УСТРОЙСТВО ИНФОКОММУНИКАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧНЫМИ ОБОГРЕВАТЕЛЬНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И ПТИЦЕВОДСТВЕ Российский патент 2007 года по МПК A01K29/00 A01K45/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям общего обогрева животноводческих и птицеводческих помещений и локального обогрева сельскохозяйственного молодняка и может быть использовано в отраслях промышленного животноводства и птицеводства.

Известны способ экономичного взаимосвязанного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных и устройство для его осуществления, предназначенные для автоматизации процесса поиска экономически наименее затратного режима общего обогрева помещения с требуемым по технологии выращивания локальным обогревом сельскохозяйственного молодняка на основе заданных и неизменных удельных цен на тепловую и электрическую энергию на обогрев поголовья, на готовую продукцию животноводческого или птицеводческого предприятия / Патент РФ № 2229155, G 05 D 23/19, А 01 К 29/00, F 24 D 10/00. Способ и устройство экономичного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных /А.В.Дубровин, В.Р.Краусп // БИ 2004, № 14/.

Недостатком данного технического решения являются дополнительные затраты, связанные с временным запаздыванием поступления в систему управления технологиями производства продукции новой текущей информации о действующих в регионе размещения сельскохозяйственного предприятия ценах на энергоносители, на корм и на продукцию животноводства и птицеводства - мясо, пищевые яйца и т.п.

Причиной этого является отсутствие увязки автоматизированной, содержащей программируемые технические средства автоматики - микроконтроллеры в производственных помещениях и микропроцессоры в иерархических уровневых пунктах управления технологиями предприятия - с информационно-коммуникационными (инфокоммуникационными) автоматизированными компьютерными сетевыми системами локального уровня самого предприятия, с региональными отраслевыми и в целом с национальными сетями информации, с международной информационной сетью «Интернет».

Задачей изобретения является непрерывная в реальном времени минимизация эксплуатационных затрат на технологии общего и локального обогрева, достижение в любой момент времени экономически оптимального и энергетически рационального совместного общего обогрева животноводческого или птицеводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных и птиц в соответствии с действующими рыночными ценами на энергоносители, на корма, на продукцию животноводства и птицеводства.

В результате использования изобретения устанавливается такое значение температуры воздуха в помещении, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени - в рыночной экономике предприятия, региона его размещения, страны его пребывания, мирового производства и рынка аналогичной продукции - сумма затрат на энергию для общего и локального обогрева, на корма для поголовья, от потерь продуктивности поголовья.

