淺談智能化糧庫設(shè)計(jì)

◎ 劉雙安，劉玉蘋，劉 波

（鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450001)

糧食是人類生存之本，是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展之基。糧庫作為我國糧食儲備、保管和流通的重要場所，智能化糧庫建設(shè)是確保儲備糧儲存安全、增強(qiáng)糧食安全保障能力的重要舉措。本文結(jié)合工程實(shí)例，對智能化糧庫設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單介紹。

1 建設(shè)背景

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“把保障糧食供應(yīng)能力牢靠地建立在我們自己身上、把飯碗牢牢端在我們自己手中”“把糧食倉儲建設(shè)作為農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的重點(diǎn)工作抓緊抓好”。2018年，國家糧食和物資儲備局在《關(guān)于全面加快推進(jìn)糧庫智能化升級改造和省級平臺項(xiàng)目建設(shè)的通知》中，提出全面加快糧庫智能化升級改造的要求。國糧辦規(guī)〔2022〕26號文件《國家糧食和物資儲備局辦公室關(guān)于印發(fā)高標(biāo)準(zhǔn)糧倉建設(shè)技術(shù)要點(diǎn)（試行）的通知》提出，通過強(qiáng)化綠色儲糧技術(shù)應(yīng)用和提高設(shè)施及裝備信息化、智能化水平為思路，以智能控溫、智能通風(fēng)、智能氣調(diào)等技術(shù)途徑，建設(shè)綠色智能儲糧倉房。

2 智能化糧庫建設(shè)原則

將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用在糧食收購、倉儲、物流、加工、供應(yīng)以及質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)管等領(lǐng)域，消除“信息孤島”，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通[1]。堅(jiān)持糧食倉儲物流智能化、信息化建設(shè)與糧食流通體制改革和發(fā)展互相促進(jìn)，同步發(fā)展，符合糧食服務(wù)的長遠(yuǎn)目標(biāo)。堅(jiān)持技術(shù)、體系、組織聯(lián)動，同步推進(jìn)，上級管理部門和各糧食物流、加工企業(yè)的支持是項(xiàng)目建設(shè)的重要保證。在滿足糧庫使用功能要求的前提下，盡可能地降低糧庫建設(shè)成本和后期運(yùn)行維護(hù)成本。

3 智能化糧庫建設(shè)目標(biāo)

建立覆蓋糧庫所有信息網(wǎng)點(diǎn)的安全可靠的管理信息系統(tǒng)，系統(tǒng)集物流、資金流和信息流于一體，通過把各種傳感器嵌入和裝備到糧庫、倉內(nèi)、糧食運(yùn)輸機(jī)械及糧庫其他建筑，將其采集到的各類數(shù)據(jù)通過糧庫局域網(wǎng)整合處理。①利用多種傳感器和測量工具，提供糧食倉儲數(shù)量和質(zhì)量的多重監(jiān)控，實(shí)時(shí)感知整個(gè)糧庫的存在狀態(tài)。②將庫區(qū)精細(xì)化管理、現(xiàn)代糧食倉儲、物流企業(yè)的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)和信息技術(shù)密切結(jié)合在一起，采用歷史實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)合、統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)劃，解決企業(yè)經(jīng)營管理過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)仍由手工處理、電話通知而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)慢、重復(fù)輸入、部門各自為政和數(shù)據(jù)矛盾等一系列問題，使企業(yè)的經(jīng)營管理系統(tǒng)及時(shí)得到準(zhǔn)確的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，有效掌握現(xiàn)場生產(chǎn)的真實(shí)情況，從而提高庫區(qū)智慧化管理水平，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)扁平化、管理精細(xì)化、過程可溯化，提高企業(yè)競爭力。

4 智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

糧庫智能化設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括糧庫信息化管理平臺、智能出入庫系統(tǒng)、智能倉儲保管系統(tǒng)以及智能安防系統(tǒng)。

