CC BY
15УДК 227:[628.84+628.972]:681.518.5
БЛОК АВТОМАТИКИ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА И КОНТРОЛЯ ВРЕМЕНИ ОСВЕЩЕНИЯ В ПТИЧНИКАХ
И. М. Довлатов, Ю. А. Прошкин
ФГБНУ «Федеральный Научный Агроинженерный Центр ВИМ», г. Москва, Россия
Аннотация. Во введении рассмотрено влияние микроклимата на продуктивность птицеводческих хозяйств. Приведено влияние отдельных параметров микроклимата на продуктивность, жизнедеятельность и резистентность разводимой птицы. Рассмотрены способы регулирования данных параметров, приведены основные принцыпы функционирования программируемых логистических контроллеров. В результатах и их обсуждениях приводится схема работы разрабатываемого блока автоматизации установки автоматического обеззараживания воздуха и контроля времени освещения. Рассматривается принцип функционирования данной установки, приведены структурная и принципиальная схемы. Вывод: На основании рассмотренных литературных источников были выявлено основные параметры микроклимата влияющие на продуктивность птицеводческих хозяйств. Была приведена схема работы блока автоматизации установки автоматического обеззараживания воздуха и контроля времени освещения, структурная схема, принципиальная схема.
Ключевые слова: обеззараживание, автоматический контроллер, освещение, микроклимат, птичник.
Введение. На сегодняшний день соблюдение всех норм и создания оптимального микроклимата в птицеводческих помещениях позволяет снизить риск незапланированных финансовых убытков и увеличить доход фермеру, за счёт увеличения привеса и уменьшения падежа птицы [1].
Для получения высокой продуктивности сельскохозяйственной птицы необходимо соблюдать все технологические параметры при её содержании и выращивании наиболее значимыми из которых являются качество кормов селекционная работа и состояние окружающей среды в птицеводческом помещении [2].
В источниках [2-4] говорится что среди факторов окружающей среды температура воздуха помещения оказывает наибольшее влияние
на продуктивность птицы. Влажный воздух при низкой температуре усиленно поглощает лучистую энергию и тем самым способствует интенсивной теплоотдаче, что ведёт к переохлаждению и простудным заболеваниям. С повышением относительной важности воздуха в помещении при высокой температуре может произойти перегрев организма птицы. Данные выводы были получены в результате испытаний, проведённых на действующих объектах ветеринарного надзора, на основании которых выявлены зависимости по оптимальному температурному режиму и уровню влажности.
В источнике [5] ученым ставилась задача поиска оптимального баланса между всеми составляющими световых программ выращивания и содержания птицы с точки зрения влияния на продуктивные показатели и минимизации затрат электроэнергии на освещение не вызывает сомнения. Одним из вариантов прогрессивных научно-технических разработок является разработка программы автоматического управления системы освещения для реализации энергосберегающих электротехнологий.
На современных предприятиях при отсутствии полной автоматизации производственного процесса существует отдельные автономные участки. Автоматизированное управление для них выполняют программно-технические комплексы (ПТК). Такие комплексы строятся с использованием аппаратно программных средств, такие как средства измерения, контроля и исполнительные механизмы, управляемые с помощью специализированного ПО. В отличии от компьютерных сетей центральным звеном ПТК является не процессор, а программируемые логические контроллеры [6]. При программировании контроллеров используется стандартный язык контактно-релейной логики или функциональных схем.
В наши дни автоматизация процесса на базе контролируемых контроллеров с персональными компьютерами получают большое распространение, по причине финансовой доступности и простоты использования. Такая тенденция привела к появлению программируемых логистических контроллеров (ПЛК) которые могут совмещать функции множества разных изделий и производителей для большинства разрабатываемых систем управления.
Внедрение ПЛК в процессы управления позволяет контролировать рассматриваемые параметры без остановки или частичного прерывания технологического процесса во время оценки полученных значений текущих параметров для формирования управляющих воздействий. ПЛК создаются для упрощения процесса во время решения сложных задач. Их функциональность и высокая производительность позволяет экономить время и деньги, затрачиваемые на решение конкретной технологической задачи [7].
Основная функция ПЛК заключается в формирование сигнала рассогласования между регулируемыми величинами до заданных значений по типовым алгоритмам регулирования, вырабатывающая управленческий процесс воздействия, задающий объекту требуемых функций.
Объектом управления ПЛК является технический объект или технологический процесс, который выполняет технические операции над материальными и/или информационными компонентами [8].
