Elektroniczne sterowanie
Z przeglądu wielu rozwiązań europejskich i krajowych wynika, że systemy elektroniczne znajdują zastosowanie w następujących obszarach obsługi i pracy rozsiewaczy nawozowych:
Sterowanie dawką wysiewu (zdalne — z kabiny ciągnika — lub automatyczne) z możliwością jej modyfikacji (+/–) w stosunku do dawki podstawowej, w tym z niezależną regulacją dozowania dla obu zespołów wysiewających. W tej grupie zastosowań są także systemy współpracujące z czujnikami prędkości jazdy, na przykład czujnik impulsów koła napędowego ciągnika, radar, względnie monitoring GPS, które umożliwiają automatyczną regulację wydatku dozownika, w zależności od zmiennej prędkości jazdy, co z kolei zapewnia utrzymanie stałej dawki nawozu na hektar. Jednymi z ważniejszych osiągnięć w tym zakresie są systemy ważące z automatycznym pomiarem masy nawozu w zbiorniku, stosowane na przykład w rozsiewaczach Amazone (fot. 1), Bogballe, Bredal, Kverneland/Vicon,
Rauch/Kuhn, Sulky, Tulip/Lely oraz system EMC bieżącego monitorowania wydatku rozsiewacza (w kg/min).
Fot. 1. Systemy ważące z automatycznym pomiarem masy nawozu w zbiorniku stosowane są na przykład w rozsiewaczach Amazone
Programowanie zespołów roboczych rozsiewacza dla różnych rodzajów nawozów, dawek, szerokości roboczych itp. Wybór odpowiedniej opcji na pulpicie sterownika powoduje automatyczne przestawienie rozsiewacza z trybu nawożenia normalnego na graniczne o zmienionych parametrach wysiewu.
Monitorowanie i wizualizacja — na ekranie sterownika widoczne są wielkości charakteryzujących pracę poszczególnych zespołów roboczych maszyny: obroty tarcz, obroty podajnika rotacyjnego, położenie siłowników sterujących zasuwami aparatu dozującego, wskaźnik załączenia urządzenia do wysiewu granicznego. Widzimy także bieżące parametry wykonywanej pracy: szerokość i prędkość roboczą, czas i powierzchnię wykonanej pracy, przebytą drogę, zaprogramowaną i aktualną dawkę wysiewu, względnie odchylenie od zaprogramowanej dawki, ilości wysianego nawozu, ilość nawozu w zbiorniku, odcinek drogi lub powierzchnia, na jaką wystarczy pozostały w zbiorniku nawóz.
Rejestracja danych o wykonanym zabiegu nawożenia (powierzchnia, droga i czas pracy, ilość wysianego nawozu, dawka, numer pola, informacja tekstowa).
Informacja o błędach. Rozbudowana w niektórych sterownikach opcja błędu informuje użytkownika o nieprawidłowym działaniu poszczególnych zespołów roboczych, względnie nieodpowiednich w stosunku do zaprogramowanych, parametrach pracy rozsiewacza, na przykład nieodpowiedniej prędkości jazdy w stosunku do założonej dawki wysiewu i przepustowości aparatu dozującego czy zbyt małej prędkości obrotowej tarcz rozsiewających, w stosunku do założonej szerokości rozsiewu nawozu albo niewielkiej ilości nawozu w zbiorniku.
Zdalne załączanie z pulpitu sterownika urządzeń wysiewu granicznego, na przykład deflektora kierunku wyrzutu nawozu, ogranicznika wysiewu jednostronnego, systemu wysiewu granicznego ze zmianą kierunku obrotów tarcz. Możliwe jest automatyczne przestawienie zespołów roboczych, odpowiednio do wymagań tego rodzaju nawożenia, na przykład zmiana punktu podawania nawozu na tarczę.
Kontrola dawki wysiewu i kalibracja rozsiewaczy
Zaletą systemów ważących jest możliwość przeprowadzenia automatycznej kalibracji układu dozującego, bez konieczności wysiadania z ciągnika i wykonywania tradycyjnej, ale pracochłonnej próby kręconej rozsiewacza. Systemy ważące umożliwiają przeprowadzanie kalibracji statycznej i/lub dynamicznej. Kalibracja statyczna polega na automatycznym pomiarze masy nawozu w zbiorniku przy zatrzymanym ciągniku. Pierwszy pomiar wykonywany jest na początku pracy, drugi — najczęściej po wysianiu około 100–200 kg. Bardziej zaawansowane systemy ważą nawóz w zbiorniku również podczas jazdy (kalibracja dynamiczna), a więc bez konieczności zatrzymywania ciągnika i, w zasadzie, bez udziału operatora. System elektroniczny mierzy zmiany obciążenia układu ważącego nawet kilkakrotnie w ciągu sekundy i, w razie potrzeby, dokonuje regulacji dozownika, w zależności od zmian charakterystyki przepływu nawozu. Precyzyjne ustawienie przesłon dozownika jest możliwe dzięki zastosowaniu siłowników elektrycznych. W rozsiewaczach z hydraulicznym napędem podajnika ślimakowego, obroty tego ostatniego regulowane są zmianą ciśnienia oleju w układzie hydraulicznym. W celu rozpoczęcia pracy z takim systemem ważącym, wystarczy zaprogramować szerokość roboczą i żądaną ilość wysiewu na hektar.
