自动控制技术在农业机械中的应用

刘强

摘要：随着农业机械技术的发展，农业机械对自动化技术的要求越来越高，近年来，自动化控制技术在农业机械中的应用也越来越广泛。以自动化在农业机械使用中的重要作用为中心，介绍了农机自动化的发展现状、优缺点以及技术应用，说明了自动化是农业机械发展的大趋势，强调了农业机械化发展中信息化和智能化的作用，倡导了农机自动化通用标准的制定与相关要求的完善。

关键词：农业机械；自动化控制；规范化；智能化

中图分类号：S2206文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.03.001

0前言

当今时代，农业生产是每个国家的重中之重，农业机械化的程度直接影响了一个国家的经济与未来，这是国计民生的头等大事。科学技术的快速发展使得自动化技术逐渐成为机械与电气合作开发的主流方向，现阶段逐步使用虚拟仪器代替过去的微处理器，促进了信息的沟通和交流。随着计算机技术、智能传感技术以及网络通信技术被广泛应用于各个领域之间，农业机械的发展也面向了自动化和信息化，这有别于传统的农业机械，结合了先进控制设备的农业机械已经不是简单的代替农业劳动力生产，而是向着更为先进的智能化和信息化方向发展。更加重视从产前到产后的全产业链中农业机械化水平的整体提高。如今，我国已经全面进入信息社会，农业机械信息化的发展关乎着每个人的生活，以现阶段农业机械发展为前提，传感器等电气控制元件在农业机械领域的应用也越来越广泛，这对播种与收获的精确定位和农业产品的品质分析，提供了更多的可能性以及广阔的发展空间，对于现代农业机械技术，在农作物的播种、生产、收获、贮藏与运输的过程中，多种多样的传感器可以发挥重要作用。因此，农业机械的自动化系统仍需进一步发展，向着更加完善的集成化、智能化方向积极探究。

1农机自动化发展现状

美国的农业机械化发展极其迅速。是目前世界上技术最发达的农机化国家之一，其研究水平也较为领先。近年来，美国开始广泛在农业机械上安装GPS系统来进行农业作业监控，并向着农业机械作业的精准化方向发展。日本如今的农机作业从耕种到收获也已经全面实现了自动化控制，并将自动化技术应用到了饲养业等方面。随着进一步研发，日本农业机械的研究比较注重大型高性能农业机械装备的发展。欧洲很多国家的农业生产以旱作物为主，这些国家在小麦、玉米等粮食作物的各个生产环节均已全部实现机械自动化，其中一部分农业机械还安装了GPS系统来进行更为精确的农业机械作业。近年来，欧洲农业机械市场趋向于饱和，更加广阔的农业机械现代化市场已在中国形成。

2自动控制农业应用的优点

（1）实时控制。由于农业机械自动控制系统设计和开发以电气控制为基础，信号传输的时间短，速度极快。由于信号处理及时和程序运行速度块，自动控制用于处理农业机械控制装置的安全防护。可以满足多种农业机械的实时控制和安全防护。

（2）可靠性高。农业机械控制中所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使农业机械工作时的外部电路与控制器内部电路之间实现电气系统隔离。各输入端均采用合理的滤波器，并选择适合的滤波时间常数。控制系统的各模块均采用相应的屏蔽措施，以防止农业机械在恶劣的工作环境所造成的干扰，同时需要对电控元件进行严格筛选，选用耐用的传感器及开关电源等。

（3）自我故障诊断。应用自动化控制的农业机械，多种传感器的使用，使得故障的检测变得更加容易，由于农业机械在恶劣工作环境下时常出现故障，这是得益于自动控制下农机具有良好的自诊断功能，在工作过程中农业机械的某个部件运转发生故障，则可在第一时间开启诊断，引发警报、自动运行停止或自我修复。同时科学技术的快速发展研发的高性能处理器和处理系统也保证了采取措施修复故障的有效性。

（4）配置简单灵活。现阶段国际化的控制器及传感器技术发展成熟，I/O卡件种类丰富，国际大厂生产的自动控制元件及系统成熟且使用趋向于简单化，组合趋向于灵活化，针对于不同农业机械工作时自动控制工程的要求选择不同的现场信号，如脉冲或电位；开关量或模拟量；强电或弱电；电压或电流等，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备等。自动化控制系统多采用模块化结构，为了适应各种农业机械控制的需要，除了某些单元式小型控制器之外，绝大多数的控制器均采用了模块化结构。控制器不同组件，例如CPU，电源，I/O等组件均采用模块化设计，由机架及电缆将不同模块连接起来，农机控制系统的功能和规模以不同的使用要求自行组合。

（5）售后成本降低。自動控制系统的介入提升了农业机械的适应能力，降低了农机的故障率，提高了机械替代人工操作的效率，减轻了售后服务人员的的劳动强度，提高了生产作业效率。

