РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ВАКУУМА
REGULATED VACUUM SOURCE

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе доения, к источнику вакуума и к способу его подачи, разработанным с целью понижения потребления энергии, расход которой определяется требованиями к вакууму. В более детальной формулировке изобретение относится к системе доения, к регулируемому источнику вакуума и к соответствующему способу, предназначенным для подачи вакуума к зоне его использования.
Уровень техники
На современных автоматизированных молочных фермах для проведения необходимых операций, таких как промывка оборудования и доение, к доильным устройствам вакуум подают посредством вакуум-насосов.
Поскольку молочных животных нужно выдаивать через регулярный интервал времени, необходимо, чтобы соответствующее оборудование было функциональным и не требовало длительных отключений, неблагоприятных для здоровья животных и нежелательных по экономическим причинам. Поэтому широко распространено применение двух отдельных вакуум-насосов, каждый из которых способен обеспечивать вакуум, необходимый для операции, проводимой доильным оборудованием. Один их них предназначен для текущего использования, а другой находится в резерве. Резервный насос необходимо содержать в исправном состоянии, поэтому важным условием является его регулярное включение в целях смазывания. Тем самым предотвращают коррозию и удостоверяются в том, что указанный насос готов к работе. Конечно, установка резервного насоса на случай отказа основного приводит к большим затратам. Кроме того, проблему составляет необходимость помнить о том, что резервный насос время от времени нужно включать.
По законодательству некоторых стран необходимо выбрать и для действующего, и для резервного насосов производительность согласно нормативам, требующим для каждой точки доения (доильного станка) в доильном зале резерв вакуума. В больших доильных залах такие резервы в сумме составят существенную величину. В тех случаях когда потребности в воздушном потоке невелики, вакуум-насос может работать при пониженной скорости вращения. Если из-за соответствующих нормативов насос имеет избыточную производительность, такая ситуация будет возникать чаще, чем какие-либо другие, оказывая отрицательные воздействия на насосную систему.
Вследствие пониженной скорости вращения насосы могут перегреться из-за уменьшения проходящего через них воздушного потока. При этом смазка насоса может оказаться недостаточной, а эффективность мотора, приводящего насос в движение, низкой. Это связано с тем, что мощности моторов выбирают, исходя из требования оптимальной эффективности при обычной скорости вращения. Кроме того, эффективность насоса может понизиться, например, вследствие увеличения утечки воздуха. Далее производительность вакуум-насоса обычно является избыточной, что приводит к повышению капитальных затрат, не говоря уже об упомянутых выше трудностях ручных операций с насосами повышенной производительности.
Одно из направлений ослабления указанных проблем заключается в использовании так называемых спускных клапанов, открывающих доступ воздуха в вакуумированную систему. Тем самым вакуум-насос переводят в состояние с повышенной скоростью вращения. Однако очевидно, что при этом происходит непроизводительное расходование ресурсов.
В обычном доильном зале доильная машина может иметь от 6 до 50 доильных станков, использующих один вакуум-насос. Как правило, один насос используется и в роботизированной доильной машине, обслуживающей за один раз одно животное.
На более крупных автоматизированных роботизированных молочных фермах стадо молочных животных могут обслуживать два или несколько автоматизированных доильных роботов. Такие автоматизированные доильные машины будут характеризоваться суммарными требованиями к вакууму, исходя из которых нужно определить производительность вакуум-насосов. Кроме того, машины указанного типа функционируют в различных рабочих режимах, из которых можно упомянуть доение, промывку оборудования, очищение сосков и нахождение в резерве. Каждый режим предъявляет к параметрам вакуума индивидуальные требования. Например, при промывке оборудования некоторому уровню вакуума может соответствовать сильный воздушный поток, а для доения требуется устойчивый уровень вакуума при небольшом воздушном потоке. Таким образом, для вакуум-насосов необходимо выбирать производительность, позволяющую управлять ситуацией, в которой все автоматизированные доильные машины работают в рабочем режиме, неблагоприятном для условий подачи вакуума. В свою очередь промывка оборудования может включать в себя несколько различных шагов (этапов), таких как промывка доильных стаканов, промывка стаканов для очищения сосков, промывка трубопроводов и т.д. Далее в промывку оборудования входят как быстрое ополаскивание доильных стаканов и трубопроводов, которое можно провести в промежутках между помещением каждого животного в доильный робот, так и промывка всей доильной системы, которую можно проводить только 2 или 3 раза в день.
Например, если допустить, что промывка оборудования требует воздушного потока 500 л/мин, при уровне вакуума (вакуумметрическом давлении) приблизительно 30 кПа, а доение требует устойчивого вакуума 45 кПа и воздушного потока 150 л/мин, причем система, содержащая два автоматизированных доильных робота, обслуживается единственным насосом, параметры насоса должны обеспечить как устойчивый вакуум 45 кПа при воздушным потоке 650 л/мин, так и уровень вакуума приблизительно 30 кПа при воздушном потоке 1000 л/мин.
