Способ управления процессом навозоудаления в животноводческом помещении и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области промышленного животноводства. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и точности управления. Изобретение позволяет повысить эффективность навозоудаления за счет управления влагосодержанием навозной массы. Изобретение предусматривает измерение его расхода воды в помещении расходомером 8 и интегратором 9. По расходу корма на один цикл кормления с учетом его влажности и привесов животных определяют требуемый расход воды на промежутке между кормлениями с помощью блока 11. Регулирование подачи воды в канале ведут по сигналу рассогласования между общим расходом, определяемым интегратором 9, и требуемым от блока 11. Регулирование осуществляют посредством регулятора расхода 10. 2 с.п. ф-лы, 3 з.п. ф-лы. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

„„SU;„, 1588339, А1 (51)5 А 01 g 1/01 (21) 4275508/30-15

:(22) 26.05.87

/(46) 30.08.90. Бюл. № 32

-(71) Научно-исследовательский- и проектнотехнологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства Нечерноземной зоны РСФСР

1 (72) И. М. Михайленко и В. В. Гордеев (53) 636.022.088:631.220.18 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 791350, кл. A 01 К )/Ol 1979.

Авторское свидетельство СССР № 843879, кл. А Ol К l/01, 1979.

2 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕС

СОМ НАВОЗОУДАЛЕНИЯ В ЖИВОТНОВОДЧЕСКОМ ПОМЕШЕНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к сельскому . хозяйству, к области промышленного животноводчества. Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежйости и точности управления. Изобретение позволяет повысить эффективность навозоудаления за счет. управления влагосодержанием навозной массы. Изобретение предусматривает Измерение, . расхода воды в помещении расходомером

8 и интегратором 9. По расходу корма на б в

1588339

Gò=1931 кг. в=1931 — 1100=831 кг. (2) 6пр — — 6от — 0 и сухого вещества (3) тк — ту — m=0, 35 (4) Gnp = Gê + 6ем + Gý. (5) 6см + бэ = Gк — бк, один цикл кормления с учетом его влажности и привесов животных определяют требуемый расход воды на промежутке между кормлениями с помощью блока 11. Регулирование подачи воды в канале ведут по

Изобретение относится к сельскому хо зяйству, а именно к животноводству на промышленной основе.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и точности управления путем сокращения расхода воды, подаваемой из напорного трубопровода.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — блок-схема регулирующего блока; на фиг. 3 — блок-схема блока ввода данных; на фиг. 4 — блок-схема вычислительного блока; на фиг, 5 — блок- э0 схема программного блока.

Способ управления процессом навозоудаления содержит измерение влажности навозной массы, подачу требуемого расхода воды в навозный канал из напорного трубопровода, регулирование подачи воды из напорного трубопровода с учетом величины сигнала рассогласования, удаление навозной массы из канала самотеком.

Суммарный расход воды, поступающей в животноводческое помещение, измеряют в интервале времени между кормлениями.

Требуемый расход воды определяют по формуле

0 = — (М вЂ” (! — а) П)+аПм 100 — W

100 — ж / — —.М, 100 (1) где 6т — требуемый расход;

W — влажность норма;

П вЂ” суммарные привесы животных на интервале между кормлениями; 40 а — влагосодержание привесов;

М вЂ” масса корма во время кормления; со — заданная оптимальная влажность экскрементов.

Сигнал рассогласования формируют между суммарным и требуемым расходами

45 воды с последующей корректировкой величины подачи воды в навозный канал до момента совпадения требуемого и суммарного расходов.

Пример реализации способа для свинарника по откорму 600 голов молодняка на третьем месяце откорма.

Вводимые данные: ожидаемый привес П=-0,65X600=390 кг; влагосодержание привесов а=0,62; масса корма М=6,3р, 600=3780 кг; относительная влажность корма W=

85об . требуемая относительная влажность навозной массы а=90Я. сигналу рассогласования между общим расходом, определяемым интегратором 9, и требуемым от блока 11. Регулирование осуществляют посредством регулятора расхода 10.

2 с.п. ф-лы, 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Измеряют суммарный расход воды, поступающей в помещение на интервале времени между предыдущим и текущим кормлением (например, G=1100 кг) .

Определяют требуемый расход воды по формуле (1):

Определяют сигнал рассогласования е= 6т — 6:

Указанное количество воды добавляется при включении смывной системы.

