Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ состояния проблемы. цель и задачи исследования 11
1.1. Проблемы механизации и автоматизации в животноводстве 11
1.2. Анализ существующих методов и технических средств контроля и управления доением 22
1.3. Анализ методов и технических средств контроля и управления кормлением концентратами и поения животных 29
1.4. Обзор систем идентификации, выделения из потока, опреде
ления местонахождения и выявления половой охоты животных 42
1.5. Обзор современных систем управления и роботизации технологических процессов в животноводстве 59
1.6. Предпосылки создания программно-технического комплекса контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных 76
1.7. Цель и задачи исследования 78
Выводы по первой главе 79
ГЛАВА 2. Математические модели технологических процессов индивидуального обслуживания животных на молочных фермах 82
2.1. Математическая модель биотехнической системы «животное-техника-оператор» 82
2.2. Математическая модель индивидуального учета надоев молока 88
2.3. Математическая модель индивидуального порционного дозирования сухих концентратов 104
2.4. Математическая модель дистанционного определения трехмерных координат местонахождения, двигательной активности и половой охоты животных 116
Выводы по второй главе 135
ГЛАВА 3. Разработка методик и установок для проведения экспериментальных исследований 136
3.1. Методика и установка для проведения исследований системы учета индивидуальных надоев молока 136
3.2. Методика и установка для проведения исследований по порционному дозированию сухих концентратов 143
3.3. Методика и установка для определения трехмерных координат и выявления половой охоты животных 146
3.4. Юстировка радиотехнической системы 148
Выводы по третьей главе 151
ГЛАВА 4. Технические средства контроля и управле ния индивидуальным обслуживанием животных 153
4.1. Технические средства учета индивидуальных надоев молока и управления процессом доения 153
4.2. Технические средства для автоматизированного дозирования сухих концентратов 168
4.3. Универсальные электронные весы 179
4.4. Технические средства определения трехмерных координат местонахождения животных, их двигательной активности и выявления половой охоты 182
4.5. Программно-технический комплекс контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных... 195
Выводы по четвертой главе 200
ГЛАВА 5. Результаты экспериментальных исследова ний технических средств контроля и управления индивидуальным обслуживанием животных 202
5.1. Результаты исследований учета индивидуальных надоев молока 202
5.2. Результаты исследований порционного дозирования сухих концентратов 213
5.3. Результаты экспериментальных исследований определения местонахождения и выявления половой охоты коров 227
5.4. Экспериментальные исследования универсальных электронных весов для взвешивания животных 233
5.5. Результаты испытаний программно-технического комплекса для контроля и управления технологическими процессами 233
Выводы по пятой главе 241
ГЛАВА 6. Технико-экономические показатели применения технических средств индивидуального обслуживания животных 242
6.1. Оценка технико-экономических показателей применения технических средств индивидуального обслуживания животных 242
6.2. Пути совершенствования систем контроля и управления индивидуальным обслуживанием животных 247
Выводы по шестой главе 249
Основные результаты и выводы 250
Литература 252
Приложения 276
- Проблемы механизации и автоматизации в животноводстве
- Математическая модель биотехнической системы «животное-техника-оператор»
- Методика и установка для проведения исследований системы учета индивидуальных надоев молока
- Технические средства учета индивидуальных надоев молока и управления процессом доения
Введение к работе
Животноводство - наиболее сложная и трудоемкая область сельскохозяйственного производства. В последнее время для повышения эффективности выполнения основных технологических операций все большее применение находят интенсивные технологии в животноводстве, где важнейшими процессами являются машинное доение, приготовление и раздача кормов и обработка молочной продукции, на которые приходится до 60% всех трудозатрат. Машинное доение сельскохозяйственных животных сформировалось в приоритетную научную проблему по следующим основным четырем направлениям: интенсивные технологии, механизация, автоматизация, физиологические аспекты доения и обработка молока. Наряду с созданием интенсивных технологий в животноводстве важное место занимает автоматизация технологических процессов. Учитывая, что доля валовой продукции животноводства составляет свыше 54% в сельском хозяйстве, то основным источником получения денежных средств хозяйств становится молочная продукция. Известно, что внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) в животноводстве позволяет повысить производительность труда в 1,2...2 раза, снизить энергозатраты на 30...40%, увеличить продуктивность животных до 20%, существенно улучшить условия труда животноводов.