Однако две автоматизированные доильные машины только случайно могут оказаться в ситуации, когда они одновременно выполняют процедуру промывки оборудования или какие-либо другие операции с участием мощного воздушного потока. Чаще они решают различные задачи, причем одна из машин может предъявлять меньшие требования. Таким образом, характеристики вакуум-насоса должны отвечать ситуации, которая будет иметь место не очень часто. Конечно, такой насос с соответствующими характеристиками будет обходиться дороже как при его приобретении, так и в эксплуатации.
Раскрытие изобретения
Таким образом, было бы желательно иметь возможность применять менее дорогие вакуум-насосы и создать условия, позволяющие экономить энергию за счет потребления только той мощности, которая необходима в данный момент.
Кроме того, было бы желательно предусмотреть возможность применять во время штатной эксплуатации резервный вакуум-насос.
Главной задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка таких аппаратуры и способа, которые бы, по меньшей мере, частично разрешали перечисленные проблемы.
В связи с этим конкретная задача изобретения заключается в разработке аппаратуры и способа, понижающих потребление энергии источником вакуума.
Следующая задача изобретения сводится к разработке аппаратуры и способа, уменьшающих для конкретной системы доения количество требуемых вакуум-насосов.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения указанные задачи решаются, в числе прочих задач, посредством системы доения молочных животных, содержащей, по меньшей мере, первую и вторую доильные машины и источник вакуума, обеспечивающий подачу вакуума по трубопроводам, по меньшей мере, к обеим указанным машинам. Система доения снабжена системой управления, связанной с первой и второй доильными машинами, а также с источником вакуума. Система управления обеспечивает регулирование этого источника в зависимости от требований к вакууму со стороны, по меньшей мере, первой и второй машин. Перечень требуемых параметров вакуума может включать в себя, например, уровень вакуума и/или расход воздуха за одну минуту, т.е. воздушный поток, выражаемый в литрах в минуту.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения указанные задачи, в числе прочих задач, решаются посредством системы доения, содержащей комплект автоматизированных доильных машин. В указанном комплекте каждая машина способна функционировать в определенных (индивидуальных) рабочих режимах, включая доение и промывку оборудования. Кроме того, система доения содержит комплект контролируемых вакуум-насосов, причем каждый насос, входящий в комплект, также способен функционировать в определенных (индивидуальных) рабочих режимах.
Система доения содержит трубопроводы, присоединяющие комплект вакуум-насосов к комплекту доильных машин, контролируемые клапаны, предусмотренные в трубопроводах для присоединения вакуум-насосов к доильным машинам или отсоединения от них, и систему управления, предназначенную для управления контролируемыми клапанами и рабочим режимом каждого насоса.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения указанные задачи решаются, в числе прочих задач, посредством источника вакуума, обеспечивающего подачу вакуума по трубопроводам, по меньшей мере, к первой зоне его использования и содержащего, по меньшей мере, первый и второй вакуум-насосы. Указанный источник содержит систему управления, в которую поступают сведения о требованиях к параметрам вакуума, по меньшей мере, со стороны первой зоны его использования. Система управления регулирует мощность, по меньшей мере, первого и второго вакуум-насосов таким образом, чтобы для требуемых параметров вакуума расход энергии был минимальным.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения указанные задачи решаются, в числе прочих задач, посредством способа подачи вакуума от источника вакуума к зоне его использования через систему трубопроводов. Источник содержит, по меньшей мере, первый и второй вакуум-насосы, а также систему управления, связанную, по меньшей мере, с указанными насосами и с зоной использования вакуума. Предлагаемый способ включает следующие шаги:
- поступление в систему управления сведений о требованиях к вакууму, обеспечиваемых источником вакуума, и
- регулирование, по меньшей мере, первого и второго вакуум-насосов таким образом, чтобы выполнить указанные требования к вакууму.
Таким образом, предусмотрена возможность уменьшить или свести к минимуму энергию, потребляемую для подачи вакуума к нескольким доильным машинам, предъявляющим в различные периоды времени различающиеся требования к вакууму, за счет подбора количества используемых вакуумирующих устройств, таких как вакуум-насосы. Кроме того, для уменьшения капитальных затрат появляется возможность использовать в качестве второго насоса резервный насос.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения система управления выполнена с возможностью распознавания рабочего режима доильных машин из набора рабочих режимов доильных машин, по меньшей мере, для каждой из первой и второй машин, так что по сравнению с режимом второй доильной машины режим, распознанный для первой машины, предъявляет другие требования к параметрам вакуума. Далее в зависимости от выбранного рабочего режима, по меньшей мере, первой и второй доильных машин указанная система выбирает конкретный режим из набора рабочих режимов источника вакуума.
