способ и устройство для выращивания птицы

Формула изобретения

1. Способ выращивания птицы, включающий измерение и задание величины ощущаемой птицей температуры помещения, сравнение измеренной и заданной величин, регулирование режима обогрева по результату сравнения, измерение величин температур и значений относительной влажности внутреннего воздуха в помещении и наружного воздуха, стоимость тепловой энергии на обогрев помещения определяют в зависимости от измеренных величин температур и значений относительной влажности наружного и внутреннего воздуха в помещении, отличающийся тем, что дополнительно измеряют концентрацию аммиака и расход корма, формируют сигнал величины ощущаемой температуры помещения, периодически изменяют сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, причем в зависимости от значения изменяемого сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения, от возраста поголовья, от относительной влажности внутреннего воздуха в помещении и от концентрации аммиака определяют стоимость продукции данной партии птицы, при этом стоимость суммарных затрат энергии на обогрев птицы определяют в зависимости от разности значений изменяемого сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения и температуры внутреннего воздуха в помещении, стоимость затрат на корм определяют в зависимости от расхода корма, причем стоимость тепловой энергии на обогрев помещения определяют в зависимости от сформированной температуры помещения и от измеренных температур и относительных влажностей наружного и внутреннего воздуха в помещении, затем определяют первую разность между стоимостью продукции и суммой стоимостей затрат энергии на обогрев и затрат корма в качестве показателя прибыли в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения, определяют наибольшее значение этой первой разности в качестве значения наивысшей прибыли и соответствующий ему сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения, определяют второе значение этой разности в качестве нормативной прибыли при нормативном значении ощущаемой температуры технологического режима наивысшей продуктивности поголовья, сравнивают первую разность стоимостей и вторую и по их разности получают третью разность стоимостей в виде показателя прироста прибыли, вычитают из наибольшего значения первой разности стоимостей ее второе значение и определяют наибольшее значение третьей разности стоимостей в виде значения наивысшего прироста прибыли и определяют соответствующий ему сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения, причем соответствующие значениям наивысшей прибыли и наивысшего прироста прибыли сигналы сформированной величины ощущаемой температуры помещения устанавливают равными между собой, сравнивают соответствующий наибольшему значению первой или второй разности сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения с измеренной величиной ощущаемой температуры помещения и по результату сравнения корректируют режим обогрева птицеводческого помещения, при этом определяют заданное значение расхода корма в зависимости от значения изменяемого сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения и от возраста поголовья, сравнивают измеренное и заданное значения расхода корма и по результату сравнения корректируют режим кормления птицы, а также сравнивают вычисленные стоимости тепловой энергии на обогрев помещения и суммарных затрат энергии на обогрев птицы, дополнительно измеряют живую массу птицы, формируют сигнал измеренного временного или суточного прироста живой массы одной птицы, формируют сигналы текущей во времени расчетной и измеренной продуктивностей выращиваемой птицы, сравнивают эти сигналы друг с другом и по результату сравнения корректируют значения сигналов величин или параметров математической модели вычислительного блока для определения продуктивности птицы.

2. Устройство для выращивания птицы, содержащее датчик температуры помещения в зоне обогрева, датчики температуры наружного воздуха и внутреннего воздуха, датчики относительной влажности наружного воздуха и внутреннего воздуха, вычислительный блок, блок управления, регулятор температуры, обогреватели, причем выход датчика температуры в зоне обогрева соединен с первым входом вычислительного блока и с управляющим первым входом регулятора температуры, выход которого соединен с обогревателями, причем выходы датчиков температуры наружного воздуха и внутреннего воздуха подключены соответственно ко второму и к третьему входам вычислительного блока, выходы датчиков относительной влажности наружного воздуха и внутреннего воздуха соединены соответственно с четвертым и с пятым входами вычислительного блока, своим первым выходом связанного с входом блока управления, отличающееся тем, что в него введена адаптационная часть вычислительного блока, также введены датчик концентрации аммиака и датчик расхода корма, блок задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений температуры помещения, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины температуры помещения и констант, первый элемент памяти, регулятор расхода корма с подключенным к его выходу исполнительным элементом расхода корма, элемент сравнения и блок оповещения, выходы датчика концентрации аммиака и датчика расхода корма соединены соответственно с шестым и с седьмым входами вычислительного блока, выходы блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины температуры помещения в зоне обогрева и констант подключены к соответствующим дополнительным входам вычислительного блока, при этом выход датчика расхода корма дополнительно соединен с управляющим первым входом регулятора расхода корма, второй выход вычислительного блока подключен к входу первого элемента памяти, а третий и четвертый выходы вычислительного блока соединены соответственно с первым и вторым входами элемента сравнения, выход которого подключен к входу блока оповещения, при этом в устройство дополнительно введены техническое средство операторского управления заданной суточной дозой корма для поголовья птицы в помещении и переключением с автоматического режима задания дозы корма на операторский режим задания дозы корма, задатчик суточной дозы корма, первый управляемый ключ, датчик временной продуктивности одной птицы, причем выход датчика временной продуктивности одной птицы соединен с девятым входом вычислительного блока, выход блока управления соединен с задающим вторым входом регулятора температуры и с восьмым входом вычислительного блока, первый, второй и третий выходы технического средства операторского управления заданием дозы корма для поголовья птицы в помещении и переключением с автоматического режима задания дозы корма на операторский режим задания дозы корма соединены соответственно с входом задатчика суточной дозы корма, с управляющим входом первого управляемого ключа и с входом блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины температуры помещения и констант, выход первого элемента памяти подключен к задающему входу первого управляемого ключа, выход которого подключен к задающему второму входу регулятора расхода корма, а выход задатчика суточной дозы корма соединен со вторым входом первого управляемого ключа.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что адаптационная часть вычислительного блока содержит первый элемент умножения, второй элемент памяти, вычислитель расчетной суточной продуктивности поголовья по принятой математической модели, первый элемент деления, первый сумматор значений относительных коэффициентов деления, второй элемент деления, третий элемент памяти, второй управляемый ключ, второй элемент умножения, при этом первый и второй входы первого элемента умножения соединены соответственно с девятым и десятым входами данного устройства, причем десятый вход является одним из соответствующих дополнительных входов вычислительного блока, выход первого элемента умножения через второй элемент памяти подключен к второму входу первого элемента деления, выход которого через соединенные последовательно первый сумматор, второй элемент деления, третий элемент памяти, второй управляемый ключ, второй элемент умножения подключен к выходу данного устройства, а первый вход первого элемента деления соединен соответственно с первым входом второго элемента умножения и с выходом вычислителя расчетной суточной продуктивности поголовья по известной математической модели, входы которого являются первым, четвертым, шестым и дополнительным одиннадцатым входами вычислительного блока.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что датчик временной продуктивности одной птицы содержит силоизмерительные датчики и счетчики количеств взвешиваний, элемент И-НЕ, второй сумматор, элемент И, элемент задержки, счетчик, второй элемент деления, третий управляемый ключ, четвертый элемент памяти, первый элемент вычитания, четвертый управляемый ключ, второй элемент вычитания, причем выходы силоизмерительных датчиков в помещении соединены с соответствующими входами элемента И-НЕ и второго сумматора, выходы счетчиков количеств взвешиваний подключены к соответствующим входам элемента И, выход элемента И-НЕ соединен через элемент задержки с первым выходом датчика временной продуктивности одной птицы, а выход элемента И соединен через счетчик со вторым входом второго элемента деления, первый вход и выход которого подключены соответственно к выходу второго сумматора и к соединению входа третьего управляемого ключа и первого входа элемента вычитания, выход третьего управляемого ключа через четвертый элемент памяти подключен ко второму входу первого элемента вычитания, выход которого соединен через четвертый управляемый ключ с вторым входом первого элемента умножения и является первым выходом датчика временной продуктивности одной птицы, а управляющий вход третьего управляемого ключа соединен с выходом второго элемента вычитания, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины температуры помещения в зоне обогрева и констант.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям выращивания птицы, преимущественно к технологическим процессам обогрева и кормления птицы и микроклимата птицеводческих помещений и может быть использовано в промышленном птицеводстве.