3农业机械内部的自动控制技术

自动控制技术已经在发达国家的各种类型农业机械上广泛使用，例如在农业机械内部安装控制系统与电子监视应用等。如今，拖拉机等现代农业机械的自动化控制技术的发展趋势更加趋向于智能化以及网络化，分布式控制技术得到了长足的发展。对于一些大马力拖拉机、收获机械等现代农机装备来说，其系统中所涉及到的电子控制单元，是一个高度智能化的计算机控制终端系统，它具有非常独立的信息处理与控制的能力，并包含很多标准化的接口，这使得网络通信协议和控制局域网络等技术得以应用在农业机械领域。现阶段以大马力拖拉机为代表的各类农业机械上智能化自动控制单元的技术进步，这就需要在此情况下建立相对应的标准，以规范农机控制行业的发展，强化此领域控制技术的通用程度。例如：在大型收获类农业机械的驾驶室内安装适用于收获不同作物的通用型的智能显示屏幕，并通过双绞线或光纤电缆来组成控制数据的通信线路。它是基于电子控制单元总线技术的串行总线结构，针对收获机械不同工作要求的部件和对应的电子控制单元都可以设计成具有与总线相连接的标准接口，这样有利于保证农业机械内部的各个电子控制单元都能够实现与中央控制器及其显示部件之间的信息传递，并可以准确和及时的完成相关的控制。与此同时，收获机上所采用的标准化接口还可与其他同种类机械甚至不同农机进行数据交换，这对于农业机械技术的发展，尤其是农业机械控制技术及网络控制技术的发展非常有利。为了更好的保证农业机械在自动控制系统内部具有良好的兼容性和通用性，在农机行业内部建立可以通用的总线通信设计标准就很有必要，这就使得控制元件的采购、更换以及升级变得更加容易且成本更低，网络平台的介入，使得零件的使用趋向于优质化，且不需要考虑购买元件能否使用等问题。

图1为大马力拖拉机自动控制系统的相关组件，通过GPS和控制系统可实现拖拉机在制定路径的自动行驶，还可在拖拉机连接部位装配喷药机，旋耕机等相关组件，控制喷药及旋耕的工作并监控作业效果。在发达国家的某些大型农场，农业机械作业时农场办公室计算机与移动作业机械间无线连接，这就建立了如图1类似的通过无线通信进行数据交换的管理信息系统。这就使得工作人员通过农场管理中心的计算机操作在田间作业的农业机械，并按照主观意图随时进行调整，同时对田间作业数据等资料可以进行远程调用和研究，并且直接保存到相应的数据库之中，供日后作业时参考，很大程度上提高了数据采集与分析的效率。

4农机自动化普及存在的问题

4.1自动化技术在农业机械领域受重视程度低

目前，我国的农业机械专业领域对农机自动化技术不够重视。虽然有很多厂家以及专业技术人员已经意识到了农机自动化技术对我国现代农业发展的重要作用和意义，但是现代化的自动化技术的应用到农业机械领域就要求得到农业网站以及农业气象部门等许多职能机构和政府相关部门的帮助，很多部门对于农机自动化技术在农业机械领域的应用还不够重视，没有进行过细致和深入的研究工作，这就使得农机自动化技术对我国现代农业的促进作用难以充分的发挥出来，这同时造成了我国目前与发达国家之间在农业机械自动化方面存在较大的差距。因此，提高农机自动化技术的认可度是目前需要亟待解决的问题。

4.2自动化技术在农业机械领域的技术资金投入少

农机自动化技术的普及需要大量的资金和设备做保障，对农业机械自动化的研究和投入相对于其他高新技术要少很多，农业机械自动化的发展需要配备大量研究型和技术型的高素质人才。从目前看来，我国目前在农业机械自动化方面的投入还相对不足，也就在一定程度上限制了农业机械自动化的研究和更深层次的探索。

4.3自动化技术在农业机械领域技术研究能力较弱

与世界发达国家比较，我国农业机械的发展较为缓慢，技术较为落后，信息化水平低，依托国际农机技术严重等问题在很大程度上制约了我国农业机械先进的自动化技术应用效率。农机自动化的相关标准也急需完善，近年来，农业机械技术研究的针对方向和我国位置区域有很大的关系。例如，大多数的农业机械只适合在平原地區使用，而对于我国丘陵或山地等复杂区域农业机械研究也相对较弱，适应能力较弱，没能全面发展。

5结束语

综上所述，我国未来农业机械发展的趋势必然是自动化与智能化相结合。在农业技术相对发达的国家，自动控制技术、GPS技术、传感器技术、控制器技术、图像识别技术等现代科技已经被广泛应用在农业机械领域，农业机械设备可以自动、智能、高效、精准地完成各种农业作物的作业任务，这已经大大的不同于传统的农业机械技术，而是具备了更为先进的卫星定位技术、传感器、集成处理系统等智能控制系统的复合型农业机械，是未来农业发展的必然趋势。我国政府及科研机构应对农业机械的自动化发展给予足够的重视与支持，积极鼓励各大企业及科研机构探索先进的农业机械全自动化技术，推出农业机械自动化技术相关标准，促进农机自动化模块技术的发展与推广，切实保证我国的农业机械技术走到世界前列，努力成为机、电、液一体化发展的现代化农业机械大国。