Если измеренный расход G больше требуемого расхода 6.=1931 кг, то на текущем интервале времени между кормлениями смывная система не включается совсем.

Расчетная формула для определения требуемого расхода воды основана на уравнениях баланса влаги где 6к — общий приток влаги в помещении;

6- — отток влаги из помещения; тк — масса сухого вещества в кормах; т> — доля сухого вещества, усваиваемая в привесах;

m — то же в навозной массе.

В общий приток влаги Gap входят три компоненты — влага кормов Gê, смывная вода

6. и жидкая фаза экскрементов животных бэ.

Без учета вентиляционных потерь основной компонентой оттока влаги из помещения является влага навозной массы, т.е.

6,=6 .

Баланс влаги (2) обеспечивается путем изменения расхода смывной влаги

6.м при условии равенства относительной влажности навозной массы известному оптимальному значению ы.

Представим уравнение баланса влаги (2) с учетом (4):

1588339 (6) Go = GcM + бпт, (7) бт — бн ((1) ) — бк+ Gyc и= —" 100 o;

6» (т)) ) +т (9) G0(ю)= .т, (10) ту.= (1 — а) П. (12) бус=аП. (l3) Gê= — .М.

100 (14) Х

100 (15) учтем в обеих частях расход влаги, усваиваемой в привесах животных Gyc.. бсм+бпт= G, — бп+ Gyc, где 6-=С.+G — расход питьевой воды, представляющий сумму жидкой фазы экскрементов и усваиваемой влаги в привесах.

В левой части (6) имеет общий расход воды, измеряемый расходомером в трубопроводе, т.е.

Этот расход должен выбираться из условия баланса и равенства относительной влажности требуемому значению а, т.е.

Расход влаги в навозной массе 6„(ь) определяется из общего выражения для относительной влажности а для сухого вещества в навозной массе т определяется по общей массе корма М с учетом усвоения его в привесах: т — — (M — mv )..

100 — W (11)

При этом для усваиваемого сухого вещества

myc может быть определена через величину ожидаемых привесов П и их влагосодержание (2):

Таким же образом определяется и усваиваемая в привесах влага:

Наконец, влага, поступающая с кормами, определяется через их относительную влажность:

Окончательно, подставляя все компоненты в (1), получим выражение для требуемого общего расхода воды: а — —— — 00 " (M (1 a)11)

ХМ+аП.

Устройство управления процессом навозоудаления (фиг. 1) содержит систему навозоудаления, состоящую из навозного канала 1 и сборного коллектора 2. Канал I nepe5

55 крыт сверху решетчатым полом 3, под которым установлена смывная линия 4, подключенная через запорно-регулирующий узел 5 к общему водопроводу 6 животноводческого помещения.

К водопроводу 6, кроме того, подключены автопоилки 7, на нем установлен тахометрический расходомер 8, оборудованный импульс ным преобр а зов ателем электрического с игнала.

Расходомер 8 подключен к первому входу интегратора 9, выход которого подключен к второму входу регулятора расхода 10. К перводу входу регулятора 10 подключен первый выход блока 1 определения требуемого расхода воды, второй выход которого соединен с вторым входом интегратора 9.

Регулятор 10 расхода содержит блок 12 сравнения, входы которого являются входами регулятора, а выход связан с регулирующим блоком 13, блок 4 временной задержки, выходы которых соединены, соответственно, с сигнальным и управляющим входом ключевого элемента 15. Выход ключевого элемента 15 соединен с исполнительным механизмом запорно-регулирующего узла 5.

Блок 1 определения требуемого расхода содержит блок 16 ввода данных, соединенный с вычислительным блоком 17, а также программный блок !8, соединенный выходом с пусковыми входами интегратора 9 и блока 16 данных, а вход блока 18 подключен к выходу регулирующего блока !

3 регулятора 10 расхода.

Интегратор 9 выполнен по схеме импульсного интегрирования аналогового сигнала и представляет собой счетчик, пусковой вход которого соединен с выходом программного блока 18, а счетный вход — с импульсным преобразователем расходомера 8.

Функцией интегратора 9 является определение общей массы воды, расходуемой через трубопровод 6, которое реализуется интегрированием сигнала расходомера 8.

