CC BY
24
tekhnologii vosproizvodstva, vyrashchivaniya i otkorma sviney [Investigation results of five-phase stress-free technology of pig reproduction, growing and fattening]. Tekhnologii i tekhnicheskiye sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rasteniyevodstva i zhivotnovodstva. 2014. No. 85: 100-108 (In Russian)
7. Kalyuga V.V., Trifanov A.V., Bazykin V.I. Obosnovaniye pyatifaznogo besstressovogo sposoba soderzhaniya sviney na malykh fermakh na stadii proyektirovaniya [Justification of the five-phase stress-free method of fattening pigs on small farms]. Svinovodstvo. 2018. No. 8: 1720 (In Russian)
8. Kalyuga V.V., Bazykin V.I., Privalov M.N. Sovremennyye energoresursosberegayushchiye tekhnologii i tekhnicheskiye sredstva vosproizvodstva, vyrashchivaniya i otkorma sviney v krest'yanskikh i fermerskikh khozyaystvakh [Modern energy-saving technologies and technical means of reproduction, growing and fattening of pigs in peasant and private farms]. Glavnyy zootekhnik. 2010. No. 3: 39-44 (In Russian)
9. Kaljuga V., Kara I., Nikolaev S., Bazykin V. Stress free technology for low and medium capacity pig farms of peasant and farm husbandries of Russia // "Efficient and safe production processes in sustainable agriculture and forestry". Proc. Int. Sci. XXXIV CIOSTA & CIGR V Conference. University of Natural Resources and Applied Life Sciences. Vienna, Austria. 2011. pp. 337-338 (In English)
10. Fedorenko V.F., Mishurov N.P., Kuz'mina T.N., Trifanov A.V., Bazykin V.I., Gridnev P.I., Gridneva T.T., Spotaru YU.YU., Leonov M.V., Shchegoleva I.V. // Tekhnologicheskiye protsessy i oborudovaniye, primenyayemyye pri intensivnom razvedenii sviney. Nauchnyy analiticheskiy obzor [Technological processes and equipment used for intensive pig breeding. Scientific analytical review]. Moscow: Rosinformagrotekh. 2016: 175 (In Russian)
11. Kalyuga V.V., Bazykin V.I. Osnovy tekhnologicheskogo raschota maloy svinofermy s besstressovym sposobom soderzhaniya sviney i opredeleniye yeyo gabaritov [Basis of technological calculation of a small pig farm with a stress-free method of pig housing and determining its dimensions]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012. No. 27: 293-300 (In Russian)
12. Ilyin R.M., Vtory S.V. Besprovodnyye sensornyye seti dlya monitoringa parametrov mikroklimata na fermakh KRS [Wireless sensor networks for monitoring microclimate parameters on cattle farms]. Tekhnika i oborudovaniye dlya sela. 2020. No. 11 (281): 32-34 (In Russian)
13. Ilin R.M., Vtoryy S.V. Raspredeleniye ammiaka v korovnikakh s yestestvennoy sistemoy ventilyatsii [Ammonia distribution pattern in cow barns with a natural ventilation system]. Tekhnologii i tekhnicheskiye sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rasteniyevodstva i zhivotnovodstva. 2020. No. 2 (103): 91-98 (In Russian)
УДК 631.363
АЛГОРИТМ ПРОЦЕССА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ ЖИДКОГО
ЗЦМ МОЛОДНЯКУ КРС
С.В. Вторый, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Важнейшим направлением работ по созданию современных установок для приготовления жидкого ЗЦМ, способных конкурировать с зарубежными аналогами, является полная автоматизация технологического процесса. Она требует разработки управляющих программ на основе алгоритмов, которые будут анализировать, и управлять всем технологическим процессом приготовления корма максимально оперативно и в зависимости от меняющихся условий. Целью данного исследования является разработка алгоритма процесса автоматического приготовления смеси жидкого ЗЦМ. Приготовление смеси осуществляется в смесителе, в котором реализуется двухфазный последовательный процесс порционного дозирования и смешивания: Фаза 1 - Â1+B—K1,t21, t1— =P1 и Фаза 2 -Р1 +А2—*к2,t22, t2—=P2. Разработанный алгоритм позволит управлять процессом приготовления смеси жидкого ЗЦМ на разрабатываемой автоматизированной установке, обеспечивая производительность всей системы кормления жидким ЗЦМ молодняка КРС при соответствующем качестве смеси. На основе мониторинга и анализа технологических параметров процесса, физиологического состояния животных, наличия и расход компонентов смеси, через общую базу данных, формируется рацион и режимы работы исполнительных механизмов.
