淺談智能化糧庫設計

◎ 劉雙安，劉玉蘋，劉 波

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001)

糧食是人類生存之本，是經濟社會發展之基。糧庫作為我國糧食儲備、保管和流通的重要場所，智能化糧庫建設是確保儲備糧儲存安全、增強糧食安全保障能力的重要舉措。本文結合工程實例，對智能化糧庫設計進行簡單介紹。

1 建設背景

習近平總書記強調：“把保障糧食供應能力牢靠地建立在我們自己身上、把飯碗牢牢端在我們自己手中”“把糧食倉儲建設作為農業基礎設施的重點工作抓緊抓好”。2018年，國家糧食和物資儲備局在《關于全面加快推進糧庫智能化升級改造和省級平臺項目建設的通知》中，提出全面加快糧庫智能化升級改造的要求。國糧辦規〔2022〕26號文件《國家糧食和物資儲備局辦公室關于印發高標準糧倉建設技術要點（試行）的通知》提出，通過強化綠色儲糧技術應用和提高設施及裝備信息化、智能化水平為思路，以智能控溫、智能通風、智能氣調等技術途徑，建設綠色智能儲糧倉房。

2 智能化糧庫建設原則

將現代信息技術應用在糧食收購、倉儲、物流、加工、供應以及質量監測監管等領域，消除“信息孤島”，實現互聯互通[1]。堅持糧食倉儲物流智能化、信息化建設與糧食流通體制改革和發展互相促進，同步發展，符合糧食服務的長遠目標。堅持技術、體系、組織聯動，同步推進，上級管理部門和各糧食物流、加工企業的支持是項目建設的重要保證。在滿足糧庫使用功能要求的前提下，盡可能地降低糧庫建設成本和后期運行維護成本。

3 智能化糧庫建設目標

建立覆蓋糧庫所有信息網點的安全可靠的管理信息系統，系統集物流、資金流和信息流于一體，通過把各種傳感器嵌入和裝備到糧庫、倉內、糧食運輸機械及糧庫其他建筑，將其采集到的各類數據通過糧庫局域網整合處理。①利用多種傳感器和測量工具，提供糧食倉儲數量和質量的多重監控，實時感知整個糧庫的存在狀態。②將庫區精細化管理、現代糧食倉儲、物流企業的運營經驗和信息技術密切結合在一起，采用歷史實時數據庫和關系數據庫結合、統一進行數據規劃，解決企業經營管理過程中生產數據仍由手工處理、電話通知而導致的數據統計慢、重復輸入、部門各自為政和數據矛盾等一系列問題，使企業的經營管理系統及時得到準確的實際生產數據，有效掌握現場生產的真實情況，從而提高庫區智慧化管理水平，實現結構扁平化、管理精細化、過程可溯化，提高企業競爭力。

4 智能化系統設計

糧庫智能化設計內容主要包括糧庫信息化管理平臺、智能出入庫系統、智能倉儲保管系統以及智能安防系統。

4.1 糧庫信息化綜合管理平臺

在技術先進、操作便捷、安全可靠、規范統一、互聯互通以及運行高效的原則指導下，應用大數據、物聯網、云計算等先進技術，構建起“數字化、智能化、可視化、精準化”的“互聯網+糧食”平臺。通過糧庫信息化綜合管理平臺將預警、監測、糧食信息整合到一個大數據平臺，實現預警、監測、糧食信息等管控一體化。對外連接糧食行政管理部門、糧食倉儲/加工/物流企業以及相關監管機構等，對內集成各部門和各個子系統，提供綜合決策、智能監測預警、遠程監管調度、信息共享傳播以及業務在線協作等全方位服務。

信息化綜合管理平臺采用統一的用戶管理模式，通過統一分配每個角色的相關權限和業務菜單內容，實現對每個角色下用戶的統一權限管理。①對智能糧庫信息系統平臺中的部門、崗位、人員、系統參數、業務流程、登錄賬戶、數據接口和關聯設備等進行維護管理。②對糧庫的糧食庫存數量、出入存數量、糧食質量、糧情、儲備輪換和結算等數據進行統計管理，實現統計報表的模板化標準化管理，實現網絡化、電子化在線填報、逐級上報審核、流程化自動化處理及數據的快速準確匯總與分析等。這種用戶管理模式能夠幫助糧庫管理者總體把握糧庫運營情況，并根據實時的數據分析，為決策者做出更好的管理決策，提供數據支撐。

4.2 智能出入庫系統

智能出入庫系統涉及糧庫入庫、出庫、倒倉等業務流程。該系統通過使用先進的物聯網技術和自動化的工藝設備，實現糧食出入庫作業數據的自動采集和全過程的全數字化管理，能夠加強業務流程處理的規范性和標準化，提高防作弊水平，滿足糧食出入庫數量和質量留痕、可溯源的管理要求。系統采用RFID、圖像識別、紅外識別及電磁感應等物聯網技術，不僅能實現智能入門登記、糧食扦樣、檢驗、過磅檢斤、自動定等定價、自動計算扣量和自動結算等，還可以實現出入庫過程的自動化，流程的規范化和透明化。

