1、粮库信息化管理系统的研究与实现1 概述近年来，国务院决定在全国各地分期分批地建成千亿斤储备粮库。这是分析了目前国内和国际形势、从本国国情出发提出的一项具有战略意义的举措，是关系国计民生的大事，是直接关系到 13 亿人口吃饭的大事，具有增强国力、抵御自然灾害的现实意义。随着电子信息技术不断向各行业渗透，传统行业如粮食系统也逐步走向信息化管理轨道。新建中央储备库均采用粮情测控系统等“四新” 技术，也建立了电脑网络和一些应用管理软件，信息化程度较高。进入新世纪，世界已处在网络化、信息化时代，特别是我国加入 WTO 后，粮食交易的国际化也提到日程上，这势必对粮库管理乃至粮情测控系统提出更高更多的要求，
2、不仅在本地，还要在异地（上级粮管部门）也能及时地了解各地粮库的粮情。具体地说，要能看到各地粮库的粮仓内有无粮食，在多少粮食，储粮是否安全（包括粮温、仓内湿度、通风等是否正常）等一系列粮情。所有这些都对新世纪的粮情测控系统提出了具体的要求。2 粮情测控系统近几年来，在国家投资新建的粮库中，都配备了粮情电子检测分析控制系统，它的使用大大降低了保管员的劳动强度，提高了保粮的技术含量和水平。粮情测控系统是保证储粮安全的主要设备之一。形象地说，粮情测控系统是粮库管理人员看好粮食的眼睛，是保证储粮质量安全不可缺少的设备。粮库配备非常先进的储粮设施，意在提高国家粮食储备的科技含量，使储备粮管理科学化、信息化
3、。2.1 粮情测控系统的特点粮情测控系统由粮情测控硬件和粮情测控软件两部分组成。其构成如图一。粮情测控系统的工作原理主要是利用传感器将各种被测量（如温度、湿度、水分、气体浓度等）转换成电子模拟信号，用计算机将模拟信号转换为数字信号（即 A/D 转换） ，从而进行识别、处理、运算，数字信号经过粮情测控软件的处理，最后形成直观的温度、湿度、水分、气体浓度等数据。目前粮温检测用的传感器分为热敏电阻型（以 MF53-1 为主） 、PN 结型和数字型（DS18B20）3 种 1。空气湿度检测采用电容法的较多。MF53-1 稳定性较好，有离散性，一致性较差，准确度1 ；PN 结型的离散性更大，一致性更差，
4、准确度可达到 1；DS18B20 数字型的稳定性好，测量精度达到0.5，测量范围宽-50125，但设备配置成本较高。空气湿度检测误差大，稳定性差，还需要改进提高传感器技术。2.2 粮情测控系统的发展进程储粮品质与温度密切相关，粮库测温很早就开始应用，使用扦样式玻璃温度计，人工判读等最原始的测温方法，目前部分库仍在少量抽样试验或临时测温用。 使用电子测温技术，使用对温度敏感的元器件，如热敏电阻，当其周围环境温度变化时，其电阻值也相应发生变化，用导线将它接上指针表头，读取相对应的温度值。第一代粮情测控系统，将多个这样的电子测温元件组成集中式测温系统，加上其它如控制风扇功能，便构成粮情测控系统。早期
5、以单板机代表为核心构建测温系统，可以称为第一代粮情测控系统。第二代粮情测控系统，普遍使用了 PC 及兼容机,可用于大中型粮库的测量。采用矩阵布线方式，热敏电阻，半导体 PN 结等感温元件，软件界面较友好，基本上为 DOS 操作系统，具有显示、储存、分析、打印等功能。从90 年代直到现在，粮库普遍采用。第三代粮情测控系统，是以应用数字式温度传感器为代表的系统，典型代表是 DS18B20 数字温度传感器，完全不同热敏电阻一类的采集方式，测控系统信号处理过程完全不同，而从用户软件功能来看，则和二代没有明显差异，但操作系统基本上为 WINDOWS ，从 90 年代末期运用至今。因此，国内粮情测控系统现
