Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЗЕРНА ПРИ ХРАНЕНИИ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к сохранению в металлическом силосе зерна от поражения вредителями хлебных запасов и плесенями хранения.

Известна система сохранения зерна в металлическом силосе [Временная инструкция по хранению зерна в металлических зернохранилищах №9-4-79. Утв. 01.07.2012 г.], оборудованном вентилятором и распределителем воздуха, предусматривающая периодическое визуальное наблюдение за состоянием зерновой массы через лазовые люки в кровле хранилища, дистанционный контроль температуры с периодичностью 2 раза в неделю с помощью термоподвесок, слежение за относительной влажностью воздуха надзернового пространства с помощью психрометра Ассмана и вентилирование зерна.

Однако данная система не обеспечивает достаточной информативности о состоянии зерна по температуре, относительной влажности межзернового воздуха и зараженности вредными насекомыми, особенно в самых критичных участках зерновой насыпи - пристенного и верхнего слоев, не предусматривает дистанционный контроль состояния зерна по зараженности вредными насекомыми, а также дезинсекцию и консервирование зерна против заражения его вредителями хлебных запасов.

Известно устройство для контроля состояния хранящегося сыпучего материала, защищенное патентом РФ №2038784, кл. A01M 5/00, опубл. 09.07.1995. Устройство содержит перфорированный корпус с крышкой в верхней части и с воронкообразным улавливателем в нижней части и снабжено чувствительными элементами температуры и относительной влажности воздуха, вмонтированными в корпус, и элементом непрерывного счета насекомых, размещенным в зоне направляющего канала воронкообразного улавливателя, сообщенного с каналом выхода насекомых, выполненным из материала с репеллентными свойствами. Перфорации в корпусе выполнены наклонно вверх и с разными диаметрами, кроме того, перфорированная часть корпуса выполнена из аттрактантного материала.

Однако данная система предусматривает мониторинг каждого указанного параметра в отдельности с использованием автономных устройств с раздельным ручным введением их в зерновую массу, причем при выгрузке из силоса или загрузке в силос части или всего зерна эти устройства необходимо извлекать из зерна и затем снова устанавливать в зерно вручную. Эта система также не дает информации о направленности изменения параметров состояния зерновой массы и скорости их изменения.

В литературе не найдено источников, описывающих комплексную систему дистанционного мониторинга и диагностики состояния зерна при хранении, поэтому прототип не выявлен.

Задача, решаемая предлагаемым решением, - создание комплексной системы дистанционного мониторинга и диагностики состояния зерна при хранении, позволяющей осуществлять автоматизированный оперативный комплексный контроль текущих значений параметров состояния зерна.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности сохранения зерна за счет автоматизации и оперативности контроля текущих значений параметров состояния зерна.

Указанный результат достигается тем, что комплексная система дистанционного мониторинга и диагностики состояния зерна при хранении содержит систему дистанционного контроля состояния зерна при хранении, систему рециркуляционной фумигации зерна в неподвижном слое и систему консервации зерна от поражения вредителями, при этом система дистанционного контроля состояния зерна при хранении содержит измерители параметров зерновой массы, снабженные механизмами подъема и соединительными коробками с размещенными в них измерительными цифровыми блоками, соединенными между собой параллельно и подключенными к блоку питания и компьютеру, причем каждый измеритель параметров зерновой массы представляет собой зонд, корпус которого состоит из двух продольных каналов с верхней и нижней перфорированными секциями, при этом в одном канале в верхней перфорированной секции установлены датчик температуры и датчик относительной влажности воздуха, в нижней перфорированной секции упомянутого канала установлены датчик температуры, датчик относительной влажности воздуха и акустический датчик-анализатор двигательной активности насекомых, а в нижней перфорированной секции другого канала установлен датчик подсчета насекомых, при этом система рециркуляционной фумигации зерна в неподвижном слое включает генератор фосфина с регулирующей задвижкой, вентилятор для подачи газовоздушной среды в силос, трубопровод, генератор фосфина снабжен осушителем рециркулируемой газовоздушной среды, после регулирующей задвижки на выпускном патрубке генератора фосфина установлен атмосферный патрубок с герметично завинчивающейся крышкой, снабженной штуцером, а внутри корпуса генератора фосфина имеются поддоны, на которых расположены ячейки для размещения источника фосфина, при этом система консервации зерна от поражения включает форсунку для превращения жидких инсектицидов в аэрозоль, соединенную с баком с жидким инсектицидом, причем форсунка установлена в камере распыливания жидких инсектицидов, встроенной в магистраль зерна, и соединена с источником сжатого воздуха, бак с жидким инсектицидом установлен на направляющих с возможностью регулирования его по высоте относительно форсунки в зависимости от производительности подачи зерна.

