糧倉智能通風(fēng)控制系統(tǒng)

1、第36卷糧倉智能通風(fēng)牡制系統(tǒng)<*築龍網(wǎng)；糧食儲藏技術(shù)I 氓+ 十 + + 十 下 * f 累糧倉智能通風(fēng)控制系統(tǒng)魯海峰高峰（中央儲備糧通遼直屬庫）摘 要 綜合了當(dāng)今先進(jìn)的倉儲管理技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能通訊技 術(shù)及防屬彷雷技術(shù)為一體設(shè)計一套糧倉智能通風(fēng)控制系統(tǒng)以實現(xiàn)在外部條件適宜的情況下 對糧倉進(jìn)行通風(fēng)達(dá)到除換、調(diào)濕等目的進(jìn)而有效控劇根倉的儲糧環(huán)境從而達(dá)到安仝儲糧的 目的。關(guān)鍵詞人工智能 自動化機(jī)械通風(fēng)專家系竝 通過對通風(fēng)、倉內(nèi)外溫濕度及測溫系統(tǒng)數(shù)據(jù) 的多維度統(tǒng)計分析，使倉儲保竹人員能夠總結(jié)倉儲圖1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)適時對糧倉進(jìn)行通風(fēng)可滅少儲糧過程中因糧 食陳化和劣變引起的損

2、欠。因此建立個科學(xué)化、 智能化與自動化的糧倉通風(fēng)控制系統(tǒng)一是可以實現(xiàn) 儲糧機(jī)械控制的自動化與智能化減輕操作者的勞 動強(qiáng)度二是可以保證糧食品質(zhì)降低儲糧成本提 髙企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。中央儲備糧通遼直屈庫與北京 陽光浩普科技發(fā)展有限公司聯(lián)合開發(fā)了糧倉智能通 風(fēng)控制系統(tǒng)。主耍完成以下幾個方而的工作： 根據(jù)國內(nèi)大多數(shù)糧庫悄況完成該系統(tǒng)的硬 件控制部分的設(shè)計并確保通過該控制模塊能夠準(zhǔn) 碗控制倉底的離心風(fēng)機(jī)和倉頂?shù)妮S流風(fēng)機(jī)及窗戶。 因國內(nèi)大部分柚悄檢測系統(tǒng)都是二進(jìn)制方式 存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫我們采用動態(tài)數(shù)據(jù)提岀方式 提取測型數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行冇效分析為通風(fēng)模型 提供數(shù)抵基礎(chǔ)。 儲糧 企業(yè)可以根援企業(yè)實際悄 況（所在

3、區(qū)域. 倉型等）建立通風(fēng)模型并通過訓(xùn)練評估反饋等機(jī) 制來優(yōu)化摸型. 根據(jù)通風(fēng)數(shù)據(jù)，通過訓(xùn)練，評佔反饋等方式優(yōu) 化通風(fēng)模型。知識為科學(xué)保糧和單倉核算打好基礎(chǔ)。1 系統(tǒng)總體設(shè)計1.1 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)實現(xiàn)糧倉通風(fēng)智能控制并為本地專家 系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)積累平臺系統(tǒng)包括兩個部分：1. 1. 1 管理坎件 本系統(tǒng)采用J2EE開發(fā)的BS結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)庫并且能夠跨多個操作系 統(tǒng)。主要功能冇測溫數(shù)據(jù)提取分析模型管理傳輸 控制通訊協(xié)議解碼和編碼等。1. 1.2 測控哽件本系統(tǒng)的硬件包括通風(fēng)控制板. 溫濕度傳感器、交流接臟器等。1. 2 系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)（見圖1）中的件w蘭劉第36卷糧倉智能通風(fēng)控制系統(tǒng) 21

4、系統(tǒng)軟件采用陽光浩普公司的USFramework 管理平臺作為開發(fā)框架，能夠多維度，多層次 展示系統(tǒng)資源，系統(tǒng)管理員可以為每個人定制功能 權(quán)限，每個工作人員根據(jù)不同權(quán)限通過瀏覽器能夠 訪問到自己的工作內(nèi)容。1.2. 1 溫度分析系統(tǒng)功能描述 分析糧倉內(nèi)的溫度區(qū)域帶，并可對比通風(fēng)前 后的溫度區(qū)域帶，為通風(fēng)效果評估提供反饋數(shù)據(jù)。 分析糧倉內(nèi)糧食熱傳導(dǎo)情況（有或無通風(fēng)條 件），根據(jù)不同糧食品種，不同品質(zhì)，糧堆高度，積累 糧食熱傳導(dǎo)性數(shù)據(jù)，為通風(fēng)時間預(yù)測積累數(shù)據(jù)。 分析糧食發(fā)熱點，對比糧食溫度點的變化悄 況，判斷是否是糧負(fù)發(fā)熱點。通過以上糧倉內(nèi)溫度分析，為通風(fēng)模型建立捉 供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時也為通風(fēng)模型優(yōu)