出入庫業務主要包括糧食的入庫作業、出庫作業、倒倉作業3種。其中入庫作業包括糧食收購、輪入、調入及進口等形式，工作流程為入庫前準備、登記、扦樣、檢驗、稱毛、入倉、稱皮、結算和出門；出庫作業包括糧食銷售、輪出、調出、出口等形式，工作流程為出庫準備、收款、登記、稱皮、裝糧、稱毛、結算和出門；倒倉作業指外庫糧食的倒入，庫內倉房之間糧食的搬運，登記、檢驗、結算等環節簡化或省略，中間環節需要多次檢驗。

以入庫業務流程為例，對智能出入庫系統進行簡單介紹。①入門登記環節，登記人員操作業務管理信息系統驅動外部設備讀取身份證信息和車牌信息，完成車輛入庫登記，制卡發卡，車輛放行入庫。②在檢驗環節，打印條形碼，將條形碼和樣品一起送檢，檢驗完畢后，檢驗人員讀取條碼并錄入檢驗結果。③在檢斤環節，通過系統識別，判斷哪些車輛可進入檢斤環節，并提醒司機開車上磅；車輛停穩后賣糧人至地磅房刷卡稱重，系統通過連接外部設備等手段綜合判斷是否有違規行為。稱重結束后，司機開車至糧庫入倉作業區，保管員利用終端設備確認業務信息，并填寫監卸意見。卸糧完成后再次返回稱皮重，完成檢斤作業。如需結算，在結算環節核實相關人員身份后進行結算。④車輛出門時，刷卡完成出庫確認，車輛銷卡出庫，卡片收回。此外，客戶或承運人在庫內作業期間，可以持智能卡或身份證在自助查詢設備上查詢車輛的登記情況，可以提醒車輛在哪個環節排隊、排在第幾位等。一站式服務大廳內的大屏幕滾動顯示公示信息、結算排隊信息等內容。

智能出入庫系統可實現整個出入庫作業流程的監管，針對每個作業環節進行車輛統計并展示，形成可視化界面。針對各環節壓車情況進行智能預警，提醒庫內工作人員實時把握整體業務流程，實現各作業環節車輛調度。

4.3 智能倉儲保管系統

通過倉房設置的糧情檢測系統和一體化智能綜合控制柜，可對采集到的儲糧溫濕度、環境參數等數據進行智能分析，并對糧食可能出現的有害質量問題進行預測預警，綜合利用多參數糧情、通風、智能環流等系統，調節倉內的溫、濕度、氣體濃度在適宜范圍內，達到最佳保糧效果。通過一體化設計，將大大提高針對單個儲糧倉房智能化水平，實現智能感知、智能分析和智能控制，真正實現智能倉房管理。

4.3.1 糧情檢測系統

糧情檢測系統能夠利用溫度、濕度、蟲害等各類傳感器直接采集綜合糧情信息，并由物聯網網關進行統一通信、協議轉換；對綜合糧情進行深入分析及展示，結合智能倉儲管理模型，為糧庫智能通風、環流、庫存監管等倉儲保管業務提供依據。此外，該系統還能促進糧食倉儲行業向生態綠色儲糧、節能減排、安全生產方向發展。

溫度是影響儲糧品質安全的重要環境因素，溫度過高會導致糧食的氧化和陳化速率增加，糧食品質下降程度加快，影響儲糧安全[2]。溫濕度檢測系統在數據傳輸方面采用了TCP/IP技術，改變了傳統的基于485總線技術的糧情檢測方式，從而在根本上解決了糧情數據的實時動態在線管控，為全網糧情監管需求和糧食儲存大數據應用解決了基層的數據應用技 術難題。

4.3.2 智能通風系統

智能通風系統通過與糧情系統集成，獲得糧食溫濕度、水分、倉溫和外溫等信息；通過與庫區小型氣象站數據集成，實時獲得周邊環境的溫濕度、風力風速、雨量等信息。該系統支持與自動倉窗、軸流風機等控制系統主機的集成，支持對這些設備的遠程/現場人工開啟、關閉、能耗監測及狀態監測，以及對其開關記錄的管理。通過通風控制模型獲得最適合的通風時間、通風方式等數據，提醒工作人員進行通風或者直接進行自動通風。4.3.3 富氮氣調系統

富氮氣調儲糧是一種在國內外均被廣泛應用的綠色儲糧技術，已成為我國綠色儲糧技術的首選[3]。富氮氣調是通過調節糧食倉儲環境中氮氣、氧氣的氣體成分比例，使糧堆內氮氣濃度達到95%～98%，并能使其長時間保持在該濃度范圍，能夠有效破壞害蟲、霉菌的生存環境，抑制糧食生理呼吸，延緩糧食陳化，保證糧食品質，實現綠色無公害儲糧。

