多功能糧情測控系統(tǒng)集成研究

李昂 高濤 宋燕騰 賈生輝

摘要：根據(jù)國家糧食和物資儲備局"1+1+4"信息化建設(shè)總體部署，糧庫建設(shè)及改造工作要遵循"全面鋪開、分步建設(shè)"原則，綜合考慮各級各類糧食倉儲企業(yè)的業(yè)務(wù)類型、管理基礎(chǔ)、運(yùn)維能力、人員素質(zhì)和實(shí)際需求，不斷適應(yīng)糧食信息化建設(shè)新要求。通過先進(jìn)傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動采集作業(yè)過程中各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的實(shí)時性和準(zhǔn)確性，并解放人力，提高效率。本文介紹了如何通過將溫濕度檢測、蟲害檢測、氣體檢測、氣象檢測和智能通風(fēng)系統(tǒng)集成，利用大數(shù)據(jù)、可視化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)糧情多參數(shù)檢測、展示及業(yè)務(wù)預(yù)警、調(diào)節(jié)等功能。

關(guān)鍵詞：糧庫建設(shè)及改造、信息化、傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、系統(tǒng)集成

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多功能糧情測控系統(tǒng)是將溫濕度檢測子系統(tǒng)、蟲害檢測子系統(tǒng)、氣體檢測子系統(tǒng)、氣象檢測子系統(tǒng)和智能通風(fēng)子系統(tǒng)集成在智能一體化控制柜內(nèi)，可通過智能一體化控制柜控制屏實(shí)現(xiàn)對倉內(nèi)溫度、濕度、水分、氣體濃度等參數(shù)進(jìn)行檢測、查看和檢索，并可通過遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)對庫區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

二、子系統(tǒng)功能介紹

1、溫濕度檢測子系統(tǒng)

A.溫濕度檢測：能夠?qū)Z堆所由部位溫度、糧倉內(nèi)空間溫度和濕度、糧倉外環(huán)境溫度和濕度等基本糧情參數(shù)進(jìn)行檢測。

B.溫濕度顯示：能夠以（3D）直觀的方式對倉內(nèi)糧食所有部位溫度進(jìn)行顯示，主要包括：三維立體圖、數(shù)據(jù)表格、溫濕度曲線。

C.溫濕度報警：系統(tǒng)可提供對不同日期的多次溫濕度數(shù)據(jù)變化的比較，可以顯示并分析溫濕度差值以及發(fā)生異常時，能夠發(fā)出報警信號。對糧溫、濕度等參數(shù)實(shí)行高限報警與中限預(yù)警等。對倉溫、倉濕度等參數(shù)實(shí)行高限報警與中限預(yù)警等。

2、蟲害檢測子系統(tǒng)

A.數(shù)據(jù)采集：可自定義條件（倉型、倉號、氣體種類、時間）采集蟲害數(shù)據(jù)。

B.數(shù)據(jù)查詢：可自定義條件（倉型、倉號、氣體種類、時間）查詢倉內(nèi)蟲害情況。

C.數(shù)據(jù)展示：利用圖表形式展示各個倉的蟲害信息情況坐標(biāo)圖。

D.蟲害分析：通過分析倉內(nèi)蟲害數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)倉庫作業(yè)行為（磷化氫殺蟲等行為）判定。

3、氣體檢測子系統(tǒng)

A.數(shù)據(jù)采集：可自定義條件（倉型、倉號、氣體種類、時間）采集氧氣、二氧化碳、磷化氫濃度等數(shù)據(jù)。

B.數(shù)據(jù)查詢：可自定義條件（倉型、倉號、氣體種類、濃度范圍）查詢倉內(nèi)氣體情況。

C.數(shù)據(jù)展示：利用圖表形式展示各個倉的氣體信息情況坐標(biāo)圖。

D.氣體濃度的分析：通過分析倉內(nèi)氣體數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)倉庫作業(yè)行為（氣調(diào)補(bǔ)氣、熏蒸補(bǔ)藥、人員入倉等行為）判定。

4、氣象檢測子系統(tǒng)

氣象檢測模塊實(shí)現(xiàn)對庫區(qū)風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、雪量、溫度、濕度、大氣壓等氣象要素進(jìn)行全天候現(xiàn)場精確測量檢測，通過庫區(qū)小型氣象站的氣象信息采集，能自動生成庫區(qū)環(huán)境情況變化走勢圖，并積累環(huán)境氣象歷史數(shù)據(jù)，為智能倉儲控制模型、倉儲作業(yè)和管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為智能通風(fēng)系統(tǒng)提供智能通風(fēng)控制決策依據(jù)。

5、智能通風(fēng)系統(tǒng)

