CC BY
35
УДК 621.3:636.5
АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ КОМФОРТОМ ПОГОЛОВЬЯ И ОБОГРЕВОМ ПТИЧНИКА ПО ХОЗЯЙСТВЕННОМУ ПРИЗНАКУ
А.В. Дубровин, доктор технических наук, заведующий лабораторией Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства E-mail: [email protected]
Аннотация. Предложены основы метода управления тепловым комфортом поголовья птицы в помещении и обогревом птичника по экономическому критерию. Расчет экономических характеристик процесса обогрева птичника производится в зависимости от сигналов датчиков внутренних и наружных тепловых условий. Задачей является получение наивысшего значения экономического критерия прироста прибыли при автоматизированном управлении обогревом. Производится непрерывный в реальном времени автоматизированный поиск положения экономического баланса между стоимостью эксплуатационных энергетических затрат на обогрев сельскохозяйственных животных или птицы и расчетной стоимостью продукции в ценах ее реализации. Достигается экономически оптимальный и энергетически рациональный режим обогрева животноводческого или птицеводческого помещения и сельскохозяйственных животных или птиц. В результате устанавливается такое значение ощущаемой животным или птицей температуры помещения, при котором обеспечивается наивысший на данный момент времени прирост прибыли при обогреве животных или птицы и производственного помещения. Технология обогрева идет по экономически наилучшей траектории. Обеспечивается экономически наилучшее для обогревательной технологии и для предприятия в целом соотношение между получаемой продукцией птицеводства и животноводства и расходуемым на обогрев поголовья энергоносителем любого вида. Ключевые слова: эффективность производства, технико-экономический параметр.
Постановка проблемы. Для осуществления экономически оптимального управления обогревательной технологией в птицеводстве нужны измерители температуры. При управлении общим обогревом помещения птичника достаточно контролировать температуру внутреннего воздуха. При локальном обогреве инфракрасными облучателями цыплят надо иметь еще и как минимум датчик облученности или датчик лучистого теплового потока. При их наличии все равно необходимы математические модели, учитывающие вклад тепловых излучений в суммарный расчетный теплообмен птицы.
Такие математические модели должны учитывать по возможности больше влияющих факторов среды, следовательно, быть либо чрезмерно сложными, либо оставаться недостаточно адекватными теплообмену живого организма. Известен способ автоматического управления температурным режимом в теплице [1]. Для повышения эффективности весь период выращивания растений делится на равные промежутки времени и
для каждого вычисляется оптимальная из условия равенства нулю производной от экономического критерия температура внутреннего воздуха теплицы. Этот критерий эффективности (признак результативности) есть принятая авторами частичная прибыль, равная разности стоимости продукции в ценах реализации и стоимости затрат на обогрев теплицы, причем почему-то без учета температуры наружного воздуха, что чревато большими ошибками при расчете теплообмена здания птичника-моноблока.
В соответствии со значением этой экономически оптимальной температуры автоматически устанавливается задание регулятора температуры внутреннего воздуха. Будущее сельскохозяйственной энергетики, электрификации, автоматизации и информатизации остается за экономически оптимально управляемым электрифицированным локальным и общим обогревом, процессами хозяйственно наилучшего управления кормлением, микроклиматом и многими другими технологиями сельского хозяйства.
Цель исследований. Управление экономически оптимальным обогревом птичника, в т.ч. с учетом вредного газа аммиака в воздушной среде помещения.
Задачей являются непрерывные в реальном времени автоматизированный поиск положения экономического баланса между стоимостью эксплуатационных энергетических затрат на обогрев сельскохозяйственных животных или птицы и расчетной стоимостью продукции в ценах ее реализации, достижение экономически оптимального и энергетически рационального режима обогрева животноводческого или птицеводческого помещения и сельскохозяйственных животных или птиц. Также задачей является получение наивысшего значения экономического критерия прироста прибыли при автоматизированном управлении обогревом.
