浅谈智能化粮库设计

2022-12-06刘双安刘玉苹

现代食品 2022年14期

◎ 刘双安，刘玉苹，刘波

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南郑州 450001)

粮食是人类生存之本，是经济社会发展之基。粮库作为我国粮食储备、保管和流通的重要场所，智能化粮库建设是确保储备粮储存安全、增强粮食安全保障能力的重要举措。本文结合工程实例，对智能化粮库设计进行简单介绍。

1 建设背景

习近平总书记强调：“把保障粮食供应能力牢靠地建立在我们自己身上、把饭碗牢牢端在我们自己手中”“把粮食仓储建设作为农业基础设施的重点工作抓紧抓好”。2018年，国家粮食和物资储备局在《关于全面加快推进粮库智能化升级改造和省级平台项目建设的通知》中，提出全面加快粮库智能化升级改造的要求。国粮办规〔2022〕26号文件《国家粮食和物资储备局办公室关于印发高标准粮仓建设技术要点（试行）的通知》提出，通过强化绿色储粮技术应用和提高设施及装备信息化、智能化水平为思路，以智能控温、智能通风、智能气调等技术途径，建设绿色智能储粮仓房。

2 智能化粮库建设原则

将现代信息技术应用在粮食收购、仓储、物流、加工、供应以及质量监测监管等领域，消除“信息孤岛”，实现互联互通[1]。坚持粮食仓储物流智能化、信息化建设与粮食流通体制改革和发展互相促进，同步发展，符合粮食服务的长远目标。坚持技术、体系、组织联动，同步推进，上级管理部门和各粮食物流、加工企业的支持是项目建设的重要保证。在满足粮库使用功能要求的前提下，尽可能地降低粮库建设成本和后期运行维护成本。

3 智能化粮库建设目标

建立覆盖粮库所有信息网点的安全可靠的管理信息系统，系统集物流、资金流和信息流于一体，通过把各种传感器嵌入和装备到粮库、仓内、粮食运输机械及粮库其他建筑，将其采集到的各类数据通过粮库局域网整合处理。①利用多种传感器和测量工具，提供粮食仓储数量和质量的多重监控，实时感知整个粮库的存在状态。②将库区精细化管理、现代粮食仓储、物流企业的运营经验和信息技术密切结合在一起，采用历史实时数据库和关系数据库结合、统一进行数据规划，解决企业经营管理过程中生产数据仍由手工处理、电话通知而导致的数据统计慢、重复输入、部门各自为政和数据矛盾等一系列问题，使企业的经营管理系统及时得到准确的实际生产数据，有效掌握现场生产的真实情况，从而提高库区智慧化管理水平，实现结构扁平化、管理精细化、过程可溯化，提高企业竞争力。

4 智能化系统设计

粮库智能化设计内容主要包括粮库信息化管理平台、智能出入库系统、智能仓储保管系统以及智能安防系统。

4.1 粮库信息化综合管理平台

在技术先进、操作便捷、安全可靠、规范统一、互联互通以及运行高效的原则指导下，应用大数据、物联网、云计算等先进技术，构建起“数字化、智能化、可视化、精准化”的“互联网+粮食”平台。通过粮库信息化综合管理平台将预警、监测、粮食信息整合到一个大数据平台，实现预警、监测、粮食信息等管控一体化。对外连接粮食行政管理部门、粮食仓储/加工/物流企业以及相关监管机构等，对内集成各部门和各个子系统，提供综合决策、智能监测预警、远程监管调度、信息共享传播以及业务在线协作等全方位服务。

信息化综合管理平台采用统一的用户管理模式，通过统一分配每个角色的相关权限和业务菜单内容，实现对每个角色下用户的统一权限管理。①对智能粮库信息系统平台中的部门、岗位、人员、系统参数、业务流程、登录账户、数据接口和关联设备等进行维护管理。②对粮库的粮食库存数量、出入存数量、粮食质量、粮情、储备轮换和结算等数据进行统计管理，实现统计报表的模板化标准化管理，实现网络化、电子化在线填报、逐级上报审核、流程化自动化处理及数据的快速准确汇总与分析等。这种用户管理模式能够帮助粮库管理者总体把握粮库运营情况，并根据实时的数据分析，为决策者做出更好的管理决策，提供数据支撑。