6、在仍是二代和三代并存时代。第四代粮情测控系统，从技术发展趋势来看，第四代粮情测控系统应是采用无线技术，测温点以无线方式将温度值送回中心，完全没有了各种连线电缆，仓内无需穿墙、打孔、埋线，测温点以电池供电，任意放置于粮堆内任何位置。本系统目前国内有极少单位在试验使用，估计近年内会投入实际使用。第五代粮情测控系统仍然是无线技术，但无需电池供电，或其它非接触式测温技术，有待国内外相关机构共同努力。在测温系统中，感温元件也就是温度传感器是最关键部分。目前粮情测控系统主要使用热敏电阻和数字式温度传感器，这也是第二代与第三代粮情测控系统最主要的区别。2.3 现有粮情测控系统在使用中的现状与分析自上世纪 8
7、0 年代起，国内的在中型粮库开始应用微机采集粮温和监测粮情。经过 20 多年的应用、完善、发展，目前已经在许多粮库取得了良好的效果和明显的经济效益，为实现粮库管理现代化起到了十分积极的作用。特别是近年来新建的国家储备粮库均配备了粮情测控系统，提高了中央储备粮的管理水平。但粮情测控系统在实际使用中已逐渐暴露出一些需要进一步改进的地方。图 1 粮情测控系统构成图2.3.1 粮情测控系统自身存在的不足现有粮情测控系统多采用 RS-232 接口，其抗干扰能力差。现有的系统采用的测温方法，通常是通过测量电路将温度转换为 0-5V 的信号，然后经 A/D 转换送到单片机，现场传感器的温度转换信号一般为毫安
8、级信号，易受干扰，受引线长度的影响也较大。检测项目少，粮情分析的智能化程度低。目前绝大多数粮情测控系统仅使用于温度、湿度的检测，而粮食水分、粮堆内气体成份、害虫等的检测，因技术不成熟或费用过高，还暂且不能配套。测控系统的软件智能化程度较低，也制约了粮情测控系统的发展。仓内的采集器易坏,表现为检测粮温显示短路、断路或温度数值过高、过低，尤其是高温季节或熏蒸后此现象明显增多，甚至于整仓采不回数据。究其原因主要是因为一些电子元件的防腐蚀、防雷击、防静电等的特殊处理没有到位，电子元件板的密封处理不达要求，增加了损坏数量。粮情测控系统存在兼容性粮情检测功能粮情显示功能风 机报表打印功能粮情分析功能粮情检
9、测通风控制粮情分析传感器自动通风水分转移自动开窗气体浓度数据传输数据转换信号采集分 机检测主机PC 机粮情测控系统测温硬件系统测温软件系统问题。 一些分批建设的粮库，每次建库、扩库都使用不同厂家生产的粮情测控系统，几套粮情测控系统之间互不兼容，造成国家建设资金浪费，也不利用于实际使用、维护。没有按预期目标实现对机械通风的自动控制。由于系统的稳定性差，不能随时保证检测温湿度的准确性，也就决定了其在通风自动化控制方面没有扩展空间。要想实现自动通风，必须先解决系统稳定性问题。2.3.2 粮情测控系统在安装过程中存在的问题由于土建工程和系统安装工程在施工安排上不合理，测控系统安装后仓房的气密性受到影响
10、，降低了粮堆密闭的性能。存在线孔处密封不严的现象，应使用密封胶或石蜡将线孔堵严、堵实。系统安装有待完善。不同仓的仓内温湿度传感器安装的部位不同，分线器无明显的标记编号，给维护带来极大不便。有些温度传感器的引线长度不能达到要求，给规范布点造成困难。温度传感器与引线的连接处焊接不牢，密封不严实，极易受 PH3 气体腐蚀，形成断路。有些库的测控分机直接从仓外配电箱内引线，由于配电箱供给对象较多，致使粮情测控系统受外界干扰较大。现场供电给使用、维护造成不便，粮情测控系统长期间不予以断电，也会增加系统损坏率。2.3.3 现有粮情检测系统存在问题的解决方法2.3.3.1 精度与重复性误差粮仓测温系统是一庞
