CN115250925A - 一种楼房猪舍通风集中调控系统、方法及可读介质 - Google Patents

一种楼房猪舍通风集中调控系统、方法及可读介质 Download PDF

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Abstract

本发明属于通风调控技术领域，涉及一种楼房猪舍通风集中调控系统、方法及可读介质，包括：检测单元、集中控制处理单元、分层执行单元和操作输入单元；检测单元用于获得猪舍内环境参数和分层执行单元的负荷；集中控制处理单元接收检测单元获得的环境参数和分层执行单元的负荷，结合不同猪群结构对环境的要求，输出各层具体调控环境指令；分层执行单元接收并执行各层具体调控环境指令，对各层猪舍进行调控；操作输入单元用于参数输入并对各层具体调控环境指令进行修正。其有效解决了现有技术中楼房猪舍各层通风不精准、生产效率不高和卫生防疫风险大等问题。

Description

一种楼房猪舍通风集中调控系统、方法及可读介质
技术领域
本发明属于通风调控技术领域，涉及一种楼房猪舍通风集中调控系统、方法及可读介质。
背景技术
我国人口众多，土地资源有限，适应耕作土地1.13亿hm2，人均不到0.11hm2。为了充分利用有限的土地资源，实现经济社会的可持续发展，楼房猪舍如雨后春笋般拔地而起。然而区别与之前主流的单层猪舍，楼房猪舍的通风调控更具有复杂性和挑战性。猪群体温调节机能较差，夏季的高温多湿和冬季的寒冷，给猪的生理机能和生产效益带来恶劣影响，该问题可以通过通风量的控制来解决。传统集中通风系统下的楼房猪舍通风控制，可以在节约设备和占用面积相对小的情况下避免气流交叉，但是很难实现每层猪舍通风量的精准控制，很容易造成气体各层分布不均匀，如第一层通风量很大，而第七层通风量很可能很小，各楼层的通风量不能满足其猪群的需要，因此，精准通风系统可以提高楼房猪舍的生产效率。与此同时，近年来对养猪业的卫生防疫越来越重视，如近年流行的非洲猪瘟不仅造成生猪存栏量大幅下降，使生猪产业蒙受巨大损失，若通风调控精准则可大大降低卫生防疫的风险，这也对楼房猪舍的精准通风调控提出了更高的要求。因此对楼房猪舍精准通风进行研究意义重大。单纯套用传统集中通风系统不仅不能解决通风问题，反而可能降低生产效率并带来卫生防疫风险，故现阶段还缺少成熟可靠的楼房猪舍精准通风控制系统。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供了一种楼房猪舍通风集中调控系统、方法及可读介质，其有效解决了现有技术中楼房猪舍各层通风不精准、生产效率不高和卫生防疫风险大等问题。
为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种楼房猪舍通风集中调控系统，包括：检测单元、集中控制处理单元、分层执行单元和操作输入单元；检测单元用于获得猪舍内环境参数和分层执行单元的负荷；集中控制处理单元接收检测单元获得的环境参数和分层执行单元的负荷，结合不同猪群结构对环境的要求及其所导致的空气阻力特征，输出各层具体调控环境指令；分层执行单元接收并执行各层具体调控环境指令，对各层猪舍进行调控；操作输入单元用于参数输入并对各层具体调控环境指令进行修正。
进一步，检测单元包括环境采集模块和执行单元运行负荷监测模块，环境采集模块通过热环境参数采集传感器采集环境参数，执行单元运行负荷监测模块实施检测各层猪舍中的分层执行单元的运行状况。
进一步，热环境参数采集传感器包括温度传感器、风速传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器布置在各楼层的进风口处、中端和出风口处，风速传感器布置在各楼层的进风口处，从而获取进风口处的空气流速。
进一步，集中控制处理单元通过CFD模拟和模型验证多组实验获得各层具体猪群结构所导致的阻力特征变化，并结合阻力特征变化进行调控环境指令调控。
进一步，分层执行单元包括若干电机组、风机和采暖设备，电机组布置在各层进风口处，控制挡风板开启角度和通风口面积；风机布置于楼房猪舍的顶部，采暖设备布置于各层猪舍中，用于对各层猪舍进行温度调节。
进一步，对各层猪舍进行调控包括对挡风板开启角度、通风口面积、风机运行功率和取暖设备运行及逆行调控。
进一步，操作输入单元用于输入各通风运行方案的通风量以及分层执行单元的运行负荷情况，分层执行单元的运行负荷情况包括各楼层猪舍实际生产中各电机组、风机和采暖设备的运行负荷情况。
