基于物联网技术的饲料生产线远程监测系统分析

谷 敏， 段廷燕

（南阳农业职业学院，河南 南阳 473000）

饲料是人工饲养动物的食物总称。 最初的饲料主要由牧草、农作物秸秆、原粮等构成。 随着产业链下游畜牧养殖业的发展， 人们对动物源性食品的需求与日俱增，这就带动了饲料产业的发展，饲料产品的种类、功能也逐渐趋于多元化发展（张正佳等，2022）。当下，饲料产品主要经粉碎、配料、混合、制粒等生产加工环节制作而来，不仅营养丰富、品质优良，而且具有促进生长发育、提高免疫功能、 保障成活率等功效。 随着生产流水线的完善和生产工艺的成熟，自动化、智能化设备逐渐被应用到饲料生产加工环节， 这不仅大大提高了人工生产效率， 而且使饲料产品的营养和质量更加稳定， 更好地满足了畜牧养殖业对饲料产品质和量的需求（董延江等，2022）。

1 饲料生产线开展安全监督的必要性

在饲料产业备受重视的情况下， 饲料安全问题也时有发生， 比如为提高动物存活率和生长性能，有效预防疾病，人为地往饲料中添加有毒、有害物质，或者将农药残留超标、发霉变质的原料用于生产饲料（王卫国，2022）。这些问题都容易使有毒、有害物质在动物体内残留、蓄积和转移，进而威胁食品安全。 为避免人为因素或非主观因素引发的饲料安全问题， 非常有必要对饲料生产线开展全天候的、常态化的安全监督，因此远程监测系统应运而生，并且被广泛用于饲料产业中。 其中，能够对饲料生产加工做到溯源， 成为衡量饲料安全体系的关键指标。在传统安全体系中，溯源成本高企，难以进行大规模的推广实施，而强调物联网技术在饲料生产线远程监测系统（以下简称物联饲料监测系统）中的应用，可以借助摄像头、二维码、电子标签、GPS、传感器、云计算和大数据等技术，对饲料生产加工的全过程进行跟踪记录，从而精确地掌握每个环节的饲料安全情况， 最终形成饲料安全体系的闭环（蔡炳育，2020）。一旦出现饲料安全方面的问题， 能够第一时间找到问题的源头，最大程度地避免或减少食品安全问题的发生。

2 基于物联网技术的物联饲料监测系统的整体设计

基于物联网技术的物联饲料监测系统主要是利用物联网技术的各类传感器，将操作人员、饲料原料、机械设备与互联网连接起来，实现对饲料生产加工全过程的信息采集、实时监测、精细化管理和质量控制（汪洪，2013）。大力推进物联饲料监测系统，有利于饲料生产加工的提质增效，在保障饲料安全的同时，加快饲料产业的自动化、智能化、信息化发展。

一般而言，饲料生产线是由提升机、原料筛、粉碎机、混合机、制粒机、冷却机和打包机等生产设备组成（如图1 所示）。在物联饲料监测系统中，工业计算机基于窄带物联网技术的NB-LOT 数据采集器和NB-LOT 驱动器，NB-LOT 集中器和NB-LOT 数据采集器之间均为无线通信。NB-LOT数据采集器包括饲料生产设备中的电机电流采集器和设置于饲料生产线观测点的视频摄像采集器；工业计算机和NB-LOT 集中器通过无线收发器通信，实现数据采集、传送、分析、存储和驱动控制（比如生产设备的关停和开启）等功能。 物联饲料监测系统灵活搭建生产现场物联网络， 将各类设备有机组合， 实时采集设备运行数据， 通过无线/有线网络，将数据传输至本地如来方略柜或云服务器， 以实现数据上云。 整体架构从下而上分为感知层、传输层、应用层。

图1 饲料生产线结构示意图

3 物联饲料监测系统的整体架构（如图2）

图2 物联饲料监测系统的整体架构

3.1 感知层 感知层主要用于人和物的识别，以及信息采集（陈良坤等，2020）。 在物联饲料监测系统中，感知层主要利用摄像头、二维码、电子标签、GPS、传感器等技术，对饲料生产线的机械设备参数、 人员操作、 原料情况进行识别和采集， 保障饲料质量安全的可溯源。 以传感器为例，传感器相当于物联网的感觉器官，主要是将检测到的信息转化为电信号， 便于后续对信息的传输、处理、显示、记录和控制。 在物联饲料监测系统中，比较常见的传感器有压力传感器、能耗传感器、速度传感器、温湿度传感器、红外动作感应器和感烟报警器等。

3.2 传输层 传输层是物联网中设施设备的连接通道，主要负责将感知层识别和采集的信息，通过无线/有线的方式，传输给应用层（马振寰和孙嘉泽，2023）。传输层相当于物联网的神经中枢，涉及的技术有Zigbee、IPv6、4G/5G、Wi-Fi、 蓝牙等。以Zigbee 技术为例，该技术具有成本低、功耗低、速率低、距离短、安全性和可靠性高等特点（张兰，2014）。 在物联饲料监测系统中，Zigbee 技术主要提供无线数据传输功能， 适合不用场景和不同饲料生产加工环节的应用需求。

3.3 应用层 作为物联网的最顶层，应用层主要负责信息处理和数据挖掘， 进而实现对饲料生产线的实时监测、精细化管理和质量控制。主要涉及的技术有云计算和大数据（邱祝礼等，2022）。 比如，数据处理中心的大数据分析，可以实现对饲料生产线相关参数的横向、 纵向对比。 其中横向对比， 是饲料生产线实际参数与系统标准参数的对比，并将异常参数反馈给系统平台厂家，便于后续的系统维护和更新；而纵向对比，是将饲料生产线实际参数统计收集形成专家数据库，以“自诊断”的方式对比饲料生产线实际参数的变化情况，从而提前发现问题、解决问题，确保饲料生产线的安全稳定运行。

