ПЕРЕДВИЖНАЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ И СПОСОБ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
MOBILE INSTRUMENTATION LABORATORY AND METHOD OF ITS USAGE

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к автоматизации животноводства.
Известна передвижная контрольно-измерительная лаборатория [Ясенецкий В.Л., Мечта Н.П., Погорелый Л.B. и др. Механизация и автоматизация молочных ферм. // К.: Урожай, 1992. - С.382-388; Погорелый Л.В., Ясенецкий В.А., Мечта Н.П. Испытание техники для животноводства и кормопроизводства. // К.: УСХА, 1991. - С.257-259)], обеспечивающая сбор информации о параметрах физиологического состояния животных. Однако она не отвечает требованиям получения информации и не может быть использована в системе оперативного управления технологическим процессом для обеспечения физиологического запуска коров.
Известно транспортное средство для медицинских целей [RU 2003515, C1, 5, B60P З/00, 30.11.1993] с размещением в нем рабочих мест и медицинского лабораторного оборудования.
Но указанное транспортное средство также не обеспечивает получение информации и не может быть использовано в системе оперативного управления технологическим процессом для обеспечения физиологического запуска коров.
Наиболее близким техническим решением является передвижная контрольно-измерительная лаборатория, которая включает автомобиль, с размещенными в ней холодильником, индикаторами, массоизмерительной платформой, электронными блоками определения массы и номера животного, учета и отбора проб молока, датчиками массы и номера животного, счетчиками, синхронизаторами, n-электромагнитными возбудителями [RU 2054247, C1, 6, A01J 7/00, 20.02.1996].
Однако и это техническое решение не обеспечивает получение информации и не может быть использовано в системе оперативного управления технологическим процессом для обеспечения физиологического запуска коров.
В основу изобретения положена задача создания конструкции передвижной контрольно-измерительной лаборатории так, чтобы с помощью телерадиопередающего и телерадиопринимающего оборудования, получая показатели от датчиков оценки физиологического состояния животных, приборов оценки микроклимата животноводческих помещений и экологического состояния окружающей среды, эксплуатации технологического оборудования водообеспечения, заготовки, приготовления и раздачи кормов, кормления животных, машинного доения, уборки и переработки навоза и стоков животноводческих предприятий, при помощи системы управления обеспечить автоматическое формирование и передачу информационно-управляющих данных в электронные сети и непосредственно на комплекс оборудования передвижной контрольно-измерительной лаборатории для оперативного учета системы показателей содержания и физиологического состояния лактирующего животного в стаде с учетом окружающей среды и их корректировки по каждому животному в определенном регионе страны.
Поставленная задача решается тем, что в кузове автомобиля размещена вакуумная установка с комплектом доильного оборудования и выносной роботизированный станок, а в салоне автомобиля размещена система оценки состояния и управления эксплуатационными показателями технологического оборудования, включающая соединенные с блоками компьютеров выносные электронные блоки для определения массы, номера животного, учета и отбора проб молока, датчики массы и присутствия животного, датчики и приборы оценки микроклимата животноводческих помещений и окружающей среды, приборы определения динамики воздействия экологии окружающей среды на физиологическое состояние и биологический мониторинг животных, блоки водообеспечения, заготовки, приготовления и раздачи кормов, машинного доения, уборки и переработки навоза и стоков, датчики которых через телерадиопередающие и телерадиопринимающие устройства связаны со спутниковой телерадиоантенной, а зонды аэростатов сигналами связаны со спутником.
В прицепе автомобиля размещены выносные аэростаты с лебедкой и тросом, зонды с приборами метеорологических и экологии окружающей среды исследований и телерадиопередающие и телерадиопринимающие устройства, набор электрокабелей, монтажных шин и оборудование по эксплуатации передвижной контрольно-измерительной лаборатории.