На фиг.1 изображена функциональная схема комплексной системы дистанционного мониторинга и диагностики состояния зерна при хранении; на фиг.2 - функциональная схема системы дистанционного контроля состояния зерна при хранении, на фиг.3 - измерители параметров зерновой массы; на фиг.4 - функциональная схема системы рециркуляционной фумигации зерна в неподвижном слое; на фиг.5 - генератор фосфина; на фиг.6 - поддон с ячейками; на фиг.7 - функциональная схема системы консервации зерна от поражения вредителями; на фиг.8 - форсунка.

Комплексная система дистанционного мониторинга и диагностики состояния зерна при хранении (фиг.1) содержит систему 1 дистанционного контроля состояния зерна при хранении, систему 2 рециркуляционной фумигации зерна в неподвижном слое, систему 3 консервации зерна от поражения вредителями.

Система 1 дистанционного контроля состояния зерна при хранении (фиг.2) содержит по меньшей мере четыре измерителя 4 параметров зерновой массы, снабженных механизмами подъема 5. В верхней части каждый измеритель 4 параметров зерновой массы подключен к соединительной коробке 6, в которой размещается измерительный цифровой блок (на фиг. не показан). Все устанавливаемые в зерновую насыпь измерители 4 параметров зерновой массы соединены между собой параллельно шиной 7 и подключены к блоку 8 питания и компьютеру 9.

Измеритель 4 параметров зерновой массы (фиг.3) представляет собой зонд длиной около 1 м. Корпус зонда состоит из двух продольных каналов: канала 10 и канала 11.

В каждом из каналов 10, 11 имеются верхняя перфорированная секция 12 и нижняя перфорированная секция 13. В верхней перфорированной секции 12 канала 10 установлены датчик 14 температуры и датчик 15 относительной влажности воздуха. В нижней перфорированной секции 13 канала 11 установлены датчик 16 температуры, датчик 17 относительной влажности воздуха и акустический датчик-анализатор 18 двигательной активности насекомых.

В нижней перфорированной секции 13 канала 11 установлен датчик 19 подсчета насекомых.

Система 2 рециркуляционной фумигации зерна в неподвижном слое (фиг.4) содержит генератор 20 фосфина, представляющий собой герметичный металлический корпус прямоугольной формы с входным 21 и выходным патрубками 22, расположенными не соосно. Выходной патрубок 22 оборудован регулирующей задвижкой 23. После регулирующей задвижки 23 на выпускном патрубке 22 генератора 20 фосфина установлен атмосферный патрубок 24 с герметично завинчивающейся крышкой 25, снабженной штуцером 26.

Выходной патрубок 22 соединен с всасывающим патрубком 27 вентилятора 28. Нагнетательный патрубок 29 вентилятора 28 соединен с вентиляционным каналом 30 силоса 31, в котором расположена вентиляционная решетка 32. В верхней части силоса 31 имеется вентиляционный люк 33, соединенный с трубопроводом 34, подсоединенным к осушителю 35 рециркулируемого газа, расположенному во входном патрубке 21 генератора 20 фосфина. На трубопроводе 34 установлены разгрузитель 36 и шлюзовый затвор 37. Внутри корпуса генератора 20 (фиг.5), закрываемого дверцей 38, имеются поддоны 39 (фиг.6). На поддонах 39 расположены ячейки 40 диаметром, например, 12 мм для размещения таблеток, а после их разложения - остатка разложения.

При использовании для генерирования фосфина пластин их также укладывают на поддоны 39.

