Алгоритм управления системой навозоудаления при беспривязном способе содержания коров

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

уастениеводстваи животноводства________________________________________

УДК 631.22

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ НАВОЗОУДАЛЕНИЯ

ПРИ БЕСПРИВЯЗНОМ СПОСОБЕ СОДЕРЖАНИЯ КОРОВ

В.В.ГОРДЕЕВ, канд. техн. наук; Е.О.ЛАНЦОВА

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Санкт-Петербург, Россия

Технологический процесс навозоудаления состоит из следующих операций: уборка, сбор, промежуточное накопление и выгрузка навоза из помещений. В последнее время на фермах с беспривязно-боксовым способом содержания животных широкое распространение получает следующая схема навозоудаления: уборка навоза - скреперными установками различной

конструкции в поперечный коллектор, выполненный из пластмассовой трубы, откуда навоз центробежным насосом смывается в промежуточный навозоприемник и далее транспортируется насосом, снабженным специальным устройством для перемешивания навозной массы, в навозохранилище. Как правило, каждое оборудование имеет свой пульт управления и не существует единой системы управления навозоудалением, которая включала бы и выключала все технические средства линии в автоматическом режиме, в том числе и с учетом других технологических процессов. В статье представлено описание алгоритма, который служит основой для разработки системы управления технологическим процессом навозоудаления в коровнике с беспривязно-боксовым способом содержания животных и создания подсистемы контроля оборудований, выполняющих операции данного процесса. Алгоритм включает в себя 20 блоков, 4 из которых это проверка линии на обнаружение сбоев в работе или поломок оборудования. Алгоритм управления системой навозоудаления может взаимодействовать с системой обеспечения оптимального микроклимата в коровнике.

Ключевые слява.-управление навозоудалением; алгоритм; уборка навоза; скреперная установка; коровник.

CONTROL ALGORITHM FOR MANURE REMOVAL SYSTEM IN LOOSE COW HOUSING V. V. GORDEEV, Cand. Sc. (Engineering); E.O.LANTSOVA

Federal State Budget Scientific Institution “Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production” (IEEP), Saint Petersburg, Russia

The technological process of manure removal includes the following operations: cleaning, collection, intermediate accumulation and unloading of manure from the premises. Recently, the following pattern of manure removal is widespread on the farms with loose housing of cows in cubicles: pushing of manure by scrapers of various design into a cross-sectional collector made of a plastic pipe, from where it is flushed by a centrifugal pump into the intermediate accumulation tank; further transportation of manure by a pump equipped with a special mixing device to the manure storage. As a rule, each block of equipment has its own control panel. There is no single control system for manure removal, which would switch on and off automatically all the technical facilities in the line with due account for other technological processes. The article describes the algorithm, which serves as the basis for the development of an integrated control system for manure removal process in a barn with loose housing of cows in cubicles with the subsystem for relevant equipment monitoring. The algorithm includes 20 blocks, four of which are designed for line checking to detect the malfunctions or equipment breakdowns. This algorithm can also interact with the system for optimal barn microclimate control.

173

ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-практический журнал.

ИАЭП. 2017. Вып. 93.

Keywords:manure removal control, algorithm, manure cleaning, scraper unit, cow bam. ВВЕДЕНИЕ

На животноводческих фермах ряд технологических процессов представляют из себя поточные линии с набором технических средств для выполнения отдельных операций. Совершенствование технологических процессов и технических средств все чаще направлено на их автоматизацию, т.е. требует включать и выключать установки в автоматических режимах в независимости от наличия обслуживающего персонала на рабочем месте. Легко поддаются автоматизации технологические линии с использованием стационарных установок, например, уборка и удаление навоза из животноводческого помещения транспортерами. Каждое оборудование этой технологической линии имеет свой пульт управления, что позволяет организовать включение и выключение каждого из них в автоматическом режиме.