Ключевой элемент 15 может быть выполнен на серийных тиристорных преобразователях. Блок !4 временной задержки представляет собой таймер микропроцессоров.

Регулирующий блок !3 (фиг. 2) состоит из входного формирователя 19 сигнала, выполненного на основе триггера, выход которого соединен с одним из входов логического элемента И 20. На второй вход логического элемента И 20 подается опорный сигнал «+1».

При поступлении на вход триггера 19 положительного кодового сигнала блока 12 сравнения он остается в начальном устойчивом состоянии, что соответствует нулевому сигналу на его выходе. При поступлении на вход триггера 19 отрицательного сигнала, что соответствует влажности навозной массы, меньшей заданного значения, 1588339 он переводится в возбужденное состояние на его выходе появляется сигнал «+1», который поступает на логический элемент . 0. При поступлении на вход логического

)лемента 20 единичного сигнала триггера 19 а его выходе формируется собственный едичичный сигнал, являющийся управляющим и поступающим на вход ключевого элеменГа 15.

Блок 16 ввода данных состоит из пяти динаковых пультовых резисторных задатчиов 21 — 25, подключенных к мультивибраорам 26 — 30. Пусковые входы мультивибаторов 26 — 30 соединены с выходом тайера 31, выходы — со счетными входами правляемых счетчиков 32 — 36. Управляюие входы счетчиков 32 — 36 соединены с выодом программного блока 18., ГГ!калы пульовых задатчиков 21 — 25 отградуированы в оответствующих единицах массы корма М. лажности корма W, привесов животных Г1, лагосодержания привесов А, заданной влажости навозной массы ю. При установке онкретных значений величин М, Ф,П,а,со а задатчиках 21 — 25 изменяется их сопроивление, за счет чего на выходах мульти вибраторов 26 — 30 устанавливаются часготы, пропорциональные вводимым величи нам. Г!ри этом посредством таймера 31 чсрез заданныи промежуток времени мульти,вибраторы 26 — 30 останавливаются. В режи ме генерации до момента остановок им, пульсы с выходов мультивибраторов 26 — 30 поступают па счетные входы управляемых счетчиков 32 — 36 и на их выходах форми,руются коды, пропорциональные частотам, мультивибраторов 26--30. Коды заданных величин М, W, П, а, со по сигналам програм.много блока 18 заносятся в вычислительный блок 17.

Схема вычислительного блока 17 пред, ставлена на фиг. 4. Она реализует алгоритмы расчета заданного расхода по формуле (l). Он содержит первый сумматор

37, к вычитающему входу которого подключен выход блока 16 по величине А, а суммирующему — источник опорного сигнала «1». Выход первого сумматора 37 соединен с первым входом блока 38 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока !6 по величине Г1. Выход первого блока 38 умножения соединен с вычитающим входом второго сумматора 39, к суммирующему входу которого подключен выход блока 16 по величине М.

Выход второго сумматора 39 соединен с первым входом второго блока 40 умножения. Выход второго блока 40 умножения соединен с первым входом третьего сумматора 41, второй вход которого соединен с выходом третьего блока 42 умножения, к входам которого подключены выходы блока

16 по величинам А и П.

Выход третьего сумматора 41 соединен с суммирующим входом четвертого сумма5

55 тора 43, вычитающий вход которого соединен с выходом третьего блока 44 деления, к входам которого подключены выход четвертого блока 45 умножения и источник опорного сигнала «100». К входам четвертого блока 45 умножения подключены выходы блока 16 по величинам М и W.

Выход четвертого сумматора 43 является выходом всего вычислительного блока 17 и соединяется с блоком 12 сравнения. Кроме того, блок 17 содержит пятый сумматор 46, вычитающий вход которого соединен с выходом блока 16 по величине W, а суммирующий — с источником опорного сигнала

«100». Выход пятого сумматора 46 соединен с первым входом первого делителя 47, к второму входу которого подключен выход блока 6 по величине W. Выход первого делителя 47 соединен с первым входом пятого блока 48 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 16 по величине W. Выход пятого блока 48 умножения соединен с первым входом второго делителя 49, второй вход которого соединен с выходом шестого блока 50 умножения, а его выход — с вторым входом второго блока умножения. Входы шестого блока 50 умножения соединены с выходом блока 16 по величине а и источником опорного сигнала «100».