5、化調(diào)整提供了反 饋數(shù)據(jù)。1. 2. 2 通風(fēng)自動控制系統(tǒng)功能描述 通風(fēng)類型管理，本系統(tǒng)中包含三類通風(fēng)模型， 標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)模型，強(qiáng)制通風(fēng)模型，智能通風(fēng)模型，三種 通風(fēng)模型用戶都可以自定義，并進(jìn)行有效組合，通過 模型評估反饋機(jī)制不斷調(diào)優(yōu)模型（圖2）。圖2 三類通風(fēng)模型 監(jiān)控每個倉的通風(fēng)狀態(tài)，包括軸流風(fēng)機(jī)、離心 風(fēng)機(jī)、窗戶、風(fēng)道的狀態(tài)。 預(yù)測通風(fēng)時間，根據(jù)天氣預(yù)報信息，通過數(shù)據(jù) 擬合算法，構(gòu)成天氣的溫度和濕度走勢信息，通過模 型判斷通風(fēng)開始時間和結(jié)束時間。 告警功能：通過對測控數(shù)據(jù)進(jìn)行告警判斷，如 果滿足告警條件，系統(tǒng)能夠自動進(jìn)行告警并提供操 作建議，給出提示信息，并通過手機(jī)短信形式或電子 郵件方式發(fā)給

6、保管員及相應(yīng)的負(fù)責(zé)人。1.2.3 輔助系統(tǒng)功能描述 智能通風(fēng)模型學(xué)習(xí)管理利用滿足通風(fēng)模型 糧倉測溫數(shù)據(jù)及通風(fēng)參數(shù)作為學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，不斷通過 評估反饋的數(shù)據(jù)來補(bǔ)充和調(diào)漿學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，優(yōu)化智能 通風(fēng)模型，使智能通風(fēng)模型系統(tǒng)升級為本地糧倉通 風(fēng)專家系統(tǒng)水平. 效果評估反饋功能根據(jù)實際的通風(fēng)情況， 比較每次通風(fēng)效果，總結(jié)通風(fēng)效果及相關(guān)參數(shù)，調(diào)整 和優(yōu)化通風(fēng)模型. 統(tǒng)計分析對不同糧倉和不同通風(fēng)模型進(jìn)行 統(tǒng)計分析，核算糧食通風(fēng)成本。 導(dǎo)入學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以導(dǎo)入該地區(qū)的通風(fēng) 模型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)知識共享，減少模型建立時間。 導(dǎo)出學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)導(dǎo)出學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)忌通風(fēng)學(xué)習(xí)模 型的知識備份的手段，同時導(dǎo)出的數(shù)據(jù)也可以供其 它糧庫使用。1.

7、3硬件控制方案硬件系統(tǒng)由主控服務(wù)器、溫濕度傳感器、通風(fēng)控 制板、控制柜組成，并通過通訊電纜把它們連接在一 起，構(gòu)成測控網(wǎng)絡(luò)。硬件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3 硬件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)1.3. 1主控服務(wù)器 系統(tǒng)是由java 寫B(tài)S結(jié)構(gòu) 程序，所有控制程序都部屈在主控服務(wù)器上，主控服 務(wù)器采用RS 485網(wǎng)絡(luò)與通風(fēng)控制板通訊，構(gòu)成主從 式網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)系統(tǒng)需要自定義了通訊協(xié)議，保證系 統(tǒng)傳輸穩(wěn)定性和有效性。1.3.2 通風(fēng)控制板 根據(jù)糧庫實際悄況和智能通 風(fēng)系統(tǒng)需要開發(fā)設(shè)計，共有24個開關(guān)呈輸出可以 控制整個糧倉的離心風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)，窗戶等同時 還有8個溫濕度冷感器連接，采集糧倉頂層溫濕度 和大氣的溫濕度

