農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

王金鋒 徐 德

（河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000）

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，因此我國(guó)始終重視農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，持續(xù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量、高精度、高效率生產(chǎn)的同時(shí)［1］，節(jié)約勞動(dòng)力、物力，控制好生產(chǎn)成本。而要想全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量，需要將自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)機(jī)中，持續(xù)開發(fā)新的機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)，把先進(jìn)、適用的機(jī)械化設(shè)備與技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，以彌補(bǔ)勞動(dòng)力不足的問(wèn)題，同時(shí)提升生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)。

1 農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

與以往的耕種情況相比，當(dāng)下國(guó)家推廣的農(nóng)機(jī)自動(dòng)化操控技術(shù)不僅僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約了農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力，而且大大提升了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收益。但因?yàn)槲覈?guó)引入農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)的時(shí)間較晚，相應(yīng)的技術(shù)不夠成熟，因此在具體應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)了許多問(wèn)題［2］。首先，農(nóng)戶自身機(jī)械化生產(chǎn)意識(shí)較為淡薄。因?yàn)榇蟛糠洲r(nóng)戶非常依賴以往的耕種方法，對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械化知之甚少，也不具備相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)。其次，通常機(jī)械設(shè)施價(jià)格昂貴，造成農(nóng)機(jī)推廣、應(yīng)用受阻。再次，機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，難以滿足廣大農(nóng)戶的需求，設(shè)施操作起來(lái)比較復(fù)雜，農(nóng)戶未掌握設(shè)施操作技巧，反而降低了耕種效率。最后，農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)的推廣應(yīng)用需要相應(yīng)的資金保障，但當(dāng)前在此方面投入的經(jīng)費(fèi)不足。例如，機(jī)械設(shè)備研發(fā)期間因?yàn)橘Y金投入不足，導(dǎo)致研發(fā)工作難以有效落實(shí)，制約了農(nóng)機(jī)的優(yōu)化升級(jí)。

2 農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 元器件高精度反饋

應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)的農(nóng)機(jī)的控制精度通常依附于每項(xiàng)元器件所產(chǎn)生的信號(hào)反饋，所以元器件自身的反饋精度會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)機(jī)本身的精度。以位置信息的反饋為例，以往機(jī)械設(shè)備中傳感器的位置反饋精度約為5 cm，而現(xiàn)階段使用的一般都是光電編碼器，其可以把反饋精度控制在0.2 cm 以內(nèi)，這就使農(nóng)機(jī)自身的自動(dòng)化控制精度得到了提升。另外，以往機(jī)械設(shè)備中的傳感器的實(shí)際功耗會(huì)超出理論功耗，并且需要定期更換組件。但光電編碼器不需要直接接觸，相應(yīng)的磨損和功耗較低，這也是現(xiàn)階段光電編碼器在農(nóng)機(jī)中得到廣泛普及的重要因素。

2.2 自我診斷

與其他農(nóng)機(jī)有所不同，運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)的農(nóng)機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控自身的工作情況，如果系統(tǒng)中某一部分發(fā)生異常情況，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)聲音與光纖報(bào)警，同時(shí)準(zhǔn)確顯現(xiàn)故障位置［3］。針對(duì)一般故障，系統(tǒng)能展開自我診斷與修復(fù)，讓系統(tǒng)可以時(shí)刻處于最佳工作狀態(tài)。而當(dāng)一些比較重要的組件或硬件遭到損壞時(shí)，需要專業(yè)維修工作者實(shí)施維修。

2.3 可靠性很高

農(nóng)機(jī)在操控中所有I/O 輸入或輸出的信息大多運(yùn)用的是采光隔離方式，這樣能讓農(nóng)機(jī)在正常工作時(shí)其外部的電路和控制器內(nèi)部電路間能隔離開來(lái)。每個(gè)輸入端所運(yùn)用的濾波器都是正確的，同時(shí)挑選的濾波時(shí)間常數(shù)也是比較適合的?？刂葡到y(tǒng)中的每個(gè)模塊都運(yùn)用了有效的屏蔽措施，避免農(nóng)機(jī)在較為惡劣的工作條件下受到干擾，并且對(duì)電控元件進(jìn)行嚴(yán)格挑選，選取質(zhì)量好的傳感器與開關(guān)電源，因而保證了農(nóng)機(jī)應(yīng)用的可靠性。

