IDENTYFIKACJA SYGNAŁÓW KONTROLNO-STERUJĄCYCH W AUTONOMICZNYM APARACIE UDOJOWYM 1

Transkrypt

1 Problemy nżynierii Rolniczej nr 1/2011 Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Maciej Bełtowski Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Katedra Energetyki i Automatyzacji Procesów Rolniczych DENTYFKACJA SYGNAŁÓW KONTROLNO-STERUJĄCYCH W AUTONOMCZNYM APARACE UDOJOWYM 1 Streszczenie W pracy przedstawiono schemat blokowy systemu sterowania autonomicznym aparatem m. Zidentyfikowano i opisano sygnały występujące w tym systemie. Zebrane informacje pozwalają na optymalizację sygnałów do sterowania procesami poprzez programowalne sterowniki logiczne oraz informatyczne systemy kontroli. Opracowany schemat blokowy przepływu informacji w tym systemie sterowania, ułatwi wykonanie algorytmu programu sterującego autonomicznym aparatem m. Słowa kluczowe: aparat, przepływ sygnałów, schemat blokowy układu sterowania Wstęp Jakość uzyskiwanego mleka zależy od stanu zdrowotnego wymienia krowy, a ich stan jest uwarunkowany oddziaływaniem urządzeń ch. Do najważniejszych problemów należą niekontrolowane podciśnienie w komorze podstrzykowej kubka udojowego oraz pustodój. Niedoskonałe konstrukcje urządzeń lub niewłaściwie dobrane parametry doju mogą prowadzić do chorób wymion i w efekcie zmniejszania wydajności mlecznej oraz pogorszenia jakości mleka. Dlatego podczas projektowania urządzeń ch należy uwzględnić ich wpływ na zdrowotność krów [Jędruś, Lipiński 2008; Krzyś, Szlachta 2001]. Podstawowym elementem układu sterującego autonomicznym aparatem m jest sterownik mikroprocesorowy, odpowiadający za sterowanie: podciśnieniem w komorze podstrzykowej kubka udojowego, pulsacją w komorze międzyściennej, osprzętem autonomicznego aparatu udojowego oraz transferem informacji w systemie kontroli procesu doju krów. Zastosowanie programowalnego sterownika logicznego () wiąże się z przygotowaniem odpowiednich warunków pracy. Sygnały pomiarowe, które trafiają do tego ste- Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach , jako projekt badawczy N N

2 78 kubek kubek Faza masażu /doju sterujący sterujący Faza masażu /doju kubek kubek sterujący sterujący Faza masażu /doju Faza masażu /doju V kubek kubek Pompa Komora podstrzykowa Układ sterowania przetwornika kubek Komora podstrzykowa V Układ sterowania przetwornika Komora podstrzykowa Układ sterowania przetwornika V kubek kubek Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Maciej Bełtowski

3 79 ciśnienia ciśnienia kubek ciśnienia zabezpieczający ciśnienia V kubek poziomu napełnienia P poziomu napełnienia L Blok zasilania Komora podstrzykowa Układ sterowania przetwornika kubek STEROWANE PULSACJĄ PODCŚNENA W KOMORZE MĘDZYŚCENNEJ dentyfikacja sygnałów kontrolno-sterujących... STEROWANE PODCŚNENEM TRANSPORTOWYM Źródło: opracowanie własne. Rys. 1. Schemat blokowy układu

4 80 STEERNG OF VACUUM PRESSURE N TEATCUP CHAMBER Massage /milking phase Steering Massage /milking phase Steering Steering Steering Massage /milking phase Massage /milking phase V pump Teatcup chamber Transducer steering system Teatcup chamber V Transducer steering system Teatcup chamber Transducer steering system V Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Maciej Bełtowski