Сигналы от датчиков животных поступают к соответствующим входным коммутаторам, выходы которых подсоединены к входу группового коммутатора, в который также поступают данные параметров от телерадиопередающих устройств и далее от группового коммутатора сигналы передают в нормирующий преобразователь и через прямую или воздушную связь - в микропроцессорное вычислительное устройство, к которому подключены запоминающее, отсчитывающее и сигнализирующее устройства, интерфейс для подсоединения к компьютеру и энергонезависимый таймер.
M
Z
O
Ц
A
o
o
o
м
м
M
z
z
o
0
0
В начале работы по обеспечению физиологического запуска коровы система управления считывает с датчиков и получает от ЭВМ верхнего уровня первоначальные данные (N, K, V, T, N, G, P, P). Затем система выполняет сравнение данных счетчика дней запуска N с общим количеством дней запуска К. При этом если N>К, то доение коровы не выполняют, а осуществляют выведение конечных данных о ходе запуска и выносят решение о переводе животного на сухостой. Если N<К, то система осуществляет перепроверку величины суточного удоя V на день физиологического запуска коровы. Если V<3 кг, то доение коровы не проводят, система выносит решение о переводе коровы на сухостой. Если V>3, то система увеличивает на единицу число дней запуска и приступает к части алгоритма, где определяет время задержки (t) начала доения от тугодойкости (T) коровы и определяет режим доения. Затем последующим действием алгоритма система выполняет перепроверку значения счетчика дней запуска, и если N находится в границах 1-5 дней, то система выполняет часть алгоритма, которая обеспечивает режим неполного выдаивания - на 30%. Если же значение счетчика дней N находится за границами 1-5 дней, то выполняется последующая его перепроверка. Если значение счетчика дней N находится в границах 6-10 дней, то система выполняет часть алгоритма, которая обеспечивает режим неполного выдаивания - на 50%. В противном случае выполняют режим неполного выдаивания - на 70%. При этом при выполнении режима «Неполное выдаивание - на 30%» после проверки счетчика дней
o
л
L
N система выполняет включение вакуума доильного агрегата, корректирование величины вакуума в зависимости от атмосферного давления в определенном регионе P=f(Р), подсоединение доильного аппарата к вымени и обнуление счетчика времени задержки начала доения. При этом в действиях алгоритма выполняется цикл задержки времени включения вакуума доильного аппарата. Если значение счетчика времени задержки равно значению времени задержки K, то выполняется процесс доения по этой части программы. Одновременно в процессе доения система выполняет сравнение массы выдоенного молока с величиной недодоя на 30% от массы суточного удоя молока на день постановки на физиологический запуск коровы по формуле:
M
M
V=V-0,3V,
где V - масса выдоенного молока, которую подсчитывают в процессе доения;
0,3 - коэффициент недодаивания молока (недодой 30%).
При неполном выдаивании на 50% (недодой 50%) по формуле:
M
M
V=V-0,5V,
а при неполном выдаивании на 70% (недодой 70%) по формуле:
M
M
V=V-0,7V.
M
При этом параллельно с увеличением недодоя в действия алгоритма введен режим уменьшения выдачи концентрированных кормов животным с учетом как времени запуска G=f(Т), так и уменьшения величины удоя G=f(V).
После выполнения предварительных условий система выполняет заключительную стадию доения, в которой соответственно выполняют запоминание числа прошедших дней физиологического запуска, отключение вакуума и полное отключение доильного аппарата от вымени.
Алгоритм повторяют при доении по каждой корове стада.
На фиг.1 показан общий вид транспортного средства передвижной контрольно-измерительной лаборатории; на фиг.2 - структурная схема передвижной контрольно-измерительной лаборатории; на фиг.3 - пример ветеринарно-экологической карты в зоне расположения животноводческих ферм комплекса с размещением комплекса оборудования передвижной контрольно-измерительной лаборатории; на фиг.4 - блок-схема алгоритма работы системы оценки и управления процессом физиологического запуска коров.
