УСТРОЙСТВО ЭКОНОМИЧЕСКИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕРЫВИСТЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И ПТИЦЕВОДСТВЕ Российский патент 2016 года по МПК A01K29/00 A01K31/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям выращивания животных и птицы в помещениях с искусственным электрическим прерывистым освещением.

Известны способ и устройство для выращивания птицы, в которых управление технологическими процессами обогрева и кормления поголовья в помещении производится по технико-экономическому признаку (критерию) [1. Патент РФ №2340172 C1, А01K 29/00. Способ и устройство для выращивания птицы / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2008. №14].

Недостатком данного технического решения является невозможность его непосредственного применения в технологиях искусственного освещения, в том числе прерывистого, в животноводстве и птицеводстве.

Причиной этого является отсутствие соответствующих новых действий нового способа и соответствующих новых технических средств и новых связей между ними нового устройства экономически оптимального управления прерывистым освещением в животноводстве и птицеводстве.

Также известны многочисленные способы и устройства экономически оптимального управления другими технологическими процессами в животноводстве и птицеводстве

[2. Патент РФ 2229155. Способ и устройство экономичного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2004. №14.

3. Патент РФ 2295237. Устройство инфокоммуникационного управления экономичными обогревательными технологиями в животноводстве и птицеводстве / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2007. №8.

4. Патент РФ 2296464. Способ управления экономичным обогревом в животноводстве и птицеводстве и устройство для его осуществления / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2007. №10.

5. Патент РФ 2297761. Способ экономичного обогрева сельскохозяйственных животных или птицы и устройство для его осуществления / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2007. №12.

6. Патент РФ 2300194. Способ управления экономичной обогревательной технологией в животноводстве и птицеводстве и устройство для его осуществления / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2007. №16.

7. Патент РФ 2301521. Способ и устройство экономичного обогрева и кормления животных и птицы / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2007. №18.

8. Патент РФ 2328112. Способ и устройство информационно-коммуникационного управления экономичными обогревательными технологиями в птицеводстве / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2008. №19.

9. Патент РФ 2414396. Способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики / А.В. Дубровин // БИ, 2011. №8.

10. Патент РФ №2327675. Способ и устройство управления экономичной переработкой птичьего помета в промышленном птицеводстве / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2008. №18.

11. Патент РФ 2357812. Способ и устройство экономичной транспортировки, сбора, сортировки и утилизации бытовых отходов / А.В. Дубровин и др. / /БИ, 2009. №16.

12. Патент РФ 2423826. Комплекс безотходного птицеводства и свиноводства с собственным производством кормов и энергии / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2011. №20.

13. Патент РФ 2462864. Устройство составления экономичного кормового рациона и экономичного кормления животных и птицы / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2012. №28.

14. Патент РФ 2490875. Способ и устройство экономичной пастьбы в пастбищном животноводстве / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2013. №24].

Общим недостатком перечисленных технических решений также является невозможность их непосредственного применения в технологиях искусственного освещения, в том числе прерывистого, в животноводстве и птицеводстве.

Причиной этого также является отсутствие соответствующих новых действий нового способа и соответствующих новых технических средств и новых связей между ними нового устройства экономически оптимального управления прерывистым освещением в животноводстве и птицеводстве.

В производственных помещениях сельскохозяйственного назначения, например в промышленных птичниках, одновременно выращиваются или содержатся до нескольких десятков тысяч птиц, поэтому даже незначительная погрешность в определении реального значения временного режима прерывистого освещения может привести к существенным дополнительным потерям продуктивности поголовья.

При этом дополнительные затраты электроэнергии на освещение сельскохозяйственных помещений даже при прерывистом режиме освещения достигают больших значений и по стоимости становятся сопоставимыми с другими составляющими издержек производства.

Задачей изобретения является экономически оптимальное управление прерывистым освещением помещения для поголовья в животноводстве и птицеводстве, достижение наиболее результативного хозяйственного производственного и при этом одновременно соответствующего энергетически экономичного режима прерывистого освещения.

