Разработка осветительной установки молочной фермы с использованием автоматической системы управления освещением

Искусственное освещение животноводческих помещений – это одна из
многочисленных отраслей современной светотехники. В сельском хозяйстве на
освещение и облучение расходуется до 15% всего объема (1054,5 млрд. кВт·часов)
потребления электроэнергии в стране [1]. Целенаправленное развитие молочной
отрасли в целом имеет исключительно важное значение в обеспечении населения
необходимыми продуктами питания, а также укрепляет продовольственную
независимость страны. Современный животноводческий комплекс представляет
собой совокупность предприятий, занимающихся производством продукции на
промышленной основе. Ключевой особенностью предприятий животноводческого
комплекса является тесная взаимосвязь всех этапов производства,
технологических решений и организационной структуры. Современный подход к
эксплуатации животноводческого комплекса характеризуется рациональной
организацией рабочего процесса и грамотным использованием ресурсов, в том
числе и энергетических.
Актуальность работы исходит из государственной программы развития
сельского хозяйства (Постановление от 19 декабря 2014 г №1421 «О внесении
изменений в Государственную программу развития сельского хозяйства и
регулирования рынка сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия
на 2013-2020 годы»), один из путей повышения эффективности и
конкурентоспособности продукции сельскохозяйственных производителей – это
техническая и технологическая модернизация производства. На помощь аграриям
в модернизации помещений в 2018 году из Федерального бюджета выделено
197 957 808,9 тыс. рублей.
В соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 6 августа
2014 года №560 «О применении отдельных специальных экономических мер в
целях обеспечения безопасности Российской Федерации» развитие молочного
скотоводства является важнейшим направлением программы импортозамещения в
аграрной сфере с целью повышения продуктивности животных и снижения затрат
на производство молока. Государство взяло на себя функции поддержки аграриев
по всей России, сельскохозяйственные предприятия нуждаются в модернизации
производства, в том числе и системы освещения, расширения масштабов и
увеличения объемов производства. В первом квартале 2017 года объем
производства молока в сельхозорганизациях вырос на 4,3% к уровню
аналогичного периода прошлого года и составил 1,22 млн. тонн [2].
На сегодняшний день приоритетным направлением развития молочной
индустрии следует считать повышение продуктивности животных, т.е. увеличение
удоев и снижение затрат на производство молока. Сюда следует отнести
модернизацию осветительных систем животноводческих предприятий с
внедрением интеллектуальных систем управления освещением. На молочной
ферме, свет является одним из важнейших факторов параметров микроклимата
животных. От уровня освещенности и спектрального состава света зависит рост и
развитие, здоровье и репродуктивные функции животных, а также расход кормов
и качество полученной продукции. При создании искусственной среды обитания
для сельскохозяйственных животных особая роль отводится световому режиму,
который наиболее полно раскрывает функциональные возможности организма.
Согласно [3, 4] свет воспринимается сетчаткой глаза и влияет на производство
мелатонина, гормона, вырабатываемого во время сна, являющегося важным
элементом для внутренних часов в организме животных в зависимости от
продолжительности дня и ночи. Наличие удлиненного светового дня (до 16 часов)
позволяет свету препятствовать производству мелатонина и увеличивая пролактин
и IGF-1. В среднем удлиненный световой день и повышенный уровень
освещенности (не более 200 люкс) по сравнению с нормами [5] позволяет
добиться повышения надоев молока на 2,5-3 (12-15%) литра в день.
В связи с вышеизложенным целью данной работы являлось исследование
оптимального светового климата (спектральный состав, интенсивность) для
крупного рогатого скота в животноводческих помещениях и повышение
эффективности системы искусственного освещения в результате использования
энергосберегающих осветительных средств, позволяющих снизить расход
электрической энергии на процесс освещения.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1) Изучить влияние различных участков оптического диапазона
(ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение) на физиологические
показатели и продуктивные качества коров;
2) Разработать проект реконструкции осветительной установки молочной фермы,
удовлетворяющей необходимым светотехническим параметрам: светотехнический
раздел (проектирование в программном комплексе Dialux), электротехнический
раздел (трассировка кабельных линий, однолинейная принципиальная схема);
3) Разработать проект автоматической системы управления освещением объекта
исследования по стандартному цифровому протоколу DALI: проанализировать
существующие электроэнергетические системы управления электроснабжением
осветительных установок; рассмотреть подходы к выбору времени включения и
отключения распределенных осветительных установок, а также режимов их
работы; получить данные измеренных значений естественной (солнечной)
освещенности, провести их статистическую обработку; разработать алгоритмы
принятия решения об эффективном времени включения и отключения
распределенных систем электроснабжения осветительных установок;
4) Выполнить технико-экономический анализ эффективности внедрения данных
мероприятий.
Объект исследования: электроэнергетическая система на
сельскохозяйственном производственном кооперативе (СПК «Белосток», с.
Пудовка, Кривошеинский район, Томская область), в состав которой входит
система электроснабжения осветительных установок.
Предмет исследования: методы управления системой электроснабжения
осветительных установок.
Научная новизна: разработан алгоритм управления системой
электроснабжения осветительных установок с использованием цифрового
протокола DALI на основе поступающих от датчиков данных о состоянии
естественной освещенности, текущего времени суток и календарного дня года.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