陳 鵬,孫曉民,王繼武,孔令鋮,吳一帆,趙域?qū)?/p>

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

當(dāng)前糧油倉儲(chǔ)物流行業(yè)已經(jīng)形成了比較成熟的信息化管理解決方案,內(nèi)容主要涉及糧食物流進(jìn)出和倉儲(chǔ)日常保管等收儲(chǔ)環(huán)節(jié)。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展和精細(xì)化管理要求的提出,針對(duì)散糧收儲(chǔ)過程的管理還亟待提升,針對(duì)一些痛點(diǎn)、重點(diǎn)問題著重聚焦分析,涉及散糧自動(dòng)化進(jìn)出管控模型的建立、倉房傳感器數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)傳輸、云服務(wù)的數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)建立等,目的在于實(shí)現(xiàn)散糧進(jìn)出倉智能管控功能的提升和糧食儲(chǔ)藏過程數(shù)據(jù)采集規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,以及整體提高監(jiān)管平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)集成、互聯(lián)互通和遠(yuǎn)程監(jiān)管功能。

1 散糧作業(yè)智能管控和儲(chǔ)藏保管數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)分析

針對(duì)糧食倉儲(chǔ)行業(yè)對(duì)散糧進(jìn)出過程自動(dòng)化控制、數(shù)字化管理方面新的管理模式的要求,以及儲(chǔ)藏過程智能化科學(xué)儲(chǔ)糧、保質(zhì)增效的要求提出,綜合應(yīng)用管控一體化理念,以及糧食溫濕度、氣體濃度、數(shù)量檢測(cè)傳感器技術(shù)中間件的開發(fā),依托信息編碼、自動(dòng)化、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、云服務(wù)等技術(shù),實(shí)散糧物流智能控制、作業(yè)排產(chǎn)、智能選倉、倉容管理,以及日常倉儲(chǔ)保管過程的數(shù)據(jù)采集、分析和集成等相關(guān)功能,完善散糧作業(yè)智能管控和儲(chǔ)藏保管數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)體系,整體提升行業(yè)數(shù)字化、信息化管理水平。

散糧進(jìn)出倉作業(yè)智能管控技術(shù)和倉房安全儲(chǔ)藏過程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理與應(yīng)用主要圍繞糧食進(jìn)出和倉儲(chǔ)過程相關(guān)業(yè)務(wù),采用“云+管+端”的總體架構(gòu),功能覆蓋作業(yè)排產(chǎn)、物料平衡、智能選倉、物料管理、糧溫多參數(shù)檢測(cè)、倉容管理、能耗管理和設(shè)備管理等功能。根據(jù)系統(tǒng)功能層級(jí)架構(gòu)分為物理及傳感層、采集及傳輸層、應(yīng)用層和平臺(tái)層等四個(gè)層級(jí)。

1.1 平臺(tái)層

該層級(jí)的主要用戶包括各糧企的領(lǐng)導(dǎo)及管理人員等,提供系統(tǒng)平臺(tái)的各項(xiàng)監(jiān)管功能,涉及平房倉、淺圓倉作業(yè)過程和倉儲(chǔ)過程的綜合數(shù)據(jù)(物流、作業(yè)、倉儲(chǔ)等數(shù)據(jù))展示和監(jiān)管,同時(shí)提供移動(dòng)端應(yīng)用。

1.2 應(yīng)用層

主要為整個(gè)系統(tǒng)的具體應(yīng)用功能,受眾為糧企各業(yè)務(wù)部門操作人員,包含散糧進(jìn)出過程的作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)制定、進(jìn)出倉智能選擇、糧食品種管理、倉容(平房倉、淺圓倉)數(shù)據(jù)管理、儲(chǔ)藏過程多參數(shù)監(jiān)測(cè),以及相應(yīng)能耗和設(shè)備管理等功能。

1.3 采集及傳輸層

主要為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中間件開發(fā),作為數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和交互的關(guān)鍵環(huán)節(jié),承上啟下,同時(shí)滿足糧企管理數(shù)據(jù)的傳輸需求,主要借助于局域網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)透?jìng)鳌?/p>

