Система доения и регулирование вакуума в такой системе
Группа изобретений относится к сельскому хозяйству. Предложенная система доения содержит вакуум-насос, доильное оборудование, соединенное трубопроводом с вакуум-насосом, первый регулятор вакуума, предназначенный для поддержания предварительно заданного вакуума в доильном оборудовании, второй регулятор вакуума, помещенный между первым регулятором вакуума и вакуум-насосом и предназначенный для выведения предварительно заданного вакуума на желаемый уровень, счетчик молока, предназначенный для измерения молочного потока во время доения, и устройство управления. Второй регулятор вакуума содержит регулируемое впускное средство для воздуха, открывающее доступ воздуха в трубопровод. Устройство управления предназначено для управления впускным средством в зависимости от измеренного молочного потока. Предложенный способ регулирования вакуума в системе доения включает следующие операции. Поддерживают предварительно заданный вакуум в доильном оборудовании посредством первого регулятора вакуума, выводят предварительно заданный вакуум на желаемый уровень при помощи второго регулятора вакуума, измеряют посредством счетчика молока молочный поток во время доения, затем передают измеренные значения молочного потока на устройство управления и управляют вторым регулятором. Изобретение обеспечивает повышение эффективности, надежности, точности, маневренности и быстроты работы системы доения, а также простоты и легкости ее в использовании. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области регулирования вакуума при машинном доении, более конкретно к системе доения, содержащей регулятор вакуума, и к способу регулирования вакуума.
Уровень техники
Известны многочисленные попытки изменить принципы, посредством которых в доильных машинах регулируют вакуум. Однако до сих пор указанные разработки не привели к соразмерному улучшению рабочих параметров процедуры доения.
При регулировании вакуума в доильной машине одна из проблем заключается в том, что уровень вакуума у конца соска отличается от вакуума, создаваемого системой (т.е. от вакуума, создаваемого насосом, или от контролируемого постоянного вакуума, уровень которого ниже уровня, создаваемого насосом). При этом указанное отличие меняется в процессе доения. В связи с этим трудно предугадать, как изменение вакуума в системе воздействует на сосок и на вакуум у соска.
Различие между вакуумом в системе и уровнем вакуума у конца соска является, в первую очередь, результатом следующих факторов: падение вакуума в длинной молочной трубке и связанные с этим флуктуации вакуума, вызванные молочными пробками в трубке и прерывистым попаданием воздуха в доильный аппарат; падение вакуума и его флуктуации в короткой молочной трубке из-за образовавшихся молочных пробок; флуктуации вакуума у конца соска при открывании и перекрывании вкладыша, а также закупоривание молокопровода.
Для управления вакуумом у конца соска было разработано несколько различных конструкций. В них предусмотрено наличие раздельных молочной и воздушной магистралей, проходящих вблизи доимого животного, уменьшение поступления нежелательного количества воздуха в вакуумную систему, увеличение диаметра короткой и длинной молочных трубок, а также молокопровода, и понижение вакуума у конца соска во время периодов слабого молочного потока.
Известны два основных способа воздействия на вакуум в доильной машине, а именно: 1) применение вакуум-насоса, работающего при постоянной скорости, и устройства, регулирующего вакуум на основе корректировки количества воздуха, поступающего в доильную машину, и 2) использование устройства управления (контроллера), регулирующего вакуум на основе корректировки количества воздуха, удаляемого из доильной машины (т.е. применение устройства с частотно-регулируемым приводом для корректировки скорости вакуум-насоса).
В обычных устройствах регулировки вакуума на основе первого из указанных способов используется баланс сил между неполным вакуумом, достигнутым внутри доильной машины, и силой сопротивления весовой нагрузки, пружины или другого фактора такого рода. В более сложных регуляторах применяют систему обратной связи, состоящую из сенсорного элемента и механического усилительного устройства. Перемещением клапана впуска воздуха управляет небольшой регулирующий клапан гораздо меньшего размера.