Ключевые слова: автоматизация, процесс, дозирование, смешивание, заменитель цельного молока, алгоритм
Для цитирования: Вторый С.В. Алгоритм процесса автоматического приготовления смеси жидкого ЗЦМ молодняку КРС // АгроЭкоИнженерия.2021.№°1(106).СЛ18-127
ALGORITHM OF AUTOMATIC PREPARATION OF A MIXTURE OF LIQUID WHOLE MILK
REPLACER FOR YOUNG CATTLE
S.V. Vtoryi, Cand. Sc. (Engineering)
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The critical area of concern in designing the modern competitive installations for preparation of liquid milk replacer is the complete automation of the technological process. It requires the control programmes based on algorithms that would analyse and control the entire technological process of feed preparation as promptly as possible and in response to variable conditions. The purpose of this study was to develop an algorithm for the automatic preparation of a mixture of liquid milk replacer in a mixer, which featured a two-phase sequential process of batch dosing and mixing: Phase 1 -A1+B—K1,t21, t1—> =P1 and Phase 2 - P 1+A2—K2,t22, t2—=P2. The developed algorithm will make it possible to control the process of preparing a mixture of liquid milk replacer on the designed
119
automated installation, ensuring the performance of the whole feeding system of young cattle with liquid milk replacer with the appropriate mix quality. The diets will be composed and operating modes of the executive mechanisms will be identified by the monitoring results and analyses of process parameters, the physiological state of animals, and availability and consumption of the mix components through a common database.
Key words: automation, process, dosing mixing, whole milk replacer, algorithm
For citation: Vtoryi S.V. Algorithm of automatic preparation of a mixture of liquid whole milk replacer for young cattle. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 1(106): 118-127. (In Russian)
Введение
Основная задача животноводства -получение и выращивание здорового молодняка КРС, тут наиболее важное значение имеет первый период роста и развития телят (2-3 длительность месяца). Здесь проявляются генетически заложенные возможности животного, и важность полноценного кормления животных не оспорима. В силу постоянно проводимой селекции КРС состав естественного молока претерпел изменения, в нем стал выше уровень жирности и увеличилось содержание белка. При выпойке таким молоком могут начаться осложнения, связанные с нормальной деятельностью кишечника [1].
Полноценное кормление с
использованием заменителя цельного молока (ЗЦМ), это строгое соблюдение норм приготовления и выдачи жидкой смеси индивидуально каждому животному в соответствии с его потребностями, кроме того при таком кормлении снижается риск заболеваемости болезнями желудочно-кишечного тракта. [2]. Данный способ кормления считается более выгодным, ведь состав ЗЦМ максимально приближен к натуральному молоку. Он обеспечивает уменьшение смертности, увеличивает
прирост веса, способствует нормальному пищеварению, укреплению иммунитета [3].
Важнейшим показателем готовой смеси жидкого ЗЦМ является качество, а именно свойства соответствующие натуральному цельному молоку. Для обеспечения должного качества продукта выпойки, в процессе приготовления необходимо строго соблюдать требование схемы приготовления, соблюдение пропорции соотношения сухого и жидкого компонентов [4,5]. Не менее важно соблюдать температурный режим воды (45...50 °С), время необходимое на смешивание компонентов и соблюдение требований гигиены.
Важнейшим направлением работ по созданию современных установок для приготовления жидкого ЗЦМ, способных конкурировать с зарубежными разработками, является полная автоматизация
технологического процесса. Она требует разработки управляющих программ, на основе алгоритмов, которые будут оперативно анализировать, и управлять всем технологическим процессом приготовления корма, максимально оперативно и в зависимости от меняющихся условий. Это позволит эффективно использовать генетический потенциал животных, контролировать энергетические ресурсы, ресурсы кормов, исключая их перерасход, и
как результат снизит стоимость прироста живой массы.