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 удельных цен на тепловую и электрическую энергию на обогрев поголовья, на готовую продукцию животноводческого или птицеводческого предприятия /Патент РФ №2229155, G05D 23/19, A01К 29/00, F24D 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 является необходимость отдельного от регулирования локального обогрева управления температурным режимом общего обогрева помещения, что существенно усложняет технические решения. Производственные помещения промышленных птичников характеризуются значительными габаритными размерами и их относительно невысокой теплозащитой, поэтому энергетические затраты и соответственно эксплуатационные расходы даже на весьма технологичный лучистый обогрев помещения и птицы, особенно в холодных климатических зонах страны, чрезвычайно велики. Поэтому в настоящее время распространен общий обогрев помещения с птицей посредством газовых теплогенераторов в виде «пушек» конвективного типа, направляющих струю нагретого воздуха вдоль зон обитания цыплят на полу птичника. При этом холодные стены помещения вызывают сильный лучистый теплообмен с ними самой птицы, вследствие чего для точного управления таким общим обогревом все равно приходится измерять ощущаемую температуру помещения, то есть использовать датчик ощущаемой температуры помещения.

Другим недостатком данного технического решения является отсутствие учета в реальном времени фактора концентрации аммиака в птичнике, что заметно влияет на рост птицы и соответственно на экономические показатели технологии выращивания птицы и всего птицеводческого предприятия в целом. Источником чрезвычайно опасного для биологических объектов этого газа являются жидкие и полужидкие выделения поголовья, которые скапливаются и затем разлагаются в древесностружечной подстилке и на полу помещения птичника.

Еще одним недостатком данного технического решения является отсутствие учета в реальном времени отклонений от нормативного потребления птицей корма или кормовых смесей, что заметно влияет на продуктивность поголовья. При этом также существенно изменяется себестоимость продукции, поскольку стоимость кормов в промышленном птицеводстве составляет 70...80% всей себестоимости продукции. При этом уже в настоящее время в птицеводство активно внедряются средства механизированной раздачи корма птице также и малых возрастов, например цыплятам-бройлерам и ремонтному молодняку родительского стада кур, с контролем массы израсходованного корма в реальном времени.

Также недостатком данного технического решения является невозможность автоматизированной корректировки значений величин и параметров принятой для управления обогревом и кормлением математической модели продуктивности поголовья при изменении вида, породы, кросса или линии поголовья птицы. Невозможна также экспертная корректировка человеком-оператором режима обогрева поголовья в условиях, например, дефицита энергетических и других ресурсов птицеводческого предприятия.

Задачей изобретения являются автоматизированный поиск положения экономического баланса между суммой стоимостей эксплуатационных энергетических затрат на обогрев и на кормление сельскохозяйственной птицы и расчетной ценой реализованной продукции, достижение экономически оптимального и энергетически рационального режима обогрева и кормления птицы, получение наивысшего значения экономического критерия прироста прибыли. Другой задачей изобретения являются автоматизированная коррекция значений величин и параметров принятой для управления обогревом и кормлением птицы математической модели продуктивности поголовья при изменении вида, породы, кросса или линии поголовья птицы, а также экспертная корректировка человеком-оператором режима обогрева в условиях дефицита энергетических и других ресурсов предприятия.

В результате использования изобретения устанавливаются такие значения ощущаемой птицей температуры помещения и расхода корма, при которых обеспечивается наивысший на данный момент времени прирост прибыли от действия кормления птицы и обогрева птицы и производственного помещения.

Вышеуказанный технический результат достигается способом выращивания птицы, включающим измерение и задание величины ощущаемой птицей температуры помещения, сравнение измеренной и заданной величин, регулирование режима обогрева по результату сравнения, измерение величин температур и значений относительной влажности внутреннего воздуха в помещении и наружного воздуха, стоимость тепловой энергии на обогрев помещения определяют в зависимости от измеренных величин температур и значений относительной влажности наружного и внутреннего воздуха в помещении, причем дополнительно измеряют концентрацию аммиака и расход корма, формируют сигнал величины ощущаемой температуры помещения, периодическое изменяют сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, причем в зависимости от значения изменяемого сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения, от возраста поголовья, от относительной влажности внутреннего воздуха в помещении и от концентрации аммиака определяют стоимость продукции данной партии птицы, при этом стоимость суммарных затрат энергии на обогрев птицы определяют в зависимости от разности значений изменяемого сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения и температуры внутреннего воздуха в помещении, стоимость затрат на корм определяют в зависимости от расхода корма, причем стоимость тепловой энергии на обогрев помещения определяют в зависимости от сформированной температуры помещения и от измеренных температур и относительных влажностей наружного и внутреннего воздуха в помещении, затем определяют первую разность между стоимостью продукции и суммой стоимостей затрат энергии на обогрев и затрат корма в качестве показателя прибыли в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения, определяют наибольшее значение этой первой разности в качестве значения наивысшей прибыли и соответствующий ему сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения, определяют второе значение этой разности в качестве нормативной прибыли при нормативном значении ощущаемой температуры технологического режима наивысшей продуктивности поголовья, сравнивают первую разность стоимостей и вторую и по их разности получают третью разность стоимостей в виде показателя прироста прибыли, вычитают из наибольшего значения первой разности стоимостей ее второе значение и определяют наибольшее значение третьей разности стоимостей в виде значения наивысшего прироста прибыли и определяют соответствующий ему сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения, причем соответствующие значениям наивысшей прибыли и наивысшего прироста прибыли сигналы сформированной величины ощущаемой температуры помещения устанавливают равными между собой, сравнивают соответствующий наибольшему значению первой или второй разности сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения с измеренной величиной ощущаемой температуры помещения и по результату сравнения корректируют режим обогрева птицеводческого помещения, при этом определяют заданное значение расхода корма в зависимости от значения изменяемого сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения и от возраста поголовья, сравнивают измеренное и заданное значения расхода корма и по результату сравнения корректируют режим кормления птицы, а также сравнивают вычисленные стоимости тепловой энергии на обогрев помещения и суммарных затрат энергии на обогрев птицы, при этом дополнительно измеряют живую массу птицы, формируют сигнал измеренного временного или суточного прироста живой массы одной птицы, формируют сигналы текущей во времени расчетной и измеренной продуктивностей выращиваемой птицы, сравнивают эти сигналы друг с другом и по результату сравнения корректируют значения сигналов величин или параметров математической модели вычислительного блока для определения продуктивности птицы.

