基于物聯網技術的飼料生產線遠程監測系統分析

谷 敏， 段廷燕

（南陽農業職業學院，河南 南陽 473000）

飼料是人工飼養動物的食物總稱。 最初的飼料主要由牧草、農作物秸稈、原糧等構成。 隨著產業鏈下游畜牧養殖業的發展， 人們對動物源性食品的需求與日俱增，這就帶動了飼料產業的發展，飼料產品的種類、功能也逐漸趨于多元化發展（張正佳等，2022）。當下，飼料產品主要經粉碎、配料、混合、制粒等生產加工環節制作而來，不僅營養豐富、品質優良，而且具有促進生長發育、提高免疫功能、 保障成活率等功效。 隨著生產流水線的完善和生產工藝的成熟，自動化、智能化設備逐漸被應用到飼料生產加工環節， 這不僅大大提高了人工生產效率， 而且使飼料產品的營養和質量更加穩定， 更好地滿足了畜牧養殖業對飼料產品質和量的需求（董延江等，2022）。

1 飼料生產線開展安全監督的必要性

在飼料產業備受重視的情況下， 飼料安全問題也時有發生， 比如為提高動物存活率和生長性能，有效預防疾病，人為地往飼料中添加有毒、有害物質，或者將農藥殘留超標、發霉變質的原料用于生產飼料（王衛國，2022）。這些問題都容易使有毒、有害物質在動物體內殘留、蓄積和轉移，進而威脅食品安全。 為避免人為因素或非主觀因素引發的飼料安全問題， 非常有必要對飼料生產線開展全天候的、常態化的安全監督，因此遠程監測系統應運而生，并且被廣泛用于飼料產業中。 其中，能夠對飼料生產加工做到溯源， 成為衡量飼料安全體系的關鍵指標。在傳統安全體系中，溯源成本高企，難以進行大規模的推廣實施，而強調物聯網技術在飼料生產線遠程監測系統（以下簡稱物聯飼料監測系統）中的應用，可以借助攝像頭、二維碼、電子標簽、GPS、傳感器、云計算和大數據等技術，對飼料生產加工的全過程進行跟蹤記錄，從而精確地掌握每個環節的飼料安全情況， 最終形成飼料安全體系的閉環（蔡炳育，2020）。一旦出現飼料安全方面的問題， 能夠第一時間找到問題的源頭，最大程度地避免或減少食品安全問題的發生。

2 基于物聯網技術的物聯飼料監測系統的整體設計

基于物聯網技術的物聯飼料監測系統主要是利用物聯網技術的各類傳感器，將操作人員、飼料原料、機械設備與互聯網連接起來，實現對飼料生產加工全過程的信息采集、實時監測、精細化管理和質量控制（汪洪，2013）。大力推進物聯飼料監測系統，有利于飼料生產加工的提質增效，在保障飼料安全的同時，加快飼料產業的自動化、智能化、信息化發展。

一般而言，飼料生產線是由提升機、原料篩、粉碎機、混合機、制粒機、冷卻機和打包機等生產設備組成（如圖1 所示）。在物聯飼料監測系統中，工業計算機基于窄帶物聯網技術的NB-LOT 數據采集器和NB-LOT 驅動器，NB-LOT 集中器和NB-LOT 數據采集器之間均為無線通信。NB-LOT數據采集器包括飼料生產設備中的電機電流采集器和設置于飼料生產線觀測點的視頻攝像采集器；工業計算機和NB-LOT 集中器通過無線收發器通信，實現數據采集、傳送、分析、存儲和驅動控制（比如生產設備的關停和開啟）等功能。 物聯飼料監測系統靈活搭建生產現場物聯網絡， 將各類設備有機組合， 實時采集設備運行數據， 通過無線/有線網絡，將數據傳輸至本地如來方略柜或云服務器， 以實現數據上云。 整體架構從下而上分為感知層、傳輸層、應用層。