На схеме показана одна рециркуляционная сеть, обслуживающая одну половину силоса от одного вентилятора. Силос оборудован двумя вентиляторами. Ко второму вентилятору монтируется аналогичная сеть

Система 3 консервации зерна от поражения вредителями (фиг.7) содержит камеру 41 распыливания жидких инсектицидов, в которой установлена форсунка 42, соединенная с помощью гибкого шланга 43, снабженным устройством 44 для перекрытия потока инсектицида, с баком 45 с инсектицидом. Бак 45 с инсектицидом расположен на кронштейне 46. Высоту бака 44 относительно форсунки 42 устанавливают по направляющим 47 в зависимости от производительности подачи зерна. Форсунка 42 (фиг.8) соединена гибким воздуховодом 48 с источником сжатого воздуха, например с компрессором 49. Камеру 41 распыливания жидких инсектицидов встраивают в магистраль 50 зерна.

Форсунка 42 имеет сменную иглу 51. Игла плотно вставляется на посадочное место штуцера 52 и вылет ее регулируется штуцером 52 таким образом, чтобы конец иглы 51 точно совпадал с обрезом выходного отверстия форсунки 42, и фиксируется гайкой 53.

Комплексная система дистанционного мониторинга и диагностики состояния зерна работает следующим образом.

В зависимости от сроков хранения зерна изменяется последовательность использования систем 1, 2, 3.

Система дистанционного контроля состояния зерна при хранении работает следующим образом.

В первую очередь используется система 1 дистанционного контроля состояния зерна при хранении. Для этого измерители 4 параметров устанавливают с помощью механизмов подъема 5 в зерновую насыпь таким образом, чтобы соединительная коробка 6 находилась над поверхностью зерна. Остальная часть зонда находится в зерновой массе. С помощью датчиков 14, 16 температуры, датчиков 15, 17 относительной влажности воздуха измеряют текущие показатели температуры и относительной влажности воздуха, а с помощью акустического датчика-анализатора 18 - показатели двигательной активности насекомых, и передают их через измерительные цифровые блоки в соединительных коробках 6 на компьютер 9, на котором осуществляется отображение мгновенных значений измеряемых параметров.

Насекомые, проникающие через отверстия перфорированных секций 12, 13 канала 11, свободно падают по каналу вниз к датчику 19 подсчета насекомых, данные с которого поступают на компьютер 9. Измеряемые данные отображаются на компьютере 9 в виде численных значений и графиков.

При получении данных о превышении температуры зерна силос 31 продувают холодным воздухом. Если превышены данные по насекомым, включают систему 2 рециркуляционной фумигации зерна в неподвижном слое.

Для этого перед началом фумигации в обязательном порядке проводят герметизацию силоса 31. Герметизируют места возможных утечек газа фосфина в процессе рециркуляции. Рассчитывают объем силоса 31. Обеспечивают необходимое количество таблеток препарата из расчета 5-6 г/м³.

Фосфиновоздушная смесь, получаемая в генераторе 20 фосфина из таблеток на основе фосфидов металлов, поступает во всасывающий патрубок 27 вентилятора 28 и из нагнетельного патрубка 29 вентилятора 28 входит в вентиляционный канал 30 силоса 31.

Далее фосфиновоздушная смесь продавливается сквозь вентиляционную решетку 32 и зерновую массу в силосе 31.

Из надзернового пространства силоса 31 фосфиновоздушная смесь засасывается через решетку вентиляционного люка 33 в трубопровод 34 и по нему входит в генератор 20 фосфина через осушитель 35.

Регулирующая задвижка 23 на выходном патрубке 22 генератора 20 фосфина позволяет отрегулировать расход газовоздушной смеси в системе или перекрыть доступ фосфиновоздушной смеси в вентилятор 28.

При дегазации зерна закрывают регулирующую задвижку 23 и открывают дверцу 38 генератора 20 и крышку 25 атмосферного патрубка 24. При этом через открытую дверцу 38 генератора 20 происходит выброс фосфина в атмосферу, а чистый атмосферный воздух поступает в зерновую массу через открытый атмосферный патрубок 24.

Через штуцер 26 и осушитель 35 проводят отбор газовоздушных проб для анализа концентрации фосфина на входе и на выходе из генератора 20 фосфина.

Осушитель 35 предназначен для сбора конденсационной влаги и удаления ее из системы. Разгрузитель 36 и шлюзовый затвор 37 предназначены для сбора и выведения из системы зерновой пыли.

Таблетки фосфина добавляют в генератор 20 вручную на основании данных, полученных по показаниям прибора о концентрации газовоздушной смеси в системе рециркуляции.

Для выполнения дегазации и удаления фосфина проводят следующие операции: открывают дверцу 38 генератора 20, задраивают регулирующую задвижку 23, открывают атмосферный патрубок 24.

