農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中智能控制儀表系統(tǒng)的應(yīng)用研究

劉澤革

摘 要：在全球智能化建設(shè)的背景下，智能化設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)用成為各行業(yè)的重點(diǎn)研究方向和應(yīng)用介入點(diǎn)，各類設(shè)備的智能化控制及使用是智能化產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目。農(nóng)業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中引入智能化設(shè)備，可以帶來傳統(tǒng)人工勞力所不能比擬的效率與產(chǎn)量。電氣自動(dòng)化智能系統(tǒng)作為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中主要的智能控制設(shè)施，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)量提升和質(zhì)量控制方面有重要意義，應(yīng)重視此項(xiàng)系統(tǒng)的應(yīng)用。就目前農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的電氣智能控制系統(tǒng)原理、優(yōu)勢、應(yīng)用方向及未來可提升方向作了相關(guān)探究。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè);電氣自動(dòng)化;智能控制儀表;系統(tǒng)應(yīng)用

文章編號：1004-7026（2020）21-0150-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：S24? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的變革發(fā)展，傳統(tǒng)的設(shè)備儀器逐漸趨于形體縮小、功能增加和整體控制。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸成熟，使智能控制儀器更加便捷和高效。智能設(shè)備可以避免傳統(tǒng)設(shè)備存放、控制不便的缺點(diǎn)，應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的精度更高。在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，農(nóng)業(yè)電氣智能控制設(shè)備有更多優(yōu)勢。了解目前智能儀表的運(yùn)行原理，借助系統(tǒng)優(yōu)勢進(jìn)行融合應(yīng)用研究的價(jià)值十分明顯。

1? ? 智能儀表控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理

智能儀表控制系統(tǒng)通常由傳感器、模擬器、單片機(jī)、信號處理軟件、轉(zhuǎn)換、存儲設(shè)備等6部分構(gòu)成。傳感器是整個(gè)系統(tǒng)中的“先行軍”，負(fù)責(zé)將接收到的指令或者文字信息轉(zhuǎn)化為各種信號，信號轉(zhuǎn)換后需經(jīng)過過濾波過濾，以減少無用信號干擾，經(jīng)過整理的電信號此時(shí)被傳遞到模擬器設(shè)備，在單片機(jī)的控制下被逐個(gè)接通進(jìn)入信號放大區(qū)域，到此信號的處理基本完成;接下來經(jīng)細(xì)化處理的信號會在轉(zhuǎn)換器的作用下演變?yōu)閱纹瑱C(jī)能夠編制的脈沖信號，然后單片機(jī)在此時(shí)會進(jìn)行兩種操作，一是對其按照預(yù)設(shè)設(shè)置進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算、打印，二是聯(lián)合存儲模塊對信號作運(yùn)算對比，并結(jié)合程序設(shè)定的對比結(jié)果規(guī)則進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化輸出，從而完成整體系統(tǒng)的一次運(yùn)行。

明確系統(tǒng)運(yùn)行原理是相關(guān)技術(shù)人員操作和應(yīng)用農(nóng)業(yè)智能儀表的基礎(chǔ)。只有掌握了系統(tǒng)的原理，相關(guān)人員才能正確使用、合理利用，從而讓系統(tǒng)更好地在農(nóng)業(yè)行業(yè)中發(fā)揮價(jià)值。

2? ? 儀表控制系統(tǒng)智能化的特性

2.1? ? 自動(dòng)化操作

智能控制儀表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)測量和自動(dòng)控制的目標(biāo)。自動(dòng)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)改善了傳統(tǒng)耕種方式下需要設(shè)備與人配合作業(yè)甚至需要人力手工翻耕的情況，大大解放了農(nóng)民的雙手，使得其可以有富裕的精力去開展副業(yè)，增加收入。

除此之外，智能儀表的自動(dòng)化操作也讓我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展向現(xiàn)代化耕種方向更進(jìn)一步，貼合了國家對農(nóng)業(yè)建設(shè)的需求。

2.2? ? 智能自檢，及時(shí)修復(fù)

