我國飼料工業(yè)經(jīng)過30多年的快速發(fā)展，自2011年飼料產(chǎn)量首次超越美國后，2015年產(chǎn)量更是首次突破2億噸，連續(xù)5 年成為世界第一飼料大國，取得了舉世矚目的成就。但是我國飼料產(chǎn)業(yè)也存在飼料產(chǎn)能過剩、飼料轉(zhuǎn)化率不高、科技創(chuàng)新能力低、企業(yè)經(jīng)營成本上升等突出問題，面臨著“提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級”的迫切任務(wù)。加快推進(jìn)飼料工業(yè)向“精準(zhǔn)、高效、柔性、個(gè)性化定制”為核心的飼料制造4.0邁進(jìn)是解決當(dāng)前行業(yè)面臨諸多問題的重要途徑。
飼料加工物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在飼料加工過程中的具體應(yīng)用，就是應(yīng)用各類傳感器、射頻識別技術(shù)（RFID）、視覺采集終端等感知設(shè)備，廣泛采集原料性狀、原料配制、人工投料、飼料傳送、粉碎、混合、制粒、包裝、品質(zhì)檢測等加工過程的現(xiàn)場信息，通過數(shù)據(jù)傳輸和格式轉(zhuǎn)換方式，利用網(wǎng)絡(luò)等信息傳輸通道對信息進(jìn)行融合、處理，通過智能化操作終端，實(shí)現(xiàn)對飼料加工過程的實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策。大力推進(jìn)飼料加工物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，是飼料制造4.0的重要內(nèi)容之一，對降低企業(yè)經(jīng)營成本、促進(jìn)飼料加工節(jié)能增效，提高飼料產(chǎn)品質(zhì)量及安全水平，加快飼料工業(yè)產(chǎn)業(yè)化、信息化以及現(xiàn)代化發(fā)展具有重要意義。
1 飼料加工物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
飼料加工物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)從下而上分為感知層、傳輸層及應(yīng)用服務(wù)層。其中應(yīng)用服務(wù)層又分為應(yīng)用平臺(tái)層及應(yīng)用系統(tǒng)層。
1.1 感知層
飼料加工物聯(lián)網(wǎng)的感知層主要包括傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、二維碼技術(shù)、視頻和圖像技術(shù)等。采用傳感器技術(shù)采集飼料加工過程的溫度、水分、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、噪聲、粉塵濃度、風(fēng)量、壓力、電流、電壓、位置、磁強(qiáng)、流量、重量、電耗等參數(shù)；采用RFID技術(shù)及二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)對飼料加工全過程物料的質(zhì)量安全可追溯識別；利用視頻及圖像技術(shù)對飼料加工過程的衛(wèi)生及質(zhì)量信息進(jìn)行收集；利用光譜技術(shù)及激光技術(shù)等對飼料加工過程的重要參數(shù)如粉碎粒度、料層分布 等進(jìn)行感知采集。
1.2 傳輸層
傳輸層完成感知層與應(yīng)用服務(wù)層之間的通信?；陲暳霞庸がF(xiàn)場設(shè)備的傳輸主要是現(xiàn)場總線技術(shù)、現(xiàn)場通信模塊、LAN 網(wǎng)絡(luò)及以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)通訊等。
1.3 應(yīng)用平臺(tái)層
應(yīng)用平臺(tái)層包括物料品質(zhì)管理平臺(tái)、投料控制追溯管理平臺(tái)、能源優(yōu)化智能監(jiān)控平臺(tái)、自動(dòng)包裝及倉儲(chǔ)管理平臺(tái)、自動(dòng)配料平臺(tái)等。
1.4 應(yīng)用系統(tǒng)層
應(yīng)用系統(tǒng)層包括原料采購及質(zhì)量管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備智能控制及性能優(yōu)化決策物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、產(chǎn)品質(zhì)量在線控制及決策物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、飼料產(chǎn)品全程可追溯及二維碼管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、飼料行業(yè)智能管理及決策物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等。
2 微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用
超微粉碎機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（以下簡稱微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)）是飼料加工物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)層中“關(guān)鍵設(shè)備智能控制及性能優(yōu)化決策物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”的一部分，指對系統(tǒng)飼料廠內(nèi)能耗大、細(xì)度要求嚴(yán)格的超微粉碎機(jī)在運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行參數(shù)化監(jiān)控及智能化處理的物聯(lián)同網(wǎng)系統(tǒng)。通過安裝在各飼料加工廠內(nèi)的超微粉碎機(jī)感知模塊，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)自動(dòng)采集系統(tǒng)所需的感知數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以約定的通信協(xié)議實(shí)時(shí)發(fā)送至控制處理中心，處理中心實(shí)時(shí)顯示各粉碎單元的運(yùn)行參數(shù)。