Вышеуказанный технический результат достигается совокупностью операций, включающей измерение и задание величины ощущаемой животными и птицей температуры в зонах локального обогрева, сравнение измеренной и заданной величин, регулирование режима локального обогрева по результату сравнения, измерение величины температуры воздуха в помещении и задание ее нормативного наименьшего и наибольшего значений, регулирование режима общего обогрева, измерение величины температуры наружного воздуха, относительных влажностей наружного воздуха и внутреннего воздуха в помещении, формирование сигнала величины температуры воздуха в помещении, периодическое изменение сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении в диапазоне между наименьшим и наибольшим заданными значениями температуры воздуха в помещении, причем в зависимости от изменяемого сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении вычисляют стоимости затрат энергии на локальный и на общий обогрев и стоимость затрат от потерь продукции животноводства, по результатам вычислений определяют наименьшую суммарную величину стоимостей указанных затрат и соответствующий ей сигнал сформированной величины температуры воздуха в помещении, сравнивают соответствующий наименьшей суммарной величине стоимостей сигнал сформулированной величины температуры воздуха в помещении с измеренной величиной температуры воздуха в помещении и по результату сравнения корректируют режим общего обогрева животноводческого помещения, причем дополнительно вычисляют стоимость затрат на корма для поголовья, получают данные локальных, региональных и международной «Интернет» инфокоммуникационных компьютерных сетей об удельных ценах на тепловую и электрическую энергию, на корма для поголовья и на продукцию животноводства и птицеводства, задают эти удельные цены, причем в зависимости от этих удельных цен непрерывно в реальном времени вычисляют стоимости затрат энергии на общий и на локальный обогрев, стоимость расходуемых кормов для поголовья и стоимость затрат от потерь продукции животноводства и птицеводства.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве инфокоммуникационного управления экономичными обогревательными технологиями в животноводстве и птицеводстве, содержащем датчики ощущаемой температуры в зоне локального обогрева, температуры внутреннего воздуха в помещении, задатчики возраста поголовья, технологически допустимых наименьшей и наибольшей температур воздуха в помещении, заданной величины ощущаемой температуры, нормативной температуры воздуха, регуляторы температуры локального и общего обогрева, локальные обогреватели и калориферы, причем выход датчика ощущаемой температуры в зоне обогрева соединен с первым входом регулятора температуры локального обогрева, выход датчика температуры внутреннего воздуха соединен с первым входом регулятора температуры общего обогрева, причем выход задатчика величины ощущаемой температуры подключен ко второму входу регулятора температуры локального обогрева, выход которого соединен с локальными обогревателями, к выходу регулятора температуры общего обогрева подключены калориферы, при этом устройство содержит датчики температуры наружного воздуха, относительной влажности внутреннего и наружного воздуха, задатчика времени опроса, сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, констант, первый, второй и третий вычислительные блоки, сумматор, блок управления, дифференцирующий усилитель, вход которого является вторым входом блока управления, а выход дифференцирующего усилителя соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой является общей шиной устройства, а ее выход через дифференцирующую цепь, выпрямитель и ждущий мультивибратор подключен ко второму входу управляемого ключа, первый вход которого является первым входом блока управления, а выход управляемого ключа через элемент памяти соединен с выходом блока управления, причем выход датчика ощущаемой температуры в зоне обогрева дополнительно соединен с первым входом второго вычислительного блока, выход датчика температуры наружного воздуха подключен к первому входу первого вычислительного блока, выходы датчиков относительной влажности внутреннего и наружного воздуха соединены соответственно со вторым и с третьим входами первого вычислительного блока, четвертый вход которого подключен ко второму входу второго вычислительного блока, к первому входу третьего вычислительного блока, к первому входу блока управления, к выходу задатчика сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков технологически допустимых наименьшей и наибольшей температур воздуха в помещении и задатчика времени опроса, выход которого дополнительно подключен к пятому входу первого вычислительного блока, к третьему входу второго вычислительного блока, ко второму входу третьего вычислительного блока, третий вход которого соединен с выходом задатчика нормативной температуры воздуха и с шестым входом первого вычислительного блока, четвертый вход третьего вычислительного блока соединен с выходом задатчика возраста поголовья и со входами задатчиков нормативной температуры воздуха и заданной величины ощущаемой температуры, выходы задатчика констант подключены к соответствующим дополнительным входам первого, второго и третьего вычислительных блоков, первые выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, своим выходом связанного со вторым входом блока управления, а второй выход второго вычислительного блока подключен к седьмому входу первого вычислительного блока, выход блока управления соединен со вторым входом регулятора температуры общего обогрева, при этом в устройство дополнительно введены четвертый вычислительный блок, объединенный вместе с первым, вторым и третьим вычислительными блоками в блок вычисления, задатчики удельных цен на тепловую энергию, на электрическую энергию, на продукцию предприятия, на корма, блок сопряжения и связи, блок компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств, периферийный блок компьютерной сети, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый входы четвертого вычислительного блока подключены соответственно к выходу задатчика сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, к выходу задатчика нормативной температуры воздуха, к выходу задатчика времени опроса, к соответствующему выходу задатчика констант, к выходу задатчика удельных цен на корма, а управляющие входы задатчиков удельных цен на тепловую энергию, на электрическую энергию, на продукцию предприятия, на корма соединены с соответствующими выходами блока сопряжения и связи, вход которого подключен к выходу блока компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств, а вход последнего связан с абонентским выходом периферийного блока компьютерной сети.

Технический результат достигается также тем, что устройство для централизованного осуществления способа на предприятии содержит датчики температуры и относительной влажности наружного воздуха, установленные вблизи диспетчерского пункта предприятия и соединенные с центральной ЭВМ, центральную ЭВМ с интерфейсом диспетчерского пункта животноводческого или птицеводческого предприятия, которая связана с абонентским выходом периферийного блока компьютерной сети, линии управления и связи ЭВМ с элементами устройства, размещенными в помещениях, и размещенные в каждом животноводческом или в птицеводческом производственном помещении предприятия датчики ощущаемой температуры в зоне локального обогрева, температуры внутреннего воздуха в помещении, относительной влажности внутреннего воздуха, регулятор температуры общего обогрева с элементом памяти на его задающем входе, причем соединения между реальными и выполненными программно в ЭВМ виртуальными элементами и блоками устройства аналогичны соединениям устройства для осуществления способа.

Технический результат достигается также тем, что четвертый вычислительный блок устройства содержит первый элемент вычитания, элемент возведения во вторую степень, первый задатчик константы, первый элемент умножения, второй задатчик константы, второй элемент вычитания, третий задатчик константы, элемент деления, четвертый задатчик константы, пятый задатчик константы, третий элемент вычитания, второй элемент умножения, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый входы блока подключены соответственно к первому входу, ко второму входу первого элемента вычитания, к первому входу элемента деления, к соединению входов первого, второго задатчиков константы, третьего, четвертого и пятого задатчиков константы и первого входа третьего элемента вычитания, к пятому входу второго элемента умножения, выходы элемента возведения во вторую степень и первого задатчика константы через первый элемент умножения и первый вход второго элемента вычитания подключены к первому входу второго элемента умножения, выход второго задатчика константы соединен со вторым входом второго элемента вычитания, выход третьего задатчика константы через второй вход элемента деления подключен к второму входу второго элемента умножения, третий вход которого соединен с выходом четвертого задатчика константы, выход пятого задатчика константы подключен к второму входу третьего элемента вычитания, выход которого соединен с четвертым входом второго элемента умножения, выход которого является выходом четвертого вычислительного блока.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером.

