散粮智能进出仓和仓房储粮数字化管控模式探讨

陈 鹏,孙晓民,王继武,孔令铖,吴一帆,赵域宽

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

当前粮油仓储物流行业已经形成了比较成熟的信息化管理解决方案,内容主要涉及粮食物流进出和仓储日常保管等收储环节。随着行业的不断发展和精细化管理要求的提出,针对散粮收储过程的管理还亟待提升,针对一些痛点、重点问题着重聚焦分析,涉及散粮自动化进出管控模型的建立、仓房传感器数据采集及实时传输、云服务的数据监管平台建立等,目的在于实现散粮进出仓智能管控功能的提升和粮食储藏过程数据采集规范化、标准化,以及整体提高监管平台实时监测、数据集成、互联互通和远程监管功能。

1 散粮作业智能管控和储藏保管数据监测系统架构分析

针对粮食仓储行业对散粮进出过程自动化控制、数字化管理方面新的管理模式的要求,以及储藏过程智能化科学储粮、保质增效的要求提出,综合应用管控一体化理念,以及粮食温湿度、气体浓度、数量检测传感器技术中间件的开发,依托信息编码、自动化、边缘计算、物联网、数据库、物联网网关、云服务等技术,实散粮物流智能控制、作业排产、智能选仓、仓容管理,以及日常仓储保管过程的数据采集、分析和集成等相关功能,完善散粮作业智能管控和储藏保管数据监测技术体系,整体提升行业数字化、信息化管理水平。

散粮进出仓作业智能管控技术和仓房安全储藏过程数据监测处理与应用主要围绕粮食进出和仓储过程相关业务,采用“云+管+端”的总体架构,功能覆盖作业排产、物料平衡、智能选仓、物料管理、粮温多参数检测、仓容管理、能耗管理和设备管理等功能。根据系统功能层级架构分为物理及传感层、采集及传输层、应用层和平台层等四个层级。

1.1 平台层

该层级的主要用户包括各粮企的领导及管理人员等,提供系统平台的各项监管功能,涉及平房仓、浅圆仓作业过程和仓储过程的综合数据(物流、作业、仓储等数据)展示和监管,同时提供移动端应用。

1.2 应用层

主要为整个系统的具体应用功能,受众为粮企各业务部门操作人员,包含散粮进出过程的作业计划排产制定、进出仓智能选择、粮食品种管理、仓容(平房仓、浅圆仓)数据管理、储藏过程多参数监测,以及相应能耗和设备管理等功能。

1.3 采集及传输层

主要为整个系统的数据中间件开发,作为数据采集、传输、存储和交互的关键环节,承上启下,同时满足粮企管理数据的传输需求,主要借助于局域网、物联网网关进行数据透传。

1.4 物理及传感层

利用粮企前端控制系统(平房仓清理自控系统、浅圆仓自控系统、自动通风自控系统等)和各种智能仪表、多参数粮情传感器(粮温、气体、数量等)等设备进行数据交互。结合当前行业管理需求,建设适用于当前粮食仓储进出及储藏保管过程管控和数据采集的方案,解决当前行业中散粮进出作业需要过多人为干预、效率较低,以及各粮食保管系统采集设备的指令传输、数据传输、数据存储等方面与其他第三方应用系统对接不畅的问题。主要涉及以下几方面:粮库信息化系统与散粮进出仓的智能管控系统的对接;实现粮食仓储保管采集设备指令、数据采集和传输格式的标准化,并满足远程触发检测功能;开发不同粮食仓储保管采集设备的中间件,实现在统一平台下的数据采集需求; 实现不同粮食储藏保管系统采集设备的通讯方式、指令、数据以及云端存储格式的统一和相应云服务系统功能的集成。

2 散粮作业智能管控和储藏保管数据监测主要功能分析

2.1 散粮进出仓智能选仓

2.1.1作业计划管理

系统提供界面输入相关的作业计划。系统为作业计划人员提供可视化的图形编辑工具,根据粮食品种、质量信息、进出量,以及当前仓容等辅助信息,智能指引其进行散粮进出仓计划的录入与维护,制订好的作业计划以图表和流程线的方式进行展示。同时,计划的完成情况也将自动、实时反馈到计划管理模块,从而实现对作业计划的在线跟踪。

2.1.2作业调度管理

进出仓作业调度管理全过程记录和监视作业的执行情况,包括作业时间、作业人员、作业事件、作业进度等数据,作业过程中功能模块可根据作业过程中实时数据的变化自动进行调整和相应提醒告知功能。同时,还将提供制订好的作业规范以指导作业人员进行正确的操作。

2.1.3控制系统选仓管理

以散粮进出控制系统为基础,开发进出仓作业计划接收插件,结合作业计划、仓内品种、实际仓容、设备状态,以及当前作业情况等各种作业因素,实现与控制系统之间实现无缝对接,如自动预选仓、一键启停、入仓自动切换、故障自动暂停、作业完毕自动停止等功能,减少操作人员的干预,提升进出仓过程的智能化程度。