M
г
o
в
а
а
Передвижная контрольно-измерительная лаборатория (фиг.1) включает комплекс оборудования, который состоит из автомобиля 1, к кузову которого прикреплена спутниковая телерадиоантенна 2 с приводом 3 наведения на передающие и приемные объекты и опускания телерадиоантенны 2 вогнутой плоскостью на внешнюю поверхность 4 кузова автомобиля, прицепа (не показан) для перевозки крупногабаритного выносного оборудования лаборатории. В кузове автомобиля 1 размещена вакуумная установка 5 с комплектом доильного оборудования 6 и выносной роботизированный станок 7. В салоне автомобиля 1 размещена система оценки состояния и управления эксплуатационными показателями технологического оборудования, включающая выносные электронные блоки 8 для определения массы, номера животного, учета и отбора проб молока; датчики 9 массы и присутствия животного. В автомобиле также размещен холодильник 10; датчики 11, 12 и приборы 13 оценки микроклимата животноводческих помещений и окружающей среды; приборы 14 определения динамики воздействия экологии окружающей среды на физиологическое состояние и биологический мониторинг животных; блоки 15 водообеспечения, заготовки, приготовления и раздачи кормов, машинного доения, уборки и переработки навоза и стоков, датчики которых через телерадиопередающие 16 (Фиг.1, 2) и телерадиопринимающие 17 устройства связаны со спутниковой телерадиоантенной 2. Блоки 15 соединены с блоками 18 компьютеров. Кроме того, в прицепе автомобиля 1 размещены выносные аэростаты 19 с лебедкой и тросом, зонды 20 с приборами метеорологических и экологии окружающей среды исследований и телерадиопередающие и телерадиопринимающие устройства, набор электрокабелей, монтажных шин и оборудование по эксплуатации передвижной контрольно-измерительной лаборатории. Для приема сигналов от датчиков 9 животных 21 предусмотрены входные коммутаторы 22, выходы которых подсоединены к входу группового коммутатора 23, которые также связаны с телерадиопередающими устройствами 16. Групповой коммутатор 23 соединен с нормирующим преобразователем 24 и далее через прямую или воздушную связь - с микропроцессорным вычислительным устройством 25, к которому подключены запоминающее 26, отсчитывающее 27 и сигнализирующее 28 устройства, интерфейс 29 для подсоединения к компьютеру и энергонезависимый таймер 30. Зонды 20 аэростатов 19 сигналами связаны со спутником 31. На фиг.4 приведена блок-схема алгоритма выполнения физиологического запуска коров, где условные обозначения имеют следующие значения: N - номер животного; К - общее количество дней физиологического запуска; V - величина удоя молока за сутки, кг; Т - тугодойкость коровы; N - счетчик дней запуска; О - норма выдачи концентратов, кг; Р - величина вакуумметрического давления в доильном аппарате; Р - величина атмосферного давления окружающей среды молочного стада в соответствующем регионе; Д - доильный аппарат. Алгоритм физиологического запуска коров предусматривает выполнение операций 32…70.
Передвижная контрольно-измерительная лаборатория работает следующим образом.
Автомобиль 1 передвижной контрольно-измерительной лаборатории и прицеп с набором аэростатов 19, зондов 20 с приборами метеорологических и экологии окружающей среды исследований и телерадиопередающих и телерадиопринимающих устройств располагают в зоне животноводческого комплекса или неблагополучного региона животноводческих предприятий. Устанавливают аэростаты 19 и навигационные спутниковые связи со спутником 31. Также размещают на входе на доильную установку роботизированный станок 7, устанавливают датчики 9 на животных 21, устанавливают электронные блоки 8 определения массы и номера животного, учета и отбора проб молока, присутствия животного. В местах содержания животных размещают датчики 12 и приборы 13 оценки микроклимата, а на зондах 20, которые располагают на аэростатах 19, закрепленных тросом лебедки, размещают приборы 14 оценки окружающей среды, которые через электронные сети соединены с блоком компьютеров 18 автомобиля 1. Датчики оценки эксплуатационных показателей технологического оборудования водообеспечения, заготовки, приготовления и раздачи кормов, кормления каждого животного, машинного доения, уборки и переработки навоза и стоков устанавливают непосредственно на этом оборудовании и через блоки 15, спутниковую телерадиоантенну 2 электронными сетями соединяют с телерадиопередающими и телерадиопринимающими устройствами и блоками компьютеров.
