Обоснование требований к алгоритму управления взвешивающим устройством мобильного смесителя-кормораздатчика Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Получено 23.12.02. УДК 636.085.6

В.Ф. ВТОРЫЙ, канд. техн. наук; Н.П. КОЗЛОВА, канд. техн. наук; В В. СОРОКИН, канд. техн. наук; А Д. ПУГАНОВ

ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К АЛГОРИТМУ УПРАВЛЕНИЯ ВЗВЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ МОБИЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ-КОРМОРАЗДАТЧИКА

Приведены результаты анализа процесса приготовления и раздачи кормов КРС с использованием мобильных кормораздатчиков в двух хозяйствах Ленинградской области. Предложена структурная схема весоизмерительной системы мобильных кормораздатчиков, интегрироованной в в АСУ предприятия, имеющего подсистемы АРМов зоотехника и экономиста. Для реализации функции учета требуется блок управления взвешиванием и дозированием, содержащий устройство накопления результатов взвешивания и устройство для переноса данных; прием и передача данных предполагается по стандартному интерфейсу

В СЗНИИМЭСХ при разработке экспериментального образца мобильного смесителя-раздатчика решалась задача обоснования требований к техническим характеристикам автоматизированной системы взвешивания и учета кормов. При создании весоизмерительной систем исходили из модульного принципа построения, используя серийные тензодатчики и весовые терминалы. [1].

Весовой терминал предназначен для преобразования сигнала тензодатчика в цифровой код, отображения результатов взвешивания, обмена информацией с различными устройствами, реализации специальных функций.

Обоснование требований к алгоритму работы взвешивающего устройства и, следовательно, к перечню функций, реализуемых весоизмерительным терминалом, провели на основании анализа всего

процесса приготовления и раздачи кормов с использованием мобильных кормораздатчиков и опыта эксплуатации импортных машин в двух хозяйствах Ленинградской области.

В течение 2000 г. проводилось обследование работы трех кормораздатчиков финской фирмы Junkkari (вертикальный шнек перемешивания) и одного кормораздатчика Optimix-12 шведской фирмы Alfa Laval Agri польской сборки (горизонтальные шнеки). Далее рассматривается часть результатов исследований, использованных при обосновании требований к алгоритму работы взвешивающего устройства.

Весовые терминалы тензометрических весоизмерительных систем импортных кормораздатчиков имеют типоразмерный ряд с различным набором функций. Так, программируемое взвешивающее устройство Optimix позволяет приготовлять до 30 рационов, в каждый из которых входит до 30 компонентов. При испытаниях в хозяйствах использовался минимальный набор функций весоизмерительных терминалов: индикация веса в режимах нетто и брутто и обнуление показаний индикатора. Режим сигнализации о достижении дозы не применялся.

Во время обследования проводилась регистрация всего процесса приготовления и раздачи кормосмеси в режиме, принятом в хозяйстве. На комплексе первого хозяйства, где проводились наблюдения, содержание коров привязное, два кормораздатчика A-Mix-11 обслуживают все поголовье КРС хозяйства.

По кормлению все стадо разделено на 4 группы:

1) - высокопродуктивные коровы, новотельные до 5 месяцев лактации

2) - стародойные 5-7 месяцев 3) сухостойные 4) - молодняк. Группы формируются по мере поступления коров из родильного отделения. Два кормораздатчика обеспечивают двухразовое кормление высокопродуктивной группы стада и одноразовое кормление остальных групп.

Исходные компоненты для кормосмеси: силос, запарка, комбикорма. В кормоцехе подготавливается мешанка («запарка»), в состав которой входят патока, отруби, жмых, комбикорм, мельничная

пыль, жом. В кормораздатчик "запарка" подается при помощи транспортера, управление - ручное. «Запарка» в каждом замесе составляет около 30 %, дозирование компонентов запарки производится по данным автомобильных весов.

