Исследование показателей качества управления электротехнологическим процессом озонирования яйцескладов птицефабрик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование показателей качества управления электротехнологическим процессом озонирования яйцескладов птицефабрик

Санитарная обработка яиц - необходимая мера борьбы с бактериями, грибками и другими микроорганизмами. Озон действует абсолютно на все известные вирусы и микробы, он воздействует на продукты метаболизма бактерий, в результате чего и происходит детоксикация. Из обработанных озоном яиц выводятся более крупные цыплята, развитие зародышей идет интенсивнее, повышается сохранность цыплят. Однако данная технология не получила широкого распространения в отрасли птицеводства из-за неравномерной концентрации по объему обрабатываемого помещения. При обработке яиц не учитывалась концентрация озона в самой дальней точке обрабатываемого помещения, которая в ряде условий многократно ниже заданных параметров, что в свою очередь приводило к некачественной обработке инкубационных яиц озоном, т.е. получался нестабильный эффект от озонирования. Следовательно, равномерное распределение озона по объему помещения яйцесклада является актуальной задачей, имеющей существенное значение для качества обработки инкубационных яиц.

Получена математическая модель распространения озона по помещению яйцесклада, учитывающая разложение озона на поверхности яиц и стен яйцесклада, а также обосновывающая требуемое управляющее воздействие при различных исходных данных, таких как: требуемая концентрация озона в яйцескладе, количество яиц, геометрические размеры яйцесклада, подача вентилятора, параметры конструкции разрядного устройства, расположение электроозонатора в помещении яйцесклада.

, (1)

электротехнологический яйцесклад птицефабрика озонирование

где, C - объемная концентрация озона, %; q - расход озона, м³/ч; L_ВЕНТ - вентиляционный расход, м³/ч; D - коэффициент диффузии озона м²/ч; S_ПР - площадь открытого проема (двери и т.д.), м²; L_ПР - характерное расстояние от электроозонатора до открытого проема, м; V - объем помещения, м³; ? масса озона, поглощенная яйцом, мг; ? масса озона, поглощенная стенами, мг; x - координата, м; t - время, ч.

Наиболее значимым итогом математического моделирования является получение необходимых показателей качества процесса электроозонирования яиц в яйцескладе.

Произведено моделирование регулирования распределения концентрации озона в яйцескладе с размерами 10Ч5Ч3 м, количество яиц N = 35000. Управляющее воздействие (напряжение на разрядном устройстве) на объект управления (яйцесклад) представлено на рисунке 1.

Рисунок 1. График изменения напряжения на разрядном устройстве электроозонатора при электротехнологическом процессе озонирования яйцескладов птицефабрик

Для поддержания концентрации озона на выходе из электроозонатора равной 20 мг/м³ напряжение на разрядном устройстве падало с 7,6 кВ до 5,5 кВ (рис. 1). Для равномерного распределения концентрации озона подача вентилятора выросла с 0,0017 до 0,002 м³/с.

Рисунок 2. Графики изменения концентрации озона во времени в зависимости от удаления от электроозонатора: 3 м; 5 м; 10 м

Как видно из представленных графиков регулирования концентрации озона в помещении яйцесклада (рис. 2) регулируемая величина падает в зависимости от удаления яиц от электроозонатора.

В этой ситуации необходимо либо увеличивать мощность разрядного устройства электроозонатора, а также подачу его вентилятора, либо определить достаточное для разработанной модели расстояние от электроозонатора до второго датчика концентрации озона, при котором она будет стабильно работать в заданном режиме (концентрация озона 20 мг/м³).

а) б)

Рисунок 3. Схема разделения помещения для хранения яиц на 2 зоны по 70 000 яиц (а) и 4 зоны по 35000 яиц (б)

Опираясь на результаты математического моделирования, для равномерного электроозонирования яиц необходимо:

· разделить помещение яйцесклада на зоны с равным количеством яиц;

· в центре каждой зоны расположить по одному генератору озона потолочного исполнения.

Выбранное помещение яйцесклада целесообразно разделить на 2 зоны по 70000 яиц или на 4 зоны по 35000 яиц (рис. 3).