Целью данного исследования является разработка алгоритма процесса
автоматического приготовления смеси жидкого ЗЦМ.
Материалы и методы
Проведен анализ устройств
приготовления и раздачи жидкого ЗЦМ, по результатам которого разработана структурно-технологическая схема
функционирования системы кормления жидким ЗЦМ молодняка КРС, выделяющая в своем составе стационарную и мобильную части [6]. Схема стационарной части системы, служащая для приготовления жидкого корма, с расположением датчиков и исполнительных механизмов, представлена на рисунке 1. Она состоит из системы хранения и дозирования ЗЦМ [7], узла дозирования воды, бака смесителя с мешалкой и общей системы автоматического управления процессами.
Сухой ЗЦМ
~ О Ло вода I ©О i \ IG 1(= 0/ ы-
о о
жзцм
3 "г—-
О
1
2
Рис. 1. Схема установки для приготовления жидкого корма с расположением датчиков и
исполнительных механизмов:
1- система хранения и дозирования; 2 - узел дозирования воды; 3 - бак смеситель с мешалкой; М1, М2 - двигатель; Ь 1..3 - датчик уровня сухого ЗЦМ; N - датчик оборотов дозатора; Т1, Т2 - датчик температуры; Р -датчик давления воды в магистрали; О - датчик геркон наличия бака в зоне дозирования; Ж - датчик наличия смеси в баке; Я - расходомер с импульсным выходом; К - электромагнитный клапан; I - датчик тока нагрузки двигателя М2.
На рисунке 2 показана схема системы приготовления смеси жидкого ЗЦМ. автоматического управления процессом Управление данным процессом
осуществляется на двух уровнях: уровень -датчиков и исполнительных механизмов и уровень - контроля и управления, задача которого управление процессами
дозирования и смешивания по средством контроллера. Контроллер «мозг» всей системы, работающий в соответствии с алгоритмами.
Рис. 2. Схема системы автоматизации процесса приготовления смеси жидкого ЗЦМ
Результаты и обсуждение
Приготовление смеси осуществляется в смесителе (рис. 1 поз. 3), в котором реализуется двух фазный последовательный процесс порционного дозирования и смешивания:
Фаза 1 Л+В^-к^!, =Р1,
Фаза 2 Р+А2^к2Л22, ?2^=Р2 где Л1 и А2 - порция воды, л; В - порция сухого ЗЦМ, кг; Р1, Р2 - стадия состояния смеси ЗЦМ; к1,к2 - режим работы мешалки, об с-1; т1, т2 - время смешивания, сек; t21, Ь2 - температура воды, °С.
Качество смеси у (1), при внесении компонентов порционно, с соблюдением необходимой пропорции, будет определяться условием:
у (1)= ^А(1)/В(1)]=СОП81
где А - порция воды и В - порция сухого ЗЦМ.
Целью работы смесителя является получение состояния смеси жидкого ЗЦМ Р2 с необходимой концентрацией порошка ЗЦМ. В качестве управляющего воздействия для регулирования концентрации смеси используется количество исходного компонента А (воды) при подаче в смеситель, который проходит в две фазы с получением состояний Р1 и Р2. Фаза готового состояния смеси жидкого ЗЦМ Р2 определяется коэффициентом полноты растворения р (рф актическое—рнормативное) и
температурой ^ готовой смеси (35-40 °С).
Проведенные исследования позволили разработать алгоритм процесса
приготовления смеси жидкого ЗЦМ (рисунок
3).
Ввод исходных данных для расчета рациона и режима работы исполнительных механизмов
Загрузка программы в контроллер, команда на выполнение
Ввод исходных наличия компонентов для приготовления смеси
База данных
Ввод исходных данных физиологического состояния животных
2 Закрытие эл. магн. клапана К
1
2 Выключение реле времени г2
1
2 Выключение эл. двигателя М2
Снятие показаний:
датчик Т1
датчик I
▼
Конец
Включение реле времени г2
I
Открытие эл. магн. клапана К
Формирование отчета
На панель оператора
Рис. 3. Блок-схема алгоритма процесса приготовления смеси жидкого ЗЦМ:
2
А1А2 - порция воды; В - порция сухого ЗЦМ; А 1з, А2з, Вз, Т2з, Рз - заданное значение; А 1ф, А2ф, Вф, Т2ф, Рф - фактическое значение; АА1, АА2, АВ, АТ2, АР - допустимый предел погрешности; 1 и 2 - фазы процесса порционного дозирования и смешивания.