Проведен хронометраж работ. Основные операции: раздача кормосмеси, транспортировка кормосмеси, взвешивание, погрузка силоса, погрузка комбикорма в кормораздатчик, погрузка запарки, въезд во двор и выезд из двора, переезд под загрузку, ожидание погрузки. Средняя производительность агрегата - 5,12 т/час, общая продолжительность одного цикла раздачи кормов поголовью в 200 коров - 106 минут. После раздачи кормосмеси кормораздатчиком доярки подбирают рассыпанный корм и перераспределяют его между коровами по продуктивности; время, затрачиваемое на эту работу, не включено в общую продолжительность цикла. Следует отметить, что процесс раздачи требует определенной виртуозности и высокой квалификации тракториста, особенно при раздаче кормов.

В хозяйстве принят следующий порядок расчета рациона и составления кормосмеси. Главный зоотехник разрабатывает рацион на период (зимний период, лето). Бригадир по кормлению на основании этих базовых рационов производит расчет состава кормосмеси на текущий день в зависимости от наличия кормов и выдает трактористам задание в виде таблицы с указанием состава каждого замеса. Во время загрузки компонентов смеси в смеситель бригадир находится рядом с машинами и контролирует процесс. Тракторист после каждого взвешивания заносит результат в таблицу. После окончания составления каждого замеса кормораздатчик проезжает через автомобильные весы.

Всего за день двумя кормораздатчиками составляется 10 замесов. В таблице дан пример заполнения таблицы-отчета. Показания взяты по записям тракториста и бригадира (терминал находится в кабине трактора и показания дисплея видны только оператору).

Пример выполнения программы составления кормосмеси кормораздатчиком А-1\/Пх-11

Показатели Задано бригадиром По отчету оператора Отклонение, кг По автомобильным весам, кг

Замес №1

Компоненты кормосмеси: силос, кг запарка, кг комбикорма, кг

2344 2400 +56 -

1600 1632 +32 -

948 935 -13 -

Всего, кг 4892 4958 -66 5100

Замес №2

Компоненты кормосмеси: силос, кг запарка, кг комбикорма, кг

2048 1998 -50 -

1600 1830 +230 -

639 610 -29 -

Всего, кг 4287 4426 -139 5000

Замес №3

Компоненты кормосмеси: силос, кг запарка, кг комбикорма, кг

2208 2250 +42 -

1600 1828 +228 -

684 690 +6 -

Всего, кг 4442 4772 +280 4600

Проанализированы результаты взвешивания компонентов на электронных весах кормораздатчика при составлении 20 замесов. Разброс показателей следующий. Расхождение между заданным бригадиром значением массы компонента и показаниями весов кормораздатчика по отчету оператора составляют по силосу - от 0 до 200 кг (0-11 %), по комбикорму от 2 до 29 кг (0-10 %), по "запарке" 0- 228кг

(0-14 %). Отклонение суммарной массы каждой смеси от заданного находится в пределах от 0 до 17 %. Отклонение результатов взвешивания каждого замеса электронными весами от показаний автомобильных весов 100 - 574 кг (2,8- 13 %). Поскольку погрешность весов в различных частях диапазона измерений различна, отмечено отклонение суммарной массы замеса, полученной путем суммирования показаний компонентов, и суммарного показателя весов - 0,2 - 3,4 %.

В одном из хозяйств Ленинградской области исследовали особенности применения мобильных кормораздатчиков при беспривязном содержании коров. Во время обследования на комплексе работали финский кормораздатчик А-1\/Пх-1 1 и шведский кормораздатчик Орйгшх-12. Каждый кормораздатчик закреплен за своими дворами, см. рис. 1. Один замес рассчитан на один двор. Кормление два раза в день. Каждый кормораздатчик выполняет 6 замесов, 3 до обеда и 3 после обеда. На рис. 1 показана схема загрузки финского кормораздатчика; порядок загрузки шведского кормораздатчика отличается тем, что сначала загружается комбикорм, а затем силос.

