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自動控制技術在農(nóng)業(yè)機械中的運用論文
摘要:隨著農(nóng)業(yè)機械技術的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械對自動化技術的要求越來越高，近年來，自動化控制技術在農(nóng)業(yè)機械中的應用也越來越廣泛。以自動化在農(nóng)業(yè)機械使用中的重要作用為中心，介紹了農(nóng)機自動化的發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)缺點以及技術應用，說明了自動化是農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的大趨勢，強調(diào)了農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展中信息化和智能化的作用，倡導了農(nóng)機自動化通用標準的制定與相關要求的完善。
關鍵詞:農(nóng)業(yè)機械;自動化控制;規(guī)范化;智能化
當今時代，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是每個國家的重中之重，農(nóng)業(yè)機械化的程度直接影響了一個國家的經(jīng)濟與未來，這是國計民生的頭等大事。科學技術的快速發(fā)展使得自動化技術逐漸成為機械與電氣合作開發(fā)的主流方向，現(xiàn)階段逐步使用虛擬儀器代替過去的微處理器，促進了信息的溝通和交流。隨著計算機技術、智能傳感技術以及網(wǎng)絡通信技術被廣泛應用于各個領域之間，農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展也面向了自動化和信息化，這有別于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械，結(jié)合了先進控制設備的農(nóng)業(yè)機械已經(jīng)不是簡單的代替農(nóng)業(yè)勞動力生產(chǎn)，而是向著更為先進的智能化和信息化方向發(fā)展。更加重視從產(chǎn)前到產(chǎn)后的全產(chǎn)業(yè)鏈中農(nóng)業(yè)機械化水平的整體提高。如今，我國已經(jīng)全面進入信息社會，農(nóng)業(yè)機械信息化的發(fā)展關乎著每個人的生活，以現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機械發(fā)展為前提，傳感器等電氣控制元件在農(nóng)業(yè)機械領域的應用也越來越廣泛，這對播種與收獲的精確定位和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)分析，提供了更多的可能性以及廣闊的發(fā)展空間，對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械技術，在農(nóng)作物的播種、生產(chǎn)、收獲、貯藏與運輸?shù)倪^程中，多種多樣的傳感器可以發(fā)揮重要作用。因此，農(nóng)業(yè)機械的自動化系統(tǒng)仍需進一步發(fā)展，向著更加完善的集成化、智能化方向積極探究。
1農(nóng)機自動化發(fā)展現(xiàn)狀
美國的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展極其迅速。是目前世界上技術最發(fā)達的農(nóng)機化國家之一，其研究水平也較為領先。近年來，美國開始廣泛在農(nóng)業(yè)機械上安裝GPS系統(tǒng)來進行農(nóng)業(yè)作業(yè)監(jiān)控，并向著農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的精準化方向發(fā)展。日本如今的農(nóng)機作業(yè)從耕種到收獲也已經(jīng)全面實現(xiàn)了自動化控制，并將自動化技術應用到了飼養(yǎng)業(yè)等方面。隨著進一步研發(fā)，日本農(nóng)業(yè)機械的研究比較注重大型高性能農(nóng)業(yè)機械裝備的發(fā)展。歐洲很多國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以旱作物為主，這些國家在小麥、玉米等糧食作物的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)均已全部實現(xiàn)機械自動化，其中一部分農(nóng)業(yè)機械還安裝了GPS系統(tǒng)來進行更為精確的農(nóng)業(yè)機械作業(yè)。近年來，歐洲農(nóng)業(yè)機械市場趨向于飽和，更加廣闊的農(nóng)業(yè)機械現(xiàn)代化市場已在中國形成。
2自動控制農(nóng)業(yè)應用的優(yōu)點