Результаты и их обсуждения. При создании контроллера для автоматического обеззараживания воздуха и контроля времени освещения в птичники была поставлена задача определения минимального времени обработки с целью инактивации патогенной микрофлоры и периода имитации дневного цикла с датчиком контроля нахождения персонала в зоне обработки.
После постановки задачи была разработана схема работы блока автоматики устройства обеззараживания воздуха и контроля времени освещения (рисунок 1), на основании которой были разработаны структурная и принципиальная схема (рисунок 2,3), алгоритм работы и программа управления контролером на языке программирования С++ [0,10].
Программа была установлена на микропроцессор ATMEGA микроконтроллера ARDUINO MEGA для тестирования разрабатываемой установки автоматического обеззараживания воздуха и контроля времени освещения. При контрольных испытаний в животноводческих хозяйствах данной установки микроконтроллер должен быть заменен на промышленный со степенью защиты IP62, программа останется такой же в силу своей универсальности.
Работает предлагаемый блок автоматизации установки автоматического обеззараживания воздуха и контроля времени освещения следующим образом: блок управления 1 на базе микропроцессора, питающийся от источника питания постоянного тока 2, отправляет запрос на получение данных в виде сигнала датчику температуры воздуха в помещении 9, датчику влажности воздуха в помещении 7, датчику состояния закрытия входной двери в помещение 8, а также таймеру времени 3. Затем вышеперечисленные датчики 7, 8, 9 и таймер времени 3 передают информацию блоку управления 1. Полученные данные от датчиков 7, 8, 9 и таймера времени 3 проходят обработку и анализ в микропроцессоре блока управления 1. После чего, по результату обработанных данных, блок управления 1 отправляет (или не отправляет) сигнал открывающий (или закрывающий) электромагнитные переключающие устройства 11, 12, 13, соединенные с блоком распыления обеззараживающего раствора 4, с системой освещения помещения 5, с ультрафиолетовой
лампой низкого давления 6. В результате чего происходит включение (или отключение) освещения в помещении, ультрафиолетовой лампы низкого давления, блока распыления обеззараживающего раствора. Микропроцессор, в блоке управления 1, при помощи блока хранения памяти 10 способен сохранять информацию о текущем состоянии управляемых модулей, что позволяет возобновить работу автоматизированного комплекса по автономному обслуживанию сельскохозяйственных помещений в случае сбоя источника питания 2 [11].
10
Рисунок 1 - Схема работы автоматизированного комплекса Разрабатываемый блок автоматизации установки автоматического обеззараживания воздуха и контроля времени освещения производит контроль параметров помещения при помощи датчиков. Процесс управления и контроля представлен в виде структурной схемы (рисунок 2).
Задающее устройство, элемент сравнения и устройство управления входят в состав программируемого контроллера ARDUINO MEGA, который осуществляет обработку входящих сигналов с датчиков, обратной связи и производит управление исполнительными механизмами (реле). Исполнительные механизмы по полученному сигналу включают (или отключают) элементы
обеззараживания воздуха (аэрозольный насос и ультрафиолетовая лампа) и освещения в помещении. Устройства обратной связи (датчики температуры, влажности и состояния входной двери), в свою очередь, получают информацию о состоянии параметров объекта управления и передают её элементу сравнения.
ЗУ1
-lit.
т
W
ш
fJU
ARDUIMQ MEGA Ш
//II
ыц
ш
т №11
т ш
т т
1 I
да
/Л!
уЛ1
Ж1
жг
Ш
т
гМ
ЗУ -задающее устройство; УУ - устройство управления; ИМ -исполнительный механизм; ОУ - объект управления; УОС -устройство обратной связи; y(t), уос(0 - задающее воздействие и сигнал обратной связи; e(t) - сигнал ошибки; f(t) - возмущающее воздействие; x(t) - управляемый сигнал. Структурная схема САУ состоит из трех замкнутых каналов регулирования: 1 - управление включением ультрафиолетовой лампой; 2 - управление включением насоса подачи аэрозольной смеси; 3 - управление включением освещения.
Рисунок 2 - Структурная схема управления обеззараживание и освещением с отрицательной обратной связью
Принципиальная схема блока автоматизации установки автоматического обеззараживания воздуха и контроля времени освещения представлена на рисунке 3.