Скотники обязаны следить за распределением и перераспределением корма. После раздачи кормосмеси трактористы вручную подбирают рассыпанный корм и раздают его молодняку. Дополнительно дворы № 2 и 3 получают комбикорм через кормовые станции.

На момент обследования в распоряжении зоотехника хозяйства были следующие виды кормов: силос двух видов (различие по питательности); два вида комбикормов - гранулированный и сыпучий (различаются по питательности), шрот подсолнечный, ячмень плющенный, минеральная добавка, сено. Готовится три вида смеси: -смесь №1 для высокопродуктивных коров (дворы 2.,3,), смесь №2 для дворов 1 и 4, - смесь №3 для сухостойных коров - двор 0.

Гараж Силосная Склад

траншея комбикормов

..... ..... -г •• ..............

• ,»* • а

Коровник №0 Коровник Xsl Коровник №2 Коровник Л°3 Коровник №4 Коровник №5

Сухостойные Коровы Коровы Первотелки Телки Коровы в

коровы в запуске из род. Кормосмесь Кормосмесь конце лакта-

Кормосмесь Кормосмесь отделения №1 №2 ции

ХгЗ №2 Кормосмесь Кормосмесь

AMix-11 Amix-11 №1 Optimix-12 AMix-11 №1

Oplimix-12 Optimix-12

А 4

i

Рис.1 Схема движения кормораздатчика

ю о

-S К s: Чз а

Q

2 й s;

SS ~ СЪ

о 5: §1

О kQ а 3

а: а о Q § 2 ^а

§ а «§

и ~ g й

чз о ? §

00 S

5 *

=3 о

а й

о.- о ? ®

6 -

CS Сй

s: а г

f

Работой кормораздатчиков полностью руководит главный зоотехник. Расчет рационов производится один раз в 10 дней, для расчета используют программу на ЭВМ фирмы Alfa Laval. Утром на планерке главный зоотехник выдает задание трактористам. Принцип кормления - силоса вволю, нормирование канцкормов.

По мнению специалистов хозяйств: главные преимущества внедрения технологии кормления полнорационной кормовой смесью с использованием мобильных кормораздатчиков: избавление от тяжелого ручного труда, высвобождение доярок, экономия кормов, увеличение надоев. Недостатки: большой объем работ по реконструкции, сложность внедрения новой организации труда, сложность обеспечения требований выравнивания и расстановки коров по продуктивности и периоду лактации, необходимость ручного перераспределения кормов после прохождения кормораздатчиков.

Результаты обследования показывают: качество кормления, в основном, зависит от мастерства обслуживающего персонала, при данной технологии невозможно обеспечить строгого учета расхода кормов, технология загрузки не позволяет в принципе обеспечить точность загрузки выше 0,5 объема ковша погрузчика, требования к метрологическим характеристикам весоизмерительного устройства должны быть сформулированы, исходя из требований точности учета расхода кормов, а не из технологических требований.

Режим работы кормораздатчиков и порядок работ при составлении кормосмеси в различных хозяйствах различен; имеют свои особенности в каждом хозяйстве и, следовательно, требования к структуре и алгоритму систем управления весоизмерительной системы различны.

Обследование показало необходимость адаптации алгоритмов работы весоизмерительных терминалов импортных кормораздатчиков к условиям их работы на крупных комплексах. Предусмотренные иностранными фирмами сложные алгоритмы расчета рационов, реализуемые терминалом мобильных кормораздатчиков, хороши для небольшого стада. В условиях крупных комплексов, где, в основном,

сейчас применяются мобильные кормораздатчики, оптимизация рационов - это специальная задача, которую целесообразно решать на центральной ЭВМ.