Таким образом, можно выбрать рабочий режим источника вакуума, оптимальный для выбранных рабочих режимов доильных машин в плане, например, расхода энергии.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения система управления принимает сигнал с запросом о вакууме, по меньшей мере, от каждой из первой и второй доильных машин, на основе полученных ею сигналов определяет суммарные требования к вакууму для всех (по меньшей мере, для первой и второй) доильных машин и регулирует источник вакуума таким образом, чтобы выполнить указанные требования к вакууму.
Таким образом, указанный источник способен обеспечить требуемым вакуумом все доильные машины.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения источник вакуума содержит, по меньшей мере, два вакуум-насоса, контролируемых отдельно друг от друга и присоединенных посредством трубопроводов, по меньшей мере, к каждой из первой и второй доильных машин. При наличии, по меньшей мере, двух отдельных насосов один из них можно выключить, если превалирует более низкий уровень требований к вакууму. В результате имеет место существенная экономия энергии.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения трубопроводы снабжены клапанами, контролируемыми раздельно друг от друга и предназначенными для отсоединения или присоединения конкретного вакуум-насоса, причем указанный контроль в соответствии с требованиями к вакууму для, по меньшей мере, первой и второй доильных машин осуществляет система управления.
Посредством клапанов, контролируемых отдельно друг от друга и расположенных в трубопроводах, которые предусмотрены для присоединения вакуум-насосов к доильным машинам, можно присоединять или отсоединять отдельные насосы и доильные машины. Тем самым осуществляют управление всей системой трубопроводов.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения набор рабочих режимов доильных машин включает режим технического обслуживания, режим доения и режим промывки.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения набор рабочих режимов источника вакуума включает режим нахождения в резерве, режим поддерживания уровня вакуума, режим поддерживания воздушного потока, режим поддерживания уровня вакуума и минимального воздушного потока, а также полный режим.
В соответствии с вариантом настоящего изобретения сигнал с запросом о вакууме содержит данные, относящиеся к ожидаемым требованиям, предъявляемым доильной машиной к параметрам вакуума, в том числе к требованиям, касающимся воздушного потока и уровня вакуума или ожидаемых воздушного потока и уровня вакуума.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения сигнал с запросом о вакууме содержит информацию, касающуюся запрошенного рабочего режима доильной машины, причем информация, соотносящая рабочий режим конкретной доильной машины с требованиями к уровню вакуума и с ожидаемым воздушным потоком, содержится в системе управления в табличной форме.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения доильная машина представляет собой автоматизированную роботизированную доильную машину, причем, по меньшей мере, один насос в комплекте вакуум-насосов является насосом с контролируемой скоростью вращения, например вакуум-насосом с контролируемой частотой.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения система управления связана с каждой доильной машиной, входящей в общий комплект, и обеспечивает поступление сообщений с запросом о требованиях к параметрам вакуума, поступающим от каждой машины. Запрос о требованиях к параметрам вакуума может включать в себя одно или несколько требований, входящих в заданный набор, например минимальный и максимальный уровни вакуума, минимальный и максимальный воздушные потоки, время подачи, требования к стабильности вакуума.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения система управления посылает подтверждающее сообщение доильной машине, пославшей сообщение с запросом о требованиях к параметрам вакуума. В сообщении системы управления, по меньшей мере, указывается, удовлетворен ли данный запрос. Кроме того, в подтверждающем сообщении можно также указать, когда требование к параметрам вакуума будет удовлетворено.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения указанные задачи решаются, в числе прочих задач, посредством источника вакуума, подающего вакуум по трубопроводам, по меньшей мере, к первой зоне его использования и содержащего, по меньшей мере, первый и второй вакуум-насосы. Кроме того, указанный источник содержит систему управления, измеряющую израсходованный воздушный поток и, в зависимости от полученных таким образом данных, контролирующую работу каждого из первого и второго вакуум-насосов.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения указанные задачи решаются, в числе прочих задач, посредством способа подачи вакуума по трубопроводам, по меньшей мере, к первой зоне его использования. Способ, применяющий при своей реализации, по меньшей мере, первый и второй вакуум-насосы, включает следующие шаги:
- измерение израсходованного воздушного потока и
- контроль работы каждого из первого и второго вакуум-насосов в зависимости от измеренного израсходованного воздушного потока.
Контролируя работу вакуум-насосов в зависимости от воздушного потока, можно запускать и останавливать конкретные насосы в соответствии с требованиями к воздушному потоку, превалирующими в данный момент. Кроме того, можно контролировать один или несколько насосов таким образом, чтобы они работали при оптимальной скорости вращения, а для контроля уровня вакуума использовать только один или некоторые из насосов, контролируя их скорость вращения.
