機電一體化系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械工程中的應(yīng)用試析

劉力碩

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京210046）

1 機電一體化系統(tǒng)及其優(yōu)勢

機電一體化系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械工程具有顯著的優(yōu)勢。高度智能化的系統(tǒng)能夠減少人工投入，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率，降低生產(chǎn)成本。一體化系統(tǒng)減少了資源占用，有利于推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化和現(xiàn)代化。機電一體化系統(tǒng)通常具有環(huán)境友好的特點，污染小，對環(huán)境破壞少，節(jié)能效果好，對綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 機電一體化系統(tǒng)的主要技術(shù)

2.1 信息技術(shù)

信息技術(shù)是機電一體化系統(tǒng)的核心技術(shù)，對信息傳遞的準(zhǔn)確和完整起到?jīng)Q定性作用，影響整個機電一體化系統(tǒng)的運行質(zhì)量和效率。信息技術(shù)處于高速發(fā)展的階段，處理方式和速度不斷取得突破，在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)注意引進先進技術(shù)，提高系統(tǒng)的可靠性和有效性。

2.2 機械技術(shù)

機電一體化系統(tǒng)的高效應(yīng)用依賴于農(nóng)業(yè)機械工程中設(shè)備的機械水平，機械設(shè)備的性能對機電一體化系統(tǒng)的運行具有重要的影響。通過材料替代、功能的集約化或技術(shù)的更新?lián)Q代，能夠有效減輕機械設(shè)備的重量、縮小機械設(shè)備的體積，提高機電一體化系統(tǒng)的運行效率。

2.3 感應(yīng)技術(shù)

機電一體化系統(tǒng)需要精度和靈敏度高、功能多樣的感應(yīng)裝置，對工程的溫度濕度、光照強度、電能電量等參數(shù)進行感應(yīng)和傳輸，以提高機電一體化系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確性。傳感器需要穩(wěn)定的工作環(huán)境，應(yīng)提高感應(yīng)技術(shù)的抗破壞和抗干擾能力，并加強環(huán)境的檢測，定期對感應(yīng)裝置和線路進行維護，以防傳感器損壞。

2.4 控制技術(shù)

控制技術(shù)是機電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，通過自動化的檢測、分析和運行對機械設(shè)備發(fā)出指令，實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的正常運行。控制技術(shù)需要不斷調(diào)試、優(yōu)化，根據(jù)具體作業(yè)情況改變控制方式和參數(shù)，保證控制的有效性和科學(xué)性，提高機電一體化系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

3 機電一體化系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械工程中的應(yīng)用

3.1 監(jiān)控功能

機電一體化設(shè)備的應(yīng)用需要進行監(jiān)督，保證農(nóng)業(yè)機械的運行安全。傳統(tǒng)的機電一體化設(shè)備是采取人工監(jiān)督的方式，效率低，限制大，對機電一體化設(shè)備的故障和風(fēng)險的檢查存在不小的漏洞，通常需要在故障發(fā)生之后再進行處理，極易造成設(shè)備較嚴(yán)重的損壞。機電一體化系統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)能夠?qū)υO(shè)備進行運行全程的實時監(jiān)控，將監(jiān)控信息傳輸?shù)较到y(tǒng)終端，使操作者能夠隨時隨地掌握設(shè)備運行情況，通過系統(tǒng)的總控臺進行遠(yuǎn)程控制和操作。

例如河南某地農(nóng)戶在蔬菜種植的溫室大棚中使用了四臺電機，其中風(fēng)門電機為蔬菜生長提供不間斷的通風(fēng)，使大棚空氣對流，保證溫度和濕度；暖風(fēng)和冷風(fēng)電機在棚內(nèi)溫度過低和過高的情況下進行加熱或降溫，使蔬菜的生長處于適合溫度；加濕電機能夠調(diào)整大棚內(nèi)的濕度適合蔬菜的生長。溫室大棚內(nèi)的種植的蒜黃生長周期為20天左右，最適宜的溫度為20～25℃、相對濕度為75%到85%，溫室大棚自動控制系統(tǒng)采用計PLC控制系統(tǒng)，將四臺電機聯(lián)通，協(xié)調(diào)大棚內(nèi)的環(huán)境條件。溫度和濕度傳感器能夠檢測大棚內(nèi)的環(huán)境條件是否達(dá)到蒜苗生長的最佳狀態(tài)，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)門電機的運行，在大棚內(nèi)溫度和濕度均勻達(dá)到預(yù)定值時自動降低運行速度；當(dāng)濕度低于預(yù)定值時，加濕電機自動工作；當(dāng)溫度高于或低于預(yù)定值時，暖風(fēng)和冷風(fēng)電機自動工作。PLC控制系統(tǒng)能夠抵抗多種干擾，穩(wěn)定性強，能夠無故障連續(xù)運行30年，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供可靠的保障[1]。

3.2 節(jié)能降耗

農(nóng)業(yè)機械多為大型設(shè)備，能耗很高，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。機電一體化系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)機械的生產(chǎn)技術(shù)進行升級，將機電設(shè)備的功能進行整合優(yōu)化，一體化管理運行，提高能源的使用效率，減少能源浪費，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的促進作用。農(nóng)業(yè)機械工程中的污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重，機電一體化系統(tǒng)能夠減少污染排放，通過提高生產(chǎn)效率降低能耗，實現(xiàn)環(huán)境友好型生產(chǎn)，減少對生態(tài)的破壞。

