粮仓温湿度环境监测预警系统解决方案

第一章项目概述

1.1 项目背景

自古以来，中国就有储备粮食的传统，粮食储备被认为是“天下之大命”，在中国很多考古遗址中，都发现有大量储藏粮食的窖穴。我国是人口大国，也是粮食消耗大国，正确处理人口与粮食之间的关系是国家稳定与发展的前提。在新中国成立时，中国粮仓库容量仅60亿斤，这些“粮仓”小而分散，而且潮湿多虫鼠，难以满足粮食安全存储的要求。虫害、霉害、鼠雀害时有发生，各地粮食损失非常严重。现如今，我国粮食储藏量较新中国刚成立时已翻三百多倍，根据国新办发布的《中国的粮食安全》白皮书，中国的粮仓总容量在2018年就已经达到了9.1亿吨。即便只装满1/3，也足够14亿人每人领回家400多斤。真正做到“手里有粮，心中不慌”。

然而，粮食储藏的安全问题历来复杂而重要。在存储过程中，气候、环境和通风条件等因素的变化会导致粮仓内部温湿度发生变化，进而产生不利于粮食储存的气体和微生物，造成严重的损耗。贮粮仓库是现代粮食管理的重要手段。大型粮仓能够存放大量粮食，但不同粮食对存储环境的温湿度要求各异，且存储时间也各不相同。由于粮库占地面积广，粮仓分布分散，温湿度测试点多，人工监测难度大、周期长，且精度难以保证，传统粮仓已经不能满足近年来的储粮需求。

因此，为确保粮仓内粮食安全，建立稳定且精准的温湿度监测系统至关重要。随着时代的进步、科技的发展，中国粮食储藏也在与时俱进，山东仁科推出了粮仓温湿度监测预警系统解决方案，以应对这些挑战。在粮仓管理过程中合理布置测温点，以便及时发现粮仓的发热点，提高效率，减少粮食损失。

1.2 建设目标

本方案以建设自动化、信息化、智能化的粮仓温湿度环境监测预警系统为目标，结合我国粮食存储行业的现状与发展方向，具体将实现以下目标：

■ 通过安装在粮仓以及运输管道中的温度、湿度变送器设备，实时在线监测粮食存储、运输过程中温度湿度数据的变化情况；

■ 支持监测到的数据实时上传至云平台进行分析处理，发现数据异常时自动发出语音、短信、声光等告警信号；

■ 当监测设备故障时自动发出故障告警，并通过多种方式通知相关管理人员，及时处理，及时解决，对即将发生的故障进行预警；

■ 促进粮仓温湿度监测的自动化、智能化，明晰管理人员的权利和责任，提高管理效率，节省管理费用，达到短期投资、长期受益的目的；

■ 利用大数据云平台完善的数据统计和分析功能，为用户提供可靠的参考依据，为粮仓存储建设与改进提供充分的决策依据；

■ 对整个系统的操作内容、操作时间、告警设备、告警内容、告警时间等进行实时且完整的记录，并支持记录查询与下载，为管理者提供完备的系统操作维护资料；

■ 预留充分的扩展功能，适应发展需要，做到方便扩展、容易更改，可适应环境的变化和管理需求的多样化。

1.3 设计原则

在研发设计粮仓温湿度环境监测预警系统的时候，我们应总结前人开发的经验，结合最新自控和软硬件技术，以智能高效为目标，建设以信息化为基础，无缝隙、精准化、智慧型的现代粮仓温湿度环境监测预警体系。具体原则如下：

■ 系统的标准化

系统建设应坚持标准化，遵循国家和行业相关业务、管理和技术规范标准。

■ 技术的先进性

系统应采用成熟、先进的技术，建设符合信息技术最新发展潮流的基础架构，确保系统技术的先进性和前瞻性，保证投资的有效性和延续性。

■ 软件的适用性

系统的建设应切实满足用户的实际业务需求，具有较高的适用性。

■ 软件的实用性

系统建设应充分考虑使用人员的能力和素质、专业结构、部门业务需求情况，做到易学易用、操作简单、尊重使用人员工作习惯；并具有一定的数据自动校验功能。

■ 系统的稳定性

系统的建设规划要充分考虑系统投入运行后即作为生产系统，保证7×24小时服务：一是要求应用系统首先是成熟可靠的；二是要求具有备份功能和措施；三是要求具有高的容错及故障恢复能力，在出现意外时能够隔离故障区，保护重要数据，通知管理人员做人工干预，以避免严重后果发生。