В US 6164242 описан доильный аппарат, оборудованный вакуум-насосом, доильным устройством, которое имеет, по меньшей мере, один доильный коллектор и доильные стаканы, предназначенные для прикрепления к соскам доимого животного, а также трубопроводом, соединяющим указанные коллектор и стаканы с вакуум-насосом на стороне всасывания и адаптированным для транспортировки потока, поступающего из доильного устройства. Вакуум-насос относится к динамическому типу. Кроме того, имеется регулирующее устройство, адаптированное для поддержания вакуума в доильном аппарате на желаемом постоянном уровне. Регулирующее устройство содержит датчик для выведения реального уровня вакуума на желаемое значение посредством регулировки воздушного потока, проходящего через трубопровод и вакуум-насос, в ответ на измеренный уровень вакуума.
В US 6494163 В1 описана система управления вакуумом, содержащая вакуум-насос, который присоединен к буферной емкости через вакуумную магистраль. Каждый доильный стакан доильного аппарата снабжен молокопроводом, подведенным к буферной емкости. Регулировочное устройство, содержащее регулятор оборотов и электронный фильтр, присоединено к вакуум-насосу, а также, через указанный фильтр, к датчику вакуума, который, в свою очередь, связан с вакуумной магистралью. Электронный фильтр присоединен одновременно к регулятору оборотов и к электронному регулирующему клапану быстрого действия, причем указанный клапан активируется регулировочным устройством на основе сигналов, поступающих в указанное устройство от датчика вакуума. Если в результате, например, отсоединения доильного стакана от соска доимого животного вакуум в вакуумной магистрали (и, таким образом, в буферной емкости) понижается, регулятор оборотов инициирует увеличение числа оборотов вакуум-насоса, т.е. его производительности. Таким образом, вакуум поддерживается на постоянном уровне. С другой стороны, если вакуум в вакуумной магистрали превышает желаемый уровень, активируется электронный клапан быстрого действия, пропуская воздух в указанную магистраль и тем самым поддерживая вакуум в ней на постоянном желаемом уровне.
Недостатком описанных выше устройств контроля вакуума является невозможность оптимизировать их для достижения в достаточной степени постоянного и строго определенного вакуума в доильном стакане. Кроме того, представляется, что указанные устройства нельзя использовать для автономного управления уровнем пульсирующего вакуума.
Другой их недостаток заключается в невозможности использования в том случае, когда желаемый уровень вакуума непрерывно меняется во время доения, а также в других процедурах, связанных с доением, таких как промывание, очистка доильных стаканов и очищение сосков.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке улучшенной доильной системы и способа регулирования вакуума, причем указанные система и способ должны ослабить, по меньшей мере, некоторые из указанных выше недостатков, которые характерны для систем, известных из уровня техники.
Следующей задачей является разработка такой системы доения и такого способа, которые отличаются эффективностью, точностью, воспроизводимостью, маневренностью, быстротой, простотой, надежностью, низкой стоимостью и легкостью в использовании.
Указанные задачи, в числе прочих задач, решаются согласно настоящему изобретению посредством доильных систем и способов регулирования вакуума, охарактеризованных в прилагаемой формуле.
Согласно первому аспекту изобретения предлагается система доения, содержащая вакуум-насос, доильное оборудование, соединенное с указанным насосом посредством трубопровода, первый регулятор вакуума, предназначенный для того, чтобы поддерживать в доильном оборудовании предварительно заданный вакуум, а также второй регулятор вакуума, помещенный между первым регулятором и вакуум-насосом и предназначенный для выведения предварительно заданного вакуума на желаемый уровень. В предпочтительном варианте второй регулятор содержит датчик давления, предназначенный для измерения давления в системе доения, клапанный блок, открывающий доступ воздуха в трубопровод, и устройство управления, управляющее клапанным блоком в зависимости от измеренного уровня давления.
Согласно второму аспекту изобретения предлагается способ регулирования вакуума в системе доения, содержащей вакуум-насос и доильное оборудование, соединенное с указанным насосом посредством трубопровода. Способ включает следующие операции: поддержание предварительно заданного вакуума в доильном оборудовании посредством первого регулятора и выведение предварительно заданного вакуума на желаемый уровень посредством второго регулятора, установленного между первым регулятором и вакуум-насосом.
