冷库温湿度监管系统的设计与实现研究

梁俣

摘要：本文针对现有冷链物流冷库运行管理中存在的一些不足,提出温湿度采集与控制系统设计与研究,设计并实现冷库温湿度的参数的采集、监控、管理与远程控制功能。本文提出的方案不但提高了冷库的信息化管理水平,还能提升冷库运行的可靠性与安全性。

关键词：冷库；温湿度控制；系统设计

随着人们生活水平的不断提高，农业、食品、医药等行业正在迅猛发展，产品的产量和流通量逐年增加，全社会对生鲜农产品等的安全和品质提出了更高的要求。加快发展农产品冷链物流，对于促进农民持续增收和保障消费安全具有十分重要的意义[1-3]。冷库作为冷链物流中的重要组成部分，也在不断的改进发展。近年来，我国的冷库数量不断增多，但冷库技术的发展仍然比较缓慢。如何改进冷库的设计方案，降低能耗，提高冷库的制冷效果与温湿度均匀性，是冷库技术发展的重要研究方向[4-7]。同时，冷库的信息化管理方面却严重滞后，也直接影响到冷链物流的发展。

1、冷库管理中存在的问题

据调查统计，目前冷库的使用过程中，存在以下问题：

1.1温湿度的采集方式不合理。目前，冷库内温湿度的采集是通过在冷库内放置温、湿度计，然后每次要打开冷库，工作人员进入库内抄写温湿度表。不合理体现在三个方面：第一，不能及时掌握冷库内的温湿度，可能会造成果蔬的新鲜度和质量受损；第二，冷库对气密性要求很高，每次打开冷库门，必然会造成库内气体成分的波动，破坏气调状态，造成果蔬的新鲜度和质量受损，且额外消耗大量的电能源；第三，人工操作过程过于繁琐，并耗费人工成本。

1.2温湿度的控制方式不科学。目前，温湿度的设置与控制是通过工作人员在冷库控制面板上的按钮来调节，调节的依据也是工作人员根据经验值人为设置。这种方式不科学之处体现为不适用于无人值守的情况，并且及时性差。

针对上述问题，本文将对现有的冷库进行控制电路优化设计，并远程监控系统设计，以实现冷库的温湿度采集及远程监控功能。

2、系统的设计

2.1 继电器控制电路

本文所改造的冷库原先控制流程为：合上电源开关，先按下冷凝器风机运行开关SB1，交流接触器KM1得电，冷凝器风机运转，冷凝器风机电源指示灯亮起，再按下压缩机运行开关SB2，交流接触器KM2得电，压缩机启动运转，压缩机电源指示灯亮起。停机时，先按下压缩机停止开关SB3，压缩机运行停止，再按下冷凝器风机停止开关SB4，冷凝风机停止运转。

对控制电路进行分析可知，压缩机控制电路设有热继电器，进行过载、缺相及三相电流不平衡的保护，而冷凝器风机控制电路未设热继电器；压缩机、冷凝器风机的启动与停止都需要手动按钮控制，操作不便，未能实现联动控制与自动控制。基于上述情况，在现有冷库制冷设备的基础上，针对其电路控制系统缺陷，加装必要电路控制元器件，同时进行PLC控制系统设计，对控制电路进行优化。

2.2 远程监控系统设计

乐为物联云平台可将各类传感器、测量设备或工业仪器仪表接入该平台，并可以通过开发应用来监管和控制，用户通过手机APP、网页等可以以浏览器的形式访问数据库，并实现基于该平台数据的应用。此设计借助乐为物联云平台，结合 Arduino uno R3、Arduino Ethernet W5100网络扩展板、DS18B20传感器等实现冷库远程监控功能。DS18B20传感器工作温度范围在-55~+125℃，温度分辨率可达到0.0625℃，满足冷库温度精度要求。

在乐联网管理平台中添加设备、传感器与控制器，连接Arduino uno R3、Arduino Ethernet W5100网络扩展板、DS18B20传感器、路由器，再通过 USB 数据线将 Arduino uno R3与电脑连接，将编写好的程序经验证后传输到 Arduino uno R3后，即可通过网页和手机APP实时了解温度信息，当实时测量温度不在设定的正常温度范围内，手机APP及电脑监控界面就会出现警告，说明实时测量温度偏高或偏低。如库内温度正常温度范围设定在1~5℃，冷库未运行时，测量温度与库外温度相同，超出库内设定的正常温度范围，手机APP监控界面就会出现红色警告，如有需要，还可增加短信报警、微信监控等功能。

2.3 温湿度采集与控制系统

针对系统存在的问题，将参数设置、温湿度采集与控制以及报警系统集中用计算机管理，并可连接手机与平板电脑等智能通信设备，使得一方面通过计算机实现如下功能：通过计算机采集气调库的实时温湿度并显示；结合实时温湿度，再根据每种果蔬的设置的温湿度阈值，自动调节每个库的温度与湿度；发现报警。另一方面，通过手机或平板电脑实现实时温湿度的观察以及发现报警现象。

系统主要由数据采集控制的下位机和显示并调节控制的上位机两部分组成。系统是由现场监控的下位机串联在RS485总线并连接到一台监控上位机构成。用户可以通过计算机上位机设定每一个冷库的温湿度的上下限值。系统对冷库温湿度进行监测，并按所设定上下限值实现自动调节，同时将采集到的温湿度值实时传送给上位机。

2.4 系统管理的实现

冷库为全年运行，正常环境温度下通过两套机组运行时不同的温差设置可以解决机械故障问题。在室外气温＞43℃或相对湿度＞80%的情况下，将两套机组设置相同温差，交替运行。室外机组每月进行一次除尘清洗，制冷设备、冷库门及自控控制每季度进行一次保养检修。将室外机组放置在通风、洁净条件良好的环境下，以增加风量，远离各类灰尘，提高制冷率。采用大容量的壳管式蒸发器，以适用于温度较高的环境。使用翅片式冷凝器，增加散热量，提高制冷效果。此外，每间存储库两套机组交替使用，有效的降低压缩机散热温度。

3、结束语

综上所述，本文通过对现有冷库，进行PLC控制及远程监控系统的优化设计，总结如下：（1）优化了控制系统，使系统运行更可靠、操作更便捷；（2）提高了冷库控制系统的可操控性，使冷库控制温湿度波动更小，对所贮存产品的品质更有保障；（3）完善了系统的监控功能，实现手机远程监控，有利于使用者对安全的监管，实时了解冷库信息，保障冷库系统安全运行；（4）可靠的控制系统及手机的远程监控，为冷库正常运行提供了保障，有利于改善劳动强度，实现冷库无人值守安全运行。

参考文献：

[1] 我国农产品冷链物流标准现状与发展建议[J].孙晓云,李学工.中国果菜. 2015(12)

[2] 我国农产品冷链物流发展对策研究[J].程娟.物流工程与管理.2014(12)

[3] “互联网+”背景下我国农产品物流发展状况研究[J]. 宋璇.安徽农业科学. 2015(27)

[4] 冷库温度监测与信息管理系统设计[D]. 张军.山西大学 2013

[5] 国内外果蔬冷库与保鲜技术的现状和发展趋势[J].冯建华,姜桂传.中国果菜. 2010(09)

[6]大型全自动物流冷库的节能减排设计[J].路世强.工程建设与设计. 2013(03)

[7]冷库设计及运行过程中的节能[J].徐锡春,杨寿发,王文生.保鲜与加工. 2011(04)