自動控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用分析

韓彥龍

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

0 引言

農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)發(fā)展中，對自動控制技術(shù)應(yīng)用需求比較大，為能保障各項工作順利開展，就需要從工作創(chuàng)新方面加強重視，將先進(jìn)的技術(shù)融入到農(nóng)業(yè)機械中，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)機械化生產(chǎn)能力的重要舉措。現(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)機械中對自動控制技術(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，有助于實現(xiàn)既定工作目標(biāo)。

1 農(nóng)業(yè)機械中自動控制應(yīng)用作用和應(yīng)用問題

1.1 農(nóng)業(yè)機械中自動控制應(yīng)用作用

農(nóng)業(yè)機械中對自動控制技術(shù)應(yīng)用有著重要作用，從以下幾點作用進(jìn)行闡述。

1.1.1 可靠作用

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

1.1.2 實時作用

自動控制的應(yīng)用能發(fā)揮實時作用，主要是在應(yīng)用自動化控制技術(shù)時，信號傳輸效率高，有效保障農(nóng)業(yè)機械運行的安全，在操作上也能更加的有時效，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)展打下了堅實基礎(chǔ)。

1.1.3 精準(zhǔn)操控

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

1.1.4 自我診斷

自動控制技術(shù)能發(fā)揮自我診斷的功能，農(nóng)業(yè)機械使用的質(zhì)量效果對生產(chǎn)狀況有著直接影響，所以在實踐工作中為能提高生產(chǎn)力水平，需要保障機械運行的正常，在出現(xiàn)故障的時候能夠自我診斷，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)中對比分析外部參數(shù)，有利于對設(shè)備運行故障充分了解，做好系統(tǒng)自我修復(fù)，有助于提升設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的效果。

1.2 農(nóng)業(yè)機械中自動控制應(yīng)用問題

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

1.2.1 農(nóng)業(yè)機械設(shè)備自動控制可行性問題

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

現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械設(shè)備大多采用內(nèi)燃機作為驅(qū)動動力，而自動控制模塊則需要電源來驅(qū)動程序。自動控制模塊大多選用PLC編程電路板作為程序存儲設(shè)備，而電路板的正常運行則需要控制電路的配合電源實現(xiàn)。在已有農(nóng)業(yè)機械設(shè)備結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加自動控制線路和電源，不僅會增加農(nóng)業(yè)機械的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，復(fù)雜的控制電路還可能阻礙農(nóng)業(yè)機械正常功能的運行。由于現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，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控制技術(shù)模塊與機械結(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)機械設(shè)備，適當(dāng)修改機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，為自動控制技術(shù)模塊的鍵入和更新升級留有足夠空間和結(jié)構(gòu)支持。其二，已經(jīng)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，采用模塊化的自動控制電路板，隨著自動控制電路板的更新升級，采用模塊替換的方式來實現(xiàn)。

1.2.3 自動控制農(nóng)業(yè)機械資金投入問題

隨著《中國智能制造2025》戰(zhàn)略的頒布和實施，國家加大了高精端智能制造設(shè)備的研發(fā)投入比例，如智能機器人、增材制造技術(shù)等。相比之下農(nóng)業(yè)機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械設(shè)備的研發(fā)，對于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備興趣不足。其二，我國作為農(nóng)業(yè)大國，糧食的產(chǎn)量和儲備可以較好的滿足人民的需求，導(dǎo)致對農(nóng)業(yè)機械的改進(jìn)和升級缺乏主動性。其三，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備相對利潤率低，設(shè)備低端，可替代性強，不具備足夠的行業(yè)吸引力。基于這種現(xiàn)狀可以采取如下措施得到改善。一是農(nóng)業(yè)機械設(shè)備融合自動控制技術(shù)，充實設(shè)備利潤率，提升農(nóng)業(yè)機械行業(yè)的高度，吸引更多的投資團(tuán)隊。二是呼吁出臺相應(yīng)的政策扶持，對于從事農(nóng)業(yè)機械設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的人員給予適當(dāng)補貼，提高從業(yè)人員待遇，提升行業(yè)熱度。

2 農(nóng)業(yè)機械中自動控制技術(shù)應(yīng)用

自動控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)機械有機結(jié)合，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)機械自動化發(fā)展的重要保障，在實踐方面要充分重視。

2.1 施肥自動控制技術(shù)