Согласно одному из вариантов пятого или шестого аспекта настоящего изобретения система управления выполнена с возможностью удерживания второго вакуум-насоса в выключенном состоянии, если измеренный расход воздушного потока находится в первом интервале расходов воздушного потока.
Если расход востребованных воздушных потоков настолько мал, что для его обеспечения достаточно только одного насоса, другой насос можно выключить. Такое выключение сэкономит энергию, а также уменьшит износ насоса.
Согласно одному из вариантов пятого или шестого аспекта настоящего изобретения система управления выполнена с возможностью контролировать уровень подведенного вакуума, контролируя скорость вращения первого вакуум-насоса.
Посредством такой процедуры можно контролировать уровень вакуума, подведенного системой вакуум-насосов, например, к доильному оборудованию.
Согласно одному из вариантов пятого или шестого аспекта настоящего изобретения система управления выполнена с возможностью поддерживать скорость вращения первого вакуум-насоса, равной первой скорости вращения, и контролирует уровень подведенного вакуума, контролируя скорость вращения второго вакуум-насоса, если измеренный расход воздушного потока находится во втором интервале расходов воздушного потока.
В соответствии с одним из вариантов пятого или шестого аспекта настоящего изобретения первая скорость вращения представляет собой скорость, для которой оптимальным образом сконструирован первый вакуум-насос.
Согласно одному из вариантов пятого или шестого аспекта настоящего изобретения источник вакуума содержит третий вакуум-насос.
Согласно варианту пятого или шестого аспекта настоящего изобретения система управления выполнена с возможностью включения первого, второго и третьего вакуум-насосов так, чтобы любой из них поочередно с другими использовался в качестве резервного насоса, в то время как два других насоса работают, выполняя свою рабочую функцию. Должно быть очевидно также, что в источнике вакуума можно использовать любое количество вакуум-насосов.
Остальные признаки и преимущества изобретения будут видны из последующего подробного описания вариантов его осуществления.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания настоящего изобретения ниже приведено подробное описание вариантов его осуществления и прилагаемых фиг.1-6, которые представлены только в качестве иллюстрации, не накладывая на изобретение каких-либо ограничений.
Фиг.1 в виде упрощенной блок-схемы представляет вариант осуществления настоящего изобретения, содержащий два вакуум-насоса и две доильные машины.
Фиг.2 в виде упрощенной блок-схемы представляет второй вариант осуществления настоящего изобретения, в котором два вакуум-насоса обслуживают три доильные машины.
Фиг.3 в виде упрощенной блок-схемы представляет третий вариант осуществления настоящего изобретения, в который включен резервный вакуум-насос.
Фиг.4 в виде упрощенной блок-схемы представляет четвертый вариант осуществления настоящего изобретения, имеющий множество вакуум-насосов и доильных машин.
На фиг.5 представлена упрощенная блок-схема последовательности шагов (операций) в одном из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.6 в виде упрощенной блок-схемы представляет источник вакуума согласно одному из аспектов настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
В нижеследующем описании, имеющем своей целью разъяснение настоящего изобретения и не носящем ограничительного характера, приведены конкретные элементы (такие как особые технические приемы и применения), обеспечивающие детальное понимание изобретения. Однако специалистам в этой области будет понятно, что изобретение можно использовать и в других вариантах осуществления, в которых указанные элементы изменены. В ряде примеров, чтобы не усложнять текст необязательными деталями, исключены подробные описания хорошо известных способов и аппаратуры.
Фиг.1 в виде упрощенной блок-схемы представляет систему доения согласно изобретению. Первый и второй вакуум-насосы (соответственно 101 и 102) присоединены посредством первого и второго трубопроводов (соответственно 103а и 103b) через первый и второй клапаны (соответственно 104 и 105) к первой и второй доильным машинам (соответственно 106 и 107). Указанные трубопроводы соединены третьим трубопроводом 103с, на котором установлен третий клапан 108. С доильными машинами, вакуум-насосами и клапанами связана система 109 управления, обеспечивающая прием информации, касающейся работы узлов системы, и управление ими. Предпочтительно, чтобы второй насос 102 можно было использовать в качестве резервного.
Резервный насос представляет собой вакуум-насос, находящийся в готовности. Другими словами, в нормальной обстановке он не функционирует и применяется только в случае выхода из строя (поломки) работающего насоса.
Функционирование показанной на фиг.1 системы доения происходит следующим образом. Вакуум-насосы выполнены способными поддерживать уровень вакуума приблизительно 45 кПа при воздушном потоке 700 л/мин. Первая доильная машина 106 может работать в различных режимах, требующих различных уровней вакуума и приводящих к различным воздушным потокам (см. приведенную далее Таблицу 1).