В результате использования изобретения устанавливается экономически наилучшее соотношение управляющих сигналов длительностей включенного технологически оптимального режима освещения помещения и выключенного освещения помещения для животных или птицы.

Вышеуказанный технический результат достигается способом экономически оптимального управления прерывистым освещением в животноводстве и птицеводстве, включающим в себя задание нормативной освещенности помещения с поголовьем животных или птицы, измерение освещенности в помещении с поголовьем, регулирование освещенности при освещении помещения с поголовьем по технологической норме освещенности, осуществление режима прерывистого освещения помещения с поголовьем посредством периодического включения и выключения освещения помещения с поголовьем, причем формируют первый сигнал длительности включенного состояния освещения помещения с поголовьем, формируют второй сигнал длительности выключенного состояния освещения помещения с поголовьем, делят первый сформированный сигнал на второй сформированный сигнал и по результату деления формируют третий сигнал коэффициента заполнения, соответствующий по своей величине отношению длительностей включенного состояния освещения помещения с поголовьем к длительности выключенного состояния освещения помещения с поголовьем, изменяют сформированный третий сигнал коэффициента заполнения в диапазоне его значений от нуля до единицы, в зависимости от третьего сигнала формируют четвертый сигнал стоимости полезной продуктивности поголовья в ценах ее реализации, пятый сигнал стоимости энергетических затрат на освещение помещения с поголовьем и шестой сигнал прибыли технологического процесса прерывистого освещения помещения с поголовьем в виде разности четвертого и пятого сигналов, определяют наибольший по своему значению шестой сигнал прибыли в диапазоне изменения сформированного третьего сигнала коэффициента заполнения, также определяют соответствующий этому определенному наибольшему по значению шестому сигналу прибыли седьмой сигнал коэффициента заполнения из диапазона изменения сформированного третьего сигнала коэффициента заполнения, корректируют режим прерывистого освещения помещения с поголовьем в соответствии с седьмым сигналом коэффициента заполнения, соответствующим экономически наилучшему по своему значению сформированному третьему сигналу коэффициента заполнения, в результате данного управления прерывистым освещением по сигналу коэффициента заполнения непрерывно во времени устанавливается экономически оптимальный режим прерывистого освещения помещения с поголовьем животных или птицы.

Технический результат достигается также тем, что устройство экономически оптимального управления прерывистым освещением в животноводстве и птицеводстве содержит задатчик времени, задатчик вида, линии (кросса) и возраста животных или птицы, задатчик технологически оптимальной (нормативной) освещенности, датчик освещенности, регулятор освещенности, осветительные приборы в помещении для животных или птицы, причем в него дополнительно введены задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения в диапазоне изменения от нуля до единицы (например, генератор пилообразного напряжения), блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения животных или птицы, вычислительный блок, блок оптимизации скважности освещения, формирователь импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон), схема совпадения, при этом выход задатчика времени через задатчик вида, линии (кросса) и возраста животных или птицы и затем через задатчик технологически оптимальной (нормативной) освещенности подключен к соединению первого входа вычислительного блока и первого входа регулятора освещенности, также выход задатчика времени через задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения в диапазоне изменения от нуля до единицы (например, генератор пилообразного напряжения) соединен со вторым входом вычислительного блока и с первым входом формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон), также выход задатчика вида, линии (кросса) и возраста животных и птицы через блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения животных или птицы подключен к третьему входу вычислительного блока, выход датчик освещенности соединен со вторым входом регулятора освещенности, выход которого подключен к первому входу схемы совпадения, второй вход и выход которой соединены соответственно с выходом формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон) и со входами осветительных приборов, выход вычислительного блока через блок оптимизации скважности освещения подключен ко второму входу формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена общая схема технологии и технологического оборудования при выращивании животных или птицы в условиях искусственного освещения в животноводстве и птицеводстве: 1 - теплозащитные ограждающие конструкции помещения (здания) для животных или птицы; 2 - утепленный пол (древесностружечная подстилка) помещения для животных или птицы; 3 - приточная вентиляция; 4 - вытяжная вентиляция; 5 - поголовье животных или птицы; 6 - световые устройства (источники электрического освещения); 7 - энергетическая магистраль (электропроводка); 8 - устройство регулирования режимов прерывистого освещения; 9, 10 и 11 - измерители освещенности животного или птицы в различных зонах обитания поголовья в производственном помещении.