Принципиальная схема представляет собой 11 элементов: ARDUINO, 3 реле «RELAY» ведущие к пускорегулирующей аппаратуре ультрафиолетовой лампы, вибрационному насосу и системе освещения помещения, блок питания БП, SD CARD «READER», таймер времени, дисплей LCD, датчик температуры и влажности «DHT», датчик двери «DOOR», кнопки управления.
LCD 1602 -дисплей; CLOCK D53231 -часы реального времени; SDA, SCL - названия; MOSI, MISO, CLK, CS - выводы из шин на ARDUINO MEGA; SD CARD READER - карта памяти для сохранения значений переменных; ICSP, I2C - названия шин; 2, 5, 14, 15, 16, 20, 21, 25, 49, 37 - номера выводов на ARDUINO MEGA; * - кнопка выбор; t - кнопка вверх; j - кнопка вниз; RELAY - реле; DOOR -дверь; DHT11 - датчик влажности и температуры; БП 5V - блок питания 5В
и н RELAY
RELAY RELAY
Рисунок 3 - Принципиальная схема автоматизированного комплекса
Алгоритм работы устройства состоит из 3 частей:
1) сбор и анализ данных;
2) управление исполнительными элементами;
3) вывод данных на дисплей.
Последовательность 3 частей составляет 1 цикл, который затем повторяется.
Выводы.
На основании рассмотренных литературных источников были выявлено основные параметры микроклимата влияющие на продуктивность птицеводческих хозяйств.
Современные датчики и системы цифрового контроля способны отслеживать большой объем параметров микроклимата, применение данных технологий предоставляет возможность вести
сельскохозяйственное производство в режиме «диалога с животными», что способствует повышению продуктивности. Внедрение в птицеводческих хозяйствах современных систем мониторинга позволяет повысить контроль за выпускаемой продукцией, оперативно принимать решения по устранению негативных факторов и процессов, влияющих на продуктивность, задавать определённые качественные характеристики выращиваемых птиц.
Обоснована необходимость внедрения автоматизированных систем регулирования микроклимата, для повыщения продуктивности на объектах ветеренарного надзора. Приведены принцыпы функционирования программируемых логистических контроллеров.
Была приведена схема работы блока автоматизации установки автоматического обеззараживания воздуха и контроля времени освещения, структурная схема, принципиальная схема.
Список использованных источников:
1. Буяров В.С. Научные основы ресурсосберегающих технологий производства мяса бройлеров / В.С. Буяров, Т.А. Столляр, А.В. Буяров // под общ. редакцией В. С. Буярова. Издательство Орловского государственного аграрного университета. Орёл. 2013.
2. Толстый О.В. Требования к параметрам микроклимата в птицеводческом помещении / О.В. Толстый // В сборнике: Достижения современной науки Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции [Электронный ресурс]. Под общей редакцией А.И. Вострецова. - 2016. - С. 86-91.
3.Мамедов Э.С. Особенности воздухообмена в животноводческих и птицеводческих помещениях / Э.С. Мамедов // Вестник АПК Ставрополья. - 2015. - № 4 (20). - С. 51-54.
4. Овсянников А.П. Показатели микроклимата в птицеводческом помещении для кур несушек / А.П. Овсянников, С.М. Домолазов // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2015. - Т. 221. № 1. - С. 160-161.
5. Баранова И.А. Реализация энергосберегающего режима освещения в птицеводческом помещении за счет автоматизированной системы управления / И.А. Баранова, С.Д. Батанов, Т.А. Широбокова // Вестник НГИЭИ. - 2019. - № 2 (93). - С. 37-47.
6. Масекас С.Ю. Обоснование выбора схемы мгновенного зажигания люминесцентных ламп в ждущем режиме / Масекас С.Ю. -дисс. на соиск. уч. ут. канд. техн. наук. М, 1964, 204с.
7. Валеев Р.А. Обоснование необходимости эксэргетического анализа преобразований энергии в сельскохозяйственном производстве / Валеев Р.А., Кондратьева Н.П. // Вестник Ижевской
государственной сельскохозяйственной академии, - 2014- №1. - С.12-
13
8. Елисеев В.И. Исследование схем импульсных облучательных установок с емкостно-диодными преобразователями и влияние их на сельскохозяйственные электрические сети / Елисеев В.И. - дисс. на соиск. уч. ут. канд. техн. наук. Пушкино, 1976
9. Юферев Л.Ю. Автоматизация обеззараживания воздуха и освещения в сельскохозяйственных помещениях / Л.Ю. Юферев, И.М. Довлатов, Э.С. Рудзик //Сельскохозяйственные машины и технологии.- 2017. -№ 5. - С. 43-48.