1.4 物理及傳感層

利用糧企前端控制系統(tǒng)(平房倉清理自控系統(tǒng)、淺圓倉自控系統(tǒng)、自動(dòng)通風(fēng)自控系統(tǒng)等)和各種智能儀表、多參數(shù)糧情傳感器(糧溫、氣體、數(shù)量等)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。結(jié)合當(dāng)前行業(yè)管理需求,建設(shè)適用于當(dāng)前糧食倉儲(chǔ)進(jìn)出及儲(chǔ)藏保管過程管控和數(shù)據(jù)采集的方案,解決當(dāng)前行業(yè)中散糧進(jìn)出作業(yè)需要過多人為干預(yù)、效率較低,以及各糧食保管系統(tǒng)采集設(shè)備的指令傳輸、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面與其他第三方應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)接不暢的問題。主要涉及以下幾方面:糧庫信息化系統(tǒng)與散糧進(jìn)出倉的智能管控系統(tǒng)的對(duì)接;實(shí)現(xiàn)糧食倉儲(chǔ)保管采集設(shè)備指令、數(shù)據(jù)采集和傳輸格式的標(biāo)準(zhǔn)化,并滿足遠(yuǎn)程觸發(fā)檢測(cè)功能;開發(fā)不同糧食倉儲(chǔ)保管采集設(shè)備的中間件,實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一平臺(tái)下的數(shù)據(jù)采集需求; 實(shí)現(xiàn)不同糧食儲(chǔ)藏保管系統(tǒng)采集設(shè)備的通訊方式、指令、數(shù)據(jù)以及云端存儲(chǔ)格式的統(tǒng)一和相應(yīng)云服務(wù)系統(tǒng)功能的集成。

2 散糧作業(yè)智能管控和儲(chǔ)藏保管數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主要功能分析

2.1 散糧進(jìn)出倉智能選倉

2.1.1作業(yè)計(jì)劃管理

系統(tǒng)提供界面輸入相關(guān)的作業(yè)計(jì)劃。系統(tǒng)為作業(yè)計(jì)劃人員提供可視化的圖形編輯工具,根據(jù)糧食品種、質(zhì)量信息、進(jìn)出量,以及當(dāng)前倉容等輔助信息,智能指引其進(jìn)行散糧進(jìn)出倉計(jì)劃的錄入與維護(hù),制訂好的作業(yè)計(jì)劃以圖表和流程線的方式進(jìn)行展示。同時(shí),計(jì)劃的完成情況也將自動(dòng)、實(shí)時(shí)反饋到計(jì)劃管理模塊,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)計(jì)劃的在線跟蹤。

2.1.2作業(yè)調(diào)度管理

進(jìn)出倉作業(yè)調(diào)度管理全過程記錄和監(jiān)視作業(yè)的執(zhí)行情況,包括作業(yè)時(shí)間、作業(yè)人員、作業(yè)事件、作業(yè)進(jìn)度等數(shù)據(jù),作業(yè)過程中功能模塊可根據(jù)作業(yè)過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整和相應(yīng)提醒告知功能。同時(shí),還將提供制訂好的作業(yè)規(guī)范以指導(dǎo)作業(yè)人員進(jìn)行正確的操作。

2.1.3控制系統(tǒng)選倉管理

以散糧進(jìn)出控制系統(tǒng)為基礎(chǔ),開發(fā)進(jìn)出倉作業(yè)計(jì)劃接收插件,結(jié)合作業(yè)計(jì)劃、倉內(nèi)品種、實(shí)際倉容、設(shè)備狀態(tài),以及當(dāng)前作業(yè)情況等各種作業(yè)因素,實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接,如自動(dòng)預(yù)選倉、一鍵啟停、入倉自動(dòng)切換、故障自動(dòng)暫停、作業(yè)完畢自動(dòng)停止等功能,減少操作人員的干預(yù),提升進(jìn)出倉過程的智能化程度。

