遠程監控技術在農業機械領域的應用研究

高 潔

（1.中機科（北京）車輛檢測工程研究院有限公司，北京 102100；2.國家工程機械質量檢驗檢測中心，北京 102100）

近年來，農業生產事故時有發生，農業安全問題已經成為農業生產中的關鍵問題，農業監控系統在農業安全生產中發揮著重要作用。農業機械設備以計劃維修或定期保養為主，在日常應用的過程中因缺少實時監控對系統的使用壽命造成了較大的消極影響，致使故障頻發，在一定程度上拉低了農業資源的效率和質量。目前，大多數情況下使用的系統缺乏靈活性、智能化和集成技術應用，很難滿足農業的日常需求。技術創新勢在必行，科技的進步促進人們對能源需求的增長，為進一步實現農業資源的合理開發，加強農業生產的安全性，需要依據實際的農業條件，再結合互聯網技術，重新進行控制系統的創建。

1 農業機械設備遠程監控的必要性

1.1 保證生產設備順利運行

農業機械設備遠程監控的必要性，首先體現在其能夠保證生產設備順利運行。隨著農業機械設備智能化領域的深度發展，相關技術已經能夠支撐無人化或者半無人化的農業生產。在這樣的現實條件下，農業機械裝備在運行時很可能是無人監管的，無人管控的生產現場會導致農業機械設備在運轉過程當中一旦出現問題，既有的監控條件和監控手段無法實時記錄并及時反饋與診斷機械存在的問題。但是如果開展農業機械設備遠程監控工作，針對機械本身在運轉過程當中可能存在的問題進行遠程診斷，能夠最大限度地避免由于機械故障所導致的生產停滯問題，為農業生產減少不必要的損失，保證生產設備能夠順利地運行[1]。

1.2 適應機械化發展的潮流

農業機械設備遠程監控的第二個必要性體現在其能夠適應機械化發展的潮流。無人化運轉機械是行業的發展趨勢，尤其是隨著新時期的到來，用工成本提升，技術發展越來越快，兩者相互融合，越來越多的無人化農業生產和半無人化農業生產被發明、被使用[2]。農業機械設備的智能化程度不斷提升，其可能存在的問題以及解決的方案已經有據可查，規范化發展的結果可以保證一旦機械出現問題，受過專業訓練的工程師能夠通過遠程技術指導現場的工作人員開展更加簡單、便捷、高效的維修工作，同時也意味著很多農業生產可以取消原有的高級技工的職位，去聘請低端但具有強動手能力的工人來完成遠程操控的機械維修工作。在農業機械領域應用遠程監控與故障診斷技術是符合時代潮流的，這一模式也能夠幫助企業以更加集約化的方式發展壯大[3]。

2 農業機械設備遠程監控技術的優勢

2.1 保障設備安全平穩運行

在農業機械設備當中運用遠程監控技術，對機械設備在具體運轉過程當中存在的故障進行遠程分析診斷、排查和排除是農業生產的一個前沿性趨勢，其也得到了業界的廣泛認可。農業機械設備的運轉過程實際上是在適應大機器時代的實際生產需要，這意味著農業機械設備運轉過程需要各部門協同配合，一旦機器停擺，農業生產也將停擺，由此所造成的損失是不可估量的[4]。

2.2 提升設備利用率

在農業機械設備運轉過程中，設備的利用效率與設備本身的客觀情況有關，同時也與農業機械設備本身的應用時間和其健康運轉的時間密切相連。因此，加強使用農業機械設備的遠程監控與故障診斷技術，能夠最大限度地提升機械本身的利用效率，能夠第一時間發現故障、排查故障原因、解決故障問題，由此提升設備的利用率，為農業生產的運營效率和效益的提升作出有益的貢獻。此外，農業機械設備需要花費大量的金錢投入到農業生產中，并且圍繞著農業機械設備本身的運轉，企業也需要花費大量的精力、時間和金錢來為其建設配套設備并培訓專業技術的員工，一旦機器停擺，短期內會給農業生產造成短暫的利益損失，長遠來看也會阻礙農業生產的良性運轉[5]。隨著新技術的發展和大機械農業生產時代的到來，提升設備的使用率意味著提升農業生產的競爭力，無論是從當下還是長遠來看都是十分有必要的。