Посредством изобретения улучшаются технические приемы регулирования вакуума, причем можно обеспечить не только более стабильный предварительно заданный вакуум у кончика сосков доимого животного, но и средства для выведения предварительно заданного вакуума на любой желаемый уровень, лежащий между вакуумом в системе (созданным посредством вакуум-насоса) и фактически атмосферным давлением. Предусмотрена возможность применять изобретение в различных приложениях, включая те из них, в которых различные схемы доения во время его различных фаз используют различающиеся уровни вакуума.
Согласно третьему аспекту изобретения предлагается регулятор вакуума, предназначенный для системы доения, которая содержит вакуум-насос и доильное оборудование, соединенное с указанным насосом посредством трубопровода. Регулятор содержит датчик для измерения уровня давления в системе доения, соленоидный клапан, открывающий доступ воздуха в трубопровод и содержащий соленоид и тарель клапана, а также устройство управления, управляющее соленоидным клапаном в зависимости от измеренного уровня давления. Устройство управления, подавая на соленоид ток (предпочтительно в режиме широтно-импульсной модуляции, ШИМ), регулирует тем самым усилие, прикладываемое соленоидом к тарели клапана, и создает условия для прохождения тонкого слоя воздуха через соленоидный клапан в трубопровод.
Такой регулятор представляет собой простое, но, тем не менее, гибкое устройство, посредством которого можно улучшить регулирование вакуума в самых различных системах доения.
Согласно четвертому аспекту изобретения предлагается способ регулирования вакуума в описанной выше системе доения. Способ включает следующие операции:
измерение уровня давления в системе, открывание доступа воздуха в трубопровод посредством соленоидного клапана, содержащего соленоид и тарель, а также управление указанным клапаном в зависимости от измеренного уровня давления путем подачи тока (предпочтительно в режиме ШИМ) на соленоид. Тем самым регулируют силовое воздействие соленоида на тарель клапана, создавая условия для прохождения тонкого слоя воздуха через соленоидный клапан в трубопровод.
Другие признаки и преимущества изобретения будут ясны из последующего подробного описания вариантов его осуществления, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми фиг.1-4. Указанные чертежи приведены только с иллюстративными целями и не ограничивают объем изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схематичное изображение деталей системы доения согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.2 представляет схематичное изображение соленоидного клапана и деталей вакуумного трубопровода, содержащихся в показанной на фиг.1 системе доения.
Фиг.3 иллюстрирует способ регулирования, пригодный для использования в показанной на фиг.1 системе доения.
На фиг.4 представлен график зависимости уровня вакуума в показанной на фиг.1 системе доения от выходного сигнала ее регулирующего устройства.
Осуществление изобретения
Фрагмент системы доения согласно одному из вариантов осуществления изобретения представлен на фиг.1. Вакуум-насос 11 имеет сторону 12 всасывания и сторону 13 нагнетания, причем первая из них через вакуумный трубопровод 14 соединена с доильным оборудованием (в частности, доильным устройством) 15. Указанное устройство содержит коллектор 16, который через молочную трубку 17 и соединительную трубку 18 присоединен к доильному стакану 19, предназначенному для прикрепления к соску доимого животного, например коровы. Разумеется, доильное устройство 15 может содержать и несколько доильных коллекторов, для каждого из которых предусмотрена возможность присоединения к нескольким доильным стаканам. В варианте с доением коров для каждого животного нужно иметь в наличии четыре таких стакана.
Из доильного коллектора 16 молоко с помощью еще одной молочной трубки 20 транспортируется в принимающую емкость (молокосборник) 21, присоединенную к вакуумному трубопроводу 14. Предусмотрена возможность оборудовать указанную емкость сепаратором для периодического удаления сепарированной жидкой фазы и предотвращения попадания жидкости в трубопровод 14.
Кроме того, доильный коллектор 16 через соединительную трубку 22 присоединен к пульсатору 23. Указанный пульсатор можно присоединить к вакуум-насосу 11 через дополнительный вакуумный трубопровод 24, как это показано на чертеже. Тем самым создается возможность независимо друг от друга регулировать пульсацию и уровни доильного вакуума (вакуума, используемого для доения). В альтернативном варианте пульсатор 23 присоединен к вакуумному трубопроводу 14 и использует ту же регулировку вакуума, которая применяется для молочной трубки 17.