2.2 散糧作業(yè)過程數(shù)據(jù)采集及管理

2.2.1物料管理

物料管理涉及對(duì)平房倉、淺圓倉儲(chǔ)存糧食品種進(jìn)行管理,提供品種信息的增刪改功能。該功能通過細(xì)分糧食品種,實(shí)現(xiàn)對(duì)平房倉、淺圓倉單倉糧食品種的標(biāo)簽化管理,對(duì)選倉智能化的指定和分配提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,避免混糧情況的發(fā)生。

2.2.2質(zhì)量管理

將倉房相應(yīng)糧食品種質(zhì)量信息進(jìn)行管理,提供填報(bào)界面或第三方質(zhì)量數(shù)據(jù)接口,實(shí)現(xiàn)單倉糧食質(zhì)量數(shù)據(jù)的管理,為散糧智能選倉功能提供判斷條件,避免出現(xiàn)質(zhì)量不同發(fā)生混倉情況的發(fā)生。

2.2.3倉容管理

通過對(duì)散糧進(jìn)出倉、倒倉涉及到的計(jì)量設(shè)備(散糧稱、流量稱、地磅等計(jì)量設(shè)備)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和功能集成,實(shí)現(xiàn)糧食進(jìn)出、流轉(zhuǎn)數(shù)量的實(shí)時(shí)計(jì)量,并對(duì)當(dāng)前倉容數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)更新和記錄,結(jié)合儲(chǔ)糧品種,對(duì)實(shí)際倉容進(jìn)行有效、直觀的管理功能。

2.2.4設(shè)備管理

以進(jìn)出糧現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ),對(duì)上位機(jī)系統(tǒng)腳本開發(fā)和PLC編程,實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、維護(hù)次數(shù)、停機(jī)情況等數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一管理,系統(tǒng)自動(dòng)分析,評(píng)估設(shè)備狀況,觸發(fā)保養(yǎng)和維修提醒等功能,保障進(jìn)出倉作業(yè)的高效運(yùn)行。

2.2.5能效管理

監(jiān)測(cè)能源在整個(gè)作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)的使用與消耗情況,通過能源計(jì)劃、能源計(jì)量,實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)過程中設(shè)備所用的電能進(jìn)行有效管理,并通過能源計(jì)量考核,降低作業(yè)能耗。

2.2.6績效管理

對(duì)績效考核主要指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和展示,其指標(biāo)和計(jì)算公式由最終用戶根據(jù)需要預(yù)先定義,自動(dòng)給出計(jì)算公式,系統(tǒng)通過對(duì)班組糧食進(jìn)出作業(yè)效率、能源消耗數(shù)量、設(shè)備無故障運(yùn)行時(shí)間等方面進(jìn)行班組績效核算和評(píng)估。

2.3 散糧儲(chǔ)藏?cái)?shù)據(jù)中間件

2.3.1中間件通訊機(jī)制的選擇

消息中間件能在不同平臺(tái)之間通信,用來屏蔽各種平臺(tái)及協(xié)議之間的特性,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間的協(xié)同,其優(yōu)點(diǎn)在于能夠在客戶和服務(wù)器之間提供同步和異步的連接,并且在任何時(shí)刻都可以將消息進(jìn)行傳送或者存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。通過對(duì)倉儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)采集設(shè)備的調(diào)研分析和遠(yuǎn)程過程調(diào)用、消息隊(duì)列機(jī)制的研究試驗(yàn),得出基于消息隊(duì)列機(jī)制的通訊中間件是一個(gè)合適的選擇。

2.3.2中間件通訊協(xié)議的選擇

由于糧食倉儲(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集設(shè)備種類繁多,傳感器數(shù)量也比較多,設(shè)備的通訊協(xié)議又都是生產(chǎn)廠家自己制定,故需要采用中間件的方式統(tǒng)一并簡(jiǎn)化與上位系統(tǒng)的通訊。在這兩者之間中間件負(fù)責(zé)把上位系統(tǒng)下發(fā)的指令轉(zhuǎn)為設(shè)備的通訊指令,設(shè)備動(dòng)作完成后中間件把來自設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并返回給上位系統(tǒng)。中間件的運(yùn)行平臺(tái)可以基于普通計(jì)算機(jī)或者是輕量化的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān),經(jīng)過系統(tǒng)分析,從通訊協(xié)議的可靠性、信息傳輸速度和質(zhì)量,以及信息包大小等方面因素的綜合考慮,采用響應(yīng)時(shí)間短、吞吐量大,且低帶寬的MQTT協(xié)議是最佳選擇。

