我國農機自動化技術的應用現狀與發展趨勢

寇元金，劉毅龍

（江西工業職業技術學院，330000，江西南昌）

1 我國農機自動化兩種關鍵技術的應用

1.1 可編程邏輯控制技術的應用

可編程邏輯控制技術（PLC 技術）在我國農機自動化生產作業中的應用相當廣泛，可以說是支撐我國農機自動化技術發展的核心技術。PLC 技術起源于1960年代末期，源于美國通用汽車公司的生產線改造項目，是一種專門應用于工農業環境下進行邏輯運算、順序控制、定時計數、算術運算等操作的智能控制技術，能夠輕松地處理現場數字或模擬信號，控制各類工農業機械設備實現自動化作業。發展至今，可編程邏輯控制技術已經滲透至我國農機自動化生產的方方面面，例如：農機運行測速與調速、農機自動運行控制監測、自動采摘農業機械手等。2020 年，四川省農業科學院科研人員以PLC 技術為核心研發了一款農機行駛路線優化自動控制系統，該系統采用定點步長連續尋點規劃的方式確定農機在田間運行的最優路徑[1]，并將PID算法引入農機運行電機控制的PLC 中，確保了農機運行路徑的最優化和連續化，上述科研成果成為可編程邏輯控制技術在我國農機自動化應用的經典。

1.2 現場總線通信技術的應用

大規模農機自動化作業需要基于可靠完善的通信網絡，通信網絡的作用在于：將大規模作業的農機設備有序地互聯在一起，通過中央處理設備可以向這些農機設備發送統一的指令、進行實時監控，以實現大規模農業機械設備有序作業控制的最終目標。現場總線通信技術是一種基于工業數據網絡的總線通信技術，它主要解決工業現場自動化設備的數字通信和信息傳遞問題，具有高效性、互聯性和集成性等特點，它的出現和應用大大提升了我國農機自動化作業的規模、通信效率和有序程度。現階段，運用于我國農機自動化作業的總線通信技術多種多樣，較具代表性的有CAN 總線通信技術、Profibus 總線通信技術、HART 總線通信技術等，其中，CAN 總線通信技術由于具有短幀結構、多主方式、開放互聯、離線性強等特點，被較為廣泛地應用在農機作業通信網的構建中。2017 年，中國農業大學的科研團隊在ISO11783 協議的基礎上改進并優化了CAN 總線通信協議，研發了一款拖拉機自動運行控制網絡通信系統，通過應用CANoe 網絡測試工具進行系統性能測試發現：該系統能夠快速建立起多臺拖拉機的運行監控通信網絡，實現對拖拉機運行更為高效、準確和穩定的自動控制。

2 我國農機自動化技術的發展趨勢

2.1 智能技術

智能技術的飛速發展為農機自動化作業注入了新的技術動力。現階段，智能技術在全球呈現百家爭鳴的發展趨勢，主要的技術類型包括：人工智能技術、神經網絡控制技術、數據挖掘應用技術等。各技術都有顯著的優勢和特性，并被逐漸引入農機自動化產品研發和實際作業應用中，陸續產生了一些應用效果。例如：2020 年，江西環境工程職業學院的研究團隊基于神經網絡和數據挖掘技術研發了一款農機案例學習決策系統，該系統以農業采摘自動化機械設備為應用對象，運用小波神經網絡算法對采摘農機設備的運動路徑、采摘定位識別、響應要素進行了建模計算和數據挖掘，結果傳送給采摘設備的中心處理器，以獲得高效的學習精度，為采摘設備自適應智能學習提供了更為精準的決策依據[2]。上述案例僅是農機智能自動化發展的一個縮影，在有效解決智能技術從理論研究到實踐應用的各類瓶頸問題，進一步提升智能技術對農機設備運行精度和響應速度的基礎上，農機智能自動化發展將不斷邁向新的高度。

2.2 虛擬自動化技術

在虛擬現實、物聯網、5G、衛星遙感等技術的助力下，虛擬自動化技術體系逐漸成形。具體來說，虛擬自動化技術是以VR、物聯網、移動互聯網和衛星遙感技術為基礎，并對上述技術進行優勢整合的基礎上形成的一種新業態技術。它的特點為：能夠通過視覺建模的方法生成動態虛擬作業現場，實現對真實作業現場的跟蹤、反饋和遠程監控，為用戶提供全面真實的視覺和作業操作體驗。它的優勢在于：能夠更好地實現對遠距離大規模農業自動化現場的虛擬監管，構建真正的無人值守式農機自動化作業場景。2020 年10 月，在福建舉辦的數字中國建設峰會上，基于虛擬自動化技術的“福建農業云131”系統正式亮相，該系統以VR、衛星遙感和5G 技術為核心，能夠對大規模農業生產現場農機運行裝備虛擬建模和現實生成，并將生成畫面和數據通過物聯網技術傳輸給用戶終端，技術人員可在距離真實作業現場數十公里外觀看農機設備作業的虛擬畫面，并進行遠程觸摸控制[3]。相信隨著虛擬自動化技術的發展，類似的開發案例將越來越多。

2.3 移動自動化技術

移動自動化也是農機自動化技術發展的趨勢之一，它以移動機器人技術、移動互聯網技術、傳感器技術、云計算技術等為核心，實現對移動式農機設備的聯網、無人值守、遠程監控、云端存儲等自動控制，突破了傳統農機設備體積笨重、不便于運輸、難以進行精準作業等弊端。現階段，農機移動自動化發展的產品以功能各異的移動式農業生產機器人為代表，比較經典的案例有德國雷肯i Qblue connect 研發的移動拖拉機機器人、華南農業大學工程學院科研團隊改進的X-804 型無人駕駛農業機器人、美國明尼蘇達州農業機械公司研發的施肥機器人、英國科技人員開發的菜田除草機器人等，上述機器人盡管功能各異，但都具有移動作業、可遠程監控、智能互聯等特征，逐漸被應用在農業生產的各個領域。在未來的發展中，隨著移動互聯技術的進階，相信農機移動自動化發展的腳步將越來越快。

3 加強農機自動化技術應用的建議

農機自動化技術的應用發展前景不可小覷，為緊跟它的發展步伐，建議我國各級農機管理、生產和應用機構對農機自動化技術的發展現狀和趨勢進行深入調研，并儲備必要的人才資源、物質資源和應用資源，加大對農機自動化產品的研發和應用力度，通過循序漸進和可持續化的建設投入，促使農機自動化發展應用水平不斷提升。