Elektronika v traktoroch
Vývoj nových koncepcií poľnohospodárskych traktorov je spojený s rastúcimi nárokmi na regulačné, riadiace, diagnostické a informačné zásahy. Súčasné traktory v podstate bez elektronického príslušenstva resp. elektroniky nemôže existovať. Zavádzanie elektronizácie je riešené z dvoch aspektov. Prvý je z pohľadu ekológie, kde sú nastavené prepojenia a riadenie spaľovacieho motora s ostatnými komponentmi, pre najnižšiu tvorbu emisií výfukových plynov a samotného ovplyvňovania životného prostredia. A druhým ide o zjednodušenie práce obsluhy traktora, pri riadení traktora (úvraťový mechanizmus, GPS,...).
Polstoročie elektroniky v traktoroch
Použitie elektroniky v traktoroch má už polstoročnú históriu, keď po roku 1970 sa namiesto kontaktných (vibračných) regulátorov napätia začali používať polovodičové zabudované priamo do alternátora. Samozrejme, že elektronizácia traktorov postupovala míľovými krokmi ďalej, stačí spomenúť elektronické cyklovače stieračov s plynulou intervalovou reguláciou, ďalej elektronické prerušovače smerových svetiel a mohli by sme na tomto mieste vymenovať celý rad ďalších elektronických prístrojov a zariadení. V tej dobe sa jednalo o atraktívne elektronické zariadenia, ktoré sa postupom času starli samozrejmosťou vo výbave traktorov.
Avšak po roku 1980 doslova revolučný prelom v elektronike traktorov predstavovala elektro-hydraulická regulácia trojbodového závesu (EHR) vyvinutá firmou BOSCH a známa pod označením HITCHTRONIC. Jednalo sa o elektro-hydraulickú reguláciu štvrtej generácie, keď na meranie sily v spodných ťahadlách trojbodového závesu už boli použité silomerné čapy a na meranie polohy zdvíhacích ramien bol použitý indukčný snímač ovládaný vačkou pripevnenou na hriadeli zdvíhacích ramien. Vyššie uvedené meracie členy plne nahradili zložitý regulačný mechanizmus. S odstupom času bude snáď vhodné spomenúť, že v tom čase bola k dispozícii aj elektro-hydraulická regulácia trojbodového závesu vyvinutá firmou REXROT a dokonca v bývalom Výskumno-vývojovom ústave ZTS Martin bola vyvinutá v tej dobe atraktívna tzv. združená regulácia trojbodového závesu.
Z technického hľadiska bude iste zaujímavé aspoň heslovite spomenúť aj niektoré ďalšie elektronické zariadenia napr. elektronický otáčkomer a počítač motohodín GANZ, ale zvláštnu pozornosť si zaslúži samostatný prístroj ELKON vyvinutý v Maďarsku. Bol to vlastne proporcionálny počítač motohodín, ktorý zaznamenával odpracované motohodiny ako funkciu otáčok motora a tiež zaťaženia motora na základe teploty výfukových plynov. Týmto prístrojom zaznamenané motohodiny sa stali objektívnym kritériom pre výmenu motorového oleja a tiež pre vykonávanie ďalších úkonov jednotlivých stupňov technickej údržby, prípadne diagnostiky na základe počtu odpracovaných motohodín.
Pozornosť si zaslúži tiež prístroj HESSELTRONIC, ktorý počas prevádzky traktora dával obsluhe traktora príkazy ako manipulovať s plynovým pedálom a ako riadiť prevodové stupne, samozrejme pri dodržaní agrotechnicky požadovanej pojazdovej rýchlosti traktora pri vykonávaní určitej technologickej činnosti. Funkčne rovnaký prístroj sa neskoršie vyrábal aj u nás pod označením ZETERTRONIC.