目前市面上應(yīng)用的智能儀表控制系統(tǒng)多擁有自檢功能，系統(tǒng)在開始運(yùn)行時(shí)和運(yùn)行過程中都能夠?qū)︻A(yù)設(shè)信息作自動(dòng)調(diào)回工作，例如檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)歸位、系統(tǒng)故障自我診斷等。這一功能不僅解放了農(nóng)民的雙手，更是極大地減輕了相應(yīng)技術(shù)人員的監(jiān)督、維修負(fù)擔(dān)。一旦系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，智能自檢就會即刻開始自查，找出故障原因并報(bào)錯(cuò)。更加智能的系統(tǒng)甚至?xí)榧夹g(shù)人員提供具體的出錯(cuò)位置和維修建議。這種智能控制儀表系統(tǒng)的出現(xiàn)，無疑減輕了人員成本和時(shí)間，為技術(shù)工人創(chuàng)造了便利[1]。

2.3? ? 智能化的數(shù)據(jù)接收與處理

能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行再次處理是電氣智能儀表系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。區(qū)別于傳統(tǒng)的機(jī)械儀器或者電子儀器，智能儀表系統(tǒng)因?yàn)橛袉纹瑱C(jī)或者微控制器的加入，使得其在問題解決上更增加了軟件備選方案，提升了解決能力和方便度。以萬用表為例，傳統(tǒng)的機(jī)械指針表或者電子表對數(shù)據(jù)的處理都是停留在測定階段，能夠從中得到的數(shù)據(jù)也只是單純的電流、電壓、電阻大小、通路是否正常等，針對多組數(shù)據(jù)的綜合計(jì)算要記錄后由人工操作。智能儀表系統(tǒng)則不同，其中的萬用表模塊不僅能夠測定某一單項(xiàng)數(shù)據(jù)，而且能夠?qū)Χ嘟M數(shù)據(jù)進(jìn)行合并求和或者整體統(tǒng)計(jì)。對于需要二次計(jì)算的使用人來說，智能儀表萬用表有效縮短了用戶的計(jì)算步驟，提升了用戶體驗(yàn)并保持了儀表本身的核定精度。

2.4? ? 智能對話，操控便利

智能儀表控制系統(tǒng)擁有智能對話的特點(diǎn)。相比傳統(tǒng)的開關(guān)控制，儀表系統(tǒng)的智能化讓遠(yuǎn)程操作和反饋成為現(xiàn)實(shí)。在系統(tǒng)使用前期，技術(shù)人員只要在程序中預(yù)存好相關(guān)指令就能完成操作。使用中，技術(shù)人員遠(yuǎn)程鍵入信息，系統(tǒng)可以自動(dòng)搜索和執(zhí)行過程。

同時(shí)，所測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)顯示在屏幕中，節(jié)省了以往需要技術(shù)人員兩端跑的時(shí)間或者要配備2名人員的人力，方便技術(shù)員及時(shí)、直觀地查看、對比[2-4]。

2.5? ? 通信連接，構(gòu)建復(fù)合程控操作環(huán)境

由于智能電氣儀表控制系統(tǒng)中內(nèi)設(shè)對外GPIB或者點(diǎn)對點(diǎn)接口，使得其除了單獨(dú)使用外還可以與其他機(jī)器連接，創(chuàng)建更加復(fù)合的檢測環(huán)境、豐富系統(tǒng)檢測功能，適用于更廣的任務(wù)范圍。正是由于這一特點(diǎn)，使其成為農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域的常用系統(tǒng)[5]。

3? ? 智能控制儀表在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用策略

3.1? ? 慎選設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)，適配我國農(nóng)業(yè)需求

現(xiàn)今我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的智能儀表控制系統(tǒng)應(yīng)用還未進(jìn)入廣泛推進(jìn)階段，且已有的智能控制儀表系統(tǒng)也多為引進(jìn)使用。在這種情況下，相關(guān)部門如何引入合理的設(shè)備，并對引入系統(tǒng)進(jìn)行貼合地區(qū)的改善，從而更加適用于我國農(nóng)業(yè)發(fā)展需求成為重點(diǎn)。結(jié)合目前系統(tǒng)應(yīng)用背景，可以從以下方面進(jìn)行把控和優(yōu)化[6-7]。

一是重視和控制引入系統(tǒng)及設(shè)備的硬性條件，著重對系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、抗干擾性、數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確性、設(shè)備測量精度等方面進(jìn)行考察，深入了解系統(tǒng)測試階段的整體表現(xiàn)，從而選擇一套性價(jià)比最優(yōu)的設(shè)備系統(tǒng)。

