粮库智能化管理系统的开发与应用

文/叶维林 叶威 李钰志

当前，智能化粮库系统已成为大中型粮库建设中实施的重要内容。

为更好地实现粮库仓储科学管理，满足日益增加的粮库信息化需求，湖北叶威（集团）智能科技有限公司依据《中央储备粮管理条例》《粮油储藏粮情测控系统》和国家粮食和物资储备局局发布的《粮油仓储信息化建设指南（试行）》《大力推进粮食行业信息化发展的指导意见》等粮食行业标准，开发出了粮库智能化管理系统，现已成功推广应用于20个省市的大型粮油仓储企业，使用安全、可靠、高效、环保、节能，创造了可观的经济、社会效益，应用前景广阔。

系统设计目标和总体架构

叶威粮库智能化管理系统是在粮食仓储作业、库区保管等环节，利用计算机网络平台、物联网技术及大数据分析等技术，将粮食仓储企业的粮情测控、智能控制、作业与管理等系统作为一个整体进行控制与管理，提供整体解决方案，以实现企业的优化运行、控制和管理。通过标准的数据接口，将现场采集的数据提取、加工、处理后，为管理部门的决策提供一个较为科学、客观的管理和调控依据。系统以实现信息的采集、传输、处理、存储、监管、控制的联动和信息的综合分析利用，达到规范管理以及提高粮库的运营效率和安全系数的目标。

叶威粮库智能化管理系统总体框架分为“感”“传”“支”“用”“智”五个层次，标准、运维、安全三大体系。系统总体框架见图1。

系统开发功能

（一）粮食出入库作业管理系统

粮食出入库作业管理系统分为出入库作业系统和出入库管理系统。

1.出入库作业系统

出入库作业系统采用六方面的措施来自动记录粮食出入库信息：

（1）采用RFID技术、条形码技术，对出入库车辆、扦样样品、货位号进行标识，对粮食出入库的登记、扦样、化验、称重、入仓、结算等6个业务流程进行自动化和智能化管理，实现粮食出入库作业过程的自动跟踪和控制；

（2）采用粮食库存识别码技术，采集粮食收购、货位形成的作业记录，实现粮食库存信息的动态管理；

图1 系统总体框架

图2 出入库作业系统架构

（3）采用自动扦样的专用设备，采集样品，防范“人情粮”，并读取随车RFID电子标签、打印粮食样品条形码标识，对样品进行管理。结算中心与业务管理系统相结合，根据业务管理系统登记指标实现“自动定等”；

（4）对地磅进行改造，建立地磅综合监控系统，实现称重数据的自动采集和地磅作弊的防控；

（5）结算中心根据国家标准和检验数据实现“自动扣量和自动结算”；

（6）采用国家规范的库存粮食识别代码的生成规范，针对每仓粮食和每车出库粮食生成粮食库存识别代码，真正做到“码随粮走”。

出入库作业系统采用客户端数据库和数据中心数据库相结合的方式，在网络畅通、数据可以顺利地传输到数据中心时，采用中心数据库保存出入库采集系统数据；如果断网状态，则出入库采集系统的数据保存在客户端数据库中，当网络连通时随着新的数据存入中心数据库。出入库作业系统架构图见图2。

2.出入库管理系统

出入库管理系统是对出入库作业系统采集的数据进行整合分析，一方面监控整个出入库作业的执行情况；另一方面通过汇总的数据自动生成相应的统计报表，提高粮食仓储企业作业效率；同时为库存监管的数据统计提供数据基础。

整个出入库管理系统具有出入库数据统计、出入库状态监管、出入库管理和统计报表统计五个功能，通过B/S的方式能够使粮食仓储单位的相关负责人员更方便快捷地了解企业内粮食出入库状况、数据、报表和当前出入库的车辆状态，更好地管理出入库作业，调高粮食仓储单位的出入库作业效率。

（二）粮库业务管理系统

粮库业务管理系统主要分为经营管理、仓储管理、质量管理、安全生产管理、报表管理和系统设置。为粮库的经营、质检、仓储、物流、生产等日常业务提供信息化服务，实现库内主要业务的信息化管理。

经营管理以粮食仓储单位的业务和资金流向管理为核心，对计划、合同、合同单据的生成、执行、结果进行全范围的监督和跟踪，对粮库的客户信息进行分类管理。

仓储管理细分为台账管理、仓储保管、设备管理、设施管理、统计查询等功能，对仓储保管过程中产生的出入库、虫害、熏蒸、粮情、通风、设备、设施、台账等进行全面的管理和数据记录。

质量管理主要实现对粮食仓储企业储存粮食质量指标、质量数据及相关质量检验器材的管理。主要功能包括质量指标管理、化验器材管理、质量检测记录管理、定等与扣量管理和库存粮食识别代码管理。

安全生产管理功能模块主要包括制度管理、药剂管理、消防管理和设备作业管理。

（三）多功能粮情监测系统

多功能粮情监测系统负责对粮食仓储企业内环境状况、仓内储粮的粮情数据、仓内各种气体的成分、仓房内虫害发生状况进行集中化、自动化和智能化的控制管理，实现各个作业功能模块远程控制、状态监测、数据实时传输汇总及互联互通，从而为决策分析和最优作业方案的实现提供了数据基础。

