Traktori-noukinvaunuyhdistelmän integroitu automaatio säilörehun täsmäkorjuussa
Avainsanat:
ISOBUS, täsmäviljely, rehunkorjuu, automaatio, sumea logiikka, älyAbstrakti
Maatalouskoneteollisuus on pyrkinyt parantamaan tuotteidensa toimintoja ja ominaisuuksia tutkimalla ihminen-kone-rajapintaa. Sopeutuva säätö ja automaatio ovat keinoja, jotka lisäävät maatalouskoneiden kilpailukykyä. Automaattisten toimintojen käytettävyyden parantaminen on yhä merkittävämpi myyntiargumentti Euroopassa. Esimerkiksi rehunkorjuu noukinvaunulla vaatii kuljettajalta useiden asioiden lähes yhtäaikaista havainnointia ja säätöjen tarkennusta. Agromassi-hankkeessa yhtenä työpaketin osiona on säilörehun korjuun optimointi. Siinä tavoitteena oli säilöntäaineen annostelun ja ajonopeuden optimointi. Optimaalinen annostelu luo edellytykset parempilaatuiseen säilörehuun, ja ajonopeuden optimointi estää noukinvaunun ali- ja ylikuormittumisen ja samalla se aikaansaa lyhyemmän ja tasamittaisemman silpun. Viime mainittu helpottaa rehun tasaamista, tallaamista ja tiivistymistä siilossa ja siten parempia säilöntäedellytyksiä. Lisäksi paikkatiedon käyttö mahdollistaa satokartan teon korjuulohkolta.
Vuosina 2009 – 2012 tutkittiin älykästä mittaus- ja säätöjärjestelmää, joka oli instrumentoitu traktori-noukinvaunuyhdistelmään. ISO11783 (ISOBUS) standardi traktorin ja työkoneen väliseen kommunikointiin (säätö, ohjaus ja tiedonsiirto) tarjoaa yleisen alustan uusien säätösysteemien soveltamiseen ja omaksumiseen. Testitraktorissa on class 3 TECU (Tractor electronic control unit), joka käsittää peruskäskyjen kuten esimerkiksi VOAn ja ulkopuolisen hydrauliikan hallinnan lisäksi ajono-peuden säädön. Vuonna 2009 selvitettiin osajärjestelmien soveltuvuutta karhon poikkipinta-alan ja rehun kosteuden mittaamiseen. Karhon poikkipinta-alan mittaamisessa päädyttiin traktorin eteen asennettavaan laser-skanneriin, joka mittaa 90-asteen kulmassa karhon pinnan profiilia. Kosteuden mittaamiseen selvitettiin kirjallisuuden perusteella eri vaihtoehtoja ja päädyttiin NIR-sensoriin (near–infrared photometric analyzer), joka asennettiin noukinvaunun etusermin alaosaan. Rehun kokonais-massaa vaunussa mitattiin kolmella painesensorilla ja pohjakuljettimen liikettä pulssianturilla. Vaunun sivuun asennettiin kahdella kalvopumpulla varustettu hapotinlaite, johon ECUn (Electronic control unit) suunnitteli ja teki Aalto yliopiston tutkijat. Vaunun analogiset mittausviestit muutettiin digitaaliseen muotoon väylälle Axiomatic CAN -controllerilla. Noukinvaunun ECUn emolevyyn liitettiin NIR-sensori sarjaportin kautta. Traktorin ohjaamossa oli noukinvaunulla ja hapottimella omat käyttöliittymät, joissa oli valittavissa joko manuaali- tai automaattimoodi. Dataa kerättiin tarkoitukseen räätälöidyllä mittausohjelmalla.
Noukinvaunun ECU estimoi rehun massavirran Kalman-suodinta käyttäen. Suodin estimoi massavirran kolmen mittauksen perusteella: 1) karhon tilavuusvirta laskettuna laserskannerilta, 2) rehun kokonaismassa painesensoreilta ja 3) karhon tiheys, joka lasketaan NIR-sensorin mittauksesta. Traktorin ajonopeutta säädetään sumealla säätimellä, joka laskee sopivan nopeuden perustuen traktorin tilaan (nopeus ja kierrosluku), estimoituun massavirtaan sekä karhon pinta-alan muutokseen. Säilöntäaine levitetään rehun estimoituun massavirtaan perustuen käyttäen PID-säädintä, joka virtausmittarin avulla säätää virtauksen oikeaksi. Adaptiivinen säätöjärjestelmä on osoittanut, että se pystyy vastaamaan sille hankkeessa asetettuihin tavoitteisiin. Vaikka käyttöliittymä (terminaali ohjaamossa)on toimiva ja havainnollinen, sitä varmasti voi kehittää edelleen.
Osa tästä tutkimuksesta on tehty Agromassi-hankkeessa, joka on osa FIMECCin EFFIMA-ohjelmaa.