11、大检测网络，其组成像一个偶极子天线网阵，在周围空间无线信号（包括电台、电视台、寻呼台、手机等通讯信号）与工业干扰信号（主要为 50Hz 电源、电机白噪声）作用下，有用的检测信号（采用直流交流法比较法检测）上感应迭加了随机误差分量，影响到检测精度的提高和重复性误差减小。解决问题的关键是要滤除干扰，可采取数据滤波同步技术来解决此问题，也可用数字传感器消除该误差，还可用无线检测传感器消除该误差。2.3.3.2 系统稳定性 在环境温度变化、磷化氢熏蒸腐蚀及空间无线信号与工业干扰信号的作用下，系统检测硬件的性能变差，检测通道产生接触不良的情况，表现为局部区域点的检测数据时有时无，极不稳定；也有导致数据通
12、讯时有时无的现象，表现为整体检测数据不稳定。解决问题的关键是要选取高稳定的硬件设计制作设备，选用高稳定通讯材料铺设检测与通讯网络，密封好仓内设备。2.3.3.3 抗雷击干扰在雷击干扰与强大工业冲击毛噪声作用下，测量系统与通讯系统接口易遭到破坏，使系统瘫痪。解决问题的关键是要选取具有多重和有效保护的系统。粮情检测模拟与数字测温系统的比较：粮情检测模拟测温系统技术较成熟，成本低。采用的温度传感器一致性、稳定性较差；粮情检测数字测温系统所采用的温度传感器一致性好，测量精度高，抗干扰能力强，但成本高，系统维护技术不易掌握，还有待发展和降低系统成本。2.3.3.4 系统的使用与培训目前，粮库的使用与管理
13、人员缺乏使用与维护的专业知识，随着微机检测通讯技术的不断发展与进步，他们应不断补充新知识，学会用好粮情检测系统，充分发挥其效能。2.3.4 粮情测控系统的发展展望粮情检测系统功能单一 ，其广义是指粮仓各种物理量的状态及变化规律,目前检测系统功能绝大部分只有测温与测湿功能,要掌握粮情还需要增加许多检测功能,诸如测水、测虫、测 O2、测 CO2、测 PH3、测霉菌大小等 2；软件数据处理功能弱，目前粮情检测系统的数据处理功能较差，各厂家的系统各自为政，没有统一显示处理数据的方法，普遍显示不直观，有的显示连专业人员都难以读懂，还有的检测系统通过显示表格很难找到现场的物理位置。提供新产品的厂家应按有关
14、规定的要求来设计软件数据处理功能，并根据系统专业要求完成智能化分析和专家决策分析，并完成数据化共享资源库的建设。检测系统的功能扩展能力较差，检测系统普遍只有单一的测温功能，扩展能力太差，并且其通讯系统接口也不标准，难以扩充其它功能。我们倾向于采用标准的 485 接口，以便信号的连接与转换，使接口软件易于互访、共享。粮情测控系统已在粮库中普遍采用，特别是新建粮库。作为“四新技术”之一，在国内已有多年应用历史。近年来，电子新技术飞速发展，新型温度传感器如数字式，光纤或无线传输技术及其它新型总线技术，网络式测控管理软件等让人耳目一新。温湿度监测、通风机自动控制等技术比较成熟。测虫技术也有进展，如利用
15、 CCD 传感器测虫，声频测虫等；也有新产品实时监测磷化氢或其它气体浓度 3。我们期待这些技术的迅速发展。3 粮库信息化办公系统3.1 粮库监测系统近年来,在粮库的管理中,又提出新的需求,即不到粮仓而在办公室或上级管理部门随时随地能看到粮库内的工作情况,要解决不开仓在本地或异地办公室就能看到粮食的问题在电子简单科技高度发展的今天是不困难的。3.1.1 仓内作业监视系统粮食在仓内进出仓、熏蒸杀虫、抽检等作业，通常都由管理人员在现场操作或指挥。若用摄像机将现场情况传送至控制中心，只在办公室内就可以同时监视多个现场，还可以录象存贮，亦可让专家远程指导熏蒸杀虫等难度较高作业。系统组成如图 2。3.1.