При математическом моделировании расстояние в 3 метра удовлетворяло заданному параметру концентрации озона в 20 мг/м³. Данное расстояние и взято за наиболее рациональное, к тому же высота потолка также равна 3 м.

Рисунок 4. Номограмма, определяющая напряжение разрядного устройства и подачу вентилятора электроозонатора в зависимости от количества обрабатываемых яиц в каждой зоне помещения яйцесклада

На основании произведенных исследований построена номограмма, представленная на рисунке 4. Номограмма позволяет наглядно увидеть, как будет изменяться напряжение на разрядном устройстве, а также подача вентилятора в зависимости от количества обрабатываемых яиц (1 - 20000 яиц, 2 - 35000 яиц, 3 - 50000 яиц, 4 - 60000 яиц, 5 - 70000 яиц) при потолочном размещении электроозонатора на удалении 3 м.

Анализируя полученную номограмму можно сделать вывод, что для рассматриваемого варианта помещения яйцесклада наиболее рациональным будет установка двух электроозонаторов, так как их суммарная мощность будет в 1,5 раза меньше мощности 4 электроозонаторов для 35000 яиц. В таблице 1 представлены рекомендации по выбору электроозонаторов в зависимости от количества яиц в яйцескладе.

Таблица 1. Рекомендации по выбору электроозонаторов в зависимости от количества яиц в яйцескладе

На основе анализа литературных источников определены необходимые показатели качества: статическая ошибка е_СТ, коэффициент перерегулирования G и обобщенный интегральный среднеквадратичный показатель J (табл. 2).

Таблица 2. Показатели качества системы управления технологическим процессом

Исследование качества управления электротехнологическим процессом озонирования яйцескладов птицефабрик проводим по виду кривой переходного процесса, полученной в результате моделирования процесса озонирования (рисунок 5) в среде SimInTech при типовом ступенчатом воздействии на расстоянии от электроозонатора 3 м. Без системы регулирования распределением концентрации озона в яйцескладе на расстоянии 3 м через 50 минут установится значение в 15 мг/м³, что недостаточно для качественной обработки яиц.

Таблица 3. Полученные показатели качества при анализе системы управления

Рисунок 5. График изменения концентрации озона (на расстоянии от электроозонатора 3 м) от времени при регулировании и без регулирования

Обобщённый интегральный среднеквадратичный показатель снижен на 19,3% по сравнению с вариантом без регулирования, что свидетельствует о достаточно качественном регулировании распределением концентрации озона в яйцескладе и удовлетворяет предъявленному допустимому значению данного показателя. В результате математического моделирования была разработана система управления электротехнологическим процессом озонирования яйцескладов птицефабрик, схема, которой представлена ниже. В соответствии с техническими решениями, принятыми при реализации электротехнологического процесса озонирования, разработана принципиальная электрическая схема системы управления электротехнологическим процессом озонирования яйцескладов птицефабрик, представленная на рисунке 6, а печатная плата и схема расположения элементов представлены на рисунках 7, 8.

Таблица 4. Перечень используемых компонентов

При включении питания происходит инициализация микроконтроллера, загорается зелёный светодиод HL2, после чего микроконтроллер ? ATmega8-16PU производит опрос датчика температуры стекла диэлектрических барьеров DS18B20 (пин 6), а также датчиков концентрации озона С1 и С2 (пины 4 и 2). На основании измеренных значений концентрации озона рассчитывается необходимое управляющее воздействие, подаваемое через пины 9 и 10 на электроозонатор и вентилятор соответственно через силовые ключи на базе полевого n-канального транзистора IRLR8113. Схема включает в себя кварцевый резонатор на 16 МГц, разъем питания, кнопку сброса (RESET). Микроконтроллер можно прошить через разъем для внутрисхемного программирования ICSP. Схема содержит стабилизатор напряжения L7805, который подключается по стандартной схеме, с помощью трёх конденсаторов С7, С8 и С9. С помощью данного стабилизатора на плату можно подавать питание от 7 до 12 В. В качестве преобразователя UART - USB используется микросхема FT232RL. Полный перечень используемых компонентов представлен в таблице 4.