Задача оптимизации микроклимата в помещениях для выращивания бройлеров в клеточных батареях с учетом расхода энергии на отопление птичника для достижения максимума функционала непрерывно изменяющейся во времени разности стоимостей продукции и тепловой энергии при управлении микроклиматом по условию наивысшей продуктивности поголовья решена (Грабауров В.А., Савченко Е.И., 1986 и др.). Промышленный птичник рассматривается как биотехническая система, состоящая из взаимосвязанных и взаимозависимых объектов - биологического (птица) и технического (помещение и оборудование). Для осуществления автоматизированной электротехнологии централизованного локального и общего обогрева приходится учитывать две температурные среды птичника. Поэтому целесообразна разработка новых научно-технических решений способов и устройств электрообогрева цыплят, в том числе в их взаимной связи с технологией общего обогрева птичника. По существу необходимо научно-техническое совершенствование автоматизированной электротехнологии централизованного локального и общего обогрева в птицеводстве (см. фиг.1, которая предназначена только для самой общей иллюстрации предлагаемых нововведений).

Эффективность и ресурсосбережение чрезвычайно энергозатратных в настоящее время в бройлерном птицеводстве и при этом взаимно связанных через величину температуры внутреннего воздуха t_в, °C, технологий общего и локального обогрева можно существенно повысить путем автоматизации процесса поиска оптимального значения выбранного экономического критерия. Например, удельная прибыль П_уд ^авт (рентабельность новой автоматизированной системы), или обратная ей величина - срок окупаемости Т_ок ^авт

где П - годовая прибыль предприятия, руб./год; Ц - рыночная цена реализованной за год продукции, руб./год; С - годовые издержки производства, руб./год; К - капитальные вложения в основное производство, руб.; ΔП и ΔК - увеличение прибыли, руб./год, в результате дополнительных затрат на автоматизацию ΔК, руб., из-за прироста дополнительной продукции ΔЦ₁, руб./год, в правильно действующей системе локального обогрева по условию получения наивысшей продуктивности поголовья, из-за экономии издержек в результате обоснованного снижения затрат на тепловую и на электрическую энергию в обсуждаемых технологиях ΔС, руб./год, из-за неизбежно возникающих при предлагаемом методе оптимизации путем снижения нормативно установленной величины t_в расчетных потерь продуктивности ΔЦ₂, руб./год.

Целевая функция оптимизации искусственно сформированного и равного t_в расчетного значения t_в ^з может также иметь вид

где Э_o(t_в ^З) и Э_л(t_в ^З) - расчетные стоимости тепловой энергии на общий обогрев помещения во время отопительного периода года, руб./год, и электрической энергии на локальный обогрев молодняка во время брудерных периодов в то же время года, руб./год, в процессе имитационного моделирования с навязыванием специализированному вычислителю по (2) величин t_в ^З из диапазона возможных технологических значений t_в. Расход кормов К_к(t_в ^З) во время брудерных периодов года определяется посредством информации, содержащейся в /Методические рекомендации по управлению температурно-влажностным режимом в промышленных птичниках при клеточном содержании бройлеров. Ростов-на-Дону: Ростовский-на-Дону трест «Птицепром», 1985, 58 с./. Продуктивность цыпленка-бройлера исследована и результаты опубликованы /Грабауров В.А., Савченко Е.И. Исследование математической модели биологического объекта биотехнической системы. Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1986, 6 с. Деп. Во ВНИИТЭИагропром. №59. ВС-87 и др./, что дает возможность оценить аналитически ее потери ΔЦ₂(t_в ^З) и построить соответствующую математическую модель, что и показано в прототипе.

Все не указанные в (2) остальные составляющие эксплуатационных затрат - на освещение, трудозатраты персонала и т.п. - от t_в при локальном обогреве зависят слабо или вообще не зависят. Составляющие (2) вычисляются по достаточно известным и модифицированным зависимостям, включающим в себя удельные цены на тепловую и на электрическую энергию в данном регионе страны, удельную отпускную цену мяса бройлеров на конкретной птицефабрике, параметры наружного климата t_н и ϕ_н - температуру и относительную влажность наружного воздуха, теплоизоляционные характеристики конструкции помещения для поголовья S_огрi, R_оогрi, G_инф - площадей ограждающих конструкций, их сопротивлений теплопередаче и удельный объем инфильтрующегося через притворы в помещение воздуха, параметры внутреннего микроклимата t_оп, t_в, ϕ_вн - ощущаемую цыплятами температуру в зонах обогрева, температуру и относительную влажность внутреннего воздуха в помещении, характеристики оборудования для локального обогрева , η_ло - статическую характеристику передачи локального обогревателя и вводимый коэффициент его полезного действия по поведению поголовья, который оценивает привлекательность брудера для молодняка.

Все эти составляющие эксплуатационных затрат, за исключением стоимости израсходованных комбикормов, определены в прототипе /Патент РФ № 2229155, G 05 D 23/19, А 01 К 29/00, F 24 D 10/00. Способ и устройство экономичного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных /А.В.Дубровин, В.Р.Краусп // БИ 2004. № 14/.

Стоимость израсходованных за период времени Т_опр комбикормов

где Ц_к - удельная стоимость комбикормов для данного региона страны, руб./кг; К_к ¹(t_в ^з) - расход кормов на одного бройлера за время локального обогрева (по данным указанной в тексте работы В.А.Грабаурова и Е.И.Савченко), кг/гол.; Т_ло - длительность периода локального обогрева, ч, для бройлеров по Российским нормам технологического проектирования птицеводческих предприятий РНТП 4-93 Т_ло=504 ч.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.2, фиг.3, фиг.4 и фиг.5.