Животное, которое проходит возле электромагнитного возбудителя 11, вызывает в электронной системе определенные по частоте колебания, передаваемые в блок 22, где фиксируют частоту колебаний и передают по сигналу синхронизатора в микропроцессорное вычислительное устройство 25 системы оценки и управления. Затем животное переходит на массоизмерительную платформу, откуда сигнал также поступает на микропроцессорное вычислительное устройство 25.
При переходе на кормление или машинное доение корова снова проходит идентификацию. Когда микропроцессорное вычислительное устройство 25 получает сигнал, соответствующий определенному номеру животного, микропроцессор включает необходимый комплект блоков для учета выдачи корма и учета отбора проб молока и соответствующий режим работы доильной аппаратуры. Физиологический запуск коров выполняют путем уменьшения продолжительности доения на доильной установке и уменьшением выдачи концентрированных кормов каждому зафиксированному животному через подачу сигналов от компьютеров. Пока выполняется массоизмерение животного, расход корма и доение коров, ЭВМ работает в режиме сбора информации и синхронной передачи сигналов в микропроцессорное вычислительное устройство 25. Мензурки с контрольными пробами молока по определенным животным для поверочного контроля размещают в холодильнике автомобиля. Также по электропроводности молока определяют заболевание коровы маститом, измерительными датчиками определяют удой и устанавливают необходимый рацион по каждому животному с учетом его лактационного периода, что фиксируют на магнитных дисках компьютеров.
M
Z
O
Ц
A
o
o
o
м
м
м
В начале работы по обеспечению физиологического запуска с помощью системы управления считывают с датчиков и получают от ЭВМ верхнего уровня первоначальные данные (N, К, V, T, N, G, Р, P), действие 32 алгоритма (фиг.4). После этого система выполняет сравнение данных счетчика дней запуска N с общим количеством дней запуска К, действие 33 алгоритма. Если N>К, то доение коровы не выполняют, а осуществляют переход к действиям 69-70 алгоритма, при которых производят выведение конечных данных о течении запуска и выносят решение о переводе животного на сухостой. Если N<К, то система осуществляет переход к следующему действию 34 алгоритма. При этом система выполняет перепроверку величины суточного удоя V на день физиологического запуска коровы. Если V<3 кг, то доение коровы не проводят, система переходит на действия 69-70 алгоритма и выносит решение о переводе коровы на сухостой. Если V>3, выполняют переход к действию 35 алгоритма и число дней запуска увеличивают на единицу.
z
z
После этого к действию приступает часть алгоритма, где определяют время задержки (t) начала доения от тугодойкости (T) коровы, действия 36-38 алгоритма.
Когда время задержки определено, система выполняет переход к части алгоритма, который определяет режим доения.
o
o
0
Последующим действием 39 алгоритма выполняют перепроверку значения счетчика дней запуска. Если N находится в границах 1-5 дней, то выполняют часть алгоритма, которая обеспечивает режим неполного выдаивания - на 30%, действия 40-45 алгоритма. Если же значение счетчика N находится за границами 1-5 дней, то выполняют последующую его перепроверку. Если значение счетчика находится в границах N=6…10 дней, то выполняют часть алгоритма, которая обеспечивает режим неполного выдаивания - на 50%, действия 36-52 алгоритма, в другом случае выполняют действия 53-58 алгоритма, - режима неполного выдаивания, - на 70%.