4.1 糧庫信息化綜合管理平臺

在技術(shù)先進(jìn)、操作便捷、安全可靠、規(guī)范統(tǒng)一、互聯(lián)互通以及運(yùn)行高效的原則指導(dǎo)下，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建起“數(shù)字化、智能化、可視化、精準(zhǔn)化”的“互聯(lián)網(wǎng)+糧食”平臺。通過糧庫信息化綜合管理平臺將預(yù)警、監(jiān)測、糧食信息整合到一個(gè)大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)預(yù)警、監(jiān)測、糧食信息等管控一體化。對外連接糧食行政管理部門、糧食倉儲/加工/物流企業(yè)以及相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)等，對內(nèi)集成各部門和各個(gè)子系統(tǒng)，提供綜合決策、智能監(jiān)測預(yù)警、遠(yuǎn)程監(jiān)管調(diào)度、信息共享傳播以及業(yè)務(wù)在線協(xié)作等全方位服務(wù)。

信息化綜合管理平臺采用統(tǒng)一的用戶管理模式，通過統(tǒng)一分配每個(gè)角色的相關(guān)權(quán)限和業(yè)務(wù)菜單內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對每個(gè)角色下用戶的統(tǒng)一權(quán)限管理。①對智能糧庫信息系統(tǒng)平臺中的部門、崗位、人員、系統(tǒng)參數(shù)、業(yè)務(wù)流程、登錄賬戶、數(shù)據(jù)接口和關(guān)聯(lián)設(shè)備等進(jìn)行維護(hù)管理。②對糧庫的糧食庫存數(shù)量、出入存數(shù)量、糧食質(zhì)量、糧情、儲備輪換和結(jié)算等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表的模板化標(biāo)準(zhǔn)化管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、電子化在線填報(bào)、逐級上報(bào)審核、流程化自動化處理及數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確匯總與分析等。這種用戶管理模式能夠幫助糧庫管理者總體把握糧庫運(yùn)營情況，并根據(jù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析，為決策者做出更好的管理決策，提供數(shù)據(jù)支撐。

4.2 智能出入庫系統(tǒng)

智能出入庫系統(tǒng)涉及糧庫入庫、出庫、倒倉等業(yè)務(wù)流程。該系統(tǒng)通過使用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動化的工藝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)糧食出入庫作業(yè)數(shù)據(jù)的自動采集和全過程的全數(shù)字化管理，能夠加強(qiáng)業(yè)務(wù)流程處理的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化，提高防作弊水平，滿足糧食出入庫數(shù)量和質(zhì)量留痕、可溯源的管理要求。系統(tǒng)采用RFID、圖像識別、紅外識別及電磁感應(yīng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅能實(shí)現(xiàn)智能入門登記、糧食扦樣、檢驗(yàn)、過磅檢斤、自動定等定價(jià)、自動計(jì)算扣量和自動結(jié)算等，還可以實(shí)現(xiàn)出入庫過程的自動化，流程的規(guī)范化和透明化。

出入庫業(yè)務(wù)主要包括糧食的入庫作業(yè)、出庫作業(yè)、倒倉作業(yè)3種。其中入庫作業(yè)包括糧食收購、輪入、調(diào)入及進(jìn)口等形式，工作流程為入庫前準(zhǔn)備、登記、扦樣、檢驗(yàn)、稱毛、入倉、稱皮、結(jié)算和出門；出庫作業(yè)包括糧食銷售、輪出、調(diào)出、出口等形式，工作流程為出庫準(zhǔn)備、收款、登記、稱皮、裝糧、稱毛、結(jié)算和出門；倒倉作業(yè)指外庫糧食的倒入，庫內(nèi)倉房之間糧食的搬運(yùn)，登記、檢驗(yàn)、結(jié)算等環(huán)節(jié)簡化或省略，中間環(huán)節(jié)需要多次檢驗(yàn)。

