هل المزيد من أجهزة استشعار درجة الحرارة أفضل دائمًا في تخزين الحبوب؟ قوة التنسيب الذكي

في الإدارة الحديثة لمرحلة ما بعد الحصاد وتخزين الحبوب، يعد التحكم في الظروف الحرارية الطريقة الأكثر فعالية لمنع التلف وتطور العفن وتفشي الحشرات. مع تقدم حلول الزراعة الذكية وإنترنت الأشياء (IoT)، غالبًا ما يواجه مديرو المنشآت معضلة شائعة في شراء الأجهزة:هل تثبيت المزيدأجهزة استشعار درجة الحرارة أو الكابلاتضمان الحبوب أكثر أمانا؟

الجواب هولا. إن مجرد زيادة كثافة المستشعر يؤدي إلى تضخم تكاليف رأس المال، وأعباء الصيانة، والحمل الزائد الشديد للبيانات دون الحاجة إلى تحسين الكشف المبكر عن المخاطر. تعتمد الحماية الحقيقية للحبوب على الحفاظ علىكثافة الاستشعار المثلى- الجمع بين التنسيب الاستراتيجي ومعرفة فيزياء نقل الحرارة وخوارزميات البرامج الرقمية.

1. لماذا لا يعني "المزيد" "الأفضل"

يؤدي مضاعفة عقد الاستشعار بشكل أعمى عبر صومعة إلى تناقص العوائد مع تقديم العديد من العيوب التشغيلية والمالية:

يجب أن يتبع تخطيط نقاط مراقبة درجة الحرارة بشكل عام ثلاثة مبادئ:تغطية كاملة ومراقبة مركزة وتكلفة معقولة.

يجب تحديد عدد وموقع كابلات درجة الحرارة وفقا لما يلي:

2.1 تحديد التغطية الأساسية وفقًا لبنية التخزين

في مستودعات الحبوب المسطحة، يتم ترتيب كابلات درجة الحرارة عادةً في صفوف وأعمدة بحيث يمكن مراقبة كتلة الحبوب في ثلاثة أبعاد.

بموجب المعيار الصيني السابق GB/T 26882.1-2011، كان من المطلوب بشكل عام ألا يزيد التباعد الأفقي لكابلات درجة الحرارة في المستودعات المسطحة عن 5 أمتار، بينما لا يزيد التباعد الرأسي بين نقاط القياس عن 2 متر.

وكانت هناك حاجة أيضًا إلى وجود مسافات معقولة بين أجهزة الاستشعار وسطح الحبوب وأرضية المستودع وجدرانه.

بالنسبة للصوامع المستديرة الضحلة والصوامع العمودية، يجب تكييف ترتيبات المراقبة مع الهيكل الأسطواني وعمق الحبوب.

تم الآن استبدال المعيار السابق بـGB/T 26882.1-2024، تخزين الحبوب والزيوت - نظام مراقبة حالة الحبوب والتحكم بها - الجزء الأول: المتطلبات العامة، والذي دخل حيز التنفيذ في 1 يونيو 2025.[1]

بالنسبة للمشاريع الجديدة أو ترقيات النظام، يجب استخدام أحدث المتطلبات الوطنية والصناعية والخاصة بالمشروع المعمول بها.

في التصميم الهندسي العملي، يجب أيضًا تعديل المسافات بين أجهزة الاستشعار العمودية وفقًا لعمق الحبوب.

بالنسبة لأكوام الحبوب الضحلة نسبيًا، قد يكون عدد أقل من الطبقات الرأسية كافيًا.

مع زيادة عمق الحبوب، يجب تركيب نقاط قياس إضافية بحيث يتم مراقبة الطبقات العليا والمتوسطة والسفلى من كتلة الحبوب بشكل فعال.

بالنسبة للصوامع، يجب أيضًا تحديد عدد وموقع الكابلات وفقًا لقطر الصومعة وارتفاعها.

إذا تم تركيز عدد كبير جدًا من الكابلات بالقرب من المركز بينما يتم مراقبة المحيط بشكل سيئ، فقد يتم تفويت اختلافات مهمة في درجات الحرارة بالقرب من جدار الصومعة.

التوصيات السابقة:أنواع المستودعات وتحديات مراقبة درجة حرارة الحبوب

2.2 زيادة الاهتمام بالمناطق عالية الخطورة

نادرًا ما تكون درجة الحرارة داخل كتلة الحبوب موحدة تمامًا.