Программный блок 18 содержит таймер

51, пусковой вход которого соединен с выходом регулирующего блока 13, а выход— с блоком 52 сравнения. К блоку 52 сравнения также подключен блок 53 задания, в котором устанавливаются требуемые интервалы кормления Т. Выход блока сравнения соединен с логическим блоком 54, выполненным по схеме элемента И.

Таймер 51 запускается нулевым сигналом блока 13 и отсчитывает реальное время, код которого сравнивается в блоке 52 с кодом заданного интервала кормления Т. При равенстве кодов блоков 51 и 53 на входе блока

52 сравнения появляется нулевой сигнал, на выходе логического блока 54 — сигнал «1», который и является пусковым и поступает на пусковые входы блоков 9 и 16.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом очередного кормления в блок 16 ввода данных вводится информация о массе корма М, его влажности

W, а также данные об ожидаемых привесах животных П, их влагосодержании а и заданной влажности навозной массы о.

От момента предыдущего кормления до наступления очередного, интервал между которымм и контролируется программным блоком 18, суммарный расход воды, поступающий в животноводческое помещение на поилки 7 и для смыва при уборке помещения, измеряется тахометрическим расходомером 8. Пропорционально расходу воды изменяется скорость вращения расходомера 8 и частота следования электричес1588339

1О

Х9= (1 — а) П.

S=0, если Л - — Л „)О;

S=1, если .4 .— Л „(0, Хз=М вЂ” (1 — а) П

Х6= 100 — Ф, Х6 — 1 00 — СО, ких импульсов на выходе преобразователя (не показан). Эти импульсы подсчитываются счетчиком интегратора 9.

В момент очередного кормления программный блок 18 своим пусковым сигналом останавливает интегратор 9 и переводит данные с блока 16 ввода данных в вычислительный блок 17. При этом на выходе интегратора 9 формируется двоичный код, соответствующий суммарному расходу воды, поступившей в животноводческое помещение на интервале времени между кормлениями. Одновременно в вычислительном блоке 17 выполняется следующая последовательность операций по определению требуемого расхода воды.

При вводе с выхода блока 16 величин

В, П, а, W, в в первом сумматоре 37 вычисляется разность Xi=1 — а. Этот сигнал умножается в блоке 38 на величину П:

Сигнал блока 38 вычитается в сумматоре

39 из величины М:

Одновременно в сумматоре 46 сигнал Ф вычитается из опорного сигнала «100»; и сигнал Х6 поступает на делитель 47, где он делится:

100 — W

Хт= — .

У

Сигнал Х7 в блоке 48 умножается на величину ю:

100 — W

Х8= ОЭ.

Ж

Одновременно в блоке 50 величина в вычитается из опорного сигнала «100»: и на эту величину делится в блоке 49 сигнал Хs. со 100 — W

Х9=

100 — со l+

Сигналы сумматора 39 и датчика 49 перемножаются в блоке 40 умножения:

Х4 — — !М вЂ” (1 — а) Щ. иэ 100 — Ж

100 — (o ф

Величины а и П перемножаются в блоке 42, сигнал которого суммируется с сигналом Х4..

Xi9= — (М вЂ” (1 — а) П)+аП.

100 — W

I 00 — <в

Величины W и М перемножаются в блоке

45, сигнал которого Xi i в блоке 44 делится на

100:

Х12

Сигнал Х > в сумматоре 43 вычитается из сигнала сумматора 41 и на его выходе формируется величина требуемого расхода (ут .

Xiq G- — (М вЂ” (1 — а) Щ+, са 100 — Ф! 00 — со

+аП М.

ИЮ

На выходе выч исл ител ьно го блока 17 формируется двоичный код, соответствующий требуемому расходу G-, который подается на суммирующий вход блока 12 сравнения, на вычитаюший вход которого поступает код интегратора 9.

В случае несовпадения кодов вычислительного блока 17 и интегратора 9 на выходе блока 12 сравнения формируется разностный код, поступающий на регулирующий блок 13, функционирующий по следующему алгоритму: где S — сигнал на выходе регулирующего блока 13; А.,Л, — коды вычисл ительного блока 17 и интегратора 9.

Согласно приведенному алгоритму, сигнал «Включено» на выходе регулирующего блока 13 появляется только в случае дефицита влаги в навозной массе. В случае ес избытка сигнал блока !3 является и левым.