На фиг.2 приведена графическая иллюстрация технологических и экономических характеристик процесса прерывистого освещения промышленного птичника в зависимости от скважности импульсов освещения и от технического параметра освещенности: - значение технологически оптимальной (нормативной) освещенности во время светового импульса, Вт/м²; ±ΔВ - отклонение освещенности от ее оптимального (нормативного) значения Вт/м²; - значения освещенности во время светового импульса, Вт/м²; р - коэффициент заполнения, отн. ед.; - технологически оптимальное значение коэффициента заполнения p_ для получения наивысшей продуктивности птицы в третьем варианте прерывистого освещения птичника (в трех частных случаях изменения освещенности значения коэффициента заполнения принимаются одинаковыми отн. ед.; - экономически оптимальное значение коэффициента заполнения для получения наивысшей прибыли от технологического процесса в наилучшем по освещенности третьем варианте прерывистого освещения птичника, отн. ед.; - постоянная наивысшая (нормативная) продуктивность при постоянном нормативном освещении, кг/ед. времени; - продуктивности соответственно при постоянном и при прерывистом освещении в трех показанных вариантах освещенности, кг/ед. времени; - соответствующие наивысшие приросты продуктивности птицы при переходе с постоянного на прерывистое освещение, кг/ед. времени; - зависимость прибыли от коэффициента заполнения для третьего технологически наилучшего варианта управления по технологическому критерию (по продуктивности), руб./ед. времени; П_ЭОУР(р) - зависимость прибыли от скважности импульсов освещения для третьего технологически наилучшего варианта управления по экономическому критерию (по прибыльности), руб./ед. времени; - наивысший прирост прибыли при переходе с постоянного освещения на третий (по освещенности) вариант управления прерывистым освещением по критерию продуктивности руб./ед. времени; - наивысший прирост прибыли при переходе с постоянного освещения на третий (по освещенности) вариант управления прерывистым освещением по критерию прибыли руб./ед. времени; - наивысший инновационный дополнительный прирост прибыли (в третьем наилучшем варианте освещения птичника при технологически оптимальной освещенности ) при переходе от управления прерывистым освещением по критерию продуктивности к управлению прерывистым освещением по критерию прибыли, руб./ед. времени; Э_осв(р) - прямая пропорциональная зависимость эксплуатационных затрат на электроэнергию для прерывистого освещения от его коэффициента заполнения, руб./ед. времени; - наивысшая экономия затрат на электроэнергию для прерывистого освещения по критерию продуктивности по сравнению с постоянным освещением, руб./ед. времени; - наивысшая экономия затрат на электроэнергию для прерывистого освещения по критерию прибыли по сравнению с постоянным освещением, руб./ед. времени; - инновационная дополнительная экономия затрат на электроэнергию для прерывистого освещения при переходе от управления по критерию продуктивности к управлению по критерию прибыли, руб./ед. Времени.

На фиг.3 приведена функциональная схема устройства экономически оптимального управления прерывистым освещением помещения для животных или птицы: 12 - задатчик времени; 13 - задатчик вида, линии (кросса) и возраста животных или птицы; 14 - задатчик технологически оптимальной (нормативной) освещенности; 15 - датчик освещенности; 16 - регулятор освещенности; 17 - осветительные приборы в помещении для животных или птицы; 18 - задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения, в диапазоне изменения от нуля до единицы (например, генератор пилообразного напряжения); 19 - блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения птицы; 20 - вычислительный блок; 21 - блок оптимизации скважности освещения; 22 - формирователь импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон); 23 - схема совпадения.

На фиг.4 дана фотография традиционного потолочного освещения птичника с клеточными батареями для кур-несушек.

На фиг.5 показано потолочное освещение птичника посредством электрических ламп.