4 物联饲料监测系统的软件特点和分类

物联饲料监测系统的软件主要负责将物联网体系中的饲料生产设备与服务有机结合到一起，在顺利完成数据处理、任务发布、过程检测、任务响应等功能的基础上， 为管理者和用户提供网络接口。

4.1 物联饲料监测系统的软件特点 主要体现在四个方面：一是完整性。物联饲料监测系统的软件包含基础软件、支撑软件、应用软件，并且为饲料生产线提供技术咨询、系统集成、维护更新等服务， 使物联饲料监测系统的软件形成完整的产业生态链（叶军等，2014）；二是处理海量数据。 在物联饲料监测系统中，饲料生产线中所有的人、料、物都有对应的数据，这些数据会随时间的推移，呈现出海量化的特点，给软件的信息存储、传输、查询和处理能力提出更高的要求； 三是实时性。 饲料生产线的自动化、 智能化控制对信息的获取和反馈时间有严格的要求， 避免因设施设备反应不及时的问题影响饲料生产进度， 这就要求物联饲料监测系统的软件具有较快的运行速度， 能够对获取到的信息做出及时、 准确的反映； 四是安全性。虽然物联饲料监测系统的无线/有线通信采用了加密方式处理信息， 但设施设备却直接暴露在饲料生产车间中，并且部分设施设备存在外接口，为避免出现信息丢失或外泄的问题， 就需要不断提高物联饲料监测系统软件的安全性。

4.2 物联饲料监测系统的软件分类 主要体现在三个方面：一是数据感知系统软件。该类软件主要通过电子产品代码， 完成对物品的识别和信息采集功能（陈波和杨旭东，2022）。 比如，当饲料原料的电子产品代码经过扫描器， 相关信息就会被自动捕捉， 并交给上层数据感知系统软件进行传输和处理，并对饲料原料的数量、规格、参数进行自动核对；二是中间件系统软件。该类软件主要为物联饲料监测系统提供计算、校对、过滤、传输、存储等功能， 减少数据感知系统软件直接向应用系统中心传输的信息量。究其原因，还在于数据感知系统软件与应用系统中心间属于非标准的、 非开放的通信方式，有了中间件系统软件的桥梁作用，就可以实现数据感知系统软件与中间件系统软件间、中间件系统软件与应用系统中心间标准的、开放的通信方式（梁懿等，2022）； 三是网络操作系统。 该系统是一种能代替操作系统的软件程序，主要实现服务器与客户端间的信息共享和传递功能。其中，服务器负责对物联饲料监测系统中的资源管理，避免频繁操作引发系统崩溃，客户端则是接收服务器传递的信息和数据， 确保饲料生产线中物品流和信息流的高度一致。

5 物联饲料监测系统的应用效果

5.1 物联饲料监测系统在饲料安全控制上的应用效果 饲料产品的质量问题， 不仅直接影响动物的生长发育和饲养经济效益， 而且会通过食物链威胁消费者的生命健康（张艳丽，2023）。如何保障饲料原料和饲料产品的质量， 成为建立食品溯源体系的关键环节。 而借助物联饲料监测系统中的射频识别技术，就可以实现从采购、生产加工、销售等多个环节来检测饲料产品的质量， 从而打造一条安全放心的食品产业链。

5.2 物联饲料监测系统在员工管理中的应用效果 员工是饲料生产线的直接参与者或管理者，保障员工的生命安全， 不仅体现了以人为本管理理念的要求，而且关系到饲料产业的持续、稳定发展。 所以，加强对员工的管理，成为饲料生产线的重中之重（吴倩等，2021）。但饲料生产线的员工数量多，工作环境复杂，传统人工监督的方式，难以及时发现员工缺勤、违章操作等问题，进而埋下安全隐患。而物联饲料监测系统的应用，能够全过程监测员工的身份信息、位置信息、操作流程等，降低人工监督的难度和成本投入， 进而及时发现安全问题，切实保障了员工的生命安全。

5.3 物联饲料监测系统在饲料产品流通环节中的应用效果 物联网技术的普及， 让物流运输业成为最大受益方，通过自动化、智能化、信息化的设施设备，减少了物品流通环节中不必要的流程，使物流运输的工作效率得以大大提高（寇军和张小红，2023）。在传统仓储中，饲料产品的丰富多样性，给仓储管理带来了一定难度，特别是不同饲料产品的货架规格、外包装、保质期存在差异，难以做到对每件饲料产品的精细化管理。 而物联饲料监测系统的应用，能够借助图像监控、无线通信、GPS、红外视频监控等技术，实现对所有入库饲料产品的信息存贮、更新和统计，并按照既定要求对饲料产品进行存取， 有效避免乱堆乱放、 产品丢失、数目不清、冗余库存等问题，加快饲料产品在市场中的流通。

6 结束语

综上所述， 随着产业链下游畜牧养殖业和食品工业的发展， 市场对饲料产品的质量安全提出了更高要求。 饲料产业要想不断满足市场需求，就需要向自动化、智能化、信息化方向发展。 而在这一过程中，基于物联网技术建立远程监测系统，能够实现对饲料生产线的实时监督管理， 不仅有效解决了人工成本上涨、资源和能源浪费的问题，而且保障了饲料产品的生产质量和效率。因此，建立、 健全物联饲料监测系统具有非常重要的现实意义。