基于云架构模式的远程智能粮情测控系统设计

◎ 余双林

（广州港股份有限公司南沙粮食通用码头分公司，广东 广州 511462）

粮食是一种特殊而敏感的产品，和人们的生活息息相关。粮食供给即使出现细小的问题都有可能引起人们不必要的恐慌，导致市场的剧烈波动而影响社会的稳定。在21世纪的今天，粮食的发展是关系到国计民生的大事，其中粮食情况的测控是一个极其重要的环节。根据国家粮食局在《“十五”粮食行业科技发展规划》中制定的发展目标，粮食在储存过程的在线监测和自动控制已成为提高我国粮食情况控制方面的关键问题和实现“十五”规划的重要途径。粮食行业信息技术的应用一直紧跟时代步伐，与信息产业的发展节拍一致。

粮情测控系统是现代化粮库必备的安全储粮管理基础设备，随着工业自动化技术的发展，人们对自动化检测、监控系统的要求越来越高。人们愈发要求一个可靠性高、实时性强、界面友好、操作简单的移动端实时测控软件。

1 系统硬件图示

系统硬件总接线如图1所示，计算机经RS232/485转换器连接总线，RTU依次挂接在485总线上；测温电缆和湿度传感器连接到各分机上（因仓径大小电缆数有所不同）。

图1 系统硬件总接线图

1.1 控制计算机

配备符合系统要求和国家相关标准的主流品牌商用计算机，配置标准：i5-6100、4GB内存、1T硬盘、2G独显及24寸LED。具有高可靠性，能长时间连续运行，具有较高的存储能力和高速处理数据的能力，具有与测控系统通信的接口和相应的软件支持。

1.2 测控主机

（1）测控主机通过标准接口与计算机或云端服务器通信，配置4G网络接口，测控主机与测控分机之间通过光纤进行组网，实现并行测控（即多个测控分机同时完成数据采集和控制等操作）；1台测控主机可连接的测控分机数不少于200台，最大数据采集能力不少于320 000点（粮温点、空气温湿度点等所有检测点的总容量）。对于超大规模的应用场景，通过配置多台测控主机完成。

（2）测控主机实现各粮仓手、自动智能通风控制、测量外温外湿；并具有防雷击、防潮、抗电磁干扰、抗磷化氢腐蚀等能力，具有故障自诊断功能，稳定可靠，抗电磁干扰能力强。

（3）测控主机使粮情检测系统同计算机及库内局域网相互隔离，防止外部干扰和雷击损坏计算机及网络。

（4）测控主机实现仓房现场测控分机与测控室计算机的数据传输与交换。

（5）测控主机除完成多参数粮情数据的汇聚外，预留汇聚测控分机传来的其他传感器数据的接口，并将其送入用户上位机或云后台服务器。

1.3 测控分机

①组网方式：有线。②容量：1600个检测点。③检测速度≥60个点/秒。④防雷、防静电、抗电磁波干扰，防潮、防尘、抗磷化氢腐蚀。⑤测控分机接收测控主机指令，通过现场传感器采集粮情数据及粮情控制设备状态，并将所采集数据返回给上位机，完成对粮情控制设备的控制。⑥测控分机具有自动检测传感器ID码的功能，自动对点位数量、位置进行检测、存储。⑦测控分机预留测水、测虫、测气、自动通风接口。⑧测控分机除完成多参数粮情数据的收集外，预留收集来自其他传感器的数据的接口，并将其送至测控主机或用户上位机或云后台服务器。