На 2004 год Россия уступает развитым за рубежом фирмам по уровню трудоемкости производства основных продуктов животноводства в 6...15 раз, по энергоемкости технических средств в животноводстве в 2,5...3 раза. Затраты кормов на одну голову животного больше в 1,5...2 раза. При таких показателях невозможно противостоять широкой интервенции продукции животноводства зарубежных стран на российском рынке. Кардинальная перестройка технологий и техническое перевооружение ферм на основе совершенной техники, в т.ч. зарубежной, а также средств автоматизации позволит снизить затраты труда, энергии, кормов и других ресурсов. Рост эф-
фективности животноводства и достижение конкурентоспособности национальной продукции животноводства возможно путем создания оптимальных условий содержания животных и повышения их продуктивности. Следует иметь ввиду, что автоматизация животноводства наиболее эффективна на животноводческих комплексах, но внедрение автоматизированных систем управления требует существенных капитальных вложений, составляющих до 40% всех капитальных вложений этих комплексов. Для мелких и средних фермерских товаропроизводителей, для которых текущие доходы являются главным источником существования, внедрение сложных систем управления малоперспективно. Для фермеров применимы локальные автоматизированные системы с применением дешевого наемного рабочего труда.
Структурные преобразования в сельском хозяйстве последних лет, резкое сокращение материально-технической базы, финансовых ресурсов привели к невостребованности большинства разработок в области автоматизации животноводства. Нынешнее сельское хозяйство в стране оказалось неспособно к использованию наукоемких разработок, в том числе и автоматизированных систем управления. Ряд отечественных животноводческих и фермерских хозяйств вынуждены пользоваться зарубежной рекламой иностранных экспортеров и приобретать случайное разрекламируемое зарубежное оборудование, которое не всегда успешно эксплуатируется в специфических условиях ведения отечественного сельскохозяйственного производства.
Анализ отечественного и зарубежного опыта развития животноводства показывает, что от рациональной оснащенности ферм современными техническими средствами контроля и управления технологическими процессами зависит уровень реализации биологического потенциала каждого животного, определяемый максимальным производством молока при минимальных затратах кормов, энергии и труда.
В принятых Россельхозакадемией направлениях развития механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства на период до 2010 года отмечено, что для животноводства развитие техники и технологий должно идти на основе создания принципиально новой инженерной базы. При этом, одной из важнейших задач повышения эффективности молочного животноводства является увеличение до 22% удельного веса доения коров в залах на автоматизированных установках, оборудованных средствами управления и индивидуального учета молока, а также манипуляторами доения при нормированной выдаче комбикормов, определяемой индивидуальными показателями животных.
Существующие методы и технические средства реализации таких задач не достаточно эффективны и не отвечают современным требованиям. Поэтому разработка и совершенствование методов, алгоритмов, систем контроля и управления технологическими процессами обслуживания животных с учетом их индивидуальных особенностей является актуальной и практически значимой проблемой сегодняшнего дня.
Проведенные в работе исследования выполнены в соответствии с решениями научной сессии Россельхозакадемии по направлениям механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства на период до 2010 года, а также планами НИР ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.
Целью работы является разработка методов и технических средств контроля и управления технологическими процессами в молочном животноводстве, обеспечивающих повышение уровня реализации биологического потенциала животных.
Для достижения этой цели определены следующие задачи исследования.
Анализ научных предпосылок и тенденций развития технологий, методов и технических средств индивидуального обслуживания животных на молочных фермах и комплексах.
Разработка математической модели биотехнической системы «животное - техника — оператор», учитывающей необходимость индивидуального обслуживания животного и применение прецизионных (высокоточных) технологий.
Разработка метода и математической модели учета индивидуальных надоев молока, обеспечивающих повышение точности измерения.