Вакуум-насос 11 всасывает поток воздуха из доильного устройства 15 через вакуумные трубопроводы 14 и 24. Посредством дополнительного трубопровода 24 и пульсатора 23 в камере (не показана) доильного стакана 19 известным образом создается пульсирующее субдавление, которое во время цикла пульсации изменяется, например, в интервале между атмосферным давлением и уровнем пульсирующего вакуума. Через вакуумный трубопровод 14 субдавление создается в принимающей емкости 21, в молочной трубке 20 и во внутреннем объеме (не показан) доильного стакана 19, контактирующем с соском. Под воздействием указанного доильного вакуума молоко засасывается из сосков в емкость 21.
Чтобы корректировать доильный вакуум с целью поддержания его на постоянном заданном уровне и регулировать пульсирующий вакуум таким образом, чтобы его максимальное значение в каждом цикле пульсации равнялось указанному уровню, в вакуумные трубопроводы 14, 24 установлены первые регуляторы 25, 26 вакуума соответственно.
Каждым из них может быть любой регулятор, известный из уровня техники, однако предпочтительно использовать недорогой и надежный механический регулятор вакуума. Например, каждый из регуляторов 25, 26 может представлять собой устройство мембранного типа, подробно описанное в документах WO 02/19804 и ЕР 0017493, содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылок на них.
Далее, согласно изобретению в соответствующих вакуумных трубопроводах 14, 24 предусмотрено наличие клапанных блоков 27, 28 соответственно, которые помещены между первым регулятором (соответственно 25, 26) и вакуум-насосом 11. Каждый из указанных блоков посредством отдельной линии передачи управляющего сигнала связан с устройством 29 управления. Кроме того, через соответствующую сигнальную линию к устройству 29 присоединены датчики 30а, 30b давления, размещенные в доильном устройстве 15. Каждый из них предназначен для периодического измерения уровня соответствующего давления в устройстве 15 и передачи значения указанного уровня на устройство 29 управления. Для измерения уровней доильного и пульсирующего вакуума, воздействующего на животное, предпочтительно поместить датчики 30а, 30b по отношению к доимому животному настолько близко, насколько это возможно. Так, обычно датчик 30а помещают в доильном стакане, доильном коллекторе или в молочной трубке 20, а датчик 30b - в доильном стакане, доильном коллекторе или соединительной трубке 22.
Для выведения предварительно заданного вакуума в вакуумных трубопроводах 14, 24 на желаемый уровень предусмотрено наличие соответствующих вторых регуляторов, сформированных клапанными блоками 27, 28 соответственно, устройством 29 управления и датчиками 30а, 30b давления соответственно. Для такого управления предпочтительно, чтобы устройство 29 управления регулировало указанные клапанные блоки в зависимости от периодически замеряемых уровней давления, оцениваемых датчиками 30а, 30b.
Разделение схем доильного вакуума (клапанный блок 27 и трубопровод 14) и пульсирующего вакуума (клапанный блок 28 и трубопровод 24) позволяет выводить вакуум в них соответственно на первый и второй желаемые уровни, различающиеся между собой. Если доильный вакуум и максимальное значение пульсирующего вакуума одинаковы, вакуумный трубопровод 24 с первым регулятором 26 и клапанным блоком 28 можно заменить трубопроводом, присоединяющим пульсатор 23 к вакуумному трубопроводу 14 между регулятором 25 и клапанным блоком 27.
Следует иметь в виду, что для регуляторов вакуума по изобретению предусмотрена возможность их использования с целью управления доильным вакуумом в нескольких (например, четырех) доильных стаканах.
В порядке альтернативы, каждый из нескольких доильных стаканов может быть присоединен к источнику вакуума индивидуально через соответствующие молочную трубку, принимающую емкость, вакуумный трубопровод и, как возможный вариант, первый регулятор вакуума и клапанный блок такого же типа, как и описанные выше блоки 27, 28. Каждый клапанный блок регулируется устройством 29 управления таким образом, чтобы в каждом доильном стакане можно было получить желаемый индивидуальный уровень вакуума. В такой схеме для различных стаканов можно установить различающиеся значения указанных уровней. Предлагаемое техническое решение может оказаться предпочтительным, если одна из четвертей вымени коровы заражена маститом и уровень вакуума в соответствующем доильном стакане приходится понизить, чтобы обработка такого соска носила более мягкий характер.