На фиг.2 приведена иллюстрация результатов действия устройства.

На фиг.3 приведена общая схема устройства.

На фиг.4 изображена общая схема устройства для централизованного управления обогревом на предприятии.

На фиг.5 изображена функциональная схема четвертого вычислительного блока устройства.

На фиг.2 приведены составляющие расчетной технико-экономической эффективности обоих процессов обогрева. Установленная объективными методами в процессе испытаний разработанного датчика ощущаемой температуры ошибка регулирования в действующей системе локального обогрева в 3°С ведет к недополучению в конце трехнедельного брудерного периода дополнительной прибыли ΔП¹=ΔЦ₁=71,4 руб./ч для указанных условий при нормативном общем обогреве. Предлагаемая оптимизация температурного фона по (2) снижает энергопотребление на величину ΔС¹¹(t_в ^з11 _опт), но связана с потерями продукции ΔЦ₂ ¹¹(t_в ^з11 _опт) и при условии применения брудера с высоким η_ло=0,96 (цыплята практически не выходят из-под брудера, и снижение температурного фона помещения фактически очень слабо сказывается на росте потребления ею корма) увеличивает прибыль на величину

равную 79,0 руб./ч, т.е. дает всего лишь 10,6% роста прибыльности по сравнению с оптимальным управлением только локальным обогревом. Однако разработка и применение перспективных брудеров с η_ло=1,0 (что соответствует известному в практике птицеводства выгораживанию части зала с цыплятами полиэтиленовой пленкой и прекращению общего обогрева остальной части птицезала и связано с чрезмерными возможными потерями всего поголовья в результате потери технологического контроля за ним: цыплята расклевывают павшую птицу) повышает расчетную дополнительную прибыль до 117,6 руб./ч в указанных условиях, т.е. на 64% по сравнению с совершенствованием контроля и управления только локального обогрева.

На фиг.3 приведена схема устройства инфокоммуникационного экономически оптимального управления обогревом производственного помещения и сельскохозяйственного молодняка. По результатам измерения и задания параметров климата, помещения, микроклимата, оборудования, поголовья блок вычисления 31 формирует f₂(t_в ^з) в диапазоне изменения t_в ^з за цикл опроса Т_опр системой автоматизации рассматриваемой биотехнической системы. Блок управления 22 устанавливает на задающем входе регулятора общего обогрева 9 соответствующее режиму минимальных издержек производства значение сформированной величины температуры воздуха t_в ^з _опт.

Устройство содержит датчики ощущаемой температуры в зоне локального обогрева 1, температуры внутреннего воздуха в помещении 2, задатчики возраста поголовья 3, технологически допустимых наименьшей 4 и наибольшей 5 температур воздуха в помещении, заданной величины ощущаемой температуры 6, нормативной температуры воздуха 7, регуляторы температуры локального 8 и общего 9 обогрева, локальные обогреватели 10 и калориферы 11, причем выход датчика ощущаемой температуры в зоне обогрева 1 соединен с первым входом регулятора температуры локального обогрева 8, выход датчика температуры внутреннего воздуха 2 соединен с первым входом регулятора температуры общего обогрева 9, причем выход задатчика величины ощущаемой температуры 6 подключен ко второму входу регулятора температуры локального обогрева 8, выход которого соединен с локальными обогревателями 10, к выходу регулятора температуры общего обогрева 9 подключены калориферы 11, датчики температуры наружного воздуха 12, относительной влажности внутреннего 13 и наружного 14 воздуха, задатчики времени опроса 15, сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении 16, констант 17, первый, второй и третий вычислительные блоки 18, 19 и 20, сумматор 21, блок управления 22, дифференцирующий усилитель 23, вход которого является вторым входом блока управления 22, а выход дифференцирующего усилителя 23 соединен с первым входом схемы сравнения 24, второй вход которой является общей шиной устройства, а ее выход через дифференцирующую цепь 25, выпрямитель 26 и ждущий мультивибратор 27 подключен ко второму входу управляемого ключа 28, первый вход которого является первым входом блока управления 22, а выход управляемого ключа через элемент памяти 29 соединен с выходом блока управления 22, причем выход датчика ощущаемой температуры в зоне обогрева 1 дополнительно соединен с первым входом второго вычислительного блока 19, выход датчика температуры наружного воздуха 12 подключен к первому входу первого вычислительного блока 18, выходы датчиков относительной влажности внутреннего 13 и наружного 14 воздуха соединены соответственно со вторым и с третьим входами первого вычислительного блока 18, четвертый вход которого подключен ко второму входу второго вычислительного блока 19, к первому входу третьего вычислительного блока 20, к первому входу блока управления 22, к выходу задатчика сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении 16, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков технологически допустимых наименьшей 4 и наибольшей 5 температур воздуха в помещении и задатчика времени опроса 15, выход которого дополнительно подключен к пятому входу первого вычислительного блока 18, к третьему входу второго вычислительного блока 19, ко второму входу третьего вычислительного блока 20, третий вход которого соединен с выходом задатчика нормативной температуры воздуха 7 и с шестым входом первого вычислительного блока 18, четвертый вход третьего вычислительного блока 20 соединен с выходом задатчика возраста поголовья 3 и со входами задатчиков нормативной температуры воздуха 7 и заданной величины ощущаемой температуры 6, выходы задатчика констант 17 подключены к соответствующим дополнительным входам первого, второго и третьего вычислительных блоков 18, 19 и 20, первые выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, своим выходом связанного со вторым входом блока управления 22, а второй выход второго вычислительного блока 19 подключен к седьмому входу первого вычислительного блока 18, выход блока управления 22 соединен со вторым входом регулятора температуры общего обогрева 9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит четвертый вычислительный блок 30, объединенный вместе с первым, вторым и третьим вычислительными блоками 18, 19 и 20 в блок вычисления 31, задатчики удельных цен на тепловую энергию 32, на электрическую энергию 33, на продукцию предприятия 34, на корма 35, блок сопряжения и связи 36, компьютерные аппаратно и программно ориентированные сетевые средства 37, компьютерную сеть 38, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый входы четвертого вычислительного блока 30 подключены соответственно к выходу задатчика сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении 16, к выходу задатчика нормативной температуры воздуха 7, к выходу задатчика времени опроса 15, к соответствующему выходу задатчика констант 17, к выходу задатчика удельных цен на корма 35, управляющие входы задатчиков удельных цен на тепловую энергию 32, на электрическую энергию 33, на продукцию предприятия 34, на корма 35 соединены с соответствующими выходами блока сопряжения и связи 36, вход которого подключен к выходу блока компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств 37, а вход последнего связан с абонентским выходом периферийного блока компьютерной сети 38.