圖1 飼料生產線結構示意圖

3 物聯飼料監測系統的整體架構（如圖2）

圖2 物聯飼料監測系統的整體架構

3.1 感知層 感知層主要用于人和物的識別，以及信息采集（陳良坤等，2020）。 在物聯飼料監測系統中，感知層主要利用攝像頭、二維碼、電子標簽、GPS、傳感器等技術，對飼料生產線的機械設備參數、 人員操作、 原料情況進行識別和采集， 保障飼料質量安全的可溯源。 以傳感器為例，傳感器相當于物聯網的感覺器官，主要是將檢測到的信息轉化為電信號， 便于后續對信息的傳輸、處理、顯示、記錄和控制。 在物聯飼料監測系統中，比較常見的傳感器有壓力傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、溫濕度傳感器、紅外動作感應器和感煙報警器等。

3.2 傳輸層 傳輸層是物聯網中設施設備的連接通道，主要負責將感知層識別和采集的信息，通過無線/有線的方式，傳輸給應用層（馬振寰和孫嘉澤，2023）。傳輸層相當于物聯網的神經中樞，涉及的技術有Zigbee、IPv6、4G/5G、Wi-Fi、 藍牙等。以Zigbee 技術為例，該技術具有成本低、功耗低、速率低、距離短、安全性和可靠性高等特點（張蘭，2014）。 在物聯飼料監測系統中，Zigbee 技術主要提供無線數據傳輸功能， 適合不用場景和不同飼料生產加工環節的應用需求。

3.3 應用層 作為物聯網的最頂層，應用層主要負責信息處理和數據挖掘， 進而實現對飼料生產線的實時監測、精細化管理和質量控制。主要涉及的技術有云計算和大數據（邱祝禮等，2022）。 比如，數據處理中心的大數據分析，可以實現對飼料生產線相關參數的橫向、 縱向對比。 其中橫向對比， 是飼料生產線實際參數與系統標準參數的對比，并將異常參數反饋給系統平臺廠家，便于后續的系統維護和更新；而縱向對比，是將飼料生產線實際參數統計收集形成專家數據庫，以“自診斷”的方式對比飼料生產線實際參數的變化情況，從而提前發現問題、解決問題，確保飼料生產線的安全穩定運行。

4 物聯飼料監測系統的軟件特點和分類

物聯飼料監測系統的軟件主要負責將物聯網體系中的飼料生產設備與服務有機結合到一起，在順利完成數據處理、任務發布、過程檢測、任務響應等功能的基礎上， 為管理者和用戶提供網絡接口。

4.1 物聯飼料監測系統的軟件特點 主要體現在四個方面：一是完整性。物聯飼料監測系統的軟件包含基礎軟件、支撐軟件、應用軟件，并且為飼料生產線提供技術咨詢、系統集成、維護更新等服務， 使物聯飼料監測系統的軟件形成完整的產業生態鏈（葉軍等，2014）；二是處理海量數據。 在物聯飼料監測系統中，飼料生產線中所有的人、料、物都有對應的數據，這些數據會隨時間的推移，呈現出海量化的特點，給軟件的信息存儲、傳輸、查詢和處理能力提出更高的要求； 三是實時性。 飼料生產線的自動化、 智能化控制對信息的獲取和反饋時間有嚴格的要求， 避免因設施設備反應不及時的問題影響飼料生產進度， 這就要求物聯飼料監測系統的軟件具有較快的運行速度， 能夠對獲取到的信息做出及時、 準確的反映； 四是安全性。雖然物聯飼料監測系統的無線/有線通信采用了加密方式處理信息， 但設施設備卻直接暴露在飼料生產車間中，并且部分設施設備存在外接口，為避免出現信息丟失或外泄的問題， 就需要不斷提高物聯飼料監測系統軟件的安全性。