Для экспериментального образца мобильного кормораздатчика СЗНИИМЭСХ разработана весоизмерительная система с использованием тензодатчиков и весового терминала производства «ТЕНЗО-М». Режим работы взвешивающего терминала экспериментального смесителя-раздатчика: поочередное взвешивание компонентов кормовой смеси, определение общего веса смеси с индикацией результатов на табло. Предусмотрена функция дозирования (при взвешивании каждого компонента оператор имеет возможность установить требуемое значение массы, при достижении которого должна сработать сигнализация). Настройка терминала предусматривает выполнение следующих действий: программирование параметров и режимов работы; калибровку; оперативную настройку основных режимов работы.

По мнению специалистов хозяйств, в наших условиях одно из основных достоинств смесителей-раздатчиков с электронными весами - эффективность в борьбе с потерями кормов. Поэтому рассмотрена возможность реализации функций учета при помощи весоизмерительного терминала.

На рис. 2 представлена обобщенная структурная схема процесса приготовления и раздачи кормов мобильными кормораздатчиками с реализацией функций учета.

В идеале, такая схема предполагает интеграцию весоизмерительной системы мобильного кормораздатчика в АСУ предприятия, имеющего подсистемы АРМов зоотехника и экономистов. Для этого весоизмерительный терминал должен иметь аппаратные и программные возможности реализации функций учета, передачи и протоколирования результатов работы кормораздатчиков в центральной ЭВМ.

ю о

и

о

Экономиче- Зоотехниче- База данных

ская служба < ► ская служба по стаду

Исходные данные

Рассчет режима

работы кормораздатчика

Расчет

дозы Расчет

корма дозы

на одно корма

живот- на

ное группу

Задание на составление очередной кормосмеси

дата № п/п Компонент К-во

Задание на раздачу очередной кормосмеси

Корив ник Группа К-во смеси

ье

5

53 -О

Взвешивание

Сигнализаци» о достижении заданного веса компонента

Ж

Сисгема распизнования! животных

Загрузка компонентов кормосмеси

Отчет о выполнении рецепта

Отчет о выполнении программы раздачи

Рис. 2 Структурная схема процесса приготовления и раздачи корма на ферме КРС с использованием мобильного кормораздатчика

(о

(о

р\

а

а: ¡г РЧ

а:

л а:

1

0

Ой §

1

N

(о С5

Си

О4

3

Предполагается, что весовой терминал должен иметь режимы тестирования, калибровки и программирования, рабочий режим. Базовый вариант весоизмерительной системы должен обеспечивать в рабочем режиме: установку нуля, взвешивание и вывод на индикацию результатов взвешивания корма, находящегося в бункере кормораздатчика. По требованию заказчика система должна модифицироваться и реализовывать одну или все из перечисленных ниже функций:

- взвешивание и индикация массы каждого компонента в отдельности, суммарного веса кормосмеси в целом;

- ввод вручную значения массы компонента кормосмеси и сигнализация звуковая и световая при достижении заданного значения;

- задание через интерфейс программы работы кормораздатчика на смену с указанием номера замеса, назначения, массы каждого компонента и смеси в целом;

- выполнение заданной программы путем поочередной индикации номера компонента, заданного значения массы и сигнализации при достижении заданного значения;

- автоматическое сохранение результатов взвешивания компонентов при составлении кормосмеси и вывод отчета через интерфейс на ЭВМ;

- задание автоматически и вручную нормы раздачи и сигнализация о достижении заданного значения при уменьшении массы кормосмеси во время раздачи.

Следует отметить, что функции дозирования целесообразно предусматривать при наличии управляемых питателей на загрузке компонентов кормосмеси.

Реализация задачи учета возможна самыми разнообразными способами в зависимости от структуры, элементной базы системы управления. Для стационарных взвешивающих систем эта задача решается стандартными средствами, поскольку имеется возможность постоянного обмена информацией в процессе составления кормосме-

си. Особенностью систем управления с мобильным кормораздатчиком является необходимость дополнения системы устройством накопления информации, например за смену, а также блоком переноса данных в стационарную ЭВМ.

