Автоматизация системы производства и фасовки жидких удобрений

В настоящей работе поставлена цель исследования особенностей производства жидких удобрений и изучение основных составляющих в системе производства и упаковки жидких удобрений в приложении к автоматизации отдельных компонент или всей системы в целом.
Как известно, в сельском хозяйстве критически важными являются технологии повышения урожайности, напрямую коррелирующие с развитием и внедрением не только систем внесения удобрений, но и систем производства и упаковки, в том числе, жидких удобрений. Существующие оценки урожайности во многих регионах России (и мира) показывают, что внесение удобрений обеспечивают существенный рост урожая, в среднем составляющий 40 – 45% в черноземных районах с развитым гумусным слоем и порядка 60-75 % в районах с угнетенным и вырожденным плодородным слоем (Соловьева, 2010). Именно проблема повышения урожайности, связанная с проблемой увеличения плодородности почв путем введения удобрений, стоит сегодня наиболее остро, что отмечается во многих работах (Савдур, 2015)
Рассматривая весь спектр существующих видов удобрений, именно жидкие удобрения обладают неоспоримыми преимуществами. Например, с точки зрения лучших экономических показателей, себестоимость их производства ниже на 20-40% чем производство твердых удобрений. Кроме того, внесение удобрений в жидкой фазе позволяет повысить усвояемость удобрений растениями.
На сегодня при развитии технической элементной базы, во время роста технологических возможностей, можно ожидать роста вероятности повышения конкурентных способностей в сфере процесса производства жидких удобрений.
Важное направление развития процесса производства жидких удобрений заключается в разработке комплексных азотно-фосфорно-калиевых удобрений с использованием промышленной технологии формирования жидких карбамид-аммиачно-селитровых удобрений (КАСС) и других удобрений путем смешения растворов карбамида, аммиачной селитры и других фосфоро-, углерод- и калийсодержащих продуктов [Аншелес, 2015].
В работе будут рассмотрены основные особенности производства жидких удобрений различных форм, включая органические и минеральные удобрения, изучены технологии переработки сырья в жидкие удобрения. Планируется выполнить анализ патентной информации по биогазовым установкам и выявить недостатки существующих автоматических и неавтоматических биогазовых установок.
Планируется рассмотреть возможности автоматизации процесса анаэробного сбраживания органического сырья в производстве жидких удобрений, проанализировать структуру процесса автоматизации производства и фасовки жидких удобрений с учетом термического и влажностного режимов, режима перемешивания.
По результатам исследований существующих систем автоматизации дать рекомендации по разработке автоматизированного технологического процесса переработки и фасовки жидких удобрений.

Введение 3
Актуальность исследований в области автоматизации процессов производства и фасовки жидких удобрений 4
1Общие сведения о жидких удобрениях 6
1.1Видовой состав жидких удобрений
1.2 Структурная схема переработки «жидкий навоз-жидкие удобрения»10
1.3 Разделение твердой и жидкой фракций в автоматической системе переработки жидкого навоза12
1.4 Производство жидких смешанных удобрений отдельных видов18
2.Анализ систем переработки жидкого навоза 21
2.1 Технология производства удобрений методом длительного выдерживания и внесения на поля21
2.2 Технология разделения навоза на фракции с последующей переработкой твердой и жидкой компонент
2.3 Технология производства жидких удобрений и биогаза методом анаэробного сбраживания

В настоящей работе исследованы особенности производства жидких удобрений и изучены основные составляющие в системе производства и упаковки жидких удобрений в приложении к автоматизации ее отдельных компонент или всей системы в целом. Рассмотрены основные особенности производства жидких удобрений различных форм, включая органические и минеральные удобрения, изучены технологии переработки сырья в жидкие удобрения. Выполнен анализ патентной информации по биогазовым установкам, показаны их основные недостатки. В целом существующие биогазовые установки имеют общие недостатки присущие всем установкам-некоторые установки является крупным и сложным техническим сооружением и предназначены для переработки больших объемов сырья. Использование их в фермах хозяйствах затруднено. Выявлено более 10 отрицательных аспектов и недостатков существующих автоматических и неавтоматических биогазовых установок.