通過處理中心的大數(shù)據(jù)分析軟件，可方便對系統(tǒng)內(nèi)的超微粉碎機(jī)進(jìn)行縱向及橫向數(shù)據(jù)對比分析，形成專家數(shù)據(jù)庫；對微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的所有超微粉碎機(jī)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化并將優(yōu)化參數(shù)反饋給系統(tǒng)平臺(tái)廠家，確保飼料產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，提高產(chǎn)量，降低能耗。同時(shí)，系統(tǒng)還可實(shí)時(shí)對微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的各超微粉碎機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行“自診斷”，提前感知并及時(shí)維護(hù)，提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。
2.1 微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主動(dòng)感知層
將超微粉碎機(jī)運(yùn)行感知參數(shù)進(jìn)行分類，“系統(tǒng)參數(shù)類”主要感知參數(shù)為電壓、電流及視頻監(jiān)控；“產(chǎn)品質(zhì)量類”主要感知參數(shù)為分級機(jī)轉(zhuǎn)速、喂料器轉(zhuǎn)速等6種；“設(shè)備運(yùn)行可靠類”主要感知參數(shù)為刀盤轉(zhuǎn)速、主軸承溫度等4種；具體參數(shù)名稱、感知器類型及安裝部位見表1。
2.2 微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸
各飼料加工廠超微粉碎機(jī)及其系統(tǒng)分別設(shè)置具有信號采集與控制的現(xiàn)場集中控制柜，它由信號集成轉(zhuǎn)換模塊、控制繼電器模塊以及數(shù)顯模塊等組成。由于微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)感知設(shè)備主要分布在廠房內(nèi)部，布線容易，所以主要采用總線技術(shù)或RS485與現(xiàn)場集中控制柜進(jìn)行信息傳送。同時(shí)，處理中心還可通過現(xiàn)場集中控制柜中的繼電器模塊對現(xiàn)場控制元件（含風(fēng)機(jī)閥門、分級機(jī)轉(zhuǎn)速等）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的功能。現(xiàn)場集中控制柜中的信號集成轉(zhuǎn)換模塊通過VPN或有線網(wǎng)絡(luò)與處理中心進(jìn)行信息交換。
2.3 微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控管理平臺(tái)
微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控管理平臺(tái)（控制處理中心）實(shí)現(xiàn)對采集到的超微粉碎機(jī)各工作參數(shù)的存儲(chǔ)、分析和智能管理；它采用B/S結(jié)構(gòu)，用戶可借助互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地地訪問系統(tǒng)平臺(tái)。微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控管理平臺(tái)主要包括如下功能：
2.3.1 感知數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集
分布于各飼料廠的每個(gè)超微粉碎機(jī)單元現(xiàn)場控制柜的信號集成轉(zhuǎn)換模塊可接入不少于12路的現(xiàn)場信號，各模塊實(shí)時(shí)傳送風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速、產(chǎn)量、細(xì)度等感知數(shù)據(jù)至控制處理中心，控制處理中心根據(jù)需要可設(shè)定數(shù)據(jù)的采集時(shí)間及頻率，采集的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)并可通過列表、圖形、圖像等多種方式提供實(shí)時(shí)查看。
2.3.2 優(yōu)化參數(shù)的實(shí)時(shí)反饋
超微粉碎機(jī)主要性能參數(shù)為粉碎細(xì)度及粉碎產(chǎn)量。在要求的細(xì)度范圍內(nèi)，盡可能的提高產(chǎn)量是超微粉碎機(jī)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效的目標(biāo)。與細(xì)度及產(chǎn)量有關(guān)的變量參數(shù)為風(fēng)量、風(fēng)壓、分級葉輪轉(zhuǎn)速、喂料攪攏轉(zhuǎn)速及風(fēng)門開度，在風(fēng)量、風(fēng)壓及風(fēng)門開度相對固定時(shí)，提高分級葉輪轉(zhuǎn)速及減少喂料攪攏轉(zhuǎn)速均可提高細(xì)度，降低產(chǎn)量，相反則降低細(xì)度，提高產(chǎn)量。將以上參數(shù)通過建立“細(xì)度—產(chǎn)量”數(shù)學(xué)模型，設(shè)立目標(biāo)函數(shù)并建立約束條件，通過分析實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，可對系統(tǒng)內(nèi)各超微粉碎單元進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的最優(yōu)化計(jì)算，并將結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至各粉碎單元。
平臺(tái)內(nèi)各粉碎單元運(yùn)行時(shí)建立的最優(yōu)參數(shù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析，可建立基于不同粉碎物料的超微粉碎機(jī)運(yùn)行專家數(shù)據(jù)庫，用戶可隨時(shí)查看及調(diào)用該數(shù)據(jù)庫內(nèi)容以提升粉碎效率。
2.3.3 異常情況的實(shí)時(shí)預(yù)警
當(dāng)感知層中系統(tǒng)參數(shù)類及運(yùn)行可靠類的數(shù)據(jù)異常時(shí)，控制中心會(huì)針對各子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警管理。如運(yùn)行可靠類數(shù)據(jù)中機(jī)體振動(dòng)參數(shù)異常時(shí)，通過與專家數(shù)據(jù)庫中的振動(dòng)異常級別數(shù)據(jù)庫比較及分析，可實(shí)時(shí)作出振動(dòng)原因分析報(bào)告并反饋至該粉碎單元，同時(shí)還可以短信通知的方式及時(shí)發(fā)送至相關(guān)工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。各粉碎單元的預(yù)警及報(bào)警信息可實(shí)時(shí)查詢及下載管理。
