國內糧情測控係統的現狀及發展趨勢

國內(nei) 糧情測控係統的現狀及發展趨勢

糧情測控技術是科學保糧的關(guan) 鍵技術之一,目前國內(nei) 已有數十家企業(ye) 生產(chan) 糧情測控係統產(chan) 品,品種繁多,係統結構各異,但其基本功能無外乎糧倉(cang) 內(nei) 外溫濕度檢測、糧食內(nei) 部溫度檢測及分析、通風機械的控製等幾項,鑒於(yu) 糧食儲(chu) 藏的特殊性,係統功能的重點放在了儲(chu) 糧內(nei) 部溫度的檢測和分析上。糧情測控係統可以根據采用的溫度傳(chuan) 感器和通信方式的不同進行如下分類：1.按溫度傳(chuan) 感器分類?通常糧情測控係統主要選用熱敏電阻、數字式溫度傳(chuan) 感器作為(wei) 溫度傳(chuan)

? 糧情測控技術是科學保糧的關(guan) 鍵技術之一,目前國內(nei) 已有數十家企業(ye) 生產(chan) 糧情測控係統產(chan) 品,品種繁多,係統結構各異,但其基本功能無外乎糧倉(cang) 內(nei) 外溫濕度檢測、糧食內(nei) 部溫度檢測及分析、通風機械的控製等幾項,鑒於(yu) 糧食儲(chu) 藏的特殊性,係統功能的重點放在了儲(chu) 糧內(nei) 部溫度的檢測和分析上。糧情測控係統可以根據采用的溫度傳(chuan) 感器和通信方式的不同進行如下分類：