8、，為智能通風(fēng)模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1.3.3 溫度濕度傳感器 溫度傳感器采用成熟的 數(shù)字傳感器DS18B20,濕度傳感器采用霍尼韋爾的 濕度傳感器。1.3.4 軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)控制 通風(fēng)控制板上 通過繼電器輸出開關(guān)韋，控制軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī) 的交流接觸器。1.3.5 窗戶控制 通風(fēng)控制板上通過繼電器輸岀 開關(guān)眾與窗戶電機(jī)控制板相連，控制窗戶開啟和關(guān) 閉。2 通訊功能與故障診斷本系統(tǒng)主控服務(wù)器與通風(fēng)控制板采用RS232- RS485進(jìn)行通訊，構(gòu)成主從式網(wǎng)絡(luò)。2. 1串口通訊及協(xié)議主控服務(wù)器上部署系統(tǒng)通過RS232/RS485與 通風(fēng)控制板通訊，并按系統(tǒng)設(shè)定的波特率接收和發(fā) 送數(shù)拯，數(shù)振按系統(tǒng)自定義

9、的通訊協(xié)議編碼和解碼。由于外部干擾不可避免，系統(tǒng)以獨占方式監(jiān)聽 串口，所有數(shù)據(jù)都按通訊協(xié)議解碼。如果解碼和編 碼過程中，沒有開始、結(jié)尾或校驗位數(shù)值不對，系統(tǒng) 會認(rèn)為是無效信息.同時根據(jù)系統(tǒng)的波待率設(shè)置最 長發(fā)送和接收時間。通過以上方式可以保證通風(fēng)控 制板和服務(wù)器接收和發(fā)送都是有效數(shù)據(jù)。主控服務(wù)器<=> RS232/RS485 <>通風(fēng)控制板 _ I一 i 2.2 系統(tǒng)故障診斷通風(fēng)智能控制控制硬件診斷信息由以下幾個部 分組成：通風(fēng)控制板與服務(wù)器連接，溫度濕度傳感器 有效性，軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)控制有效性。（1）系統(tǒng)初始化時，系統(tǒng)檢測所有傳感器、控制 器狀態(tài)，井列出通訊無響應(yīng)

10、的設(shè)備名稱。（2）在運行過程中，系統(tǒng)會根據(jù)用戶設(shè)定的輪巡 時間，檢査所有設(shè)備情況，如果有異常提示用戶，并 作相應(yīng)緊急處理，如軸流風(fēng)機(jī)對應(yīng)窗戶沒有開啟，軸 流風(fēng)機(jī)不能啟動等。（3）系統(tǒng)任何設(shè)備的開啟和關(guān)閉都會形成一對 命令，并根據(jù)智能通風(fēng)模型校驗，如果進(jìn)行非正常操 作，系統(tǒng)會提示用戶，如進(jìn)行夏季排積熱通風(fēng)，離心 風(fēng)機(jī)開啟是不符合模型操作范圍內(nèi)，系統(tǒng)會提示用 戶，并采取緊急動作關(guān)閉風(fēng)機(jī)。<3 通風(fēng)智能控制3. 1 電子測溫數(shù)據(jù)采集分析通過US-Framework待有數(shù)據(jù)抓取工具從 電子檢溫系統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)，提取數(shù) 據(jù)內(nèi)容包括倉號，每個檢溫點對應(yīng)位置等，形成臨時 數(shù)據(jù)庫。從這個臨時

11、數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)形成各種統(tǒng) 計報表，并為智能控制模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.2模型監(jiān)控系統(tǒng)默認(rèn)有三大類模型、強(qiáng)制通風(fēng)模型，標(biāo)準(zhǔn)通 風(fēng)模型和智能通風(fēng)模型。標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)模型是根據(jù)儲糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程 及相關(guān)條件建立的通風(fēng)模型，系統(tǒng)將儲糧機(jī)械通風(fēng) 技術(shù)規(guī)程作為標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)模型提供初始化模型，用戶 可根據(jù)自己實際情況定制。強(qiáng)制通風(fēng)模型是為安全保糧，建立起來的極限 模型，達(dá)到該模型條件就會提示用戶，并立即采取相 應(yīng)操作（如關(guān)閉風(fēng)機(jī)，窗等）。智能通風(fēng)橈型足通風(fēng)工業(yè)控制和自動化控制的 主要方向，利用人工智能算法模擬人的思維去學(xué)習(xí) 和控制通風(fēng)系統(tǒng)保證以過去成功通風(fēng)案例作為知 識，能夠成功應(yīng)用于以后的通風(fēng)模型中。用戶可以設(shè)定

