種豬精細(xì)飼喂系統(tǒng)的設(shè)計

種豬精細(xì)飼喂系統(tǒng)的設(shè)計

國內(nèi)自動飼料設(shè)備現(xiàn)狀中國傳統(tǒng)的炒豬育種方法主要是由飼養(yǎng)者根據(jù)自己的長期飼料經(jīng)驗添加食物。這種飼養(yǎng)方式具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、低科學(xué)技術(shù)和信息的要求，高工資負(fù)擔(dān)重，投資效率低，食物損失大，不利于大規(guī)模集中飼養(yǎng)。目前,國際上已出現(xiàn)一些先進(jìn)的自動飼喂設(shè)備,常見的有德國BigDutchman公司的CALLMATIC2、荷蘭Nedap公司的Velos及其他國家的ESF系統(tǒng),雖然這些設(shè)備的自動化性能較好,但是價格昂貴,對于一般的中小型規(guī)?；B(yǎng)豬場難以接受。國內(nèi)專注于養(yǎng)豬自動化飼喂設(shè)備的企業(yè)和科研單位也很少。針對以上弊端和不足,有必要研究自動化程度高且可實現(xiàn)精確投放飼料的自動精確飼喂系統(tǒng)。本文對從進(jìn)入產(chǎn)床到斷奶期間的固定欄中的種母豬個體精細(xì)飼喂系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原則1.1系統(tǒng)的軟件設(shè)計種豬自動精細(xì)飼喂系統(tǒng)由2部分組成:①硬件部分,主要包括計算機、可編程控制器(S7-200)、步進(jìn)電動機及驅(qū)動器、卸料器。②軟件分為上位軟件應(yīng)用程序和下位軟件應(yīng)用程序。系統(tǒng)以硬件為基礎(chǔ),以軟件為支撐實現(xiàn)飼料的適量精確投放。計算機系統(tǒng)根據(jù)種豬個體設(shè)定料量,傳輸給可編程控制器,控制步進(jìn)電動機驅(qū)動卸料器投放準(zhǔn)確的飼料量,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。種豬自動精細(xì)飼喂系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng),w1為根據(jù)種豬個體情況由操作人員設(shè)定的飼料量,即目標(biāo)值;w2為卸料器的實際落料量,可編程控制器依據(jù)上位設(shè)定料量值,通過內(nèi)部程序調(diào)節(jié)步進(jìn)電動機的驅(qū)動脈沖數(shù),實現(xiàn)精確落料。1.2精細(xì)系統(tǒng)細(xì)控制系統(tǒng)為提高種豬養(yǎng)殖飼喂設(shè)施的自動化水平、穩(wěn)定性以及精確落料性能,采取了兩方面的措施:①采用計算機作為整個系統(tǒng)的監(jiān)控中心,將可編程控制器作為現(xiàn)場的控制設(shè)備,提高系統(tǒng)的自動化水平和穩(wěn)定性。②利用步進(jìn)電動機的精準(zhǔn)控位優(yōu)勢以及自行設(shè)計的旋轉(zhuǎn)卸料器和閉環(huán)反饋系統(tǒng),實現(xiàn)飼料的精準(zhǔn)投放。自動精細(xì)飼喂系統(tǒng)硬件在應(yīng)用軟件的配合下,實現(xiàn)系統(tǒng)功能。當(dāng)給種豬投放飼料時,首先按照系統(tǒng)中給定的方案,根據(jù)種豬自身情況在計算機上位監(jiān)控程序中設(shè)定所需的飼料量,設(shè)定的料量值通過通信總線傳遞給下位可編程控制器,為落料做準(zhǔn)備;然后,開啟上位計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的落料程序,啟動步進(jìn)電動機驅(qū)動卸料器投放飼料,直到實際落料值等于設(shè)定的落料值。2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計硬件系統(tǒng)組成如圖2所示。