農業機械電氣自動化系統的遠程監控與控制技術研究

鄧玲黎,沈 侃

(蘇州工業園區職業技術學院,江蘇 蘇州 215012)

0 引言

農業的發展關系到人民和國家的利益,農業機械的發展對于農業生產尤為關鍵[1-2]。隨著信息時代的發展,智能控制技術和信息技術的不斷創新,農業機械的發展和使用逐漸實現自動化,農業機械的自動控制技術擁有很大發展空間[3-5]。自動化技術包括開環控制和閉環控制,以適用于不同場合[6-7]。自動控制技術應用到農業機械中可以提升農業機械的工作效率、保障農業機械安全生產避免發生故障、簡化農業機械操作方式實現精準化作業等[8-9]。國外農業機械的電氣自動化發展迅速,通過農業機械的閉環控制方式、有線傳輸技術、無線通信技術實現農業機械的遠程監控[10]。我國對于農業機械電氣自動化控制,在農業機械安裝大量傳感器采集數據,使用總線技術將數據采集并儲存到控制器中,技術人員通過移動設備進行讀取和分析,農業機械在農業生產中,由于缺乏定期維護和保養使機械運轉故障,產生農業生產安全問題,對于提升控制系統的智能化發展尤為關鍵[11]。因此,通過研究分析農業機械電氣自動化系統的遠程監控與控制技術,研究總線技術、無線通信技術、GNSS技術,微型控制器技術和傳感器技術的發展至關重要,為推動農業機械電氣自動化系統的發展打下基礎。

1 系統的網絡構架

智能農業機械電氣自動化系統集總線技術、無線通信技術、GNSS技術、微型控制器技術和傳感器技術等于一體,從作業數據的采集、傳輸,并通過農業機械智能監控中心,存儲、分析農業機械運行工作的具體數據,實現工作人員對農業機械的遠程監測和管理。農業機械遠程監控系統分為三個部分,主要由感知層、應用層及網絡層組成。網絡層中的中心服務器用于收集和存儲參數數據,監控中心主要運行農業機械監控軟件,對農業機械進行自動調控;操作人員使用數據查詢功能,記錄、查詢、農業機械管理的數據參數。遠程移動通信電腦終端和智能手機終端通過網絡登陸監控中心的中心服務器查看農業機械的基本工作信息并進行遠程調控。監控系統網絡架構如圖1所示。

圖1 監控系統網絡架構

2 系統組成

整個系統主要由監控中心、通信網絡、農業機械系統終端3個部分組成。農業機械系統終端利用RS232、RS485、CAN總線采集農業機械作業的各種環境參數和農業機械運作參數信息,并記錄在儲存器中。利用移動通信技術構建通信網絡,將環境參數和農業機械運作參數信息傳輸并儲存到中心服務器中。監控中心收集分析利用移動通信技術接收到的農業機械傳感器數據,通過與監測終端建立通信,實現農業機械運作信息監測和農業機械的遠程控制。遠程監控系統如圖2所示。

圖2 遠程監控系統

2.1 農業機械系統終端

農業機械終端由安裝在農業機械上的傳感器、控制器、無線模塊組成。傳感器用于采集各項運行參數?？刂破饔糜趯祿牟杉治霾⒋虬l送。無線模塊可以建立農業機械和移動通信網絡、中心服務器之間的有效連接,農業機械作業時,終端實時發送數據信息,中心服務器將數據信息收集并儲存到數據庫中,確定農業機械的運行狀態,構建信息傳輸網路,實現對農業機械的精準化實時的監控。農業機械控制器可以接收到來自監控中心的調控命令,從而對農業機械的運作進行監測和調控。

2.2 通信網絡

如今,GPRS無線通信技術發展迅速,通信范圍廣,數據傳輸快,廣泛應用在遠程監控系統中。無線通信技術具有的IP協議能夠利用不同的組網方式建立廣闊的Internet網絡,建立終端機與GPRS穩定安全的數據通信。

2.3 農業機械監控中心

農業機械監控中心主要由計算機平臺、數據庫組成,可以對農業機械運行參數信息進行儲存和分析。監控中心和服務器建立連接,服務器數據庫實時儲存數據并發送給農業機械監控中心,智能終端通過監控中心對農業機械作業進行實時遠程監控,傳輸的通信協議確保數據傳輸不會遺失。

3 工作原理

農業機械遠程監控系統中農業機械運行參數數據使用總線技術與農業機械控制器連接。農業機械運行時,無線發送器模塊通過移動無線通信網絡與監控中心服務器建立通信。無線發送器會實時將農業機械的工作信息傳輸給中心服務器,監控中心將收到的數據進行儲存分析,并對農業機械進行運行的調控。當出現異常數據時,就會觸發系統的報警功能,并將報警信心儲存到數據庫的信息表中。操作人員使用智能終端與監控中心連接,從而可以查看農業機械的運行狀況和報警信息,進行農業機械遠程的調控,減少農業機械的錯誤工作和危險工作。

4 系統功能

為了便于操作人員使用,進行系統軟件的整體設計,登錄成功后和服務器、數據庫建立聯系進入系統界面,選擇不同的功能模塊。系統軟件流程如圖3所示。系統功能主要由5個部分組成,分別為數據采集顯示、遠程控制報警、歷史記錄查詢、專家指導診斷及系統設置。系統功能框架如圖4所示。

圖3 系統軟件流程

圖4 系統功能框架

數據采集顯示功能是農業機械遠程系統通過傳感器采集農業機械運行參數數據,農業機械監控中心通過農業機械運行情況輸送的參數數據形成模塊化數字動態顯示儀表,實時監控農業機械的作業情況。遠程控制報警功能使監控人員可以隨時通過信息系統查詢農業機械的工作狀態,監控農業機械是否進行正常作業,對農業機械進行調控;當農業機械產生異常作業故障時,農業機械控制器會將報警信號和故障代碼發送至監控中心,使監控人員及時作出判斷。報警信息主要包括作業錯誤報警、故障報警。歷史記錄查詢功能是監控系統運行時會記錄每次的運行數據,可以提供給監控人員和技術人員以往的歷史數據。設計監控系統的數據分析功能,對農業機械運行的歷史數據和報警記錄進行統計和分析,讓監控人員更好地對農業機械進行管理維修和保養。專家指導診斷功能是在農業機械產生故障或生產問題時,提供給技術人員支參考信息的功能模塊,相關領域的專家將指導建議發送到服務器,由服務器將信息儲存并提供給技術人員。系統設置功能是調整系統的通信參數和功能模塊的參數。

5 結論

在農業機械電氣自動化系統的遠程監控融合了傳感器技術、總線技術、計算機技術、移動無線通信技術等關鍵技術,使操作人員更簡易、智能地調控管理農業機械。農業機械的遠程監控能夠根據實際作業情況精準分析和調控,達到作業計劃目標,減少成本投入,有效提高了農業機械的安全生產。在信息時代的應用背景下,隨著高新技術的不斷發展,農業機械的自動化控制技術更加智能化,我國農業機械遠程監控系統擁有廣闊的發展空間和應用前景。