Obecnie stosowane są dwa sposoby elektronicznej kontroli ilości wysiewanego nawozu: system bezpośredniego pomiaru masy rozsiewacza z nawozem, względnie masy zbiornika z nawozem oraz system pośredni tak zwanej kontroli przepływu masy (Electronic Mass Control — EMC).
W typowych rozwiązaniach systemów ważących, pomiędzy rozsiewaczem a układem zawieszenia ciągnika montowana jest specjalna rama ważąca z 1, 2 lub 3 przetwornikami obciążenia. Zaletą systemów ważących jest bieżąca dostępność informacji o rzeczywistej ilości nawozu w zbiorniku, jak również o zmianach tej ilości w trakcie trwania zabiegu (fot. 2). Możliwość dokładnego określenia masy nawozu w zbiorniku daje rolnikowi szereg dodatkowych korzyści. Na małych polach zbiornik rozsiewacza może być napełniony dokładnie określoną ilością nawozu. Ponadto można dokładnie określić i rejestrować ilość nawozu wysianego na poszczególnych polach lub ich fragmentach. Jest to ważne nie tylko w użytkowaniu indywidualnym (dokumentacja procesu produkcji), ale również w użytkowaniu usługowym — przy rozliczaniu czasu pracy i ilości zużytego nawozu.
Fot. 2. Zaletą systemów ważących jest bieżąca dostępność informacji o rzeczywistej ilości nawozu w zbiorniku, a także o zmianach tej ilości w trakcie trwania zabiegu
Wadą większości systemów ważących jest konieczność stosowania dodatkowej ramy (zwiększenie ciężaru maszyny, przesunięcie środka ciężkości). Ponadto dla bardzo dokładnych pomiarów ciągnik musi się zatrzymać, gdyż dynamiczny pomiar w czasie jazdy, zwłaszcza na polach o nierównej powierzchni, może być obarczony zbyt dużym błędem. Wadą jest również konieczność sterowania wydatku z obu otworów dozujących równocześnie, co przy niedokładnym działaniu jednego z aparatów dozujących, na przykład w wyniku zapchania, pogarsza jakość wysiewu całego rozsiewacza, a wtedy komputer automatycznie zwiększa wydatek drugiego dozownika. Nieco odmienne rozwiązanie systemu ważącego zastosowano w rozsiewaczu RS-EDW (Vicon), w którym dokładny pomiar zapewniają cztery czujniki oddzielające zbiornik od ramy maszyny. Piąty referencyjny czujnik jest obciążony stałą masą, a jego wskazania służą do korekcji sygnałów z pozostałych czujników. Specjalny program filtrujący redukuje odchylenia pomiarowe, wywołane wstrząsami podczas jazdy, co umożliwia dynamiczny pomiar masy z dokładnością do 1%, nawet w warunkach polowych i pracy na zboczach.
System EMC
System kontroli przepływu masy nawozu (EMC) jest stosowany w rozsiewaczu firmy Rauch (Kuhn) z hydraulicznym napędem tarcz (Axera H EMC — fot. 3). Określa on ilość nawozu podawanego na każdą z tarcz poprzez pomiar różnicy ciśnień na wejściu i na wyjściu z silnika hydraulicznego. Przy określonych obrotach tarczy różnica ciśnień jest proporcjonalna do ilości rozsiewanego przez tarcze nawozu. Głównymi elementami systemu są trzy czujniki, które mierzą ciśnienie w obu silnikach hydraulicznych i ciśnienie zwrotne, czujniki indukcyjne monitorujące prędkość obrotową tarcz, komputer pokładowy i sterownik Quantron P. Przed rozpoczęciem pracy użytkownik programuje szerokość roboczą, dawkę wysiewu oraz prędkość obrotową tarcz, a następnie wybiera rodzaj nawozu z pamięci komputera pokładowego. Na podstawie powyższych danych komputer ustala niezbędną przepustowość (kg/min) zespołów dozujących, analizując na bieżąco prędkość obrotową każdej z tarcz i zmiany ciśnienia oleju hydraulicznego. Podstawowymi zaletami systemu EMC jest duża dokładność nawożenia (pomiar wydatku nawozu wykonywany jest co 3 sekundy) oraz indywidualna kontrola każdej tarczy, dzięki czemu możliwe jest rozpoznanie zakłóceń w funkcjonowaniu poszczególnych aparatów dozujących. Główną wadą systemu EMC jest to, że system nie monitoruje ilości nawozu w zbiorniku, a jedynie ilość nawozu wysianego.