1.4 测温电缆

数字测温电缆总成所用的外绝缘和护套材料、内线芯绝缘和护套材料、连接部件、接插件，均采用高品质的低压高密度聚乙烯100%原生料做绝缘护套，芯线采用0.18 mm×11截面积为0.3 mm2的镀锡铜丝为导体，并另增一根0.2 mm2的芯线抗拉钢丝，合股后焊接在温度传感器的电路板上，传感器焊接在PCB板上用胶密封，密封好的温度传感器电路板和镀锡铜丝导体结合处需整体用绝缘漆涂三遍，具有防水、防潮湿、防磷化氢气体腐蚀作用，使用环境：-40～85 ℃，立筒仓、浅圆仓测温电缆外套采用椭圆形重磅可换芯，内附镀锌钢丝绳（2×Φ7.5 mm）；抗拉强度≥400 MPa。电缆自带密封插头，采用模具一次成型；和测控分机之间的连接采用专用密封防水防腐插头（IP66）。

导线均采用符合《电线电缆电性能试验方法》（GB/T 3048—2007）、《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆》（GB/T 5023—2008）标准的（无杂质）全铜镀锡线；符合《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》（GB/T 2951—2008），连续完整，无缺陷，表面平整光滑，厚度均匀；抗拉钢丝绳符合《航空用钢丝绳》（YB/T 5197—2005）标准；为防止熏蒸腐蚀，连接件、接插件符合《低压电器外壳防护等级》（GB/T 4942.2—1993）中的IP66，仓内电缆及设备均通过防熏蒸测试；根据地域情况（区别）适当提高要求；线芯颜色符合《电线电缆识别标志方法》（GB/T 6995—2008）的规定，各线芯采用不同颜色区分。

安装在仓顶的电缆采取适当措施避免电缆荷载破坏仓顶结构。每根电缆的末端采取适当措施防止物料入仓时电缆过分移动。在通过仓顶或墙体的电缆入口处，提供所需要的可接近并能移动的防腐盖板或防水防尘密封装置，以使入口处能保持大气隔离和气密。尤其是在电缆悬挂装置的设计上，便于安装、维修和更换。测温电缆的安装应充分考虑对侧壁发放的影响，在侧壁发放作业过程中不会发生测温电缆卡住闸门的情况。

数字测温电缆采用二线制数据结构，安装方便，互换性好，满足抗拉、抗压、抗老化、耐低温的使用要求，测温电缆端头密闭严密。数字测温电缆满足防潮、防水、防尘、防气体、抗拉、抗压、抗老化、抗腐蚀和耐低温等使用要求。

1.5 温度传感器

①总线式数字温度传感器，寿命长，准确度高，精度高，重复性好。②测量范围：-55～125 ℃。③测量精度：±0.5 ℃。④温度测量分辨率：0.1 ℃。⑤测量重复误差：±0.1 ℃。⑥年最大漂移量：±0.15 ℃。⑦使用寿命：不小于10年。

1.6 仓内、外温湿度传感器

①仓温、仓湿传感器采用温、湿度一体化的形式，可直接同数字电缆连接，用于测量仓房内的环境温、湿度值。具有较强的防尘、防腐蚀和抗熏蒸能力。②湿度测量范围：0～100%RH。③湿度测量精度：±3%RH（25 ℃时，10%RH～90%RH）。④重复误差：±1%RH。⑤年最大漂移量：±1%RH。⑥温度测量范围：-40～125 ℃。⑦温度测量精度：±0.3 ℃。⑧采用防尘帽保护，避免粉尘对传感器的影响。⑨专业的防水防气接头，操作方便，其防护等级达到IP66及以上。⑩防腐蚀性能：抗磷化氢（PH3）熏蒸。⑪连接方式：通过数字分配器与测温电缆等同，可任意交换位置连接。

1.7 传输电缆

①传输电缆均采用高质量的聚氯乙烯原颗粒做绝缘护套，光滑耐磨、不会腐烂。②芯线采用0.18 mm×11截面积为0.3 mm2的镀锡铜丝为导体，需另增加一根截面积0.9 mm2的抗拉钢丝，传输电缆芯线满足GB 6587.7—1986的要求。③符合防潮、防水、防尘、防气体、抗拉、抗压、抗老化、抗腐蚀和耐低温等使用要求。

