CC BY
1УДК 631 ББК 4
Варвара Николаевна Щукина
ассистент кафедры сопротивления материалов и деталей машин Российского
государственного аграрного университета — МСХА имени К.А. Тимирязева кандидат технических наук
firstnotbarbara@gmail.com
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49
Сергей Николаевич Девянин
профессор кафедры тракторов и автомобилей Российского
государственного аграрного университета — МСХА имени К.А. Тимирязева доктор технических наук, профессор
devta@rambler.ru
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49
Владимир Николаевич Кравченко
доцент кафедры инжиниринг
животноводства
Российского
государственного аграрного университета — МСХА имени К.А. Тимирязева, кандидат технических наук, доцент
vkravchenko@rgau-msha.ru
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49
ОЦЕНКА
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ПО ДАННЫМ СТАНДАРТНЫХ ПРОТОКОЛОВ
Аннотация. Производимая сегодня сельскохозяйственная техника, оснащается системой электронного управления. Тенденция развития систем управления лежит в сторону увеличения количества датчиков и исполнительных органов, а также повышения уровня возможностей алгоритмов управления. Важное значение при контроле работоспособности отдается функции самодиагностики систем управления. Уровень развития систем управления не позволяет обнаружить все появляющиеся неисправности, а определение конкретной причины
неисправности и ее устранение лежит на человеке. Одним из перспективных направлений в области ремонта и диагностики, позволяющим получить конкурентные преимущества, является упреждающая диагностика и совершенствование систем диагностирования.
Для этих целей разработан и апробирован алгоритм диагностики, позволяющий удаленно контролировать техническое состояние двигателя внутреннего сгорания, на основании информации полученной из электронной системы управления. Благодаря внедрению стандартных протоколов, возможно подключаться с помощью одного разъема OBD-2 к различным единицам техники и считывать стандартную информацию о техническом состоянии данной техники, что позволит унифицировать разработанную систему. Проведенный экономический расчет показал эффективность внедрения системы удаленного контроля в процессе эксплуатации на предприятии. В работе предложена система удаленной диагностики современной сельскохозяйственной техники.
Ключевые слова: мониторинг мобильной техники, техническая диагностика,
диагностика в процессе эксплуатации.
V.N. SHCHUKINA,
Assistant at the Department of Strength of Materials and Machine Parts Russian State Agrarian University — Moscow Timiryazev Agricultural Academy,
Candidate of technical sciences firstnotbarbara@gmail. com Russian Federation, 127550, Moscow, Timiryazevskaya St., 49
S.N. DEVYANIN, Professor of the Department of Tractors and Cars Russian State Agrarian University — Moscow Timiryazev Agricultural Academy,
Doctor of Technical Sciences, Professor
devta@rambler.ru
Russian Federation, 127550, Moscow, Timiryazevskaya St., 49
V.N. KRAVCHENKO,
Associate Professor of the Department of Animal Breeding Engineering University — Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Candidate of technical sciences, Associate Professor
vkravchenko@rgau-msha.ru Russian Federation, 127550, Moscow, Timiryazevskaya St., 49
ESTIMATION OF THE STATE OF AGRICULTURAL MACHINERY ACCORDING TO STANDARD PROTOCOLS
Annotation. The author creates a system for remote diagnostics of modern agricultural machinery. Agricultural machinery produced today is equipped with an electronic control system. The trend in the development of control systems lies in the direction of increasing the number of sensors and actuators, as well as increasing the level of capabilities of control algorithms. The self-diagnostics function of control systems is of great importance in the performance monitoring. The level of development of control systems does not allow detecting all emerging malfunctions, and determining the specific cause of the malfunction and its elimination lies with the person. One of the promising directions in the field of repair and diagnostics, which allows to obtain competitive advantages, is proactive diagnostics and improvement of diagnostics systems. For these purposes, a diagnostic algorithm has been developed and tested, which allows to remotely monitor the technical condition of an internal combustion engine, based on information received from the electronic control system. Thanks to the introduction of standard protocols, it is possible to connect using one OBD-2 connector to various pieces of equipment and read standard information about the technical condition of this equipment, which will allow unifying the developed system. The carried out economic calculation showed the effectiveness of the implementation of a remote control system during operation at the enterprise.
Key words: monitoring of mobile equipment, technical diagnostics, diagnostics during operation.