Fot. 3. System kontroli przepływu masy nawozu (EMC) w rozsiewaczu firmy Rauch
z hydraulicznym napędem tarcz określa ilość nawozu podawanego na każdą z tarcz poprzez pomiar różnicy ciśnień na wejściu i wyjściu z silnika hydraulicznego
Systemy bieżącego określania zapotrzebowania roślin na azot
Współczesne technologie nawożenia mineralnego umożliwiają precyzyjne dostarczenie roślinom takiej ilości nawozu, jaka jest im niezbędna na danym etapie wegetacji. Do tego celu wykorzystuje się rozsiewacze wyposażone w optyczne lub mechaniczne czujniki do bieżącego (w trakcie nawożenia) określania zapotrzebowania roślin na składniki pokarmowe, a zwłaszcza na azot. Wdrożone do praktyki rolniczej systemy, jak: Hydro-N-Sensor, Mini-Veg-N, Green-Seeker oraz Crop-Meter, zapewniają nawożenie pogłówne z odpowiednią — zależną od aktualnych i miejscowych wymagań roślin — dawką nawozu.
Hydro-N-Sensor mierzy ilość światła słonecznego odbitego przez rośliny (w wybranych zakresach widma), która jest zależna od gęstości łanu i zawartego w nim chlorofilu (fot. 4). Na tej podstawie komputer określa optymalną w danym miejscu i czasie dawkę nawozu azotowego. Ta informacja przekazywana jest do sterownika rozsiewacza, który automatycznie dostosowuje wydatek nawozu z zespołu dozującego. Średnią dla danego pola dawkę nawozu ustala operator rozsiewacza. Urządzenie składa się z 4 czujników optycznych umieszczonych na dachu ciągnika oraz czujnika korekcyjnego. System Hydro-N-Sensor jest głównie wykorzystywany do nawożenia zbóż i rzepaku. Trwają prace nad jego wdrożeniem do nawożenia kukurydzy, ziemniaków i buraków cukrowych.
Fot. 4. Hydro-N-Sensor mierzy ilość światła słonecznego odbitego przez rośliny, która jest zależna od gęstości łanu i zawartego w nim chlorofilu i na tej podstawie komputer określa optymalną w danym miejscu i czasie dawkę nawozu azotowego
Mini-Veg-N składa się z 4 generatorów laserowych i czujników optycznych rozmieszczonych z przodu ciągnika na poziomej belce (fot. 5). Wiązka promieni lasera, która pada na rośliny, wywołuje fluorescencję zawartego w nich chlorofilu. Intensywność fluorescencji mierzą czujniki optyczne. Sygnały z nich przetwarzane są w komputerze pokładowym na odpowiednią dla danego miejsca dawkę nawozu. Ponieważ sygnał pomiarowy jest w pełni zależny tylko od zawartości chlorofilu w liściach, a nie od światła słonecznego, system Mini Veg-N może być stosowany o dowolnej porze dnia, niezależnie od zachmurzenia, a nawet w nocy.
Fot. 5. Mini-Veg-N składa się z 4 generatorów laserowych i czujników optycznych rozmieszczonych z przodu ciągnika na poziomej belce
Green-Seeker wykorzystuje własne aktywne źródło światła i równocześnie mierzy odbite od roślin promieniowanie podczerwone. Na tej podstawie oceniany jest potencjał rozwojowy roślin i ich zapotrzebowanie na azot. Z ekonomicznego punktu widzenia jedną z podstawowych zalet tego systemu jest to, że może on pracować niezależnie od map zmienności zasobności pola. Wadą jest fakt, że światło podczerwone pozwala jedynie na pomiar bezpośrednio nad roślinami, co wymusza konieczność montowania na belce wielu czujników. Obszar roboczy pojedynczego czujnika wynosi 0,36 m2.
Crop-Meter to czujnik mechaniczny, zamontowany z przodu ciągnika, którego poziome wychylne ramię jest prowadzone w łanie zboża (fot. 6). Sprzężony z układem elektronicznym potencjometr mierzy kąt wychylenia ramienia, który jest zależny od gęstości łanu, a moduł obliczeniowy (komputer) przetwarza te wskazania na optymalną dla danych warunków dawkę nawozu azotowego lub fungicydu. W miejscach o mniejszej gęstości roślin, np. na suchszych fragmentach pola, dawka nawozu jest redukowana. Dzięki temu oszczędza się nawóz na tych częściach pola, gdzie nie może on być dostatecznie wykorzystany. Przy wyższej od przeciętnej gęstości roślin dawka może zostać zwiększona. Aktualną dawkę wysiewu nawozu wyświetla monitor. Crop-Meter może współpracować z systemem D-GPS w celu rejestracji ilości nawozu wysianego na poszczególnych częściach pola.
Fot. 6. Crop-Meter to zamontowany z przodu ciągnika czujnik mechaniczny, którego poziome wychylne ramię jest prowadzone w łanie zboża