进一步，调控系统还包括通风方案存储单元和通风作业记录单元，通风方案存储单元用于存储接收到的集中控制处理单元修改的通风方案时，或是操作输入单元中修改的通风方案；按照修改的通风方案进行通风，并将修改的通风方案存储到其中；通风作业记录单元用于实时记录作业信息，并当通风方案的执行条件发生变化时，停止通风方案的执行。
本发明还公开了一种楼房猪舍通风集中调控方法，用于上述任一项楼房猪舍通风集中调控系统，包括以下步骤：获取各层猪舍的热环境和其中分层执行单元的运行负荷；将热环境和运行负荷传输至集中控制处理单元，集中控制处理单元判断热环境是否属于目标范围；若是，集中控制处理单元不输出指令，保持当前分层执行单元的运行状况；若否，集中控制处理单元输出各层具体调控环境指令，分层执行单元根据各层具体调控环境指令对各层猪舍环境进行调控，控制单元同时结合不同猪群结构的阻力性能特征进行调控；检测单元经过预设时间后再次检测各层猪舍的热环境和其中分层执行单元的运行负荷，传输至集中控制处理单元中对各层具体调控环境指令进行调整。
本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行根据上述任一项楼房猪舍通风集中调控方法。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明提供了一种“分层进风，集中出风”的多层精准通风模式，“分层进风”实现了楼房猪舍的分层调控，满足各层猪群对通风量需求的同时，又采用“集中出风”的方式，方便后续排气处理以达标排放，降低了卫生防疫的风险。
2、本发明通过CFD模拟和模型验证的方式，对不同猪群结构在不同风速下的流场进行了多组实验并分析，一方面把不同猪群的阻力可视化，使模拟更准确更具有说服力，贴合现实，另一方面成本比现实的风洞实验低且具有可调整改动性，模拟验证的方法具有说服力和经济性，同时模拟得出的不同猪群阻力系数应用于控制系统之中，有效保障通风系统的准确性。
3、本发明实现了自动化控制，在解决楼房猪舍多层通风精准控制的同时，减少人力需求和通风浪费，节约成本。
附图说明
图1是本发明一实施例中楼房猪舍通风集中调控系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例中楼房猪舍通风集中调控方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了解决现有技术中存在的楼房猪舍各层通风不精准、生产效率不高和卫生防疫风险大等问题。本发明提出了一种楼房猪舍通风集中调控系统、方法及可读介质，具体涉及通风调控的技术领域。通过对各层猪舍通风系统的集中调控，实现楼房猪舍通风系统的统一管理，该系统包括检测单元、集中控制处理单元、操作输入单元和分层执行单元。其中降温通风规则包括：当楼房猪舍通风热环境参数不属于目标范围时，若猪舍的平均热环境参数与目标范围极值之差不属于预设的参数差范围，则确定满足降温通风规则。其综合考虑楼房猪舍通风模式和热环境参数以及猪群结构导致的阻力性能变化等诸多因素，确定降温通风规则，并且可由相关人员根据信息对方案进行调整后执行；在自动控制前面加了人工确认的环节，避免了因为楼房猪舍信息参数不够全面、实施信息不准确和相关基础设施的限制而出现的安全事故。下面结合附图，通过实施例对本发明的方案进行详细说明。
实施例一
本实施例公开了一种楼房猪舍通风集中调控系统，如图1所示，包括：检测单元、集中控制处理单元、分层执行单元和操作输入单元；检测单元用于获得猪舍内环境参数和分层执行单元的负荷；集中控制处理单元接收检测单元获得的环境参数和分层执行单元的负荷，结合不同猪群结构对环境的要求及不同猪群结构所产生的的阻力特征变化，对各层猪舍的环境进行判断处理，然后输出各层具体调控环境指令；分层执行单元接收并执行各层具体调控环境指令，对各层猪舍进行调控；操作输入单元用于参数输入并对各层具体调控环境指令进行修正。
检测单元包括环境采集模块和执行单元运行负荷监测模块，环境采集模块通过热环境参数采集传感器采集各层猪舍内温度、气流流速和湿度等热环境参数，执行单元运行负荷监测模块实施检测各层猪舍中的分层执行单元的运行状况，并传输到集中控制处理单元。热环境参数采集传感器包括温度传感器、风速传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器布置在各楼层的进风口处、中端和出风口处，风速传感器布置在各楼层的进风口处，从而获取进风口处的空气流速。检测单元会实时将二者传输给集中控制处理单元。环境采集模块可根据具体生产需要，在考虑通风方案科学性的前提下，对传感器的布置位置和数量进行调整。