2.2 散粮作业过程数据采集及管理

2.2.1物料管理

物料管理涉及对平房仓、浅圆仓储存粮食品种进行管理,提供品种信息的增删改功能。该功能通过细分粮食品种,实现对平房仓、浅圆仓单仓粮食品种的标签化管理,对选仓智能化的指定和分配提供了基础数据支撑,避免混粮情况的发生。

2.2.2质量管理

将仓房相应粮食品种质量信息进行管理,提供填报界面或第三方质量数据接口,实现单仓粮食质量数据的管理,为散粮智能选仓功能提供判断条件,避免出现质量不同发生混仓情况的发生。

2.2.3仓容管理

通过对散粮进出仓、倒仓涉及到的计量设备(散粮称、流量称、地磅等计量设备)进行数据通讯和功能集成,实现粮食进出、流转数量的实时计量,并对当前仓容数量进行实时更新和记录,结合储粮品种,对实际仓容进行有效、直观的管理功能。

2.2.4设备管理

以进出粮现场自动控制系统为基础,对上位机系统脚本开发和PLC编程,实现工艺设备状态、运行时间、维护次数、停机情况等数据信息统一管理,系统自动分析,评估设备状况,触发保养和维修提醒等功能,保障进出仓作业的高效运行。

2.2.5能效管理

监测能源在整个作业系统内的使用与消耗情况,通过能源计划、能源计量,实现对作业过程中设备所用的电能进行有效管理,并通过能源计量考核,降低作业能耗。

2.2.6绩效管理

对绩效考核主要指标进行计算、统计和展示,其指标和计算公式由最终用户根据需要预先定义,自动给出计算公式,系统通过对班组粮食进出作业效率、能源消耗数量、设备无故障运行时间等方面进行班组绩效核算和评估。

2.3 散粮储藏数据中间件

2.3.1中间件通讯机制的选择

消息中间件能在不同平台之间通信,用来屏蔽各种平台及协议之间的特性,实现应用程序之间的协同,其优点在于能够在客户和服务器之间提供同步和异步的连接,并且在任何时刻都可以将消息进行传送或者存储转发。通过对仓储过程数据采集设备的调研分析和远程过程调用、消息队列机制的研究试验,得出基于消息队列机制的通讯中间件是一个合适的选择。

2.3.2中间件通讯协议的选择

由于粮食仓储环境数据的采集设备种类繁多,传感器数量也比较多,设备的通讯协议又都是生产厂家自己制定,故需要采用中间件的方式统一并简化与上位系统的通讯。在这两者之间中间件负责把上位系统下发的指令转为设备的通讯指令,设备动作完成后中间件把来自设备的数据转换为统一的数据结构并返回给上位系统。中间件的运行平台可以基于普通计算机或者是轻量化的边缘计算网关,经过系统分析,从通讯协议的可靠性、信息传输速度和质量,以及信息包大小等方面因素的综合考虑,采用响应时间短、吞吐量大,且低带宽的MQTT协议是最佳选择。

2.4 粮食储藏多参数云服务监管系统

粮食仓储行业传统多参数粮情(粮温、气体、数量等)系统只能在本地电脑上检测后手动上报数据给管理层,管理层无法实时反测,看不到实时和真实数据。通过基于云服务监管系统可不受时间和空间限制进行实时、定时检测粮食和仓内温湿度、气体浓度,以及仓内粮食数量等基本储粮数据。系统具有远程维护与在线升级功能,同时考虑支持不同厂家粮食仓储系统数据接入,以及通过5G数据采集网关,满足云端采集数据传输要求,实现云端与各仓储系统测控主机实时通讯,提供基于网页和手机端的数据监管功能。

系统将粮食储藏多参数(粮温、气体、数量等)数据通过较为直观仓房三维图层进行展示,实现网页和手机端的应用,其主要功能包括:按照粮情监测、气体检测相应传感器布点位置,建立温度、气体浓度展示三维模型;按照数量监测数据信息,系统自动绘制、还原仓内堆粮三维信息,并根据容重自动计算相应重量数据;可以分层、分区域展示温度和气体浓度数据,并可以单独选择其中一个或多个层面。同时,对仓内不同粮食温度(仓内气体浓度)范围的温度值(浓度值)以不同的颜色进行显示;可以旋转、放大、缩小多种方式控制整个粮仓的三维模型,从任意角度查看温度、浓度、数量等仓储信息;可以设定最低温度(浓度)、最高温度(浓度)的限定值、对超出(低于)温度(浓度)范围的温度区域进行自动报警, 提醒相关人员第一时间关注问题的发生;可查看粮食储藏多参数数据相应历史数据曲线。

3 结论

随着当前粮油仓储物流行业的不断发展和数字化管理程度不断提升,“智能进出仓”、“管控一体化”、 “无人值守”、 “自动选仓”、 “数据实时采集”、 “远程监管”等作为关键词在粮食仓储物流行业频繁出现,相应内容与行业发展方向有较大的契合度。在整合行业管理构架、规范业务流程、精准成本控制、提升作业效率、降低运营成本,最终实现散粮进出和日常仓储的现代化、精准化和智能化方面,上述技术路线在制定相应解决方案、确定系统架构、开发相应功能方面有一定指导借鉴作用。