На фиг.2 клапанный блок 27 показан более детально. Левый конец вакуумного трубопровода 14 присоединен к вакуум-насосу 11 на стороне 12 всасывания. Указанный блок содержит соленоидный клапан 31, состоящий из соленоида 32 и тарели 33 клапана, причем клапан 31 присоединен к вакуумному трубопроводу 14. Через этот клапан открывается доступ воздуха в трубопровод 14 с получением желаемого заданного вакуума. На чертеже поток воздуха указан стрелками 34. Клапанный блок 27 имеет ограничитель (дроссель) 35 потока, расположенный перед клапаном 31.
Устройство 29 управления предназначено для подачи тока (предпочтительно в режиме 36 типа ШИМ) на соленоид 32, чтобы тем самым регулировать силовое воздействие (усилие) соленоида на тарель 33 клапана. При рабочем цикле 100% соленоидный клапан 31 полностью закрыт и контролируемый уровень вакуума будет таким же, как уровень вакуума в системе, созданный вакуум-насосом 11. При рабочем цикле 0% клапан 31 полностью открыт и контролируемый уровень вакуума будет близок к атмосферному давлению, завися при этом от соотношения между размером ограничителя 35 и емкостью клапана. Чтобы получить стабильный уровень вакуума в какой-то точке интервала между вакуумом в системе и атмосферным давлением, нужно сбалансировать поступление воздуха через клапан 31 и выход воздуха через ограничитель 35. С этой целью указанный клапан регулируют таким образом, чтобы его тарель 33 во время работы постоянно "плавала" (поддерживалась) на тонком слое 37 потока воздуха, поступающего в вакуумный трубопровод 14. Чем ниже желаемый предварительно заданный вакуум, тем тоньше будет слой 37.
Частота тока в режиме ШИМ должна быть достаточно высокой для того, чтобы включение/выключение такого тока не влияло на тарель 33 клапана. Подходящая частота может лежать в интервале 1-10 кГц.
Конструкция и параметры клапанного блока 28, расположенного в вакуумном трубопроводе 24 и создающего пульсирующий вакуум, предпочтительно аналогичны конструкции и параметрам клапанного блока 27.
Следует отметить, что положения соленоидного клапана 31 и ограничителя 35, ограничивающего поток воздуха, можно поменять местами без какого-либо воздействия на работу клапанного блока. В таком варианте указанный клапан будет сконструирован с возможностью регулирования потока воздуха, проходящего через трубопровод 14 по направлению к вакуум-насосу 11 со стороны 12 всасывания, а ограничитель 35 будет расположен за клапаном 31, чтобы открывать доступ наружного воздуха в трубопровод 14.
Должно быть понятно, что описанный выше соленоидный клапан 31 можно заменить другим клапаном или другим регулируемым средством открывания доступа воздуха, известными из уровня техники или понятными для специалистов в данной области.
В одном из вариантов осуществления доильное оборудование содержит счетчик молока, предназначенный для измерения молочного потока во время доения посредством доильного устройства 15. Предпочтительно поместить указанный счетчик в молочной трубке 20 или в принимающей емкости 21. Предусмотрена возможность подавать измеренные значения молочного потока на устройство 29 управления, с помощью которого можно регулировать соленоидный клапан 31 в зависимости от измеренных значений (см. документ US 4499854, содержание которого включено в настоящее описание посредством ссылки на него).
Регулятор вакуума по изобретению может быть использован, например, в доильной установке с высоким расположением трубопроводов, чтобы обеспечить стабильный вакуум в доильном коллекторе и в доильных стаканах даже в случае падения вакуума вследствие транспортировки молока и большого разброса высоты подъемов. Увеличение вакуума в системе (по сравнению с уровнем, обычным для систем доения) и применение регулятора вакуума по изобретению с возможностью измерять давление вблизи коллектора и стаканов позволяет поддерживать вакуум в доильных стаканах у желаемого уровня также и в случае более интенсивных молочных потоков (вплоть до заданной максимальной величины потока). Испытания показали, что для молочных потоков с расходом приблизительно 5,5 л/мин при повышении вакуума в системе до приблизительно 55 кПа достижим фактически постоянный уровень вакуума, составляющий у кончика сосков приблизительно 35 кПа.
