23 dr in¿. Aleksander JÊDRUŒ
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut In¿ynierii Biosystemów e-mail: aljed@up.poznan.pl
Streszczenie
W Instytucie In¿ynierii Biosystemów Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu opracowano komputerowy system diagnostyki temperaturowej krów. Na podstawie badañ dokonano oceny funkcjonalnej nowych czujników temperatury mleka zamontowanych w kubkach udojowych z u¿yciem specjalnego programu komputerowego. Na podstawie zarejestrowanych w czasie badañ oborowych termografów sp³ywu mleka z æwiartek wymion krów okreœlono czêstotliwoœæ wystêpowania poszczególnych komunikatów dzia³ania termistorów.
: czujnik temperatury, dój maszynowy, termograf S³owa kluczowe
OCENA FUNKCJONALNA NOWYCH CZUJNIKÓW
TEMPERATURY MLEKA
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 6/2015 Wprowadzenie
W latach 2011-2014 w Instytucie In¿ynierii Biosystemów Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu opracowano kom-puterowy system diagnostyki temperaturowej krów [5]. Istot¹ dzia³ania nowego aparatu jest mo¿liwoœæ wykrywania w czasie doju maszynowego rui krów, wczesnej ci¹¿y, stanów zapalnych æwiartek wymienia oraz w ograniczonym stopniu innych schorzeñ. Sygna³em diagnostycznym s¹ wartoœci temperatur mleka sp³ywaj¹cego z æwiartek wymion krów rejestrowane automatycznie w czasie doju, przetwarzane programowo z u¿y-ciem algorytmu wnioskowania diagnostycznego (opracowa-nego w Katedrze Hodowli Byd³a Uniwersytetu Rolniczego im. H. Ko³³¹taja w Krakowie). Komputerowy system diagnostyki temperaturowej krów sk³ada siê z nastêpuj¹cych podzespo³ów: - aparatu udojowego Classic 300 firmy GEA Farm
Technologies,
- czterech termistorowych czujników temperatury TT4-5KC3-25-3500-UPP zamontowanych w kubkach udojowych,
- modu³u mikroprocesorowego zawieraj¹cego m.in. blok zasilania termistorów, szeœciokana³owy blok automatycz-nej rejestracji sygna³ów pomiarowych z 16 bitowym prze-twornik A/C delta-sigma oraz pamiêci¹ pó³przewodni-kow¹, blok ekspozycji wyników z wyœwietlaczem LCD alfanumerycznym 16x2 zgodnym ze sterownikiem HD 44780 oraz akumulator,
- wyposa¿enia udojowego i dodatkowego: wieszaka ze stali kwasoodpornej, z³¹cza zintegrowanego, pulsatora, wê¿a mlecznego, podciœnieniowego i innych,
- interfejsu USB, komputera PC z specjalnym programem komputerowym.
Program komputerowy zawiera cztery podprogramy:
, , oraz .
W podprogramie stosowanych jest szeϾ
algorytmów: cztery algorytmy diagnostyczne ( ,
, , )
oraz dwa algorytmy pomiarowe ( ,
) . A l g o r y t m y d i a g n o s t y c z n e wykorzystywane s¹ dla celów temperaturowej diagnostyki wybranych stanów fizjologicznych i zdrowotnoœci gruczo³ów mlekowych krów, z kolei algorytmy pomiarowe wyko-rzystywane s¹ w celu analizy kszta³towania siê temperatury mleka w czasie doju maszynowego krów oraz oceny dzia³ania czujników temperatury zamontowanych w kubkach udojo-wych [5].