智能通風(fēng)系統(tǒng)可以根據(jù)多功能糧情測控系統(tǒng)提供的糧情數(shù)據(jù)、倉外大氣溫濕度數(shù)據(jù)，利用建立的智能通風(fēng)糧堆濕熱傳遞數(shù)學(xué)模型、糧堆溫度場和濕度場內(nèi)有限元器件模型以及機(jī)械通風(fēng)控制模型，準(zhǔn)確判斷通風(fēng)條件，捕捉最佳時機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，通過智能通風(fēng)控制器，計(jì)算通風(fēng)能耗，自動控制離心風(fēng)機(jī)的啟動和關(guān)閉，避免低效通風(fēng)，無效通風(fēng)、過度通風(fēng)和有害通風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生。降低通風(fēng)勞動強(qiáng)度，提高通風(fēng)質(zhì)量，節(jié)能減排。對糧倉進(jìn)行通風(fēng)，達(dá)到降溫通風(fēng)、降水通風(fēng)和調(diào)質(zhì)通風(fēng)的功能，提高通風(fēng)效率、降低通風(fēng)能耗，有效控制糧倉的儲糧環(huán)境和糧食品質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)安全儲糧的目標(biāo)。

三、主要設(shè)備性能要求

1、溫濕度檢測子系統(tǒng)

溫濕度檢測子系統(tǒng)由倉溫倉濕傳感器、氣溫氣濕傳感器、測溫電纜構(gòu)成。

（1）倉溫倉濕傳感器

倉溫倉濕傳感器應(yīng)具備防塵和防熏蒸雙防護(hù)功能，工作時，有專用防塵帽保護(hù)，避免倉內(nèi)粉塵、害蟲進(jìn)入，提高溫濕度傳感器工作可靠性。熏蒸時，有專用防熏蒸帽保護(hù)，避免熏蒸時磷化氫氣體的腐蝕，延長溫濕度傳感器的使用年限。溫濕度傳感器采用接插件進(jìn)行連接，操作方便，更換時不需做其他處理，即可保證整體密封效果，接頭采用密封快卸接插件，其保護(hù)等級應(yīng)高于IP68，能在潮濕環(huán)境下正常工作。

（2）氣溫氣濕傳感器

氣溫氣濕傳感器應(yīng)能夠用于惡劣環(huán)境下的溫濕度檢測，可利用支架固定在倉外墻壁上，方便維修、更換。

（3）測溫電纜

測溫電纜應(yīng)具備抗干擾、抗雷擊性能強(qiáng)能力。測溫電纜內(nèi)傳感器密度需根據(jù)糧倉設(shè)計(jì)要求選定，應(yīng)方便更換，有良好保護(hù)，并采取防潮防結(jié)露等措施。全部接頭采用密封快卸插件，連接方便，易于操作，保證更換時不需做其他處理即可保證整體密封效果。測溫電纜護(hù)套材料應(yīng)光滑耐磨，并且在護(hù)套內(nèi)部應(yīng)增加抗拉鋼絲，抗拉強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)、使用要求，可保證實(shí)倉情況下實(shí)現(xiàn)換芯作業(yè)。

2、蟲害檢測子系統(tǒng)

蟲害檢測子系統(tǒng)由蟲害檢測模塊和取樣檢測導(dǎo)管構(gòu)成。

（1）蟲害檢測模塊

蟲害檢測模塊安裝在倉外智能一體化控制柜內(nèi)，用于檢測倉內(nèi)蟲害情況。其內(nèi)部原件，應(yīng)具備防腐蝕、防磷化氫熏蒸功能，設(shè)備應(yīng)安裝于倉房外，便于維護(hù)且不影響倉房密閉性。

（2）取樣檢測導(dǎo)管

取樣檢測導(dǎo)管是連接害蟲誘捕器與蟲害檢測模塊的管道，用于抽蟲。導(dǎo)管管徑應(yīng)滿足糧倉設(shè)計(jì)要求，阻尼性良好，內(nèi)壁光滑，摩擦系數(shù)低，介質(zhì)通過能力高，阻燃性好，無毒無味。

3、氣體檢測子系統(tǒng)

氣體檢測系統(tǒng)由通道選通器、磷化氫傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、測氣探桿、取樣檢測導(dǎo)管構(gòu)成。

（1）通道選通器

通道選擇器安裝在倉外智能一體化控制柜內(nèi)，用于氣體檢測模塊間檢測通道切換，應(yīng)具備防腐蝕、防磷化氫熏蒸功能。安裝于倉房外，便于維護(hù)且不影響倉房密閉性。

（2）磷化氫傳感器

采用高精度采樣電路，加入溫度補(bǔ)償、自動校正算法，以確保不同環(huán)境下檢測精度的可靠性，穩(wěn)定性。磷化氫檢測分辨率不得大于0.01ppm;誤差不得大于3%FS;重復(fù)性不得大于±0.5%;零點(diǎn)漂移率不得大于1%（F.S/年）;響應(yīng)時間不得大于20秒。