Способ осуществляется следующим образом. Известно, что различные значения величины освещенности В при постоянном освещении приводят к различным результатам выращивания животных или птицы по их продуктивности. Наивысшая продуктивность соответствует нормативной освещенности с технологически оптимальным значением Любые отклонения освещенности от этого значения на величину ±ΔВ приведут только к падению результирующей продуктивности поголовья. Значит, при любом способе управления технологическим процессом прерывистого освещения всегда следует поддерживать точное значение нормативной освещенности животных или птицы (далее для сокращения текста указывается только птица) определенного вида, линии (кросса) и возраста (также указывается только птичник).

При прерывистом освещении за промежутком времени освещенного состояния птичника следует промежуток времени темноты в помещении для птицы. Другими словами, период времени прерывистого освещения составляет время совместного действия импульса света и времени темноты, до появления очередного такого светового импульса определенной формы. Если свет в птичнике просто включается и просто выключается и имеет во время включенного состояния постоянное значение интенсивности освещения, то форма светового импульса прямоугольная. При имитировании в птичнике природного «рассвета-заката» освещенность должна сначала плавно нарастать и в конце светового импульса («светового дня») плавно убывать, т.е. форма импульса может выглядеть почти как гауссовская кривая, колоколообразного вида с плавно спадающими краями. Известное отношение периода следования (повторения) импульсов к длительности каждого из этих одинаковых импульсов называется скважностью импульсов (в данном контексте - скважностью световых импульсов). Понятно, что диапазон скважности может составлять от очень большого числа при коротких импульсах и длинном периоде их следования до единицы при равенстве длительностей импульса и периода его следования. Эти значения не всегда являются удобными для их использования. Поэтому применяют и другое распространенное понятие.

Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения. Эта величина часто используется в литературе на английском языке и пишется "Duty cycle" (англ.). Понятно, что коэффициент заполнения есть отношение длительности импульса к периоду их следования, т.е. скважность и коэффициентом заполнения являются по отношению друг к другу обратными величинами и являются безразмерными. Однако стоит уточнить, что в англоязычной документации коэффициент заполнения, как правило, измеряется в процентах (%).

Тогда значение коэффициента заполнения р (в данном контексте - заполнения птичника искусственным светом) при постоянном освещении равно 1 (единице), а при прерывистом освещении изменяется от 0 (от нуля) - полная темнота, до почти единицы - почти постоянное освещение с очень короткими временными промежутками темноты.

При сопоставимых значениях изменений затрат на освещение и прироста цены реализованной продукции (точнее, стоимости произведенной продукции в ценах реализации) экономическая оптимизация прерывистого режима освещения может оказаться экономически целесообразной. Этот вариант возникает при распространенных в настоящее время энергозатратных светильниках с применением в них электрических ламп накаливания и многих других световых приборах, целесообразных производителю сельскохозяйственной продукции по признаку их высокой надежности в конкретном технологическом процессе. Возникает существенный баланс между указанными изменениями. Реализация этого баланса путем экономически оптимального управления по величине коэффициента заполнения р (соответствующему фактически по принятому в птицеводстве соотношению светлого и темного времен) выливается в смещение значения этого коэффициента от его значения при технологически оптимальном (критерий продуктивности поголовья) режиме прерывистого освещения к меньшему его значению при экономически (критерий прибыли) оптимальном режиме прерывистого освещения на величину Происходит экономия электроэнергии на освещение, превышающая неизбежное некоторое снижение продуктивности поголовья. В результате такого управления появляется дополнительная (инновационная) экономическая эффективность управления по экономическому критерию технологическим процессом прерывистого освещения птичника по отношению к обычному автоматическому поддержанию даже наиболее удачного режима с его экономической эффективностью по отношению к режиму постоянного освещения с оптимальной (нормативной) освещенностью

На фиг.2 представлен характер взаимной зависимости от коэффициента заполнения р технических технологических и экономических характеристик процесса прерывистого освещения промышленного птичника. Показаны три варианта нарастающей от малого значения до технологически оптимального значения величины освещенности птичника (нижние индексы 1, 2, 3 в обозначения указанных величин). В третьем режимном варианте экономически оптимального управления прерывистым освещением по величине коэффициента заполнения р также используется значение технологически оптимальной (технологически наилучшей) освещенности во время светового импульса.