Разработка метода и математической модели индивидуального порционного дозирования сухих концентратов, обеспечивающих контроль количества съеденного корма и автоматизированную его выдачу по мере съедания животным. 2*
Разработка метода и математической модели дистанционного определения трехмерных координат местонахождения животных, обеспечи- г вающих непрерывное наблюдение (мониторинг) с контролем двигательной активности (половой охоты), необходимых для управления стадом, оптимизации воспроизводства и организации индивидуального обслуживания коров на основе компьютеризированных технологий.
6. Разработка и производственная проверка технических средств кон
троля и управления технологическими процессами индивидуального об
служивания животных, а также оценка экономической эффективности
применения созданных технических средств.
Объект исследования. Технологии и технические средства контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных на молочных фермах.
Предмет исследования. Методы и математические модели для контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных.
Методы исследования. Решение поставленных задач проведено с использованием системного и математического анализа, математической статистики, дифференциального и интегрального исчислений, математического моделирования, программирования с применением средств микропроцессорной и компьютерной техники.
Научная новизна. Выполненные исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов, заключающихся в разработке:
- усовершенствованной математической модели биотехнической системы
«животное - техника - оператор», учитывающей необходимость индивиду
ального обслуживания животного и применение прецизионных технологий
и технических средств;
- метода и математической модели учета индивидуальных надоев моло
ка, обеспечивающих повышение точности измерения и устанавливающих
зависимости параметров датчика от интенсивности молокоотдачи, состава
молоковоздушной смеси и колебаний вакуума;
метода и математической модели индивидуальной порционной выдачи сухих концентратов, обеспечивающих контроль количества съеденного корма и устанавливающих зависимости размеров порций и параметров весового дозатора от скорости поедания корма животным;
метода и математической модели дистанционного определения трехмерных координат местонахождения животных, обеспечивающих непрерывный мониторинг с контролем двигательной активности (половой охоты), необходимых для управления стадом, оптимизации воспроизводства и организации индивидуального обслуживания коров, основанного на компьютеризированных технологиях;
- программно - технического комплекса, позволяющего системно использовать разработанные технические средства для контроля и управления технологическими процессами на молочных фермах различных типов и размеров.
Новизна разработанных методов, технических средств и программы для ЭВМ подтверждена авторскими свидетельствами, патентами и свидетельством РФ об официальной регистрации.
Практическая ценность работы. Разработан программно - технический комплекс и новые технические средства индивидуального обслуживания животных, которые на основе улучшенных метрологических характеристик (учет индивидуальных надоев) и новых возможностей (контроль количества съеденного корма, определение местонахождения, двигательной активности и половой охоты) обеспечивают повышение эффективности выполнения технологических процессов на молочных фермах.
Реализация результатов исследований. Для реализации предложенных методов и математических моделей разработаны и прошли производственную проверку технические средства: система учета индивидуальных надоев молока, автоматизированный порционный дозатор сухих концентратов, комплект средств дистанционного определения местонахождения животных и выявления половой охоты, универсальные электронные весы для взвешивания животных, а также программно-технический комплекс контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных.
Результаты проведенных исследований внедрены в производство, используются в научно-исследовательских институтах, машинно-испытательных станциях и ряде хозяйств. Разработанные учебно-методические пособия и учебно-исследовательский стенд, используются в учебном процессе РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, МГАУ им. В.П. Го-рячкина, РГАЗУ, Великолукской ГСХА и др. Результаты исследований, испытаний разработанных технических средств, использования основных положений и выводов исследования подтверждены соответствующими документами, приведенными в приложении к работе.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- математическая модель биотехнической системы «животное - тех
ника - оператор»;
математические модели индивидуального учета надоев молока и порционного весового дозирования сухих концентратов;
математическая модель и метод дистанционного определения трехмерных координат местонахождения коров и выявления их половой охоты;
технические средства и программно - технический комплекс для контроля и управления технологическими процессами доения, индивидуального кормления, определения местонахождения и выявления половой охоты животных на молочных фермах.