集中控制处理单元基于检测单元采集到热环境参数和设备负荷情况，结合不同猪群结构对环境的要求及不同猪群结构产生的阻力特征变化，依据CFD模拟和模型验证多组实验得出环境参数、通风量、猪群阻力参数三者耦合关系模型，对各层猪舍的通风环境进行判断，及时输出各层针对通风挡板及风机的具体调控环境指令。集中控制处理单元的猪群阻力性能特征及其配套通风方案依据CFD模拟和模型验证得出。其中CFD模拟通过构建实际楼房猪舍的模型和求解不同猪群结构的阻力系数，模拟在不同猪群阻力系数下进行多组流体模拟实验并进行分析，通过多组通风方案的比对和联立求解，得出在该楼房猪舍条件下，该猪群结构的最适通风方案，包括风速等指标；模型验证通过搭建等比例缩小的亚克力楼房猪舍模型，根据有色烟雾穿过模型是否均匀等指标验证CFD模拟出的最适通风方案。通过二者得出的最适通风方案储备作为集中控制处理单元的通风方案依据。
分层执行单元包括若干电机组、风机和采暖设备，这些设备接收到集中控制处理单元的调控指令后，立即按照指令执行，对各自所调控楼层的猪舍进行调控；电机组布置在各层进风口处，控制挡风板开启角度和通风口面积；风机布置于楼房猪舍的顶部，对各层采用“集中出风”的模式，采暖设备布置于各层猪舍中，从而控制各层空气温度。当接收到集中控制处理单元的调控指令后，立即按照指令进行调控，对各自所调控楼层的猪舍进行控制，对各层猪舍进行调控包括对挡风板开启角度、通风口面积、风机运行功率和取暖设备运行及逆行调控。分层执行单元接受各层具体调控环境指令并运行预设时间后，检测单元再次检测猪舍内环境参数和分层执行单元的负荷，将其传输至集中控制处理单元。该集中控制处理单元判断是否需要再次发送调控指令，从而优化调控。其能够实现楼房猪舍各层通风监测和自动调控，不仅能够集中实施调控楼房猪舍各层的通风，还能连续采集猪舍热环境参数，有利于实现智慧农业，科学生产，可用于楼房猪舍的通风工程上。
操作输入单元用于输入各通风运行方案的通风量以及分层执行单元的运行负荷情况，分层执行单元的运行负荷情况包括各楼层猪舍实际生产中各电机组、风机和采暖设备的运行负荷情况。该操作界面可由实际生产管理人员操作。
调控系统还包括通风方案存储单元和通风作业记录单元，通风方案存储单元用于存储接收到的集中控制处理单元修改的通风方案时，或是操作输入单元中修改的通风方案；按照修改的通风方案进行通风，并将修改的通风方案存储到其中；通风作业记录单元用于实时记录作业信息，并当通风方案的执行条件发生变化时，停止通风方案的执行。
本实施例的通风方案与传统的通风系统相比，具有明显的优势。传统的通风技术适用于单层猪舍的通风调控环境中，而现如今的楼房猪舍正在蓬勃发展，其对比单层猪舍而言，在生产集约化的同时，通风调控更加复杂并在实际生产中制约了楼房猪舍的发展。而且传统的通风技术中，由于通风条件的判断需要人工判断过程较为繁琐，实际操作时经常需要依靠经验来完成，存在一定的主观性，并容易导致低效、无效通风甚至有害通风现象的发生，但一般的智能通风系统，由于受到目前的检测方法与猪舍基础设施不足等方面的限制，在实际应用还存在许多需要解决的问题。而本发明通过该通风方案，将自动通风与人工判断相结合，同时充分考虑了不同猪群结构造成的猪舍内部阻力特征变化，可配合风机性能曲线实现猪舍精准通风调控，避免因为各种参数不稳定造成的误判问题，也可以避免因为信息更新不及时造成的安全问题。通过实际生产中不断完善通风方案，可以使其与楼房猪舍更加融合，从而使给出的方案更加贴近实际、更加实用高效。
实施例二
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种楼房猪舍通风集中调控方法，如图2所示，用于上述任一项楼房猪舍通风集中调控系统，包括以下步骤：
S1获取各层猪舍的热环境，包括各层的温度、气流流速和湿度和其中分层执行单元的运行负荷；
S2将热环境和运行负荷传输至集中控制处理单元，集中控制处理单元判断热环境是否属于目标范围；
S3若是，集中控制处理单元不输出指令，保持当前分层执行单元的运行状况；
S4若否，集中控制处理单元结合不同楼层不同猪群结构导致的空气阻力特征输出各层具体调控环境指令，分层执行单元根据各层具体调控环境指令对各层猪舍环境进行调控，其中对各层猪舍进行调控包括对挡风板开启角度、通风口面积、风机运行功率和取暖设备运行及逆行调控；
S5检测单元经过预设时间后再次检测各层猪舍的热环境和其中分层执行单元的运行负荷，传输至集中控制处理单元中对各层具体调控环境指令进行调整。集中控制处理单元持续基于检测单元传输的数据评价调控效果，并判断是否需要再次发送调控指令，直到检测值在目标范围内，维持动态平衡，调控结束，进而实现各层通风的精准控制。