В процессе многолетних и многочисленных технологических испытаний птицеводами установлены нормативные требования к постоянной освещенности птицы различных видов и возрастов, в настоящее время нащупывается и уже в некоторых частных случаях даже нормируется количественная связь между коэффициентом заполнения прерывистого освещения и продуктивностью птицы.

Для управления прерывистым освещением птичника по экономическому критерию следует поступать следующим образом [см. также: Дубровин А.В. Основы автоматизированного управления технологическими процессами в птицеводстве по экономическому критерию. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2013. - 292 с.].

Во-первых, надо иметь математическую модель продуктивности птицы в зависимости от величины освещенности при прерывистом освещении с изменяющимся значением коэффициента заполнения. В первом приближении внешний вид подобной математической и соответствующей графической модели есть парабола.

Во-вторых, требуется наложить ограничения на изменения управляемых параметров.

В-третьих, надо провести имитационное математическое моделирование и построить точные количественные соотношения в виде представленных на фиг.2 графиков функций.

В процессе решения оптимизационной задачи определяются экономически оптимальные режимы освещения и соответствующие необходимые коммутации в осветительных приборах птичника. Измерения освещенности и коэффициента заполнения позволяют повысить точность управления и построить уточненную функциональную схему устройства управления прерывистым освещением по экономическому критерию (фиг.2).

Основу построения математической модели экономически оптимального управления прерывистым освещением снова составляет модель В.А. Грабаурова [Грабауров В.А., Савченко Е.И. Исследование математической модели биологического объекта биотехнической системы. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1986. - 5 с. Деп. во ВНИИТЭИСХ. №59-ВС-87].

Приведем ее краткое описание. Климатическая математическая модель биологического объекта представляет собой зависимость продуктивности птиц (суточный прирост массы бройлеров от их возраста и от факторов микроклимата, в граммах массы) П_бр от возраста птиц t (в сутках) и основных параметров микроклимата - температуры воздуха Т (в градусах по шкале Цельсия), относительной влажности воздуха B₁ (в процентах) и загазованности воздуха K_A (массовая концентрация аммиака в воздухе, мг/м³):

где а₀, a₁, …, а₁₄ - коэффициенты уравнения регрессии, или константы для процесса управления микроклиматом в промышленном птичнике: а₀=-715,1; а₁=6,354; а₂=27,076; а₃=9,594; а₄=-0,870; а₅=-0,025; а₆=-0,343; а₇=-0,050; а₈=-0,009; а₉=-0,104; а₁₀=-0,024; а₁₁=0,003; а₁₂=-0,102; а₁₃=0,012; а₁₄=0,008.

Графически это серия оптимальных почти параболических кривых, все более «высоких» и «широких» и смещающихся влево по абсциссе температуры с возрастом бройлера в зависимости от температуры среды обитания. Это понятно, т.к. с возрастом птицы улучшается ее теплозащита, и она слабее реагирует на отклонения температуры среды от комфортного для организма данного возраста значения. При росте птицы также растут ее суточные привесы.

Аналогично отражает рост и развитие птицы при всех прочих равных факторах математическая модель влияния на продуктивность птицы прерывистого освещения (2):

где а₀, a₁, …, а₁₄ - коэффициенты уравнения регрессии или константы, значения которых отличаются от приведенных в (1) значений и определяются в специально организованных новых опытах птицеводов и инженеров по определению влияния режима прерывистого освещения на продуктивность поголовья в птичнике.