Rejestrator Baza danych Analiza danych Diagnostyka Analiza danych
Wykrywanie rui Wykrywanie wczesnej ci¹¿y Stany Podkliniczne Stany ostre Analiza temperaturowa D z i a ³ a n i e c z u j n i k ó w
Wiarygodnoœæ diagnostyki stanów fizjologicznych i zdro-wotnoœci wymion krów w oparciu o rejestrowane automa-tycznie w czasie doju wartoœci temperatur mleka sp³ywaj¹cego z æwiartek wymion krów w pierwszej kolejnoœci uzale¿niona jest od poprawnoœci wskazañ czujników temperatury zamontowanych w kubkach udojowych [2, 7, 8]. W trakcie doju maszynowego krów mog¹ pojawiaæ siê zak³ócenia wp³ywaj¹ce na warunki pomiaru temperatury mleka w kubku udojowym [6]. Analiza rejestrowanych w czasie dojów wartoœci temperatur mleka w celach diagnostycznych wymaga prawid³owej interpretacji termografów, co jest zagadnieniem bardzo z³o¿onym. Nie wszystkie rejestrowane zak³ócenia przebiegów sp³ywu mleka z æwiartek wymion krów mog¹ byæ traktowane jak b³êdy grube, gdy¿ przyczyn¹ pojawiaj¹cych siê w czasie doju nieprawid³owoœci mog¹ byæ cechy fizjologiczne krów, struktura morfologiczna poszczególnych gruczo³ów mlekowych, stosowane w oborach procedury udojowe i inne [1, 5, 6].
Na podstawie badañ dokonano oceny funkcjonalnej termistorowych czujników temperatury mleka z u¿yciem specjalistycznego programu komputerowego.
Badania z zastosowaniem komputerowego systemu dia-gnostyki temperaturowej krów przeprowadzono w trzech obo-rach uwiêziowych, wyposa¿onych w dojarki ruroci¹gowe, w województwach wielkopolskim (obora A i B) i kujawsko-pomorskim (obora C). £¹cznie w trakcie badañ dojono 70 krów wysokowydajnych rasy hf, w trakcie których zarejestrowano oko³o 3500 termografów sp³ywu mleka z p³atów wymion krów. Ocenê funkcjonaln¹ czujników temperatury zamontowa-nych w kubkach udojowych dokonano analizuj¹c termografy sp³ywu mleko z æwiartek wymion krów z u¿yciem programu
komputerowego zawieraj¹cego algorytm .
Na etapie tworzenia algorytmu zdefiniowano trzy rodzaje
komunikatów: , oraz
. Poniewa¿ w literaturze nie istnieje pojêcie wzorcowej temperatury mleka, jak równie¿ wzorcowego termografu sp³ywu mleka, przyjêto, na podstawie wartoœci uzyskiwanych w innych badaniach [1] temperaturê nominaln¹ mleka w zakresie od 37,5°C do 41,0°C. Nie analizowano pocz¹tkowych 60-sekund przebiegów doju, ze wzglêdu na wystêpowanie stanu nieustalonego pracy czujników tempe-ratury [5]. W przypadku przerw w sp³ywie mleka z æwiartek wymion krów (wystêpowaniu fluktuacji) przyjêto dzia³anie czujnika jako prawid³owe, o ile temperatura w analizowanym Materia³ i metody
Dzia³anie czujników Dzia³anie prawid³owe Zak³ócenie Brak po³¹czenia
2576 728 144 3448 n 2102 672 100 2874 % 81,6 92,3 69,4 83,4 n 466 56 39 561 % 18,1 7,7 27,1 16,2 n 8 0 5 13 % 0,3 0,0 3,5 0,4 Gospodarstwo Liczba analizowanych
termografów
Komunikaty Zak³ócenia
Dzia³anie prawid³owe Brak po³¹czenia
A B C
Razem
przedziale czasu nie bêdzie nizszani¿ 28°C. Termografy spe³-niaj¹ce powy¿sze warunki analizowano jako dzia³anie pra-wid³owe termistorów zamontowanych w kubkach udojowych.
Przypadki fizycznego przerwania po³¹czenia pomiêdzy Ÿród³ami zasilania a czujnikami temperatury zamontowanymi w kubkach udojowych traktowano jako brak po³¹czenia (przerwa w obwodzie) pomiêdzy czujnikiem temperatury a Ÿród³em jego zasilania.