以入庫業(yè)務(wù)流程為例，對智能出入庫系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹。①入門登記環(huán)節(jié)，登記人員操作業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)驅(qū)動外部設(shè)備讀取身份證信息和車牌信息，完成車輛入庫登記，制卡發(fā)卡，車輛放行入庫。②在檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，打印條形碼，將條形碼和樣品一起送檢，檢驗(yàn)完畢后，檢驗(yàn)人員讀取條碼并錄入檢驗(yàn)結(jié)果。③在檢斤環(huán)節(jié)，通過系統(tǒng)識別，判斷哪些車輛可進(jìn)入檢斤環(huán)節(jié)，并提醒司機(jī)開車上磅；車輛停穩(wěn)后賣糧人至地磅房刷卡稱重，系統(tǒng)通過連接外部設(shè)備等手段綜合判斷是否有違規(guī)行為。稱重結(jié)束后，司機(jī)開車至糧庫入倉作業(yè)區(qū)，保管員利用終端設(shè)備確認(rèn)業(yè)務(wù)信息，并填寫監(jiān)卸意見。卸糧完成后再次返回稱皮重，完成檢斤作業(yè)。如需結(jié)算，在結(jié)算環(huán)節(jié)核實(shí)相關(guān)人員身份后進(jìn)行結(jié)算。④車輛出門時(shí)，刷卡完成出庫確認(rèn)，車輛銷卡出庫，卡片收回。此外，客戶或承運(yùn)人在庫內(nèi)作業(yè)期間，可以持智能卡或身份證在自助查詢設(shè)備上查詢車輛的登記情況，可以提醒車輛在哪個(gè)環(huán)節(jié)排隊(duì)、排在第幾位等。一站式服務(wù)大廳內(nèi)的大屏幕滾動顯示公示信息、結(jié)算排隊(duì)信息等內(nèi)容。

智能出入庫系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)整個(gè)出入庫作業(yè)流程的監(jiān)管，針對每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行車輛統(tǒng)計(jì)并展示，形成可視化界面。針對各環(huán)節(jié)壓車情況進(jìn)行智能預(yù)警，提醒庫內(nèi)工作人員實(shí)時(shí)把握整體業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)各作業(yè)環(huán)節(jié)車輛調(diào)度。

4.3 智能倉儲保管系統(tǒng)

通過倉房設(shè)置的糧情檢測系統(tǒng)和一體化智能綜合控制柜，可對采集到的儲糧溫濕度、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，并對糧食可能出現(xiàn)的有害質(zhì)量問題進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，綜合利用多參數(shù)糧情、通風(fēng)、智能環(huán)流等系統(tǒng)，調(diào)節(jié)倉內(nèi)的溫、濕度、氣體濃度在適宜范圍內(nèi)，達(dá)到最佳保糧效果。通過一體化設(shè)計(jì)，將大大提高針對單個(gè)儲糧倉房智能化水平，實(shí)現(xiàn)智能感知、智能分析和智能控制，真正實(shí)現(xiàn)智能倉房管理。

4.3.1 糧情檢測系統(tǒng)

糧情檢測系統(tǒng)能夠利用溫度、濕度、蟲害等各類傳感器直接采集綜合糧情信息，并由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一通信、協(xié)議轉(zhuǎn)換；對綜合糧情進(jìn)行深入分析及展示，結(jié)合智能倉儲管理模型，為糧庫智能通風(fēng)、環(huán)流、庫存監(jiān)管等倉儲保管業(yè)務(wù)提供依據(jù)。此外，該系統(tǒng)還能促進(jìn)糧食倉儲行業(yè)向生態(tài)綠色儲糧、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)方向發(fā)展。

溫度是影響儲糧品質(zhì)安全的重要環(huán)境因素，溫度過高會導(dǎo)致糧食的氧化和陳化速率增加，糧食品質(zhì)下降程度加快，影響儲糧安全[2]。溫濕度檢測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸方面采用了TCP/IP技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的基于485總線技術(shù)的糧情檢測方式，從而在根本上解決了糧情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動態(tài)在線管控，為全網(wǎng)糧情監(jiān)管需求和糧食儲存大數(shù)據(jù)應(yīng)用解決了基層的數(shù)據(jù)應(yīng)用技 術(shù)難題。

4.3.2 智能通風(fēng)系統(tǒng)

