自动化技术在粮库中的应用

崔延峰

摘 要：本文以自动化技术为核心，重点介绍了经典控制理论、现代控制理论的产生和发展、自动化技术在粮库中的应用，以及自动化技术未来的发展。

【关键词】自动化技术 控制理论 粮库

我国作为一个粮食生产/消费大国，粮食储备的安全性是我国政府必须考虑的重点之一。粮食安全问题关乎国计民生、社会和谐稳定以及能否建成小康社会、实现中国梦的宏伟目标。改革开放至本世纪初，我国大部分地区的粮食储备库（粮库）还是沿用传统的人工方式监控、管理粮库。这样不但工作量大，而且不能及时、准确获得粮食储存状况，造成经济损失和政府决策失误。

伴随着现代通信技术、传感技术、电子信息和网络技术的发展，自动化管理和控制技术已广泛应用到了粮库的日常生产中。这大大提高了工作效率、减轻管理人员的劳动强度，保证了粮食储备的安全。同时，能及时准确地向相关部门提供粮情信息，给相关部门制定国家粮食政策提供了决策依据。因此，自动化技术在粮库中的应用得到了各级政府的高度重视。

1 自动控制理论的产生、发展

早期经典控制理论，其把传递函数作为基础分析手段。在频域空间对单输入—输出模型展开分析研究。主要通过人工计算和一些图表的描述，如伯德（Bode）图、奈奎斯特（Nyquist）图、尼柯尔斯（Nichols）图以及M圆等，这一时期的控制理论称为经典控制理论（包括线性控制理论、采样控制理论、非线性控制理论三个部分）。主要研究系统运动的稳定性、时间域和频率域中系统的运动特性。

随着现代控制理论的发展，控制系统的复杂程度也随之提高。早期以传递函数为基础的单输入—输出模型，已经不能适应当前复杂系统。因此，我们采用状态空间描述法取代之前的传递函数，在时间域直接对系统进行分析。通过在状态空间的分析，我们提出了系统能控性与能观性等相关概念，从而在经典控制理论的基础上形成了现代控制理论。现代控制系统的特点是多输入—多输出模型，其输出参数可以为线性或非线性；可以为定常参量或时变参量；可以为单变量或多变量；可以是连续系统或离散系统。从而使现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多。

同时，自动控制理论也在社会需求的推动下急剧地发展。其主要发展方向有：稳定性、最优化、定性结构、计算机与控制。当前，自动控制系统的发展还朝着更纵深、更广阔的空间发展，其在数学运算、理论研究、算法设计上都有了飞跃的进展。其往电子信息与控制科学的研究中注入了蓬勃的活力，并开阔了研究者的思维空间，引导着我们向自然界更为深刻的运动机理探讨，推动着人类社会的向前发展。

2 自动化技术在粮库的应用

2.1 PROFINET 技术的应用

把PROFINET技术应用到粮库的分散性作业中，提高了系统架构的合理性，保证了稳定的数据传输，同时设备维护也很轻便。如今随着现场设备智能化的提高，自动化控制系统逐渐分散了，加剧了处理信息的难度。因此，基于组件的自动化成为当下的新趋势，而作为全新的自动化总线标准，PROFINET技术应运而生。各组件间通过模块化这一理念，使用PROFINET连接，简化了系统的配置时间和上线调试时间。基于PROFINET技术，粮库管理在实时监控、运动测试、分布管理、故障以及网络安全等领域有了一套完整的网络解决方案，也能完全兼容跨供应商的技术，对现有系统进行扩展也很方便，大大提高了工作的效率。同时能够实时传输数据与全面的TCP/IP信息，完成从现场级到管理层的纵向集成通信。通过运用专业的信息安全模块，我们完成了对现场和控制数据、PROFINET、自动化控制系统的安全，并且极大的降低了自动化通信网络的安全风险。

2.2 多个DS18B20在粮库测温系统中的应用

我国不但是粮食消费大国，而且也是一个生产大国。而我国地域辽阔、气候差异较大，所以粮食安全的储存是一项艰巨的任务。在粮库中粮食的自动化监测包括对粮食湿度、温度、虫害等问题，其中温度监测是最重要的测试因素。目前，我国大部分粮库采用模拟式热敏电阻组成的温度传感器，这种测温电路虽然比较复杂，但其具有良好的测温精度。由于粮食在熏蒸时会产生磷化氢气体，该气体会腐蚀上述模拟测温电路，因此增加了粮食存储成本。鉴于上述状况，文献采用LPC932单片机，该款单片机具有低功耗、高性能等优点。由上述单片机组成的DS18B20测温系统，该系统能够大大降低系统成本、易于维护、极大提高系统运行的可靠性。

2.3 CAN总线在粮库湿度监控系统中的应用

粮库湿度监控是粮食储存的另一个关键环节，传统湿度监控DDC（直接数字控制系统）对粮库湿度实时监控。但是其具有以下缺点：布线较长浪费资源、施工量大、系统实时通信性与可靠性都不高。

采用CAN总线解决上述缺点，其为一种面向工业控制的现场总线，集数字通信、智能仪表、计算机网络技术于一身，突破了“点对点”的模拟—数字控制的限制，基本能够实现对分散系统的集中控制，利于集中控制管理。从实际应用情况来看，该系统不仅在信息传输的安全性、准确性和实时性方面均能满足控制的要求，而且具有很高的可靠性。

3 结束语

以自动化技术为核心，建立一个支持对分布在全国各地的各级别粮食储备库进行实时的监控和管理的系统是非常重要的。上述建立在全国各地的粮库系统能够通过互联网实时连接，除了在本地进行访问，还能通过网络在远程异地进行访问。通过该粮库监控系统，本地管理部门能够有效的对各个粮库进行管理，上级主管部门也能够对各地粮库储备状况进行查看。例如，能够实时调取各地粮库监控系统情况、粮食储藏状况，包括仓库湿度信息、通风信息等参数是否正常。只有这样，粮食主管部门才能及时掌控粮食储存信息，并根据反馈信息快速做出管理决策。

参考文献

[1]许青.PROFINE技术在粮库分散型作业中的应用[J].粮油装备与自动控制，2013.

[2]郑长征，毛哲，谢兆鸿.多个DS18B20在粮库测温系统中的应用[J].自动化技术与应用，2006.

[3]王冬，曹立文，刘向东.CAN总线在粮库温湿度监控系统中的应用[J].测量与控制，2006.

作者单位

广东中人集团建设有限公司 广东省广州市 510515