Таблица 1
Режимы доильной машины
Режим
Функция
Требования к параметрам вакуума
0
Машина отключена
Нет вакуума
1
Доение
Требуемый уровень вакуума = 45 кПа, слабый воздушный поток ~150 л/мин
2
Очищение сосков
Запрошенный уровень вакуума = 45 кПа, требуемый уровень вакуума ~ 30 кПа, сильный воздушный поток ~ 1000 л/мин
3
Промывка оборудования
Максимальная скорость, сильный воздушный поток ~500 л/мин
4
Техническое обслуживание
10-20 кПа, очень слабый воздушный поток ~20 л/мин
В режиме 0 доильная машина отключена, т.е. вакуум не востребован.
В режиме 1 проводят доение животного, причем не только для здоровья животного, но, например, и для достижения хорошего результата доения нужно, чтобы вакуум устойчиво поддерживался на заданном уровне 45 кПа. Во время доения воздушный поток относительно слаб и составляет приблизительно 150 л/мин.
В режиме 2 проводят очищение сосков при очень сильном воздушном потоке 1000 л/мин. В указанном режиме для насоса заданное значение вакуума обычно устанавливают на уровне, достигающем 45 кПа. Однако может оказаться, что из-за сильного воздушного потока насос поддерживать такой уровень неспособен. В результате вакуум может упасть до приблизительно 30 кПа.
В некоторых установках для очищения сосков применяют стакан, подобный доильному стакану. При использовании такого стакана по назначению в него вводят воду и сжатый воздух, после чего воду удаляют, создавая в стакане вакуум. Следствием этого является упомянутый выше сильный воздушный поток. В альтернативных вариантах для очищения сосков можно применять и другие средства, такие как щетки и аналогичные устройства, для которых вакуум вообще не нужен.
В режиме 3 доильную машину промывают; воздушный поток при этом довольно сильный, приблизительно 500 л/мин. Уровень вакуума обычно составляет примерно 40 кПа.
В режиме 4 доильная машина находится в состоянии технического обслуживания. В случае роботизированной автоматизированной доильной машины данный режим может использоваться, в частности, на отрезке времени, когда машина "ожидает" входа нового животного. Уровень вакуума устанавливают, например, равным 20 кПа, а воздушный поток очень слабый, приблизительно 20 л/мин.
Вторая доильная машина 107 работает в тех же режимах, что и первая. При этом обе машины функционируют абсолютно независимым одна от другой образом, т.е. одна машина может работать в любом режиме независимо от другой.
Следовательно, в зависимости от конкретного рабочего режима первая и вторая доильные машины (соответственно 106 и 107) предъявляют к параметрам вакуума различающиеся требования. Рабочий режим первой и второй машин определяет система 109 управления, причем предпочтительно, чтобы это происходило за некоторое время до начала работы в выбранном режиме. Это необходимо для того, чтобы предоставить первому и второму вакуум-насосам (соответственно 101 и 102) время для достижения требуемого уровня вакуума. Такой вариант можно осуществить, в частности, передавая в систему 109 информацию о времени включения определенных режимов относительно других процедур или режимов. Например, очевидно, что режим доения начнется через конкретный интервал времени после начала функционирования режима очищения сосков.
Система управления может определить рабочий режим, просто измеряя уровень вакуума и воздушный поток, израсходованный доильными машинами. Для этого используются обычные вакуумметры и приборы, измеряющие расход воздушного потока.
Для получения поступающей от доильной машины информации о ее рабочем режиме система управления может содержать модуль связи. Для контакта с каждой доильной машиной указанная система использует протокол типа TCP/IP (протокол управления передачей/межсетевой протокол), согласно которому доильные машины посылают сообщения системе управления, указывающие, в каком рабочем режиме машина находится или будет находиться в ближайшее время. Как один из вариантов, сообщение может содержать информацию, относящуюся к требуемому вакууму. В другом варианте система управления может содержать таблицу, соотносящую рабочий режим с требуемым или запрошенным уровнем вакуума, а также с ожидаемым воздушным потоком. Естественно, это будет означать, что каждая доильная машина должна содержать собственную систему управления, снабженную модулем связи, который способен обеспечить соединение с главной системой управления.
Далее в зависимости от выбранных режимов система управления контролирует первый, второй и третий клапаны (соответственно 104, 105 и 108), а также первый и второй вакуум-насосы (соответственно 101 и 102) согласно Таблице 2, приведенной ниже. При селективном отключении насосов 101 или 102 селективно выключаются также и клапаны 104 или 105 соответственно.