В другом варианте осуществления изобретения устройство 29 управления регулирует соленоидный клапан 31 в ответ на ожидаемые (например, регулярно повторяющиеся) изменения вакуума в доильном устройстве 15. В число таких прогнозируемых изменений могут входить отклонения, происходящие вследствие регулярно изменяющегося пульсирующего вакуума. Фактически с пульсацией связана значительная часть флуктуаций вакуума, которую относительно легко предсказать.
В общем случае устройство 29 управления можно использовать для регулирования клапанных блоков 27, 28 в зависимости от уровней давления, повторяющимся образом измеряемых с помощью датчиков 30а, 30b. Целью такого контроля является обеспечение второй (внешней) регулировки предварительно заданного вакуума в добавление к первому (внутреннему) регулированию, проводимому посредством первых регуляторов 25, 26. Поскольку каждый из них выполняет функцию понижения градиента давления между сторонами регулятора, расположенными выше и ниже по течению потока, обычно невозможно определить уровень вакуума у кончика сосков доимого животного. Таким образом, указанный регулятор по изобретению помогает получить постоянный уровень вакуума в зоне, более близкой к доимому животному, посредством корректировки (например, увеличения) уровня вакуума еще до того, как регуляторы 25, 26 среагируют на изменение (например, падение) вакуума.
Регулятор вакуума по настоящему изобретению пригоден для применения в нескольких различающихся приложениях.
Например, предусмотрена возможность использовать его для выведения предварительно заданного вакуума на различающиеся требуемые уровни во время разных стадий доения животного посредством доильной системы. Такие системы описаны, например, в патентных документах US 4011838 и ЕР 0403549 А1, содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылок на них.
Далее, регулятор вакуума по изобретению можно применять для изменения (т.е. увеличения или уменьшения) предварительно заданного вакуума, чтобы получить различные схемы доения, каждая из которых имеет свой специфический набор таких параметров доения, как доильный вакуум, вакуум, пульсирующий с высокой или низкой частотой, частота и длительность импульсов. Каждый из таких параметров тестируют во время испытательного периода, после которого схемы доения оценивают с выбором одной из них для применения в следующем периоде доения, как это описано в патентной заявке Швеции №0403089-6 от 20.12.2004, поданной заявителем настоящего изобретения и озаглавленной "Method, computer program product and arrangement for controlling the milking by a milking machine" ("Способ, компьютерный программный продукт и устройство для управления доением с использованием доильной машины"). Содержание указанной заявки включено в настоящий документ посредством ссылки на нее.
Кроме того, регулятор вакуума по изобретению можно использовать для монотонного изменения (т.е. увеличения или уменьшения) предварительно заданного вакуума во время фазы доения коровы посредством доильной системы. В случае монотонного увеличения указанный вакуум можно повышать до тех пор, пока не будет достигнут требуемый уровень или пока молочный поток, замеряемый во время доения коровы посредством доильной системы, не составит заданную величину.
Далее, во время доения коровы с помощью вакуума регулятор по изобретению можно использовать для варьирования предварительно заданного вакуума в выбранном интервале уровней вакуума, с отслеживанием величин молочного потока от коровы во время указанного варьирования и для установки доильного вакуума в выбранном интервале на самом низком уровне, при котором молочный поток представляет собой, по меньшей мере, определенную долю максимального потока, зафиксированного во время указанного варьирования. Регулятор можно использовать также для поддержания доильного вакуума на установленном уровне во время следующей части цикла доения, как это описано в патентной заявке Швеции №0403088-8 от 20.12.2004, поданной заявителем настоящего изобретения и озаглавленной "Method, computer program product and arrangement for controlling the milking by a milking machine" ("Способ, компьютерный программный продукт и устройство для управления доением с использованием доильной машины"). Содержание указанной заявки включено в настоящий документ посредством ссылки на нее.
