智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)一體化建設(shè)

王 雪

(寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院,銀川 750021)

0 引言

我國(guó)是糧食生產(chǎn)大國(guó)，糧食的高質(zhì)量存儲(chǔ)是推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)。農(nóng)業(yè)烘干機(jī)是糧食存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)一體化建設(shè)是未來(lái)糧食倉(cāng)儲(chǔ)的核心內(nèi)容，能進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化向著更加智能化、信息化的方向發(fā)展。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)一體化建設(shè)有利于改善農(nóng)作物烘干時(shí)長(zhǎng)、水分值等參數(shù)的計(jì)算和測(cè)定，推動(dòng)我國(guó)糧食烘干技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展具有重要促進(jìn)作用。

1 農(nóng)業(yè)烘干機(jī)市場(chǎng)需求變化與發(fā)展

1.1 農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的用途及市場(chǎng)分布

中國(guó)很多的糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物都有烘干需求，其中玉米、水稻和小麥等糧食作物的烘干需求最大，大豆、油菜籽和種子、水果、蔬菜、藥材等經(jīng)濟(jì)作物的烘干需求次之。最大的農(nóng)業(yè)烘干機(jī)市場(chǎng)主要集中在江西、湖南、安徽、湖北、江蘇和閩浙等南方水稻生產(chǎn)區(qū)，占據(jù)農(nóng)業(yè)烘干市場(chǎng)需求的80%以上。

1.2 農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的市場(chǎng)需求變化

農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的市場(chǎng)需求受到國(guó)家糧食收儲(chǔ)政策、補(bǔ)貼政策和環(huán)保要求等因素影響較大。目前，市場(chǎng)上的主流農(nóng)業(yè)烘干機(jī)為15 t級(jí)別和30 t級(jí)別兩種，隨著市場(chǎng)需求的變化，15 t級(jí)別農(nóng)業(yè)烘干機(jī)市場(chǎng)需求逐步下降，30 t級(jí)別農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的市場(chǎng)需求逐步上升。散戶、糧貿(mào)商及種植糧食大戶對(duì)于農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的市場(chǎng)需求在逐步下降，國(guó)家糧庫(kù)與糧食加工企業(yè)對(duì)于農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的市場(chǎng)需求在逐步上升。處理量小的農(nóng)業(yè)烘干機(jī)市場(chǎng)需求在逐步下降，處理規(guī)模大、集中化的農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的市場(chǎng)需求在逐步上升。農(nóng)業(yè)烘干機(jī)客戶對(duì)于產(chǎn)品的需求從單個(gè)設(shè)備逐步發(fā)展為配套烘干設(shè)備，最后發(fā)展為烘干、儲(chǔ)運(yùn)一體化成套烘干系統(tǒng)[1]。

2 新型經(jīng)營(yíng)主體對(duì)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的新需求

農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的數(shù)量需求總體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中的谷物烘干機(jī)需求上升趨勢(shì)明顯，機(jī)械烘干的糧食數(shù)量也逐步提升。新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體呈現(xiàn)出多主體并存、多領(lǐng)域融合和跨區(qū)域聯(lián)動(dòng)的新格局。我國(guó)屬于“大國(guó)小農(nóng)”的基本國(guó)情，新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體數(shù)量多、分布廣，對(duì)于農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的需求呈現(xiàn)出不斷增加、需求旺盛、差異顯著等特點(diǎn)。其中，東北地區(qū)的糧食烘干以連續(xù)性烘干系統(tǒng)為主，南方地區(qū)的糧食烘干主要分為熱泵輔助加熱通風(fēng)烘干系統(tǒng)和連續(xù)式烘干系統(tǒng)。新型經(jīng)營(yíng)主體對(duì)于糧食烘干過(guò)程中所使用的能源也千差萬(wàn)別，包括煤、生物質(zhì)燃料、柴油、天然氣和電能等，在節(jié)能環(huán)保、雜質(zhì)篩選、操作難易程度、市場(chǎng)價(jià)格、使用周期、生產(chǎn)效率、規(guī)模結(jié)構(gòu)等方面也呈現(xiàn)大的差異[2]。

3 智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)一體化建設(shè)