12、當(dāng)前系統(tǒng)經(jīng)過哪類或哪幾類通風(fēng) 模盤，每類通風(fēng)模型用戶都可以自定義模型，系統(tǒng)通 過輪巡方式不斷檢測溫濕度傳感器、風(fēng)機(jī)、電子測溫 數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)發(fā)送給通風(fēng)模型。通過某一通 風(fēng)模型（非強(qiáng)制通風(fēng)楔型）時，糸統(tǒng)會提示用尸，用尸 同意該模型，該模型就會査詢到相應(yīng)操作，并發(fā)指令 給下位機(jī)，并輪巡下位機(jī)各個設(shè)備狀態(tài)，確保命令完 成。如果通過強(qiáng)制通風(fēng)模型時，系統(tǒng)立即采取行動， 比如關(guān)閉風(fēng)機(jī)，同時通知該倉的倉儲人員。3.3 通風(fēng)預(yù)測系統(tǒng)抿據(jù)提供的天氣預(yù)報信息，利用數(shù)據(jù)擬合 算法，得到溫濕度走勢信息，根拯當(dāng)前的通風(fēng)模型和 預(yù)測的溫濕度走勢信息判斷什么時間可以通風(fēng)什 么時間可以結(jié)束通風(fēng)并及時提醒用戶，可以避免過

13、度通風(fēng)另外也根據(jù)中長期天氣預(yù)報選擇最佳通風(fēng) 時間段能夠有效咸少通風(fēng)時間，節(jié)約電量消耗。4 輔助管理4. 1智能通風(fēng)模型訓(xùn)練智能通風(fēng)模型是采用人工智能多種算法組成. 通過對模型訓(xùn)練，達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期效果，并應(yīng)用到實際 中。智能通風(fēng)模型訓(xùn)練作為通風(fēng)模型重耍內(nèi)容，如 果訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備不具有代表性那么通風(fēng)模型就會 偏離實際情況不能達(dá)到梢確控制，所以系統(tǒng)提供多 種選擇訓(xùn)練數(shù)據(jù)的方法：(1) 從實際通風(fēng)數(shù)搖中選擇有代表性數(shù)揚，直接 發(fā)送到學(xué)習(xí)資料庫中；(2) 從系統(tǒng)的評估反饋表中選擇優(yōu)秀的通風(fēng)數(shù) 搖，II接發(fā)送到學(xué)習(xí)資料庫中；(3) 人工修正的通風(fēng)數(shù)搖，通過導(dǎo)入方式進(jìn)入到 學(xué)習(xí)資料庫。通過以上幾種方式，采集具有

14、代表性的學(xué)習(xí)數(shù) 搖，保證智能通風(fēng)準(zhǔn)確性。系統(tǒng)允許用戶自定義智能通風(fēng)模型，通過模型 的訓(xùn)練，模型能夠判斷學(xué)習(xí)內(nèi)容及側(cè)匝點，把一些不 重要參數(shù)篩除，保證系統(tǒng)參數(shù)粘確有效并且用戶可 以調(diào)整模型調(diào)整訓(xùn)練次數(shù)，M練謀差值等參數(shù)，以達(dá) 到用戶的預(yù)期值。4. 2 統(tǒng)計分析及評估反饋統(tǒng)計分析及評估反饋是智能通風(fēng)控制系統(tǒng)主要 調(diào)優(yōu)機(jī)制，它包括以下幾個方面(1) 判斷每次通風(fēng)效果在通風(fēng)過程中外溫、外 濕、倉溫，糧溫等因數(shù)都是非線性變化的，利用這些 參數(shù)作為分析條件，給出最佳通風(fēng)時間及條件并以 修改后的參數(shù)作為智能通風(fēng)模型學(xué)習(xí)資料。(2) 評估每個通風(fēng)模型參數(shù)有效性，系統(tǒng)提供了 通風(fēng)模型建立平臺，如果是智能通風(fēng)模型

15、，模型內(nèi)部 就可有效篩除無效參數(shù)，如果是強(qiáng)制通風(fēng)模型和標(biāo) 準(zhǔn)通風(fēng)模型則需要判斷模型所有參數(shù)的變化幅度 和影響結(jié)果，結(jié)合這兩個因數(shù)判斷模型參數(shù)的有效 性評估每個通風(fēng)模型用戶自定義通風(fēng)模型后，該模 型使用效率很低或不用，系統(tǒng)會產(chǎn)生模型評估報告， 比較該模型與其它模型相似度及使用少的原因。(3) 評估每種倉熨的通風(fēng)效果每種倉型使用通 風(fēng)模型情況等總結(jié)每種倉型的通風(fēng)模型。(4統(tǒng)計每種倉型通風(fēng)模型使用頻率和時冋，統(tǒng) 計每個倉的通風(fēng)時間并與其它倉對比為科學(xué)管理 提供數(shù)據(jù)依毎。4.3 知識庫和規(guī)則庫管理系統(tǒng)統(tǒng)計分析和評估反饋機(jī)制，不僅為現(xiàn)有通 風(fēng)模型提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時也為將來的同類環(huán)境倉 儲專家系統(tǒng)提供了知