5 81 Pressure Pressure Pressure Protecing Pressure V Filling level P Filling level L Feeding block Teatcup chamber Transducer steering system STEERNG OF UNDERPRESSURE PULSATON N NTER-WALL CHAMBER dentyfikacja sygnałów kontrolno-sterujących... Source: own study. TRANSPORT UNDERPRESSURE STEERNG Fig. 1. Block diagram of underpressure system

6 Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Maciej Bełtowski rownika oraz sygnały wyjściowe muszą spełniać odpowiednie standardy, zgodnie z Normą PN-EN :2008. Dlatego niezbędna jest szczegółowa analiza sygnałów występujących w budowanym autonomicznym aparacie m. Celem pracy była identyfikacja i analiza sygnałów w autonomicznym aparacie m, które mogą stanowić podstawę do zaprogramowania kompleksowego systemu sterowania aparatem m z informatycznym systemem kontroli. System sterowania autonomicznym aparatem m Schemat blokowy, zamieszczony na rysunku 1 przedstawia przepływ sygnałów pomiarowych i sterujących pomiędzy elementami składowymi autonomicznego aparatu udojowego. Urządzenia i układy podzielono na tzw. bloki funkcjonalne, odpowiadające za przypisane im działanie. Na schemacie wyodrębniono cztery główne bloki funkcjonalne: zasilanie podciśnieniem aparatu udojowego, sterowanie pulsacją w komorze pulsacyjnej, sterowanie podciśnieniem transportowym, sterowanie podciśnieniem ssącym. W skład bloku zasilania wchodzą takie urządzenia, jak: pompa próżniowa do wytwarzania o wartości z przemiennikiem częstotliwościowym VFDC, regulator, zawór rozdzielający podciśnienie do kolejnych bloków funkcjonalnych układu. Tak dużą wartość wybrano mając na uwadze możliwie szybkie opróżnianie komory mlecznej kolektora. Jednocześnie wprowadzono autorską konstrukcję rozdziału strefy w komorze mlecznej od w komorze podstrzykowej. Podciśnienie transportowe nie wpływa na podciśnienie ssące mleko z wymienia krowy. Blok sterowania pulsacją ciśnienia w komorze pulsacyjnej jest odpowiedzialny za fazę masażu wymienia krowy. Doprowadzone z bloku zasilającego podciśnienie o wartości, jest obniżane zaworem m z wartości 10 kpa do. Wartość ta jest sterowana podobnie, jak podciśnienie w komorze podstrzykowej. Za pomocą rozdzielacza podciśnienie jest kierowane do komór pulsacyjnych kubków ch, gdzie występuje naprzemiennie z ciśnieniem atmosferycznym. Konieczne jest zachowanie równowagi pomiędzy mi ssącym i pulsacyjnym. Zmniejszenie powinno zapewniać właściwą pracę urządzenia bez negatywnego wpływu na zdrowotność wymion krów i jakość pozyskiwanego mleka [Wiercioch i in. 1999]. Algorytm pulsacji został zapisany w programowalnym sterowniku logicznym. Wartości współczynnika pulsacji oraz częstotliwości pulsacji są obliczane na podstawie sygnału 82

7 dentyfikacja sygnałów kontrolno-sterujących... z czujnika krowy (rys. 2). Proces pulsacji ciśnienia następuje poprzez sterowanie mikroprocesorem zaworu doprowadzającego przemiennie ciśnienie atmosferyczne. Pompa pump sterujący Steering Faza masażu/doju Massage /milking phase Źródło: opracowanie własne. Source: own study. Rys. 2. Schemat blokowy układu masującego wymię krowy Fig. 2. Block diagram of the system for cow s udder massage Kolejny blok funkcjonalny steruje podciśnieniem ssącym (rys. 3). Podciśnienie o wartości jest doprowadzone do rozdzielacza, który przesyła je do czterech układów regulacji. W tych układach sygnał elektryczny, wychodzący z sterownika, jest przetwarzany na proporcjonalny sygnał, którego wartość zależy od natężenia z poszczególnych strzyków wymienia krowy. Algorytm wyznaczania w komorze podstrzykowej bazuje na logice rozmytej [Juszka i in. 2006]. W bloku funkcjonalnym sterownika fuzzy logic, wprowadzono reguły opisujące zależność od krowy. Wyznaczona zadana wartość jest podawana do regulatora PD, który w zamkniętym układzie regulacji utrzymuje zadaną wartość na stałym poziomie [Juszka, Lis 2009]. 83