3.1 技術(shù)路線

智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)所采用的智能控制系統(tǒng)，以PLC作為主要控制元件，在烘干過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水分和溫度，控制烘干作業(yè)的各個(gè)操作環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的智能化控制，形成智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)一體化建設(shè)。在糧食進(jìn)入的過(guò)程中，內(nèi)部的料位傳感器可以實(shí)現(xiàn)糧食在糧倉(cāng)內(nèi)料位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)糧食的進(jìn)料量達(dá)到指定料位后，料位傳感器會(huì)發(fā)出信號(hào)，PLC系統(tǒng)在接收信號(hào)后，可以發(fā)出烘干機(jī)進(jìn)料停止信號(hào)，停止糧食進(jìn)料作業(yè)。在烘干過(guò)程中，操作人員可通過(guò)設(shè)置智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的水分采集顆粒數(shù)、采集時(shí)間、采集次數(shù)等不同參數(shù)，控制水分儀的水分檢測(cè)，將水分檢測(cè)結(jié)果傳輸?shù)絇LC，經(jīng)過(guò)計(jì)算確定農(nóng)業(yè)作物的平均水分情況，并在控制系統(tǒng)的屏幕顯示。PLC還能夠接收倉(cāng)內(nèi)溫度傳感器傳出的溫度信號(hào)，根據(jù)烘干需要調(diào)整烘干溫度。完成烘干作業(yè)以后，智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)會(huì)自動(dòng)排出糧食，并在糧食排出的過(guò)程中，通過(guò)皮帶末端的重量傳感器傳送重量信號(hào)到PLC，在控制系統(tǒng)的顯示屏上顯示，并實(shí)現(xiàn)烘干重量的記錄。

3.2 控制原理

智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)控制系統(tǒng)借助大數(shù)據(jù)功能，能通過(guò)統(tǒng)計(jì)和分析確定糧食水分指數(shù)、干燥參數(shù)和糧食品質(zhì)檢測(cè)信息，通過(guò)系統(tǒng)修正和人工校訂，不斷完善控制系統(tǒng)，達(dá)到烘干效果精準(zhǔn)、高效、高標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)水分較高的糧食作物或者經(jīng)濟(jì)作物，采用兩段干燥工藝法，達(dá)到節(jié)能、高效的效果。針對(duì)種子等要求高的烘干作物，選擇專門的烘干工藝，根據(jù)不同水分情況，選擇不同的烘干程序，確保種子的干燥效果和出芽率。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)能夠自動(dòng)識(shí)別烘干機(jī)裝載量，根據(jù)具體的裝載量選擇不同的烘干工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)可變溫度烘干，既節(jié)約了能源，也實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)可靠性更強(qiáng)，可以集中操作，智能化控制水平高、自動(dòng)化程度高。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于多樣性的數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了從烘干設(shè)備到烘干系統(tǒng)、烘干工程、烘干一體化的轉(zhuǎn)變，通過(guò)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)定烘干作業(yè)溫度、傳輸水分值等，通過(guò)輔助工程設(shè)置確定糧食烘干流程。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)烘干工程控制系統(tǒng)圖

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成和工作原理

智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用基于較為成熟的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了烘干機(jī)對(duì)于多樣化烘干數(shù)據(jù)的監(jiān)控，能對(duì)烘干系統(tǒng)進(jìn)行整體性控制，實(shí)現(xiàn)烘干全過(guò)程的智能化監(jiān)測(cè)和智能化監(jiān)管。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括烘干信息錄入、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)回傳、設(shè)備故障報(bào)警、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等多種功能，實(shí)現(xiàn)智能控制烘干作業(yè)全流程。在智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控功能，通過(guò)監(jiān)控功能發(fā)出各種指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PLC和工控機(jī)之間的信息交換，執(zhí)行控制指令(圖2)。上位機(jī)監(jiān)控功能增加以后，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)界面更加清晰、控制更加安全、精度更加準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量更大，用戶可以根據(jù)自身需求自定義開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)。工控機(jī)作為上位機(jī)，利用傳感器采集有關(guān)數(shù)據(jù)以后，通過(guò)PLC的處理，送入到上位機(jī)，可以形成一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)可以對(duì)所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存盤、計(jì)算、打印、顯示、報(bào)警等一系列作業(yè)活動(dòng)。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)的大量收集，可以全面掌握農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的烘干時(shí)長(zhǎng)、烘干溫度、烘干農(nóng)作物種類分布、水分值及烘干設(shè)備的工作狀態(tài)等，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)和改造，進(jìn)一步提高智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的工作效率和農(nóng)作物烘干經(jīng)濟(jì)效益[3]。

3.4 綜合作業(yè)管理系統(tǒng)