Технический результат достигается также тем, что предложено устройство для выращивания птиы, содержащее датчик температуры помещения в зоне обогрева, датчики температуры наружного воздуха и внутреннего воздуха, датчики относительной влажности наружного воздуха и внутреннего воздуха, вычислительный блок, блок управления, регулятор температуры, обогреватели, причем выход датчика температуры в зоне обогрева соединен с первым входом вычислительного блока и с управляющим первым входом регулятора температуры, выход которого соединен с обогревателями, причем выходы датчиков температуры наружного воздуха и внутреннего воздуха подключены соответственно ко второму и к третьему входам вычислительного блока, выходы датчиков относительной влажности наружного воздуха и внутреннего воздуха соединены соответственно с четвертым и с пятым входами вычислительного блока, своим первым выходом связанного с входом блока управления, причем в него введена адаптационная часть вычислительного блока, также введены датчик концентрации аммиака и датчик расхода корма, блок задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений температуры помещения, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины температуры помещения и констант, первый элемент памяти, регулятор расхода корма с подключенным к его выходу исполнительным элементом расхода корма, элемент сравнения и блок оповещения, выходы датчика концентрации аммиака и датчика расхода корма соединены соответственно с шестым и с седьмым входами вычислительного блока, выходы блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины температуры помещения в зоне обогрева и констант подключены к соответствующим дополнительным входам вычислительного блока, при этом выход датчика расхода корма дополнительно соединен с управляющим первым входом регулятора расхода корма, второй выход вычислительного блока подключен к входу первого элемента памяти, а третий и четвертый выходы вычислительного блока соединены соответственно с первым и вторым входами элемента сравнения, выход которого подключен к входу блока оповещения, при этом в устройство дополнительно введены техническое средство операторского управления заданной суточной дозой корма для поголовья птицы в помещении и переключением с автоматического режима задания дозы корма на операторский режим задания дозы корма, задатчик суточной дозы корма, первый управляемый ключ, датчик временной продуктивности одной птицы, причем выход датчика временной продуктивности одной птицы соединен с девятым входом вычислительного блока, выход блока управления соединен с задающим вторым входом регулятора температуры и с восьмым входом вычислительного блока, первый, второй и третий выходы технического средства операторского управления заданием дозы корма для поголовья птицы в помещении и переключением с автоматического режима задания дозы корма на операторский режим задания дозы корма соединены соответственно с входом задатчика суточной дозы корма, с управляющим входом первого управляемого ключа и с входом блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины температуры помещения и констант, выход первого элемента памяти подключен к задающему входу первого управляемого ключа, выход которого подключен к задающему второму входу регулятора расхода корма, а выход задатчика суточной дозы корма соединен со вторым входом первого управляемого ключа.

Технический результат достигается также тем, что адаптационная часть вычислительного блока устройства для выращивания птицы содержит первый элемент умножения, второй элемент памяти, вычислитель расчетной суточной продуктивности поголовья по принятой математической модели, первый элемент деления, первый сумматор значений относительных коэффициентов деления, второй элемент деления, третий элемент памяти, второй управляемый ключ, второй элемент умножения, при этом первый и второй входы первого элемента умножения соединены соответственно с девятым и десятым входами данного устройства, причем десятый вход является одним из соответствующих дополнительных входов вычислительного блока, выход первого элемента умножения через второй элемент памяти подключен к второму входу первого элемента деления, выход которого через соединенные последовательно первый сумматор, второй элемент деления, третий элемент памяти, второй управляемый ключ, второй элемент умножения подключен к выходу данного устройства, а первый вход первого элемента деления соединен соответственно с первым входом второго элемента умножения и с выходом вычислителя расчетной временной продуктивности поголовья по известной математической модели, входы которого являются первым, четвертым, шестым и дополнительным одиннадцатым входами вычислительного блока.

Технический результат достигается также тем, что датчик временной продуктивности одной птицы содержит силоизмерительные датчики и счетчики количеств взвешиваний, элемент «И-НЕ», второй сумматор, элемент «И», элемент задержки, счетчик, второй элемент деления, третий управляемый ключ, четвертый элемент памяти, первый элемент вычитания, четвертый управляемый ключ, второй элемент вычитания, причем выходы силоизмерительных датчиков в помещении соединены с соответствующими входами элемента «И-НЕ» и второго сумматора, выходы счетчиков количеств взвешиваний подключены к соответствующим входам элемента «И», выход элемента «И-НЕ» соединен через элемент задержки с первым выходом датчика временной продуктивности одной птицы, а выход элемента «И» соединен через счетчик со вторым входом второго элемента деления, первый вход и выход которого подключены соответственно к выходу второго сумматора и к соединению входа третьего управляемого ключа и первого входа элемента вычитания, выход третьего управляемого ключа через четвертый элемент памяти подключен ко второму входу первого элемента вычитания, выход которого соединен через четвертый управляемый ключ с вторым входом первого элемента умножения и является первым выходом датчика временной продуктивности одной птицы, а управляющий вход третьего управляемого ключа соединен с выходом второго элемента вычитания, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины температуры помещения в зоне обогрева и констант.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером. 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 В (в процентах) и загазованности воздуха К_А (массовая концентрация аммиака в воздухе, мг/м³):

где а₀, a₁ , ..., а₁₄ - коэффициенты уравнения регрессии, или константы: а₀=-715,1; a ₁=6,354; a₂=27,076; а ₃=9,594; а₄=-0,870; a ₅=-0,025; а₆=-0,343; a ₇=-0,050; a₈=-0,009; а ₉=-0,104; а₁₀=-0,024; а ₁₁=0,003; а₁₂=-0,102; а ₁₃=0,012; а₁₄=0,008 /см.: Грабауров В.А., Савченко Е.И. Исследование математической модели биологического объекта биотехнической системы. - Рукопись представлена РИСХМ (Ростовским институтом сельскохозяйственного машиностроения). Деп. во ВНИИТЭИСХ. №59 ВС - 87. - 6 с./.

Показатель уровня теплового комфорта в виде величины ощущаемой температуры t _оп включает в себя комплекс факторов температуры воздуха Т (далее в тексте заявки измеряемая и усредненная по высоте птичника температура внутреннего воздуха в помещении при технологии напольного выращивания бройлеров для удобства обозначена t _в ^изм), скорости его движения и лучистых тепловых потоков между телом животного или птицы и нагретыми или охлажденными ограждающими конструкциями помещения. Для обсуждаемой модели продуктивности бройлеров в клеточных батареях значения ощущаемой температуры и температуры воздуха практически равны. Поэтому модель продуктивности действует и при замене в ней величины температуры воздуха на величину ощущаемой температуры, которая необходима при оценке теплового состояния молодняка при лучистом обогреве помещения. Следовательно, далее принято: Т=-t _оп.

Из биологии известно, что различие в развитии однотипных организмов сохраняется на протяжении всего периода их роста, поэтому цена будущей реализации суточного прироста массы бройлеров Ц_р ^сут определяется значением этого прироста П_бр (t_оп, t, В, К_А), кг·10^-3/сут., количеством бройлеров в помещении N_бр, голов (примем количество 20 тыс. голов в птичнике размерами 18×96 м), удельной ценой реализации конечной продукции птицефабрики Ц_р ^уд, руб./кг (примем 40 руб./кг):

Суточная стоимость тепловой энергии C1 (энергетические издержки производства С) на общий обогрев помещения Э _общ(t_в ^изм=t _оп ^з) - для математического моделирования величины С в технологическом диапазоне температур внутреннего воздуха значения t_в ^изм приняты численно равными значениям формируемого искусственно сигнала t_оп ^з - пропорциональна удельной стоимости применяемого энергоносителя Ц _э, руб./кВт·ч, в данном регионе страны, длительности времени опроса биотехнической системы (суточного отопительного периода в 24 ч) Т_о и средней за этот период времени величине мощности системы общего (в данном контексте - лучистого обогрева помещения Q_o ср(t _в ^изм), кВт, которая определяется при средних за период Т_о величинах температур внутреннего t_в ^изм и наружного воздуха t_н ^изм, °С:

где Q_пт - тепловыделения птицы, кВт; Q_под - тепловыделения от подстилки, кВт; Q_огр - теплопотери через ограждения, кВт; Q_вент - общие теплопотери с влажным вентилируемым воздухом (с учетом теплоты, расходуемой на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей), кВт; Q _пол - теплопотери через пол, кВт (компенсируются тепловыделениями от древесностружечной подстилки); Q_инф - расход теплоты на нагрев воздуха, инфильтрующегося в помещение через притворы ворот, окон и дверей, кВт.