Устройство для централизованного управления обогревом на предприятии, отличающееся тем, что оно содержит датчики температуры и относительной влажности наружного воздуха 12 и 14 (датчики метеоусловий), установленные вблизи диспетчерского пункта предприятия и соединенные с центральной ЭВМ, центральную ЭВМ с интерфейсом диспетчерского пункта животноводческого или птицеводческого предприятия 39, которая связана с абонентским выходом периферийного блока компьютерной сети 38, линии управления и связи ЭВМ с элементами устройства, размещенными в помещениях 40 и 41, 42 и 43 и размещенные в каждом животноводческом или в птицеводческом производственном помещении предприятия датчики ощущаемой температуры в зоне локального обогрева 1, температуры внутреннего воздуха в помещении 2, относительной влажности внутреннего воздуха 13, регулятор температуры общего обогрева 9 с элементом памяти 29 на его задающем входе, причем соединения между реальными и выполненными программно в ЭВМ виртуальными элементами и блоками устройства аналогичны соединениям устройства.

Четвертый вычислительный блок 30 устройства, отличающийся тем, что он содержит первый элемент вычитания 44, элемент возведения во вторую степень 45, первый задатчик константы «1,556·10^-3» 46, первый элемент умножения 47, второй задатчик константы «1,076» 48, второй элемент вычитания 49, третий задатчик константы «Т_ло» 50, элемент деления 51, четвертый задатчик константы «N_бр» 52, пятый задатчик константы «η_ло» 53, третий элемент вычитания 54, второй элемент умножения 55, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый входы блока подключены соответственно к первому входу, ко второму входу первого элемента вычитания 44, к первому входу элемента деления 51, к соединению входов первого, второго задатчиков константы 46 и 48, третьего, четвертого и пятого задатчиков константы 50, 52 и 53 и первого входа третьего элемента вычитания 54, к пятому входу второго элемента умножения 55, выходы элемента возведения во вторую степень 45 и первого задатчика константы 46 через первый элемент умножения 47 и первый вход второго элемента вычитания 49 подключены к первому входу второго элемента умножения 55, выход второго задатчика константы 48 соединен со вторым входом второго элемента вычитания 49, выход третьего задатчика константы 50 через второй вход элемента деления 51 подключен к второму входу второго элемента умножения 55, третий вход которого соединен с выходом четвертого задатчика константы 52, выход пятого задатчика константы 53 подключен к второму входу третьего элемента вычитания 54, выход которого соединен с четвертым входом второго элемента умножения 55, выход которого является выходом четвертого вычислительного блока 30.

Устройство работает следующим образом. На управляющие входы задатчиков удельных цен на тепловую энергию 32, на электрическую энергию 33, на продукцию предприятия 34, на кормовую смесь (корм) 35 через блок сопряжения и связи (интерфейс) 36 от блока компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств 37 поступают с периферийного блока компьютерной сети (локальной, региональной или «Интернет») 38 информация в виде электрических сигналов. Существует множество специализированных компьютерных проблемно-ориентированных программ для различных предметных областей использования. Сначала программа анализирует, извлекает из сети и хранит нужную информацию, затем по мере текущих во времени потребностей производства направляет ее для использования при управлении технологией. В результате экономическая оптимизация обогревательной технологии производится без присутствия временных погрешностей всех используемых коэффициентов-множителей математических формул расчета составляющих эксплуатационных затрат технологического процесса обогрева. Поэтому при экономически оптимальном автоматизированном управлении тепловым режимом отсутствуют ошибки, связанные с задержкой поступления в устройство информации экономического характера, поскольку в реальном времени и в автоматизированном режиме задействованы компьютерные сети различных потребных иерархических уровней.

