國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

糧情測控技術(shù)是科學保糧的關(guān)鍵技術(shù)之一,目前國內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情測控系統(tǒng)產(chǎn)品,品種繁多,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異,但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫濕度檢測、糧食內(nèi)部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項,鑒于糧食儲藏的特殊性,系統(tǒng)功能的重點放在了儲糧內(nèi)部溫度的檢測和分析上。糧情測控系統(tǒng)可以根據(jù)采用的溫度傳感器和通信方式的不同進行如下分類：1.按溫度傳感器分類?通常糧情測控系統(tǒng)主要選用熱敏電阻、數(shù)字式溫度傳感器作為溫度傳

? 糧情測控技術(shù)是科學保糧的關(guān)鍵技術(shù)之一,目前國內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情測控系統(tǒng)產(chǎn)品,品種繁多,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異,但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫濕度檢測、糧食內(nèi)部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項,鑒于糧食儲藏的特殊性,系統(tǒng)功能的重點放在了儲糧內(nèi)部溫度的檢測和分析上。糧情測控系統(tǒng)可以根據(jù)采用的溫度傳感器和通信方式的不同進行如下分類：

1.按溫度傳感器分類
? 通常糧情測控系統(tǒng)主要選用熱敏電阻、數(shù)字式溫度傳感器作為溫度傳感器,也有選用其它溫度傳感器例如PN結(jié)型溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)。
1．1．熱敏電阻
? 以溫度變化導(dǎo)致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻,因其具有成本低、體積小、簡單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點,在多項溫度測量應(yīng)用中受到廣泛歡迎,同樣也是國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)采用多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)較高,室溫電阻通常也較高,因此其自身發(fā)熱較小,信號調(diào)節(jié)較為簡單。熱敏電阻的缺點是互換性差,溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系。熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負溫度系數(shù)熱敏電阻兩種,但在溫度測量應(yīng)用中,正溫度系數(shù)熱敏電阻較少得到采用,更多采用的是負溫度系數(shù)熱敏電阻。以下提及的熱敏電阻均指負溫度系數(shù)熱敏電阻。
? 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的硬件由上位機、通信接口電路、智能分機、溫度分線器、測溫電纜、濕度分線器、測濕探頭和通風控制器組成,典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在上位機上運行糧情測控系統(tǒng)軟件,對檢測到的溫濕度數(shù)據(jù)進行分析,根據(jù)糧倉內(nèi)外溫濕度條件判斷是否可以進行通風,手動或自動控制通風機械的啟動和停止。
? 通信轉(zhuǎn)換電路分為內(nèi)置式和**式兩種,主要完成兩種通信協(xié)議之間的銜接轉(zhuǎn)換功能。智能分機是由微處理器、A/D轉(zhuǎn)換電路和通信電路等組成,主要功能包括接收上位機下達的指令、將現(xiàn)場采集上來的模擬信號數(shù)字化、向上位機傳送數(shù)字化的溫濕度值、向通風控制器下達啟動或停止指令等。溫濕度分線器主要完成接收智能分機下達的指令、將模擬開關(guān)切換到的溫濕度測量點等功能。通風控制器主要功能是根據(jù)智能分機下達的指令控制通風機械的啟動和停止。智能分機與溫濕度分線器和通風控制器之間均采 用單根多芯電纜連接,具有結(jié)構(gòu)簡潔、維護方便、成本低等諸多優(yōu)點。
? 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的測溫電纜是糧情測控系統(tǒng)的重要組成部分,它是將多個熱敏電阻置入一根測溫電纜之中,電纜內(nèi)加細鋼絲繩提高抗拉強度、外加絕緣護套密封防腐。采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的溫度檢測范圍一般在－40℃～＋50℃之間,檢測精度為±1℃,*糧情溫度檢測的需要。根據(jù)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點,一般在單根測溫電纜上置入3～4個熱敏電阻,特別適合房式倉儲糧環(huán)境。
1．2．數(shù)字式溫度傳感器
? 數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少,但用于糧情測控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是Dallas的DS18x20系列溫度傳感器,其溫度檢測范圍為－55℃～＋125℃,檢測精度為±0.5℃。DS18x20采用1－WireTM接口,封裝形式有PR－35和SSOP－16兩種,糧情測控系統(tǒng)中采用的是PR－35封裝。DS18x20采用9個位表示測溫點的溫度值,每個DS18x20內(nèi)部都設(shè)置有一個單一的序列號,因此可以使多個DS18x20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上。DS18x20內(nèi)部分為4個部分：1、64位序列號;2、保存臨時數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)RAM;3、保存*數(shù)據(jù)的2字節(jié)EEPROM;4、溫度傳感器。典型的采用DS18x20的糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
? 由圖中可以看出,采用數(shù)字式溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相同,只是用測控單元替代了智能分機、擴充接線器替代了溫度分線器。測控單元與智能分機的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)換電路,取而代之的是1－WireTM總線與上層通信總線之間的通信轉(zhuǎn)換電路,如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則測控單元將*由數(shù)字電路組成,而智能分機是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的,這將使測控單元的電路設(shè)計更為容易。
? 采用DS18x20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同,該測溫電纜多只需3根導(dǎo)線即可連接多個DS18x20溫度傳感器。為簡潔的結(jié)構(gòu)是利用DS18x20可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點,在測溫電纜中只放置兩根平行的細鋼絲繩即可連接多個DS18x20溫度傳感器,這樣不僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降,而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點使得采用DS18x20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)更適用于高大糧倉（諸如淺圓倉、立筒倉）的應(yīng)用環(huán)境,可以解決高大糧倉在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對位置。由于這種溫度傳感器的價格比熱敏電阻高出許多,所以DS18x20溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)在房式倉中應(yīng)用時不如熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)更具有性能價格比的優(yōu)勢。