10. Довлатов И.М. Автоматизированная система обеспечения микроклимата в птичниках / И.М. Довлатов, Л.Ю. Юферев, В.В. Кирсанов, Д.Ю. Павкин, В.Ю. Матвеев // Вестник НГИЭИ. - 2018. -№ 7 (86). - С. 7-18.
11. ЯИ 2671389 С1 Опубликовано: 30.10.2018 Бюл. № 31 Автоматизированный комплекс по автономному обслуживанию сельскохозяйственных помещений
Довлатов И.М., м.н.с. ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Москва, Россия dovlatovim @ mail. ru
Прошкин Ю.А. к.т.н. н.с. ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Москва, Россия
THE CONTROL UNIT OF AUTOMATIC DISINFECTION DEVICE AND LIGHTING TIME CONTROL IN POULTRY HOUSES
Abstract. In the introduction, the influence of the microclimate on the productivity of poultry farms is considered. The influence of individual microclimate parameters on the productivity, livelihoods and resistance of farmed birds is given. The ways of regulation of these parameters are considered, the main principles of functioning of programmable logistic controllers are given. The results and their discussion provide a diagram of the work of the automation unit being developed for the installation of automatic air disinfection and control of lighting time. The principle of operation of this installation is considered, structural and schematic diagrams are given. Conclusion: On the basis of the reviewed literature sources, the main parameters of the microclimate affecting the productivity of poultry farms were identified. The scheme of operation of the automation unit for the installation of automatic air disinfection and control of lighting time was given, block diagram, schematic diagram.
Key words: disinfection, automatic controller, lighting, microclimate, poultry house.
List of sources used:
1. Buyarov V. S. Scientific bases of resource-saving technologies of meat production broilers / V. S. Buyarov, T. A. Stollyar, A. V. Buyarov // Ls. under the editorship of V. S. Buyarov. Publishing house of Orel state agrarian University. Orel. 2013.
2. Requirements to the parameters of the microclimate in the poultry room / O. V. Tolstoy // In the collection: Achievements of modern science Materials of the International (correspondence) scientific-practical conference [Electronic resource]. Under the General editorship of A. I. Vostretsov. 2016. P. 86-91.
3.Mammadov E. S. Features of air exchange in livestock and poultry premises / E. S. Mammadov // Bulletin of the agroindustrial complex of Stavropol. - 2015. - № 4 (20). - Pp. 51-54.
4. Ovsyannikov, A. P. indexes of microclimate in the poultry building for laying hens chickens / A. P. Ovsyannikov, S. M. Davlatov // scientific notes of the Kazan state Academy of veterinary medicine. N. Eh. Bauman.- 2015. -Vol. 221. -No. 1. - P. 160-161.
5. Baranova I. A. Realization of energy-saving mode of lighting in poultry-breeding room at the expense of the automated control system / I. A. Baranova, S. D. Batanov, T. A. Shirobokova // Vestnik NGIEI. - 2019. -№ 2 (93). - P. 37-47.
6. Musicas S. Y. justification of the choice of the circuit for instant ignition of fluorescent lamps in standby mode / Musicas S. Yu. - Diss. on competition of a scientific degree. Uch. kand. Techn. sciences'. M, 1964, 204s.
7. Valeev R. A. Justification of the need for exergetic analysis of energy transformations in agricultural production / Valeev R. A., Kondratieva N. P. // Bulletin of the Izhevsk state agricultural Academy, 2014- №1. -P. 12-13
8. Eliseev V. I. Research of schemes of pulse irradiation installations with capacitive diode converters and their influence on agricultural electric networks / Eliseev V. I. - Diss. on competition of a scientific degree. Uch. kand. Techn. sciences'. Pushkino, 1976
9. Yuferev L. Yu. automation of disinfection and lighting in agricultural / L. Y. Yuferev, I. M. Dovlatov, E. S. Rudzik //Agricultural machinery and technologies.- 2017. -№ 5. - P. 43-48.
10. Dovlatov, I. M. the Automated system of microclimate control in buildings / M. I. Dovlatov, L. Y. Yuferev, V. V. Kirsanov, D. Y. Pivkin, V. Yu // Bulletin of NGIEI. - 2018. - № 7 (86). - P. 7-18.
11. RU 2671389 C1 Published: 30.10.2018 Byul. No. 31 an Automated system for the Autonomous service of agricultural areas