2.4 糧食儲(chǔ)藏多參數(shù)云服務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)

糧食倉儲(chǔ)行業(yè)傳統(tǒng)多參數(shù)糧情(糧溫、氣體、數(shù)量等)系統(tǒng)只能在本地電腦上檢測(cè)后手動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)給管理層,管理層無法實(shí)時(shí)反測(cè),看不到實(shí)時(shí)和真實(shí)數(shù)據(jù)。通過基于云服務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)可不受時(shí)間和空間限制進(jìn)行實(shí)時(shí)、定時(shí)檢測(cè)糧食和倉內(nèi)溫濕度、氣體濃度,以及倉內(nèi)糧食數(shù)量等基本儲(chǔ)糧數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程維護(hù)與在線升級(jí)功能,同時(shí)考慮支持不同廠家糧食倉儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入,以及通過5G數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān),滿足云端采集數(shù)據(jù)傳輸要求,實(shí)現(xiàn)云端與各倉儲(chǔ)系統(tǒng)測(cè)控主機(jī)實(shí)時(shí)通訊,提供基于網(wǎng)頁和手機(jī)端的數(shù)據(jù)監(jiān)管功能。

系統(tǒng)將糧食儲(chǔ)藏多參數(shù)(糧溫、氣體、數(shù)量等)數(shù)據(jù)通過較為直觀倉房三維圖層進(jìn)行展示,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁和手機(jī)端的應(yīng)用,其主要功能包括:按照糧情監(jiān)測(cè)、氣體檢測(cè)相應(yīng)傳感器布點(diǎn)位置,建立溫度、氣體濃度展示三維模型;按照數(shù)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息,系統(tǒng)自動(dòng)繪制、還原倉內(nèi)堆糧三維信息,并根據(jù)容重自動(dòng)計(jì)算相應(yīng)重量數(shù)據(jù);可以分層、分區(qū)域展示溫度和氣體濃度數(shù)據(jù),并可以單獨(dú)選擇其中一個(gè)或多個(gè)層面。同時(shí),對(duì)倉內(nèi)不同糧食溫度(倉內(nèi)氣體濃度)范圍的溫度值(濃度值)以不同的顏色進(jìn)行顯示;可以旋轉(zhuǎn)、放大、縮小多種方式控制整個(gè)糧倉的三維模型,從任意角度查看溫度、濃度、數(shù)量等倉儲(chǔ)信息;可以設(shè)定最低溫度(濃度)、最高溫度(濃度)的限定值、對(duì)超出(低于)溫度(濃度)范圍的溫度區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警, 提醒相關(guān)人員第一時(shí)間關(guān)注問題的發(fā)生;可查看糧食儲(chǔ)藏多參數(shù)數(shù)據(jù)相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)曲線。

3 結(jié)論

隨著當(dāng)前糧油倉儲(chǔ)物流行業(yè)的不斷發(fā)展和數(shù)字化管理程度不斷提升,“智能進(jìn)出倉”、“管控一體化”、 “無人值守”、 “自動(dòng)選倉”、 “數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集”、 “遠(yuǎn)程監(jiān)管”等作為關(guān)鍵詞在糧食倉儲(chǔ)物流行業(yè)頻繁出現(xiàn),相應(yīng)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展方向有較大的契合度。在整合行業(yè)管理構(gòu)架、規(guī)范業(yè)務(wù)流程、精準(zhǔn)成本控制、提升作業(yè)效率、降低運(yùn)營成本,最終實(shí)現(xiàn)散糧進(jìn)出和日常倉儲(chǔ)的現(xiàn)代化、精準(zhǔn)化和智能化方面,上述技術(shù)路線在制定相應(yīng)解決方案、確定系統(tǒng)架構(gòu)、開發(fā)相應(yīng)功能方面有一定指導(dǎo)借鑒作用。