4.2 智能出入库系统

智能出入库系统涉及粮库入库、出库、倒仓等业务流程。该系统通过使用先进的物联网技术和自动化的工艺设备，实现粮食出入库作业数据的自动采集和全过程的全数字化管理，能够加强业务流程处理的规范性和标准化，提高防作弊水平，满足粮食出入库数量和质量留痕、可溯源的管理要求。系统采用RFID、图像识别、红外识别及电磁感应等物联网技术，不仅能实现智能入门登记、粮食扦样、检验、过磅检斤、自动定等定价、自动计算扣量和自动结算等，还可以实现出入库过程的自动化，流程的规范化和透明化。

出入库业务主要包括粮食的入库作业、出库作业、倒仓作业3种。其中入库作业包括粮食收购、轮入、调入及进口等形式，工作流程为入库前准备、登记、扦样、检验、称毛、入仓、称皮、结算和出门；出库作业包括粮食销售、轮出、调出、出口等形式，工作流程为出库准备、收款、登记、称皮、装粮、称毛、结算和出门；倒仓作业指外库粮食的倒入，库内仓房之间粮食的搬运，登记、检验、结算等环节简化或省略，中间环节需要多次检验。

以入库业务流程为例，对智能出入库系统进行简单介绍。①入门登记环节，登记人员操作业务管理信息系统驱动外部设备读取身份证信息和车牌信息，完成车辆入库登记，制卡发卡，车辆放行入库。②在检验环节，打印条形码，将条形码和样品一起送检，检验完毕后，检验人员读取条码并录入检验结果。③在检斤环节，通过系统识别，判断哪些车辆可进入检斤环节，并提醒司机开车上磅；车辆停稳后卖粮人至地磅房刷卡称重，系统通过连接外部设备等手段综合判断是否有违规行为。称重结束后，司机开车至粮库入仓作业区，保管员利用终端设备确认业务信息，并填写监卸意见。卸粮完成后再次返回称皮重，完成检斤作业。如需结算，在结算环节核实相关人员身份后进行结算。④车辆出门时，刷卡完成出库确认，车辆销卡出库，卡片收回。此外，客户或承运人在库内作业期间，可以持智能卡或身份证在自助查询设备上查询车辆的登记情况，可以提醒车辆在哪个环节排队、排在第几位等。一站式服务大厅内的大屏幕滚动显示公示信息、结算排队信息等内容。

智能出入库系统可实现整个出入库作业流程的监管，针对每个作业环节进行车辆统计并展示，形成可视化界面。针对各环节压车情况进行智能预警，提醒库内工作人员实时把握整体业务流程，实现各作业环节车辆调度。

4.3 智能仓储保管系统

通过仓房设置的粮情检测系统和一体化智能综合控制柜，可对采集到的储粮温湿度、环境参数等数据进行智能分析，并对粮食可能出现的有害质量问题进行预测预警，综合利用多参数粮情、通风、智能环流等系统，调节仓内的温、湿度、气体浓度在适宜范围内，达到最佳保粮效果。通过一体化设计，将大大提高针对单个储粮仓房智能化水平，实现智能感知、智能分析和智能控制，真正实现智能仓房管理。

4.3.1 粮情检测系统

粮情检测系统能够利用温度、湿度、虫害等各类传感器直接采集综合粮情信息，并由物联网网关进行统一通信、协议转换；对综合粮情进行深入分析及展示，结合智能仓储管理模型，为粮库智能通风、环流、库存监管等仓储保管业务提供依据。此外，该系统还能促进粮食仓储行业向生态绿色储粮、节能减排、安全生产方向发展。

温度是影响储粮品质安全的重要环境因素，温度过高会导致粮食的氧化和陈化速率增加，粮食品质下降程度加快，影响储粮安全[2]。温湿度检测系统在数据传输方面采用了TCP/IP技术，改变了传统的基于485总线技术的粮情检测方式，从而在根本上解决了粮情数据的实时动态在线管控，为全网粮情监管需求和粮食储存大数据应用解决了基层的数据应用技术难题。

4.3.2 智能通风系统

智能通风系统通过与粮情系统集成，获得粮食温湿度、水分、仓温和外温等信息；通过与库区小型气象站数据集成，实时获得周边环境的温湿度、风力风速、雨量等信息。该系统支持与自动仓窗、轴流风机等控制系统主机的集成，支持对这些设备的远程/现场人工开启、关闭、能耗监测及状态监测，以及对其开关记录的管理。通过通风控制模型获得最适合的通风时间、通风方式等数据，提醒工作人员进行通风或者直接进行自动通风。4.3.3 富氮气调系统

富氮气调储粮是一种在国内外均被广泛应用的绿色储粮技术，已成为我国绿色储粮技术的首选[3]。富氮气调是通过调节粮食仓储环境中氮气、氧气的气体成分比例，使粮堆内氮气浓度达到95%～98%，并能使其长时间保持在该浓度范围，能够有效破坏害虫、霉菌的生存环境，抑制粮食生理呼吸，延缓粮食陈化，保证粮食品质，实现绿色无公害储粮。