В результате произведённого моделирования обоснованы требования для равномерного электроозонирования инкубационных яиц: 1) деление помещения яйцесклада на зоны с равным количеством яиц; 2) размещение в центре каждой зоны электроозонатора на высоте 3 м. Построена номограмма, определяющая напряжение разрядного устройства и подачу вентилятора электроозонатора в зависимости от количества обрабатываемых яиц в каждой зоне помещения яйцесклада. Даны рекомендации по выбору электроозонаторов в зависимости от количества яиц в яйцескладе. Определены показатели качества работы электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик. Обобщённый интегральный среднеквадратичный показатель (J = 9,7%) снизился на 19,3% по сравнению с вариантом без регулирования (J = 29%), что говорит о достаточно качественном регулировании распределения концентрации озона в яйцескладе и удовлетворяет предъявленному допустимому значению данного показателя (не более 15%). Разработана принципиальная электрическая схема системой электрооборудования электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик на базе микроконтроллера ATmega8.

Список литературы

1. Возмилов А.Г. Электроочистка и электрообеззараживание воздуха в промышленном животноводстве и птицеводстве. Автореферат дис. на соиск. уч. степ. д.т.н. Челябинск: ЧеГАУ, 1993. - 37 с.

2. Горячий И.В. Озоно-воздушная обработка посевного материала и плодовых тел гриба / И.В. Горячий, Г.П. Стародубцева, В.И. Хайновский // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. №12. С. 12-14.

3. Ксенз Н.В. Электроозонирование воздушной среды. Зерноград, 1991, 171 с.

4. Кривчик Д.Д. Способы повышения энергетической эффективности в сельском хозяйстве / Д.Д. Кривчик, Л.В. Потапенко, А.П. Волошин // Международный научный журнал №3 часть 3 «Инновационная наука» ООО «АЭТЕРНА» г. Уфа - 2016 г. С. 101-103.

5. Лытнев А.С. Результаты экспериментальных исследований модернизированной конструкции разрядного устройства пластинчатого типа / А.С. Лытнев, А.П. Волошин // Материалы VI международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК»: / Под общ. ред. Трушкина В.А. - Саратов: ООО «ЦеСАин», 2015. - 327 с. С. 30-33.

6. Нормов Д.А. Математическое моделирование физических процессов в электроозонаторах барьерного типа / Д.А. Нормов // КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного аграрного университета» №3 (12), 2008. - С 231-235.

7. Нормов Д.А. Электроозонные технологии в сельскохозяйственном производстве / Д.А. Нормов, И.Ф. Бородин // М.: «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук» №1, 2009. - С 57-59.

8. Овсянников Д.А. Учебное пособие для практических занятий в примерах по дисциплине «Планирование и обработка результатов исследований»: учеб. пособие / Д.А. Овсянников, С.А. Николаенко, Д.С. Цокур, А.П. Волошин // - Краснодар, 2014. -76 с.: ил.

9. Оськин С.В. Электротехнологии в сельском хозяйстве: учебник для студентов вузов / С.В. Оськин. - Краснодар: КубГАУ, 2016. - 501 с.

10. Пат. РФ №2417159, МПК С2 С01В13/11 (2006.01) Электроозонатор / Д.А. Овсянников, С.А. Николаенко, С.С. Зубович, А.П. Волошин, Д.С. Цокур; заявитель и патентообладатель КГАУ. - №2009126863 заявл. 13.07.2009; опубл. 27.04.2011. Бюл. №2. - 5 с.

11. Пат. РФ №2429192, МПК С2 С01В13/11 (2006.01) Электроозонатор / Д.А. Овсянников, С.А. Николаенко, С.С. Зубович, А.П. Волошин, Д.С. Цокур; заявитель и патентообладатель КГАУ. - №20091330067 заявл. 2.09.2009; опубл. 20.09.2011. Бюл. №26. - 6 с.

12. Сторчевой В.Ф. Математическое моделирование стационарных процессов ионизатора-озонатора. Природообустройство №2. - М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. 2012. С. 78-82.

Размещено на Allbest.ru