Алгоритм может быть описан следующим образом:
1. Управление подачей сухого ЗЦМ в смеситель из бункера-дозатора осуществляется по сигналам датчиков уровня Ь 1-3 и датчика оборотов дозатора К, и двигателем М1 работающим совместно с контроллером.
-Сигнал с датчика уровня Ь1 и Ь2 запускает процесс дозирования.
-Сигнал с датчика Ь1 останавливает загрузку в положении максимум заполнения бункера.
-Сигнал с датчика Ь3 приостанавливает процесс дозирования до сигнала с датчика Ь1 или Ь2.
-Сигнал с датчика оборотов дозатора N контролирует норму дозирования.
2. Управление подачей воды в смеситель осуществляется по сигналам датчиков температуры воды Т2, давления воды Р, расходомера Я и управлением электромагнитного клапана К работающих так же совместно с контроллером.
-Сигнал с датчика Т2 определяет температуру воды поступающей в смеситель.
-Сигнал с датчика Р определяет давление напора воды в магистрали.
нормативу; давление напора воды Р так же соответствует нормативу; датчик О сигнализирует о наличии бака-смесителя в исходной точке дозирования, а датчик W о состоянии бака смесителя - пуст/загружен. Если необходимые условия выполняются, контроллер даст сигнал на запуск двигателя М1, дискового дозатора и откроет электромагнитный клапана К.
Процесс дозирования заканчивается по сигналу датчика оборотов дозатора N (соответствующая порция сухого ЗЦМ от дозирована) и импульсного сигнала с расходомера Я (объем воды поступил в бак смеситель) поступающих в контроллер. Контроллер вырабатывает сигнал на остановку двигателя М1и закрытие электромагнитного клапана К.
4. Начало процесса смешивания определяется сигналами поступающих на вход контроллера: датчик смеситель W - загружен, двигатель М1 выключен, закрыт электромагнитный клапан К. Контроллер должен дать сигнал на запуск двигателя М2 и включением реле времени г1 и г2.
Окончание процесса смешивания заканчивается по сигналу реле времени г2. По окончанию процесса смешивания измеряется температура готовой смеси (датчик Т1) и снимаются показания тока нагрузки (датчик I) с двигателя М1.
Выводы
3. Начало процесса дозирования определяется Представленный алгоритм позволит
сигналами с датчиков: Ь1 или Ь2, управлять процессом приготовления смеси
определяющих наличие порошка ЗЦМ в жидкого ЗЦМ на разрабатываемой
бункере-дозаторе; температуры воды Т2, автоматизированной установке, обеспечивая
сообщает о том что вода соответствует производительность всей системы кормления
жидким ЗЦМ молодняка КРС при соответствующем качестве смеси. Алгоритм приготовления жидкого ЗЦМ молодняку КРС, предоставит возможность эффективно управлять процессами дозирования и смешивания, обеспечивая снижение затрат труда при экономии ресурсов. На основе
мониторинга и анализа технологических параметров процесса, физиологического состояния животных, наличия и расхода компонентов смеси, через общую базу данных, формируется рацион и режимы работы исполнительных механизмов.
1. Лютых О. Расти, малыш! Заменители молока в кормлении молодняка телят и поросят // Эффективное животноводство. 2020. № 4(161). С.112-117
2. Мошкина С.В., Зарубин А.Н., Гагарина О.Ю. Физиологические показатели и продуктивные качества ремонтного молодняка молочного скота при использовании в кормлении различных заменителей цельного молока // Вестник мясного скотоводства. 2017. № 1(97), С. 93-99.
3. Заменитель цельного молока для телят - выбор, приготовление и выпаивание.
