冷庫溫濕度監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

　　摘要：本文針對(duì)現(xiàn)有冷鏈物流冷庫運(yùn)行管理中存在的一些不足,提出溫濕度采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)冷庫溫濕度的參數(shù)的采集、監(jiān)控、管理與遠(yuǎn)程控制功能。本文提出的方案不但提高了冷庫的信息化管理水平,還能提升冷庫運(yùn)行的可靠性與安全性。

　　關(guān)鍵詞：冷庫;溫濕度控制;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　隨著人們生活水平的不斷提高，農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥等行業(yè)正在迅猛發(fā)展，產(chǎn)品的產(chǎn)量和流通量逐年增加，全社會(huì)對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品等的安全和品質(zhì)提出了更高的要求。加快發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流，對(duì)于促進(jìn)農(nóng)民持續(xù)增收和保障消費(fèi)安全具有十分重要的意義[1-3]。冷庫作為冷鏈物流中的重要組成部分，也在不斷的改進(jìn)發(fā)展。近年來，我國(guó)的冷庫數(shù)量不斷增多，但冷庫技術(shù)的發(fā)展仍然比較緩慢。如何改進(jìn)冷庫的設(shè)計(jì)方案，降低能耗，提高冷庫的制冷效果與溫濕度均勻性，是冷庫技術(shù)發(fā)展的重要研究方向[4-7]。同時(shí)，冷庫的信息化管理方面卻嚴(yán)重滯后，也直接影響到冷鏈物流的發(fā)展。

　　1、冷庫管理中存在的問題

　　據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，目前冷庫的使用過程中，存在以下問題：

　　1.1溫濕度的采集方式不合理。目前，冷庫內(nèi)溫濕度的采集是通過在冷庫內(nèi)放置溫、濕度計(jì)，然后每次要打開冷庫，工作人員進(jìn)入庫內(nèi)抄寫溫濕度表。不合理體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，不能及時(shí)掌握冷庫內(nèi)的溫濕度，可能會(huì)造成果蔬的新鮮度和質(zhì)量受損;第二，冷庫對(duì)氣密性要求很高，每次打開冷庫門，必然會(huì)造成庫內(nèi)氣體成分的波動(dòng)，破壞氣調(diào)狀態(tài)，造成果蔬的新鮮度和質(zhì)量受損，且額外消耗大量的電能源;第三，人工操作過程過于繁瑣，并耗費(fèi)人工成本。

　　1.2溫濕度的控制方式不科學(xué)。目前，溫濕度的設(shè)置與控制是通過工作人員在冷庫控制面板上的按鈕來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的依據(jù)也是工作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值人為設(shè)置。這種方式不科學(xué)之處體現(xiàn)為不適用于無人值守的情況，并且及時(shí)性差。

　　針對(duì)上述問題，本文將對(duì)現(xiàn)有的冷庫進(jìn)行控制電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，并遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)冷庫的溫濕度采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

　　2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2.1 繼電器控制電路

　　本文所改造的冷庫原先控制流程為：合上電源開關(guān)，先按下冷凝器風(fēng)機(jī)運(yùn)行開關(guān)SB1，交流接觸器KM1得電，冷凝器風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，冷凝器風(fēng)機(jī)電源指示燈亮起，再按下壓縮機(jī)運(yùn)行開關(guān)SB2，交流接觸器KM2得電，壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)電源指示燈亮起。停機(jī)時(shí)，先按下壓縮機(jī)停止開關(guān)SB3，壓縮機(jī)運(yùn)行停止，再按下冷凝器風(fēng)機(jī)停止開關(guān)SB4，冷凝風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　對(duì)控制電路進(jìn)行分析可知，壓縮機(jī)控制電路設(shè)有熱繼電器，進(jìn)行過載、缺相及三相電流不平衡的保護(hù)，而冷凝器風(fēng)機(jī)控制電路未設(shè)熱繼電器;壓縮機(jī)、冷凝器風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)與停止都需要手動(dòng)按鈕控制，操作不便，未能實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制與自動(dòng)控制�；�于上述情況，在現(xiàn)有冷庫制冷設(shè)備的基礎(chǔ)上，針對(duì)其電路控制系統(tǒng)缺陷，加裝必要電路控制元器件，同時(shí)進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)控制電路進(jìn)行優(yōu)化。

　　2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　樂為物聯(lián)云平臺(tái)可將各類傳感器、測(cè)量設(shè)備或工業(yè)儀器儀表接入該平臺(tái)，并可以通過開發(fā)應(yīng)用來監(jiān)管和控制，用戶通過手機(jī)APP、網(wǎng)頁等可以以瀏覽器的形式訪問數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)基于該平臺(tái)數(shù)據(jù)的應(yīng)用。此設(shè)計(jì)借助樂為物聯(lián)云平臺(tái)，結(jié)合 Arduino uno R3、Arduino Ethernet W5100網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板、DS18B20傳感器等實(shí)現(xiàn)冷庫遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。DS18B20傳感器工作溫度范圍在-55~+125℃，溫度分辨率可達(dá)到0.0625℃，滿足冷庫溫度精度要求。

