Дослідження і вдосконалення комп’ютерно-інтегрованої системи керування сушінням зерна в шахтній сушарці на базі КТЗ Arduino

Abstract

Актуальність теми цього дослідження визначається нагальною необхідністю вдосконалення технологій сушіння зерна в агропромисловому секторі. Сушіння зернових культур є важливим етапом у технологічному циклі їх обробки, оскільки саме цей процес має вирішальний вплив на збереження якості продукції та її довговічність. Нині переважно застосовувані методи сушіння характеризуються високими енерговитратами, що породжує значні фінансові та ресурсні втрати. Водночас вони не завжди гарантують потрібні умови для збереження поживної цінності зернових культур і забезпечення їх тривалого зберігання. З огляду на актуальні виклики, що виникають через необхідність енергозбереження та підвищення ефективності виробничих процесів, використання комп’ютерно-інтегрованих систем керування з опорою на сучасні платформи, такі як Arduino, стає перспективним напрямом досліджень. Ця відкрита платформа сприяє створенню економічно обґрунтованих, адаптивних і технічно гнучких рішень для автоматизації виробничих процесів, що є особливо важливим для малих і середніх сільськогосподарських підприємств, де модернізація інфраструктури часто обмежена наявними ресурсами. Об’єктом дослідження виступає шахтна сушарка для зерна — устаткування, широко використовуване на агропідприємствах для зниження вологості зернових культур до рівнів, оптимальних для тривалого зберігання. Шахтні сушарки характеризуються ефективністю, простотою конструктивного виконання та відносно низькими витратами на експлуатацію, що забезпечує їм популярність серед сільськогосподарських виробників. Проте їх загальна продуктивність та стабільність залежить від можливостей точної регуляції таких параметрів, як температура сушильного повітря, рівень вологості в камері та швидкість повітряного потоку. Недостатній рівень автоматизації цих процесів може спричинити як перевитрату енергії, так і суттєві технологічні недоліки, включаючи нерівномірне сушіння або навіть псування продукції. Предметом дослідження є розробка комп’ютерно-інтегрованої системи керування на основі контролера Arduino, яка покликана забезпечити автоматизацію й оптимізацію процесу сушіння зернових культур у шахтній сушарці. Така система складається з комплексу сенсорів для моніторингу ключових параметрів (температури, вологості, швидкості потоку повітря), виконавчих механізмів для їх коригування (вентилятори, нагрівальні елементи) і програмного забезпечення для аналізу даних та керування процесом у реальному часі. Модульність і адаптивність платформи Arduino дозволяють розробляти економічно вигідні рішення з високою доступністю для практичного впровадження. Метою дослідження є розробка й удосконалення комп’ютерно-інтегрованої системи керування на основі Arduino з метою підвищення ефективності операцій сушіння зерна у шахтному обладнанні. Для досягнення цієї мети ставляться такі завдання: зниження енергоспоживання шляхом оптимального керування обладнанням, забезпечення стабільних умов сушіння для підвищення якості кінцевої продукції, а також покращення надійності й автономності всього технологічного процесу через запровадження автоматизованих систем контролю. Результатом дослідження має стати інноваційне рішення, яке допоможе агропромисловим підприємствам підвищити продуктивність своєї діяльності та зміцнити конкурентоспроможність продукції на ринку. Цілі і завдання дослідження: Виконати аналіз існуючих методів і систем керування процесом сушіння зерна в шахтних сушарках, виокремивши їх переваги, недоліки та потенційні напрями вдосконалення. Розробити архітектуру комп’ютерно-інтегрованої системи керування на базі Arduino, включаючи підбір відповідних сенсорів, виконавчих елементів і створення алгоритмів управління. Створити прототип зазначеної системи та здійснити експериментальні дослідження для оцінки її результативності в умовах реальної експлуатації шахтної сушарки. Проаналізувати результати експериментів, визначити вплив нової системи на енергоефективність і якість процесу сушіння, а також сформувати рекомендації щодо інтеграції розробки у виробничу практику. Метод дослідження проводиться з використанням інтегрованого підходу, що передбачає поєднання теоретичного аналізу, моделювання, експериментального тестування та статистичної обробки отриманих даних. Теоретичний аналіз слугує для вивчення сучасних технологій і методик управління процесами сушіння, а також визначення оптимальних параметрів роботи обладнання. Моделювання допомагає відтворювати роботу системи у різноманітних умовах, удосконалюючи алгоритми управління перед їх практичним впровадженням. Експериментальні дослідження дають змогу оцінити функціональність створеного прототипу на реальному обладнанні та визначити його вплив на ефективність сушіння. Водночас статистична обробка даних дозволяє ґрунтовно проаналізувати результати експериментів, підтвердити їх надійність і оцінити значущість отриманих показників. Отже, метою дослідження є розробка інноваційного способу автоматизації процесу сушіння зерна, спрямованого на підвищення ефективності аграрного виробництва. Використання комп’ютерно-інтегрованих систем на основі Arduino може стати ключовим кроком до цифровізації агропромислового комплексу, сприяючи більш раціональному ресурсоспоживанню, зменшенню витрат і підвищенню якості готової продукції.