На данный момент сельскохозяйственная техника оснащается системой электронного управления. Тенденция развития систем управления лежит в сторону увеличения количества датчиков и исполнительных органов, а также повышения уровня возможностей алгоритмов управления. Важное значение при контроле работоспособности отдается функции самодиагностики систем управления. Уровень развития систем управления не позволяет обнаружить все появляющиеся неисправности, а определение конкретной причины неисправности и ее устранение лежит на человеке. Одним из перспективных направлений в области ремонта и диагностики, позволяющим получить конкурентные преимущества, является упреждающая диагностика и совершенствование систем диагностирования.
Благодаря тому, что современные системы оснащены стандартными диагностическими разъемами, есть возможность развивать различные диагностические методики, в том числе и дистанционные. Для осуществления диагностических воздействий необходимо установить адаптер в диагностический разъем. Скорость проведения и уровень проводимой диагностики определяются разрабатываемыми алгоритмами сбора и обработки получаемых данных [6, с. 75].
Поэтому встает вопрос о цифровизации и автоматизации процесса сбора и анализа данных с мобильных машин. Для разработки новых методов диагностирования необходимо применять современные технологии, которые позволят удаленно контролировать состояние мобильной сельскохозяйственной техники в процессе ее эксплуатации. Благодаря уровню развития современных электронных систем, это возможно реализовать [2, с. 22-28].
За последнее время активно разрабатываются меры, увеличивающие возможность получения информации с электронных блоков управления. Одними из самых важных решений в этой области стало внедрение стандарта OBD2 и расширение возможности протоколов верхних уровней, стандартизирующих принципы доступа к информации и служебным функциям систем. Благодаря этому, увеличилась пропускная способность канала связи при опросе систем и тем самым обеспечена возможность увеличения скорости опроса в рамках одной или нескольких систем единицы диагностируемой техники.
В настоящее время все ведущие мировые производители оснащают технику системами самодиагностики. Стандарты OBD-2 и EOBD - это перечень требований, которым должна удовлетворять система управления двигателем каждого автомобиля для того, чтобы двигатель соответствовал нормам по составу отработавших газов [1, р. 352].
Стандарт OBD-2 определяет параметры, которые возможно получить из электронного блока управления, в виде цифрового кода, и для различных производителей одни и те же измеряемые параметры должны иметь один и тот же цифровой код. Но разнообразие систем управления предоставляет слишком
широкий разброс возможных неисправностей, поэтому регламентирован ограниченный перечень основных неисправностей и возможных диагностических запросов данных, в основном, влияющих на экологию. Производители с каждым годом расширяют перечень диагностических показателей, регламентированный OBD-2. Европейский союз принял свой стандарт автомобильной диагностики — EOBD, базирующийся на OBD-2. Этот стандарт стал обязательным для всех продаваемых в Европе автомобилей с января 2001 года. Япония приняла свой стандарт — JOBD.
Для подключения диагностического оборудования используется стандартизованный для всех производителей специальный 16-контактный DLC-разъем (DLC—Diagnostic Link Connector—диагностический разъем LINK). Его также называют OBD-разъем.
Информацию, получаемую по стандартным протоколам можно получать удаленно, без физического воздействия на систему. Рассмотрим схему реализации удаленного контроля. На сельскохозяйственную технику будет установлено приемно-передающее устройство в стандартный разъем OBD-2, с помощью которого будет передаваться информация во внешний мир. Осуществить передачу данных возможно через спутник, на сервер, для последующего хранения и анализа. Если система спрогнозирует неисправность, то она передаст данные на станцию технического обслуживания и оповестит лица, принимающие решения, для последующих действий. Владельцы техники, смогут удаленно контролировать состояние транспортного средства и управлять частью функций удаленно. Чтобы это стало возможно, необходимо обеспечить постоянную связь с транспортным средством, а также постоянно повышать уровень систем доработать системы встроенной диагностики технического состояния, чтобы минимизировать возможность появления экстренных ситуаций. При повышении уровня технологий, система сможет стать полностью автономной, и участие человека сведется к контролю за происходящим.
Если будет внедрен сервис контроля мобильной сельскохозяйственной техники, то станет возможна оптимизация различных процессов: контроль за техническим состоянием и местонахождением прямо в процессе работы, контроль и корректировка плана работы в режиме реального времени, информирование всех членов процесса работы о текущей ситуации не останавливая работу [4, с. 11-14].