(1)實時控制。由于農(nóng)業(yè)機械自動控制系統(tǒng)設計和開發(fā)以電氣控制為基礎，信號傳輸?shù)臅r間短，速度極快。由于信號處理及時和程序運行速度塊，自動控制用于處理農(nóng)業(yè)機械控制裝置的安全防護。可以滿足多種農(nóng)業(yè)機械的實時控制和安全防護。
(2)可靠性高。農(nóng)業(yè)機械控制中所有的I/O輸入輸出信號均采用光電隔離，使農(nóng)業(yè)機械工作時的外部電路與控制器內(nèi)部電路之間實現(xiàn)電氣系統(tǒng)隔離。各輸入端均采用合理的濾波器，并選擇適合的濾波時間常數(shù)�？刂葡到y(tǒng)的各模塊均采用相應的屏蔽措施，以防止農(nóng)業(yè)機械在惡劣的工作環(huán)境所造成的干擾，同時需要對電控元件進行嚴格篩選，選用耐用的傳感器及開關電源等。
(3)自我故障診斷。應用自動化控制的農(nóng)業(yè)機械，多種傳感器的使用，使得故障的檢測變得更加容易，由于農(nóng)業(yè)機械在惡劣工作環(huán)境下時常出現(xiàn)故障，這是得益于自動控制下農(nóng)機具有良好的自診斷功能，在工作過程中農(nóng)業(yè)機械的某個部件運轉(zhuǎn)發(fā)生故障，則可在第一時間開啟診斷，引發(fā)警報、自動運行停止或自我修復。同時科學技術的快速發(fā)展研發(fā)的高性能處理器和處理系統(tǒng)也保證了采取措施修復故障的有效性。
(4)配置簡單靈活。現(xiàn)階段國際化的控制器及傳感器技術發(fā)展成熟，I/O卡件種類豐富，國際大廠生產(chǎn)的自動控制元件及系統(tǒng)成熟且使用趨向于簡單化，組合趨向于靈活化，針對于不同農(nóng)業(yè)機械工作時自動控制工程的要求選擇不同的現(xiàn)場信號，如脈沖或電位;開關量或模擬量;強電或弱電;電壓或電流等，有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備等。自動化控制系統(tǒng)多采用模塊化結(jié)構(gòu)，為了適應各種農(nóng)業(yè)機械控制的需要，除了某些單元式小型控制器之外，絕大多數(shù)的控制器均采用了模塊化結(jié)構(gòu)。控制器不同組件，例如CPU，電源，I/O等組件均采用模塊化設計，由機架及電纜將不同模塊連接起來，農(nóng)機控制系統(tǒng)的功能和規(guī)模以不同的使用要求自行組合。(5)售后成本降低。自動控制系統(tǒng)的介入提升了農(nóng)業(yè)機械的適應能力，降低了農(nóng)機的故障率，提高了機械替代人工操作的效率，減輕了售后服務人員的的勞動強度，提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。
3農(nóng)業(yè)機械內(nèi)部的自動控制技術
自動控制技術已經(jīng)在發(fā)達國家的各種類型農(nóng)業(yè)機械上廣泛使用，例如在農(nóng)業(yè)機械內(nèi)部安裝控制系統(tǒng)與電子監(jiān)視應用等。如今，拖拉機等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械的自動化控制技術的發(fā)展趨勢更加趨向于智能化以及網(wǎng)絡化，分布式控制技術得到了長足的發(fā)展。對于一些大馬力拖拉機、收獲機械等現(xiàn)代農(nóng)機裝備來說，其系統(tǒng)中所涉及到的電子控制單元，是一個高度智能化的計算機控制終端系統(tǒng)，它具有非常獨立的信息處理與控制的能力，并包含很多標準化的接口，這使得網(wǎng)絡通信協(xié)議和控制局域網(wǎng)絡等技術得以應用在農(nóng)業(yè)機械領域。
現(xiàn)階段以大馬力拖拉機為代表的各類農(nóng)業(yè)機械上智能化自動控制單元的技術進步，這就需要在此情況下建立相對應的標準，以規(guī)范農(nóng)機控制行業(yè)的發(fā)展，強化此領域控制技術的通用程度。例如:在大型收獲類農(nóng)業(yè)機械的駕駛室內(nèi)安裝適用于收獲不同作物的通用型的智能顯示屏幕，并通過雙絞線或光纖電纜來組成控制數(shù)據(jù)的通信線路。它是基于電子控制單元總線技術的串行總線結(jié)構(gòu)，針對收獲機械不同工作要求的部件和對應的電子控制單元都可以設計成具有與總線相連接的標準接口，這樣有利于保證農(nóng)業(yè)機械內(nèi)部的各個電子控制單元都能夠?qū)崿F(xiàn)與中央控制器及其顯示部件之間的信息傳遞，并可以準確和及時的完成相關的控制。與此同時，收獲機上所采用的標準化接口還可與其他同種類機械甚至不同農(nóng)機進行數(shù)據(jù)交換，這對于農(nóng)業(yè)機械技術的發(fā)展，尤其是農(nóng)業(yè)機械控制技術及網(wǎng)絡控制技術的發(fā)展非常有利。