（3）氧氣傳感器

采用電化學(xué)傳感器，加入溫度補(bǔ)償、自動校正算法確保不同環(huán)境下檢測精度的可靠性，穩(wěn)定性。氧氣檢測分辨率不得大于0.1%vol;檢測誤差不得大于2%FS;重復(fù)性不得大于0.5%;響應(yīng)時間不得大于20秒。

（4）二氧化碳傳感器

采用進(jìn)口電化學(xué)傳感器，高精度采樣電路，加入溫度補(bǔ)償、自動校正算法確保不同環(huán)境下檢測精度的可靠性，穩(wěn)定性。分辨率不得小于1ppm;檢測誤差不得大于3%;響應(yīng)時間不得大于30秒。

（5）測氣探桿

測氣探桿埋在糧堆的不同位置，尾端通過測氣管與倉外智能一體化控制柜的管道選通器模塊連通。由于測氣探桿長時間處在潮濕、復(fù)雜的工作環(huán)境中，所以在制作桿身的過程中應(yīng)選用具有一定機(jī)械強(qiáng)度且耐腐蝕的材料。

（6）取樣檢測導(dǎo)管

取樣檢測導(dǎo)管連接測氣探桿與通道選通器的管道，用于抽氣。導(dǎo)管管徑應(yīng)滿足糧倉設(shè)計(jì)要求，阻尼性良好，介質(zhì)通過能力高，阻燃性好，無毒無味。

4、氣象檢測子系統(tǒng)

氣象檢測子系統(tǒng)由小型氣象站構(gòu)成，可對溫度、濕度、氣壓、雨量、雨雪、風(fēng)速、風(fēng)向、pm2.5等氣象要素進(jìn)行全天候現(xiàn)場測量，能夠可靠運(yùn)行在各種惡劣環(huán)境中，測量精度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及實(shí)際使用要求。并且設(shè)備應(yīng)具備低功耗、高穩(wěn)定性、高精度，完善的防雷擊、抗干擾等功能，支架和防護(hù)箱應(yīng)外形美觀、耐腐蝕、抗干擾。提供網(wǎng)絡(luò)接口，數(shù)據(jù)可與其他子系統(tǒng)共享。

5、智能通風(fēng)子系統(tǒng)

智能通風(fēng)控制系統(tǒng)由智能控溫模塊、智能氣調(diào)通風(fēng)模塊，控制線路組成。

（1）智能控溫模塊

智能控溫模塊可自主分析判斷，控制每個廒間工業(yè)空調(diào)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到迅速降低倉內(nèi)空間環(huán)境溫度的目的。從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)智能控溫節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、自動化程度高、便于操作等基本原則。

（2）智能氣調(diào)通風(fēng)模塊

智能氣調(diào)通風(fēng)模塊，應(yīng)具備自主分析判斷通風(fēng)條件，當(dāng)糧堆內(nèi)、外通風(fēng)參數(shù)符合通風(fēng)各種目的時，系統(tǒng)應(yīng)自動打開糧倉的通風(fēng)窗或通風(fēng)口，啟動通風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，捕捉最佳時機(jī)進(jìn)行降溫通風(fēng)、降水通風(fēng)和排積熱通風(fēng)等，做到通風(fēng)過程糧食水份合理安全，從而避免因?yàn)樗轀p少造成的糧食數(shù)量變化。避免低效通風(fēng)，無效通風(fēng)和有害通風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）控制線路

控制線路中管槽、線纜選型及敷設(shè)需滿足粉塵爆炸區(qū)規(guī)范要求。管槽兩端均應(yīng)設(shè)置可靠接地，若接地電阻不滿足規(guī)范要求時，應(yīng)在中間處增加重復(fù)接地，防止靜電積聚，引起粉塵爆炸。動力電纜及控制電纜均應(yīng)選用銅芯阻燃電纜，敷設(shè)采用橋架和熱鍍鋅鋼管相結(jié)合的方式，橋架與鋼管相接處采用防爆饒管進(jìn)行保護(hù)。電纜應(yīng)在爆炸危險性較小的環(huán)境或遠(yuǎn)離釋放源的地方敷設(shè)，在爆炸粉塵環(huán)境，電纜應(yīng)沿粉塵不易積堆且易于清除的位置敷設(shè)。

四、結(jié)束語

隨著科技的進(jìn)步，未來糧情測控系統(tǒng)將向數(shù)字化多功能集成化智能化和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆较虬l(fā)展。我們堅(jiān)信：只要本著一切從國情出發(fā)從實(shí)際需要出發(fā)，從目前國內(nèi)的技術(shù)水平出發(fā)，堅(jiān)持不懈地研究開發(fā)不同類型的糧情測控成套系列化產(chǎn)品，糧情測控系統(tǒng)將日益先進(jìn)。

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