多功能粮情测控系统集成研究

李昂 高涛 宋燕腾 贾生辉

摘要：根据国家粮食和物资储备局"1+1+4"信息化建设总体部署，粮库建设及改造工作要遵循"全面铺开、分步建设"原则，綜合考虑各级各类粮食仓储企业的业务类型、管理基础、运维能力、人员素质和实际需求，不断适应粮食信息化建设新要求。通过先进传感技术和物联网技术，实现自动采集作业过程中各环节的数据，提高数据的实时性和准确性，并解放人力，提高效率。本文介绍了如何通过将温湿度检测、虫害检测、气体检测、气象检测和智能通风系统集成，利用大数据、可视化等技术，实现粮情多参数检测、展示及业务预警、调节等功能。

关键词：粮库建设及改造、信息化、传感技术、物联网技术、系统集成

一、系统结构

多功能粮情测控系统是将温湿度检测子系统、虫害检测子系统、气体检测子系统、气象检测子系统和智能通风子系统集成在智能一体化控制柜内，可通过智能一体化控制柜控制屏实现对仓内温度、湿度、水分、气体浓度等参数进行检测、查看和检索，并可通过远程控制功能，实现对库区进行远程控制。

二、子系统功能介绍

1、温湿度检测子系统

A.温湿度检测：能够对粮堆所由部位温度、粮仓内空间温度和湿度、粮仓外环境温度和湿度等基本粮情参数进行检测。

B.温湿度显示：能够以（3D）直观的方式对仓内粮食所有部位温度进行显示，主要包括：三维立体图、数据表格、温湿度曲线。

C.温湿度报警：系统可提供对不同日期的多次温湿度数据变化的比较，可以显示并分析温湿度差值以及发生异常时，能够发出报警信号。对粮温、湿度等参数实行高限报警与中限预警等。对仓温、仓湿度等参数实行高限报警与中限预警等。

2、虫害检测子系统

A.数据采集：可自定义条件（仓型、仓号、气体种类、时间）采集虫害数据。

B.数据查询：可自定义条件（仓型、仓号、气体种类、时间）查询仓内虫害情况。

C.数据展示：利用图表形式展示各个仓的虫害信息情况坐标图。

D.虫害分析：通过分析仓内虫害数据，实现仓库作业行为（磷化氢杀虫等行为）判定。

3、气体检测子系统

A.数据采集：可自定义条件（仓型、仓号、气体种类、时间）采集氧气、二氧化碳、磷化氢浓度等数据。

B.数据查询：可自定义条件（仓型、仓号、气体种类、浓度范围）查询仓内气体情况。

C.数据展示：利用图表形式展示各个仓的气体信息情况坐标图。

D.气体浓度的分析：通过分析仓内气体数据，实现仓库作业行为（气调补气、熏蒸补药、人员入仓等行为）判定。

4、气象检测子系统

气象检测模块实现对库区风向、风速、雨量、雪量、温度、湿度、大气压等气象要素进行全天候现场精确测量检测，通过库区小型气象站的气象信息采集，能自动生成库区环境情况变化走势图，并积累环境气象历史数据，为智能仓储控制模型、仓储作业和管理提供基础数据。为智能通风系统提供智能通风控制决策依据。

5、智能通风系统

智能通风系统可以根据多功能粮情测控系统提供的粮情数据、仓外大气温湿度数据，利用建立的智能通风粮堆湿热传递数学模型、粮堆温度场和湿度场内有限元器件模型以及机械通风控制模型，准确判断通风条件，捕捉最佳时机进行通风，通过智能通风控制器，计算通风能耗，自动控制离心风机的启动和关闭，避免低效通风，无效通风、过度通风和有害通风现象的发生。降低通风劳动强度，提高通风质量，节能减排。对粮仓进行通风，达到降温通风、降水通风和调质通风的功能，提高通风效率、降低通风能耗，有效控制粮仓的储粮环境和粮食品质，从而实现安全储粮的目标。

三、主要设备性能要求

1、温湿度检测子系统

温湿度检测子系统由仓温仓湿传感器、气温气湿传感器、测温电缆构成。

（1）仓温仓湿传感器

仓温仓湿传感器应具备防尘和防熏蒸双防护功能，工作时，有专用防尘帽保护，避免仓内粉尘、害虫进入，提高温湿度传感器工作可靠性。熏蒸时，有专用防熏蒸帽保护，避免熏蒸时磷化氢气体的腐蚀，延长温湿度传感器的使用年限。温湿度传感器采用接插件进行连接，操作方便，更换时不需做其他处理，即可保证整体密封效果，接头采用密封快卸接插件，其保护等级应高于IP68，能在潮湿环境下正常工作。

（2）气温气湿传感器

气温气湿传感器应能够用于恶劣环境下的温湿度检测，可利用支架固定在仓外墙壁上，方便维修、更换。

（3）测温电缆

测温电缆应具备抗干扰、抗雷击性能强能力。测温电缆内传感器密度需根据粮仓设计要求选定，应方便更换，有良好保护，并采取防潮防结露等措施。全部接头采用密封快卸插件，连接方便，易于操作，保证更换时不需做其他处理即可保证整体密封效果。测温电缆护套材料应光滑耐磨，并且在护套内部应增加抗拉钢丝，抗拉强度满足设计、使用要求，可保证实仓情况下实现换芯作业。