　　在樂聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)中添加設(shè)備、傳感器與控制器，連接Arduino uno R3、Arduino Ethernet W5100網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板、DS18B20傳感器、路由器，再通過 USB 數(shù)據(jù)線將 Arduino uno R3與電腦連接，將編寫好的程序經(jīng)驗(yàn)證后傳輸?shù)?Arduino uno R3后，即可通過網(wǎng)頁和手機(jī)APP實(shí)時(shí)了解溫度信息，當(dāng)實(shí)時(shí)測(cè)量溫度不在設(shè)定的正常溫度范圍內(nèi)，手機(jī)APP及電腦監(jiān)控界面就會(huì)出現(xiàn)警告，說明實(shí)時(shí)測(cè)量溫度偏高或偏低。如庫內(nèi)溫度正常溫度范圍設(shè)定在1~5℃，冷庫未運(yùn)行時(shí)，測(cè)量溫度與庫外溫度相同，超出庫內(nèi)設(shè)定的正常溫度范圍，手機(jī)APP監(jiān)控界面就會(huì)出現(xiàn)紅色警告，如有需要，還可增加短信報(bào)警、微信監(jiān)控等功能。

　　2.3 溫濕度采集與控制系統(tǒng)

　　針對(duì)系統(tǒng)存在的問題，將參數(shù)設(shè)置、溫濕度采集與控制以及報(bào)警系統(tǒng)集中用計(jì)算機(jī)管理，并可連接手機(jī)與平板電腦等智能通信設(shè)備，使得一方面通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)如下功能：通過計(jì)算機(jī)采集氣調(diào)庫的實(shí)時(shí)溫濕度并顯示;結(jié)合實(shí)時(shí)溫濕度，再根據(jù)每種果蔬的設(shè)置的溫濕度閾值，自動(dòng)調(diào)節(jié)每個(gè)庫的溫度與濕度;發(fā)現(xiàn)報(bào)警。另一方面，通過手機(jī)或平板電腦實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫濕度的觀察以及發(fā)現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象。

　　系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集控制的下位機(jī)和顯示并調(diào)節(jié)控制的上位機(jī)兩部分組成。系統(tǒng)是由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的下位機(jī)串聯(lián)在RS485總線并連接到一臺(tái)監(jiān)控上位機(jī)構(gòu)成。用戶可以通過計(jì)算機(jī)上位機(jī)設(shè)定每一個(gè)冷庫的溫濕度的上下限值。系統(tǒng)對(duì)冷庫溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并按所設(shè)定上下限值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)將采集到的溫濕度值實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)。

　　2.4 系統(tǒng)管理的實(shí)現(xiàn)

　　冷庫為全年運(yùn)行，正常環(huán)境溫度下通過兩套機(jī)組運(yùn)行時(shí)不同的溫差設(shè)置可以解決機(jī)械故障問題。在室外氣溫>43℃或相對(duì)濕度>80%的情況下，將兩套機(jī)組設(shè)置相同溫差，交替運(yùn)行。室外機(jī)組每月進(jìn)行一次除塵清洗，制冷設(shè)備、冷庫門及自控控制每季度進(jìn)行一次保養(yǎng)檢修。將室外機(jī)組放置在通風(fēng)、潔凈條件良好的環(huán)境下，以增加風(fēng)量，遠(yuǎn)離各類灰塵，提高制冷率。采用大容量的殼管式蒸發(fā)器，以適用于溫度較高的環(huán)境。使用翅片式冷凝器，增加散熱量，提高制冷效果。此外，每間存儲(chǔ)庫兩套機(jī)組交替使用，有效的降低壓縮機(jī)散熱溫度。

　　物流論文投稿刊物：《中國(guó)果菜》(月刊)創(chuàng)刊于1998年，由中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究院、山東省供銷合作社聯(lián)合社、中國(guó)果蔬貯藏加工技術(shù)研究中心主辦。

　　3、結(jié)束語

　　綜上所述，本文通過對(duì)現(xiàn)有冷庫，進(jìn)行PLC控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，總結(jié)如下：(1)優(yōu)化了控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、操作更便捷;(2)提高了冷庫控制系統(tǒng)的可操控性，使冷庫控制溫濕度波動(dòng)更小，對(duì)所貯存產(chǎn)品的品質(zhì)更有保障;(3)完善了系統(tǒng)的監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，有利于使用者對(duì)安全的監(jiān)管，實(shí)時(shí)了解冷庫信息，保障冷庫系統(tǒng)安全運(yùn)行;(4)可靠的控制系統(tǒng)及手機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，為冷庫正常運(yùn)行提供了保障，有利于改善勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)冷庫無人值守安全運(yùn)行。

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　　作者：梁俁

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