Samozrejme, že vývoj a technický pokrok v tomto smere pokračoval ďalej až do súčasného stavu ako je napokon uvedené v ďalších častiach tohto príspevku. Žiada sa však poznamenať, že dosiahnutá súčasná úroveň elektroniky traktorov bola do určitej miery podmienená aj modernizáciou jednotlivých funkčných a konštrukčných častí traktorov, ale aj vývojom jednotlivých elektronických prvkov.
|
Obr. 1: Štruktúra riadiacej jednotky Bosch a spracovanie signálu |
Usporiadanie a prvky elektronického riadiaceho systému
Elektronické systémy obsahujú nasledovné funkčné bloky:
- snímače prevádzkových parametrov jednotlivých funkčných blokov, ako je motor, prevodový systém, hydraulický systém...,
- riadiace jednotky,
- akčné členy,
- sieťové prepojenia (dátová komunikácia riadiacich jednotiek) a elektronická diagnostika.
Snímače merajú prevádzkové podmienky jednotlivých častí traktora (napr. otáčky, teplotu motora, okolitý tlak). Čidlá požadovaných hodnôt snímajú hodnoty nastavené vodičom pomocou ovládacích spínačov (napr. spínač pre klimatizáciu). Snímače a čidlá požadovaných hodnôt tak poskytujú vstupné signály, ktoré sa v riadiacej jednotke vyhodnocujú a spracovávajú. Riadiaca jednotka príslušnej časti traktora (riadiaca jednotka motora, prevodového systému atď.) vykonáva riadiace funkcie prostredníctvom akčných členov. Akčné členy (napr. vstrekovacie ventily) prevádzajú elektrické riadiace signály na mechanické veličiny. Centrálou, ktorá v traktore vykonáva svoju riadiacu prácu je mikrokontrolér. Ten spracováva program z programovej pamäti. Tu sú funkcie riadiacej jednotky uložené ako programový kód. Správanie sa elektronického systému nezáleží len na programe riadiacej jednotky. Rozhodujúcu úlohu hrajú tiež dáta, ktoré sú vedľa programového kódu uložené v rovnakej pamäti. Príkladom dát v riadiacej jednotke motora je charakteristika predvstreku, v ktorej sú v závislosti od prevádzkového bodu motora (otáčky, zaťaženie, prípadne krútiaci moment) zadané hodnoty optimálne pre spotrebu paliva a tvorbu emisií.
Snímače a čidlá požadovaných hodnôt
Snímače a čidlá sú tzv. „zmyslové orgány“ elektrickej sústavy vozidiel ako aj traktorov. Čidlo je najjednoduchším vyhotovením snímača, ktorého signál o meranej veličine nie je nijako upravovaný alebo menený na iný signál. Kontaktné čidlo pracuje tak, že pri zmene sledovanej neelektrickej veličiny dochádza ku skokovej zmene odporu čidla v okamihu zopnutia alebo rozopnutia kontaktov. Najjednoduchším vyhotovením sú zdvihové kontakty, kde jeden je pripojený na kostru a druhý je izolovaný. Využívajú sa najmä pre signalizáciu stavu zariadenia kontrolnou žiarovkou alebo LED diódou. Tento princíp sa využíva napríklad pre hladinu brzdovej kvapaliny, alebo spínanie brzdových či spätných („cúvacích“) svetiel.
Traktory sú vybavené veľkým množstvom snímačov. Úlohou snímačov je snímať prevádzkové podmienky (napr. otáčky motora, otáčky kolies, teploty a pod.) Snímače sú takzvanými „zmyslovými orgánmi“ a sú určené pre rôzne parametre, ako je dráha, uhol, otáčky, rýchlosť, zrýchlenie, vibrácie, tlak, prietok, koncentrácia plynov, teplota a ďalšie ovplyvňujúce veličiny. Ich signály sú nevyhnutné pre riadiace a regulačné funkcie rôznych systémov. Snímače pracujú tak, že prevádzajú premenné vstupné (fyzikálne) veličiny na elektrické signály, ktoré sú potrebné pre riadiace a regulačné funkcie vykonávané jednotlivými riadiacimi jednotkami.