本发明实施方式提供的楼房猪舍精准实时调控多层通风方案，综合考虑楼房猪舍通风模式和热环境参数以及猪群结构阻力特征等诸多因素，确定降温通风规则，并且可由相关人员根据信息对方案进行调整后执行；在自动控制前面加了人工确认的环节，避免了因为楼房猪舍信息参数不够全面、实施信息不准确和相关基础设施的限制而出现的安全事故。
实施例三
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行根据上述任一项楼房猪舍通风集中调控方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种楼房猪舍通风集中调控系统，其特征在于，包括：检测单元、集中控制处理单元、分层执行单元和操作输入单元；
所述检测单元用于获得猪舍内环境参数和所述分层执行单元的负荷；
所述集中控制处理单元接收所述检测单元获得的环境参数和所述分层执行单元的负荷，结合不同猪群结构对环境的要求及其所导致的空气阻力特征，输出各层具体调控环境指令；
所述分层执行单元接收并执行所述各层具体调控环境指令，对各层猪舍进行调控；
所述操作输入单元用于参数输入并对所述各层具体调控环境指令进行修正。
2.如权利要求1所述的楼房猪舍通风集中调控系统，其特征在于，所述检测单元包括环境采集模块和执行单元运行负荷监测模块，所述环境采集模块通过热环境参数采集传感器采集环境参数，所述执行单元运行负荷监测模块实施检测各层猪舍中的分层执行单元的运行状况。
3.如权利要求2所述的楼房猪舍通风集中调控系统，其特征在于，所述热环境参数采集传感器包括温度传感器、风速传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器布置在各楼层的进风口处、中端和出风口处，所述风速传感器布置在各楼层的进风口处，从而获取进风口处的空气流速。
4.如权利要求1所述的楼房猪舍通风集中调控系统，其特征在于，所述集中控制处理单元通过CFD模拟和模型验证多组实验获得各层具体猪群结构所导致的阻力特征变化，并结合所述阻力特征变化进行调控环境指令调控。
5.如权利要求1所述的楼房猪舍通风集中调控系统，其特征在于，所述分层执行单元包括若干电机组、风机和采暖设备，所述电机组布置在各层进风口处，控制挡风板开启角度和通风口面积；风机布置于楼房猪舍的顶部，采暖设备布置于各层猪舍中，用于对各层猪舍进行温度调节。
6.如权利要求5所述的楼房猪舍通风集中调控系统，其特征在于，所述对各层猪舍进行调控包括对挡风板开启角度、通风口面积、风机运行功率和取暖设备运行及逆行调控。
7.如权利要求1所述的楼房猪舍通风集中调控系统，其特征在于，所述操作输入单元用于输入各通风运行方案的通风量以及所述分层执行单元的运行负荷情况，所述分层执行单元的运行负荷情况包括各楼层猪舍实际生产中各电机组、风机和采暖设备的运行负荷情况。
8.如权利要求1所述的楼房猪舍通风集中调控系统，其特征在于，所述调控系统还包括通风方案存储单元和通风作业记录单元，所述通风方案存储单元用于存储接收到的集中控制处理单元修改的通风方案时，或是所述操作输入单元中修改的通风方案；按照修改的通风方案进行通风，并将所述修改的通风方案存储到其中；所述通风作业记录单元用于实时记录作业信息，并当通风方案的执行条件发生变化时，停止通风方案的执行。
9.一种楼房猪舍通风集中调控方法，其特征在于，用于所述权利要求1-8任一项所述的楼房猪舍通风集中调控系统，包括以下步骤：
获取各层猪舍的热环境和其中分层执行单元的运行负荷；
将所述热环境和运行负荷传输至所述集中控制处理单元，所述集中控制处理单元判断所述热环境是否属于目标范围；
若是，所述集中控制处理单元不输出指令，保持当前分层执行单元的运行状况；
若否，所述集中控制处理单元输出各层具体调控环境指令，所述分层执行单元根据所述各层具体调控环境指令对各层猪舍环境进行调控，控制单元同时结合不同猪群结构的阻力性能特征进行调控；
所述检测单元经过预设时间后再次检测各层猪舍的热环境和其中分层执行单元的运行负荷，传输至所述集中控制处理单元中对所述各层具体调控环境指令进行调整。
10.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求9所述的楼房猪舍通风集中调控方法。
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