自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用分析

韓彥龍

(河北石油職業(yè)技術(shù)大學(xué) 機(jī)械工程系，河北 承德 067000)

0 引言

農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)發(fā)展中，對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用需求比較大，為能保障各項(xiàng)工作順利開展，就需要從工作創(chuàng)新方面加強(qiáng)重視，將先進(jìn)的技術(shù)融入到農(nóng)業(yè)機(jī)械中，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展提供技術(shù)上的支持，這是提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)能力的重要舉措?，F(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)機(jī)械中對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用需求比較大，從工作創(chuàng)新的角度進(jìn)行應(yīng)用方案設(shè)計(jì)，有助于實(shí)現(xiàn)既定工作目標(biāo)。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)控制應(yīng)用作用和應(yīng)用問題

1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)控制應(yīng)用作用

農(nóng)業(yè)機(jī)械中對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用有著重要作用，從以下幾點(diǎn)作用進(jìn)行闡述。

1.1.1 可靠作用

將自動(dòng)控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮其高可靠性作用優(yōu)勢(shì)，這對(duì)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平有著促進(jìn)作用。農(nóng)業(yè)機(jī)械在實(shí)際運(yùn)用中通過輸入以及傳出信號(hào)，發(fā)揮光電隔離的作用，能夠保障機(jī)械運(yùn)營內(nèi)外電路間運(yùn)行隔離，機(jī)械運(yùn)營每個(gè)控制系統(tǒng)都有自身模塊對(duì)應(yīng)屏蔽舉措，能保障農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用效果以及使用質(zhì)量[1]。

1.1.2 實(shí)時(shí)作用

自動(dòng)控制的應(yīng)用能發(fā)揮實(shí)時(shí)作用，主要是在應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)時(shí)，信號(hào)傳輸效率高，有效保障農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行的安全，在操作上也能更加的有時(shí)效，從整體上提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.1.3 精準(zhǔn)操控

自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用的精準(zhǔn)操控也是重要的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制目標(biāo)，在嚴(yán)格規(guī)范控制系統(tǒng)的運(yùn)用下，能保障系統(tǒng)功能正常，最大程度上提升自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量，保障自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用效果。

1.1.4 自我診斷

自動(dòng)控制技術(shù)能發(fā)揮自我診斷的功能，農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的質(zhì)量效果對(duì)生產(chǎn)狀況有著直接影響，所以在實(shí)踐工作中為能提高生產(chǎn)力水平，需要保障機(jī)械運(yùn)行的正常，在出現(xiàn)故障的時(shí)候能夠自我診斷，從而有效提升系統(tǒng)應(yīng)用的效果[2]。而通過自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用能發(fā)揮自我診斷故障的作用，傳感器把采集的數(shù)據(jù)信息反饋到中央控制系統(tǒng)，通過專家系統(tǒng)研讀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫當(dāng)中對(duì)比分析外部參數(shù)，有利于對(duì)設(shè)備運(yùn)行故障充分了解，做好系統(tǒng)自我修復(fù)，有助于提升設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的效果。

1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)控制應(yīng)用問題

現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械中對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用存在著一定的問題，如應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)的重視度不足，社會(huì)各方面對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行結(jié)合的認(rèn)識(shí)不全面，相關(guān)管理部門以及農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域人員對(duì)該項(xiàng)工作的認(rèn)識(shí)不充足，使自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展存在的困難較大，自動(dòng)控制技術(shù)無法在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)有的作用價(jià)值，影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，也會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化發(fā)展產(chǎn)生很大的阻礙[3]。另外，自動(dòng)控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)合的研究能力還需要進(jìn)一步強(qiáng)化，多數(shù)機(jī)械僅適用平原地區(qū)，對(duì)于地形復(fù)雜的山區(qū)來說，機(jī)械應(yīng)用存在著不適用問題，在這一方面的技術(shù)應(yīng)用研究工作相對(duì)缺失，對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。