1.8 通信电缆

主机与分机之间采用光纤传输。符合防潮、防水、防尘、防气体、抗拉、抗压、抗老化、抗腐蚀和耐低温等使用要求。

2 系统组成说明

HE-SW-LQ-15型多功能远程测控平台粮情监控系统由温度传感器、数字温湿度传感器，数据采集发送器（RTU）、RS232/485转换器、上位机、云服务器后和台管理软件组成。

3 系统工作原理

3.1 巡检

3.1.1 温度巡检

单总线温度传感器将现场检测到的温度值变成带有唯一编码的数字信号并通过一条单一总线传送到RTU。

3.1.2 湿度巡检

Sensirion温湿度传感器输出检测温湿度值的完全标定的数字信号，利用串行接口电路与RTU实现无缝连接。RTU收到数据后转换变成标准RS-485通讯协议，通过RS485总线传输信号，再由RS485/232转换器将信号转换为RS232接口标准信号后送计算机软件处理。

3.2 接口参数及供电方式

3.2.1 RTU接口参数

4个湿度电缆接入端口，湿度电缆接入端口支持1只温湿度传感器，温湿度传感器与RTU实测最远传输距离为60 m。当使用RS-485通讯口时，RTU距RS485/232转换器的最远距离为2 km，在此距离内，RTU位置可任意设置。

3.2.2 供电方式

远程供电：利用交流220 V从监控室长距离供电到各粮仓，在RTU端利用变压器，整流桥及直流变压芯片提供5 V工作电源（功率≤8 W）；现场供电：RTU端直流5V供电接口，现场可通过直流电源模块直接供电。

3.3 温湿度采集能力

温湿度巡检系统采用RS-485通讯时，实测80个RTU下工作正常，其意味着一个系统的最大温度点采集能力为80×8×16=10 240点。

4 软件功能

云服务器后台管理软件，跨平台客户端软件支持Windows、安卓和IOS操作系统，数据库系统采用关系型数据库，应用软件为中文版，国际标准程序设计语言，界面友好。数据传输接口和数据通信协议采用《粮油储藏 粮情测控系统 第4部分：信息交换接口协议》标准，满足用户业务管理信息系统和粮情监控系统的各项要求。

（1）支持多种终端检测方式，包括本地检测、移动智能手机检测、平板电脑检测、浏览器网页检测及电脑应用程序客户端检测等。

（2）支持多种数据采集方式。①实时/定时测控：可通过各类客户端软件，采用手动或定时等方式检测并记录所辖仓的多参数粮情信息。②巡检测控：可通过设置巡检参数，由服务器或测控主机定时控制各个测控分机（现场上位机不需要开机）进行检测。③互联网远程测控：授权客户通过用户名和密码，使用各种客户端软件在全球任意位置进行测控。

（3）数据显示，通过多种方式对粮仓内粮食各部位的温度值进行显示，包括以下显示方式。①三维立体图形方式：以连续变化的图形颜色表示温度值高低。②三维立体数字方式：以数字及其变化的颜色表示温度值高低。③报表方式：以通用的报表形式显示温度数据。④曲线方式：以“三温三湿”复合曲线显示各温度和湿度测点或层面在一段时间（年、季度、月等）内的变化轨迹。⑤对比显示：显示各点的温度数据变化值。

（4）数据打印。对温湿度测量值，用户可根据需要选择以下打印方式：曲线打印、汇总打印、报表打印及比较差值打印。

（5）数据存储与操作。①存储：对用户每天测控的粮情数据进行自动保存或自定义保存和备份，每次检测数据均可存储。②检索：用户可以查询任何一个测控日期的数据，可以实现任意时间段内的数据查询、对比查询。③管理：对数据进行计算、统计、汇总、保存、导入、导出、恢复和删除等操作。

（6）粮情分析与报警。通过对检测结果的分析，可判断粮仓内的粮食是否处于正常状态（正常、虫害或者霉变），并通过多种方式（如短信）报警，提醒客户及时进行通风等，软件还具有针对检测的温度点的温度值变化趋势进行分析报警，并通过红色字体标注报警点，提醒用户仓内粮食发热或者局部粮食发热的现象，及时进行处理。对储存粮食数量变动，给予提示性反馈；检测设备故障时也会发出相应的报警提示。