На фиг.3 приведена схема устройства для осуществления способа. Устройство экономически оптимального управления прерывистым освещением в животноводстве и птицеводстве содержит задатчик времени 12, задатчик вида, линии (кросса) и возраста животных или птицы 13, задатчик технологически оптимальной (нормативной) освещенности 14, датчик освещенности 15, регулятор освещенности 16, осветительные приборы в помещении для животных или птицы 17, причем в него дополнительно введены задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения в диапазоне изменения от нуля до единицы (например, генератор пилообразного напряжения) 18, блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения животных или птицы 19, вычислительный блок 20, блок оптимизации скважности освещения 21, формирователь импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон) 22, схема совпадения 23, при этом выход задатчика времени 12 через задатчик вида, линии (кросса) и возраста животных или птицы 13 и затем через задатчик технологически оптимальной (нормативной) освещенности 14 подключен к соединению первого входа вычислительного блока 20 и первого входа регулятора освещенности 16, также выход задатчика времени 12 через задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения в диапазоне изменения от нуля до единицы (например, генератор пилообразного напряжения) 18 соединен со вторым входом вычислительного блока 20 и с первым входом формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон) 22, также выход задатчика вида, линии (кросса) и возраста животных или птицы 13 через блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения животных или птицы 19 подключен к третьему входу вычислительного блока 20, выход датчика освещенности 15 соединен со вторым входом регулятора освещенности 16, выход которого подключен к первому входу схемы совпадения 23, второй вход и выход которой соединены соответственно с выходом формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон) 22 и со входами осветительных приборов в помещении для животных или птицы 17, выход вычислительного блока 20 через блок оптимизации скважности освещения 21 подключен ко второму входу формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон) 22.

Устройство работает следующим образом. В предлагаемом техническом решении параметр температуры воздуха считается нормативным (наилучшим при всех условиях) и не влияющим на изменения продуктивности при изменениях возраста животных или птицы, освещенности и коэффициента заполнения освещения. Все члены уравнения, содержащие величину температуры воздуха Т (в градусах по шкале Цельсия), изменяются только в связи с изменениями требуемого значения нормативной температуры воздуха Т_норм из-за изменения возраста поголовья t. Эти связи отражены в связях устройства экономически оптимального управления технологическим процессом прерывистого освещения: задатчик вида, линии (кросса) и возраста животных или птицы 13 определяет работу блока задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения птицы 19. Этот блок 19 формирует Т=Т_норм в качестве не переменной величины, а значения обычного коэффициента для последующего математического моделирования по (2) в вычислительном блоке 20.

Блок оптимизации скважности освещения 21 устанавливает на своем выходе найденное оптимальное значение расчетного по формуле (2) коэффициента заполнения Задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения 18 выдает сигнал переменного значения коэффициента заполнения р, этот сигнал сравнивается в формирователе импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения 22 (по существу, в функциональном аналоге обычной схемы сравнения, точнее, компаратора) с сигналом вычисленного в вычислительном блоке 20 экономически оптимального значения коэффициента заполнения Полученный в момент времени равенства указанных входных сигналов, выходной сигнал формирователя 22 разрешает прохождение через схему совпадения 23 отрегулированного в регуляторе освещенности 16 сигнала нормативной освещенности в осветительные приборы в помещении для животных или птицы 17.

Теперь устройство работает в режиме нормативного (во время действия светового импульса) прерывистого освещения всего птичника, или определенной производственной технологической зоны в птичнике, с экономически оптимальным значением коэффициента заполнения по критерию прибыли от действия технологического процесса прерывистого освещения. Достигается наивысшая прибыльность технологического процесса прерывистого освещения поголовья животных или птицы.

На фиг.4 и 5 даны иллюстрации варианта потолочного освещения птичника с клеточными батареями для содержания кур-несушек светильниками с применением электрических ламп накаливания. Способ и устройство позволяют автоматически управлять по экономическому критерию прибыли от процесса прерывистого освещения соотношением времени освещения помещения и времени выключенного состояния светильников, показанных на фиг.4 и 5. В результате такого управления устанавливается экономически оптимальное указанное соотношение, которое по способу и по устройству также вполне соответствует экономически оптимальному значению широко известного коэффициента заполнения.

Технология прерывистого освещения становится экономически наилучшей для поголовья любого вида, породы (кросса, линии и т.п.) и возраста, поскольку эти параметры поголовья автоматически учитывается. Экономически наилучший режим работы осветительных приборов устанавливается автоматически, не зависимо от их типа, поскольку учитывается их электропотребление в экономически наилучшем режиме и, соответственно, стоимость расходуемой электроэнергии на прерывистое освещение.