Рассмотрены возможности автоматизации процесса анаэробного сбраживания органического сырья в производстве жидких удобрений. В частности, анализируется структура процесса автоматизации производства и фасовки жидких удобрений с учетом термического и влажностного режимов, режима перемешивания. Определены границы изменений требуемых параметров для контроля средствами автоматизации процесса анаэробного сбраживания органического сырья в производстве жидких удобрений. В задачах автоматизации процесса производства и фасовки выполнено сравнение используемых контроллеров и в качества оптимального предложен программируемый микроконтроллер ПЛК-73 (российского производства) с расширенным пользовательским интерфейсом. В части достижения наибольшей эффективности производства в совокупности с простой программной реализации рассмотрены основные особенности платформы Arduino и предложено использовать в процессе автоматизации, как производства, так и фасовки жидких удобрений микроконтроллера Arduino Uno. Программное обеспечение для Arduino Uno объединило в себе простейшую среду разработки и язык программирования, представляющий собой вариант языка С/С++ . И, в целом, для работы с Arduino практически достаточно знания только простейших основ программирования на С/С++.

Список литературы
1. Международная патентная классификация МПК С02F3/28,С02 F11/04, C12M1/107, C12M1/00.
2. ОВЕН ПЛК-63.Контроллер программируемый логический /Руководство по эксплуатации, 2010. – C.67.
3. ОВЕН ПЛК-73.Контроллер для автоматизации локальных систем / Cистемы автоматизации. Программируемые логические контроллеры, 2011. – C.248-249.
4. РД-АПК 1.10.15.02-08 Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. М., 2008, 97с.
5. Рекомендации. Переработка отходов животноводческих и птицеводческих комплексов и ферм в эффективные биологические удобрения и энергию / ОАО «Башгипроагропром» с участием ООО «Прогресс-Т» (г.Самара), ООО «Гринтек» (г.Москва, г.Н-Новгород) и ООО «ЭМ-кооперация» (г.Москва, г.Пермь), 2010. – 19 c.
6. Абиров Д.А. Анализ патентной информации по биогазовым установкам их основные недостатки / Д.А. Абиров, Жаныбекова Б.Ж. // Вестник Кыргызского национального аграрного университета им. К.И.Скрябина, 2015. №4 (36). – c.120 – 122.
7. Андрюхин Т.Я. Рециркуляционное анаэробное сбраживание отходов сельского хозяйства с выработкой биогаза / Т.Я. Андрюхин // Биотехнология, 1989. – 34 с.
8. Аншелес В.Р. Энерго- и ресурсосберегающие технологии в строительстве и жилищно-коммунальном комплексе / В.Р. Аншелес, Г.А. научная конференция, 2015. С. 5-7. 
9. Арбузова Е.В. К проблеме энергетической эффективности биогазовых технологий в климатических условиях России [текст]/ Е.В.Арбузова, С.Е. Щеклеин // Альтернативная энергетика и экология.-2011.№7.-С.108-110.
10. Березин И.В. Техническая биоэнергетика / И.В. Березин, Е.С. Панцхава // Биотехнология, 2003. - 106 c.
11. Бийбосунов Б.И. Автоматизация системы управления и контроля трехступенчатым процессом сбраживания субстрата в биогазовой установке / Б.И. Бийбосунов, Р.Н. Тажиева, Ж.Е.Доумчариева, З.К. Айтбаева // Изв. Вузов Кыргызстана, 2016. - №5. – с. 90-93.
12. Бондаренко А.М. Ресурсосберегающая технология производства и применения жидких концентрированных органических удобрений в Ростовской области / А.М. Бондаренко, Л.С.Качанова // Техника и технологии АПК, 2016. – с.19-28.
13. Боровкова А.С. Сравнительная эффективность разных форм азотных удобрений и хелатных микроэлементов при возделывании кукурузы на силос в лесостепи Заволжья / диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук / Кинель, 2003. – 198 с.
14. Бударин В.А. Особенности получения биогаза и биологически активного вещества из растительных отходов / В.А. Бударин // Институт энергетики и электроники южного отделения Национальной академии наук Кыргызской республики, 2003 – 121 с.
15. Виестур У.Э. Системы ферментации / У.Э.Виестур, А.М.Кузнецов, В.В.Савинков //Рига,1986.174с.
16. Головко А.Н. Особенности применения глубокой переработки органических отходов животноводства и птицеводства Научный альманах · 2016, №12(26) - 360 -365 с.
17. Гусев Н.В. Автоматизация технологических комплексов и систем в промышленности: учебное пособие / Н.В. Гусев, С.В. Ляпушкин, М.В. Коваленко // Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 198 с.
18. Дубровский В.С. Метановой сбраживание сельскохозяйственных отходов / В.С. Дубровский, У.Э.Виестур // Рига «Зинанте», 1989. – 23 с.
19. Измайлов А.Ю. Средства автоматизации для управления сельскохозяйственной техникой / Измайлов А.Ю., Хорошенков В.К., Колесникова В.А., Алексеев И.С., Лонин С.Э., Гончаров Н.Т. // Научно-теоретический журнал. Инновационные методы управления сельскохозяйственной техникой, 2017. - № 3. – с. 3-9.