（7）具有故障自诊断功能，软件能自动诊断出测控主机、测控分机、采集器或传感器所出现的故障点。

（8）数据共享与远程传输。①数据共享：软件系统采用的数据库结构严格遵循《粮情测控设备的数据库结构》中规定的统一格式，因此可以很方便地与其他信息系统共享数据。②远程传输：系统通过服务器/客户端模式，运用TCP/IP协议实现任意两地间安全可靠的数据传输，为国家有关粮食管理部门进行数据的自动汇总及分析提供方便。

5 远程监控系统

打开主机及分机开关电源，启动Windows操作系统，双击桌面上测温软件运行程序（图2），输入用户名、密码。

图2 监控系统登录图

5.1 主控界面介绍

监控系统界面如图3所示，主控界面分为三个区域，最上边为主菜单栏、中部为快捷操作功能按钮、最下部为显示区，其中各按钮的功能在后文介绍。

图3 监控系统界面图

5.2 串口连接

在菜单区有一个“连接”按钮，点击一下“连接”按钮，会弹出串口设置界面（图4），此时点击一下连接使上位机通讯串口与分机连接。

图4 串口连接图

5.3 检测功能及操作

5.3.1 启动测温系统

串口连接后点击菜单上面的系统“复位按钮”，因每个分机供电后，首先要搜索分机所带的测温电缆温度传感器及湿度传感器需要一点时间，系统复位完毕后方可进行下面操作。

5.3.2 检测

检测分为单仓检测和多仓检测，所谓单仓检测是每次只检测指定的单仓温度，多仓检测则是检测所有仓的温度。

（1）单仓检测。要检测一个仓的温度，只要在检测界面的选择仓库区选中某个仓后，然后点击“单次检测”按钮就可以开始检测，检测需要一点时间。检测时，在主显区的右下方显示滚动条；此时单次测量按钮上方会提示“正在检测数据，请稍后”（图5），为保证检测准确，用户在滚动条没有显示完毕前最好不要做任何操作。

图5 仓位选择界面图

图6是一个仓检测完毕后显示的数据报表，报表很直观地显示出一个仓的所有温度。并显示出最高温度、最低温度、平均温度、室外湿度、室外温度、室内湿度及室内温度，仓号显示在左上角，仓中的电缆及电缆上的测温点根据实际从上而下排列。

图6 电缆检查温度数据报表图

先用鼠标在界面中点击一下，然后在左上角菜单中点击图片显示。此时就会出现下图层显示页面，用鼠标指在点上其编号就会自动显示出来。点的编号格式为：电缆号-点号。图7左边显示仓库号及测温时间信息等；中间显示筒仓温度点层分布图；右边显示仓内粮情信息，查看每层的温度可以用鼠标任意点击图形左边层数按钮。

图7 筒仓温度点层分布图

单仓检测数据结果直观显示在报表及图中，若想把数据保存下来，以便以后查阅，选中检测界面的“数据存盘”，检测完毕后自动保存到数据库内。若不想保存，则去掉数据存盘前方框里的钩。

（2）多仓检测。多仓检测可以对全部粮仓测温点进行检测，只要在检测界面的选择仓库区选中全部仓后，点击“单次检测”按钮就可以开始检测，系统开始检测与单仓检测一样，此时单次检测按钮上方会提示“正在检测数据，请稍后”，为保证检测准确，用户在滚动条没有显示完毕前最好不要做任何操作。

图8是一个仓检测完毕后显示的数据报表，检测完毕显示数据报表后，用鼠标点击左下角全仓显示或单仓显示按钮，数据以表格形式全部显示，数据按仓序排列显示在表格中。如需要打印时，请在左上角菜单内选择“表格处理”内面的多仓打印。