1.按溫度傳(chuan) 感器分類
? 通常糧情測控係統主要選用熱敏電阻、數字式溫度傳(chuan) 感器作為(wei) 溫度傳(chuan) 感器,也有選用其它溫度傳(chuan) 感器例如PN結型溫度傳(chuan) 感器的糧情測控係統。
1．1．熱敏電阻
? 以溫度變化導致阻值的變化為(wei) 工作原理的熱敏電阻,因其具有成本低、體(ti) 積小、簡單、可靠、響應速度快、容易使用等特點,在多項溫度測量應用中受到廣泛歡迎,同樣也是國內(nei) 糧情測控係統采用多的溫度傳(chuan) 感器。熱敏電阻的電阻溫度係數較高,室溫電阻通常也較高,因此其自身發熱較小,信號調節較為(wei) 簡單。熱敏電阻的缺點是互換性差,溫度與(yu) 輸出阻值之間呈非線性關(guan) 係。熱敏電阻分為(wei) 正溫度係數熱敏電阻和負溫度係數熱敏電阻兩(liang) 種,但在溫度測量應用中,正溫度係數熱敏電阻較少得到采用,更多采用的是負溫度係數熱敏電阻。以下提及的熱敏電阻均指負溫度係數熱敏電阻。
? 采用熱敏電阻作為(wei) 溫度傳(chuan) 感器的糧情測控係統的硬件由上位機、通信接口電路、智能分機、溫度分線器、測溫電纜、濕度分線器、測濕探頭和通風控製器組成,典型的係統結構如圖1所示。在上位機上運行糧情測控係統軟件,對檢測到的溫濕度數據進行分析,根據糧倉(cang) 內(nei) 外溫濕度條件判斷是否可以進行通風,手動或自動控製通風機械的啟動和停止。
? 通信轉換電路分為(wei) 內(nei) 置式和**式兩(liang) 種,主要完成兩(liang) 種通信協議之間的銜接轉換功能。智能分機是由微處理器、A/D轉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、將現場采集上來的模擬信號數字化、向上位機傳(chuan) 送數字化的溫濕度值、向通風控製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(guan) 切換到的溫濕度測量點等功能。通風控製器主要功能是根據智能分機下達的指令控製通風機械的啟動和停止。智能分機與(yu) 溫濕度分線器和通風控製器之間均采 用單根多芯電纜連接,具有結構簡潔、維護方便、成本低等諸多優(you) 點。
? 采用熱敏電阻作為(wei) 溫度傳(chuan) 感器的測溫電纜是糧情測控係統的重要組成部分,它是將多個(ge) 熱敏電阻置入一根測溫電纜之中,電纜內(nei) 加細鋼絲(si) 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(wei) 溫度傳(chuan) 感器的糧情測控係統的溫度檢測範圍一般在－40℃～＋50℃之間,檢測精度為(wei) ±1℃,*糧情溫度檢測的需要。根據其係統結構的特點,一般在單根測溫電纜上置入3～4個(ge) 熱敏電阻,特別適合房式倉(cang) 儲(chu) 糧環境。
1．2．數字式溫度傳(chuan) 感器
? 數字式溫度傳(chuan) 感器的種類也不少,但用於(yu) 糧情測控係統的溫度傳(chuan) 感器主要是Dallas的DS18x20係列溫度傳(chuan) 感器,其溫度檢測範圍為(wei) －55℃～＋125℃,檢測精度為(wei) ±0.5℃。DS18x20采用1－WireTM接口,封裝形式有PR－35和SSOP－16兩(liang) 種,糧情測控係統中采用的是PR－35封裝。DS18x20采用9個(ge) 位表示測溫點的溫度值,每個(ge) DS18x20內(nei) 部都設置有一個(ge) 單一的序列號,因此可以使多個(ge) DS18x20共存於(yu) 同一根數據傳(chuan) 輸線上。DS18x20內(nei) 部分為(wei) 4個(ge) 部分：1、64位序列號;2、保存臨(lin) 時數據的8字節片內(nei) RAM;3、保存*數據的2字節EEPROM;4、溫度傳(chuan) 感器。典型的采用DS18x20的糧情測控係統的結構如圖2所示。
? 由圖中可以看出,采用數字式溫度傳(chuan) 感器糧情測控係統的結構與(yu) 采用熱敏電阻糧情測控係統的結構大致相同,隻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(yu) 智能分機的區別在於(yu) 沒有用於(yu) 將溫度信號數字化的A/D轉換電路,取而代之的是1－WireTM總線與(yu) 上層通信總線之間的通信轉換電路,如果係統選用了數字式濕度傳(chuan) 感器則測控單元將*由數字電路組成,而智能分機是由數字電路和模擬電路兩(liang) 部分構成的,這將使測控單元的電路設計更為(wei) 容易。
? 采用DS18x20溫度傳(chuan) 感器的糧情測控係統的測溫電纜與(yu) 熱敏電阻測溫電纜大不相同,該測溫電纜多隻需3根導線即可連接多個(ge) DS18x20溫度傳(chuan) 感器。為(wei) 簡潔的結構是利用DS18x20可以通過數據線供電的特點,在測溫電纜中隻放置兩(liang) 根平行的細鋼絲(si) 繩即可連接多個(ge) DS18x20溫度傳(chuan) 感器,這樣不僅(jin) 使測溫電纜的製造簡便、成本下降,而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便於(yu) 溫度傳(chuan) 感器的更換。正是這些特點使得采用DS18x20溫度傳(chuan) 感器的糧情測控係統更適用於(yu) 高大糧倉(cang) （諸如淺圓倉(cang) 、立筒倉(cang) ）的應用環境,可以解決(jue) 高大糧倉(cang) 在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內(nei) 部的溫度傳(chuan) 感器以及改變溫度傳(chuan) 感器相對位置。由於(yu) 這種溫度傳(chuan) 感器的價(jia) 格比熱敏電阻高出許多,所以DS18x20溫度傳(chuan) 感器糧情測控係統在房式倉(cang) 中應用時不如熱敏電阻糧情測控係統更具有性能價(jia) 格比的優(you) 勢。