1.粮库环境监测系统。外部环境的天气数据是粮库日常作业和智能通风所必须的数据。部署在库区的六要素环境检测中心实时向数据中心提供实时温度、湿度、风速、风向、光照强度和有无雨雪等天气数据。

2.粮情监测系统。粮情监测系统的实现主要通过计算机上位机、测控分机、传输接口和协议来实现，同时传输方式可以有有线和无线两种方式。系统功能分为粮情采集功能模块、粮情数据显示、粮情图表分析、粮情报表和粮情警报五个功能模块。

3.气体检测系统。系统可以对仓内的磷化氢、氮气和氧气进行单仓检测、全库检测、自动检测和手动检测。可以对仓内的气体浓度生成气体浓度变化曲线，展示气体取样位置及每个取样点的实时气体浓度数值。为熏蒸作业提供良好的施药操作数据指示，减少有害药剂的用量，安全环保。

4.虫害检测系统。通过预埋在粮堆中的害虫诱捕器捕捉粮虫，利用仓外放置的害虫抽取器通过传输通道及通道选择器把捕捉到的害虫抽取进害虫检测装置，利用红外对射装置及图像识别系统对采集到的害虫数量、种类进行识别，从而及时掌握粮仓中害虫的种类、数量、分布、密度等情况。

（四）智能通风系统

智能通风系统通过设计全新的智能控制专家模型，智能判断通风时机、通风模式和通风时长，从而真正实现智能通风，解决了传统通风所面临的问题，提高了通风效率，保证粮食安全。

智能通风系统的构成主要有客户端计算机、服务器系统、仓外粮情分机、仓内温湿度传感器、测温电缆、智能控制柜（包含PLC控制单元、变频器、继电器等）、小型气象站、电动窗、轴流风机、离心风机和通风口等。

图3 粮库决策分析系统界面

（五）粮库行政办公管理系统

针对粮食仓储企业办公和业务流程专门开发定制，系统支持单点登录，支持跨组织协同办公能力，实现中心库和代储库办公管理一体化。

系统利用internet技术，采用B/S结构，以web浏览器作为访问的工具，构建统一的信息交换平台和资源共享库，使企业内部能够实现最大范围的资源共享，改变以前手工公文传送的模式，提高办公的效率；实现信息共享，方便信息传递和信息的统计分析。

（六）粮库综合展示系统

粮库综合展示系统可以展示企业的基本信息，包括仓房基本信息、仓门状态、仓内温度分布、害虫数量、单仓粮食存量、单点报警展示、粮食安全等级等信息，结合BIM建模，以三维的方式展示库区全貌。通过利用三维街景技术建立库内街景模型，可以以漫游的方式观看库内实施布局、出入库作业工艺和储粮状况等信息。

粮库综合展示系统可以通过地理信息系统（GIS）、BIM等技术对粮油仓储企业内的仓储设施、地磅、办公楼等基础设施进行三维建模，构建与企业一样的虚拟空间，并与粮库智能化管理系统其他功能模块进行对接，实现在虚拟空间内对粮油仓储企业仓储信息、作业信息、视频监控等真实管理，并结合自动化控制系统实现对设备的远程操作，实现可视化管理。

（七）智能视频安防系统

智能视频安防系统是基于网络的视频监控系统，利用网络传输视频信号及相应数据，监控中心可以实时查看监控现场情况。

（八）粮库决策分析系统

粮库决策分析系统主要包括四大功能：综合决策分析、专家辅助决策分析、单仓决策分析及综合预警分析功能。系统能对企业库存数量变化、库存性质变化、品种、出入库价格、架空期、粮情等方面分析，对“转圈粮”识别、企业经营风险、仓储设施利用率等通过数据挖掘技术和远程协助模块，将系统自动处理和人工处理相结合，形成相关数据支撑依据进行预警。

决策分析系统同时能够对粮库智能化管理系统中的异常粮情数据、仓内有毒气体预警、通风预警、视频检测预警、异常能耗警报及粮仓内的粮食发生异常数量变化时，在整个粮库的三维立体图上进行预警预报，通过该功能模块可以查看预警预报信息的详细情况，且可以把相应的预警预报信息推送到相应工作人员的移动终端。（图3）

（九）粮库能耗在线监测系统

能耗在线监测系统通过能耗监测网关和智能电表结合的方式来获取粮食仓储企业每个仓房的总能耗和分项作业能耗。分项作业能耗包括出入库能耗、通风能耗、照明能耗和其他弱电能耗等。通过汇总整个粮食仓储企业能耗数据，使用图表、分项数据展示等进行统计分析，综合反映出企业每年、每月、每天的能耗使用及变化情况。

同时，系统对粮库照明、作业及通风等能耗进行监测，对异常的能耗给予提示，对非作业时段的能耗会产生预警预报及相应的消息推送。系统可以进行单仓能耗分析统计，分析每个仓房总能耗、分项能耗数值及每吨粮食不同作业的能耗值，并形成能耗数据变化曲线，便于粮库管理人员及保管员能够及时全面了解各个仓房的能耗情况，提高管理作业水平。