На фиг.3 иллюстрируется способ управления, реализованный в устройстве 29 управления. Тарель 33 клапана неподвижна в пределах большей части рабочего интервала давлений. Таким образом, конкретному градиенту давления, воздействующему на тарель 33, соответствует определенный рабочий цикл. Усилие, обусловленное разницей давлений, воздействующих на тарель, уравновешивается силой магнитного поля, прикладываемого соленоидом 32.
Устройством 29 управления, предназначенным для управления уровнем вакуума, может быть интегральный контроллер, выходной сигнал OI которого (соответствующий рабочему циклу) определяют согласно уравнению
O=OI=-kIΣErr dt,
где kI - интегральный коэффициент усиления, Err - разность между заданным (посредством устройства 29 управления) значением и реальным значением (измеренным датчиком 3а давления), a dt - интервал семплирования.
Такой способ обеспечит хорошую точность, но при значительном времени отклика. Высокое усиление может вызвать самовозбуждение, которое, безусловно, нежелательно. Время отклика можно улучшить, добавив к выходному сигналу еще один член, пропорциональный указанной разности:
Ор=ОI+kp Err.
Чтобы можно было применять линейное регулирование, нужно определить соотношение уровней вакуума и выходного сигнала. Это можно сделать автоматически при включении. Один из способов такого определения, отличающийся простотой и быстродействием, включает выбор двух различающихся уровней V1, V2 вакуума и определение (с помощью интегрального контроллера), каким уровням O1, O2 выходного сигнала они соответствуют. Поскольку характеристика процесса нелинейна, предпочтительно, чтобы оба различающихся уровня вакуума были близки к желаемому уровню. На фиг.4 представлен график уровней вакуума в виде функции от уровней выходного сигнала, причем отмечены два уровня вакуума (V1, V2) и соответствующие им уровни O1, O2 выходного сигнала.
Тогда коэффициент пропорциональности определится из выражения
Ор=Ос+kp Err,
где Ос - выходной сигнал, вычисленный на основе линейной интерполяции и/или экстраполяции графика, показанного на фиг.4.
Регулирование можно дополнительно улучшить, добавив член в виде производной. В таком варианте регулятор становится пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) контроллером.
Следует подчеркнуть, что вышеописанные различные варианты осуществления не имеют ограничительного характера по отношению к особенностям и признакам изобретения, объем которого определяется прилагаемой формулой.
1. Система доения, содержащая вакуум-насос (11), доильное оборудование (15), трубопровод (14), соединяющий доильное оборудование с вакуум-насосом, и первый регулятор (25) вакуума, предназначенный для поддержания предварительно заданного вакуума в доильном оборудовании, отличающаяся тем, что снабжена вторым регулятором вакуума, помещенным между первым регулятором вакуума и вакуум-насосом и предназначенным для выведения предварительно заданного вакуума на желаемый уровень, при этом доильное оборудование содержит счетчик молока, предназначенный для измерения молочного потока во время доения посредством доильного оборудования, второй регулятор вакуума содержит регулируемое впускное средство для воздуха, открывающее доступ воздуха в трубопровод, и устройство управления для управления указанным впускным средством в зависимости от измеренного молочного потока.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй регулятор содержит датчик (30а) давления, предназначенный для измерения давления в системе доения, регулируемое средство впуска воздуха, открывающее доступ воздуха в трубопровод, и устройство (29) управления, предназначенное для управления вторым регулятором вакуума в зависимости от измеренного давления.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что датчик давления установлен в доильном оборудовании.
4. Система по п.3, отличающаяся тем, что доильное оборудование содержит доильный стакан (19), молочную трубку (17, 20) и, как вариант, доильный коллектор (16), а датчик давления помещен в доильный стакан, в молочную трубку или, как вариант, в доильный коллектор.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй регулятор вакуума содержит соленоидный клапан (31), содержащий соленоид (32) и тарель (33) клапана, при этом соленоидный клапан подключен к трубопроводу и выполнен с возможностью пропускать воздух, поступающий в трубопровод, чтобы обеспечить достижение желаемого заданного вакуума.
6. Система по п.5, отличающаяся тем, что устройство управления предназначено для подачи на соленоид тока, предпочтительно в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для регулирования усилия, прикладываемого соленоидом к тарели клапана.