二是適當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)能耗。在明確系統(tǒng)各功能及各時(shí)段能耗使用情況的前提下，通過分區(qū)分段的方式來調(diào)整電力持續(xù)輸出的模式，降低電力消耗。能耗是系統(tǒng)設(shè)備工作壽命長短的重要影響因素。相關(guān)技術(shù)人員也可在解析系統(tǒng)電壓與控制聯(lián)系的基礎(chǔ)上，盡可能縮小電壓變化對整體系統(tǒng)的損傷，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化、提升設(shè)備效率的目的。

3.2? ? 減輕干擾影響，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行

智能儀表控制系統(tǒng)使用復(fù)雜，故而對不同項(xiàng)目，如測溫、風(fēng)力、土壤條件等參數(shù)測定時(shí)，周圍條件甚至機(jī)器本身的不同因素都可能會對測定過程產(chǎn)生干擾，影響最終數(shù)據(jù)的結(jié)果計(jì)算統(tǒng)計(jì)。為了預(yù)防和減弱干擾所導(dǎo)致的影響，首先，需要相關(guān)人員就設(shè)備儀器本身進(jìn)行設(shè)定。在測定系統(tǒng)穩(wěn)定性之前通過不同情況的預(yù)設(shè)考察其本身的抗干擾性能，明確系統(tǒng)對干擾項(xiàng)的處理速度和能力，從而確保整體系統(tǒng)測定效果[3]。其次，可以在系統(tǒng)設(shè)備安裝時(shí)結(jié)合實(shí)地情況調(diào)整部分結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)定，降低外力影響。

除此之外，為穩(wěn)定系統(tǒng)測試效果，相關(guān)技術(shù)人員在系統(tǒng)使用的過程中也要及時(shí)處理發(fā)生的故障，減輕因故障對測定結(jié)果的影響。數(shù)據(jù)測定和結(jié)果反饋對智能儀表的控制動(dòng)向非常重要，因此排除干擾影響、保障測定結(jié)果準(zhǔn)確也在一定程度保障了農(nóng)業(yè)活動(dòng)的正常進(jìn)行[8]。

3.3? ? 結(jié)合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，創(chuàng)造更豐富的系統(tǒng)功能

隨著我國推進(jìn)智能儀表控制力度的不斷增大以及國家農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化的不斷發(fā)展，智能儀表系統(tǒng)在未來必然要做更深入的功能研發(fā)。針對這一點(diǎn)有兩方面可以進(jìn)行延伸[9]。

一是增添專屬儀表智能控制系統(tǒng)模塊。通過一定的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)使用人員針對特定作物種類的主動(dòng)選擇，允許其針對某項(xiàng)作物如玉米進(jìn)行專職數(shù)據(jù)測定、對比，從而改善特定地區(qū)作物生長無法掌控的情況，更好地提升地區(qū)的農(nóng)業(yè)水平[10]。

二是功能延伸?？梢钥紤]與其他設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，逐步開發(fā)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的其他機(jī)械與智能儀表系統(tǒng)連接的可能性，最終形成一個(gè)完整的聯(lián)動(dòng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能、無人生產(chǎn)的目標(biāo)[11]。

4? ? 結(jié)束語

雖然目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化儀表控制還處在初期，但隨著國家智能化規(guī)劃及國內(nèi)技術(shù)條件成熟，智能控制儀表必然會成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在此背景下，農(nóng)業(yè)科研、技術(shù)單位及相關(guān)人員對系統(tǒng)運(yùn)行原理和特點(diǎn)優(yōu)勢的掌握十分重要。只有掌握了系統(tǒng)原理和特點(diǎn)，才能合理地與我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀相結(jié)合。只有明確了系統(tǒng)運(yùn)行要點(diǎn)，才能更有針對性地進(jìn)行優(yōu)化和二次創(chuàng)造研發(fā)。我國作為有能力創(chuàng)造“超級水稻”的農(nóng)業(yè)大國，相信在不久的將來，智能儀表控制系統(tǒng)研發(fā)、應(yīng)用與農(nóng)產(chǎn)自動(dòng)化的目標(biāo)也都會逐步實(shí)現(xiàn)。

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