計算機作為整個系統(tǒng)的監(jiān)控中心,即系統(tǒng)的指揮中心。這里選用主頻3.0GHz雙核處理器、3GB內(nèi)存的計算機以滿足系統(tǒng)的性能要求?？删幊炭刂破髯鳛檎麄€系統(tǒng)的核心控制器件,為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性選用SIEMENS的S7-200產(chǎn)品及其擴展模塊,給步進(jìn)電動機提供高速脈沖,驅(qū)動步進(jìn)電動機旋轉(zhuǎn)。S7-200和步進(jìn)電動機的連接如圖3所示。選用兩相四線制混合BY86型步進(jìn)電動機及匹配的驅(qū)動器,可以提供7.5N·m的靜態(tài)力矩,以確保驅(qū)動卸料器旋轉(zhuǎn)落料。卸料器為自行設(shè)計,專門用于種豬精細(xì)飼喂的槽輪式旋轉(zhuǎn)下料器,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。3系統(tǒng)的運行情況實現(xiàn)系統(tǒng)的自動精細(xì)飼喂功能,除了必需的硬件系統(tǒng)之外,還得有必備的應(yīng)用軟件系統(tǒng)作為支撐。應(yīng)用軟件系統(tǒng)包括兩部分:(1)計算機上位監(jiān)控應(yīng)用軟件系統(tǒng),其主要功能是監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行情況,以24個飼喂器為例的系統(tǒng)監(jiān)控主界面如圖5所示,即各喂料器的實時運行情況,并反映料量的設(shè)定情況。在料量添加界面(圖6)中設(shè)定好豬只所需的料量后,開啟下料開關(guān),系統(tǒng)便會自動投放精確的飼料量,這時正在運行的飼喂器上方輸料管圖形便會不停地閃爍,以提示該飼喂器正在投放飼料。(2)通過編寫的內(nèi)部控制程序,可編程控制器實時接收監(jiān)控主界面中下達(dá)的料量設(shè)定值和下料命令,同時接收反饋的料量信息以進(jìn)行微調(diào),給步進(jìn)電動機發(fā)送相應(yīng)的脈沖信號驅(qū)動卸料器落料?？刂破鬟\行時部分狀態(tài)圖如圖7所示。4落料量與時間的關(guān)系為了測定自動精細(xì)飼喂系統(tǒng)的自動控制性能和飼喂的精度,以內(nèi)蒙古科技園區(qū)養(yǎng)豬場的種豬及飼喂用混合飼料作為自動精細(xì)落料系統(tǒng)的研究對象,全面檢驗系統(tǒng)的功能。試驗中分別為步進(jìn)電動機選定不同的脈沖,產(chǎn)生驅(qū)動信號,用來測定系統(tǒng)的工作效率,經(jīng)過不同周期的試驗對比,從中選出適合種豬養(yǎng)殖所需要的落料效率。通過前期試驗得知,脈沖周期為500μs時,落料系統(tǒng)本身工作噪聲很小(不會影響哺乳母豬及小豬的正常生活),落料效率適中,精確度高。因此確定脈沖的周期為500μs,將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成時間量與落料量相對應(yīng),得到兩者的數(shù)學(xué)模型如圖8所示。由圖可知,落料量與時間成正比例關(guān)系,其正比例函數(shù)關(guān)系擬合度達(dá)到0.9996,因此該模型完全可以編寫為可編程控制器中落料的內(nèi)部指導(dǎo)程序,實現(xiàn)自動精細(xì)飼喂的功能。通過試驗得到設(shè)定落料量與實際落料量之間的關(guān)系如圖9所示。由圖可知,種豬自動精細(xì)飼喂系統(tǒng)實際落料量與設(shè)定的落料量基本一致,通過大量的試驗得知其誤差為±15%,如果以平常實際最小投料量500g為起點,其最大誤差為±2%。5槽齒輪卸料器.設(shè)備動力(1)從軟、硬件兩個方面實現(xiàn)種豬飼喂系統(tǒng)的自動精細(xì)飼喂功能,并增添了實時監(jiān)控和互動性,便于飼養(yǎng)