Вероятность неожиданного отказа механического оборудования транспортеров всегда есть, а значит переход на автоматическую работу, без присутствия персонала на рабочих местах, всегда связан с некоторым риском. По этой причине разными разработчиками предлагаются схемы управления транспортерами, в которых предусмотрена, например, защита от обрыва транспортеров из-за их технологической перегрузки, заклинивания и поломки скребков, травмирования животных, остановки в аварийных ситуациях и т.д. [1-4]. Но при отсутствии единой системы управления всей технологической линией, выход из строя или аварийная остановка одного из звеньев влечёт за собой или работу остальных звеньев вхолостую, или к нарушению технологии, что в обоих случаях увеличивает затраты, в том числе и энергетические, на выполнение процесса навозоудаления.

На сегодняшний день автоматическое включение и выключение технических средств линии навозоудаления осуществляется в установленное время. Не существует единой системы управления навозоудалением, которая включает и выключает все технические средства линии в автоматическом режиме, в том числе и с учетом режимов выполнения других технологических процессов. Например, за одно доение коровы в коровнике отсутствуют порядка 30 мин. Доят коров 2-3 раза в сутки. С учетом этих и других фактов система управления навозоудалением должна иметь рациональные режимы уборки навоза.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В качестве объекта исследования был принят технологический процесс уборки и удаления навоза при беспривязно-боксовом способе содержания коров. При данном способе содержания коров для уборки бесподстилочного навоза из открытых навозных/кормонавозных проходов применяют скреперные установки различных конструкций или мобильную уборку, для удаления - транспортеры различной конструкции или центробежные насосы.

В последнее время широкое распространение получает следующая схема навозоудаления: уборка навоза осуществляется скреперными установками в поперечный коллектор, выполненный из пластмассовой трубы диаметром 600 мм с вертикальными окнами в местах сброса навоза. Смыв навоза из коллектора в промежуточный навозоприемник производится мощной струей жижи, забираемой из него специальным насосом и подаваемой по напорной трубе диаметром 200-250 мм в начало поперечного коллектора (флэш-флюм). Транспортирование навоза из промежуточного навозоприемника в

174

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

уастениеводстваи животноводства________________________________________

навозохранилище или цех разделения осуществляется другим насосом, снабженным специальным устройством для перемешивания навозной массы [5, 6].

Система навозоудаления должна обеспечивать:

- своевременную уборку и удаление навоза из животноводческих помещений;

- максимальную автоматизацию процесса;

- не создавать помех животным при кормлении и движении на дойку и обратно;

- безопасность для животных;

- надежность технологической линии;

- соблюдение технологии.

Разрабатываемый алгоритм служит основой для разработки системы управления технологическим процессом навозоудаления и создания подсистемы контроля оборудований, выполняющих операции данного процесса. Существует несколько способов описания алгоритма [7]. В данной статье представлены самые распространенные формы описания алгоритма - словесная и графическая (в виде блок-схемы).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Функции автоматизированной системы управления уборкой и удалением навоза с использованием скреперной установки и поперечного коллектора при беспривязно-боксовом способе содержании коров поясняет алгоритм его работы, представленный на рисунке 1.

Нажатие кнопки «пуск» (начало) (блок 1) запускает проверку работоспособности контрольных датчиков (блок 3) всей линии. Если обнаружена неисправность, то работа линии прекращается и подается соответствующий сигнал оператору (блок 4). При отсутствии неисправностей проверяется соответствие реального времени рациональным режимам работы скреперной установки (блок 5). Данный блок разрабатывается индивидуально для каждого случая в зависимости от планировочного решения коровника, используемого оборудования, кратности и времени выполнения процессов кормления и доения животных. В зависимости от результатов проверки либо начинается уборка (блок 6), либо работа линии прекращается. Так же прекращается работа линии при получении аварийного сигнала (блок 7) от скреперной установки во время работы по причине ее технической неисправности или срабатывания защиты от травмирования животных с подачей соответствующего сигнала для привлечения внимания оператора к ситуации.