[Электронный ресурс].
https://agromolservice.ru/veterinariya/zam
enitel-moloka-dlya-telyat-kak-razvodit-
suhoe-moloko-proporcii-instrukcii-i-
pravila-vybora.html (Дата обращения
22.03.2021)
4.Мохнаткин В.Г., Солонщиков П.Н Теоретическое определение и обоснование конструктивных и
Й СПИСОК
энергетических параметров установки для приготовления жидких кормовых смесей // Вестник Курской ГСА. 2017. № 3. С. 49-54.
5. Михайлов А.С. Определение качества готовой смеси заменителя цельного молока для выпойки молодняку КРС // «Продовольственная безопасность: от зависимости к самостоятельности». Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Орел: Орловский ГАУ. 2017. С. 171-173
6. Вторый В.Ф., Вторый С.В., Ильин Р.М. Инновационная технология приготовления и выдачи заменителя цельного молока молодняку крупного рогатого скота// Агроинженерия. 2020. № 4 (98). С. 25-32. БО1: 10.26897/26871149-2020-4-25-32
7. Вторый С.В. Влияние физико-механических свойств сухого ЗЦМ на конструктивные параметры бункера-дозатора // АгроЭкоИнженерия. 2020. № 3 (104). С. 94-100. БО1: 10.24411/01315226-2020-10258
REFERENCES
1 Lyutykh O. Rasti, malysh! Zameniteli moloka v kormlenii molodnyaka telyat i porosyat [Keep growing, kid! Milk substitutes for feeding young calves and piglets]. Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2020. No. 4(161):112-117 (In Russian)
2. Moshkina S.V., Zarubin A.N., Gagarina O.Yu. Fiziologicheskie pokazateli i produktivnye kachestva remontnogo molodnyaka molochnogo skota pri ispol'zovanii v kormlenii razlichnykh zamenitelei tsel'nogo moloka [Physiological indicators and productive qualities of re young
placement dairy cattle while feeding with calf milk replacers]. Vestnik myasnogo skotovodstva. 2017. No. 1(97): 93-99. (In Russian)
3. Zamenitel' tsel'nogo moloka dlya telyat -vybor, prigotovlenie i vypaivanie [Whole milk replacer for calves - choice, preparation and feeding]. Available at: https://agromolservice.ru/veterinariya/zamenitel-moloka-dlya-telyat-kak-razvodit-suhoe-moloko-proporcii-instrukcii-i-pravila-vybora.html (accessed 22.03.2021) (In Russian)
4. Mokhnatkin V.G., Solonshchikov P.N Teoreticheskoe opredelenie i obosnovanie konstruktivnykh i energeticheskikh parametrov ustanovki dlya prigotovleniya zhidkikh kormovykh smesei [Theoretical definition and rationale for design and energy installation options for preparing a liquid feed mixture]. Vestnik Kurskoi GSA. 2017. No. 3: 49-54. (In Russian)
5. Mikhailov A.S. Opredelenie kachestva gotovoi smesi zamenitelya tsel'nogo moloka dlya vypoiki molodnyaku KRS [Determining the quality of the finished mixture of whole milk substitute for
feeding young cattle]. "Prodovol'stvennaya bezopasnost': ot zavisimosti k
samostoyatel'nosti". Sbornik materialov Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi
konferentsii. ["Food security: from dependence to independence". Proc. All-Russian Sci. Prac. Conf.] Oryol: Oryol State Agrarian University. 2017: 171-173(In Russian)
6. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Ilyin R.M. Innovatsionnaya tekhnologiya prigotovleniya i vydachi zamenitelya tsel'nogo moloka molodnyaku krupnogo rogatogo skota [Innovative technology of milk replacer preparation for calf feeding]. Agroinzheneriya. 2020. No. 4 (98): 25-32. DOI: 10.26897/2687-1149-2020-4-25-32(In Russian)
7. Vtoryi S.V. Vliyanie fiziko-mekhanicheskikh svoistv sukhogo ZTsM na konstruktivnye parametry bunkera-dozatora [Effect of physical and mechanical properties of dry whole milk replacer on construction parameters of the dosing hopper]. AgroEkoInzheneriya. 2020. No. 3 (104): 94-100. DOI: 10.24411/0131-5226-2020-10258 (In Russian)