تتأثر الحبوب القريبة من جدار الصومعة وسطح الحبوب بشدة بتغيرات درجات الحرارة الخارجية.

قد تتأثر مناطق أخرى بما يلي:

• نسبة رطوبة عالية
• التوزيع غير المتكافئ للشوائب.
• اختلافات تدفق الهواء
• تهوية غير كاملة
• نشاط الحشرات
• النشاط الميكروبي
• هجرة الرطوبة.

رصدت دراسة كندية ما يقرب من 300 طن من القمح مخزنة في صندوق من الفولاذ المموج لمدة 26 شهرًا. أظهرت النتائج أن درجة الحرارة والرطوبة بالقرب من سطح الحبوب وجدار الصومعة تأثرت بشدة بالظروف المحيطة. يمكن أيضًا أن تتطور المناطق المحلية ذات الرطوبة العالية إلى نقاط ساخنة وتساهم في هجرة الرطوبة.[6]

لهذا السبب، قد تكون هناك حاجة إلى اهتمام إضافي في مجالات مثل:

• الأماكن التي تتراكم فيها الشوائب أثناء التعبئة؛
• المناطق القريبة من جدران الصومعة؛
• طبقة الحبوب العليا
• طبقة الحبوب السفلية
• مناطق الرطوبة العالية المحلية.
• المناطق التي شهدت سابقًا ارتفاعًا غير طبيعي في درجة الحرارة؛
• المناطق ذات التهوية غير المنتظمة أو تدفق الهواء.

ومع ذلك، فإن "المراقبة المركزة" لا تعني دائمًا تركيب عدد كبير من أجهزة الاستشعار الدائمة.

بالنسبة لمناطق الخطر المؤقتة أو العرضية، يمكن استخدام مجسات درجة الحرارة المحمولة أو معدات المراقبة المتنقلة للتحقق من الظروف دون زيادة حجم النظام بشكل دائم.

يمكن لهذا النهج تحسين فعالية المراقبة مع التحكم في تكلفة المشروع.

ثالثا. غالبًا ما تكون اتجاهات درجات الحرارة أكثر أهمية من قراءة واحدة

من أهم المبادئ في مراقبة درجة حرارة الحبوب ما يلي:

غالبًا ما توفر اتجاهات درجات الحرارة معلومات أكثر فائدة من قيمة درجة حرارة واحدة.

على سبيل المثال، قد يُظهر المستشعر حاليًا 25 درجة.

قد لا تشير هذه القيمة وحدها إلى وجود مشكلة.

ومع ذلك، إذا زادت نفس نقطة المراقبة من:

20 درجة → 21 درجة → 23 درجة → 25 درجة

على مدار عدة أيام، بينما تظل أجهزة الاستشعار القريبة قريبة من 20 درجة، فإن هذا الارتفاع المستمر يستحق المزيد من التحقيق.

القلق ليس فقط درجة الحرارة المطلقة.

وتشمل المؤشرات الهامة ما يلي:

معدل زيادة درجة الحرارة.

الفرق من أجهزة الاستشعار المجاورة.

مدة الحالة غير الطبيعية.

ما إذا كانت المنطقة المتضررة آخذة في التوسع؛

ما إذا كان التغيير يطابق ظروف درجة الحرارة المحيطة.

وعلى العكس من ذلك، فإن القراءة العالية نسبيًا لا تشير تلقائيًا إلى التلف.

إذا كان التغير في درجة الحرارة يتبع الظروف المحيطة الموسمية وأظهرت نقاط المراقبة القريبة نمطًا مشابهًا، فقد تظل الحبوب مستقرة.

ولذلك ينبغي لنظام المراقبة الحديث أن يفعل أكثر من مجرد العرض:

"كم عدد أجهزة استشعار درجة الحرارة المثبتة؟"

يجب أن يساعد المشغلين في الإجابة على أسئلة مثل:

ما هي أجهزة الاستشعار التي ترتفع درجة حرارتها بشكل مستمر؟

ما هي المنطقة الأكثر دفئا من الحبوب المحيطة بها؟

هل أصبح الفرق في درجات الحرارة أكبر أم أصغر؟

هل الحالة غير الطبيعية موضعية أم أنها تؤثر على طبقة الحبوب بأكملها؟

هل حدث نمط مماثل من قبل؟

وهذا هو السبب وراء تحول تكنولوجيا مراقبة الحبوب تدريجيًا من البساطةقياس درجة الحرارة بنقطة واحدةنحوتحليل اتجاه درجة الحرارة ومراقبة درجة حرارة الحبوب ثلاثية الأبعاد.