7. Система по п.5 или 6, отличающаяся тем, что тарель клапана второго регулятора вакуума выполнена с возможностью удерживаться в процессе ее использования, на тонком слое (37) воздуха, поступающего в трубопровод.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй регулятор вакуума содержит регулируемое впускное средство для воздуха, открывающее доступ воздуха в трубопровод, и устройство управления для управления указанным впускным средством в ответ на прогнозируемые изменения вакуума в доильном оборудовании.
9. Система по п.8, отличающаяся тем, что указанные прогнозируемые изменения вакуума включают изменения, обусловленные пульсирующим вакуумом в доильном оборудовании.
10. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй регулятор предназначен для выведения предварительно заданного вакуума на различающиеся желаемые уровни во время различных фаз доения животного посредством указанной системы.
11. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй регулятор вакуума предназначен для монотонного повышения предварительно заданного вакуума во время фазы доения животного посредством указанной системы.
12. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй регулятор вакуума предназначен для монотонного повышения предварительно заданного вакуума до тех пор, пока не будет достигнут заданный уровень вакуума или молочного потока, измеряемого во время доения животного посредством указанной системы.
13. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство управления обеспечивает управление указанным впускным средством в режиме линейного регулирования, при этом указанное устройство управления предназначено для выбора при запуске системы доения, по меньшей мере, двух различающихся уровней вакуума и определения посредством управления с обратной связью управляющих сигналов, соответствующих этим уровням вакуума.
14. Система по п.13, отличающаяся тем, что два указанных уровня вакуума выбраны вблизи заданного уровня.
15. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый регулятор вакуума представляет собой механический регулятор, функционирующий с целью понижения градиента давления между сторонами указанного регулятора, расположенными выше и ниже по течению потока.
16. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй регулятор вакуума предназначен для выведения доильного вакуума в системе на первый желаемый уровень, при этом система содержит третий регулятор вакуума, предназначенный для выведения пульсирующего вакуума системы на второй желаемый уровень.
17. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит (а) три дополнительных комплекта доильного оборудования, каждый из которых содержит доильный стакан и молочную трубку; (б) три дополнительных трубопровода, каждый из которых соединяет один из указанных комплектов с вакуум-насосом; и (в) три дополнительных вторых регулятора вакуума, каждый из которых предназначен для выведения вакуума в одном из указанных комплектов на желаемый индивидуальный уровень.
18. Система по п.17, отличающаяся тем, что вторые регуляторы вакуума предназначены для выведения вакуума в комплектах доильного оборудования на различающиеся уровни.
19. Способ регулирования вакуума в системе доения, которая содержит вакуум-насос (11), доильное оборудование (15) и трубопровод (14), соединяющий доильное оборудование с вакуум-насосом, отличающийся тем, что включает операции:
поддержания предварительно заданного вакуума в указанном доильном оборудовании посредством первого регулятора (25) вакуума и
выведения предварительно заданного вакуума на желаемый уровень посредством второго регулятора вакуума, установленного между первым регулятором и вакуум-насосом,
при этом измеряют с помощью счетчика молока молочный поток во время доения посредством доильного оборудования, передают измеренные значения молочного потока на устройство (29) управления и управляют вторым регулятором вакуума в зависимости от измеренного молочного потока.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что включает операции:
- измерения уровня давления в доильном оборудовании, предпочтительно в доильном стакане, в молочной трубке или в доильном коллекторе указанного оборудования,
- открывания доступа воздуха в трубопровод посредством второго регулятора вакуума и
- управления указанным вторым регулятором в зависимости от измеренного уровня давления.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что
второй регулятор вакуума содержит соленоидный клапан (31), содержащий соленоид (32) и тарель (33) клапана, а
доступ воздуха в указанный трубопровод открывают посредством подачи тока, предпочтительно в режиме ШИМ, на соленоид, чтобы тем самым регулировать усилие, прикладываемое соленоидом к тарели клапана так, что тарель в процессе ее использования непрерывно удерживается на тонком слое (37) воздуха, поступающего в трубопровод.
22. Способ по любому из пп.19-21, отличающийся тем, что вторым регулятором вакуума управляют в ответ на прогнозируемые изменения вакуума в доильном оборудовании.