Вынимают из генератора 20 поддоны 39 с остатками разложения таблеток и производят их дезактивацию и утилизацию в соответствии с требованиями Инструкции по борьбе с вредителями хлебных запасов.

Через 2-3 часа вентилирования проверяют концентрацию фосфина в выбрасываемом из силоса 31 воздухе. Когда концентрация фосфина уменьшится до ПДК в атмосферном воздухе (0,01 мг/м³), можно прекращать активную дегазацию.

Отбирают пробы зерна и проверяют эффективность дезинсекции. При недостаточной дезинсекции продолжают процесс фумигации.

Если зерно закладывают на длительное хранение на длительное время, то сначала включают систему консервации зерна от поражения вредителями.

Вначале определяют производительность подачи инсектицида, соответствующую производительности подачи зерна, которую регулируют двумя параметрами: внутренним диаметром сменной иглы 51 форсунки 42 и высотой столба инсектицида в баке 45 относительно выпускного отверстия форсунки 42.

Размещают бак 45 на направляющих 47 на высоте, соответствующей значению высоты столба инсектицида. Заполняют бак 45 инсектицидом при закрытом устройстве 44 для перекрытия потока инсектицида.

Затем открывают устройство 44 и дожидаются пока инсектицид заполнит гибкий шланг 43, после чего устройство 44 закрывают. Устанавливают форсунку 42 в посадочное гнездо камеры 41 распыливания.

Включают компрессор 49 и при давлении воздуха 0,07-0,09 МПа (0,7-0,9 атм) включают подачу зерна. Когда зерно начнет проходить по магистрали 50 самотеком, открывают устройство 44. Сжатый воздух от компрессора 49 разбивает жидкий инсектицид в туман. Туман подается в магистраль 50 и захватывается потоком зерна, направляемого на хранение в силос 31. Обработанное таким образом незараженное зерно может храниться в течение нескольких месяцев без опасности заражения его насекомыми, т.к., попадая в обработанное зерно, насекомые погибают (консервируется против насекомых).

Если зерно уже заражено насекомыми, то инсектицид сразу убивает насекомых, находящихся в межзерновом пространстве (явная форма зараженности), и по мере отрождения насекомых из зерен (скрытая форма зараженности) убивает и этих насекомых. Таким образом, обеззараживается все зерно, и оно предохраняется от повторного заражения.

Комплексную систему дистанционного мониторинга и диагностики состояния зерна изготавливают следующим образом.

Соединительную коробку, измерители изготавливают из алюминия. В качестве датчиков температуры могут быть применены преобразователи температуры типа DS18S20 производства фирмы Dallas Semiconductor, США. В качестве датчиков относительной влажности воздуха могут быть применены гигрометры типа HIH-4000-004 производства фирмы HONEYWELL, США. Датчик подсчета насекомых может быть выполнен в виде инфракрасного открытого оптического канала щелевого типа, в котором используются ИК-светодиод KM-4457F3C (производитель - фирма Kingbright) и ИК-фототранзистор L-610MP4BT/BD (производитель фирма Kingbright).

Акустические измерения осуществляются с использованием активного микрофона ШОРОХ-8.

В электронной плате измерительного блока применены микроконтроллеры ATMega-8, интерфейсная микросхема ADM-485, стабилизаторы, вспомогательные элементы.

Генератор фосфина, регулирующую задвижку, поддоны, атмосферный патрубок с герметично завинчивающейся крышкой, трубопровод, осушитель рециркулируемого газа изготавливают из оцинкованной листовой стали.

Вентилятор используют, например, радиального исполнения марки BP-6-28-4.

Форсунка может быть изготовлена из медного материала или нержавеющей стали для снижения коррозионных последствий при эксплуатации. Бак для жидкого инсектицида, направляющие изготавливают из нержавеющей стали. Источником сжатого воздуха может быть, например, компрессор или магистраль сжатого воздуха с давлением на выходе равным не менее одной атмосферы, устройство для перекрытия потока инсектицида может быть зажимом или перекрывающим вентилем.

Таким образом, комплексная система дистанционного мониторинга и диагностики состояния зерна при хранении позволяет осуществлять автоматизированный оперативный комплексный контроль текущих значений параметров состояния зерна, что повышает эффективность сохранения зерна.