1.2.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)控制可行性問題

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)設(shè)備，如農(nóng)耕機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、播種機(jī)等，其操控主要是通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)的。在設(shè)備正常工作時(shí)，需要駕駛員操控設(shè)備，結(jié)合周邊環(huán)境，實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。如直線耕種的農(nóng)耕機(jī)可以適當(dāng)提高播種速度，遇到轉(zhuǎn)彎、耕地路況不良時(shí)要適當(dāng)降低農(nóng)耕速度以保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性。人機(jī)交互的操控過程中，駕駛員起到的主要作用包括：操控農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備啟停、實(shí)時(shí)改變農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、緊急情況處理、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行軌跡控制等。而這些問題是可以通過自動(dòng)控制技術(shù)得到解決的。通過自動(dòng)控制技術(shù)中編程模塊，控制農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行軌跡和運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)具體需求，對(duì)自動(dòng)控制編程模塊進(jìn)行修正和完善。通過控制農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備內(nèi)燃機(jī)啟停、變速器擋位等實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的自動(dòng)控制。這些自動(dòng)控制功能都是在合理結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械傳統(tǒng)操控部件和機(jī)械操控方式基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制具體執(zhí)行過程中，還要注以下問題。一是拓寬自動(dòng)控制模塊的柔性，即自動(dòng)控制模塊可以結(jié)合實(shí)際使用情況進(jìn)行更新升級(jí)。二是增強(qiáng)自動(dòng)控制模塊對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性，大多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)伴有噪音、振動(dòng)、泥土飛揚(yáng)等惡劣環(huán)境，要保證自動(dòng)控制模塊的工作可靠性。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，上述技術(shù)問題都應(yīng)當(dāng)?shù)玫胶芎玫慕鉀Q。

1.2.2 自動(dòng)控制技術(shù)模塊與機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容問題

現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備大多采用內(nèi)燃機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，而自動(dòng)控制模塊則需要電源來驅(qū)動(dòng)程序。自動(dòng)控制模塊大多選用PLC編程電路板作為程序存儲(chǔ)設(shè)備，而電路板的正常運(yùn)行則需要控制電路的配合電源實(shí)現(xiàn)。在已有農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加自動(dòng)控制線路和電源，不僅會(huì)增加農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，復(fù)雜的控制電路還可能阻礙農(nóng)業(yè)機(jī)械正常功能的運(yùn)行。由于現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并未考慮控制模塊的加入，并未留有控制電路的布線空間。應(yīng)注意采用合理方法解決自動(dòng)控制技術(shù)模塊與機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容問題。其一，處于研發(fā)階段并未投產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，適當(dāng)修改機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，為自動(dòng)控制技術(shù)模塊的鍵入和更新升級(jí)留有足夠空間和結(jié)構(gòu)支持。其二，已經(jīng)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，采用模塊化的自動(dòng)控制電路板，隨著自動(dòng)控制電路板的更新升級(jí)，采用模塊替換的方式來實(shí)現(xiàn)。

1.2.3 自動(dòng)控制農(nóng)業(yè)機(jī)械資金投入問題

隨著《中國智能制造2025》戰(zhàn)略的頒布和實(shí)施，國家加大了高精端智能制造設(shè)備的研發(fā)投入比例，如智能機(jī)器人、增材制造技術(shù)等。相比之下農(nóng)業(yè)機(jī)械并沒有得到足夠的重視。其主要原因分析如下。其一，農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的研究學(xué)者和相關(guān)課題不夠豐富，學(xué)者更加青睞于高精端的機(jī)械設(shè)備的研發(fā)，對(duì)于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備興趣不足。其二，我國作為農(nóng)業(yè)大國，糧食的產(chǎn)量和儲(chǔ)備可以較好的滿足人民的需求，導(dǎo)致對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的改進(jìn)和升級(jí)缺乏主動(dòng)性。其三，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備相對(duì)利潤(rùn)率低，設(shè)備低端，可替代性強(qiáng)，不具備足夠的行業(yè)吸引力?；谶@種現(xiàn)狀可以采取如下措施得到改善。一是農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備融合自動(dòng)控制技術(shù)，充實(shí)設(shè)備利潤(rùn)率，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)的高度，吸引更多的投資團(tuán)隊(duì)。二是呼吁出臺(tái)相應(yīng)的政策扶持，對(duì)于從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的人員給予適當(dāng)補(bǔ)貼，提高從業(yè)人員待遇，提升行業(yè)熱度。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用