■ 系统可维护性

系统应能通过远端云平台方便地配置、监视、控制、诊断整个系统，并且能够监视和控制用户情况、提高效率、消除隐患。运行环境根据需要发生变化时，包括新的硬件和软件（含系统软件和数据库）投入使用后，应保证该系统的正常运行。

■ 系统可扩展性

系统的建设必须考虑到与已有系统、其它单位系统以及将来待开发系统之间的互联，因此在满足目前需求的前提下，设计时还要分析并预测未来的发展。应保证设计的应用系统具有良好的二次开发功能，以利于今后的扩展。对于未来的发展，要立足在现有的基础上升级改造，保护现有投资。

■ 系统可管理性

系统的部署、使用及管理以简便、易于操作、方便实用为准则，采用基于Web方式管理系统，降低系统管理、维护成本，提高系统的可管理性。

■ 系统的安全性

系统建设应充分考虑用户、应用、网络方面的安全性要求，防止来自外部非法的访问。应具有用户的身份认证和权限管理，对应不同的应用层次。既能保证不同用户高效、快速地访问控制授权范围内的系统资源，也能有效地阻止用户之间的非法侵入、非授权访问。对关键的设备和系统还有完善的安全性保护方案。

1.4 设计依据

■ 《物联网温湿度变送器规范》GB/T34072-2017

■ 《温度指示控制仪》JJG874-2007

■ 《环境试验设备温度湿度校准规范》JJF 1101-2003

■ 《机械式温湿度计检定规程》JJG 205-2005

■ 《自动化仪表选型规定》GBJ93-86

第二章项目介绍

2.1 粮仓温湿度环境监测预警系统介绍

山东仁科粮仓温湿度环境监测预警系统是一套可无人值守24小时不间断实时监控记录的自动化监控系统，通过互联网技术、无线通信技术、云计算技术，自动感知粮仓内部空气温湿度以及运输过程中温度环境变化，并进行分析处理，以确保粮食存储安全。

山东仁科粮仓温湿度环境监测预警系统由工业探杆温度变送器、工业壁挂液晶温湿度变送器、环境监控主机以及综合环境监控云平台组成，能对粮仓内的空气温湿度以及运粮管道内温度变化进行实时监测记录，并将数据通过环境监控主机无线上传至云平台，从而达到对粮食储存过程中温湿度环境进行实时监测控制，打造集“感应+数字+云端”于一体的“智慧粮仓”。“智慧粮仓”能实现多点感应，粮仓温湿度有异常变化，系统立即发出警报，包括语音、短信、声光等告警形式，把之前以人为核心的传统保管模式，转变为科技化、信息化支撑的科学保管方式，实现能耗的降低，科学的监测，系统化、规模化的管理控制，促进中国粮食储藏与时俱进，向着“绿色、生态、智能、高效”的阶段转型。智慧粮仓的落地与应用，大大提高了粮食仓储能力，为守住百姓粮袋、端稳群众饭碗、促进农业发展增添了更足的底气和信心。

本监测系统施工部署简单方便，细节考虑周到，扩容方便。所有的监测设备都采用ModBus通讯协议，再通过监控主机以4G/RJ45网口的方式上传至远端平台；监控管理平台也非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面，监控设备的管理采用即插即用，监控平台中新增的设备，无需手动添加，维护非常方便。实现了即插即用系统集成扩容的平滑过渡，这样需求方可以很方便地根据自身的需求和投资预算进行项目的投资，不会造成重复投资浪费。

2.2 粮仓温湿度环境监测预警系统拓扑图

2.3 粮仓温湿度环境监测预警系统优势

■ 专注所以专业

我司多年来一直专注于环境监测这个行业，力争为客户提供最好的、最高性价比的环境监测产品和解决方案，是环境监测行业的知名厂商。具有完备的产品和解决方案，供应地区300+、服务全球110k+客户。

■ 专业传感器，精准监测

本系统方案中均采用高精度传感器，测量范围广，准确度高，确保产品优异的可靠性、高精度和互换性。

■ 一统多能，灵活度高

粮仓温湿度环境监测预警系统集存储、运输温湿度监测等于一体，全面解决粮食存储过程中存在的问题，并具有灵活开放性，可以根据不同用户的不同需求，接入多种相应不同的传感器及控制设备，并支持多种信号传输方式。