التوصيات السابقة: يعتمد التثبيت الصحيح لكابلات درجة حرارة الحبوب على نوع المستودع

IV.كثافة المستشعر المعقولة مهمة أكثر من الحد الأقصى لكمية المستشعر

ملخص مبادئ التخطيط

إن الغرض من نظام مراقبة درجة حرارة الحبوب ليس تركيب أكبر عدد ممكن من أجهزة استشعار درجة الحرارة.

الهدف الحقيقي هو التأكد من أن كل نقطة مراقبة توفر معلومات مفيدة.

يجب أن توفر شبكة المراقبة المصممة جيدًا تغطية كافية في جميع أنحاء كتلة الحبوب مع إيلاء اهتمام إضافي للمناطق الأكثر تعرضًا للخطر، بما في ذلك:

• جدران الصومعة
• أسطح الحبوب؛
• طبقات الحبوب السفلية
• مناطق التعبئة
• مناطق تراكم الشوائب.
• المناطق ذات الرطوبة العالية.
• المواقع التي لها تاريخ من التدفئة غير الطبيعية.

وفي الوقت نفسه، ينبغي استخدام تحليل الاتجاه المستمر لتحديد ما إذا كانت ظروف الحبوب لا تزال مستقرة.

توفر كمية المستشعر الأساس، ولكن الموضع المكاني المناسب، والحصول المستمر على البيانات، والكشف عن الاتجاه غير الطبيعي يحدد في النهاية فعالية مراقبة درجة حرارة الحبوب.

ولهذا السبب، يجب تحديد عدد وترتيب كابلات درجة الحرارة وفقًا لأبعاد الصومعة، وعمق الحبوب، وتنوع الحبوب، وفترة التخزين، وأهداف التخزين، ومستوى المخاطر.

يجب أن يتبع التصميم النهائي المعايير الوطنية أو الصناعية الحالية وظروف المشروع الفعلية بدلاً من مجرد السعي لتحقيق أعلى كثافة ممكنة لأجهزة الاستشعار.

مراجع

[1] جيجابايت/ت 26882.1-2024. تخزين الحبوب والزيوت - نظام مراقبة ومراقبة حالة الحبوب - الجزء الأول: المتطلبات العامة.إدارة الدولة لتنظيم السوق وإدارة المعايير في الصين، 2024. اعتبارًا من 1 يونيو 2025. يحل محل GB/T 26882.1-2011.

[2] إل إس/تي 1809-2017. تخزين الحبوب والزيوت - المتطلبات الفنية العامة لمراقبة حالة الحبوب والتحكم فيها.الإدارة الوطنية للأغذية والاحتياطيات الاستراتيجية في الصين، 2017.

[3] إل إس/تي 1813-2017. تخزين الحبوب والزيوت - المتطلبات الفنية لكابلات قياس درجة الحرارة الرقمية المستخدمة في مراقبة حالة الحبوب والتحكم فيها.الإدارة الوطنية للأغذية والاحتياطيات الاستراتيجية في الصين، 2017.

[4] يانغ، ك.، تشو، إف.، وانغ، واي.، ودونغ، إكس. (2024). دراسة محاكاة لتحسين تخطيط كابل درجة الحرارة في المستودع أثناء التهوية.مجلة هندسة العمليات الغذائية، 47(11)، e14769. دوى: 10.1111/jfpe.14769.

[5] وو، دبليو، كوي، إتش، هان، إف، وآخرون. (2021). المراقبة الرقمية لظروف الحبوب في مرافق تخزين البضائع السائبة واسعة النطاق بناءً على التوزيعات الزمانية المكانية لدرجة حرارة الحبوب.هندسة النظم الحيوية، 210، 247-260. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2021.08.028.

[6] بهاراتي، VSK، جيان، F.، وجياس، DS (2023). دراسة على 300 طن من القمح مخزنة في صناديق من الصلب المموج لمدة عامين في كندا. الجزء الأول - ملامح درجة الحرارة والرطوبة للحبوب.مجلة أبحاث المنتجات المخزنة، 100، 102057. DOI: 10.1016/j.jspr.2022.102057.