По истечении времени кормления, со«тавляющего 30 — 40 мин, блок 14 временной задержки вырабатывает командный импульс, поступающий на управляющий вход ключевого элемента 15, который передает сигнал

«Включено» от регулирующего блока 13 на исполнительный механизм запорно-регузируюшего узла 5, осуществляя подачу воды в канал 1 по смывной линии 4 до тех пор, пока не сравняются коды интегратора 9 и вычислительного блока 17:

При отключении запорно-регулирующего узла 5 и появлении на выходе регулирующего блока 13 нулевого сигнала запускается программный блок 18, интегратор 9 и начинается отсчет времени очередного интервала между кормлением и подсчет расхода воды, поступающей в животноводческое помещение.

Способ и устройство позволяют обеспечить управление влагосодержанием навозной массы с ошибкой, не превышающей

+2Я, что позволяет исключить в системе навозоудаления такие явления, как застой и пересыхание навозной массы, и снизить дополнительные затраты труда на очистку, а также исключить возможность переувлажнения навозной массы и тем самым уменьшить общий обьем удаляемых экскремен1588339

Формула изобретения

Г ({5) Фав.2

1{{ ВГ ({7) (n) тов, повышая экономичность процесса навозоудаления.

1. Способ управления процессом навозоудаления в животноводческом помещении, содержащий измерение влажности навозной массы, подачу требуемого расхода воды в навозный канал из напорного трубопровода, регулирование подачи воды из напорного трубопровода с учетом величины сигнала рассогласования, удаление навозной массы из канала самотеком, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности управления путем сокращения расхода воды, подаваемой из напорного трубопровода, измеряют суммарный расход воды, поступающей в животноводческое помещение в интервале времени между кормлениями, определяют требуемый расход воды G. по формуле

G. — .. (М вЂ” (1 — а) П)1+ а П—

100 — {а — — М, f00 ! где со — заданная оптимальная влажность экскрементов;

W — влажность корма;

М вЂ” масса корма во время кормления; а — влагосодержание привесов;

П вЂ” суммарные привесы животных на интервале между кормлениями, затем формируют сигнал рассогласования между суммарным и требуемым расходами воды с последующей корректировкой величины подачи воды в навозный канал до момента совпадения требуемого и суммарного расходов воды.

2. Устройство для управления процессом навозоудаления в животноводческом помещении, содержащее навозный канал со сборным коллектором, смывную линию, подключенную через запорно-регулировочный узел к напорному подающему трубопроводу, регулятор расхода, первый выход которого связан с запорно-регулировочным узлом, а первый вход — с первым выходом блока требуемого расхода воды, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности управления, оно снабжено измерителем суммарного расхода воды, подключенным входом к второму выходу блока требуемого расхода воды, а выходом — к второму входу регулятора расхода, при этом первый вход блока требуемого расхода воды связан с вторым выходом регулятора расхода, а линия подачи воды к автопоилкам подключена к напорному подающему трубопроводу параллельно

15 ОСНОВНОЙ ЛИНИИ.

3. Устройство по и. 2, отличающееся тем, что блок определения требуемого расхода воды выполнен в виде последовательно соединенных программного блока, блока ввода данных и вычислительного блока, при этом выход последнего и второй выход программного блока являются соответственно первым и вторым выходами блока определения требуемого расхода воды, первым входом которого служит вход про25 граммного блока.

4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что регулятор расхода выполнен в виде блока временной задержки и последовательно связанных блока сравнения, регулирующего блока и ключевого элемента, управ30 ляющий вход которого соединен с выходом блока временной задержки, при этом выход последнего и дополнительный выход регулирующего блока являются соответственно первым и вторым входами регулятора расхода.

35 5. Устройство по пп. 2 — 4, отличающееся тем, что измеритель суммарного расхода воды содержит интегратор и расходомер, установленный на напорном подающем трубопроводе и подключенный к первому входу

4О интегратора, второй вход которого и выход являются соответственно входом и выходом измерителя суммарного расхода воды.

1588339

1"1 (16

6(1

О"

Составитель Л. Пантелеева

Редактор М. Циткина Техред А. Кравчук Корректор М. Шароши

Заказ 2495 Тираж 444 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4,5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. !О1