■ 提供免费云平台，功能强大

平台采用B/S架构，维护和升级方式简单，最少支持1000个采集设备的监测和管理，采用专业的数据库，稳定可靠、易于扩展，支持软、硬件分层，支持多级用户管理权限。具备多级别告警方式，支持语音、短信和现场声光报警方式。平台自动采集粮食存储各环节设备上传的监测数据，并通过GPS地图、列表、图标、曲线的方式在平台页面端显示，满足用户对实时监测信息的多维度、多层面查看数据。

■ 布线简洁，容易维护

整个系统集软硬件一体化设计，高度集成，使用寿命长。本系统施工部署非常简便，细节考虑周到，扩容方便。

■ 跨区域统一管理

通过设立统一监测管理站，对分布在不同区域的多个设备和系统进行全数字化集中监测管理，满足现代化粮食存储各个监测站点的统一监管需要。

■ 基于标准的IP网络，组网方便

组网方式基于标准的IP网络，组网方便，只要能上网的地方就可以实现对粮食存储过程中各个环节的集中监测，基于TCP/IP网络通信协议，对监测节点分布广、数量大的多站点集中智能监测提供了最有效的监测手段，使用基于IP网络的监测系统为网络运营维护的统一管理提供了可能。

■ 具有丰富的自动告警方式

系统支持电话、短信、声光告警等多种告警方式可供选择，满足绝大多数用户的需求。并且可灵活设置报告数据的间隔，减少系统正常时发送的普通数据，而在异常发生时可以及时将报警事件通知到监测中心，从而保证了系统报警的实时性和准确性。

■ 软硬件产品集成度高

粮仓温湿度环境监测预警系统中所涉及到的软硬件产品均能够根据行业发展的需要，与时俱进，不断更新换代对应的产品，剔除过时及冗余的功能，不断集成有效地新功能，使产品具备越来越高的集成度，给客户提供更高性价比的产品。

■ 切合客户需求的独有功能

该系统结合客户需求，集成了很多比较实用的功能，也可根据客户需求，支持定制。从客户使用的角度出发，使应用和维护尽可能方便省心。

第三章项目方案设计

3.1 工业探杆温湿度变送器介绍

3.1.1 产品概述

工业探杆温湿度变送器（型号：RS-WD-N01-9D）采用我公司最新的温度测量技术。输出信号类型为 RS485，最远可通信 2000米，标准的 ModBus 协议，支持二次开发；广泛应用于楼宇自动化、气候与暖通信号采集、大棚温室以及医药化工等行业。

在本方案中，将探杆型单温度变送器安装于运粮管道上使用，实时监测管道内温度变化情况；系统支持多台组网式温度变送器的安装，并通过485总线与智能监控主机进行485组网通信，借助监控主机将监测温度数据以4G/RJ45网口的形式上传至环境监控云平台，确保粮食在运输过程中的安全。

3.1.2 功能特点

■ 采用高精度温度测量单元，典型温度年漂移≤0.03℃。

■ 采用专用的 485 电路，标准 ModBus-RTU 通信协议，通信地址及波特率可设置。

■ 现场可通过拨码修改地址、波特率。

■ 交直流供电均可，DC12～36V 或者 AC24V（±20%）。

■ 滑动式法兰或套管安装，安装高度可调节。

■ 最高防护等级可达 IP65。

3.1.3 技术参数

参数名称	参数
供电	DC12～36V 或者 AC24V（±20%）
最大功耗	0.1W
精度	±0.2℃（25℃）
温度量程	-40℃~120℃
变送器元件耐温及湿度	-40℃~+80℃，0%RH~95%RH（非结露）
长期稳定性	≤0.03℃/y
响应时间	≤25s(1m/s 风速)
允许最大气流速度	16m/s
输出信号	RS485(ModBus 协议）

3.2 工业壁挂液晶温湿度变送器介绍

3.2.1 产品概述

工业壁挂液晶温湿度变送器（型号：RS-WS-N01-2D-LCD）采用工业型壁挂高防护等级外壳，电路采用美国进口工业级微处理器芯片、进口高精度温湿度传感器，确保产品优异的可靠性、高精度和互换性。输出信号类型为RS485，最远可通信2000 米，标准的ModBus协议，支持二次开发。