где N_бр - число бройлеров в птичнике, гол.; _в 1,17 г/кг; L = 70...100 м³/ч; t _н - наружная температура, °С; d_вн (t_в ^з), d _н(t_н) - влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/кг; Т_ц=t - возраст поголовья, сут.

Здесь следует учесть, что

где _вн, _н - относительные влажности внутреннего воздуха в помещении и наружного воздуха, %; d _вн ^нас(t_в ^з), d_н ^нас(t _н) - влагосодержание насыщенного воздуха при измеряемых внутренней и наружной температурах воздуха, г/кг. Эти данные заданы в виде таблиц соответствия /см.: Славин P.M. Научные основы автоматизации производства в животноводстве и птицеводстве. М.: Колос. 1974. 464 с./. Таблицы хранятся в блоке задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры и констант 12 устройства по заявляемому способу (см. далее текст описания). В этом блоке 12 также задаются региональные удельные цены на энергоноситель и на конечную продукцию птицефабрики, количество птицы в помещении и все указанные в описании коэффициенты в формулах и другие константы. В условиях конвективного обогрева помещения с использованием, например, газовых теплогенераторов-«пушек» t_оп =t_в, поэтому для упрощения (для формирования в соответствии со способом только одного сигнала t _оп ^з) в формулах (3)...(9) способа численные значения сформированной величины t_оп ^з принимаются вместо перебираемых численных значений t_в ^з.

Суточные затраты на энергию С₂ в системе лучистого электрического или газового обогрева Э _луч ^сут(t_оп , t_в) пропорциональны удельной стоимости энергии данного вида Ц_эг, руб./кВт·ч, в данном регионе страны, количеству зон обогрева, или количеству лучистых обогревателей в помещении N_л, отн. ед., мощности применяемого обогревателя Q _л ¹(t_оп, t _в), кВт.

При известной статической характеристике передачи мощности излучения в зависимости от разности ощущаемой температуры в зоне обогрева и температуры воздуха лучистого, например, электрического обогревателя в виде люстры из четырех ИК облучателей типа ЛИКИ:

- расчет Э_луч ^сут(t_оп, t_в ) упрощается, и его результаты конкретизируются. При известном энергетическом коэффициенте полезного действия обогревателя k (его энергетической эффективности), значение которого больше нуля и меньше единицы и только теоретически может быть равно единице, суммарные затраты энергии на обогрев животных или птицы, т.е. подводимая к системе обогрева энергия, за принятый суточный период равны:

Понятно, что величины Q_{o ср}(t_в ^изм) и [N_лQ_л ¹(t_оп ^изм)T_о]/k равны друг другу только при условии Q_пт=0, т.е. по известному условию теплового баланса вносимая в помещение без птицы мощность обогрева полностью расходуется на потери мощности помещением. Если биологическая теплота от птицы присутствует, то в установившемся тепловом режиме помещения с поголовьем теплоотдача помещения всегда больше теплопритока от системы обогрева на величину тепловыделений птицы.

Известно, что затраты кормов растут по параболической зависимости при отклонении температуры среды от ее оптимального значения, при котором достигается наивысшая продуктивность птицы. Математическая модель коэффициента затрат корма (отношение массы израсходованного корма к массе выращенного бройлера) в зависимости от значения отклонения температуры среды обитания от соответствующего наивысшей продуктивности птицы значения температуры и от возраста бройлера по другим публикациям с участием автора В.А.Грабаурова:

- тогда для суточных приращений массы бройлера к ранее набранной им его живой массе получим суточное приращение расхода корма к ранее израсходованному корму, или просто суточный расход корма:

Учитывая, что M_пт=П_бр(t _оп, t, В, К_A), а разность (t _{настоящ}-t_{предыдущ})=1, измеряется в сутках цикла выращивания птицы, получаем суточный расход корма:

Цена израсходованного за сутки корма К ^сут ₁ по указанной в приведенных рекомендациях математической формуле (6) для одного бройлера:

где Ц_к - удельная цена корма, руб./кг; а при принятом количестве бройлеров N _бр=20000 гол. в помещении цена суточного расхода корма для них в зависимости от их возраста и от факторов микроклимата:

Понятно, что прирост суточного расхода корма К^сут из-за ненормативного управления режимом обогрева поголовья птицы в птичнике при отклонении t _оп от нормативного значения t_оп ^{макс продукт} равен разности между двумя значениями суточного расхода корма - при отклонении t _оп от t_оп ^{макс продукт} и при t_оп =t_оп ^{макс продукт}, т.е. при t_оп=0:

Удельная цена одного килограмма комбикорма в птицеводстве превышает в настоящее время значение 8...10 руб./кг, а на получение одного килограмма живой массы птицы при ее отпускной цене с птицефабрики даже в 30...40 руб./кг затрачивается от 1,5 до 2,5...3,7 кг корма в зависимости от температуры среды обитания. Это сильно влияет на рентабельность предприятия. Например, проведенное математическое моделирование расхода корма по указанным в приведенных рекомендациях зависимостям показало, что при отклонении ощущаемой птицей температуры помещения на ±7,0°С от соответствующего режиму ее максимальной продуктивности на 56-й день выращивания значения приводит к дополнительной затрате корма в 1,96 кг на одного бройлера массой 1,4 кг. При цене комбикорма 8 руб./кг непредвиденные расчетные затраты на корм для поголовья одной партии птицы в 20 тыс. бройлеров в птичнике составляют до 360 тыс. руб. Таких партий бройлеров за год в птичнике выращивается числом 5,21 по «Республиканским нормам технологического проектирования птицеводческих предприятий РНТП 4-93». При этом изменение массы бройлеров при отклонении температуры среды обитания от оптимального для их роста расчетного значения 1841±10 ^-3 кг на ±7,0°С по указанным литературным источникам приводит к результату численного моделирования 899±10 ^-3 кг. Понятно, что расчетные дополнительные потери продукции в данном птичнике составляют 18840 кг, а при отпускной цене птичьего мяса с птицефабрики в 40 руб./кг снижение прибыли равно 753600 руб.

Затраты энергии на обогрев промышленного птичника в Московской области в настоящее время составляют ориентировочно 200...300 тыс. кВт·ч в год. При действующем в 2008 году тарифе на электроэнергию в Москве 2,37 руб./кВт·ч стоимость обогрева молодняка в птичнике хотя и значительно уступает затратам на корм, но становится сопоставимой с ними. Для птицефабрик, расположенных значительно севернее Московской области, затраты на обогрев помещений и молодняка возрастают многократно и заметно влияют на экономику предприятия.