Pojem snímač je synonymom pre pojem senzor. Okrem uvedených termínov sa v prípade špeciálnych meracích veličín môže objaviť výraz „sonda“ (napr. lambda sonda) alebo „merač“ (merač množstva vzduchu).
Riadiaca jednotka
Riadiaca jednotka v traktore pracuje na princípe podobnom osobnému počítaču. Rovnako ako v prípade počítača, centrom riadiacej jednotky je mikrokontrolér. Riadiaca jednotka má za úlohu spracovávať informácie prichádzajúce zo snímačov a čidiel požadovaných hodnôt podľa matematických pravidiel výpočtov (riadiace a regulačné algoritmy). Ďalej riadi akčné členy pomocou elektronických výstupných signálov. Riadiaca jednotka je centrálne miesto, z ktorého sú riadené a regulované funkcie elektronického systému v traktore. Riadiaca jednotka komunikuje prostredníctvom dátového prenosu cez zbernicu ISO BUS s inými riadiacimi jednotkami.
Program je uložený v trvalej pamäti (ROM, EPROM alebo Flash EPROM). Okrem toho, sú v tejto pamäti k dispozícii špecifické údaje pre typ riadiacej jednotky, ako sú charakteristiky a polia charakteristík. Ovplyvňujú priebeh riadenia a regulácie pomocou programu. Programová pamäť môže byť integrovaná v mikrokontroléri alebo podľa aplikácie môže byť ďalej prípadne rozšírená o samostatný modul (napr. externá pamäť EPROM alebo Flash EPROM).
Mikrokontrolér ako programovateľná elektronická súčiastka obsahuje komponenty potrebné pre mikropočítačový systém. Skladá sa z nasledovných častí:
- CPU (Central Processing Unit),
- pamäte pre inštrukcie (programové pamäte) a pre dáta (dátové pamäte),
- periférne moduly.
Význam dátovej komunikácie ISO BUS
Účelom dátovej komunikácie je zabezpečiť výmenu údajov a informácií medzi rozličnými zariadeniami poľnohospodárskych strojov. Napríklad riadiaca jednotka trojbodového závesu traktora môže komunikovať s riadiacimi jednotkami motora a prevodovky za účelom dosiahnutia optimálneho režimu práce traktora. Cena elektronických systémov je zanedbateľná v porovnaní s úžitkom, ktorý prinášajú v podobe zvýšenia efektivity práce strojov.
|
Obr. 2: Schéma dátového prepojenia pomocou zberníc ISO BUS |
Prvoradým predpokladom úspešnosti použitia elektronickej komunikácie v traktoroch je štandardizácia, ktorá zabezpečí dátové prepojenie strojov od rôznych výrobcov. Zabezpečená musí byť kompatibilita jednak na úrovni dátového protokolu a tiež na fyzickej úrovni charakterizovanej normalizovaným konektorom, úrovňami napätí a metódou kódovania a digitalizácie informácií. Štandardizovaný komunikačný protokol vyžaduje aj zavádzanie presného poľnohospodárstva, ktoré riadi agrotechnické operácie v závislosti od informácií o vlhkosti a živinách v pôde spracovávaného pozemku. Takýto systém vyžaduje displej alebo terminál, ktorý prostredníctvom dátového spojenia komunikuje so strojom (napr. sejačka) pripojeným k traktoru.