в
д
в
Величину вакуумметрического давления Р в доильной установке автоматически поддерживает вакуум-регулятор обратно-пропорционально от атмосферного давления Р в определенном регионе страны размещения животноводческого предприятия в зависимости от местных метеорологических условий. Величину вакуумметрического давления Р корректируют с помощью передвижной контрольно-измерительной лаборатории действиями 40-41, 47-48 и 53-54 алгоритма.
M
Параллельно с увеличением недодоя в действия 59-64 алгоритма введен режим уменьшения выдачи концентрированных кормов животным с учетом как времени запуска G=f(Т), так и уменьшения величины удоя G=f(V).
o
L
Рассмотрим часть алгоритма «Неполное выдаивание - на 30%». После проверки счетчика N (действие 39) выполняют включение вакуума (действие 40) доильного агрегата, корректирование величины вакуума в зависимости от атмосферного давления в определенном регионе (действие 41) - P=f(Рл), происходит подсоединение доильного аппарата к вымени (действие 42) и обнуление счетчика времени задержки начала доения. В действиях 43-44 алгоритма выполняют цикл задержки времени включения вакуума доильного аппарата. Если значение счетчика времени задержки равно значению времени задержки K, что заранее определяют действиями 36-38 алгоритма, то выполняют процесс доения по этой части программы.
В процессе доения (действие 45 алгоритма) выполняют сравнение массы выдоенного молока с величиной недодоя на 30% от массы суточного удоя молока на день постановки на физиологический запуск коровы. Проверку выполняют по формуле:
M
M
V=V-0,3V,
где V - масса выдоенного молока, что подсчитывается в процессе доения;
0,3 - коэффициент недодаивания молока (недодой 30%).
Также при неполном выдаивании на 50% (недодой 50%)
M
M
V=V-0,5V,
а при неполном выдаивании на 70% (недодой 70%)
M
M
V=V-0,7V.
После выполнения предварительных условий выполняют заключительную стадию доения - действия 65-68 алгоритма, в которых соответственно выполняют запоминание числа прошедших дней физиологического запуска, отключение вакуума и полное отключение доильного аппарата от вымени. Алгоритм повторяют при доении по каждой корове стада.
Датчики измерения эксплуатационных показателей технологического оборудования (производительность, расход энергии, продолжительность эксплуатации, техническое состояние) устанавливают непосредственно на рабочие органы и узлы машин и оборудования водообеспечения, заготовки, приготовления, раздачи кормов, кормления животного, машинного доения, уборки, утилизации и переработки навоза и стоков, создания необходимого микроклимата животноводческих помещений, оценки экологии окружающей среды и через пространственную селекцию сигналов с помощью адаптивной антенной системы фиксируют данные на компьютерах передвижной контрольно-измерительной лаборатории для корректировки работы оборудования соответствующими эксплуатационными службами.
Эксплуатацию комплекса оборудования передвижной контрольно-измерительной лаборатории по исследованию и управлению физиологическим запуском коров, определению продуктивности, диагностике и профилактике экологической зависимости патологии репродуктивных систем лактирующих коров с учетом оценки экологии окружающей среды и эксплуатации технологического оборудования предусматривают в течение года в одну или две смены работы обслуживающего персонала. Это выполняют в зависимости от стадии лактации, суточного удоя, поголовья животных в стадах с выдачей на информационное табло дат физиологического запуска, рациона, величины суточного удоя, продолжительности физиологического запуска и контрольного сигнала на его прекращение, физиологического состояния животных, в том числе долей вымени по электропроводности молока, идентификационного номера животного.
Таким образом, предложенная передвижная контрольно-измерительная лаборатория за счет автоматизации сбора информации о состоянии животного, технических средств, о состоянии кормовой базы и окружающей среды, и выработки управляющих импульсов процессом запуска коров, обеспечивают повышение последующей продуктивности животных на 5-8%, сохранности ремонтного стада до 98% и повышение производительности труда обслуживающего персонала на 30-35%.