16、2 考勤系统粮库职工多则数百人，少则几十人，方便工作管理可使用考勤系统，非接触卡，无需人工检查，所有上下班情况全部传回电脑数据库里。3.1.3 防盗监视系统近年来，粮库也成为少数犯罪分子的目标，单靠人工难免有疏漏，建立电子防盗报警系统就很有必要。如在外墙安装红外线对射，一旦有人爬越围墙即报警，库内亦可多处安装闭路监控，对准主要路口和地磅，可以减少安全隐患，减轻工作强度。画面分割器摄像机（DV）云台控制器图像远传系统 数字处理系统PC 分机Modem办公室主机图 2 仓内作业监视系统组成3.2 办公网络系统将粮库内部各个部分连结在一起，如出库、财务、测控等部分，资源共享，无纸办公，提高效率。互联
17、网将世界各个角落联系在一起，人们只需轻点鼠标即可知天下事。 粮库建立网络，在网上发布收购、销售加工等信息，交流储藏技术和管理经验。3.2.1 进出库管理系统 4粮库现有的经营和业务范围，主要是粮食的储存和经营，从而形成了粮食购、销、存方面的一系列信息流，如粮食收购入库信息、粮食储存信息、粮食销售出库信息，即在物流传递的同时，进行信息流的传递。每方面的信息均是通过对库内各站点采集得到的信息进行汇总、整理后形成一整套信息资料，并依此形成了统计报表、财务信息等。粮库最重要的数据管理系统，粮库基本信息、进出库明细、各种统计、报表等，是粮库经营活动的直接反应。按照储备粮库的业务范围和业务特点，开发粮食管
18、理系统，见图 3。3.2.2 视像会议与会议报告系统视像会议系统，粮库与主管部门不必召集大家在一起，只需坐在摄像头前，就可以与上、下级单位、政府部门及同行交流，可即时发言，互相看到对方，无需赶到现场，节省时间和费用。会议报告系统，在粮库召开会议、介绍、鉴定、交流、讨论、演示等活动，使用多媒体投影，结合视像会议可形成分会场。亦可将视频监控信号、粮情测控信号送至多媒体投影。图 3 粮食出入库管理系统结构图3.2.3 无线管理网络系统在粮库内的移动环境下，可以采用无线技术实现移动管理，就象移动电话一样，手持 PDA（掌上电脑）可以取得网络上电脑一样的信息，如粮情测控、视像会议、视频监控进出库情况等等
19、。若是远离粮库，甚至全国各地以至全世界。都可以用 2.5代的 GPRS 或 CDMA 通信网络管理粮库，正所谓运筹帷幄之中，决胜千里之外。4 结束语综上所述，每一个现代化的粮库既要有粮情测控系统，又要有其它办公网络系统，它们与粮库微机控制室的 PC 机控制联网，从而组成一个 21 世纪的粮库信息化管理系统。信息化管理系统是实现粮库安全储粮节支增收，实现管理的必备手段之一。它实际上是信息数字化、计算机网络化的电子设备在粮库现代化管理中的具体应用。粮情测控系统作为现代化粮库必备的安全储粮管理技术设施之一，同其它技术设施一样，其使用要经历一个逐步认识和完善的过程，只有不断探索改进，不断提升功能，才能更好地为粮食安全储存提供科学依据和强有力的技术保障。