Проблемы механизации и автоматизации в животноводстве
Концептуальные положения и научные основы механизации молочного животноводства разработали известные ученые: И.К. Винников, А.И. Зеленцов, Л.П. Карташов, В.И. Квашенников, Э.А. Келпис, В.В. Кирсанов, В.Г. Коба, Л.П. Кормановский, В.Ф. Королев, И.Н. Краснов, СВ. Мельников, Н.М. Морозов, Д.Н. Мурусидзе, A.M. Мусин, П.И. Огородников, Н.А. Петухов, Н.П. Проничев, Е.И. Резник, В.К. Скоркин, В.И. Сыроватка, В.А. Сысуев, И.К. Текучев, В.Ф. Ужик, Ю.А. Цой., В.В. Шевцов, D. Ordolf, W. Whittelstone, J. Wehowski и другие. Значительный вклад в развитие электротехнологии, автоматизации сельскохозяйственного производства и, в частности, технологических процессов животноводства внесли: И.Ф. Бородин, А.И. Викторов, Е.А. Воронин, В.А. Дриго, В.Р. Краусп, Ю.П. Секанов. В.Т. Сергованцев, P.M. Славин, Д.С. Огребков, Ю.А. Судник, Ю.Н. Ульянцев, А.И. Учеваткин, П.В. Федоров, А.В. Шавров, В.Д. Шеповалов, D. Armstong, F. Colddmith, D., Jahode, V. Hetinga и др.
Широкие исследования по совершенствованию механизированных технологий, созданию технических средств и автоматизированных систем управления в животноводстве проведены в ВИЭСХ, ВНИИМЖ, ВНИИ-КОМЖ, ВИЖ, С-ЗНИИМЭСХ, Белгородской ГСХА, Вятской ГСХА, МГАУ им. В.П. Горячкина, Оренбургском ГАУ, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, Санкт - Петербургском ГАУ, ПО «Кургансельмаш» и др..
Значительный вклад в области совершенствования технологий и систем управления обслуживанием животных на молочных фермах внесли зарубежные фирмы «DeLaval» (Швеция), «Westfalia Surge» (Германия), «Gascoigne Melotte» (Нидерланды), «Bou-Matic» (США), «Fullwood» (Великобритания), «Strangko» (Дания), «Milklein» (Италия) и др.
Анализ отечественных и зарубежных исследований в области молочного животноводства показывает, что в настоящее время кардинальным его направлением является создание новых и совершенствование существующих технологий и технических средств контроля и управления индивидуальным обслуживанием животных с целью достижения максимального уровня реализации их биологического потенциала. Современные зарубежные системы обслуживания животных основаны на применении прецизионных технологий и содержат подсистемы (идентификации, управления доением, индивидуального учета надоев молока и дифференцированного кормления, определения двигательной активности, электронного взвешивания), объединенные в компьютерную систему управления стадом.
Отечественные исследования и разработки в этой области (автоматизированная доильная установка УДА-Ф-70) недостаточно эффективны, не отвечают требованиям сегодняшнего дня и имеют ограниченное применение. Зарубежные системы контроля и управления технологическими процессами в молочном животноводстве имеют высокую стоимость и не учитывают специфику отечественного сельскохозяйственного производства, отличающегося существенным различием в уровнях рентабельности хозяйств, продуктивности коров по стаду, механизации, обеспеченности квалифицированным обслуживающим персоналом и т.д.
В связи с этим важно обеспечить животноводство техническими средствами, системами индивидуального контроля и управления, адаптированными к современным молочным фермам, комплексам и условиям производства молока. С принятием концепции РАСХН о целесообразности массового перехода на беспривязное содержание (с целью повышения рентабельности производства молока), разработка эффективных методов и технических средств контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных приобретает особую актуальность и практическую значимость [126, 129, 139, 144, 1459, 150].
Для этого, по нашему мнению, необходимо выполнение двух условий. Первое - обеспечить решение задач контроля и управления биотехнической системой (БТС) производства молока, включающей подсистемы «животное - техника - оператор - среда». Второе условие - учитывать различия в уровнях технологических и технических решений, специфику хозяйств, намечаемые темпы роста производства молока и т.д. Это предполагает обеспечение ферм отдельными техническими подсистемами и наращивание ими до создания компьютерной системы управления стадом [20, 22,23,34,42,106,193,201].