В результате устанавливается такое значение ощущаемой животным или птицей температуры помещения, при котором обеспечивается наивысший на данный момент времени прирост прибыли при обогреве животных или птицы и производственного помещения (рис. 1): 1 - теплозащитные ограждающие конструкции помещения птичника; 2 - утепленный пол (древесностружечная подстилка) птичника; 3 - приточная вентиляция; 4 - вытяжная вентиляция; 5 - поголовье птицы; 6 - обогреватели; 7 - энергетическая магистраль; 8 - регулятор температуры; 9 - датчик температуры внутреннего воздуха птичника; 10 - датчик относительной влажности внутреннего воздуха птичника; 11 -датчик ощущаемой температуры помещения в зоне обитания животных или птицы; 12 -датчик концентрации аммиака.
Материалы и методика исследований. От качества (точности) и количества (мощности) локального обогрева в птичнике существенно зависят технико-экономические показатели всей птицефабрики, связанные с сохранностью и темпами развития молодняка. Используются общеизвестные количественные отношения (математические модели) между энергетическими характеристика-
ми внутренней и внешней среды (температурами внутреннего и наружного воздуха), потребляемыми мощностью и энергией для нагрева помещения, стоимостями биологической продукции птицеводства и израсходованной энергией.
Рис. 1. Общая схема технологии лучистого обогрева цыплят и птичника (пояснения в тексте)
На рис. 2 дана иллюстрация взаимного действия физических и экономических характеристик процесса управления обогревом: Гвн - температура внутреннего воздуха в птичнике, °С; Гнар - температура наружного воздуха, °С; Пр - продуктивность птицы, кг/ед. времени; Цр - стоимость произведенной продукции птицеводства в ценах ее реализации, руб/ед. времени; Робогр - мощность обогрева помещения, кВт; Зэн - затраты энергии на обогрев птичника, кВт*ч; С - стоимость затрат энергии на обогрев птичника, руб/ед. времени; П = ЦрС - расчетная прибыль с учетом стоимости затрат только энергии на обогрев теплицы, руб/ед. времени;
гт техн г
Твн опт - технологически наилучшая (оптимальная) температура внутреннего воздуха в помещении (температурный режим наивыс-
„ \ О/"! Т экон
шей продуктивности птицы), °С; Твн опт1 | Тнар1 - экономически (хозяйственно) наилучшая (оптимальная) температура внутреннего воздуха в птичнике (температурный режим наивысшей прибыли от выращивания поголовья) при более низкой температуре
экон
наружного воздуха Тнар1, °С; Твн опт2 | Тнар2 -
Journal of VNПMZH №4(24)-2016
97
экономически (хозяйственно) наилучшая (оптимальная) температура внутреннего воздуха в теплице (температурный режим наивысшей прибыли от выращивания птицы) при менее низкой (при более высокой) температуре наружного воздуха Гнар2,
о р. 71 Т ор
Тнар1^ Т нар2, С.
Рис. 2. Вид взаимосвязи физических
и хозяйственных характеристик процесса обогрева птицеводческого помещения (пояснения в тексте)
На рисунке 3 приведена общая схема устройства: 1 - датчик ощущаемой температуры помещения [2]; 2 - датчик температуры наружного воздуха; 3 - датчик температуры внутреннего воздуха помещения; 4 - датчик относительной влажности наружного воздуха; 5 - датчик относительной влажности внутреннего воздуха; 6 - вычислительный блок; 7 - блок управления; 8 - регулятор температуры; 9 - обогреватели (электрические, газовые и т. п.); 10 - измеритель концентрации аммиака; 11 - блок задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры, констант [3].
Рис. 3. Функциональная схема устройства управления обогревом (пояснения в тексте)
;+
1у экон |
1^-вн опт2| Тнар2
™ экон |
-i- ен опт11 Тнар1
На рис. 4 дана дополнительная иллюстрация оценки технико-экономической эффективности обогревательной технологии по критерию прироста прибыли в результате суммирования стоимостей затрат на энергоноситель и прогнозируемых потерь продукции в искусственно формируемом диапазоне изменения теплового режима по величине ощущаемой температуры помещения: ДП -прогнозируемый расчетный прирост прибыли в результате управления обогревом данной партии цыплят и птичника; tоп - ощущаемая температура помещения в зоне обитания поголовья в результате действия обогревателей; ^попт - экономически оптимальное значение при соответствующих наружных метеоусловиях, теплозащите здания птичника и данной концентрации аммиака; ^пмакс щюдукт - биологически наилучшее значение для получения режима наивысшей продуктивности поголовья птицы данных породы, кросса и возраста; ДДПТ - изменение величины наивысшего прироста прибыли при изменении температуры наружного воздуха ДДПА - изменение величины наивысшего прироста прибыли при изменении концентрации аммиака; ^пз - искусственно сформированный сигнал величины ощущаемой тем-
пературы помещения между технологически
, з мин
допустимыми наименьшим и наи-
большим ¿опз макс ее заданными значениями.