Коэффициенты формулы (3) N_бр, Т_ло, 1,076, - 1,556·10^-3, - η_ло формируются в самом четвертом вычислительном блоке 30 из сигнала выбранной константы со значением «1» («единица») с соответствующего выхода задатчика констант 17 (см. фиг.5). Остальные составляющие (3) в виде материальных сигналов подаются на входы блока 30 из соответствующих блоков устройства. Прототип устройства позволяет просто прибавить рассчитанную в блоке 30 стоимость истраченных кормов к стоимостям остальных эксплуатационных затрат в сумматоре 21 без существенных доработок устройства. В целом устройство работает аналогично прототипу.

Действующая птицефабрика уже оснащена практически всеми требующимися для системы измерительными преобразователями, регуляторами, калориферами, локальными обогревателями и линиями связи центральной ЭВМ диспетчерского пункта с периферийным оборудованием цехов и отдельно стоящих птичников, а вычислительные и логические функции выбора оптимальной величины температуры воздуха в каждом птицезале могут выполняться программными методами с помощью центральной ЭВМ диспетчерского пункта с последующим временным делением каналов диспетчерского управления уставками регуляторов общего обогрева помещений с периодом опроса Т_опр практически сколь угодно малой длительности. Это и есть предлагаемое ограничение (1) по минимуму ΔК. Величина ΔК в этом случае фактически дополнительно включит в себя затраты на программирование (создание виртуальных вычислительных и логических устройств) и на формальное обслуживание элементов памяти 29 системы. При подобном подходе к территориальному размещению системы на птицефабрике достаточно в помещении птичника установить только пиковый детектор 29 на задающем входе регулятора общего обогрева 9, либо любой элемент памяти 29 другого вида, если в штатном регуляторе он уже заранее не предусмотрен (см. фиг.4).

При этом обеспечивается точная экономическая оптимизация технологического режима, поскольку изменяющиеся под влиянием рынка того или другого иерархического уровня экономические характеристики составляющих технологического процесса учитываются в реальном времени посредством автоматизированного использования компьютерных сетей и их инфокоммуникационных возможностей.

Пояснительные подписи к фигурам:

Фиг.1. Существующее положение в технологиях локального электрообогрева и общего обогрева в птицеводстве и предлагаемое их научно обоснованное технико-технологическое усовершенствование: t_н, ϕ_н - температура и относительная влажность наружного воздуха, t_бр ^З, t_в ^З, t_бр, t_в, t_оп ^З, t_оп - заданные и измеренные температура под брудером, температура внутреннего воздуха и ощущаемая температура, ϕ_вн - относительная влажность внутреннего воздуха; t_в ^{З опт} - экономически оптимальная заданная температура внутреннего воздуха, СОО и СЛО - система соответственно общего и локального обогрева, РТБ - автономный регулятор температуры брудера.

Фиг.2. Составляющие текущей во времени расчетной технико-экономической эффективности автоматизированной электротехнологии централизованного локального и общего обогрева птичника в Московской области при наружной температуре t_н=-30°С; возрасте поголовья Т_ц=21 сут.; характеристике теплозащиты ограждающих конструкций здания числе бройлеров N_бр=20·10³ гол.; 1 - штатная СЛО, действующая по нормам технологического проектирования (НТП); 2 - новая СЛО, также поддерживающая тепловые режимы обогрева цыплят по НТП; 3, 4 - новые брудеры, новая СЛО по НТП и оптимальное управление СОО; индексы 1, 11, 111 соответствуют брудерам с КПД локального обогрева по поведению поголовья η_ло=0,57; 0,96; 1,0.

Фиг.3. Функциональная схема инфокоммуникационной автоматизированной системы контроля и управления энергосберегающей электротехнологией взаимосвязанного локального и общего обогрева в птицеводстве: датчики ощущаемой температуры в зоне локального обогрева 1, температуры внутреннего воздуха в помещении 2, задатчики возраста поголовья 3, технологически допустимых наименьшей 4 и наибольшей 5 температур воздуха в помещении, заданной величины ощущаемой температуры 6, нормативной температуры воздуха 7, регуляторы температуры локального 8 и общего 9 обогрева, локальные обогреватели 10 и калориферы 11, датчики температуры наружного воздуха 12, относительной влажности внутреннего 13 и наружного 14 воздуха, задатчики времени опроса 15, сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении 16, констант 17, первый, второй и третий вычислительные блоки 18...20, сумматор 21, блок управления 22, содержащий дифференцирующий усилитель 23, схему сравнения 24, дифференцирующую цепь 25, выпрямитель 26, ждущий мультивибратор 27, управляемый ключ 28 (элементы 23, 24, 25, 26, 27 и 28 заимствованы из прототипа) и элемент памяти 29, четвертый вычислительный блок 30, объединенный вместе с первым, вторым и третьим вычислительными блоками 18, 19 и 20 в блок вычисления 31, задатчики удельных цен на тепловую энергию 32, электрическую энергию 33, продукцию предприятия 34, кормовую смесь (корм) 35, блок сопряжения и связи (интерфейс) 36, блок компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств 37, периферийный блок компьютерной сети (локальная, региональная или «Интернет») 38.