當前的富氮氣調儲糧系統主要由制氮機組（移動式/固定式）、氮氣管道、氮氣環流設備和氮氣濃度檢測設備等構成。規范化的氮氣管道規劃、優良的倉房氣密性是確保良好氣調結果的先決條件[4]。富氮氣調系統可實時檢測糧堆內氮氣濃度，根據殺蟲、防蟲、儲藏等作業需求，自動控制糧倉現場的自動閥門組、設備開關，對糧倉內氮氣進行充氣、環流等作業，時刻保持糧倉內氮氣濃度，提高儲糧的安全性。

4.3.4 蟲情監測系統

蟲情檢測裝置主要由糧蟲誘捕器、通道選擇器、傳輸管道、通信傳輸電纜及倉外檢測箱（內置有蟲量統計傳感器和氣體傳感器）等組成。捕蟲陷阱分表層、中層、下層3層布置，大約每廒間能測20～30個點。該系統利用糧蟲誘捕器捕捉倉內蟲害，利用負壓原理通過傳輸管道將其采集至儲蟲瓶中，同時采用紅外光源技術對蟲害數量統計識別。經數據分析后，以分析統計報表等形式，對蟲害情況進行綜合判斷，實時跟蹤監測蟲害活動和變化情況，并及時采取相應的有效措施。

4.3.5 能耗監測系統

在每個倉房綜合控制柜部署一臺智能電表，實時監測倉庫主要用電設施的能耗情況（如環流風機、閥門等）。能耗監測系統可以利用采集的數據對庫區、單倉、單設備進行能耗統計、分析，為單倉財務核算提供動態、可靠的能耗數據，提高管理精細化程度。

4.4 智能安防系統

糧庫智能安防監控系統，是基于網絡的視頻監控系統，利用網絡傳輸視頻信號及相應數據，監控中心可以實時查看監控現場情況，通過視頻監控系統的直觀性、便捷性，有效彌補直屬企業人員不足問題，提升糧庫管理和作業效率[5]。有條件的糧庫要實現全覆蓋，而條件暫不成熟的糧庫視頻監控系統要覆蓋以下重點區域：庫區大門、服務大廳、地磅房、地磅稱重處、質檢中心（科室）、扦樣處（含扦樣機位置）、藥品庫、制氮機房、機械庫以及每棟倉房（厫間）的出入倉主要作業區。利用視頻監控系統的實時性結合業務管理信息系統、出入庫系統、糧情遠程監測系統以實現倉內儲糧情況的靜態和動態監控。

5 中心機房

中心機房是糧庫的電腦、網絡設備、安防監控設備、操作系統和防火墻等網絡安全設備、網絡交換機等集中到一起，建設的一個多功能獨立機房，用作信息化的網絡中心和數據中心。該機房要具備足夠的空間，使用標準網絡和服務器機柜，具備機架式路由器、交換機、網絡安全設備等專業設備。

為了保證機房設備的供電正常，在機房內設置一臺雙電源配電箱，電源分別引自配電間變壓器后低壓回路及柴油發電機組配電柜配電回路。在機房安裝一臺不間斷電源（UPS），保證機房內計算機網絡系統、監控系統及其他系統可靠運行。

根據《電子計算機機房設計規范》（GB 50174—2008）和《建筑物電子信息系統防雷技術規范》 （GB 50343—2012）有關條文規定，機房的交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地及防雷保護接地采用聯合接地體，接地電阻值≤1 Ω。

6 大屏展示系統

將糧食倉儲過程中的各項數據“看得見”是可視化大屏系統的目標，相比于傳統圖表與數據儀表盤，如今的數據可視化致力于用更生動、友好的形式，即時呈現隱藏在瞬息萬變且龐雜數據背后的業務洞察，通過交互式實時數據可視化視屏墻來幫助業務人員發現、診斷業務問題，逐漸成為大數據解決方案中不可或缺的一環。可視化套件技術研發宗旨讓更多的人看到數據可視化的魅力，能夠幫助非專業的工程師通過圖形化的界面輕松搭建專業水準的可視化應用。

業務數據、糧情數據、作業狀況、生產場景等數據、圖像及視頻均通過大屏顯示系統，可實現數據、視頻和圖像等信息的綜合顯示，形成一個信息準確、查詢便捷、管理高效及美觀實用的信息顯示管理控制系統，有利于生產組織、調度和處理各種應急事件。大屏幕顯示系統是最重要的顯示設備之一，它包括視頻等各類信號傳輸系統、屏幕信息處理控制管理系統、大屏幕顯示系統。

大屏幕顯示系統包括圖像處理能力較強和顯示效果極佳的顯示單元，以及與之配套的控制系統，支持單屏、跨屏以及整屏顯示。大屏幕顯示系統支持多路RGB畫面和視頻畫面的實時顯示，支持多種視頻接口，支持計算機網絡圖形的混合開窗顯示，完全滿足控制中心的應用要求。

7 結語

隨著互聯網技術和倉儲技術的不斷發展，越來越多的新技術新產品被應用到智能化糧庫建設中，使智能化糧庫建設水平得到了提高與完善。智能化糧庫的建設能夠讓糧庫的信息互通互享、倉儲作業以及糧情監測等更加快捷，促進糧食倉儲行業的可持續發展。