智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的綜合作業(yè)管理系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，采用云服務(wù)器+自動(dòng)化控制系統(tǒng)的方式進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)發(fā)布，設(shè)備操作人員隨時(shí)可以查看智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的工作情況，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、分析，通過(guò)大數(shù)據(jù)的加持，進(jìn)一步完善智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的工藝流程，提高作業(yè)效率。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)可以根據(jù)物理設(shè)備結(jié)構(gòu)的不同、功能的差異來(lái)分配和調(diào)整服務(wù)器，根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)立專門的服務(wù)器，為了降低用戶安裝和維護(hù)設(shè)備的工作量，降低使用維護(hù)成本，智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)配備了可以統(tǒng)一管理、自動(dòng)部署的客戶端軟件和工程技術(shù)手段，形成一套通過(guò)網(wǎng)頁(yè)發(fā)布功能的烘干機(jī)作業(yè)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)管理工作的實(shí)時(shí)性，即只要能夠上網(wǎng)，就可以隨時(shí)查看烘干機(jī)的作業(yè)狀態(tài)，甚至可以通過(guò)智能手機(jī)的軟件隨時(shí)查看系統(tǒng)的作業(yè)狀態(tài)。為了將智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的設(shè)備功能需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品需求，可以通過(guò)人機(jī)交互進(jìn)一步優(yōu)化智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的綜合作業(yè)管理系統(tǒng)。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的綜合作業(yè)管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示接入烘干機(jī)的數(shù)量、設(shè)備的運(yùn)行情況及設(shè)備所處的位置，以便于系統(tǒng)管理者把控設(shè)備的運(yùn)行情況和相關(guān)維護(hù)工作。用戶進(jìn)入系統(tǒng)以后，可以清晰查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和位置信息，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并自動(dòng)進(jìn)入設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控畫面，便于下一步對(duì)設(shè)備運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行操作處理。通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的綜合作業(yè)管理系統(tǒng)可以隨時(shí)查看烘干機(jī)所處的工藝環(huán)節(jié)、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)及相關(guān)參數(shù)。報(bào)警系統(tǒng)能夠查看烘干機(jī)歷史報(bào)警信息和目前的報(bào)警狀況，幫助設(shè)備維護(hù)人員提供維護(hù)作業(yè)的參考，提高維護(hù)人員的維護(hù)效率。

圖2 PLC控制烘干機(jī)工作流程

3.5 應(yīng)用推廣前景

智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)操作簡(jiǎn)單，對(duì)管理人員技術(shù)水平要求不高，通過(guò)操作說(shuō)明或者簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可完成設(shè)備的操作，有效控制各項(xiàng)烘干技術(shù)指標(biāo)。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)可以科學(xué)設(shè)定糧食的水分，保證生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)濟(jì)效益。例如，在糧食作物烘干季節(jié)，一臺(tái)烘干機(jī)的原糧烘干量為6萬(wàn)t，通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)可以設(shè)定在保證安全水分的前提下，多保留0.5%的水分，可以降低300 t糧食的損失，假設(shè)每噸糧食作物價(jià)格為2 000元人民幣，每年可以幫助生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者提高經(jīng)濟(jì)收益60萬(wàn)元。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)可以科學(xué)設(shè)定糧食烘干參數(shù)，提高糧食品質(zhì)。通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)烘干后的糧食水分更為均勻，在貯存的過(guò)程中不至于出現(xiàn)局部發(fā)熱的問(wèn)題，糧食的色澤度較好，破碎、損壞的概率低，大大提高了糧食的烘干品質(zhì)。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)工藝流程短，所需人工室外作業(yè)的時(shí)間大大縮短，極大降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的工作效率。因此，智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)一體化建設(shè)操作簡(jiǎn)單、糧食品質(zhì)有保障、降低人力資本，大大提高了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣泛的應(yīng)用推廣前景。

4 總結(jié)

智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)充分結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從簡(jiǎn)單的農(nóng)業(yè)烘干機(jī)到集合了視覺神經(jīng)傳輸系統(tǒng)、溫度傳感系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)于一身的一體化智能農(nóng)業(yè)烘干系統(tǒng)。智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)業(yè)烘干機(jī)一體化建設(shè)，使糧食機(jī)械烘干實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制、故障報(bào)警、智能分析、精準(zhǔn)定位等多功能、高智慧服務(wù)，大大提高了農(nóng)業(yè)烘干機(jī)的工作效率，節(jié)約了人力資本，節(jié)省了燃料消耗，提高了糧食品質(zhì)，保證了經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

(03)