В зависимости от инструкций, полученных каждым вакуум-насосом от системы управления, вакуум-насосы, функционирующие одновременно, могут работать в различающихся рабочих режимах. Перечень таких режимов включает в себя режим нахождения в готовности, режим поддерживания уровня вакуума, режим поддерживания воздушного потока, режим поддерживания уровня вакуума и минимального воздушного потока, а также полный режим.
Таблица 2
Таблица управления двумя вакуум-насосами и двумя доильными машинами ДМ1 и ДМ2
Режим ДМ 1
Режим ДМ2
Третий клапан
Первый насос
Второй насос
0
0
Отсутствует
Выключен
Выключен
0
1
Закрыт
Выключен
Включен
0
2
Закрыт
Выключен
Включен
0
3
Закрыт
Выключен
Включен
0
4
Закрыт
Выключен
Включен
1
1
Открыт
Включен
Выключен
1
2
Закрыт
Включен
Включен
1
3
Закрыт
Включен
Включен
1
4
Открыт
Включен
Выключен
2
2
Закрыт
Включен
Включен
2
3
Закрыт
Включен
Включен
2
4
Открыт
Включен
Выключен
3
3
Закрыт
Включен
Включен
3
4
Открыт
Включен
Выключен
4
4
Открыт
Включен
Выключен
Для наглядности из рассмотрения исключены симметричные режимы.
Для удовлетворения требований к вакууму, предъявляемых обеими доильными машинами, в случае комбинаций режимов {1, 1}, {1, 2}, {2, 2}, {2, 3}, {2, 4} и соответствующих симметричных режимов достаточно только первого вакуум-насоса 101, поэтому второй вакуум-насос 102 выключают. Это приводит к существенной экономии энергии и, следовательно, затрат. Например, если в конкретной системе доения каждая доильная машина находится в режиме технического обслуживания два часа в день и в режиме доения 14 часов в день, экономия энергии составляет (2+14)/24×50% = 33%.
Другая система доения согласно изобретению, обозначенная как 200, представлена в виде упрощенной блок-схемы на фиг.2. Система содержит первый и второй вакуум-насосы (соответственно 201 и 202), обслуживающие по трубопроводам 206 первую, вторую и третью доильные машины. Указанные машины обозначены соответственно как 203, 204, 205. Показанная на фиг.2 система доения содержит первый и второй клапаны (соответственно 207 и 208), предназначенные для отсоединения соответственно первого вакуум-насоса 201 и второго вакуум-насоса 202 от трубопроводов 206. Кроме того, в системе имеются третий, четвертый и пятый клапаны 209, 210 и 211 соответственно. Они используются для контроля за подачей вакуума к соответствующим доильным машинам. Работа всех клапанов, доильных машин и вакуум-насосов отслеживается и контролируется системой 212 управления. Таким образом, как видно из чертежа, три доильных машины обслуживаются только двумя насосами. Отсюда следует, что по сравнению с системами доения, известными из уровня техники, система 200 экономит один насос.
Функционирование системы 200 доения происходит следующим образом. Каждая из первой, второй и третьей доильных машин может работать независимо в любом режиме, приведенном в Таблице 1. Система управления контролирует клапаны и вакуум-насосы таким образом, чтобы требуемые уровни вакуума достигались при ожидаемых воздушных потоках. При 45 кПа каждый насос имеет производительность 700 л/мин, т.е. суммарная производительность двух насосов, используемых в данном варианте, составляет 1400 л/мин при 45 кПа и 2000 л/мин, при 30 кПа.
В Таблице 3 указаны комбинации режимов, для которых два вакуум-насоса могут обеспечить требуемые уровни вакуума.
Таблица 3
Обслуживание двумя вакуум-насосами трех доильных машин. Описание режимов, входящих в комбинации, см. в Таблице 1
Комбинация режимов
Воздушный поток
Уровень вакуума
{1, 1, 1}
~450 л/мин
Требуемый 45 кПа
{1, 1, 4}
~320 л/мин
Требуемый 45 кПа
{1, 3, 4}
~670 л/мин
Требуемый 45 кПа
{1, 4, 4}
~190 л/мин
Требуемый 45 кПа
{3, 3, 4}
~1020 л/мин
Запрошенный ~30 кПа
{2, 4. 4}
~1040 л/мин
Запрошенный ~45 кПа
{3, 4, 4}
~540 л/мин
Запрошенный ~30 кПа
{4, 4, 4}
~60 л/мин
Запрошенный ~30 кПа
Если в системе 200 одну из доильных машин выключить, т.е перевести в режим 0 одну первую, вторую или третью машину, можно использовать Таблицу 2 при соответствующей настройке клапанов 209, 210 и 211. Для режимов {3, 3, 4} и {2, 4, 4} воздушный поток несколько превышает производительность первого насоса. Однако, поскольку нет необходимости абсолютно строго поддерживать запрошенный уровень вакуума 30 кПа или 45 кПа, соответствующее падение вакуума является приемлемым с учетом небольшого увеличения расхода.