Классификация и анализ выполненных работ показал, что решены ряд фундаментальных задач по основным научным направлениям механизации и автоматизации в животноводстве, определены основные наиболее эффективные технологии производства молока.
Установлено, что при высоком уровне механизации технологических процессов и достаточно высоких надоях на эффективность производства молока в значительной мере влияют биологические различия отдельных животных. Изучение особенностей животных, а также факторов, оказывающих влияние на их продуктивность, привело к созданию ряда технико-технологических решений. Во-первых, животные формируются в группы с выровненными биологическими показателями (главным образом, по-продуктивности) [45, 104, 132, 143, 182, 183, 184, 185, 187, 186, 194, 196, 202, 203, 204, 205]. При этом приготовление и выдача полнорационных кормосмесей осуществляется с использованием смесителей - кормораздатчиков (миксеров). Однако на практике, из-за большого разброса продуктивности животных довольно сложно сформировать из них такие группы, что ограничивает применение таких решений [188, 192, 206].
Математическая модель биотехнической системы «животное-техника-оператор»
Разработка модели биотехнической системы проведена на основе анализа работ Карташова Л.П.[ 100,103], Мусина A.M. [148,149] по моделированию биотехнических систем, Морозова Н.М., Текучева М.С. [145], Гатау-лина A.M., Куценко А.И. [35] и др. по моделированию производства на животноводческих предприятиях. Ее целью является установление параметров контроля и управления технологическими процессами на основе индивидуальных показателей животных.
В молочном животноводстве степень использования потенциала биотехнической системы БТС определяется показателем БТС который зависит от реализации потенциала всех составляющих ее элементов FETC f(XM, Y0,Vm,Wc), где Хж ,Y0,Vm W с - обобщенные показатели реализации потенциала животного, оператора, техники и технологии, среды обитания, соответственно. Для оценки реализации биопотенциала животного целесообразно брать весь продуктивный период жизни, т.е. рассматривать Хж=ка /Ve-ff/He-f/Te, где кп - приведенный коэффициент, ІРи We, // и Нб,1и Те -фактические и биологические потенциальный удой, воспроизведенное потомство, продуктивный период животного, соответственно. В свою очередь, составляющие БТС элементы являются функцией влияющих на них факторов. Так для Хж можно записать Хж —fl fab 2, Хз, Х4, Хз, Хв, Xj), где х — параметры функции, характеризующие xj - породу, Х2 - генетический потенциал, Хз - качество кормов, х4 - здоровье, х$ - воспроизводству; - возраст, x-j- случайные воздействия, соответственно. Показатель реализации потенциала оператора У о =fi (Уь уд, где ; и у2- параметры функции, характеризующие, соответственно, производительность оператора и качество выполняемых работ. Показатель реализации технико-технологического потенциала Vm =f3 (Vh V2, V3, V4, V5) V6, V7) V8, Vg, VW, VU, V 12 V]3), где v- параметры функции, характеризующие v\ - кормоприготовление,У2- кормораздачу, v3 — доение, v4- поение, vjмикроклимат, v j— осеменение, v7- взвешивание; v$ - технологию содержания, vg - навозоудаление, v10 - планировочные решения, УЦ - энергоресурсы, vn -оборудование для содержания, vj3 — вид напольного покрытия, соответственно.
Показатель реализации потенциала среды обитания Wc =f4 (wj, W2), где W] и W2 — параметры функции, характеризующие, соответственно, микроклимат в помещении и экологические факторы. Наиболее полная реализация биологического потенциала животных при минимизации затрат может быть представлена в виде функции F (z) = Fj(x) + F2(y) + F3(v) + F4(w), (2.1) где z =(x,y,v,w)- совокупность параметров контроля и управления технологическими процессами; F](x), F2(y), F3(v), F4(w) - соответствующие функции эффективности использования поголовья животных; производительность и качество работы оператора; использования технологического оборудования и применяемых технических средств; выполнение требований к среде обитания и производственным условиям.