例如山東某地在蔬菜的儲存與運輸中應(yīng)用的環(huán)保倉儲系統(tǒng)，能夠依靠電子溫度控制器來自動調(diào)節(jié)溫度，每種蔬菜的存儲條件不同，如大蔥在0～5℃能夠存儲7天，大蒜在-5℃左右能存放10天，生姜在7～10℃能存放15天，倉儲系統(tǒng)能夠選擇不同的蔬菜種類和存儲時間，自動調(diào)配儲存溫度，對不同儲存區(qū)域進行適合的溫度調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳儲存效果。多數(shù)冷藏系統(tǒng)只能進行統(tǒng)一的溫度設(shè)置，冷氣下沉，造成溫度不均，儲藏條件不佳，而環(huán)保倉儲系統(tǒng)通過溫度的自動調(diào)節(jié)，加強空氣對流，使倉儲環(huán)境內(nèi)上層和下層的溫度均勻，空氣保持新鮮，有利于多種蔬菜的儲藏。環(huán)保倉儲系統(tǒng)采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)，無需氟利昂等對生態(tài)環(huán)境有害的成分參與，不產(chǎn)生污染，對環(huán)境十分友好。環(huán)保倉儲系統(tǒng)提高了蔬菜儲存和運輸?shù)男Ч瑴p少了蔬菜的浪費，對環(huán)境破壞小，不受自然條件的影響，具有強大的優(yōu)勢，值得推廣。

3.3 提高精度

農(nóng)業(yè)機械工程的工作質(zhì)量受到施工精度的重要影響，農(nóng)業(yè)機械的施工過程存在大量測量、檢驗、核算等工作，對精度的要求非常高。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械施工通過人工進行測量、檢驗，主觀性較強，容易發(fā)生失誤和遺漏，數(shù)字的準(zhǔn)確性存在較大缺陷，對工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。機電一體化系統(tǒng)能夠大幅提升農(nóng)業(yè)機械工程的施工精度，通過計算機進行數(shù)字計算，幾乎沒有誤差，計算結(jié)果直接進入機電一體化系統(tǒng)生成運行參數(shù)，指揮農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的作業(yè)。機電一體化系統(tǒng)的計算和運行過程不受外界因素的干擾，可以實現(xiàn)長時間連續(xù)作業(yè)，具有人工無法實現(xiàn)的準(zhǔn)確性和有效性，相比人工作業(yè)具有巨大的優(yōu)勢。

例如在作物栽種時利用光學(xué)鼠標(biāo)進行精度控制，光學(xué)鼠標(biāo)內(nèi)的二極管通過光線與地面的反射記錄移動軌跡，在數(shù)字處理器上對移動數(shù)值進行分析處理，對光學(xué)鼠標(biāo)進行定位，判斷植株的栽種位置，保證植株間保持科學(xué)的間距。光學(xué)鼠標(biāo)能夠識別0.01mm內(nèi)的距離變化，根據(jù)預(yù)設(shè)的距離和作業(yè)范圍調(diào)整運行速度，達(dá)到植株栽種的最佳效果，大大提高作物成活率，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加精細(xì)化、集約化[2]。

3.4 技術(shù)升級

機電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用對農(nóng)業(yè)機械工程是巨大的創(chuàng)新和升級，改變了傳統(tǒng)機械復(fù)雜的操作模式，具有高度的智能化和自動化。機電一體化系統(tǒng)將各農(nóng)業(yè)機械設(shè)備聯(lián)結(jié)為一體，集中化控制和調(diào)配，加強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的聯(lián)系，提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)備運行效率，優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的性能，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)產(chǎn)生革命性的影響。

4 提高機電一體化系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械工程中的應(yīng)用的建議

4.1 優(yōu)化設(shè)計方案

機電一體化系統(tǒng)的推廣應(yīng)用依賴于農(nóng)業(yè)機械工程的整體設(shè)計，農(nóng)業(yè)機械需要進行技術(shù)改造或升級，提高科學(xué)含量，提升運行水平，機電一體化系統(tǒng)需要符合生產(chǎn)條件的要求，具有普遍的適應(yīng)性[3]。

4.2 加強施工控制

在農(nóng)業(yè)機械工程的施工過程中，要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進行作業(yè)，并且遵照施工各項工藝的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證工程質(zhì)量。施工時要采用先進的技術(shù)和設(shè)備，對落后、老舊的設(shè)備進行淘汰，提高機電一體化水平。施工中要保證工程和施工人員的安全，加強隱患排查和風(fēng)險預(yù)估。工程完成后要進行嚴(yán)格的驗收和檢測，對隱藏性風(fēng)險多加關(guān)注。

4.3 培養(yǎng)人才

機電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用對技術(shù)人才的需求尤為迫切，農(nóng)業(yè)一線生產(chǎn)人員需要掌握先進的科學(xué)知識和操作技術(shù)，掌握電氣知識、自動化知識和計算機知識，熟練操作先進農(nóng)業(yè)機械設(shè)備和機電一體化控制系統(tǒng)。相關(guān)企業(yè)必須加強對工作人員的專業(yè)培訓(xùn)，使工作人員對機電一體化系統(tǒng)具有深入了解，靈活地運用專業(yè)知識進行作業(yè)，提高工作中各種問題的應(yīng)對能力。

5 結(jié)語

機電一體化系統(tǒng)為農(nóng)業(yè)機械工程的發(fā)展具有重要的促進作用，擁有廣闊的應(yīng)用空間，相關(guān)人員應(yīng)加強探索，將理論與實踐相結(jié)合，提高機電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用水平，促進農(nóng)業(yè)發(fā)展。