8 Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Maciej Bełtowski Komora podstrzykowa Teatcup chamber V Układ sterowania przetwornika Transducer steering system wypływu mleka of milk outflow Źródło: opracowanie własne. Source: own study. Rys. 3. Schemat blokowy układu regulacji w komorze podstrzykowej Fig. 3. Block diagram of underpressure control system in the chamber Ostatni z omawianych bloków funkcjonalnych układ sterujący nadzoruje transport mleka do schładzalnika (rys. 4). Programowalny sterownik logiczny steruje zaworami doprowadzającymi mleko do komory kolektora mlecznego i odprowadzającymi do schładzalnika. kontroluje poziom napełnienia komory mlecznej i w momencie, w którym jest całkowicie wypełniona sterownik mikroprocesorowy wysyła sygnał otwierający zawór. Otwarcie zaworu powoduje natychmiastowe wyssanie mleka z komory mlecznej kolektora podciśnieniem o wartości. Podsumowanie Zaproponowana modernizacja sterowania układami podciśnień jest niezbędna do realizacji zadań konstruowanego autonomicznego aparatu udojowego. Zdaniem Autorów, aparat ten umożliwia poprawę parametrów procesu doju i w efekcie zwiększy wydajność aparatów ch oraz zmniejszy ich negatywne oddziaływanie na wymiona krów. 84

9 dentyfikacja sygnałów kontrolno-sterujących... zabezpieczający Protecing ciśnienia Pressure wypływu mleka of milk outflow napełnienia kolektora Cluster filling Źródło: opracowanie własne. Source: own study. Rys. 4. Schemat blokowy sterowania transportem mleka do schładzalnika Fig. 4. Block diagram of steering milk transport to the cooler Bibliografia Juszka H., Lis S., Tomasik M Modelowanie matematyczne systemu sterowania aparatem m. nżynieria Rolnicza. Nr 3 s Juszka H., Lis S Sterowanie udojem oparte o model procesu. nżynieria Rolnicza. Nr 5 s Jędruś A., Lipiński M Analiza funkcjonalna nowego aparatu udojowego. nżynieria Rolnicza. Nr 4 s Krzyś A., Szlachta J Wpływ ilości powietrza zasysanego wokół strzyka na parametry doju mechanicznego. nżynieria Rolnicza. Nr 1 s

10 Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Maciej Bełtowski PN-EN i programowalne. Część 2: Wymagania i badania dotyczące sprzętu. Wiercioch M., Szlachta J., Ślipko A Wypływ mleka krowy przy różnych wartościach podciśnień roboczych. nżynieria Rolnicza. Nr 4 s DENTFCATON OF CONTROL STEERNG SGNALS N AUTONOMOUS MLKNG APPARATUS Summary Paper presented block diagram of the steering system in autonomous milking installation. Signals used in this system were identified and described. nformation gathered enable to optimize the signals for steering process through programmable logical () and informatic control systems. Elaborated block diagram of information flow in this steering system will facilitate realization of the algorithm for steering programme to autonomous milking apparatus. Key words: milking apparatus, flow of signals, block diagram, steering system Recenzenci: prof. dr hab. Wacław Romaniuk prof. dr hab. Józef Szlachta Praca wpłynęła do Redakcji: r. Adres do korespondencji: prof. dr hab. Henryk Juszka Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Katedra Energetyki i Automatyzacji Procesów Rolniczych ul. Balicka 116B, Kraków tel ; Henryk.Juszka@ur.krakow.pl 86