在本方案中，将工业壁挂液晶温湿度变送器安装于粮仓或者其他粮食存储地点，实时监测仓内空气温度、湿度变化情况；在空间较大时可采用多台温湿度变送器设备与智能监控主机进行485组网通信，借助监控主机将监测数据以4G/RJ45网口的形式上传至环境监控云平台。平台对接收到的数据信息进行分析处理，发现仓内空气温湿度数据异常时自动进行语音、短信或者声光告警提示，以便管理人员及时知悉相关状况，避免或者减少损失，保障粮食仓储安全。

3.2.2 功能特点

■ 采用高精度温湿度测量单元，长期稳定性好漂移小。

■ 采用专用的 485 电路，标准 ModBus-RTU 通信协议，通信地址及波特率可设置。

■ 10~30V 宽电压范围供电。

■ 安装方便，可壁挂安装可导轨安装。

■ 抗灰尘防护等级高。

■ LCD 液晶显示，美观大方。

■ 按键可设置参数，操作方便。

3.2.3 技术参数

参数名称	参数
直流供电（默认）	DC 10-30V
最大功耗	0.4W
A准精度	温度：±0.4℃（25℃）湿度：±2%RH(60%RH,25℃)
B准精度（默认）	温度：±0.5℃（25℃）湿度：±3%RH(60%RH,25℃)
变送器电路工作温湿度	-20℃~+60℃，0%RH~95%RH（非结露）
探头工作温度	-40℃~+120℃ 默认：-40℃~+80℃
探头工作湿度	0%RH-100%RH
温度显示分辨率	0.1℃
刷新时间	1s
开孔尺寸	70mm
长期稳定性	温度：≤0.1℃/y湿度：≤1%RH/y
响应时间	温度：≤25s(1m/s风速)湿度：≤8s(1m/s风速)
参数设置	通过软件设置或者按键直接修改

3.3 智能环境监控主机

3.3.1 产品概述

智能环境监控主机（型号：RS-XZJ-100-Y-*）是我司为机房、仓库等环境监控的场所研发的一款多功能监控主机。通过RS485接口可将该系统中所有的RS485型温湿度变送器接入到环境监控主机，并将数据通过4G/RJ45网口将温湿度数据上传至服务器端软件平台。

3.3.2 功能特点

■ 大屏中文液晶显示，界面简洁友好，设备超限，屏幕轮显报警通道以及报警实时数据。

■ 强大的脱机短信报警功能，报警内容可自定义(功能选配)。

■ 数据续传功能：设备自带存储，网络异常情况下设备可暂存数据，网络畅通情况下可实现已存储数据二次续传，保证数据连贯，不丢失；

■ 1路ModBus-RTU主站接口可接入我司所有类型的485变送器，支持多台设备“手拉手”方式接入。

■ 1路RJ45网口，可将监测数据上传至远端监控软件平台。

■ 1路多功能4G通信接口，只需插入一张手机卡便可将数据上传至远端监控软件平台。

■ 具有1路ModBus-RTU从站接口，可外接用户自己的监控主机、PLC、组态屏或组态软件。

■ 带有1路浸水检测功能可外接漏水电极也可外接漏水绳，最长30m。

■ 带有1路0~220V交流电压输入检测，可用于市电断电报警。

■ 带有1路0~100V直流电压输入检测，可用于检测蓄电池电压。

■ 4路开关量输入检测，可外接门禁等开关量信号，其中第4路可用作外接翻斗式雨量计。

■ 可外接1路室外LED单色显示屏，支持最大点阵数 1024*256。

■ 带有2路报警继电器触点输出，可外接声光报警器。

■ 可自动识别RS485接口从设备是否工作正常。

■ 设备唯一8位地址，易于管理识别，可搭配我司提供的多种软件平台。

3.3.3 技术参数

参数名称	参数
通信接口	RJ45网口
1路直流电压采集	采集量程0-100V
1路水浸检测信号	标配漏水电极，用户也可选漏水绳，最长可达30m
1路水浸检测信号	标配漏水电极，用户也可选漏水绳，最长可达30m
4路开关量信号输入	外接无源干接点，响应时间≤0.2s
2路继电器输出	继电器容量：250VAC/30VDC 3A
1路翻斗式雨量计脉冲信号输入	默认脉冲当量：0.2mm
数据上传间隔	1s~10000s
内置存储容量	52万条
主从RS485通讯接口距离	采用0.5平方的RVV线缆最远通信距离可达2000m
供电范围	DC 10~30V
变送器元件耐温及湿度	-20℃~+70℃， 0%RH~95%RH （非结露）