20. Кадысева А.А. Влияние температуры на анаэробное сбраживание органического субстрата / А.А. Кадысева, Р.М. Гильмутдинов, А.С. Тарапатова, В.В. Токарев, С.А. Безухова // Вестник Омского аграрного университета, 2013. - №3.- с. 35 - 38.
21. Каирбеков Ж.К. Каталитическое анаэробное сбраживание массы Каирбеков Ж.К., Емельянова В.С., Шакиева Т.Н., Мылтыкбаева Ж.К., Байсынбаева Р. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 10-2. С. 243.
22. Калашник Г.И. Эффективность жидких форм азотных удобрений при возделывании яровой пшеницы и кукурузы в условиях лесостепи Заволжья / диссертация на соискание ученой степени кандидата сельско-хозяйственных работ// Кинель, 2002 . - 232 с.
23. Мавлюдова Л.Н. Разработка технологических решений по утилизации отходов животноводства с получением полезной энергии и удобрений / магистерская диссертация // Тольятти, 2017. – с.124.
24. Могилевцев В.И. Совместный проект NEFCO и правительства Ленинградской области, NDEP, FMOE и FMOAF « Устойчивое обращение с навозом пометом в хозяйствах Ленинградской области». Утилизация навоза/помета на животноводческих фермах для обеспечения экологической безопасности территории, наземных и подземных водных объектов в Ленинградской области / В.И. Могилевцев, А.Ю. Брюханов, Д.А. Максимов, Э.В. Васильев, И.А. Субботин, С. Я. Чернин, Ю. С. Парубец, А.Л. Гарзано // Cпб., 2012. – 237 с.
25. Мун Т.Х. Влияние компостной закваски на ускорение компостирования органических веществ / Т.Х. Мун, Ч.В. Хен, Е.Л. Имранова, О.А. Корниенко, Г.Н. Ганин // Агрохимия, 2004. - №2. – с.1-4.
26. Муругов В.П. Экономика автономных энергосистем в сельском хозяйстве с использованием возобновляемых источников энергии, 2002. – 14 с.
27. Панев С.Б. Система автоматического управления неравномерностью внесения минеральных удобрений центробежным разбрасывателем на основе микропроцессорной техники / диссертация на соискание ученой степени кандидата технически наук // Зерноград, 1999. – 176 с.
28. Петин В. Проекты с использованием контроллера Arduino /Спб. БХВ-Петербург, 2015. - 448 с.
29. Пиотровский Д.Л. Автоматизация процесса получения биогумуса / автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению на соискание ученой степени кандидата технически наук // Краснодар, 1997. – 17 с.
30. Савдур С.Н. Технологический модуль процесса производства удобрений сельскохозяйственных предприятий /Современные тенденции развития науки и технологий,2015.-Т.6.-№2.-с. 96 – 99.
31. Соловьева Н.Ф. Жидкие удобрения и современные методы их применения: научное издание. –М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010. – 76 с.
32. Суворов С.А. Обоснование конструктивно-режимных параметров смесителя для приготовления жидких органоминеральных удобрений / диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук // Барнаул, 2017. – 175 с.
33. Шалавина Е.А. Повышение эффективности переработки свиного навоза путем оптимизации технологических процессов и формирования адаптивных технологий / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук // Санкт-Петербург, 2015. – 152 c.
34. Форстер К.Ф. Экологическая биотехнология / К.Ф. Форстер, А.А. Вейза // Л.:Химия. Ленингр.отд., 2003. – 397 с.
35. Хасанова М.В. Автоматизация технологического процесса сбраживания биоотходов для максимального выхода биогаза / М.В. Хасанова // Вестник современной науки, 2016. - № 4. – c. 49 – 51.
36. Хитрова В.И. Сравнительная оценка эффективности гуминовых удобрений в технологии возделывания яровой пшеницы в условиях Нечерноземной зоны России / диссертация на соискание ученой степени кандидата сельско-хозяйственных работ// Кострома, 2012 . - 220 с.
37. Чекалкин А. Автоматизация процесса анаэробного сбраживания органических отходов / А.Чекалкин, C. Мокрушин // Автоматизация и производство, 2012. №1. – с. 36-37.
38. Чернышев А.А. Совершенствование биогазовых установок для производства удобрений из навоза КРС / диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук // Москва, 2004. – 190с.
39. Яблочников Е.И. Автоматизация технологической подготовки в приборостроении. Учебное пособие / Спб.:СпбГИТМО (ТУ), 2002. – 92 с.