W innych przypadkach ni¿ dzia³anie prawid³owe lub brak po³¹czenia program komputerowy analizowa³ termografy jako zak³ócenie.
Analizowano surowe wyniki pomiarów bez wstêpnej obróbki danych w plikach cvs. Obliczano liczbê generowanych komunikatów: dzia³anie prawid³owe, zak³ócenie i brak po³¹czenia. Brano pod uwagê przebiegi rejestrowane w czasie badañ diagnostycznych w oborach A, B i C.
W tab. 1 zestawiono wyniki oceny funkcjonalnej termisto-rów zamontowanych w kubkach udojowych.
Przyk³adowe wyniki analiz z u¿yciem programu kompute-rowego przedstawiono na rys. 1.
Wyniki analizy termografów wykaza³y, ¿e w ponad 83% przypadków czujniki temperatury zamontowane w kubkach udojowych dzia³a³y prawid³owo. Awarie wynikaj¹ce z przer-wania po³¹czenia termistora ze Ÿród³em zasilania wystêpowa³y bardzo rzadko (mniej ni¿ 1% analizowanych termografów). Z kolei prawid³owa interpretacja komunikatów sygnalizuj¹-cych pojawianie siê zak³óceñ przebiegów doju wymaga³a w pierwszej kolejnoœci uwzglêdnienia specyfiki dojonego sta-da krów, jak i czasookresu przeprowadzania basta-dañ w oborach.
Na podstawie analizy termografów sp³ywu mleka z æwiar-tek wymion krów wyodrêbniono trzy typy zak³óceñ.
Wyniki badañ
Rys. 1. Przyk³adowe wyniki oceny dzia³ania termistorów za-montowanych w kubkach udojowych
Fig. 1. Exemplary results of work assessment of thermistors mounted in the teat cups
- Zak³ócenia typu 1 obejmowa³y przypadki, gdzie w czasie ca³ego doju rejestrowano wartoœci temperatur poni¿ej 37,5°C. Przyczyn¹ zak³óceñ by³ brak wyp³ywu mleka z æwiartek wymion krów. W zale¿noœci od obory odsetek krów z nieczyn-nymi æwiartkami mo¿e byæ bardzo ró¿ny. W badaniach diagno-stycznych najwiêkszy odsetek takich krów zarejestrowano w oborze C, z kolei w oborze B by³a ona najmniejsza.
- Zak³ócenia typu 2 dotyczy³y przypadków wystêpowania w czasie doju wartoœci temperatur powy¿ej 41,0°C. Teore-tycznie mog³y byæ one wynikiem wystêpowania ostrego stanu chorobowego u krów, jednak w czasie badañ diagnostycznych w ¿adnej oborze takie przypadki nie pojawia³y siê. Zak³ócenia typu 2, mimo stosunkowo du¿ej liczby przypadków, wyst¹pi³y tylko w gospodarstwie A i by³y one wynikiem nieprawid³owej pracy rejestratora sygna³ów pomiarowych. Opracowanie no-wej p³ytki elektronicznej i zastosowanie ulepszonych roz-wi¹zañ konstrukcyjnych definitywnie wyeliminowa³o problem nieprawid³owego dzia³ania rejestratora sygna³ów pomiaro-wych. Przyk³ad badañ w oborze A ukazuje problem wp³ywu stosowanych technologii produkcji na niezawodnoœæ dzia³ania urz¹dzeñ elektronicznych pracuj¹cych w warunkach oboro-wych [4].