3 新時期農業機械設備存在的問題

3.1 農業機械設備管理不完善

農業機械設備的管理與維修是一項系統工程，其施工質量直接影響企業生產效率。因此，在農業生產過程中要注重對相關技術和工藝進行創新。首先，要加強對現場技術人員、管理人員以及施工人員的安全教育培訓工作；其次，建立健全規章制度并落實到行動上，以保證施工進度能夠順利完成；最后，需要制定科學合理的機械設備維修維護方案來確保工程質量與經濟效益達到最高標準，這也是農業企業必須重視的問題。

3.2 設備管理與維修技術有待提高

農業企業的生產環境比較惡劣，對機械設備有很高的要求，在日常工作中應加強對農業機械設備的維修與保養。但由于我國經濟發展不均衡及國家政策、法規等方面的限制，導致了許多農業機械裝備沒有達到相應標準要求而被淘汰；同時還存在很多單位為了節約成本或出于自身利益考慮盲目引進新設備但并無實際經驗可循、學習和借鑒國外先進技術但缺乏創新等問題亟待解決，這些情況不僅影響了企業生產效率，而且對行業形象造成了一定的負面影響[6]。因此，企業應加強對設備的管理與維修，提高機械裝備的運行效率和使用壽命。

4 農業機械設備遠程監控系統的硬件設計

在對農業機械設備遠程監控系統進行硬件設計前，需要先對其監控電源進行處理設計。系統電路的電源是保證系統可靠、穩定工作的重要因素，其中包括供電裝置和復位電路兩部分。本研究采用CS89712模塊復位器傳輸發送對應的啟動信號，遠程監控系統采用nPOR的雙向目標信號作為初始復位信號，將其與執行裝置相關聯后，安裝復位芯片，并將芯片所產生的完整復位信號傳輸至系統設備。此時，整個系統的額定電流基本為1 800 A，外部電源輸入電壓范圍需要控制在15 V~35 V，系統此時的供電情況是較為復雜的，對應的電壓執行層級也十分繁雜。在初始執行電路的基礎上，將CS89712芯片的I/O與控制內核采用不同電壓隔離，關聯顯示器通常設定為2.5 V或5.5 V，并對擴展的MAX125與LCD執行控制器對應的指標參數進行調整更改，同時對LCD的對比度也需要進行調整，在模擬采集MAX125前向通道過程中，產生的濾波以及實時電壓也會隨之發生相應的變化。與此同時，遠程控制電源的電壓會較大，可以采用Ericsson中的DC/DC電源模塊PKC2131PI對高壓電路做出隔離操作，在雙輸出的LDO控制環境下，提供給CS89712芯片的電壓為3.3 V和2.6 V。在上述基礎上，再對農業機械設備遠程監控系統進行電源存儲器的設計，采用FLASH存儲程序和參數，結合SDRAM作為程序的主控結構，均衡執行、運行控制，調整監測設備的執行程序，使其與主控程序一致，并最終完成數據的堆疊以及堆棧[7-9]。

5 農業機械設備遠程監控系統的軟件設計

監控系統的軟件組成分為3個模塊：基于VS平臺的加密軟件、基于BBC平臺的主PC端系統、基于Android的手機客戶端，本研究重點介紹前兩者。

1）基于VS平臺的加密軟件。加密控件是監控系統中非常重要的一部分，有助于避免計算機系統、數據或其他信息泄露的安全風險。本研究所設計的軟件允許用戶對設備進行加密和解密，從而保護用戶的隱私。該軟件是基于窗口開發的，其應用場景主要是在每個監控室，因此具有更大的適應性和通用性。此外，基于VS平臺編寫的圖形軟件簡單、清晰，功能齊全，使用戶可以更快入門。

2）基于BBC平臺的主PC終端系統。通過BBC平臺發布的BBC軟件，分為PC版和移動版，該軟件可以實現PC、手機和SK3非智能套件等智能設備之間的即時消息傳遞。基于BBC通信機制，用戶無需設置服務器即可實現SK3與手機、PC或其他SK3之間的點對點通信，可極大地減少開發人員的工作量。本研究設計的PC終端系統軟件可以實現賬戶注冊、發送和接收文本數據、查詢傳感器的工作狀態、發送和接收傳感器數據、配置傳感器工作狀態參數、更改密碼、添加和刪除設備等功能[10]。