智能通風(fēng)系統(tǒng)通過與糧情系統(tǒng)集成，獲得糧食溫濕度、水分、倉溫和外溫等信息；通過與庫區(qū)小型氣象站數(shù)據(jù)集成，實(shí)時(shí)獲得周邊環(huán)境的溫濕度、風(fēng)力風(fēng)速、雨量等信息。該系統(tǒng)支持與自動倉窗、軸流風(fēng)機(jī)等控制系統(tǒng)主機(jī)的集成，支持對這些設(shè)備的遠(yuǎn)程/現(xiàn)場人工開啟、關(guān)閉、能耗監(jiān)測及狀態(tài)監(jiān)測，以及對其開關(guān)記錄的管理。通過通風(fēng)控制模型獲得最適合的通風(fēng)時(shí)間、通風(fēng)方式等數(shù)據(jù)，提醒工作人員進(jìn)行通風(fēng)或者直接進(jìn)行自動通風(fēng)。4.3.3 富氮?dú)庹{(diào)系統(tǒng)

富氮?dú)庹{(diào)儲糧是一種在國內(nèi)外均被廣泛應(yīng)用的綠色儲糧技術(shù)，已成為我國綠色儲糧技術(shù)的首選[3]。富氮?dú)庹{(diào)是通過調(diào)節(jié)糧食倉儲環(huán)境中氮?dú)狻⒀鯕獾臍怏w成分比例，使糧堆內(nèi)氮?dú)鉂舛冗_(dá)到95%～98%，并能使其長時(shí)間保持在該濃度范圍，能夠有效破壞害蟲、霉菌的生存環(huán)境，抑制糧食生理呼吸，延緩糧食陳化，保證糧食品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)綠色無公害儲糧。

當(dāng)前的富氮?dú)庹{(diào)儲糧系統(tǒng)主要由制氮機(jī)組（移動式/固定式）、氮?dú)夤艿馈⒌獨(dú)猸h(huán)流設(shè)備和氮?dú)鉂舛葯z測設(shè)備等構(gòu)成。規(guī)范化的氮?dú)夤艿酪?guī)劃、優(yōu)良的倉房氣密性是確保良好氣調(diào)結(jié)果的先決條件[4]。富氮?dú)庹{(diào)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測糧堆內(nèi)氮?dú)鉂舛?，根?jù)殺蟲、防蟲、儲藏等作業(yè)需求，自動控制糧倉現(xiàn)場的自動閥門組、設(shè)備開關(guān)，對糧倉內(nèi)氮?dú)膺M(jìn)行充氣、環(huán)流等作業(yè)，時(shí)刻保持糧倉內(nèi)氮?dú)鉂舛?，提高儲糧的安全性。

4.3.4 蟲情監(jiān)測系統(tǒng)

蟲情檢測裝置主要由糧蟲誘捕器、通道選擇器、傳輸管道、通信傳輸電纜及倉外檢測箱（內(nèi)置有蟲量統(tǒng)計(jì)傳感器和氣體傳感器）等組成。捕蟲陷阱分表層、中層、下層3層布置，大約每廒間能測20～30個(gè)點(diǎn)。該系統(tǒng)利用糧蟲誘捕器捕捉倉內(nèi)蟲害，利用負(fù)壓原理通過傳輸管道將其采集至儲蟲瓶中，同時(shí)采用紅外光源技術(shù)對蟲害數(shù)量統(tǒng)計(jì)識別。經(jīng)數(shù)據(jù)分析后，以分析統(tǒng)計(jì)報(bào)表等形式，對蟲害情況進(jìn)行綜合判斷，實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測蟲害活動和變化情況，并及時(shí)采取相應(yīng)的有效措施。

4.3.5 能耗監(jiān)測系統(tǒng)

在每個(gè)倉房綜合控制柜部署一臺智能電表，實(shí)時(shí)監(jiān)測倉庫主要用電設(shè)施的能耗情況（如環(huán)流風(fēng)機(jī)、閥門等）。能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以利用采集的數(shù)據(jù)對庫區(qū)、單倉、單設(shè)備進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、分析，為單倉財(cái)務(wù)核算提供動態(tài)、可靠的能耗數(shù)據(jù)，提高管理精細(xì)化程度。

4.4 智能安防系統(tǒng)