16、識庫和規(guī)則庫。知識庫和規(guī)則 庫通過系統(tǒng)按模型分類分別建立模型對應(yīng)的知識 庫和規(guī)則庫，如果遇到同類倉儲環(huán)境，通過模型的知 識庫和規(guī)則庫的導(dǎo)入導(dǎo)岀就可實現(xiàn)知識共亨，規(guī)則 共享。.5 系統(tǒng)安全智能通風(fēng)控制系統(tǒng)以主控服務(wù)器為核心，分機(jī) 適布面較廣線路鋪設(shè)長，外界干擾因素較多。因 此，在系統(tǒng)中采取了多種軟硬件安全措施.取得了較 好的保護(hù)效果。5. 1 口令保護(hù)為保證系統(tǒng)內(nèi)部安全，避免非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)， 系統(tǒng)對每個用戶采用口令授權(quán)方式系統(tǒng)管理員能 夠凋整每個用戶的權(quán)限.5.2 加密保護(hù)系統(tǒng)的可移植性可能致使非法存取，作者采取 了軟件和硬件加密以防止移植過程中的隨便使用或 復(fù)制。5.3硬件防干擾措施為防止雷

17、電干擾和電網(wǎng)諧波污染，系統(tǒng)的信號 傳輸長線均采用金屬屏蔽線。系統(tǒng)采用專用地線, 電源部分也充分考慮了屏蔽方案.5.4 軟件防干擾措施除采用數(shù)據(jù)融合方法外，檢測過程中還采用了 數(shù)字濾波方法提高數(shù)據(jù)采集的可靠性.并且能夠防 止出現(xiàn)“死機(jī)”與'死鎖”現(xiàn)象。6 結(jié)束語糧倉智能通風(fēng)控制系統(tǒng)具有高效穩(wěn)定的特點 同時也為廣大倉儲人員和'科學(xué)保糧提供很好工兵平 臺用戶可以根拯本地區(qū)的不同悄況在三種通風(fēng)模 型的基礎(chǔ)上自定義通風(fēng)模型，通過對通風(fēng)數(shù)據(jù)收集 反饋總結(jié)和優(yōu)化通風(fēng)模型，逐步減少人工經(jīng)驗因 索有效避免通風(fēng)不足和過度通風(fēng)節(jié)約能源，降低 保糧成本。并且通過不斷的積累通風(fēng)模型的知識庫 和規(guī)則庫，升

18、級通風(fēng)系統(tǒng)為專家系統(tǒng)。糧倉智能通 風(fēng)控制系統(tǒng)是為倉儲企業(yè)建立一個通風(fēng)模型的平 臺，需要積累本地區(qū)的知識庫和規(guī)則庫及為倉儲精 細(xì)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，我們在下一步工作過程中 要解決如何減少積累知識庫和規(guī)則庫的時間如何 與單倉儲糧經(jīng)費核算掛鉤等問題，并進(jìn)一步與系統(tǒng) 軟件開發(fā)公司加強(qiáng)合作，把智能通風(fēng)控制系統(tǒng)的作 用發(fā)揮到最大.參考文就1 蔡自興徐光祐人工智能及其應(yīng)用（第三版）.濟(jì)華大 學(xué)出版社.20042 胡漢才單片機(jī)原理及其接口技忒 清華大學(xué)出版社 1993.87119.2202243 苑平度李群挪.檳食倉儲斯技術(shù)浙設(shè)備與現(xiàn)代化竄 理全書.吉林撮夠出版社.20034 顧力栩沈晉念.人工智能，智能系機(jī)林工業(yè)出 版社-20075 LS/T 1202 2002 儲根機(jī)Q.2002.（收稿日期：20071018）第36卷糧倉智能通風(fēng)控制系統(tǒng) # 第36卷糧倉智能通風(fēng)控制系統(tǒng) # INTELLIGENT VENTILATION SYSTEM IN WAREHOUSELu Haifeng Gao Feng(Tongliao Depot »State Grain Reserves)Synthesize the technologies of