遠程PLC監控指令結構設計在完成硬件的設計后，再進行相關軟件的設計。遠程監控系統的軟件最注重的是遠程監測以及遠程控制，遠程PLC主要用于系統的自動控制，即對系統執行的運行狀態做出控制與調整。通常情況下，需要采用測量設備以及工具進行數據信息的采集與測量，并將數據信息匯總整合，添加在控制程序中，形成集成化的初始處理指令。

6 農業機械設備維修與管理的改進方法

6.1 定期檢修，加大維修與管理力度

要加強對農業機械設備的檢修與管理工作。首先，需要制定一套完善、健全的維修機制，建立專業化、規范化、信息化的管理模式；其次，建立相應檢測制度和考核標準等規章制度；最后，定期組織進行相關技術培訓工作等，增強企業人員對于機電設備事故的處理能力，強化安全意識，提高維修技能操作熟練程度，從而加強農業機械設備的日常維護與保養工作，保證技術人員能夠在規定時間內及時完成檢修任務，并對維修過程中出現的問題采取有效的解決辦法。

6.2 在空氣壓縮機群組監控中應用PLC技術

空氣壓縮機是農業生產中不可缺少的關鍵設備，但在我國對空氣壓縮機的控制還在普遍使用繼電器，該控制技術在安全保護方面并不是特別理想，而且具有較高的故障率，也不便于維護，很難完全滿足空氣壓縮機安全、可靠運行的需求。空氣壓縮機群組監控系統是一種新開發的技術，其由溫度傳感器、壓力傳感器、斷水裝置等多種元件構成，可以實時采集信號，并將信號向PLC傳輸，PLC在接收到信號后經過分析處理可將信號轉換為可視狀態，并傳輸到顯示設備上。因此，可以在顯示設備上實時監控空氣壓縮機的工作狀態，同時利用顯示設備上的控制按鈕對空氣壓縮機進行實時控制，實現在線監控和控制[11]。

6.3 加大培訓力度，提高工作人員整體素質

要求農業企業的工作人員有較高素質，同時對其專業知識和技能也有較高要求。為使設備能夠更好地運行，首先是對工作人員進行定期培訓，通過各種方式讓員工了解相關生產流程以及操作要點等；其次是加強人員之間的交流與溝通、學習能力及技術水平等；最后是建立激勵制度，鼓勵員工積極向上，發展自己的才能和創造力。在農業機械自動化推廣工作中，優秀的技術人員是先決條件和人才基礎，相關部門要充分挖掘和培訓專業技術人員，充分利用這部分人才的技術優勢，帶動廣大農村地區的農民學習農業自動化機械操作技術。如果操作人員缺乏專業能力和實踐經驗，可能會給農業機械自動化成果帶來負面影響，從而降低農業機械自動化的可信度，不利于農業機械自動化推廣工作的開展。因此，應該提高農業機械自動化人員的綜合素質，并將農機自動化技術的使用方法及時教授給農民，并協助農民解決在使用自動化農機過程中遇到的問題。

6.4 加大創新力度，研發更先進的農業機械

有關部門要切實推動農業機械化技術的革新，大力研發類型更多樣、功能更強大的農業自動化機械，為農業機械自動化的推廣及農業的可持續發展打下堅實基礎。相關科研部門要深入分析農業自動化技術，把理論與實踐經驗結合起來，開發更符合現代生產需要的自動化、智能化農業機械裝備。此外，在農業機械化研發領域，必須堅持以市場為主導，把握好供求關系，結合不同地區農業發展的自然條件及人力條件，研發更具實用性及特色化的自動化農業機械。

7 結語

綜上所述，在互聯網信息技術的普及與應用背景下，對比傳統的監測設備，現如今的設備遠程監控系統更加靈活、全面，監控的結構也不同于傳統的單一結構，而是雙向的多目標控制結構，可以更加準確地分析控制監測的實際情況，從而進一步完善預設的目標任務，合理分配農業資源，確保農業生產的安全性，為我國農業監控技術邁上一個新的臺階提供助力。