- Zak³ócenia typu 3 obejmowa³y przypadki wystêpowania w czasie doju wartoœci temperatur poni¿ej 28,0°C, ale pod wa-runkiem, ¿e w trakcie doju zarejestrowano co najmniej jedn¹ wartoœæ temperatury w zakresie od 37,5°C do 41,0°C. Wyniki wczeœniejszych badañ wykaza³y, ¿e ró¿nice temperatur wynosz¹ce oko³o 10°C, w odniesieniu do temperatury mleka 38,6°C (temperatura mleka jest cech¹ osobnicz¹ krów [1]), pojawia³y siê przy co najmniej 60-sekundowych przerwach w sp³ywie mleka [3]. Pojawianie siê w czasie doju krów temperatur w kubkach udojowych poni¿ej 28,0°C teoretycznie mog³o byæ wynikiem d³ugotrwa³ych zaników sp³ywu mleka z æwiartek wymion krów (fluktuacjami w rozumieniu teore-tycznego algorytmu wnioskowania diagnosteore-tycznego), bêd¹cych wynikiem stanu chorobowego dojonych zwierz¹t [1]. Wa¿nym parametrem jest czas wystêpowania fluktuacji w cza-sie doju, gdy¿ podczas analizy termografów pod k¹tem diagnostyki zdrowotnoœci gruczo³ów mlekowych nie uwzglêdnia siê pocz¹tkowej i koñcowej fazy doju [5].
W przypadku zak³óceñ typu 3 najwiêksza liczba komunikatów (ponad 98%) dotyczy³a przebiegów w koñcowej fazie doju krów. Przyczyn¹ znacznego och³adzania termistorów zamontowanych w kubkach udojowych by³y w pierwszej kolejnoœci pustodoje fizjologiczne lub organizacyjne p³atów wymion krów. W przypadku zaniku sp³ywu mleka z p³ata wymienia krowy termistor och³adza siê do temperatury wystêpuj¹cej w kubku udojowym. Przy du¿ej nierówno-miernoœci rozdzia³u mleka w wymieniu czas pustodoju æwiartki wymienia bardzo czêsto by³ wiêkszy ni¿ 1 min, co doprowadza³o do wych³odzenia czujników do temperatury poni¿ej 28°C. Podobne zjawisko zaobserwowano w przypadku pustodojów organizacyjnych.
Innymi przyczynami wystêpowania zak³óceñ typu 3 zarejestrowanymi w czasie badañ oborowych by³y m.in.: opóŸnione rozpoczêcie doju po za³¹czeniu rejestratora (po
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 6/2015 Tab. 1. Wyniki oceny funkcjonalnej nowych czujników temperatury mleka
Table 1. The results of functional assessment of new milk temperature sensors
up³ywie 60 sekund temperatura pocz¹tkowa termistora by³a analizowana jako zak³ócenie, w czasie badañ oborowych zarejestrowano tylko jeden przypadek opóŸnionego doju), zrzucanie przez krowy aparatu udojowego, co powodowa³o natychmiastowe och³odzenie czujników temperatury zamontowanych w kubkach udojowych, d³ugi czas rozdajania krów, jak i zaniki sp³ywu mleka po rozpoczêciu dojów bêd¹cych cech¹ osobnicz¹ krów. Powy¿sze przypadki wystêpowa³y sporadycznie.
W tab. 2 zestawiono wyniki analizy termografów z zak³ó-ceniami oraz okreœlono czêstotliwoœæ wystêpowania poszcze-gólnych typów zak³óceñ.
Wystêpowanie d³ugotrwa³ych pustodojów p³atów wymion krów nie wynika z nieprawid³owej pracy czujników tempe-ratury lub modu³u mikroprocesorowego. Po wykluczeniu innych zak³óceñ, przebiegi z zarejestrowanym pustodojem klasyfikowano jako termografy prawid³owe i wykorzystywano w analizach diagnostycznych. Pozosta³e zak³ócenia, jak i przy-padki przerwania po³¹czenia pomiêdzy czujnikami tempera-tury a Ÿród³em zasilania traktowano jako b³êdy grube i nie by³y one przedmiotem analiz diagnostycznych.
Uzyskane wyniki oceny funkcjonalnej termistorów zamontowanych w kubkach udojowych mog¹ pos³u¿yæ do modyfikacji czêœci programowej komputerowego systemu diagnostyki temperaturowej krów.