2、虫害检测子系统

虫害检测子系统由虫害检测模块和取样检测导管构成。

（1）虫害检测模块

虫害检测模块安装在仓外智能一体化控制柜内，用于检测仓内虫害情况。其内部原件，应具备防腐蚀、防磷化氢熏蒸功能，设备应安装于仓房外，便于维护且不影响仓房密闭性。

（2）取样检测导管

取样检测导管是连接害虫诱捕器与虫害检测模块的管道，用于抽虫。导管管径应满足粮仓设计要求，阻尼性良好，内壁光滑，摩擦系数低，介质通过能力高，阻燃性好，无毒无味。

3、气体检测子系统

气体检测系统由通道选通器、磷化氢传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、测气探杆、取样检测导管构成。

（1）通道选通器

通道选择器安装在仓外智能一体化控制柜内，用于气体检测模块间检测通道切换，应具备防腐蚀、防磷化氢熏蒸功能。安装于仓房外，便于维护且不影响仓房密闭性。

（2）磷化氢传感器

采用高精度采样电路，加入温度补偿、自动校正算法，以确保不同环境下检测精度的可靠性，稳定性。磷化氢检测分辨率不得大于0.01ppm;误差不得大于3%FS;重复性不得大于±0.5%;零点漂移率不得大于1%（F.S/年）;响应时间不得大于20秒。

（3）氧气传感器

采用电化学传感器，加入温度补偿、自动校正算法确保不同环境下检测精度的可靠性，稳定性。氧气检测分辨率不得大于0.1%vol;检测误差不得大于2%FS;重复性不得大于0.5%;响应时间不得大于20秒。

（4）二氧化碳传感器

采用进口电化学传感器，高精度采样电路，加入温度补偿、自动校正算法确保不同环境下检测精度的可靠性，稳定性。分辨率不得小于1ppm;检测误差不得大于3%;响应时间不得大于30秒。

（5）测气探杆

测气探杆埋在粮堆的不同位置，尾端通过测气管与仓外智能一体化控制柜的管道选通器模块连通。由于测气探杆长时间处在潮湿、复杂的工作环境中，所以在制作杆身的过程中应选用具有一定机械强度且耐腐蚀的材料。

（6）取样检测导管

取样检测导管连接测气探杆与通道选通器的管道，用于抽气。导管管径应满足粮仓设计要求，阻尼性良好，介质通过能力高，阻燃性好，无毒无味。

4、气象检测子系统

气象检测子系统由小型气象站构成，可对温度、湿度、气压、雨量、雨雪、风速、风向、pm2.5等气象要素进行全天候现场测量，能够可靠运行在各种恶劣环境中，测量精度应满足设计及实际使用要求。并且设备应具备低功耗、高稳定性、高精度，完善的防雷擊、抗干扰等功能，支架和防护箱应外形美观、耐腐蚀、抗干扰。提供网络接口，数据可与其他子系统共享。

5、智能通风子系统

智能通风控制系统由智能控温模块、智能气调通风模块，控制线路组成。

（1）智能控温模块

智能控温模块可自主分析判断，控制每个廒间工业空调全速运转，达到迅速降低仓内空间环境温度的目的。从而实现空调智能控温节能、环保、经济实用、自动化程度高、便于操作等基本原则。

（2）智能气调通风模块

智能气调通风模块，应具备自主分析判断通风条件，当粮堆内、外通风参数符合通风各种目的时，系统应自动打开粮仓的通风窗或通风口，启动通风机进行机械通风，捕捉最佳时机进行降温通风、降水通风和排积热通风等，做到通风过程粮食水份合理安全，从而避免因为水份减少造成的粮食数量变化。避免低效通风，无效通风和有害通风现象的发生。

（3）控制线路

控制线路中管槽、线缆选型及敷设需满足粉尘爆炸区规范要求。管槽两端均应设置可靠接地，若接地电阻不满足规范要求时，应在中间处增加重复接地，防止静电积聚，引起粉尘爆炸。动力电缆及控制电缆均应选用铜芯阻燃电缆，敷设采用桥架和热镀锌钢管相结合的方式，桥架与钢管相接处采用防爆饶管进行保护。电缆应在爆炸危险性较小的环境或远离释放源的地方敷设，在爆炸粉尘环境，电缆应沿粉尘不易积堆且易于清除的位置敷设。

四、结束语

随着科技的进步，未来粮情测控系统将向数字化多功能集成化智能化和数据远程传输的方向发展。我们坚信：只要本着一切从国情出发从实际需要出发，从目前国内的技术水平出发，坚持不懈地研究开发不同类型的粮情测控成套系列化产品，粮情测控系统将日益先进。

参考文献

[1]（GB/T 26881-2011），《粮油储藏 通风自动控制系统基本要求》

[2]（LS/T 1202-2002），《储粮机械通风技术规程》

[3]（GB17440-2008），《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》