2．按通信方式分類
? 國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)的通信方式主要采用RS485總線技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)兩種。
2．1．RS485總線技術(shù)
? RS485是使用較為廣泛的雙向有補償傳輸線標準,其大每段總線長度為1200米,每段多支持32個節(jié)點,采用單組雙絞線雙向主從通信。當總線加長或節(jié)點增多時需要使用中繼器連接,全網(wǎng)絡(luò)支持多256個節(jié)點。
RS485通信技術(shù)應(yīng)用時間較長,軟硬件實現(xiàn)較為容易,因此是國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)采用較多的通信方式。由于RS485總線技術(shù)不支持多主結(jié)構(gòu),系統(tǒng)容量、通訊距離等方面具有很大的局限性,所以隨著現(xiàn)代化大型糧食儲備庫的逐年增多,RS485通訊方式顯得愈來愈力不從心。
2．2．現(xiàn)場總線技術(shù)
? 現(xiàn)場總線技術(shù)是一個全新的總線技術(shù),是一種互連現(xiàn)場自動化設(shè)備及其控制系統(tǒng)的雙向數(shù)字通訊協(xié)議,它的出現(xiàn)為自動化控制和儀器儀表工業(yè)帶來了巨大的變革,它代表著未來發(fā)展的方向。目前國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)采用了兩種現(xiàn)場總線：LONWORKS總線技術(shù)和CAN總線技術(shù)。
? LONWORKS的技術(shù)特點是總線開放、互操作性強、可靠性高、通信速度高可達1.25Mbit/s,大通信距離可達2700米,多節(jié)點數(shù)為32000個。由此可以看出它在性能上要比RS485總線好的多。
? CAN總線技術(shù)在糧情測控系統(tǒng)中的應(yīng)用比LONWORKS總線技術(shù)更為廣泛。CAN總線技術(shù)具有先進的多主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通訊距離遠、價位低、可靠性高、系統(tǒng)容量大等優(yōu)點, CAN總線技術(shù)廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,取而代之的是對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼,使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)在理論上不受限制,從而大大增加了系統(tǒng)的容量,使得大型現(xiàn)代化儲備糧庫的糧情檢測控制在同一系統(tǒng)下得以實現(xiàn)。先進的多主結(jié)構(gòu)不僅使得系統(tǒng)內(nèi)可以有多臺上位機存在以適應(yīng)不同操作人員和管理人員的多種需要,而且使得網(wǎng)絡(luò)中智能分機擺脫了只能被動受控狀況,整個系統(tǒng)高度智能化,從而大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。CAN總線大通訊距離可達10公里,這對庫區(qū)較大、糧倉分布較分散的大型儲備糧庫是非常適用的?，F(xiàn)場總線技術(shù)的另一個優(yōu)點是可以大大節(jié)約連接導(dǎo)線以及安裝維護費用,使得整個系統(tǒng)在大大提高系統(tǒng)整體性能的同時具有很高的性能價格比。
? 隨著大型國家糧食儲備庫的日益增多和更多新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),預(yù)計未來國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)將在以下幾個方面得到進一步的發(fā)展：
? 首先,熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器在同一糧情測控系統(tǒng)中使用。根據(jù)以上分析,熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器在房式倉和高大倉房兩個不同場合各自具有優(yōu)勢,隨著大型國家糧食儲備庫的增多,在同一儲備庫中將存在不同的倉型,而現(xiàn)存的糧情測控系統(tǒng)中只能選擇熱敏電阻或數(shù)字溫度傳感器二者之一作為溫度檢測元件。為了更好地發(fā)揮熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器各自的優(yōu)勢,在同一糧情測控系統(tǒng)中選用這兩種傳感器是未來市場發(fā)展的需求之一。
? 其次,現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用將更為廣泛。現(xiàn)場總線技術(shù)是一個全新的通信技術(shù),它代表著控制系統(tǒng)未來的發(fā)展方向,未來的糧情測控系統(tǒng)將不可避免地放棄RS485通信方式轉(zhuǎn)而采用新型的現(xiàn)場總線技術(shù),這將使系統(tǒng)的可靠性、性能價格比大大提高。
? 再者,系統(tǒng)功能的進一步完善。目前糧情測控系統(tǒng)僅局限與溫濕度的檢測和通風控制,諸如糧食儲藏過程中倍受關(guān)注的水分檢測和蟲害檢測均未得到解決,預(yù)計未來的糧情測控系統(tǒng)將會把更多種類的糧情檢測綜合數(shù)據(jù)采集上來,與糧情專家分析軟件密切配合,共同保障糧食的儲藏安全。

我司可開發(fā)智能糧庫所需十幾個功能參數(shù)，例如：智能倉房管理系統(tǒng)以倉房集成控制柜為中心，對智能通風系統(tǒng)、智能氣調(diào)系統(tǒng)、糧情測控系統(tǒng)、氣體濃度檢測系統(tǒng)、糧食水分檢測系統(tǒng)、糧食蟲害檢測系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、能耗分析系統(tǒng)、低溫倉儲系統(tǒng)、糧食數(shù)量監(jiān)測系統(tǒng)進行現(xiàn)場狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集、操作控制以及和后臺分析管理軟件進行實時數(shù)據(jù)交互。

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