图8 检查温度数据排列表图

（3）自动检测设置。自动是为了更方便地检测，用户可以设置周期定时或自定义定时由系统自动启动进行检测。用户只要先设置好自动的时间，到时系统便会自动检测并保存检测数据。设置时间操作：点击“定时参数”按钮，弹出对话框设置定时参数，参数设定好后，点击“确定”，设置完成。

自定义定时检测是设定当日的时间段检测和每日设定的时间段检测，当日设定是在日期前面方框内打钩，然后再点击“添加”按钮，每日设定是去掉方框内钩，然后再点击“添加”按钮。设置完定时参数，点击“定时检测”按钮开始定时测温，若想关闭定时测温，则点击“关闭定时”按钮，定时测温结束。需要注意的是，无论选择做了任何变动，都不要忘记点击下面的“确定”按钮，否则设置不会生效。

5.4 对所测数据的查阅与分析

5.4.1 查看历史记录

点击菜单“数据操作”→“查看历史记录”弹出查看记录对话框。在下拉框中选择想要浏览的仓库名（对于刚刚新添加的仓库则需重启软件才能在下拉框中找到），可按月、按日浏览仓库的历史记录（图9），选择要显示记录（只可选一条），再点击“显示记录”按钮，即在界面的右侧列表显示数据。也可点击“删除记录”按钮删除选中的记录。或者，选择“快捷查看”，可点击向下的箭头，选择需要查看的仓库和时间，点击“快捷查看”，即可。

图9 历史数据查看图

5.4.2 备份数据

点击菜单“数据操作”→“备份数据”弹出另存为对话框，选择好路径后点击保存“保存”按钮即可备份数据，备份文件为mdb数据库文件。

5.4.3 查看备份数据

点击菜单“数据操作”→“查看备份数据”弹出打开对话框。选择目标数据库文件（以前备份的文件）点击打开“打开”按钮，即可弹出查看备份数据对话框，后面的操作与查看记录操作一样。

5.4.4 表格处理

表格处理都是在界面显示表格的情况下操作的。①保存为.xls文件。点击菜单“表格处理”→“保存为.xls文件”弹出一个.xls文件，点击另存为即可保存当前表格为.xls文件。②打印表格。点击菜单“表格处理”→“多仓打印”即可打印主显区显示的表格（也可直接点击工具栏的“表格打印”按钮）。

5.5 曲线趋势

5.5.1 温度趋势图

点击菜单“曲线趋势”→“温湿度趋势图”弹出温度趋势图并弹出图形分析（图10），可选择时间段和仓库名进行查看。

图10 温度趋势图

5.5.2 湿度趋势图

点击菜单“曲线趋势”→“温湿度趋势图”弹出温度趋势图，点击右下方的“湿度趋势”弹出湿度趋势图会弹出图形分析，可选择时间段和仓库名进行查看。

5.5.3 超出范围温度数趋势图

点击菜单“曲线趋势”→“超出范围温度数趋势图”会弹出图形分析（图11），可选择时间段和仓库名进行查找。

图11 超出范围温度数趋势图

5.6 个人设置

5.6.1 个性化设置

点击菜单“个人设置”→“个性化设置”弹出对话框，在对话框中可以自行设定软件的标题、图片背景、文字背景、报警温度以及系统最小化的设置等，设置完毕后点击确定“确定”按钮即可保存。

5.6.2 数字卡片

点击菜单“个人设置”→“数字卡片”弹出对话框，在对话框中可设置仓库的相关信息，在“仓库名”下拉框中选择仓库进行设置，每设置完一个仓库，点击一次保存。

6 结语

电脑Web粮情测控系统是基于ASP.NET设计的系统，通过网络实现和云平台信息的传输、交换和管理。是对温度、湿度测量和控制为一体的多功能粮情测控软件平台，从而来实现远距离的测量和集中控制。该粮情测控软件系统实现粮仓管理人员能够及时地根据粮食状态对相关的设备如通风机进行操作，确保粮食的品质。