Функция Fj(x) описывается нижеследующими выражениями Р 0 ) =p(j,0) + J pO,t) dt, (2.2) - живая массау-го животного в t-й момент времени, p(j, 0) — начальная живая масса; cp(j,t)=dp(j,t)/dt - прирост живой массыу-го животного в t-й момент времени; Jos)=« +ppQ,t) + yW.tj+J y/o,t)+m;t) (2.3) - потребности у -го животного в /-м питательном веществе в t-й момент вре мени, где а - коэффициент, характеризующий начальное состояние, /? , у\ d, Xі - коэффициенты, учитывающие увеличение на 1 кг соответственно живой массы p(j,t), прироста живой массы q (j,t), надой y/(/,t) оту-го животного в t-й момент времени и увеличение живой массы животного (j,t), обуславливаемого наличием плода.
Методика и установка для проведения исследований системы учета индивидуальных надоев молока
Учет молока является важным звеном технологии индивидуального обслуживания животных. Низкая точность, сложность, недостаточная надежность существующих средств учета надоев молока вызвана их несовершенством, а также нерешенностью многих методологических вопросов, определяющих и лежащих в основе разработки алгоритмов управления. С другой стороны, необходимо совершенствование существующих методик, учитывающих применение автоматизированных систем, создаваемых на базе микропроцессорной техники. При этом одним из важнейших аспектов является разработка способов коррекции погрешностей учета надоев молока в зависимости от скорости молокоотдачи и технических характеристик счетчиков молока.
В работе [111] показано, что процесс преобразования случайного потока молока носит характер импульсной модуляции с чередованием импульсов и пауз, определяющихся пропускной способностью участка: доильные стаканы-молокопровод. Очевидно, что при совершенствовании методики требуются учитывать принципы импульсной техники применяемой в электронной технике.
Для индивидуального учета надоев молока необходимо измерять продолжительность пауз между импульсами от счетчика молока, мгновенную амплитуду интенсивности молокоотдачи каждого цикла доения, а также определять фактические средние значения с учетом коррекции по сумме отдельных порций молока от каждой коровы. 137 Учет молока для ковшовых датчиков [100, ПО] рассчитывается по формуле. nz, Q =у мт(\ + ) при интенсивности ( 3 л/мин) \S0xcoz0tnl и эмпирической зависимости V Q2 = YJ Vp (2,6 + — + 2,9) при интенсивности 3 л/мин , где Q, и Q2- суммарное количество молока, л; Мпм - масса элементарной порции молока в ковше ( 0,1 кг); п - количество импульсов; z0 = 30 - угол наклона ковша в исходном положении; й)2о - средняя угловая скорость вращения ковша, соответствующая углу z0, рад/с; tnj - продолжительность (пауза) заполнения ковша молоком на величину МПм в і —ом цикле, с.
На основе этих формализованных алгоритмов нами разработана методика, с помощью которой определяются статистические характеристики параметров импульсной модуляции потока молока.
Сущность методики состоит в автоматизированном определении параметров импульсной модуляции: скорости изменения амплитуды и частоты импульсов, показателя инерции счетчика молока. Вычисление параметров производится на микро ЭВМ [189] по разработанным алгоритмам и программам.
Методика позволяет определить интенсивность молокоотдачи в реальном масштабе времени с возможностью коррекции результатов исследований в лабораторных и натурных условиях.
Методика исследований ковшового датчика индивидуальных надоев молока отличается тем, что позволяет учитывать влияние характера образования и истечения молоковоздушной смеси из успокоительной в измерительную камеру и влияние параметров успокоительной камеры на колебания вакуума при доении. Методика реализуется посредством специального стенда, с использованием микропроцессорного диагностического прибора «Пульсотест - Синхро1,2» (фирмы «Westfalia Surge»), подключаемого к персональному компьютеру для документирования параметров и кривых переходных процессов, с учетом стандарта ISO 5707/6690 (1996г.).