Использование перспективных высокоточных систем автоматизации обогрева позволит уверенно поддерживать режим, близкий к условиям наивысшей продуктивности птицы, но затраты энергии на обогрев должны быть экономически соответствующими. Поэтому только автоматизированное экономически оптимальное управление обогревом позволяет найти выгодный компромисс между затратами корма и энергии на обогрев и расчетными потерями результирующей продуктивностью поголовья в их ценовом выражении. Методологическая и методическая основы такого управления заключаются в следующем. Эффективность и ресурсосбережение чрезвычайно энергозатратных в настоящее время в бройлерном птицеводстве технологии лучистого локального и общего обогрева можно существенно повысить путем автоматизации процесса поиска положения оптимального значения выбранного экономического критерия. Например, годовая или суточная прибыль П^авт новой автоматизированной системы:

где П^авт - годовая (суточная) прибыль нового предприятия или новой технологии или системы, руб./год (сут.); Цр^макс - рыночная цена реализованной за год (или в пересчете на текущие сутки) продукции в действующей системе обогрева по условию получения наивысшей продуктивности поголовья, руб./год (сут.); С^макс и К^макс - годовые (суточные) энергетические издержки производства и расход корма в действующей системе обогрева по условию получения наивысшей продуктивности поголовья, руб./год (сут.); П - увеличение прибыли, руб./год (сут.), в результате экономически обоснованного снижения затрат на энергию в обсуждаемой обогревательной технологии С, руб./год (сут.), при неизбежно возникающих при предлагаемом методе экономической оптимизации режима обогрева дополнительных затратах на корм для поголовья К, руб./год (сут.), при расчетных потерях продуктивности Ц, руб./год (сут.), - здесь Ц записано по абсолютной величине. В качестве единицы времени при наличии математической модели продуктивности типа (6) может быть принята любая длительность технологического процесса, а не только общепринятая в экономических расчетах и кратная году. В данном случае она равна одним суткам.

Способ осуществляется следующим образом. Например, в сильный мороз обычная система конвективного, лучистого или комбинированного обогрева с электрическим или с газовым энергоносителем просто поддерживает нормативный технологический режим обогрева поголовья, соответствующий его наивысшей продуктивности. Расход электроэнергии или природного газа связан с потребностями биотехнической системы и из-за большой лучистой теплоотдачи датчика ощущаемой температуры помещения к холодным ограждающим внутренним конструкциям производственного помещения и большой суммарной теплоотдачи помещения здания в целом может достигнуть таких значений, что разница между наивысшей ценой реализованной продукции и очень высокой суммой стоимостей израсходованных энергоносителей С^макс и корма К^макс окажется совсем малой. Это означает, что прибыль в данном (старом) варианте управления по критерию максимальной продуктивности поголовья П _с получена небольшая:

Заявляемое вместе со способом экономически оптимального (экономически наилучшего) управления устройство автоматически выбирает такой режим расхода энергоносителя, при котором указанная экономически оптимальная разность (Цр^опт -С^опт-К^опт) всегда имеет наибольшее значение. Таким образом, при любых внешних условиях прибыль в новом варианте управления по критерию максимума прибыли П^опт всегда максимальна:

Вычитая из второго значения разности по (21) ее первое значение по (20), получаем прирост прибыли (годовой, суточной, часовой и т.п.- какую именно решили выбрать для расчетов и для последующего управления предприятием или технологией) П, образовавшийся в результате оптимального (наилучшего) автоматизированного управления обогревом помещения с молодняком.

Прибыль увеличивается в результате экономически оптимального управления обогревом на величину ее прироста:

где C₁(t_оп ^{макс продукт}, t_оп ^опт ₁) - экономия издержек, выигрыш в стоимости энергозатрат, полученный за счет частичного снижения продуктивности поголовья или за счет некоторого уменьшения цены реализованной в будущем продукции данной технологии Ц1(t_оп ^{маск продукт}, t_оп ^опт ₁), а также за счет прироста расхода корма К(t_оп ^{макс продукт}, t_оп ^опт ₁) в результате перехода от управления по критерию максимума продукции с любыми затратами при значении t_оп ^{макс продукт} режима наивысшей продуктивности к управлению по критерию максимума прироста прибыли при экономически оптимальном значении t_оп ^опт управляемого параметра.

Целевая функция оптимизации значения управляемого параметра ощущаемой температуры t _оп ^опт в виде показателя прибыли (суточной) П(t_оп ^з ), или показателя прироста прибыли (суточного) П(t_оп ^з) при переборе искусственно формируемых значений t_оп ^з, которые численно равны возможным измеренным значениям t_оп в диапазоне между ее наименьшим и наибольшим заданными технологическими значениями будет:

или

Остальные составляющие эксплуатационных затрат - на освещение, трудозатраты персонала и т.п. - от t _оп при локальном обогреве зависят слабо или вообще не зависят. Составляющие (25) вычисляются по приведенным в описании настоящей заявки достаточно известным и модифицированным зависимостям, включающим в себя удельные цены на электрическую энергию или на энергию природного газа в данном регионе страны, удельную отпускную цену мяса бройлеров на конкретной птицефабрике, которые используют параметры наружного климата: t_н и _н - температуру и относительную влажность наружного воздуха; теплоизоляционные характеристики конструкции помещения для поголовья: S_{огр i}, R_{o огр i}, G_инф - площадей ограждающих конструкций, их сопротивлений теплопередаче и удельный объем инфильтрующегося через притворы в помещение воздуха; параметры внутреннего микроклимата t_оп, t_в, _вн - ощущаемую цыплятами температуру в зонах обогрева, температуру и относительную влажность внутреннего воздуха в помещении, характеристики оборудования для лучистого локального обогрева Q_л ¹(t_оп ^з) - статическую характеристику передачи лучистого или другого типа обогревателя. Эти составляющие эксплуатационных затрат также определены в прототипе /Патент РФ №2229155, G05D 23/19, A01K 29/00, F24D 10/00. Способ и устройство экономичного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных /А.В.Дубровин, В.Р.Краусп // БИ 2004, №14/.

Таким образом, последовательно по времени учитывают и используют впоследствии для управления обогревом следующие сигналы как материальные носители информации и полученные расчетные и вводимые экспертом-оператором величины:

- заданные: Т_ц=t - возраст поголовья, t_оп ^{з мин}, t_оп ^{з макс} - технологически допустимые наименьшее и наибольшее заданные значения ощущаемой температуры помещения, в пределах между которыми периодически изменяют сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения; времени опроса Т_о, а₀, a ₁, ..., a₁₄; N_бр , Ц_р ^уд, Ц _э, Ц_эг, N_л; 44,51, 3/2, 10^-3, S_{огр i} R_{o огр i}, G_инф , 0,032, 1,17, 70...100, 0,28, 0,68, 10^-5 , 40, 0,021, 0,0012, d_вн ^нас(t_в) - констант;

- формируемые: t_оп ^з - сформированный сигнал величины ощущаемой температуры помещения t _оп, Пр₁ ^сут _изм - сформированный сигнал измеренной временной продуктивности одной птицы;

- измеренные: t _оп - ощущаемая температура помещения, Т=t _в - температура внутреннего воздуха, В= _вн - относительная влажность внутреннего воздуха; t_н и _н - температура и относительная влажность наружного воздуха; К_А - массовая концентрация аммиака в воздухе или загазованность воздуха; К ^сут _изм - измеряемый суточный расход корма; М_бр ^изм - живая масса одной птицы;