4.2 物聯飼料監測系統的軟件分類 主要體現在三個方面：一是數據感知系統軟件。該類軟件主要通過電子產品代碼， 完成對物品的識別和信息采集功能（陳波和楊旭東，2022）。 比如，當飼料原料的電子產品代碼經過掃描器， 相關信息就會被自動捕捉， 并交給上層數據感知系統軟件進行傳輸和處理，并對飼料原料的數量、規格、參數進行自動核對；二是中間件系統軟件。該類軟件主要為物聯飼料監測系統提供計算、校對、過濾、傳輸、存儲等功能， 減少數據感知系統軟件直接向應用系統中心傳輸的信息量。究其原因，還在于數據感知系統軟件與應用系統中心間屬于非標準的、 非開放的通信方式，有了中間件系統軟件的橋梁作用，就可以實現數據感知系統軟件與中間件系統軟件間、中間件系統軟件與應用系統中心間標準的、開放的通信方式（梁懿等，2022）； 三是網絡操作系統。 該系統是一種能代替操作系統的軟件程序，主要實現服務器與客戶端間的信息共享和傳遞功能。其中，服務器負責對物聯飼料監測系統中的資源管理，避免頻繁操作引發系統崩潰，客戶端則是接收服務器傳遞的信息和數據， 確保飼料生產線中物品流和信息流的高度一致。

5 物聯飼料監測系統的應用效果

5.1 物聯飼料監測系統在飼料安全控制上的應用效果 飼料產品的質量問題， 不僅直接影響動物的生長發育和飼養經濟效益， 而且會通過食物鏈威脅消費者的生命健康（張艷麗，2023）。如何保障飼料原料和飼料產品的質量， 成為建立食品溯源體系的關鍵環節。 而借助物聯飼料監測系統中的射頻識別技術，就可以實現從采購、生產加工、銷售等多個環節來檢測飼料產品的質量， 從而打造一條安全放心的食品產業鏈。

5.2 物聯飼料監測系統在員工管理中的應用效果 員工是飼料生產線的直接參與者或管理者，保障員工的生命安全， 不僅體現了以人為本管理理念的要求，而且關系到飼料產業的持續、穩定發展。 所以，加強對員工的管理，成為飼料生產線的重中之重（吳倩等，2021）。但飼料生產線的員工數量多，工作環境復雜，傳統人工監督的方式，難以及時發現員工缺勤、違章操作等問題，進而埋下安全隱患。而物聯飼料監測系統的應用，能夠全過程監測員工的身份信息、位置信息、操作流程等，降低人工監督的難度和成本投入， 進而及時發現安全問題，切實保障了員工的生命安全。

5.3 物聯飼料監測系統在飼料產品流通環節中的應用效果 物聯網技術的普及， 讓物流運輸業成為最大受益方，通過自動化、智能化、信息化的設施設備，減少了物品流通環節中不必要的流程，使物流運輸的工作效率得以大大提高（寇軍和張小紅，2023）。在傳統倉儲中，飼料產品的豐富多樣性，給倉儲管理帶來了一定難度，特別是不同飼料產品的貨架規格、外包裝、保質期存在差異，難以做到對每件飼料產品的精細化管理。 而物聯飼料監測系統的應用，能夠借助圖像監控、無線通信、GPS、紅外視頻監控等技術，實現對所有入庫飼料產品的信息存貯、更新和統計，并按照既定要求對飼料產品進行存取， 有效避免亂堆亂放、 產品丟失、數目不清、冗余庫存等問題，加快飼料產品在市場中的流通。

6 結束語

綜上所述， 隨著產業鏈下游畜牧養殖業和食品工業的發展， 市場對飼料產品的質量安全提出了更高要求。 飼料產業要想不斷滿足市場需求，就需要向自動化、智能化、信息化方向發展。 而在這一過程中，基于物聯網技術建立遠程監測系統，能夠實現對飼料生產線的實時監督管理， 不僅有效解決了人工成本上漲、資源和能源浪費的問題，而且保障了飼料產品的生產質量和效率。因此，建立、 健全物聯飼料監測系統具有非常重要的現實意義。