При проведении экспериментальных исследований проводится градуировка, подсчет основной и дополнительной погрешностей ковшового датчика надоев молока, вычисляется коэффициент корректировки показаний датчика. Следует учесть, что проведение градуировки и подсчет погрешностей измерения системы учета надоев молока и получение номинальной функции преобразования датчиков является обязательной процедурой при завершении работ при сдаче в эксплуатацию автоматизированной системы учета надоев молока. При эксплуатации измерительных систем проведение таких работ связано с необходимостью поверки измерительных приборов (как правило, раз в год), а также в нештатных ситуациях: при замене датчиков или после их ремонта. Понятно, что если эти работы не будут проводиться, то погрешности измерительных средств окажутся столь большими, что эффективность работы измерительной системы будет сведена на нет. Все датчики молока доильной установки требуют изначально получения своей индивидуальной градуировочной характеристики, а при настройке системы учета надоев молока в целом необходимо характеристики всех датчиков привести к одной общей характеристике с равной дискретностью отсчета. Эта задача может быть решена двумя способами.
Технические средства учета индивидуальных надоев молока и управления процессом доения
Модернизация действующих в хозяйствах доильных установок «Тандем», «Елочка», «Карусель» и др., их оснащение автономными средствами автоматизации, обеспечивающими учет индивидуальных надоев молока и управление процессом доения, является важным резервом повышения эффективности их работы. Для этой цели разработаны ряд технических средств и систем управления процессом доения.
Условия эксплуатации на фермах, высокая влажность воздуха, пары аммиака от навоза и широкий диапазон температур оказывают крайне неблагоприятное воздействие на работу электронной аппаратуры. Более чем десятилетний опыт работы пневмоавтоматики в условиях ферм показал их высокую надежность, безопасность для животных и обслуживающего персонала, а также простоту в обслуживании.
Выпускаемая элементная база - Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА) и Комплекс элементов и модулей пневмоавтоматики (КЭМП) - позволяет строить любые управляющие устройства и напрямую сопрягается с пневматическими исполнительными механизмами [47, 105].
Автоматизированный пост доения [53,54,81] обеспечивает автоматическое включение доильного аппарата при подводе доильных стаканов к вымени животного, автоматическое проведение додоя -оттягивание стаканов, массаж вымени (подъем стаканов), автоматическое отключение доильных аппаратов и возврат стаканов в исходное положение в конце доения, представление результатов измерений индивидуального надоя молока на цифровых индикаторах с погрешностью не более 2,5%. Схема разработанного ковшового датчика надоев [158] с пневматическим выходным сигналом показана на рис. 4.1.
Схема датчика надоев молока ковшового типа с пневматическим выходным сигналом. 1 - сливной патрубок, 2 - корпус, 3 - упор (эксцентрик), 4 - ось поворота ковша, 5 - ковш, 6- постоянный магнит, 7 - успокоительная камера, 8-входной патрубок, 9 - постоянный магнит, 10 - мембранный блок, 11-магнитоуправляемый пневматический клапан, 12 - счетчик импульсов, 13 - пневмореле, 14 - питание сжатого воздуха, 15,17 - пневмодроссели, 16 -пневмоемкость.
Принцип действия основан на формировании пневматических импульсов магнитоуправляемым клапаном 11 от воздействия магнита 6 при повороте ковша. Пневматический импульс, соответствующий 100 гр. молока направляется на счетчик пневматических импульсов 12. Датчик с пневматическим выходным сигналом (140 кПа) предназначен для работы в локальных системах индивидуального учета надоев молока, а также в системах управления процессом доения, оснащенных разработанным пневматическим контроллером.
Комплект средств автоматизации (рис. 4.2.) автономного поста доения [53, 54] содержит датчик надоев молока 1 с клапаном 2 включения доильного аппарата, манипулятор 6, пневматический контроллер 15, счетчик импульсов 16, резервную кнопку 17 для экстренного отключения доильного аппарата. Манипулятор доения представляет собой трехзвенный механизм и работает на сжатом воздухе. Рычаг 4 поворачивается пневмоцилиндром 14 относительно оси 3, рычаг 13 свободно поворачивается в оси 5, а рычаг 8 вместе с доильными стаканами 9 поворачивается в оси 7 пневмоцилиндром 12, который имеет пневматический выключатель 11. Флажок 10 установлен на штоке.
Алгоритм управления контроллера обеспечивает выполнение одной из четырех технологических операций: надевание доильных стаканов, нормальное доение, додаивание, отключение и вывод доильного стакана из-под животного.