Обеспечивается наилучшее для технологии прерывистого освещения в данном производственном помещении и для предприятия в целом соотношение между получаемой продукцией животноводства и птицеводства и расходуемой при этом энергией на освещение поголовья в помещении (например, бройлеров в промышленном птичнике).

Фиг.1. Общая схема технологии и технологического оборудования при выращивании животных или птицы в условиях искусственного освещения в животноводстве и птицеводстве: 1 - теплозащитные ограждающие конструкции помещения (здания) для животных или птицы; 2 - утепленный пол (древесностружечная подстилка) помещения для животных или птицы; 3 - приточная вентиляция; 4 - вытяжная вентиляция; 5 - поголовье животных или птицы; 6 - световые устройства (источники электрического освещения) в помещении для животных или птицы; 7 - энергетическая магистраль (электропроводка); 8 - устройство регулирования режимов прерывистого освещения; 9, 10 и 11 - измерители освещенности животного или птицы в различных зонах обитания поголовья в производственном помещении.

Фиг.2. Графическая иллюстрация технологических и экономических характеристик процесса прерывистого освещения промышленного птичника в зависимости от скважности импульсов освещения и от технического параметра освещенности: - значение технологически оптимальной (нормативной) освещенности во время светового импульса, Вт/м²; ±ΔВ - отклонение освещенности от ее оптимального (нормативного) значения $${В}_{технол}^{опт}$$ , Вт/м²; - значения освещенности во время светового импульса, Вт/м²; р - коэффициент заполнения, отн. ед.; - технологически оптимальное значение коэффициента заполнения p для получения наивысшей продуктивности птицы в третьем варианте прерывистого освещения птичника (в трех частных случаях изменения освещенности значения коэффициента заполнения принимаются одинаковыми ), отн. ед.; $$p_{\begin{array}{cc}экон& 3\end{array}}^{опт}$$ - экономически оптимальное значение коэффициента заполнения для получения наивысшей прибыли от технологического процесса в наилучшем по освещенности третьем варианте прерывистого освещения птичника, отн. ед.; - постоянная наивысшая (нормативная) продуктивность при постоянном нормативном освещении, кг/ед. времени; - продуктивности соответственно при постоянном и при прерывистом освещении в трех показанных вариантах освещенности, кг/ед. времени; - соответствующие наивысшие приросты продуктивности птицы при переходе с постоянного на прерывистое освещение, кг/ед. времени; - зависимость прибыли от коэффициента заполнения для третьего технологически наилучшего варианта управления по технологическому критерию (по продуктивности), руб./ед. времени; П_ЭОУЗ(р) - зависимость прибыли от скважности импульсов освещения для третьего технологически наилучшего варианта управления по экономическому критерию (по прибыльности), руб./ед. времени; - наивысший прирост прибыли при переходе с постоянного освещения на третий (по освещенности) вариант управления прерывистым освещением по критерию продуктивности руб./ед. времени; - наивысший прирост прибыли при переходе с постоянного освещения на третий (по освещенности) вариант управления прерывистым освещением по критерию прибыли руб./ед. времени; наивысший инновационный дополнительный прирост прибыли (в третьем наилучшем варианте освещения птичника при технологически оптимальной освещенности ) при переходе от управления прерывистым освещением по критерию продуктивности к управлению прерывистым освещением по критерию прибыли, руб./ед. времени; Э_осв(р) - прямая пропорциональная зависимость эксплуатационных затрат на электроэнергию для прерывистого освещения от его коэффициента заполнения, руб./ед. времени; - наивысшая экономия затрат на электроэнергию для прерывистого освещения по критерию продуктивности по сравнению с постоянным освещением, руб./ед. времени; - наивысшая экономия затрат на электроэнергию для прерывистого освещения по критерию прибыли по сравнению с постоянным освещением, руб./ед. времени; - инновационная дополнительная экономия затрат на электроэнергию для прерывистого освещения при переходе от управления по критерию продуктивности к управлению по критерию прибыли, руб./ед. Времени.