自動(dòng)控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械有機(jī)結(jié)合，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展的重要保障，在實(shí)踐方面要充分重視。

2.1 施肥自動(dòng)控制技術(shù)

農(nóng)業(yè)機(jī)械中對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)加以科學(xué)靈活運(yùn)用，對(duì)于提升農(nóng)業(yè)機(jī)械良好發(fā)展有著積極促進(jìn)作用。實(shí)現(xiàn)施肥的自動(dòng)化、智能化，提高生產(chǎn)管理質(zhì)量，是帶動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要?jiǎng)恿4]。如農(nóng)業(yè)施肥以及灌溉等環(huán)節(jié)，通過自動(dòng)控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行緊密結(jié)合，提升化肥以及水資源的整體利用效率，這對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平以及生產(chǎn)效率的提升能起到促進(jìn)作用，施肥過程在自動(dòng)控制技術(shù)的支持下，能和灌溉施肥環(huán)節(jié)相結(jié)合，將肥料與水充分融合，一同輸送到自動(dòng)化施肥的目標(biāo)位置。自動(dòng)施肥灌溉改變了以往的工作方式，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用能大大節(jié)省人工成本以及材料成本，提升施肥工作效率，大大推動(dòng)了農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展。

2.2 地理信息技術(shù)應(yīng)用

將自動(dòng)控制技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械相融合，可以有效地發(fā)揮地理信息技術(shù)作用，從而為提升農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)效率提供重要保障。地理信息系統(tǒng)作為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)之一，合理融入到業(yè)機(jī)械，能夠保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作與控制技術(shù)緊密聯(lián)系。將兩者技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，從而有效提升機(jī)械的自動(dòng)化程度。發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的作用，做好數(shù)據(jù)的細(xì)化監(jiān)測(cè)，如分析土壤環(huán)境狀況等，能對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率綜合評(píng)估發(fā)揮有益作用，保障信息動(dòng)態(tài)化管理的目標(biāo)[5]。農(nóng)作物病蟲害受災(zāi)面積與程度可以運(yùn)用地理信息技術(shù)全面了解，工作人員在收集到相關(guān)數(shù)據(jù)信息后迅速制定行之有效的措施，實(shí)現(xiàn)合理預(yù)估人工成本，最大程度上避免人力資源浪費(fèi)，能最大程度上縮短農(nóng)藝技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中時(shí)間。

2.3 自動(dòng)化采摘控制技術(shù)應(yīng)用

運(yùn)用自動(dòng)采摘技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)活動(dòng)相結(jié)合，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用下，設(shè)備可結(jié)合自動(dòng)傳感器的反饋來分析判斷蔬菜生長(zhǎng)的狀況，通過設(shè)置采摘方式和路徑等指令對(duì)設(shè)備控制，在農(nóng)作物滿足采摘條件時(shí)依照規(guī)定路線前進(jìn)并進(jìn)行采摘，采摘設(shè)備能和其它相關(guān)因素進(jìn)行緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行采摘的決策[6]。自動(dòng)控制技術(shù)能全面應(yīng)用能在自動(dòng)化蔬菜大棚當(dāng)中，實(shí)用性強(qiáng)，可大幅提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。通過自動(dòng)采摘技術(shù)科學(xué)化運(yùn)用，可大大提升農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化水平，這對(duì)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展能起到促進(jìn)作用。