Если на предприятии будет функционировать система удаленного контроля, то время на диагностику и заказ расходных материалов будет сэкономлено, это будет период эксплуатации техники, и она не будет простаивать, агротехнические сроки не будут сорваны. Для этого разработан веб-сервис, который позволяет удаленно связываться с контролируемой системой и позволяет информировать лиц, принимающих решения, о наличии неисправности и необходимости принятия решения о ремонте [8, с. 232-236].
Разработан алгоритм диагностики, позволяющий контролировать состояние механических систем на основе анализа данных, полученных из электронной системы управления [8, с. 132]. На первом этапе диагностики постоянно контролируется расход топлива на холостом ходу, исключением составляет процесс пуска и прогрева двигателя (так как работа идет еще на неустановившихся режимах). Для контроля расхода топлива постоянно сравнивается расход, который есть в данный момент, с эталонным расходом топлива. Если значения действительного расхода топлива не выходят за границы допуска, то двигатель считается исправно работающим и в дальнейшей диагностике нет необходимости. Если значения действительного расхода топлива вышли за границы допуска — то рассчитывается диагностический показатель для дальнейшего сравнения D1.
Если значения действительного расхода топлива превышают границы допуска, необходимо переходить ко второму этапу оценки технического состояния двигателя — к выбегу и расчету второго диагностического показателя D2.
Для определения причины неисправности (либо это факторы, влияющие на механические потери, либо это факторы, влияющие на индикаторные показатели) необходимо сравнить два диагностических показателя. В случае, когда показатели равны или близки друг к другу, то неисправность возникла из-за появления проблем в узлах и агрегатах, оказывающих влияние на мощность механических потерь.
В случае, когда изменение цикловой подачи превышает изменение углового ускорения (01 > D2) или когда показатель D2 равен единице, то неисправность в двигателе возникла из-за появления проблем с факторами, влияющими на индикаторные показатели.
В случае, когда показатель D2 больше единицы и условие равенства двух диагностических показателей не выполняется, то неисправность в двигателе возникла из-за факторов, влияющих на индикаторные показатели и на показатели, влияющие на мощность механических потерь.
Была собрана экспериментальная установка с дизельным двигателем IVECOF4HE, у которого современное электронное управление, которая позволила подтвердить экспериментально возможность применения алгоритма диагностики [5, с. 16-20].
Проведенный экономический расчет показал эффективность внедрения системы удаленного контроля в процессе эксплуатации на предприятии (без учета потерь продукции при простое), за счет снижения затрат на топливо, приведенных затрат и других на 8-12% (для парка в 200 машин около 10 млн. рублей в год) [3, с. 232-234].
Потенциальными потребителями предложенного сервиса являются владельцы предприятий, в которых есть парк машин с электронным управлением.
Заключение. Удаленный контроль технического состояния техники позволит повысить эффективность использования техники, снизить затраты на ее техническое обслуживание и ремонт. Разработанный алгоритм позволит удаленно контролировать техническое состояние механических систем двигателя по данным, полученным с помощью стандартного протокола OBD-2.
БИБЛИОГРАФИЯ:
1. Tom Denton. Advanced Automotive Fault Diagnosis: Automotive Technology: Vehicle Maintenance and Repair. Routledge, 2016. 352 pages.
2. Александров А.В., Долгов И.А. Мобильный комплекс для регистрации и обработки показателей работы автомобильного двигателя. — М.: Издательский дом ААИ пресс, 2017. — С. 22-28.
3. Бесшапошный М.Н. Интеграция малых форм агропромышленных предприятий в систему производства АПК //В сборнике: Доклады ТСХА. Сборник статей. — М., 2015. — С. 232-234.
4. Девянин С.Н., Щукина В.Н. Системы управления двигателем // Международный технико-экономический журнал. — № 6, — 2015. — С. 11-14.
5. Девянин, С.Н., Щукина, В.Н., Павлов, Я.Д., Симоненко, А.Н. Экспериментальная установка с дизельным двигателем IVECO // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». — № 3(85), — 2018. — С. 16-20.
6. Каратаева О.Г. Модели системы массового обслуживания // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». — 2009. — Т. 8. — С. 75.
7. Щукина В.Н. Использование расхода топлива на режимах холостого хода в качестве диагностического параметра ДВС: дис. ... канд. техн. наук / РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. — М., 2018. — 132 с.
8. Щукина В.Н., Матвеев А.И., Девянин С.Н. Создание веб-сервиса мониторинга мобильной сельскохозяйственной техники. — М.: Издательство РГАУ-МСХА, 2020. — С. 232-236.