Рис. 4. Иллюстрация технико-экономической эффективности обогревательной технологии по критерию прироста прибыли (пояснения в тексте)
Результаты исследований. По результатам измерения и задания параметров климата, помещения, микроклимата, оборудования, поголовья вычислительный блок 6 формирует значение ЛП(^пз, ¿опнорм) в диапазоне изменения ^пз за цикл опроса Гопр системой автоматизации рассматриваемой биотехнической системы. Вычислительный блок 6 по данным формирования искусственной величины ^пз управляемого параметра тепло-ощущений поголовья tоп рассчитывает целевую функцию оптимизации ЛП(^пз, ^пнорм) в
¡. з мин , з максч у"
выбранном диапазоне (^п , ). Блок
управления 7 находит экстремальное (мак-
симальное) ее значение, т.е. экономически оптимальное значение расчетного прироста прибыли АП(^пз опт, ^пнорм), и соответствующее ему значение аргумента функции tопз опт и подает его в качестве задающего сигнала на задающий вход регулятора температуры 8.
Вывод. Технология обогрева идет по экономически наилучшей траектории. Обеспечивается экономически наилучшее для обогревательной технологии и для предприятия в целом соотношение между получаемой продукцией птицеводства и животноводства и расходуемым на обогрев поголовья энергоносителем любого вида [4].
Литература:
1. А.с. 1438657. Способ автоматического управления температурным режимом в теплице // БИ. 1988. №43.
2. А.с. 1783567 СССР. Имитационная модель животного / Дубровин А.В. и др. // БИ. 1992. №47.
3. Пат. РФ 2297761. Способ экономичного обогрева с.-х. животных или птицы и устройство для его осуществления / Дубровин А.В. и др. // БИ. 2007. №12.
4. Дубровин А.В. Основы автоматизированного управления технологическими процессами в птицеводстве по экономическому критерию. М., 2014. 544 с.
Literatura:
1. A.s. 1438657. Sposob avtomaticheskogo upravleniya temperaturnym rezhimom v teplice // BI. 1988. №43.
2. A.s. 1783567 SSSR. Imitacionnaya model' zhivotnogo / Dubrovin A.V. i dr. // 1992. №47.
3. Pat. RF 2297761. Sposob ehkonomichnogo obogreva s.-h. zhivotnyh ili pticy i ustrojstvo dlya ego osushchest-vleniya / Dubrovin A.V. i dr. // BI. 2007. №12.
4. Dubrovin A.V. Osnovy avtomatizirovannogo upravleniya tekhnologicheskimi processami v pticevodstve po ehkonomicheskomu kriteriyu. M., 2014. 544 s.
THE AUTOMATION MANAGEMENT OF HEN HOUSE'S THERMAL COMFORT AND HEATING ACCORDANCE
WITH ECONOMIC CRITERION A.V. Dubrovin, doctor of technical sciences, professor, laboratory chief All-Russian research Institute of agriculture electrification
Abstract. The poultry room thermal comfort control method's basics and hen house's heating accordance with the economic criterion are proposed. The hen house heating process economic characteristics calculation depends on the internal and external thermal sensors' signals conditions. The goal is the profit growth economic criteria highest values at automated heating controls to obtain. The continuous real-time automated searching of economic balance between farm animals or poultry energy heating maintenance cost and its production calculated costs in the prices of implementation is conducted. The livestock or poultry premises and animals or poultry farm's economically optimal and rational energy heating mode is achieved. As the result of such animal or poultry room temperature the perceived value is set, which ensures the highest profit growth at this point of time for animals or poultry and industrial premises heating. A technology of heating is gone on the economically the best path. cost. The best ratio for technology of heating and the enterprise in general is ensured, between the resulting products of poultry and livestock and used for the number of heads any kind of heat energy source. Keywords: efficiency of industry, technical-and-economical parameter.
Journal of VNIIMZH №4(24)-2016
99
