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

(51)5 А О 1 К, 1/О оектноции и Нечер 1 ордеев ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский и пртехнологический институт механиэлектрификации сельского хозяйствноземной зоны РСФСР(53) 636.022,088:631.220,18 (088.8)(56) Авторское свидетельство СССР791350, кл, А 01 К 1/О 1, 1979.Авторское свидетельство СССР843879, кл. А О 1 К 1/01, 1979,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕС СОМ НАВОЗОУДАЛЕНИЯ В ЖИВОТНО.ВОДЧЕСКОМ 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 н((4) бпр = бк + бем + бэ,(5) бпм+ бэ= бп - 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.15На 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 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 й = - м - ( - а) п 1.-апм 100 - Ф 100 - со л/-- М,100где 6. - требуемый расход;У - влажность норма;П - суммарные привесы животных наинтервале между кормлениями; 40а - влагосодержание привесов;М - масса корма во время кормления;оэ - заданная оптимальная влажностьэкскрементов.Сигнал рассогласования формируют между суммарным и требуемым расходами45 воды с последующей корректировкой величинь 1 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=-0,65 Х 600=390 кг;влагосодержание привесов а=0,62;масса корма М=6,3 Х 600=3780 кг;относительная влажность корма К=85 о/.требуемая относительная влажность навозной массы а=90 Я. 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, 6=1100 кг).Определяют требуемый расход воды по формуле (1): Определяют сигнал рассогласованияе= бт - 6: Указанное количество воды добавляется при включении смывной системы.Если измеренный расход 6 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 6 р - общий приток влаги в помещении;6- - отток влаги из помещения;тк - масса сухого вещества в кормах; т - доля сухого вещества, усваиваемая в привесах;т - то же в навозной массе.В общий приток влаги бпр входят три компоненты - влага кормов 6, 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 . при условии равенства относительной влажности навозной массы известному оптимальному значению о,Представим уравнение баланса влаги(15) учтем в обеих частях расход влаги, усваиваемой в привесах животных бут,) Де бпт=Сн+Сус - 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 -- )М - нн ).100 - Ф(11)100При этом для усваиваемого сухого вещества туп 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 в в )пп - ) м- пП ХМ+аП. Устройство управления процессом навозоудаления (фиг. 1) содержит систему навозоудаления, состоящую из навозного канала 1 и сборного коллектора 2. Канал 1 пере 5 10 15 20 25 30 крыт сверху решетчатым полом 3, под которым установлена смывная линия 4, подклю. ченная 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 импульсным преобразователем электрического сигнала.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 блока1 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.Блок1 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 1 О 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 9 сигнала, выполненного на основе триггера, выход которого соединен с одним из входов логического элемента И 20. На второй вход логи. ческого элемента И 20 подается опорный сигнал +.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, 1588339он переводится в возбужденное состояние и 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 единичный сигнал, являющийся управляющим и поступающим на вход ключевого элеменГа 15.Блок 16 ввода данных состоит из пятидинаковых 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., Шкалы пульовых задатчиков 21 - 25 отградуированы в оответствующих единицах массы корма М.лажности корма К, привесов животных Г 1, лагосодержания привесов А, заданной влаж.ости 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 мультивибраторов 26 - 30 устанавливаются частоты, пропорциональные вводимым величинам. Гри этом посредством таймера 31 чснрез заданныи промежуток времени мульти,вибраторы 26 - 30 останавливаются. В режиме генерации до момента остановок им,пульсы с выходов мультивибраторов 26 - 30 поступают па счетные входы управляемых счетчиков 32 - 36 и на их выходах формируются коды, пропорциональные частотам ,мультивибраторов 2630. Коды заданных величин М, К, П, а, со по сигналам программного блока 18 заносятся в вычислительный блок 17.Схема вычислительного блока 17 пред, ставлена на фиг. 4. Она реализует алгоритмы расчета заданного расхода по формуле (1). 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 свыходом блока 6 по величине Г 1. 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 спервым 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 сумма 50 55 От момента предыдущего кормления до наступления очередного, интервал между которыми 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 электричестора 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 Ф.Выход четвертого сумматора 43 являетсявыходом 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 У, а суммирующий - с источником опорного сигнала 100, Выход пятого сумматора 46 соеди нен с первым входом первого делителя 47,к второму входу которого подключен выход блока 6 по величине %, Выход первого делителя 47 соединен с первым входом пятого блока 48 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 16 по величине %. 