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数字粮库的应用及探讨
发布时间： 2012-11-22 文章来源：
数字粮库的应用及探讨
王磊
(山东鲁北国家粮食储备库 251200)
关键词 数字粮库 信息化 节能减排 智能通风
0 前言
社会在不断的发展进步，粮库的管理工作也应与时俱进，为适应现代化粮库管理的需要，信息化和节能减排成为当前仓储管理领域的工作重点之一，我库在数字化粮库建设试点项目的方案论证中也主要朝这两个方面进行了努力。概括的说，数字粮库就是依托当前粮库信息化建设发展成果，结合现代化数字技术和节能技术编制而成，从管理和技术两个方面同时入手，研究提出一系列适用于粮情检测、通风控制及能耗监测等储粮相关工作的整体化低碳型数字粮库解决方案，借此提高安全储粮的系数，确保储粮常储常新。
1 数字粮库系统简介
1.1设计原则：
以成熟技术或产品集成为主线，分阶段、分模块开发建设可取得切实成效的若干信息化、智能化、自动化仓储管理子系统，并最终建成以低碳型为主要特点的现代化数字粮库。
1.2系统组成：
数字粮库主要由六部分组成：无线自动数字粮情检测系统、智能通风系统、能耗监控系统、可视化控制系统、新能源利用、空调低温仓等六部分组成。
2 数字粮库系统性能分析
2.1、无线数字粮情检测系统
这一系统是整个数字粮库项目的基础平台，其他各项功能的实现，都基于这一系统监测到的粮温、气温、湿度等一系列数据作为智能化控制的判断条件，同时，对于风机、仓窗等的各项操作指令也由这一系统发出。
2.1.1 太阳能供电
本测温系统采用太阳能供电，无需消耗仓房的电能。
以上表格是在太阳能蓄电池为17*A*H且充满的情况下的数据。根据实际地区的差异进行如下的分析：在北方地区该太阳能电池组在夏季正午时，光照2小时就可以将蓄电池充满。而在冬季只要天气晴朗光照3-4小时就可以将太阳能电池充满。即便如此经过保守的计算，一月内仅可以将电池充满的次数为10次，也可以实现平均日测20多次。数据表明，太阳能供电在本系统是可以完全胜任的。
2.1.2 一线驱动电路
驱动电路是数字测温系统的关键部分，它好坏很大程度上决定了总线上悬挂温度传感器的个数。驱动电路可以用分立元件来实现，同样也可以用集成芯片来代替。传统的分立式驱动电路[1]如图1所示，该驱动电路可以最大驱动512温度传感器（DS18B20）。该驱动电路的出现故障的故障点较集成芯片比较突出，但是单线驱动能力强（灌电流强），响应速度快。采用集成芯片74LS244[2]的电路接口设计简单易于操作，仅需要占用单片机的3个I/O口就可以实现驱动的功能。为了实现更多点得驱动能力，可以将多个74LS244的输入端相连，相应的输出端相连。总线上输入输出的选通通过单片机的I/O控制74LS244的门选通管脚就可以实现。
2.1.3 B/S和C/S技术
智能无线数字测温系统中应用了科学的B/S和C/S技术，也为和MiS系统的无缝连接提供了强有力的技术支持。B/S和C/S技术的应用，实现了在国储粮局域网内的任何一台装有浏览器的主机，都可以通过www浏览器进行安全数据访问。C/S技术使得系统可以为不同的访问用户分配不同的权限，真正做到数据的安全无忧。
2.1.4 其它性能
用数字式温度传感器代替热敏电阻，解决后者在线性方面和零点温漂的不足。同时具备低功耗、快速响应和高精度的优点，测温更加快速精确，为提高科学储粮标准打下了基础。系统采用的无线传感器网络，可以实现多跳路由，比有线方式更易于施工，更节约成本。系统采用了服务器自动测温方式，实现了24小时全天在线自动测温，可以根据事先编制的自动测温策略工作，并将测温的结果以短信方式发送给保管员。各级仓窗管理人员和各仓保管员随时可以用库内局域网中的任何计算机查询详细结果。
仓内测温方式也进一步优化，采用了全仓一线测温技术，驱动电路全在仓外，这样仓内只有电缆，没有分线器和其他电路，可以有效的防止熏蒸对系统的腐蚀，便于维护，在实际应用中也取得了较好的效果。本系统还可以与我省的业务管理系统实现完全的一体化运行，成为粮库信息化系统的重要组成部分，将粮库信息化由业务应用层面进一步扩充至综合管理。