2.3.4 維護(hù)保養(yǎng)的智能感知
管理平臺(tái)內(nèi)的各粉碎單元的易損件、關(guān)鍵零部件與產(chǎn)量、設(shè)備工作時(shí)間、工作工況都有一定的關(guān)系。例如，軸承的保養(yǎng)周期與使用工況關(guān)系很大，粉碎機(jī)機(jī)體振動(dòng)大、軸承溫度高的，保養(yǎng)周期短；機(jī)體振動(dòng)小、軸承溫度低的，保養(yǎng)周期長。通過分析并建立各
粉碎單元的維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)庫及精準(zhǔn)保養(yǎng)時(shí)間表，可及時(shí)感知并智能提醒維修工進(jìn)行適時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)。
2.3.5 風(fēng)量轉(zhuǎn)速的智能控制
通過優(yōu)化參數(shù)的建立，控制中心智能控制系統(tǒng)可以與系統(tǒng)內(nèi)各控制柜的繼電器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)超微粉碎機(jī)執(zhí)行元件的自動(dòng)控制。微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過以下兩種方法達(dá)到智能控制粉碎細(xì)度的目的：一是通過步進(jìn)電機(jī)對風(fēng)門開度進(jìn)行精確控制，調(diào)整管道中的風(fēng)壓及風(fēng)量；二是通過分級電機(jī)變頻器對分級機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，調(diào)整分級葉輪的離心力。
2.3.6 快捷方便的網(wǎng)絡(luò)訪問
管理人員通過控制中心或控制中心以外的任何可上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)客戶端，可快捷訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理及控制。監(jiān)控客戶端包括計(jì)算機(jī)、觸摸屏及手機(jī)等。控制中心的主控制處理中心界面如圖1所示，
主要功能模塊包含感知管理、參數(shù)反饋、實(shí)時(shí)預(yù)警、智能保養(yǎng)、智能控制等。
2.4 微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用效果
微聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將平臺(tái)內(nèi)的所有超微粉碎機(jī)及其系統(tǒng)變成飼料加工物聯(lián)網(wǎng)的一部分，變成可視可控的智能裝備，提升了飼料加工裝備的智能化水平；通過平臺(tái)內(nèi)超微粉碎機(jī)運(yùn)行參數(shù)的大數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化數(shù)據(jù)的反饋運(yùn)行，可降低平臺(tái)內(nèi)超微粉碎機(jī)噸料電耗10%以上，節(jié)能降耗效果顯著；通過智能感知的精準(zhǔn)“維護(hù)保養(yǎng)”，可有效提升超微粉碎機(jī)工作的穩(wěn)定性，提高超微粉碎機(jī)平均無故障工作時(shí)間（MTBF）。
3 飼料加工物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展建議
1）中國是飼料大國，但還不是飼料強(qiáng)國。飼料加工物聯(lián)網(wǎng)的大力發(fā)展是我國從飼料大國向飼料強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重要機(jī)遇，也是中國飼料制造4.0的重要支撐。國內(nèi)飼料加工物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)研究剛剛起步，面臨著關(guān)鍵技術(shù)不成熟、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范缺失、專業(yè)開發(fā)及應(yīng)用人員緊缺等諸多制約因素。高校、科研院所、技術(shù)應(yīng)用單位，應(yīng)著重開發(fā)飼料加工物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵共性技術(shù)，如產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測傳感器、混合均勻度在線檢測儀等感知裝備，飼料廠通用適時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝備，不同飼料加工工段的智能化應(yīng)用系統(tǒng)軟件等。
2）適時(shí)啟動(dòng)飼料加工物聯(lián)網(wǎng)國家級及地方級的示范項(xiàng)目建設(shè)，研發(fā)一批飼料加工物聯(lián)網(wǎng)自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)產(chǎn)品，創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)在飼料加工領(lǐng)域的技術(shù)模式及應(yīng)用模式，建立飼料加工物聯(lián)網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展機(jī)制。
3）加強(qiáng)政策扶持及引導(dǎo)力度，進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)一規(guī)劃。由政府相關(guān)部門牽頭，加快制定飼料加工物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范；開展飼料加工物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品專項(xiàng)資金補(bǔ)助并將其列入農(nóng)機(jī)購機(jī)補(bǔ)貼目錄；加快飼料加工物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地、中試基地的建設(shè)，為飼料加工物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造良好的發(fā)展環(huán)境。