糧庫智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，是基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻信號及相應(yīng)數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)查看監(jiān)控現(xiàn)場情況，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)的直觀性、便捷性，有效彌補(bǔ)直屬企業(yè)人員不足問題，提升糧庫管理和作業(yè)效率[5]。有條件的糧庫要實(shí)現(xiàn)全覆蓋，而條件暫不成熟的糧庫視頻監(jiān)控系統(tǒng)要覆蓋以下重點(diǎn)區(qū)域：庫區(qū)大門、服務(wù)大廳、地磅房、地磅稱重處、質(zhì)檢中心（科室）、扦樣處（含扦樣機(jī)位置）、藥品庫、制氮機(jī)房、機(jī)械庫以及每棟倉房（厫間）的出入倉主要作業(yè)區(qū)。利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性結(jié)合業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)、出入庫系統(tǒng)、糧情遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)倉內(nèi)儲糧情況的靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)控。

5 中心機(jī)房

中心機(jī)房是糧庫的電腦、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安防監(jiān)控設(shè)備、操作系統(tǒng)和防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等集中到一起，建設(shè)的一個(gè)多功能獨(dú)立機(jī)房，用作信息化的網(wǎng)絡(luò)中心和數(shù)據(jù)中心。該機(jī)房要具備足夠的空間，使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器機(jī)柜，具備機(jī)架式路由器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備等專業(yè)設(shè)備。

為了保證機(jī)房設(shè)備的供電正常，在機(jī)房內(nèi)設(shè)置一臺雙電源配電箱，電源分別引自配電間變壓器后低壓回路及柴油發(fā)電機(jī)組配電柜配電回路。在機(jī)房安裝一臺不間斷電源（UPS），保證機(jī)房內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及其他系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

根據(jù)《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174—2008）和《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》 （GB 50343—2012）有關(guān)條文規(guī)定，機(jī)房的交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地及防雷保護(hù)接地采用聯(lián)合接地體，接地電阻值≤1 Ω。

6 大屏展示系統(tǒng)

將糧食倉儲過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)“看得見”是可視化大屏系統(tǒng)的目標(biāo)，相比于傳統(tǒng)圖表與數(shù)據(jù)儀表盤，如今的數(shù)據(jù)可視化致力于用更生動、友好的形式，即時(shí)呈現(xiàn)隱藏在瞬息萬變且龐雜數(shù)據(jù)背后的業(yè)務(wù)洞察，通過交互式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化視屏墻來幫助業(yè)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)、診斷業(yè)務(wù)問題，逐漸成為大數(shù)據(jù)解決方案中不可或缺的一環(huán)?？梢暬准夹g(shù)研發(fā)宗旨讓更多的人看到數(shù)據(jù)可視化的魅力，能夠幫助非專業(yè)的工程師通過圖形化的界面輕松搭建專業(yè)水準(zhǔn)的可視化應(yīng)用。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、糧情數(shù)據(jù)、作業(yè)狀況、生產(chǎn)場景等數(shù)據(jù)、圖像及視頻均通過大屏顯示系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻和圖像等信息的綜合顯示，形成一個(gè)信息準(zhǔn)確、查詢便捷、管理高效及美觀實(shí)用的信息顯示管理控制系統(tǒng)，有利于生產(chǎn)組織、調(diào)度和處理各種應(yīng)急事件。大屏幕顯示系統(tǒng)是最重要的顯示設(shè)備之一，它包括視頻等各類信號傳輸系統(tǒng)、屏幕信息處理控制管理系統(tǒng)、大屏幕顯示系統(tǒng)。

大屏幕顯示系統(tǒng)包括圖像處理能力較強(qiáng)和顯示效果極佳的顯示單元，以及與之配套的控制系統(tǒng)，支持單屏、跨屏以及整屏顯示。大屏幕顯示系統(tǒng)支持多路RGB畫面和視頻畫面的實(shí)時(shí)顯示，支持多種視頻接口，支持計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖形的混合開窗顯示，完全滿足控制中心的應(yīng)用要求。

7 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和倉儲技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新技術(shù)新產(chǎn)品被應(yīng)用到智能化糧庫建設(shè)中，使智能化糧庫建設(shè)水平得到了提高與完善。智能化糧庫的建設(shè)能夠讓糧庫的信息互通互享、倉儲作業(yè)以及糧情監(jiān)測等更加快捷，促進(jìn)糧食倉儲行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。