На рис. 3 показана структура системы учета результатов взвешивания с использованием стандартных интерфейсов для обмена информацией существующих весовых терминалов. Прием и передача данных от терминала проводится по стандартному интерфейсу.

При разработке конкретной системы возникают программные, аппаратные и чисто организационные проблемы управления устройством накопления. Так, необходимо организовать сигнал о том, что погрузка (разгрузка) компонента закончена, и что именно это текущее значение веса следует запомнить. При неавтоматизированной загрузке этот сигнал может послать только оператор, что несколько снижает предполагаемую эффективность системы контроля выполнения рецепта.

Специальная тема - функции диагностики и тестирования весоизмерительной системы. Во время обследования в хозяйствах кормораздатчики находились на гарантийном обслуживании. Работники хозяйств самостоятельно переносили терминал в кабину. Основные неполадки - обрыв соединительных проводов к датчикам трактористы-кормачи ликвидировали самостоятельно. При отказе терминала вызывали фирму, которая, как правило, заменяла неисправный терминал. Проведенные исследования, а также опыт разработки и изготовления экспериментальной весоизмерительной системы показали, что требования к функциям настройки, калибровки, диагностики и самодиагностики весоизмерительного устройства определяются требованиями простоты обслуживания и надежности эксплуатации.

Весоизмерительная система кормораздатчика

я

Б

в

I

С

<и а. о

С"

X

V

Н

Весовой терминал

я

о. я

« 5

£ £

м м

Я «

Я К

я 2

§ 3

О г 2

"3 н я

н к

Л я

'

я

г ?

1-Я

в « 1 8

й*" и

ь_

Система управления взвешиванием и дозированием

К848'

Устройство накопления информации

I

' яе

я

Ч

О

К X

2 X

X я

* я

я

§ ■ ее а в ■в

о в я X

С я

>я X

о X

о. & и = о

>> X

и о я и и а и с

о

я

и X

а.

о

С

АСУ предприяятия

ИМ85

Рис. 3 Вариант структуры весоизмерительной системы с функцией учета результатов взвешивания

-к г: Чз а п

2 й г;

г: ~

Э ~ съ

о 5: §'1

о >а

а 3

Ю и)

а: а

а 2 § 2 3 ей ^а

§ а «§

Чз о ? §

оо а:

5 *

з о

а й

о.- о

§ I

(й о

"п О/ ^

О Ой

зг а

^з г

Ремонт системы управления (весоизмерительного терминала) целесообразно производить изготовителям. На месте должна быть предусмотрена возможность диагностики следующих неисправностей: выход из строя тензодатчиков, неисправность терминала, обрыв соединительных проводов, понижение напряжения питания. При создании систем с функциями учета может стать актуальной проблема поверки весоизмерительной системы при эксплуатации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вторьш В.Ф., Козлова Н.П. Обоснование метрологических характеристик автоматизированной системы взвешивания и учета кормов мобильного смесителя-раздатчика //Экология и сельскохозяйственная техника. Т.З. Экологические аспекты электротехнологий, мо-бидьной энергетики и технических средств, применяемых в сельскохозяйственном производстве: Материалы 3-й научно-практической конференции. - СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2002. - С. 162-171.

Получено 26.10.02. УДК 631.364.1

Е Е. ХАЗАНОВ, д-р техн. наук; В.И. СОЛО ДУН, канд. техн. наук

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УБОРКИ НАВОЗА НА РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ФЕРМАХ КРС

Дано описание технологии и технических средств для механизации процесса уборки, транспортировки и выгрузки навоза на ферме. Приведены результаты производственной проверки линии навозоудаления на реконструируемых фермах. Даны предложения по устранению выявленных недостатков.

В последние годы в хозяйствах Северо-Западного региона РФ широко осуществляется реконструкция ферм крупного рогатого скота.