W trakcie badañ w oborach wyst¹pi³y wszystkie zdefiniowane przypadki dzia³ania czujników temperatury zamontowanych w kubkach udojowych. Najwiêksza liczba komunikatów dotyczy³a prawid³owego dzia³ania termistorów.
Na podstawie analizy termografów sp³ywu mleka z æwiar-tek wymion krów wyodrêbniono trzy typy zak³óceñ.
Podsumowanie
Uzyskane wyniki oceny funkcjonalnej czujników temperatury mog¹ pos³u¿yæ do modyfikacji algorytmu w celu bardziej szczegó³owej identy-fikacji typu zak³óceñ pojawiaj¹cych siê w czasie doju krów. Dzia³anie czujników
Bibliografia
[1] Gil Z., Szarek, J., Feleñczak, A., Nowak, C.: Wyko-rzystanie pomiaru temperatury mleka jako niekonwen-cjonalnej metody wykrywania rui, schorzeñ gruczo³u mlekowego i innych chorób oraz ci¹¿y u krów. Medycyna Weterynaryjna, 1993, 49, 82-85.
[2] Gryska M.: Ocena funkcjonalna czujników temperatury zamontowanych w diagnostycznym aparacie udojowy. Praca magisterska. Maszynopis Instytutu In¿ynierii Rolniczej Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, 2011.
[3] Jêdruœ A.: Analiza porównawcza czujników temperatury zamontowanych w kubku udojowym. In¿ynieria Rolnicza, 2013, Z. 3 (146), T. 2, 103-111.
[4] Jêdruœ A.: Ocena funkcjonalna mikroprocesorowego mo-du³u diagnostycznego nowego aparatu udojowego. W: Pro-blemy intensyfikacji produkcji zwierzêcej z uwzglê-dnieniem infrastruktury, ochrony œrodowiska i produkcji energii alternatywnej. Red. W. Romaniuk. Falenty: Wyd. ITP, 2013, 98-101. ISBN: 978-83-62416-61-5.
[5] Jêdruœ A.: Diagnostyka stanów fizjologicznych i zdro-wotnoœci krów z wykorzystaniem inteligentnych czujników temperatury mleka. Sprawozdanie meryto-ryczne MNiSW nr N N313 787040, 2014
[6] Jêdruœ A.: W³aœciwoœci funkcjonalne komputerowego systemu diagnostyki temperaturowej krów. In¿ynieria Rolnicza, 2014, Z. 1(149).
[7] Jêdruœ A., Szeremeta K.: Ocena funkcjonalna czujników temperatury zamontowanych w kubkach udojowych w wa-runkach laboratoryjnych. Czêœæ 1. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2014, 4, 24-26.
[8] Jêdruœ A., Szeremeta K.: Ocena funkcjonalna czujników temperatury zamontowanych w kubkach udojowych w wa-runkach laboratoryjnych. Czêœæ 2. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2014, 5, 11-13. Gospodarstwo A B C Razem Liczba termografów z zak³óceniami Rejestrowane zak³ócenia 466 56 39 561 n 34 21 21 76 % 1,3 2,9 14,6 2,2 Typ 1 Typ 2 n 146 0 0 146 % 5,7 0,0 0,0 4,2 Typ3 n 286 35 18 339 % 11,1 4,8 12,5 9,8
Tab. 2. Wyniki analizy termografów z zak³óceniami
Table 2. The results of thermographs analysis with disturbances
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 6/2015
Pracê zrealizowano w ramach projektu badawczego MNiSW nr N N313 787040 „Diagnostyka stanów fizjologicznych i zdrowotnoœci krów z wykorzystaniem inteligentnych czujników temperatury mleka”.
Summary
In the Institute of Biosystems Engineering at Poznan University of Life Sciences the computer system for temperature diagnosis of cows was built. The objective of the study was to assess the functionality of new temperature sensors mounted in teat cups with the use of a special computer programme. The analysis of thermographs of milk flow out of udder quarters obtained during the cowshed tests made it possible to determine the frequency of occurrences of individual work reports of thermistors.
Key words: temperature sensor, milking machine, thermograph