Všetky dôležité časti traktora, ako sú motor, prevodovka, záves, brzdy, hydraulický systém atď. sú riadené pomocou elektronických riadiacich jednotiek, ktoré sú navzájom prepojené ISO BUS zbernicou traktora. Druhá dátová zbernica je určená na komunikáciu s poľnohospodárskym náradím a strojmi pripojeným k traktoru. K tejto zbernici je pripojený modul GPS navigácie určený na presné poľnohospodárstvo a virtuálny terminál, ktorým obsluha traktora zadáva parametre pre činnosť poľnohospodárskeho náradia a strojov. Dátová zbernica pre náradie je zakončená konektorom (zásuvkou) na traktore, ku ktorej sa pripája zbernica stroja poháňaného traktorom. Obe zbernice sú navzájom prepojené centrálnou riadiacou jednotkou traktora. Všetky riadiace jednotky navzájom komunikujú prostredníctvom zberníc, čo zabezpečuje informácie o parametroch všetkých častí traktora na každom mieste zbernice.
Virtuálny terminál
Virtuálny terminál je zariadenie s displejom, ktoré umožňuje ovládať a riadiť parametre poľnohospodárskeho stroja (náradia) pripojeného k traktoru. Terminál je pripojený k zbernici ISO BUS, a preto má k dispozícii vždy aktuálne údaje o prevádzkových parametroch traktora a pripojeného náradia. Tieto informácie sa zobrazujú na dotykovom displeji, ktorý zároveň slúži na zadávanie údajov obsluhou traktora. Nastavené údaje sú prostredníctvom zbernice prenášané do riadiacej jednotky pripojeného náradia. Zobrazovanie informácií na displeji terminálu zabezpečuje riadiaca jednotka náradia pripojeného k traktoru. Ak obsluha traktora zmení parameter na displeji, riadiaca jednotka stroja vykoná zmenu a zobrazí aktuálny stav.
V traktore sa nachádza centrálna riadiaca jednotka (ECU traktora) s označením TECU (Tractor Electronic Control Unit), ktorá spája zbernicu ISO BUS určenú pre stroje pripojené k traktoru spolu so zbernicou určenou na riadenie samotného traktora. Takto je zabezpečená možnosť pre výrobcov traktorov používať vlastné zbernice a systémy riadenia traktora, ktoré prostredníctvom TECU komunikujú so štandardizovanou zbernicou ISO BUS. Riadiaca jednotka TECU má podobnú funkciu ako centrálna riadiaca jednotka GATEWAY v prípade cestných automobilov.
|
Obr. 3: Virtuálny terminál traktora Fendt |
Elektrické zásuvky v traktoroch
Zásuvka ISO pre poľnohospodársky zbernicový systém sa používa na dátovú komunikáciu medzi traktorom a pripojeným strojom. Prostredníctvom zbernicového systému môže komunikovať palubný počítač traktora s riadiacou jednotkou pripojeného stroja. Takýmto spôsobom môže palubný počítač traktora riadiť postrekovače, sejačky a rôzne iné stroje. Na pripojenie komunikačných zariadení v kabíne ako je napríklad terminál náradia, s ktorým traktor pracuje sa používajú odlišné konektory pre ISO BUS v porovnaní s konektormi tejto zbernice, ktoré slúžia na pripojenie samotného náradia k traktoru. Aj v tomto prípade sa používa 9–pinový konektor avšak so symetrickým usporiadaním.
|
Obr. 4: Konektory ISO BUS pre pripojenie náradia k traktoru |
Trojpólová napájacia zásuvka slúži na pripojenie poľnohospodárskych strojov alebo prívesov k elektrickému napätiu traktora. V zásuvke sa nachádzajú tri kontakty. Na kontakte 15/30 je trvalé napätie, na kontakt 82 je privádzané napätie po otočení kľúčika zapaľovania a tretí kontakt 31 je pripojený na mínus pól traktora.
|
Obr. 5: Konektory ISO BUS na pripojenie komunikačných zariadení v kabíne |
Signálová zásuvka poskytuje signály z radarovej jednotky snímača rýchlosti traktora, snímača otáčok prevodovky, údaje o činnosti vývodového hriadeľa a trojbodového závesu traktora. Zásuvka je ľahko dostupná po otvorení dverí na kabíne traktora. Signálová zásuvka slúži na prenos údajov z palubného počítača.
|
Obr. 6: Zásuvky traktorov |