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 25 второго блока умножения. Входы шестогоблока 50 умножения соединены с выходом блока6 по величине о и источником опорного сигнала 100.Программный блок 18 содержит таймер51, пусковой вход которого соединен с вы ходом 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, 35 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 блока40н52 сравнения появляется нулевои 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.4 Перед началом очередного кормленияв блок 16 ввода данных вводится информация о массе корма М, его влажности У, а также данные об ожидаемых привесах животных Г, их влагосодержании а и заданной влажности навозной массы о.10 15 20 Х 9= ( - а) П. 5=0, если Лв - Л)О;5=1, если ЛБ - Л(О,Хз=М - (1 - а) П 25 30 Х 6= 100 - 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 Ф, П, а, Ф, со в первом сумматоре 37 вычисляется разность Х= - а. Этот сигнал умножается в блоке 38 на величину П: Сигнал блока 38 вычитается в сумматоре39 из величины М: Одновременно в сумматоре 46 сигнал Фвычитается из опорного сигнала 100: и сигнал Х поступает на делитель 47, гдеон делится: 100 - ЮХ 7= -УСигнал Х 7 в блоке 48 умножается на величину со: 100 - ЖХ 8= -со.ЖОдновременно в блоке 50 величина со вычитается из опорного сигнала 100: и на эту величину делится в блоке 49 сигнал Х 8,со 100 - ФХ 9=100 - со ЮСигналы сумматора 39 и датчика 49 перемножаются в блоке 40 умножения: Х 4 -- М - (1 - а) Щ.и) 100 - Ж100 - со ЯВеличины а и П перемножаются в блоке 42,сигнал которого суммируется с сигналом Х 4.Хю= - 1 М - (1 - а) П 1+аП.100 - К100 - соВеличины Ф и М перемножаются в блоке45, сигнал которого Хв блоке 44 делится на100: 35 40 45 50 55 Х 12 -М.100Сигнал Х 9 в сумматоре 43 вычитается из сигнала сумматора 41 и на его выходе формируется величина требуемого расхода 6.: Хз= 6. -- М - (1 - а) Щ+,сд 100 - Ф00 - соНа выходе выч исл ител ьно го блока 17 формируется двоичный код, соответствующий требуемому расходу 6., который подается на суммирующий вход блока 12 сравнения, на вычитаюший вход которого поступает код интегратора 9.В случае несовпадения кодов вычислительного блока7 и интегратора 9 на выходе блока 12 сравнения формируется разностный код, поступающий на регулирующий блок 13, функционирующий по следующему алгоритму: где 5 - сигнал на выходе регулирующего блока 13; Ав,Л, - коды вычислительного 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 нлевым. По истечении времени кормления, составляющего 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-регулирующего 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 .+2 Я, 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 экскремент) тов, повышая экономичность процесса навозоудаления. 1. Способ управления процессом навозоудаления в животноводческом помещении,содержащий измерение влажности навозной массы, подачу требуемого расхода водыв навозный канал из напорного трубопровода, регулирование подачи воды из напорного трубопровода с учетом величины сигнала рассогласования, удаление навозноймассы из канала самотеком, отличающийсятем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности управленияпутем сокращения расхода воды, подаваемой из напорного трубопровода, измеряютсуммарный расход воды, поступающей вживотноводческое помещение в интервалевремени между кормлениями, определяюттребуемый расход воды 6. по формуле6. - 1 М - (1 - а) П 1)+ а П -100 - со-- М,100где ь - заданная оптимальная влажностьэкскрементов;У - влажность корма;М - масса корма во время кормления;а - влагосодержание привесов;П - суммарные привесы животных на интервале между кормлениями,затем формируют сигнал рассогласованиямежду суммарным и требуемым расходамиводы с последующей корректировкой величины подачи воды в навозный канал домомента совпадения требуемого и суммарного расходов воды.2, Устройство для управления процессомнавозоудаления в животноводческом помещении, содержащее навозный канал со сборным коллектором, смывную линию, подключенную через запорно-регулировочный узелк 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, отличающеесятем, 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 про граммного блока,4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающеесятем, что регулятор расхода выполнен в виде блока временной задержки и последовательно связанных блока сравнения, регулирующего блока и ключевого элемента, управ ляющий вход которого соединен с выходомблока 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, отличающеесятем, что измеритель суммарного расхода воды содержит интегратор и расходомер, установленный на напорном подающем трубопроводе и подключенный к первому входу 4 интегратора, второй вход которого и выходявляются соответственно входом и выходом измерителя суммарного расхода воды.Редактор М. ЦиткинаЗаказ 2495ИИПИ Государственного ком3035, Москвроизводственно-издательский тета по изобретенияч и от Ж - 35, Рау шская наб комбинат Патент, г. Уж орректор М. Шарошиодписноеытняч при ГКНТ С(д. 45род, ул. Гагарина, О