Далее необходимо включить насос для размыва поперечного коллектора. В обычном режиме насос включается вместе со скреперами, что приводит к неоправданным затратам электроэнергии от работы насоса «вхолостую». В некоторых случаях, в целях экономии электроэнергии, насос включают после завершения уборки навоза из проходов. В этом случае насосу сложно размыть накопившийся навоз без дополнительного разбавления его водой, а это - увеличение количества и влажности навоза. Поэтому насос должен включаться с некоторой задержкой от начала работы скреперной установки. С момента включения скреперной установки (блок 6) запускается таймер, который отвечает за своевременное включение насоса, размывающего поперечный коллектор (блок 8). Время, через которое должен включиться насос, зависит от длины навозного прохода, скорости движения скребков, длины и диаметра труб в системе флеш-флюм, характеристик насоса и рассчитывается по формуле:

Т = Тс — Тн , мин

175

ISSN 0131-5226 .Теоретический и научно-практический журнал.

ИАЭП. 2017.Вьт.93.

где Тс - время, за которое скребок проходит расстояние от начала навозного/кормонавозного прохода до окна сброса навоза в поперечный коллектор, мин.;

Тн - время, за которое навоз проходит один круг в системе флеш-флюм, мин.

176

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

растеныеводстваы животноводства________________________________________

При работе этих устройств в штатном режиме навоз начинает поступать в промежуточный навозоприемник. В момент, когда уровень навоза достигает максимальной отметки (блок 11), включается насос для перекачки навоза в лагуны (блок 12). Когда уровень навоза в промежуточном навозоприемнике достигает нижней отметки (блок 15), насос для перекачки навоза в лагуны выключается (блок 16) до наступления условия (блок 11).

В алгоритме заложены 4 проверки системы на наступление аварийной ситуации (блоки 4, 7, 9, 13). В случае поломки одного или нескольких звеньев системы линия автоматически останавливается (блок 19) с подачей соответствующего сигнала оператору (блок 17).

ВЫВОДЫ

Предложенный алгоритм позволит работать системе навозоудаления в автоматическом режиме по заданным параметрам не нарушая технологию, снизить затраты электроэнергии на выполнение процесса, контролировать работу всех звеньев линии, выводя данные о состоянии оборудования для навозоудаления и аварийные сигналы на контрольный пульт управления. Режим работы зависит от планировочных решений коровников и характеристик оборудования. Алгоритм управления системой навозоудаления может взаимодействовать с системой обеспечения оптимального микроклимата в коровнике.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мазуха Н.А. Защита навозоуборочного транспортёра от обрыва // Сельский механизатор. - 2008. -№ 8. - С. 38-39.

2. Мазуха А.П., Мазуха Н.А., Афоничев Д.Н. Схема управления транспортёрами для уборки навоза // Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в различных режимах движения. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 115 годовщине со дня рождения профессора Харитончика Ефима Мироновича. 2017. - С. 106-111.

3. Каталогпродукциикампании JOZ «Innovatieve systemen en robots voor iedere stal».

URL: https://www.ioz.nl/images/brochure/nl/JOZ%20Catalogus%201.l%20NL.pdf (дата

обращения: 15.12.2017).

4. Регулировка работы дельта-скрепера или штангового транспортёра в коровниках.

ЗАО НПК «ТЕКО». URL: https://teko-com.ru/primery-resheniia-zadach-

avtomatizacii/regulirovka-raboti-delta-skrepera-ili-shtangovogo-transportera-v-korovnikah.html

5. Еордеев В.В., Хазанов В.Е. Результаты мониторинга технико-технологических решений современных ферм по производству молока // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: Вып. 86. СПб., 2015. - С.156-163

6. Хазанов Е.Е., Еордеев В.В., Хазанов В.Е. Технология и механизация молочного животноводства. Учебное пособие / Под общ. ред. Е.Е. Хазанова. - 2-е изд., стер. - СПб.: Издательство «Лань», 2016. - 352 с.: ил. (+ вклейка, 32 с. .) - (Учебники для вузов. Специальная литература).

7. Библиотека WEB-мастера [Электронный ресурс]. - URL: https://www.smit.ru/

Sposobv opisanii algoritmov-3.html

177