2.2 智能通风系统
在实现粮情自动检测之后，依据各项检测数据，结合机械通风规范和我库所处中温干燥储粮区的气候特点，制定审慎的通风策略，控制仓窗、风机等自动开闭，最终实现无人值守下的智能通风。我们在这一系统建设中，一方面改造了现有的风机和通风窗，使之可以接收无线控制命令来执行相应的动作，另一方面先进的模糊控制原理和神经网络算法，编制了控制软件模块，在粮情检测系统的基础上，综合对比仓内、仓外的温度和湿度以及不同季节的特点来采取相应的通风策略。
2.2.1 供试仓房条件 夏季：以我库10#、12#、14#仓为例，仓房尺寸为40m*24m*9m，存粮线5m，上部空间积约3840m3，1.1kw风机两个。
2.2.2 通风效果对比及分析 主要目标为消除储粮上方至仓顶空间部分的积热，延缓储粮温度的上升。
在粮情测温的基础上，制定定时测温策略，并根据测温数据，通过对通风数据的分析，自动开启、关闭门窗及风机，
表1 试验仓10#测温、通风表
对比仓1长开风机，对比仓2不开风机。
2.2.3 通风策略的选择 气温－仓温＝6℃，仓湿＞外湿时，开启仓窗和风机通风。当气温－仓温＝4℃，关闭风机和仓窗。
一般符合通风条件的时机在夜间，根据设置的通风策略，进行间歇式的无人值守的通风，在达到降温目的的同时能够减少电能的消耗。通过数据分析，可以得出通风有效时间仅需3小时左右，因此通过电耗的记录对比，智能通风较常规通风节能60%左右。实验仓较对比仓的粮温上升至最高值延后了一个月左右，个别仓房可以实现全年无熏蒸，实现绿色储粮。
精确化的通风时机判断，智能化的通风方式，能最大限度的实现有效通风，以较少的能源消耗，达到降低仓内温、湿度，实现安全储粮的目的。
2.3、能耗监测
目前储备粮库在仓储管理中，除机械通风外，出入库设备是也是耗能的主要部分。我们目前，通过在大型设备上加装能耗监测模块，将设备工作状态及耗电量等数据，准确实时的无线传输到业务管理信息系统，拥有了设备管理和能耗分析的有效手段，为节能减排奠定了基础。这一系统易于安装，可对库区内各大型设备和主要耗电区域进行实时监测，并可与业务管理系统、可视化控制系统无缝结合，对于指导粮库的节能减排工作具有重要的意义。该系统还可以对进出粮的大型设备能耗进行统计分析，为设备的维修保养和更新改造提供重要的参考依据。
3 数字粮库应用展望
3.1 新能源利用
粮库一般占地面积较大，并且布局较规整，对于以平房仓为主的粮库来说，更加利用太阳能电池板的布置，我库依托德州皇明太阳能光伏产业优势，逐步论证以光伏发电结合成熟的并网技术来实现新能源利用的目的。
与人工冷源相结合的新能源低温储粮技术应用前景，在新能源利用和低温储粮方面进行积极探索。
3.2 能耗监测方面，在今后的发展中还可以在能耗检测系统的基础上，进一步加入设备电子标签，对设备的能耗及设备工作时所处的位置进行全面检测，并实时在可视化系统中展示。
3.3 可视化控制子系统，是利用LED屏幕与我们自主研发的配套软件相结合的形式，将库区的粮情状态、设备运行状况、实时能耗以及粮库的信息传达、文化活动影像等等一系列内容进行集中展示的数字化平台。
通过该系统，相关人员可以高效地对整个库区各方面状况进行全面的了解和掌握，实时了解粮库的储粮信息、设备信息、行政信息、文化活动等等。
4 结束语
数字粮库应用效果从管理和技术等多方面已被实践所证明，在全社会节能减排的要求下，粮食行业的节能减排水平的提高也应与时俱进。加强数字粮库的建设，改变以往的管理模式，将有效推动我国粮库管理水平和技术水平迈上新的台阶，为我国的粮库信息化建设及节能减排工作贡献力量。
参考文献
[1] 孙孜博等. 无线传感器网络集中控制分簇组网算法研究[J],自动化技术与应用，2009,28（6）：20-30
[ 2] 郑长征等. 多个DS18B20在粮库测温系统的应用[J]，自动化技术与应用.2006,25（11）：87-88