Фиг.4. Функционально-структурная схема инфокоммуникационной экономически оптимальной АСУ ТП локального и общего обогрева на животноводческом или на птицеводческом предприятии: датчики температуры и относительной влажности наружного воздуха 12, 14 (датчики метеоусловий), установленные вблизи диспетчерского пункта животноводческого или птицеводческого предприятия с центральной ЭВМ; элемент памяти на задающем входе регулятора общего обогрева производственного помещения 29 с конкретным номером №1 (40)...№n (41), где n - общее количество производственных помещений на предприятии; центральная ЭВМ с интерфейсом диспетчерского пункта животноводческого или птицеводческого предприятия 39; линии контроля, управления и связи 42 и 43 ЭВМ с элементами устройства, размещенными в помещениях 40 и 41, периферийный блок компьютерной сети (локальная, региональная или «Интернет») 38.

Устройство содержит датчики ощущаемой температуры в зоне локального обогрева, температуры внутреннего воздуха в помещении, задатчики возраста поголовья, технологически допустимых наименьшей и наибольшей температур воздуха в помещении, заданной величины ощущаемой температуры, нормативной температуры воздуха, регуляторы температуры локального и общего обогрева, локальные обогреватели и калориферы. Выход датчика ощущаемой температуры в зоне обогрева соединен с первым входом регулятора температуры локального обогрева. Выход датчика температуры внутреннего воздуха соединен с первым входом регулятора температуры общего обогрева. Выход задатчика величины ощущаемой температуры подключен ко второму входу регулятора температуры локального обогрева, выход которого соединен с локальными обогревателями. К выходу регулятора температуры общего обогрева подключены калориферы. Устройство содержит датчики температуры наружного воздуха, относительной влажности внутреннего и наружного воздуха, задатчика времени опроса, сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, констант, первый, второй и третий вычислительные блоки, сумматор, блок управления, дифференцирующий усилитель, вход которого является вторым входом блока управления, а выход дифференцирующего усилителя соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой является общей шиной устройства, а ее выход через дифференцирующую цепь, выпрямитель и ждущий мультивибратор подключен ко второму входу управляемого ключа, первый вход которого является первым входом блока управления, а выход управляемого ключа через элемент памяти соединен с выходом блока управления. Выход датчика ощущаемой температуры в зоне обогрева дополнительно соединен с первым входом второго вычислительного блока, выход датчика температуры наружного воздуха подключен к первому входу первого вычислительного блока, выходы датчиков относительной влажности внутреннего и наружного воздуха соединены соответственно со вторым и с третьим входами первого вычислительного блока, четвертый вход которого подключен ко второму входу второго вычислительного блока, к первому входу третьего вычислительного блока, к первому входу блока управления, к выходу задатчика сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков технологически допустимых наименьшей и наибольшей температур воздуха в помещении и задатчика времени опроса, выход которого дополнительно подключен к пятому входу первого вычислительного блока к третьему входу второго вычислительного блока, ко второму входу третьего вычислительного блока, третий вход которого соединен с выходом задатчика нормативной температуры воздуха и с шестым входом первого вычислительного блока, четвертый вход третьего вычислительного блока соединен с выходом задатчика возраста поголовья и со входами задатчиков нормативной температуры воздуха и заданной величины ощущаемой температуры, выходы задатчика констант подключены к соответствующим дополнительным входам первого, второго и третьего вычислительных блоков, первые выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, своим выходом связанного со вторым входом блока управления, а второй выход второго вычислительного блока подключен к седьмому входу первого вычислительного блока, выход блока управления соединен со вторым входом регулятора температуры общего обогрева. В устройство дополнительно введены четвертый вычислительный блок, объединенный вместе с первым, вторым и третьим вычислительными блоками в блок вычисления, задатчики удельных цен на тепловую энергию, на электрическую энергию, на продукцию предприятия, на корма, блок сопряжения и связи, блок компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств, периферийный блок компьютерной сети. Первый, второй, третий, четвертый и пятый входы четвертого вычислительного блока подключены соответственно к выходу задатчика сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, к выходу задатчика нормативной температуры воздуха, к выходу задатчика времени опроса, к соответствующему выходу задатчика констант, к выходу задатчика удельных цен на корма, а управляющие входы задатчиков удельных цен на тепловую энергию, на электрическую энергию, на продукцию предприятия, на корма соединены с соответствующими выходами блока сопряжения и связи, вход которого подключен к выходу блока компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств, а вход последнего связан с абонентским выходом периферийного блока компьютерной сети. Минимизируются эксплуатационные затраты на технологии общего и локального обогрева. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство инфокоммуникационного управления экономичными обогревательными технологиями в животноводстве и птицеводстве, содержащее датчики ощущаемой температуры в зоне локального обогрева, температуры внутреннего воздуха в помещении, задатчики возраста поголовья, технологически допустимых наименьшей и наибольшей температур воздуха в помещении, заданной величины ощущаемой температуры, нормативной температуры воздуха, регуляторы температуры локального и общего обогрева, локальные обогреватели и калориферы, причем выход датчика ощущаемой температуры в зоне обогрева соединен с первым входом регулятора температуры локального обогрева, выход датчика температуры внутреннего воздуха соединен с первым входом регулятора температуры общего обогрева, причем выход задатчика величины ощущаемой температуры подключен ко второму входу регулятора температуры локального обогрева, выход которого соединен с локальными обогревателями, к выходу регулятора температуры общего обогрева подключены калориферы, при этом устройство содержит датчики температуры наружного воздуха, относительной влажности внутреннего и наружного воздуха, задатчика времени опроса, сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, констант, первый, второй и третий вычислительные блоки, сумматор, блок управления, дифференцирующий усилитель, вход которого является вторым входом блока управления, а выход дифференцирующего усилителя соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой является общей шиной устройства, а ее выход через дифференцирующую цепь, выпрямитель и ждущий мультивибратор подключен ко второму входу управляемого ключа, первый вход которого является первым входом блока управления, а выход управляемого ключа через элемент памяти соединен с выходом блока управления, причем выход датчика ощущаемой температуры в зоне обогрева дополнительно соединен с первым входом второго вычислительного блока, выход датчика температуры наружного воздуха подключен к первому входу первого вычислительного блока, выходы датчиков относительной влажности внутреннего и наружного воздуха соединены соответственно со вторым и с третьим входами первого вычислительного блока, четвертый вход которого подключен ко второму входу второго вычислительного блока, к первому входу третьего вычислительного блока, к первому входу блока управления, к выходу задатчика сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков технологически допустимых наименьшей и наибольшей температур воздуха в помещении и задатчика времени опроса, выход которого дополнительно подключен к пятому входу первого вычислительного блока, к третьему входу второго вычислительного блока, ко второму входу третьего вычислительного блока, третий вход которого соединен с выходом задатчика нормативной температуры воздуха и с шестым входом первого вычислительного блока, четвертый вход третьего вычислительного блока соединен с выходом задатчика возраста поголовья и со входами задатчиков нормативной температуры воздуха и заданной величины ощущаемой температуры, выходы задатчика констант подключены к соответствующим дополнительным входам первого, второго и третьего вычислительных блоков, первые выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, своим выходом связанного со вторым входом блока управления, а второй выход второго вычислительного блока подключен к седьмому входу первого вычислительного блока, выход блока управления соединен со вторым входом регулятора температуры общего обогрева, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены четвертый вычислительный блок, объединенный вместе с первым, вторым и третьим вычислительными блоками в блок вычисления, задатчики удельных цен на тепловую энергию, на электрическую энергию, на продукцию предприятия, на корма, блок сопряжения и связи, блок компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств, периферийный блок компьютерной сети, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый входы четвертого вычислительного блока подключены соответственно к выходу задатчика сигнала сформированной величины температуры воздуха в помещении, к выходу задатчика нормативной температуры воздуха, к выходу задатчика времени опроса, к соответствующему выходу задатчика констант, к выходу задатчика удельных цен на корма, а управляющие входы задатчиков удельных цен на тепловую энергию, на электрическую энергию, на продукцию предприятия, на корма соединены с соответствующими выходами блока сопряжения и связи, вход которого подключен к выходу блока компьютерных аппаратно и программно ориентированных сетевых средств, а вход последнего связан с абонентским выходом периферийного блока компьютерной сети.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит датчики температуры и относительной влажности наружного воздуха, установленные вблизи диспетчерского пункта животноводческого или птицеводческого предприятия и соединенные с центральной ЭВМ, центральную ЭВМ с интерфейсом диспетчерского пункта, которая связана с абонентским выходом периферийного блока компьютерной сети, линии управления и связи ЭВМ с элементами устройства, размещенными в помещениях, и размещенные в каждом животноводческом или в птицеводческом производственном помещении предприятия датчики ощущаемой температуры в зоне локального обогрева, температуры внутреннего воздуха в помещении, относительной влажности внутреннего воздуха, регулятор температуры общего обогрева с элементом памяти на его задающем входе.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что четвертый вычислительный блок устройства содержит первый элемент вычитания, элемент возведения во вторую степень, первый задатчик константы, первый элемент умножения, второй задатчик константы, второй элемент вычитания, третий задатчик константы, элемент деления, четвертый задатчик константы, пятый задатчик константы, третий элемент вычитания, второй элемент умножения, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый входы блока подключены соответственно к первому входу, ко второму входу первого элемента вычитания, к первому входу элемента деления, к соединению входов первого, второго задатчиков константы, третьего, четвертого и пятого задатчиков константы и первого входа третьего элемента вычитания, к пятому входу второго элемента умножения, выходы элемента возведения во вторую степень и первого задатчика константы через первый элемент умножения и первый вход второго элемента вычитания подключены к первому входу второго элемента умножения, выход второго задатчика константы соединен со вторым входом второго элемента вычитания, выход третьего задатчика константы через второй вход элемента деления подключен к второму входу второго элемента умножения, третий вход которого соединен с выходом четвертого задатчика константы, выход пятого задатчика константы подключен к второму входу третьего элемента вычитания, выход которого соединен с четвертым входом второго элемента умножения, выход которого является выходом четвертого вычислительного блока.