2.4 配置簡(jiǎn)便靈活

當(dāng)下，控制器與傳感器技術(shù)發(fā)展非常迅速，I/O 卡件的種類日益多樣化，很多廠家生產(chǎn)的自動(dòng)化操控元件及系統(tǒng)逐漸成熟，并且其運(yùn)用更加簡(jiǎn)單化與靈敏化。針對(duì)各種農(nóng)機(jī)在工作期間的自動(dòng)化控制項(xiàng)目需求選擇相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如脈沖或者電位、開關(guān)量及模擬量、強(qiáng)電或者弱點(diǎn)、電壓或者電流等，還有對(duì)應(yīng)的I/O模塊、所有的器件與設(shè)備等［4］。為了順應(yīng)每種農(nóng)機(jī)操控的需要，排除一些單元式小型操控器外，大部分操控器所運(yùn)用的都是模塊化結(jié)構(gòu)。例如，操控器的各種組件如CPU、電源與I/O 均運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)，各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使機(jī)械設(shè)備迅速恢復(fù)運(yùn)行。例如，光電傳感器發(fā)生故障后，可更換其模塊，并對(duì)替換下的模塊進(jìn)行檢修，進(jìn)而節(jié)約維修時(shí)間，提高農(nóng)機(jī)的工作效率。

3 自動(dòng)化控制技術(shù)在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用

進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)，運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)的農(nóng)機(jī)能進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率，減少人們的生產(chǎn)負(fù)擔(dān)。下面以智能蔬菜大棚內(nèi)部運(yùn)用的小型機(jī)械設(shè)施作為案例，分析其運(yùn)用的自動(dòng)化控制技術(shù)。

3.1 空間溫度與濕度自動(dòng)化控制技術(shù)

大棚蔬菜種植可以給農(nóng)民帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)收益，但以往在大棚蔬菜種植期間需要農(nóng)民加強(qiáng)實(shí)時(shí)的監(jiān)督與管理。針對(duì)此，研究者進(jìn)行自動(dòng)化大棚設(shè)計(jì)期間，需要在大棚中適宜的位置安裝足夠的溫度與濕度傳感器，實(shí)時(shí)收集溫度與濕度信息，同時(shí)把信息發(fā)送到主計(jì)算機(jī)上，主計(jì)算機(jī)能依據(jù)提前設(shè)計(jì)的閾值操控排風(fēng)、干燥與加濕操作，確保大棚內(nèi)部的溫度與濕度維持在適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。

3.2 自動(dòng)化采摘技術(shù)

隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種農(nóng)作物的自動(dòng)化管理。例如，采摘設(shè)備根據(jù)預(yù)設(shè)的路線，將采摘目標(biāo)的相關(guān)情況返回系統(tǒng)，再由計(jì)算機(jī)對(duì)采摘設(shè)備下達(dá)指令。采摘設(shè)施按照制定的路線，可以利用不同類型的傳感器對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)情況進(jìn)行分析，判斷其是否達(dá)到采摘條件，對(duì)于達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的蔬菜實(shí)施采摘。該技術(shù)需要操作員根據(jù)不同的蔬菜種類設(shè)置采摘指標(biāo)，對(duì)工作人員計(jì)算機(jī)操作水平提出了較高的要求。

3.3 視覺識(shí)別技術(shù)

由于不同蔬菜對(duì)光照的需求不同，農(nóng)戶需要不斷根據(jù)蔬菜的生長(zhǎng)周期來(lái)調(diào)整光照類型和強(qiáng)度。這對(duì)農(nóng)戶來(lái)說(shuō)難度較大且勞動(dòng)量較大，難以實(shí)現(xiàn)精確控制。在蔬菜大棚的自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)添加視覺識(shí)別系統(tǒng)，可以對(duì)大棚內(nèi)不同的蔬菜進(jìn)行區(qū)分，根據(jù)不同生長(zhǎng)周期對(duì)應(yīng)的不同外觀變化調(diào)整棚內(nèi)自動(dòng)遮光系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光照強(qiáng)度的控制。這一過(guò)程不需要人為參與，可有效降低勞動(dòng)成本。但是，視覺識(shí)別技術(shù)應(yīng)用成本較高，因此更適用于種植高附加值蔬菜的大棚。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用能確保生產(chǎn)質(zhì)量與效率的提升，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所帶來(lái)的環(huán)境污染，提升農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，加大農(nóng)產(chǎn)品銷售量，從而增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收益，推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。現(xiàn)階段，我國(guó)農(nóng)民的機(jī)械化生產(chǎn)意識(shí)還有待提高，對(duì)自動(dòng)化農(nóng)機(jī)設(shè)備的應(yīng)用認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致自動(dòng)化農(nóng)機(jī)設(shè)備的推廣應(yīng)用受到了一定阻礙，需要農(nóng)業(yè)部門加強(qiáng)宣傳與培訓(xùn)，轉(zhuǎn)變農(nóng)民的認(rèn)識(shí)，并提高其農(nóng)機(jī)操作水平。