当前的富氮气调储粮系统主要由制氮机组（移动式/固定式）、氮气管道、氮气环流设备和氮气浓度检测设备等构成。规范化的氮气管道规划、优良的仓房气密性是确保良好气调结果的先决条件[4]。富氮气调系统可实时检测粮堆内氮气浓度，根据杀虫、防虫、储藏等作业需求，自动控制粮仓现场的自动阀门组、设备开关，对粮仓内氮气进行充气、环流等作业，时刻保持粮仓内氮气浓度，提高储粮的安全性。

4.3.4 虫情监测系统

虫情检测装置主要由粮虫诱捕器、通道选择器、传输管道、通信传输电缆及仓外检测箱（内置有虫量统计传感器和气体传感器）等组成。捕虫陷阱分表层、中层、下层3层布置，大约每廒间能测20～30个点。该系统利用粮虫诱捕器捕捉仓内虫害，利用负压原理通过传输管道将其采集至储虫瓶中，同时采用红外光源技术对虫害数量统计识别。经数据分析后，以分析统计报表等形式，对虫害情况进行综合判断，实时跟踪监测虫害活动和变化情况，并及时采取相应的有效措施。

4.3.5 能耗监测系统

在每个仓房综合控制柜部署一台智能电表，实时监测仓库主要用电设施的能耗情况（如环流风机、阀门等）。能耗监测系统可以利用采集的数据对库区、单仓、单设备进行能耗统计、分析，为单仓财务核算提供动态、可靠的能耗数据，提高管理精细化程度。

4.4 智能安防系统

粮库智能安防监控系统，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，通过视频监控系统的直观性、便捷性，有效弥补直属企业人员不足问题，提升粮库管理和作业效率[5]。有条件的粮库要实现全覆盖，而条件暂不成熟的粮库视频监控系统要覆盖以下重点区域：库区大门、服务大厅、地磅房、地磅称重处、质检中心（科室）、扦样处（含扦样机位置）、药品库、制氮机房、机械库以及每栋仓房（厫间）的出入仓主要作业区。利用视频监控系统的实时性结合业务管理信息系统、出入库系统、粮情远程监测系统以实现仓内储粮情况的静态和动态监控。

5 中心机房

中心机房是粮库的电脑、网络设备、安防监控设备、操作系统和防火墙等网络安全设备、网络交换机等集中到一起，建设的一个多功能独立机房，用作信息化的网络中心和数据中心。该机房要具备足够的空间，使用标准网络和服务器机柜，具备机架式路由器、交换机、网络安全设备等专业设备。

为了保证机房设备的供电正常，在机房内设置一台双电源配电箱，电源分别引自配电间变压器后低压回路及柴油发电机组配电柜配电回路。在机房安装一台不间断电源（UPS），保证机房内计算机网络系统、监控系统及其他系统可靠运行。

根据《电子计算机机房设计规范》（GB 50174—2008）和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB 50343—2012）有关条文规定，机房的交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地及防雷保护接地采用联合接地体，接地电阻值≤1 Ω。

6 大屏展示系统

将粮食仓储过程中的各项数据“看得见”是可视化大屏系统的目标，相比于传统图表与数据仪表盘，如今的数据可视化致力于用更生动、友好的形式，即时呈现隐藏在瞬息万变且庞杂数据背后的业务洞察，通过交互式实时数据可视化视屏墙来帮助业务人员发现、诊断业务问题，逐渐成为大数据解决方案中不可或缺的一环。可视化套件技术研发宗旨让更多的人看到数据可视化的魅力，能够帮助非专业的工程师通过图形化的界面轻松搭建专业水准的可视化应用。

业务数据、粮情数据、作业状况、生产场景等数据、图像及视频均通过大屏显示系统，可实现数据、视频和图像等信息的综合显示，形成一个信息准确、查询便捷、管理高效及美观实用的信息显示管理控制系统，有利于生产组织、调度和处理各种应急事件。大屏幕显示系统是最重要的显示设备之一，它包括视频等各类信号传输系统、屏幕信息处理控制管理系统、大屏幕显示系统。

大屏幕显示系统包括图像处理能力较强和显示效果极佳的显示单元，以及与之配套的控制系统，支持单屏、跨屏以及整屏显示。大屏幕显示系统支持多路RGB画面和视频画面的实时显示，支持多种视频接口，支持计算机网络图形的混合开窗显示，完全满足控制中心的应用要求。