農(nóng)業(yè)機械中對自動控制技術(shù)加以科學(xué)靈活運用，對于提升農(nóng)業(yè)機械良好發(fā)展有著積極促進(jìn)作用。實現(xiàn)施肥的自動化、智能化，提高生產(chǎn)管理質(zhì)量，是帶動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要動力[4]。如農(nóng)業(yè)施肥以及灌溉等環(huán)節(jié)，通過自動控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)機械進(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，一同輸送到自動化施肥的目標(biāo)位置。自動施肥灌溉改變了以往的工作方式，自動控制技術(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，大大推動了農(nóng)業(yè)機械自動化發(fā)展。

2.2 地理信息技術(shù)應(yīng)用

將自動控制技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械相融合，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)自動化發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)之一，合理融入到業(yè)機械，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)勢充分發(fā)揮出來，從而有效提升機械的自動化程度。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，如分析土壤環(huán)境狀況等，能對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率綜合評估發(fā)揮有益作用，保障信息動態(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，實現(xiàn)合理預(yù)估人工成本，最大程度上避免人力資源浪費，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)中時間。

2.3 自動化采摘控制技術(shù)應(yīng)用

運用自動采摘技術(shù)和農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)活動相結(jié)合，在計算機系統(tǒng)以及計算機應(yīng)用下，設(shè)備可結(jié)合自動傳感器的反饋來分析判斷蔬菜生長的狀況，通過設(shè)置采摘方式和路徑等指令對設(shè)備控制，在農(nóng)作物滿足采摘條件時依照規(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，實現(xiàn)對農(nóng)作物進(jìn)行采摘的決策[6]。自動控制技術(shù)能全面應(yīng)用能在自動化蔬菜大棚當(dāng)中，實用性強，可大幅提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。通過自動采摘技術(shù)科學(xué)化運用，可大大提升農(nóng)業(yè)機械自動化水平，這對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展能起到促進(jìn)作用。

2.4 自動化溫室控制技術(shù)實踐

農(nóng)業(yè)機械中對自動控制技術(shù)應(yīng)用，是提升自動化生產(chǎn)質(zhì)量的重要保障，從自動溫室控制技術(shù)的應(yīng)用方面來看，自動控制技術(shù)的應(yīng)用下對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)帶來了新發(fā)展機遇，自動控制技術(shù)應(yīng)用能降低天氣因素對農(nóng)作物形成的不利影響。現(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，都能實現(xiàn)自動化的目標(biāo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展提供技術(shù)支持。自動化溫室控制技術(shù)主要是對現(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，有助于實現(xiàn)完備的信息基礎(chǔ)支撐，能實現(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，能實現(xiàn)實時遠(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)也能采用計算機以及收集端向管理者發(fā)送監(jiān)測信息，有助于遠(yuǎn)程管理。

3 促進(jìn)自動控制技術(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)加大對自動控制技術(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，大大降低智能機械的研發(fā)成本以及造價。各級政府部門要充分強化產(chǎn)業(yè)政策補貼扶持的引導(dǎo)作用，合理推廣現(xiàn)代農(nóng)機產(chǎn)業(yè)補貼扶持政策，帶動廣大農(nóng)民積極加入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械自動控制技術(shù)智能農(nóng)機和無人機的應(yīng)用推廣和規(guī)范使用中。

3.2 加強操作人員團(tuán)隊建設(shè)

保障我國農(nóng)業(yè)專用自動控制設(shè)備的正常生產(chǎn)運用，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)知識能力和生產(chǎn)實踐中的操作水平。各級地方農(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，為自動控制技術(shù)人員提供統(tǒng)一的專業(yè)學(xué)習(xí)和實踐機會。此外，充分發(fā)揮我國政府的政策引導(dǎo)和農(nóng)機企業(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，盡可能降低自動控制技術(shù)機的產(chǎn)品故障率，延長其產(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)機械發(fā)揮自動控制技術(shù)優(yōu)勢，能從整體上提升技術(shù)應(yīng)用價值作用，有利于保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體質(zhì)量。本文對農(nóng)業(yè)機械中自動控制技術(shù)應(yīng)用的探究，提出了農(nóng)業(yè)機械中自動采摘技術(shù)以及自動施肥控制技術(shù)等自動控制技術(shù)的應(yīng)用實踐，希望能夠為農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用發(fā)展起到積極作用。

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