為了更好的保證農(nóng)業(yè)機械在自動控制系統(tǒng)內(nèi)部具有良好的兼容性和通用性，在農(nóng)機行業(yè)內(nèi)部建立可以通用的總線通信設計標準就很有必要，這就使得控制元件的采購、更換以及升級變得更加容易且成本更低，網(wǎng)絡平臺的介入，使得零件的使用趨向于優(yōu)質(zhì)化，且不需要考慮購買元件能否使用等問題。圖1為大馬力拖拉機自動控制系統(tǒng)的相關組件，通過GPS和控制系統(tǒng)可實現(xiàn)拖拉機在制定路徑的自動行駛，還可在拖拉機連接部位裝配噴藥機，旋耕機等相關組件，控制噴藥及旋耕的工作并監(jiān)控作業(yè)效果。在發(fā)達國家的某些大型農(nóng)場，農(nóng)業(yè)機械作業(yè)時農(nóng)場辦公室計算機與移動作業(yè)機械間無線連接，這就建立了如圖1類似的通過無線通信進行數(shù)據(jù)交換的管理信息系統(tǒng)。這就使得工作人員通過農(nóng)場管理中心的計算機操作在田間作業(yè)的農(nóng)業(yè)機械，并按照主觀意圖隨時進行調(diào)整，同時對田間作業(yè)數(shù)據(jù)等資料可以進行遠程調(diào)用和研究，并且直接保存到相應的數(shù)據(jù)庫之中，供日后作業(yè)時參考，很大程度上提高了數(shù)據(jù)采集與分析的效率。
4農(nóng)機自動化普及存在的問題
4．1自動化技術在農(nóng)業(yè)機械領域受重視程度低
目前，我國的農(nóng)業(yè)機械專業(yè)領域?qū)r(nóng)機自動化技術不夠重視。雖然有很多廠家以及專業(yè)技術人員已經(jīng)意識到了農(nóng)機自動化技術對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要作用和意義，但是現(xiàn)代化的自動化技術的應用到農(nóng)業(yè)機械領域就要求得到農(nóng)業(yè)網(wǎng)站以及農(nóng)業(yè)氣象部門等許多職能機構(gòu)和政府相關部門的幫助，很多部門對于農(nóng)機自動化技術在農(nóng)業(yè)機械領域的應用還不夠重視，沒有進行過細致和深入的研究工作，這就使得農(nóng)機自動化技術對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的促進作用難以充分的發(fā)揮出來，這同時造成了我國目前與發(fā)達國家之間在農(nóng)業(yè)機械自動化方面存在較大的差距。因此，提高農(nóng)機自動化技術的認可度是目前需要亟待解決的問題。
4．2自動化技術在農(nóng)業(yè)機械領域的技術資金投入少
農(nóng)機自動化技術的普及需要大量的資金和設備做保障，對農(nóng)業(yè)機械自動化的研究和投入相對于其他高新技術要少很多，農(nóng)業(yè)機械自動化的發(fā)展需要配備大量研究型和技術型的高素質(zhì)人才。從目前看來，我國目前在農(nóng)業(yè)機械自動化方面的投入還相對不足，也就在一定程度上限制了農(nóng)業(yè)機械自動化的研究和更深層次的探索。
4．3自動化技術在農(nóng)業(yè)機械領域技術研究能力較弱
與世界發(fā)達國家比較，我國農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展較為緩慢，技術較為落后，信息化水平低，依托國際農(nóng)機技術嚴重等問題在很大程度上制約了我國農(nóng)業(yè)機械先進的自動化技術應用效率。農(nóng)機自動化的相關標準也急需完善，近年來，農(nóng)業(yè)機械技術研究的針對方向和我國位置區(qū)域有很大的關系。例如，大多數(shù)的農(nóng)業(yè)機械只適合在平原地區(qū)使用，而對于我國丘陵或山地等復雜區(qū)域農(nóng)業(yè)機械研究也相對較弱，適應能力較弱，沒能全面發(fā)展。
5結(jié)束語
綜上所述，我國未來農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的趨勢必然是自動化與智能化相結(jié)合。在農(nóng)業(yè)技術相對發(fā)達的國家，自動控制技術、GPS技術、傳感器技術、控制器技術、圖像識別技術等現(xiàn)代科技已經(jīng)被廣泛應用在農(nóng)業(yè)機械領域，農(nóng)業(yè)機械設備可以自動、智能、高效、精準地完成各種農(nóng)業(yè)作物的作業(yè)任務，這已經(jīng)大大的不同于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械技術，而是具備了更為先進的衛(wèi)星定位技術、傳感器、集成處理系統(tǒng)等智能控制系統(tǒng)的復合型農(nóng)業(yè)機械，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。我國政府及科研機構(gòu)應對農(nóng)業(yè)機械的自動化發(fā)展給予足夠的重視與支持，積極鼓勵各大企業(yè)及科研機構(gòu)探索先進的農(nóng)業(yè)機械全自動化技術，推出農(nóng)業(yè)機械自動化技術相關標準，促進農(nóng)機自動化模塊技術的發(fā)展與推廣，切實保證我國的農(nóng)業(yè)機械技術走到世界前列，努力成為機、電、液一體化發(fā)展的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械大國。
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