2．按通信方式分類
? 國內(nei) 糧情測控係統的通信方式主要采用RS485總線技術和現場總線技術兩(liang) 種。
2．1．RS485總線技術
? RS485是使用較為(wei) 廣泛的雙向有補償(chang) 傳(chuan) 輸線標準,其大每段總線長度為(wei) 1200米,每段多支持32個(ge) 節點,采用單組雙絞線雙向主從(cong) 通信。當總線加長或節點增多時需要使用中繼器連接,全網絡支持多256個(ge) 節點。
RS485通信技術應用時間較長,軟硬件實現較為(wei) 容易,因此是國內(nei) 糧情測控係統采用較多的通信方式。由於(yu) RS485總線技術不支持多主結構,係統容量、通訊距離等方麵具有很大的局限性,所以隨著現代化大型糧食儲(chu) 備庫的逐年增多,RS485通訊方式顯得愈來愈力不從(cong) 心。
2．2．現場總線技術
? 現場總線技術是一個(ge) 全新的總線技術,是一種互連現場自動化設備及其控製係統的雙向數字通訊協議,它的出現為(wei) 自動化控製和儀(yi) 器儀(yi) 表工業(ye) 帶來了巨大的變革,它代表著未來發展的方向。目前國內(nei) 糧情測控係統采用了兩(liang) 種現場總線：LONWORKS總線技術和CAN總線技術。
? LONWORKS的技術特點是總線開放、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,多節點數為(wei) 32000個(ge) 。由此可以看出它在性能上要比RS485總線好的多。
? CAN總線技術在糧情測控係統中的應用比LONWORKS總線技術更為(wei) 廣泛。CAN總線技術具有先進的多主網絡結構、通訊距離遠、價(jia) 位低、可靠性高、係統容量大等優(you) 點, CAN總線技術廢除了傳(chuan) 統的站地址編碼,取而代之的是對通信數據塊進行編碼,使得網絡中的節點數在理論上不受限製,從(cong) 而大大增加了係統的容量,使得大型現代化儲(chu) 備糧庫的糧情檢測控製在同一係統下得以實現。先進的多主結構不僅(jin) 使得係統內(nei) 可以有多台上位機存在以適應不同操作人員和管理人員的多種需要,而且使得網絡中智能分機擺脫了隻能被動受控狀況,整個(ge) 係統高度智能化,從(cong) 而大大提高了係統運行的可靠性。CAN總線大通訊距離可達10公裏,這對庫區較大、糧倉(cang) 分布較分散的大型儲(chu) 備糧庫是非常適用的。現場總線技術的另一個(ge) 優(you) 點是可以大大節約連接導線以及安裝維護費用,使得整個(ge) 係統在大大提高係統整體(ti) 性能的同時具有很高的性能價(jia) 格比。
? 隨著大型國家糧食儲(chu) 備庫的日益增多和更多新技術的不斷湧現,預計未來國內(nei) 糧情測控係統將在以下幾個(ge) 方麵得到進一步的發展：
? 首先,熱敏電阻和數字溫度傳(chuan) 感器在同一糧情測控係統中使用。根據以上分析,熱敏電阻和數字溫度傳(chuan) 感器在房式倉(cang) 和高大倉(cang) 房兩(liang) 個(ge) 不同場合各自具有優(you) 勢,隨著大型國家糧食儲(chu) 備庫的增多,在同一儲(chu) 備庫中將存在不同的倉(cang) 型,而現存的糧情測控係統中隻能選擇熱敏電阻或數字溫度傳(chuan) 感器二者之一作為(wei) 溫度檢測元件。為(wei) 了更好地發揮熱敏電阻和數字溫度傳(chuan) 感器各自的優(you) 勢,在同一糧情測控係統中選用這兩(liang) 種傳(chuan) 感器是未來市場發展的需求之一。
? 其次,現場總線技術的應用將更為(wei) 廣泛。現場總線技術是一個(ge) 全新的通信技術,它代表著控製係統未來的發展方向,未來的糧情測控係統將不可避免地放棄RS485通信方式轉而采用新型的現場總線技術,這將使係統的可靠性、性能價(jia) 格比大大提高。
? 再者,係統功能的進一步完善。目前糧情測控係統僅(jin) 局限與(yu) 溫濕度的檢測和通風控製,諸如糧食儲(chu) 藏過程中倍受關(guan) 注的水分檢測和蟲害檢測均未得到解決(jue) ,預計未來的糧情測控係統將會(hui) 把更多種類的糧情檢測綜合數據采集上來,與(yu) 糧情專(zhuan) 家分析軟件密切配合,共同保障糧食的儲(chu) 藏安全。

我司可開發智能糧庫所需十幾個(ge) 功能參數，例如：智能倉(cang) 房管理係統以倉(cang) 房集成控製櫃為(wei) 中心，對智能通風係統、智能氣調係統、糧情測控係統、氣體(ti) 濃度檢測係統、糧食水分檢測係統、糧食蟲害檢測係統、環境監測係統、能耗分析係統、低溫倉(cang) 儲(chu) 係統、糧食數量監測係統進行現場狀態的數據采集、操作控製以及和後台分析管理軟件進行實時數據交互。

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