- рассчитанные: Ц _р ^сут(t_оп ^з) - вычисленная стоимость продукции данной партии птицы; Э_л ^сут(t _оп ^з) - вычисленная стоимость затрат энергии на обогрев; П(t_оп ^з) - расчетный показатель прибыли; П_опт (t_оп ^{з опт}) - наибольшее значение прибыли (первой разности по формуле изобретения) в качестве значения наивысшей прибыли и соответствующий ему сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения t_оп ^{з опт}; П_с(t _оп ^норм=t_оп ^{макс продует}) - нормативная прибыль (второе значение этой разности при нормативном значении ощущаемой температуры технологического режима наивысшей продуктивности поголовья по формуле изобретения); К ^сут - суточный расход корма; Ц_р, C, K и П(t_оп ^з, t _оп ^норм) - изменения цен реализованной продукции, энергозатрат, корма и прирост прибыли (третья разность стоимостей по формуле изобретения); П(t_оп ^{з опт}, t_оп ^норм ) - наибольшее (экономически оптимальное) значение прироста прибыли и соответствующий ему сигнал сформированной величины t _оп ^{з опт}; расчетная временная (суточная) продуктивность поголовья Пр ^сут _расч(t_оп ^зад _, Т _ц);

- затем сравнивают полученный сигнал сформированной величины ощущаемой температуры помещения t_оп ^{з опт} с измеренным значением ощущаемой температуры помещения t_оп ^изм и по результату сравнения корректируют обогрев птицы, осуществляя режим обогрева по критерию наивысшего прироста прибыли, а не тривиальное и зачастую экономически неоправданное для расположенных севернее предприятий следование установленным в других климатических условиях нормам технологического проектирования. Одновременно с целью практического достижения расчетных показателей технологии сравнивают К^сут _изм с его расчетным значением К^сут и по результату сравнения корректируют режим кормления птицы. Данная операция способа позволяет в полной мере материализовать при управлении результаты математического моделирования автоматизированной технологии. Без измерения расхода корма и без управления его подачей в помещение недостаток кормов приведет к не предусмотренному в модели (1) падению продуктивности поголовья и к соответствующим ошибкам при регулировании экономически оптимального режима обогрева. Дополнительные операции способа - описанная ниже адаптация математической модели расчета продуктивности птицы и экспертное задание режимов обогрева и кормления человеком-оператором на основе имеющегося производственного опыта в непредвиденных условиях ограничения ресурсов и при форс-мажорных обстоятельствах.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1...7. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для выращивания птицы: 1 - датчик ощущаемой температуры помещения; 2 - датчик температуры наружного воздуха; 3 - датчик температуры внутреннего воздуха помещения; 4 - датчик относительной влажности наружного воздуха; 5 - датчик относительной влажности внутреннего воздуха; 6 - вычислительный блок; 7 - блок управления; 8 - регулятор температуры; 9 - обогреватели; 10 - датчик концентрации аммиака; 11 - датчик расхода корма; 12 - блок задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры, констант; 13 - элемент памяти; 14 - регулятор расхода корма; 15 - исполнительный элемент расхода корма; 16 - элемент сравнения; 17 - блок оповещения; 18 - орган операторского управления заданием суточной дозы корма для поголовья птицы в помещении и переключением с автоматического режима задания дозы корма на ручной режим; 19 - задатчик суточной дозы корма; 20 - первый управляемый ключ; 21 - датчик временной продуктивности одной птицы. Оператор (диспетчер цеха или всего предприятия) имеет возможность в качестве эксперта корректировать при складывающейся ситуации с энергоносителями и с кормовой смесью на основе своего опыта заданное значение ощущаемой температуры помещения (уставку регулятора температуры) и на основе данных от обслуживающего персонала (птичниц) заданное значение количества бройлеров в зале в ходе технологического процесса выращивания поголовья.

На фиг.2 приведена графическая интерпретация составляющих слагаемых прибылей старой и автоматизированной систем обогрева при минимальной и при максимальной наружных температурах с указанием мест появления прироста прибыли за счет экономической оптимизации теплового режима биотехнической системы: t _н ^мин - принятая для иллюстрации способа минимальная температура наружного воздуха; (-П _с(t_н ^мин)) - положение, соответствующее прибыли от действия старой системы обогрева; (-П^авт(t_н ^мин)) - зависимость расчетной прибыли от действия автоматизированной системы обогрева в выбранном диапазоне изменения ощущаемой температуры помещения (такой же диапазон изменения значений температуры внутреннего воздуха помещения принят при расчете стоимости издержек на обогрев помещения); (-П_опт(t_н ^мин)) - оптимальное (наибольшее) значение прибыли от действия автоматизированной системы обогрева; t_оп ^отп(t_н ^мин) и t_оп ^опт (t_н ^макс) - экономически оптимальные значения ощущаемой температуры при принятых для иллюстрации способа минимальной и максимальной температурах наружного воздуха.

На фиг.3 дана иллюстрация технико-экономической эффективности обогревательной технологии по критерию прироста прибыли в результате суммирования стоимостей затрат энергоносителя и прогнозируемых потерь продукции в искусственно формируемом диапазоне изменения теплового режима: П - прогнозируемый расчетный прирост прибыли в результате управления обогревом данной партии цыплят и данного птичника; t_оп - ощущаемая температура помещения в зоне обитания поголовья в результате действия обогревателей; t_оп ^опт - экономически оптимальное значение t_оп при соответствующих наружных метеоусловиях, теплозащите помещения здания птичника и данном расходе корма; t_оп ^норм=t_оп ^{макс продукт} - нормативное или биологически наилучшее значение ощущаемой температуры помещения для получения режима наивысшей продуктивности поголовья птицы данных породы, кросса и возраста; П_Т - изменение величины наивысшего прироста прибыли при изменении температуры наружного воздуха t_н; П_А - изменение (уменьшение) величины наивысшего прироста прибыли при изменении (увеличении) концентрации аммиака; П_К - изменение величины наивысшего прироста прибыли при изменении расхода корма; t _оп ^з - искусственно сформированный сигнал величины ощущаемой температуры помещения в выбранном диапазоне между технологически допустимыми наименьшим t _оп ^{з мин} и наибольшим t_оп ^{з макс} ее заданными значениями.

На фиг.4 дана иллюстрация изменения (увеличения) суточного расхода корма в граммах массы для одного бройлера возраста 1, 40 и 56 суток при отклонении температуры среды от -7 до +7°С (по работам доктора технических наук В.А.Грабаурова).

На фиг.5 приведен результат расчета зависимости суточного привеса в граммах массы одного бройлера возраста 14 суток при относительной влажности воздуха 65% и при массовой концентрации в воздухе аммиака 7,5 мг/м³ от температуры среды обитания в диапазоне 16...36°С. Автоматическая адаптация (приспособление) вида математической модели к конкретному виду поголовья осуществляется при корректировке расчетного значения продуктивности в результате умножения его на коэффициент пропорциональности. Значения этого коэффициента получают в результате непрерывных контрольных взвешиваний бройлеров в птичнике в процессе их выращивания.

На фиг.6 показана адаптационная часть вычислительного блока 6 устройства для выращивания птицы, предназначенная для уточнения математической модели управления продуктивностью бройлеров в процессе их выращивания в промышленном птичнике: 22 - элемент умножения; 23 - второй элемент памяти (запоминается измеренная суточная продуктивность поголовья Пр^сут _изм ); 24 - вычислитель расчетной суточной продуктивности поголовья Пр^сут _расч(t _оп ^зад) по известной математической модели; 25 - первый элемент деления Пр^сут _изм/Пр^сут _расч; 26 - первый сумматор значений относительных коэффициентов деления Пр^сут _{изм Тц}/Пр^сут _{расч Тц}; 27 - второй элемент деления (Пр^сут _{изм Тц}/Пр^сут _{расч Тц})/Т_ц; 28 - третий элемент памяти; 29 - второй управляемый ключ; 30 - второй элемент умножения.