Таким образом, система 212 управления контролирует первый, второй, третий, четвертый и пятый клапаны и работу первого и второго вакуум-насосов в зависимости от того, какой доильной машине требуется вакуум и каков требуемый расход воздушного потока. Если запланированный расход воздушного потока превышает 700 л/мин, и требуется вакуум на уровне 45 кПа или если запланированный воздушный поток гораздо больше, чем 1000 л/мин, для обеспечения вакуума к трубопроводу 206 подключают второй насос. Конкретные настройки конкретных клапанов имеют тривиальный характер и в данном случае обсуждаться не будут.
Итак, для любой из комбинаций режимов, представленных в Таблице 3 или для соответствующих комбинаций, представленных в Таблице 2 (и соотносящихся с ситуацией, когда одна из трех доильных машин системы 200 находится в режиме 0), задействован только один вакуум-насос, а другой выключен. Очевидно, что это приведет к существенной экономии энергии и сокращению затрат.
Для некоторых комбинаций режимов, например для комбинаций {2, 2, 2} и {3, 3, 3}, даже оба насоса неспособны обеспечить достаточный уровень вакуума. Такие комбинации редко имеют место одновременно, и одно из решений проблемы может заключаться, например, в следующем: система 212 управления посылает одной из доильных машин команду задержать проведение запрошенной операции до тех пор, пока не будет доступен достаточный уровень вакуума. Фиг.3 в виде упрощенной блок-схемы представляет вариант осуществления изобретения, который отличается от показанной на фиг.2 системы 200 доения наличием третьего вакуум-насоса 301. В указанном варианте осуществления нет ни одной комбинации режимов, которую нельзя было бы осуществить, используя источник вакуума, состоящий из трех вакуум-насосов.
Фиг.4 в виде упрощенной блок-схемы представляет обобщенную систему 400 доения согласно настоящему изобретению. Указанная система содержит источник 401 вакуума, состоящий из множества источников 405 вакуума, а также зону 402 использования вакуума, в которой расположено множество доильных машин 406, соединенных в одно целое системой 403 трубопроводов. Система 404 управления отслеживает и контролирует источник 401 вакуума, зону 402 использования вакуума и систему 403 трубопроводов. Система 400 доения является обобщением вариантов осуществления изобретения, описанных со ссылками на фиг.1, 2 и 3, и функционирует соответствующим образом.
Последовательность проведения операций в варианте выполнения работы системы доения, представленной на фиг.4, схематично показана на фиг.5. На шаге 501 система 404 управления получает от одной из конкретных доильных машин 406 запрос на вакуум. На шаге 502 вычисляют суммарные требования системы доения к параметрам вакуума, а на шаге 503 проверяют, достаточны ли задействованные в данный момент отдельные источники 405 вакуума для удовлетворения изменившихся суммарных требований к параметрам вакуума. Если ситуация именно такова, система управления на шаге 504 посылает запрашивающей конкретной доильной машине 406 сигнал "запрос принят", указывающий, что зона использования вакуума может приступить к своей операции. Далее на шаге 509 корректируют существующую на данный момент комбинацию режимов.
Однако если задействованные в данный момент источники 405 вакуума неспособны обеспечить подачу запрошенного вакуума, проводят проверку 505, чтобы удостовериться в наличии дополнительного источника вакуума. При положительном результате проверки на шаге 506 подсоединяют дополнительный источник 405 вакуума и устанавливают согласованным образом соответствующие клапаны в системе трубопроводов.
Если другого источника вакуума в наличии нет, система 404 управления на шаге 507 вычисляет время ожидания готовности и на шаге 508 посылает конкретной запрашивающей доильной машине 406 сигнал "запрос отложен". Наконец, после выполнения шага 510 задержки, соответствующей вычисленному времени готовности, на шаге 509 корректируют существующую на данный момент комбинацию режимов.
Фиг.6 в виде упрощенной блок-схемы иллюстрирует источник вакуума согласно изобретению. Указанный источник содержит первый, второй и третий вакуум-насосы, обозначенные соответственно как 601, 602 и 603. Для контролирования насосов с каждым из них связана система 604 управления. Контролирование предусматривает включение и выключение каждого конкретного насоса, а также контроль его скорости вращения. Кроме того, система управления отслеживает воздушный поток в системе 600 вакуум-насосов.
Описанное в данном случае контролирование вакуум-насосов, в первую очередь, сфокусировано на контроле посредством отслеживания воздушного потока, однако возможны, конечно, и другие варианты контролирования работы вакуум-насосов, в частности отслеживание уровня вакуума, скорости вращения каждого насоса и т.д. Например, по скорости вращения насоса можно косвенно измерить воздушный поток.