2.4 自動(dòng)化溫室控制技術(shù)實(shí)踐

農(nóng)業(yè)機(jī)械中對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用，是提升自動(dòng)化生產(chǎn)質(zhì)量的重要保障，從自動(dòng)溫室控制技術(shù)的應(yīng)用方面來看，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用下對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)帶來了新發(fā)展機(jī)遇，自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用能降低天氣因素對(duì)農(nóng)作物形成的不利影響?，F(xiàn)階段我國農(nóng)業(yè)溫室大棚產(chǎn)業(yè)的發(fā)展較快，通風(fēng)設(shè)備以及室內(nèi)采光設(shè)備等科學(xué)應(yīng)用，都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目標(biāo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展提供技術(shù)支持。自動(dòng)化溫室控制技術(shù)主要是對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)以及集成軟件和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等諸多技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室大棚控制設(shè)各環(huán)節(jié)的信息化以及標(biāo)準(zhǔn)化，有助于實(shí)現(xiàn)完備的信息基礎(chǔ)支撐，能實(shí)現(xiàn)更加透徹的農(nóng)業(yè)信息感知，以及集中化數(shù)據(jù)資源和互聯(lián)互通，提供貼心的公眾服務(wù)。如智能溫控系統(tǒng)的應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程獲得溫室大棚內(nèi)部空氣溫濕度以及二氧化碳濃度和土壤水分溫度等相應(yīng)的信息，系統(tǒng)也能采用計(jì)算機(jī)以及收集端向管理者發(fā)送監(jiān)測(cè)信息，有助于遠(yuǎn)程管理。

3 促進(jìn)自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的相關(guān)策略

3.1 發(fā)揮政府的扶持作用

政府部門要繼續(xù)加大對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)的政策扶持和引導(dǎo)力度。政府要繼續(xù)給予我國農(nóng)業(yè)自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備企業(yè)的科研技術(shù)支持，加強(qiáng)科研技術(shù)、資金以及相關(guān)政策扶持方面的支持，促進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備企業(yè)通過深入開展創(chuàng)新研發(fā)活動(dòng)，大大降低智能機(jī)械的研發(fā)成本以及造價(jià)。各級(jí)政府部門要充分強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)政策補(bǔ)貼扶持的引導(dǎo)作用，合理推廣現(xiàn)代農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼扶持政策，帶動(dòng)廣大農(nóng)民積極加入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)智能農(nóng)機(jī)和無人機(jī)的應(yīng)用推廣和規(guī)范使用中。

3.2 加強(qiáng)操作人員團(tuán)隊(duì)建設(shè)

保障我國農(nóng)業(yè)專用自動(dòng)控制設(shè)備的正常生產(chǎn)運(yùn)用，需要大批高技術(shù)水平農(nóng)業(yè)操作技術(shù)人員作為技術(shù)支撐。積極開展生產(chǎn)操作技術(shù)人員培訓(xùn)教育工作，能夠不斷提升技術(shù)人員的生產(chǎn)專業(yè)知識(shí)能力和生產(chǎn)實(shí)踐中的操作水平。各級(jí)地方農(nóng)業(yè)管理部門應(yīng)高度重視專業(yè)操作技術(shù)人員培訓(xùn)服務(wù)工作，定期組織和派遣專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行專業(yè)入職培訓(xùn)，或集中組織和開設(shè)專業(yè)培訓(xùn)課程開展活動(dòng)，為自動(dòng)控制技術(shù)人員提供統(tǒng)一的專業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會(huì)。此外，充分發(fā)揮我國政府的政策引導(dǎo)和農(nóng)機(jī)企業(yè)的協(xié)調(diào)作用，規(guī)范專業(yè)操作技術(shù)人員的具體使用行為和操作流程，盡可能降低自動(dòng)控制技術(shù)機(jī)的產(chǎn)品故障率，延長(zhǎng)其產(chǎn)品的使用壽命，促進(jìn)農(nóng)業(yè)工程的健康、可持續(xù)化的發(fā)展。

4 結(jié)語

總之，農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)揮自動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能從整體上提升技術(shù)應(yīng)用價(jià)值作用，有利于保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體質(zhì)量。本文對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用的探究，提出了農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)采摘技術(shù)以及自動(dòng)施肥控制技術(shù)等自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，希望能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用發(fā)展起到積極作用。

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