Development of an online analysis and control system for individual quarter milking systems

Abstract

In der Milchviehhaltung nimmt die Anzahl der eingesetzten Onlinesensoren zu. Somit können bedeutende biologische Veränderungen bei Kühen z. B. Sekretveränderungen frühzeitig erkannt werden. Hohe mechanische Belastungen am Zitzengewebe, die z. B. zu Ringbildungen führen, treten beim Melken jedoch immer noch häufig auf. Eine nicht optimal angepasste Melktechnik kann einer der Gründe dafür sein. Hauptziel dieser Arbeit ist es, ein Vakuumregelungssystem für das zitzenendige Melkvakuum zu entwickeln, das in engen Zeitabständen reagiert. Das zitzenendige Melkvakuum soll durch die Regelung in der Saugphase bei großen Milchflüssen einen konstant niedrigen Vakuumabfall aufweisen. In der Entlastungsphase soll die Regelung dagegen einen konstant hohen Vakuumabfall erzeugen. Bei Nassmessungen (ISO 6690, 2007) wurden verschiedene viertelindividuelle Melksysteme im Melklabor und in Praxisbetrieben in Bezug auf ihr zitzenendiges Melkvakuum untersucht. Nachfolgend wurden verschiedene Vakuummess- und Aktorsysteme zur Vakuumbeeinflussung untersucht. Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchungen bestehen darin, dass die Konzeption für ein Vakuumregelungssystem gefunden und ein Prototyp gebaut werden konnte. Weiter wurden die Anforderungen an ein optimales zitzenendiges Melkvakuum erarbeitet. Das Konzept für das entwickelte Vakuumregelungssystem lässt erwarten, dass das zitzenendige Melkvakuum in der Saugphase auf 20 kPa bei einem Milchfluss von 0,25 l/min/ Euterviertel reduziert werden kann. Bei hohen Milchflüssen von 1,5 l/min/ Euterviertel und mehr wird das Vakuum in derselben Phase hingegen auf einen Mittelwert von 30 kPa eingestellt. Damit kann erstmals ein hohes Melkvakuum bei hohen und ein niedriges Melkvakuum bei niedrigen Milchflüssen erreicht werden. In Zukunft sollte das entwickelte Vakuumregelsystem zur Nutzung in allen viertelindividuellen Melksystemen angepasst werden.

The number of online-sensors in dairy farming is increasing. In this manner, important biologically changes in cows as for example changes in secretion can be detected at an early stage. But high mechanical strains on the teat tissue during milking still occur frequently and can for example lead to formation of teat rings. A suboptimal adjusted milking technology can be one of the reasons for the mentioned observations. The objective of this dissertation was to develop a vacuum control system for the teat-end vacuum that can react in short time intervals. The teat-end vacuum produced by that control system should be with constant low vacuum reduction in suction phase at high milk flows. Moreover, in release phase the control system should provide constantly high vacuum reductions. In wet-tests (ISO 6690, 2007) several individual quarter milking systems in laboratory and practical milking parlours were evaluated in terms of their associated teat-end vacuum conditions. Several vacuum measuring and actuator systems for controlling the vacuum were tested. The most important result of the studies was that the general concept for a teat-end vacuum control system was developed, and a prototype of that system was produced. Important requirements for an optimum teat-end vacuum were revealed during that work. The concept for the planned vacuum control system suggests that it is possible to reduce the mean teat-end milking vacuum in the suction phase to 20 kPa at a flow rate of 0.25 l/min per udder quarter. At higher flow rates of 1.5 l/min and more per udder quarter, the teat-end vacuum is similar to the machine vacuum with a mean value of approximately 30 kPa. Therefore, for the first time, it is possible to supply a high teat-end vacuum at a high and a low teat-end vacuum at low milk flow rates. In the future, the developed vacuum control system should be adapted for installation in all types of individual quarter milking systems.