В данном примере производительность каждого вакуум-насоса составляет 4000 л/мин, а система 600 способна заменить обычную систему вакуумирования, имеющую действующий и резервный вакуум-насосы, причем каждый из них обладает производительностью 8000 л/мин.
Система 604 управления обеспечивает контроль работы каждого из первого, второго и третьего вакуум-насосов в зависимости от рабочего календаря и измеренного воздушного потока.
Из трех вакуум-насосов в любой конкретный отрезок времени будут работать только два, а третий предназначен для выполнения функции резервного. Передача указанной функции от насоса к насосу будет происходить по специальной схеме, например, согласно следующей Таблице 4:
День
Насос №1
Насос №2
Резервный насос
1
Первый 601
Второй 602
Третий 603
2
Третий 603
Первый 601
Второй 602
3
Второй 602
Третий 603
Первый 601
…
…
…
…
Так, функции вакуум-насоса, обозначенного номером 1 (как и функции вакуум-насоса, обозначенного номером 2, и резервного насоса) будут поочередно выполняться различными используемыми насосами. При этом реализуется несколько преимуществ, заключающихся в том, что использование всех вакуум-насосов будет осуществляться регулярно и в равной степени, потребность в обслуживании возникает у них в одно и то же время, а сеансы такого обслуживания будут больше разнесены во времени, тогда как ожидаемый срок службы вакуум-насосов удваивается. При этом обслуживание облегчается в том отношении, что можно сначала обслужить резервный насос, а после команды на его включение заняться следующим насосом, ставшим резервным, и т.д.
Во время работы системы 600 вакуум-насосов задействованы только насосы №1 и №2, а насос, выбранный резервным, отключен.
Если один из насосов №1 или №2 выходит из строя во время работы, вместо него используют резервный насос, а поврежденный насос можно затем отремонтировать, вообще не останавливая работу системы вакуумирования.
Работу и скорость вращения действующих насосов №1 и №2 контролируют в зависимости от измеренного расхода воздушного потока согласно следующей Таблице 5:
Измеренный воздушный поток (л/мин)
Насос №1
Насос №2
0-3000
Контролируемая скорость вращения
Выключен
3000-5000
Оптимальная скорость вращения
Контролируемая скорость вращения
5000-7000
Контролируемая скорость вращения
75%
7000-8000
100%
Контролируемая скорость вращения
В первом интервале расходов воздушного потока (0-3000 л/мин) насос №2 выключен, а уровень вакуума контролируют, корректируя скорость вращения насоса №1. Когда расход воздушного потока превышает 3000 л/мин и лежит в границах второго интервала (3000-5000 л/мин), снижают скорость вращения насоса №1 до оптимального значения. Оптимальная скорость представляет собой скорость вращения, при которой вакуум-насос максимально эффективен. В этом интервале включают насос №2, который берет на себя контроль над уровнем вакуума с корректированием его скорости вращения под управлением системы 604 управления.
В третьем интервале расходов воздушного потока (5000-7000 л/мин) насос №2 выводят на эксплуатационную эффективность, составляющую приблизительно 75% от его максимальной производительности 4000 л/мин, а уровень вакуума контролируют за счет контроля скорости вращения насоса №1. Наконец, в четвертом интервале расходов воздушного потока (7000-8000 л/мин) насос №1 выводят на уровень, соответствующий работе при максимальной производительности, что соответствует воздушному потоку 4000 л/мин, а уровень вакуума контролируют за счет контроля скорости вращения насоса №2.
Разумеется, чтобы работа вакуум-насосов не подвергалась отрицательным воздействиям при изменении воздушного потока вблизи границы конкретного интервала, для такого интервала можно предусмотреть надлежащую задержку переключения. Кроме того, границы конкретного интервала могут смещаться и их следует регулировать в соответствии с конкретными требованиями, превалирующими при каждой конкретной реализации изобретения. Конечно, выбранные интервалы будут сильно зависеть от изменения производительности вакуум-насосов.
Предлагаемое устройство обеспечивает несколько преимуществ. Например, оно облегчает расширение системы. Такое расширение легко достигается простым добавлением дополнительных действующих вакуум-насосов и соответствующим регулированием указанных интервалов. Энергия экономится за счет использования, когда это возможно, двигателя наименьшей мощности. Вакуум-насосы работают при более приемлемой скорости вращения. Применяют резервный насос с уменьшенной производительностью. В приведенном выше примере вместо резервного насоса с производительностью 8000 л/мин применяют насос такого же назначения с производительностью 4000 л/мин. Насос меньшей мощности легче в обращении.
Должно быть понятно, что изобретение можно модифицировать различным образом. Такие модификации не следует считать выходящими за границы изобретения. Для специалистов в данной области должно быть очевидно, что все они лежат в границах, определенных формулой изобретения.