Фиг.3. Функциональная схема устройства экономически оптимального управления прерывистым освещением помещения для животных или птицы: 12 - задатчик времени; 13 - задатчик вида, линии (кросса) и возраста животных или птицы; 14 - задатчик технологически оптимальной (нормативной) освещенности; 15 - датчик освещенности; 16 - регулятор освещенности; 17 - осветительные приборы в помещении для животных или птицы; 18 - задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения, в диапазоне изменения от нуля до единицы (например, генератор пилообразного напряжения); 19 - блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения птицы; 20 - вычислительный блок; 21 - блок оптимизации скважности освещения; 22 - формирователь импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон); 23 - схема совпадения.

Фиг.4. Иллюстрация традиционного потолочного освещения птичника с клеточными батареями для кур-несушек обычными электрическими лампами.

Фиг.5. Дополнительная иллюстрация потолочного освещения птичника для яйценоской птицы посредством обычных электрических ламп.

Изобретение относится к технологиям выращивания животных или птицы в помещениях с искусственным электрическим прерывистым освещением. Устройство содержит задатчик времени 12, выход которого через задатчик вида, линии кросса и возраста животных или птицы 13 и затем через задатчик технологически оптимальной нормативной освещенности 14 подключен к соединению первого входа вычислительного блока 20 и первого входа регулятора освещенности 16. Выход задатчика времени 12 через задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения в диапазоне изменения от нуля до единицы (например, генератор пилообразного напряжения) 18 соединен со вторым входом блока 20 и с первым входом формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон) 22. Выход задатчика вида, линии кросса и возраста животных или птицы 13 через блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономии прерывистого освещения животных или птицы 19 подключен к третьему входу блока 20. Выход датчика освещенности 15 соединен со вторым входом регулятора освещенности 16, выход которого подключен к первому входу схемы совпадения 25. Второй вход и выход схемы 25 соединены с выходом формирователя импульсов освещения 22 и со входами осветительных приборов в помещении для животных или птицы 17. Выход блока 20 через блок оптимизации скважности освещения 21 подключен ко второму входу формирователя импульсов освещения 22. Обеспечивается достижение наиболее результативного производственного хозяйственного и при этом одновременно соответствующего энергетически экономичного режима прерывистого освещения помещения для поголовья в животноводстве и птицеводстве. 5 ил.

Устройство экономически оптимального управления прерывистым освещением в животноводстве и птицеводстве, содержащее задатчик времени, задатчик вида, линии кросса и возраста животных или птицы, задатчик технологически оптимальной нормативной освещенности, датчик освещенности, регулятор освещенности, осветительные приборы в помещении для животных или птицы, отличающееся тем, что в него дополнительно введены задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения в диапазоне изменения от нуля до единицы, например генератор пилообразного напряжения, блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения животных или птицы, вычислительный блок, блок оптимизации скважности освещения, формирователь импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон), схема совпадения, при этом выход задатчика времени через задатчик вида, линии кросса и возраста животных или птицы и затем через задатчик технологически оптимальной нормативной освещенности подключен к соединению первого входа вычислительного блока и первого входа регулятора освещенности, также выход задатчика времени через задатчик переменного сигнала коэффициента заполнения в диапазоне изменения от нуля до единицы, например генератор пилообразного напряжения соединен со вторым входом вычислительного блока и с первым входом формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон), также выход задатчика вида, линии кросса и возраста животных или птицы через блок задатчиков коэффициентов математических моделей для технологии и экономики прерывистого освещения животных или птицы подключен к третьему входу вычислительного блока, выход датчик освещенности соединен со вторым входом регулятора освещенности, выход которого подключен к первому входу схемы совпадения, второй вход и выход которой соединены соответственно с выходом формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон) и со входами осветительных приборов в помещении для животных или птицы, выход вычислительного блока через блок оптимизации скважности освещения подключен ко второму входу формирователя импульсов освещения с переменным коэффициентом заполнения (ждущий мультивибратор или фантастрон).