На фиг.7 дана функциональная схема датчика временной продуктивности одной птицы 21: 31, 32, 33 - силоизмерительные датчики; 34, 35, 36 - счетчики количества взвешиваний; 37 - элемент «И-НЕ»; 38 - второй сумматор; 39 - элемент «И»; 40 - элемент задержки; 41 - счетчик; 42 - второй элемент деления; 43 -третий управляемый ключ; 44 - четвертый элемент памяти; 45 - первый элемент вычитания; 46 - элемент вычитания; 47 - четвертый управляемый ключ.

Устройство для выращивания птицы (фиг.1) содержит датчик ощущаемой температуры помещения 1, датчики температуры наружного воздуха 2 и внутреннего воздуха в помещении 3, датчики относительной влажности наружного воздуха 4 и внутреннего воздуха 5, вычислительный блок 6, блок управления 7, регулятор температуры 8, обогреватели 9, причем выход датчика ощущаемой температуры 1 в зоне обогрева соединен с первым входом вычислительного блока 6 и с управляющим первым входом регулятора температуры 8, выход которого соединен с обогревателями 9, причем выходы датчиков температуры наружного воздуха 2 и внутреннего воздуха в помещении 3 подключены соответственно ко второму и к третьему входам вычислительного блока 6, выходы датчиков относительной влажности наружного воздуха 4 и внутреннего 5 воздуха соединены соответственно с четвертым и с пятым входами вычислительного блока 6, своим первым выходом связанного с входом блока управления 7, при этом в устройство введены датчик концентрации аммиака 10 и датчик расхода корма 11, блок задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения и констант 12, первый элемент памяти 13, регулятор расхода корма 14 с подключенным к его выходу исполнительным элементом расхода корма 15, элемент сравнения 16 и блок оповещения 17, выходы датчика концентрации аммиака 10 и датчика расхода корма 11 соединены соответственно с четвертым и с пятым входами вычислительного блока 6, выходы блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения и констант 12 подключены к соответствующим дополнительным входам вычислительного блока 6, при этом выход датчика расхода корма 11 дополнительно соединен с управляющим первым входом регулятора расхода корма 14, второй выход вычислительного блока 6 подключен к входу первого элемента памяти 13, а третий и четвертый выходы вычислительного блока 6 соединены соответственно с первым и вторым входами элемента сравнения 16, выход которого подключен к входу блока оповещения 17, при этом в устройство дополнительно введены техническое средство операторского управления заданной суточной дозой корма для поголовья птицы в помещении и переключением с автоматического режима задания дозы корма на операторский режим задания дозы корма 18, задатчик суточной дозы корма 19, первый управляемый ключ 20, датчик временной продуктивности одной птицы 21, причем выход датчика временной продуктивности одной птицы 21 соединен с девятым входом вычислительного блока, выход блока управления 7 соединен с задающим вторым входом регулятора температуры 8 и с восьмым входом вычислительного блока 6, первый, второй и третий выходы технического средства операторского управления заданием дозы корма для поголовья птицы в помещении и переключением с автоматического режима задания дозы корма на операторский режим задания дозы корма 18 соединены соответственно с входом задатчика суточной дозы корма 19, с управляющим входом первого управляемого ключа 20 и с дополнительным входом блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения и констант 12, выход первого элемента памяти 13 подключен к задающему входу первого управляемого ключа 20, выход которого подключен к задающему второму входу регулятора расхода корма 14.

Устройство работает следующим образом. Вычислительный блок 6 рассчитывает ежесуточную вычисленную стоимость затрат тепловой энергии на обогрев производственного помещения по (3)...(9) и со своего третьего выхода подает соответствующий ей сигнал на первый вход элемента сравнения 16. С четвертого выхода вычислительного блока 6 на второй вход элемента сравнения 16 поступает сигнал вычисленной стоимости суммарных затрат энергии на обогрев птицы по (10)...(12). Элемент сравнения 16 формирует разностный сигнал для оповещения персонала посредством блока оповещения 17 о величине взаимного несоответствия расчетных величин энергетических издержек, которые в квазиустановившемся режиме функционирования биотехнической системы без животных или без птицы должны быть равны друг другу. При уверенности в правильности математического моделирования энергетических характеристик помещения и обогревателей причина несоответствия связана с неконтролируемой потерей теплозащитных свойств помещения (например, открыта одна из дверей в помещение, которая не должна была быть оставлена открытой, и т.п.).

Вычислительный блок 6 по данным измерений и формирования искусственной величины управляемого параметра тепловых ощущений поголовья t_оп ^з рассчитывает целевую функцию оптимизации в выбранном диапазоне по зависимостям (1), (2), (11), (12), (17), (18), (20)...(25). По результатам измерения и задания параметров климата, помещения, микроклимата, оборудования, поголовья вычислительный блок 6 формирует значение П в диапазоне изменения t_оп ^з за цикл опроса Т_опр системой автоматизации рассматриваемой биотехнической системы. Блок управления 7 устанавливает на задающем входе регулятора температуры 8 соответствующее режиму максимального прироста прибыли производства значение сформированной величины ощущаемой температуры t_оп ^{з опт}. Вычислительный блок 6 рассчитывает величину К^сут по соответствующей математической зависимости (18) с конкретными для выбранной биотехнической системы значениями коэффициентов. С его второго выхода сигнал К поступает на элемент памяти 13, выполненный, например, по схеме пикового детектора при использовании аналоговой схемотехники. На его выходе в течение суток формируется сигнал заданного расхода корма, который после сравнения с сигналом измеренного расхода корма обеспечивает коррекцию подачи корма в помещение с поголовьем для достижения более полного взаимного соответствия объекта управления и его математических моделей. Блок управления 7 находит экстремальное (максимальное) значение П и соответствующее ему значение аргумента функции, то есть экономически оптимальное значение расчетного прироста прибыли, и подает t_оп ^{з опт} в качестве задающего сигнала на задающий вход регулятора температуры 8. Технология обогрева идет по экономически наилучшей траектории. Обеспечивается экономически наилучшее для обогревательной технологии и для предприятия в целом соотношение между получаемой продукцией птицеводства и расходуемым на обогрев поголовья, например бройлеров, энергоносителем любого вида. В блоке задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры и констант 12 задаются региональные удельные цены на энергоноситель, на корм и на конечную продукцию сельскохозяйственного предприятия, количество животных или птицы в помещении и все указанные в описании коэффициенты в формулах и другие константы.

Дополнительно введенный датчик временной продуктивности одной птицы 21 позволяет измерить реальное значение оценки массы одной птицы, получить оценочное значение измеренной массы всего поголовья в помещении, сравнить его с вычисленным в вычислительном блоке 6 значением, определить коэффициент несоответствия оценочного измеренного и вычисленного значений и ввести поправку в расчетную математическую формулу определения продуктивности. Эти функции выполняет устройство адаптационной части вычислительного блока 6 для уточнения математической модели управления продуктивностью бройлеров в процессе их выращивания в промышленном птичнике (фиг.6).

Данное адаптивное устройство содержит первый элемент умножения 22, второй элемент памяти 23, вычислитель расчетной суточной продуктивности поголовья по принятой математической модели 24, первый элемент деления 25, первый сумматор значений относительных коэффициентов деления 26, второй элемент деления 27, третий элемент памяти 28, второй управляемый ключ 29, второй элемент умножения 30, причем первый и второй входы первого элемента умножения 22 соединены соответственно с девятым и десятым входами данного устройства, причем десятый вход является одним из соответствующих дополнительных входов вычислительного блока 6, выход первого элемента умножения 22 через второй элемент памяти 23 подключен к второму входу первого элемента деления 25, выход которого через соединенные последовательно первый сумматор 26, второй элемент деления 27, третий элемент памяти 28, второй управляемый ключ 29, второй элемент умножения 30 подключен к выходу данного устройства, а первый вход первый элемент деления 25 соединен соответственно с первым входом второго элемента умножения 30 и с выходом вычислителя расчетной суточной продуктивности поголовья по известной математической модели 24, входы которого являются первым, четвертым, шестым и дополнительным одиннадцатым входами вычислительного блока 6.

