary rzędów przez mikroprocesor sterujący z ilością powietrza po 100%. Pojawienie się wiatru o prędkości powyżej 2 m/s, oznaczone na fig. 3, powoduje po wjeździe między rzędy 5 i 6, że mikroprocesor sterujący 18 włącza rozpylacze grubokropliste i zwiększa wydatek powietrza od strony nawietrznej o 20% (strumień grubokroplisty 15 z ilością powietrza o 20% większą od normy), zaś od strony zawietrznej zmniejsza wydatek powietrza o 20% (strumień grubokroplisty 16 z ilością powietrza mniejszą o 20% od normy). Za normę uważa się 100% powietrza. Gruba kropla cieczy roboczej jest mniej znoszona, a brak powietrza w strumieniu zmniejsza przenikanie rozpylonej cieczy przez rząd drzew (korony drzew), co prowadzi do osadzenia się cieczy roboczej tylko w obrębie koron, a tego wymagają obydwie strefy 7 i 8. Zastrzeżenie patentowe Układ sterowania pracą opryskiwacza, znamienny tym, że stanowi zestawienie powiązanych w logiczną całość wyspecjalizowanych zespołów elektronicznych w postaci mikroprocesora sterującego (18), zasilanego w energię elektryczną o napięciu 12V przez zasilacz (19) zespołów komunikujących się na wejściach z mikroprocesorem sterującym (18) w postaci kontrolera RS232 (20) zapewniającego komunikację jednokierunkową z systemem GPS przy pomocy odbiornika GPS (20.1), kontrolera RS232 (21) zapewniającego komunikację jednokierunkową z modułem (21.1), zaopatrzonym w zespół czujników pomiaru prędkości i kierunku wiatru, kontrolera RS232 (23) zapewniającego dwukierunkową komunikację z przemysłowym komputerem PC (23.1), modułu sygnalizacji (22) diodami LED o dopływających do mikroprocesora sterującego (18) danych i wychodzących z niego wynikach, jak również stanach sterowanych podzespołów opryskiwacza (11), modułu pomiaru (24) innych parametrów, jak przepływu cieczy roboczej i prędkości obrotowej silnika, a także modułów komunikujących się z mikroprocesorem sterującym (18) na jego wyjściach w postaci modułu sterowania (27) rozpylaczami o komunikacji jednokierunkowej z mikroprocesorem sterującym (18), modułu kontroli położenia (26) przepustnicy płytowej wylotowej (30) i przepustnicy wielosegmentowej wlotowej (31) wentylatora promieniowego (29) o dwukierunkowej komunikacji z mikroprocesorem sterującym (18) oraz kontrole-

5 PL B1 5 ra CAN (25), zapewniającego dwukierunkową komunikację mikroprocesora sterującego (18) z magistralą CAN, przy czym moduł sterowania (27) rozpylaczami oraz moduł kontroli położenia (26) przepustnicy płytowej wylotowej (30) i przepustnicy wielosegmentowej wlotowej (31) wentylatora promieniowego (29) połączone są z modułem wykonawczym (28), zabudowanym na opryskiwaczu (11), który zawiera elektrozawory uruchamiające dopływ sprężonego powietrza sterującego pneumatycznie zaworami cieczowymi przy rozpylaczach (33.2) i (34.2) poprzez zmianę rozpylaczy rozpylających ciecz roboczą w postaci grubych lub drobnych kropli i przekaźniki do napędu siłowników elektrycznych (30.1) i (31.1) napędzających przepustnice: płytową wylotową (30) i wielosegmentową wlotową (31), przy czym odbiornik GPS (20.1) zaopatrzony jest w mapę cyfrową terenu, na której oznaczone są wszystkie miejsca wymagające szczególnej ochrony, a mikroprocesor sterujący (18) posiada program realizujący wszystkie funkcje związane z przejazdem roboczym opryskiwacza (11) w zakresie niezbędnych parametrów, czyli prędkości przejazdu roboczego, oprysku grubą lub drobną kroplą, włączania lub wyłączania oprysku lewą lub prawą stroną opryskiwacza (11), sterowania ilością sprężonego powietrza każdej strony opryskiwacza (11) w powiązaniu z aktualnym miejscem opryskiwacza (11) w czasie przejazdu po terenie oprysku, jak również wyłączanie rozpylaczy podczas nawrotów i reagowanie na kierunek i szybkość wiatru odpowiednim wydatkiem sprężonego powietrza oraz włączeniem odpowiedniego rodzaju rozpylaczy.

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)