Адаптационная часть вычислительного блока 6 для уточнения математической модели управления продуктивностью работает следующим образом. На первый и второй входы первого элемента умножения 22 поступают сигналы суточного прироста измеренной живой массы M_бр ^изм или Пр₁ ^сут _изм от датчика временной продуктивности одной птицы (измеренного и сформированного сигнала прироста массы одной птицы) 21 и сигнал количества птиц N_бр из блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры и констант 12. На выходе второго элемента памяти 23 формируется величина измеренной суммарной текущей (суточной) продуктивности поголовья в производственном помещении Пр^сут _изм . Это значение делимого на втором входе первого элемента деления 25. Значение делителя в виде сигнала расчетной суточной продуктивности поголовья Пр^сут _расч (t_оп ^зад, Т _ц) поступает на первый вход первого элемента деления 25, на выходе которого формируется величина относительного коэффициента Пр^сут _изм/Пр ^сут _расч. Сумма этих близких друг другу по значению относительных коэффициентов отличия результата математического моделирования продуктивности некогда исследованных партий птицы от результата текущих во времени измерений накапливается в первом сумматоре значений относительных коэффициентов деления Пр^сут _{изм Тц}/Пр^сут _{расч Тц} 26. Затем она периодически делится на выбранный период времени Т_ц, принятый равным одним суткам во втором элементе деления 27. Полученная усредненная по времени выращивания поголовья величина (Пр ^сут _{изм Тц}/Пр ^сут _{расч Тц} )/Т_ц запоминается до очередного периодического цикла коррекции в третьем элементе памяти 28 и через второй управляемый ключ 29 поступает на второй вход второго элемента умножения 30 для коррекции вычисляемого значения суммарной суточной продуктивности поголовья. Так осуществляется автоматизированная адаптация режима работы устройства к конкретному виду, породе или кроссу выращиваемого поголовья птицы.

Датчик временной продуктивности одной птицы 21 (фиг.7) содержит силоизмерительные датчики 31, 32, 33 и счетчики количеств взвешиваний 34, 35, 36, элемент «И-НЕ» 37, второй сумматор 38, элемент «И» 39, элемент задержки 40, счетчик 41, второй элемент деления 42, третий управляемый ключ 43, четвертый элемент памяти 44; первый элемент вычитания 45; четвертый управляемый ключ 46, второй элемент вычитания 47, причем выходы силоизмерительных датчиков в помещении 31, 32, 33 соединены с соответствующими входами элемента «И-НЕ» 37 и второго сумматора 38, выходы счетчиков количеств взвешиваний 34, 35, 36 подключены к соответствующим входам элемента «И» 39, выход элемента «И-НЕ» 37 соединен через элемент задержки 40 с первым выходом датчика временной продуктивности одной птицы 21, а выход элемента «И» 39 соединен через счетчик 41 со вторым входом второго элемента деления 42, первый вход и выход которого подключены соответственно к выходу второго сумматора 38 и к соединению входа третьего управляемого ключа 43 и первого входа элемента вычитания 45, выход третьего управляемого ключа 43 через четвертый элемент памяти 44 подключен ко второму входу первого элемента вычитания 45, выход которого соединен через четвертый управляемый ключ 46 со вторым входом первого элемента умножения 22 и является первым выходом датчика временной продуктивности одной птицы 21, а управляющий вход третьего управляемого ключа 43 соединен с выходом второго элемента вычитания 47, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами блока задатчиков возраста поголовья, технологически допустимых наименьшего и наибольшего заданных значений ощущаемой температуры, времени опроса биотехнической системы, сигнала сформированной величины ощущаемой температуры помещения и констант 12.

При этом датчик временной продуктивности одной птицы 21 работает следующим образом. В помещении для выращивания птицы размещаются конструкции с силоизмерительными датчиками в помещении 31, 32, 33 и со счетчиками количеств взвешиваний 34, 35, 36 (например, количеств случайных по времени посадок только одной птицы на данный силоизмерительный датчик - соответственно на один из элементов 31, 32, 33). На выходе второго сумматора 38 накапливается случайный сигнал величины суммарной живой массы попавших на элементы 31, 32, 33 животных или птиц, а на выходе счетчика 41 формируется сигнал количества взвешиваний животных или птиц. На выходе второго элемента деления 42 получается оценка средней за сутки выращивания массы одного животного или птицы (бройлера) ( M_бр1 ^сут _изм)/N^сут _изм . Данную оценку на время окончания целых суток выращивания легко получить, используя временное стробирование или селектирование сигналов силоизмерительных датчиков в помещении 31, 32, 33 и счетчиков количеств взвешиваний 34, 35, 36 путем установки соответствующих стробирующих или селектирующих элементов на их выходах. На неинвертирующий первый вход первого элемента вычитания 45 непрерывно подается сигнал измеренной массы бройлера в текущие Т_ц -тые сутки М_бр ^сут(Тц) _изм, а на его другой вход - задержанный на одни сутки посредством третьего управляемого ключа 43, четвертого элемента памяти 44 и второго элемента вычитания 47 тот же сигнал М_бр1 ^{сут(Тц-1)} _изм, но с меньшим значением. На первом выходе датчика временной продуктивности одной птицы 21 в момент окончания текущих суток формируется сигнал измеренной продуктивности одной птицы Пр ₁ ^сут _изм. На случай отсутствия посадок птицы на конструкции с силоизмерительными датчиками в помещении 31, 32, 33 и со счетчиками количеств взвешиваний 34, 35, 36 предусмотрен формируемый элементом «И-НЕ» 37 и элементом временной задержки 40 сигнал, запрещающий работу второго управляемого ключа 29, и на выходе второго элемента умножения 30 формируется нескорректированный сигнал расчетной текущей (суточной) продуктивности поголовья Пр^сут _расч (t_оп ^зад, Т _ц), поскольку коэффициент коррекции в этом случае принимается равным единице. Адаптация математической модели управления продуктивностью в этом случае производится по результатам предыдущих суток выращивания поголовья.

Экспертное управление технологией обогрева и кормления заключается в процессе ввода оператором птичника, цеха или всей птицефабрики с помощью органа операторского управления заданием суточной дозы корма для поголовья птицы в помещении и переключением с автоматического режима задания дозы корма на ручной режим 18 и с помощью задатчика суточной дозы корма 19 скорректированной на основе опыта персонала предприятия дозы корма в условиях дефицита различных ресурсов. Первый управляемый ключ 20 позволяет перейти в операторский режим управления кормлением птицы. Связь блоков 18 и 12 позволяет оперативно вводить изменения значения численности поголовья в птичнике в процессе непрерывной в процессе выращивания бройлеров выбраковки павших и ослабленных цыплят.

Таким образом, расширяются также и функциональные возможности способа и устройства для выращивания птицы, поскольку при этом осуществляется экономичное управление обогревом и кормлением птицы. При этом обеспечивается точная экономическая оптимизация технологического режима обогрева помещения с птицей, поскольку применяемые и адаптируемые для управления математические соотношения и используемые в них измеряемые и формируемые сигналы и константы несут в себе точную и полную информацию об управляемом процессе, а оператор-эксперт своевременно использует при управлении процессом выращивания птицы накопленный производственный опыт.