远程监控技术在农业机械领域的应用研究

高 洁

（1.中机科（北京）车辆检测工程研究院有限公司，北京 102100；2.国家工程机械质量检验检测中心，北京 102100）

近年来，农业生产事故时有发生，农业安全问题已经成为农业生产中的关键问题，农业监控系统在农业安全生产中发挥着重要作用。农业机械设备以计划维修或定期保养为主，在日常应用的过程中因缺少实时监控对系统的使用寿命造成了较大的消极影响，致使故障频发，在一定程度上拉低了农业资源的效率和质量。目前，大多数情况下使用的系统缺乏灵活性、智能化和集成技术应用，很难满足农业的日常需求。技术创新势在必行，科技的进步促进人们对能源需求的增长，为进一步实现农业资源的合理开发，加强农业生产的安全性，需要依据实际的农业条件，再结合互联网技术，重新进行控制系统的创建。

1 农业机械设备远程监控的必要性

1.1 保证生产设备顺利运行

农业机械设备远程监控的必要性，首先体现在其能够保证生产设备顺利运行。随着农业机械设备智能化领域的深度发展，相关技术已经能够支撑无人化或者半无人化的农业生产。在这样的现实条件下，农业机械装备在运行时很可能是无人监管的，无人管控的生产现场会导致农业机械设备在运转过程当中一旦出现问题，既有的监控条件和监控手段无法实时记录并及时反馈与诊断机械存在的问题。但是如果开展农业机械设备远程监控工作，针对机械本身在运转过程当中可能存在的问题进行远程诊断，能够最大限度地避免由于机械故障所导致的生产停滞问题，为农业生产减少不必要的损失，保证生产设备能够顺利地运行[1]。

1.2 适应机械化发展的潮流

农业机械设备远程监控的第二个必要性体现在其能够适应机械化发展的潮流。无人化运转机械是行业的发展趋势，尤其是随着新时期的到来，用工成本提升，技术发展越来越快，两者相互融合，越来越多的无人化农业生产和半无人化农业生产被发明、被使用[2]。农业机械设备的智能化程度不断提升，其可能存在的问题以及解决的方案已经有据可查，规范化发展的结果可以保证一旦机械出现问题，受过专业训练的工程师能够通过远程技术指导现场的工作人员开展更加简单、便捷、高效的维修工作，同时也意味着很多农业生产可以取消原有的高级技工的职位，去聘请低端但具有强动手能力的工人来完成远程操控的机械维修工作。在农业机械领域应用远程监控与故障诊断技术是符合时代潮流的，这一模式也能够帮助企业以更加集约化的方式发展壮大[3]。

2 农业机械设备远程监控技术的优势

2.1 保障设备安全平稳运行

在农业机械设备当中运用远程监控技术，对机械设备在具体运转过程当中存在的故障进行远程分析诊断、排查和排除是农业生产的一个前沿性趋势，其也得到了业界的广泛认可。农业机械设备的运转过程实际上是在适应大机器时代的实际生产需要，这意味着农业机械设备运转过程需要各部门协同配合，一旦机器停摆，农业生产也将停摆，由此所造成的损失是不可估量的[4]。

2.2 提升设备利用率

在农业机械设备运转过程中，设备的利用效率与设备本身的客观情况有关，同时也与农业机械设备本身的应用时间和其健康运转的时间密切相连。因此，加强使用农业机械设备的远程监控与故障诊断技术，能够最大限度地提升机械本身的利用效率，能够第一时间发现故障、排查故障原因、解决故障问题，由此提升设备的利用率，为农业生产的运营效率和效益的提升作出有益的贡献。此外，农业机械设备需要花费大量的金钱投入到农业生产中，并且围绕着农业机械设备本身的运转，企业也需要花费大量的精力、时间和金钱来为其建设配套设备并培训专业技术的员工，一旦机器停摆，短期内会给农业生产造成短暂的利益损失，长远来看也会阻碍农业生产的良性运转[5]。随着新技术的发展和大机械农业生产时代的到来，提升设备的使用率意味着提升农业生产的竞争力，无论是从当下还是长远来看都是十分有必要的。

3 新时期农业机械设备存在的问题

3.1 农业机械设备管理不完善

农业机械设备的管理与维修是一项系统工程，其施工质量直接影响企业生产效率。因此，在农业生产过程中要注重对相关技术和工艺进行创新。首先，要加强对现场技术人员、管理人员以及施工人员的安全教育培训工作；其次，建立健全规章制度并落实到行动上，以保证施工进度能够顺利完成；最后，需要制定科学合理的机械设备维修维护方案来确保工程质量与经济效益达到最高标准，这也是农业企业必须重视的问题。

3.2 设备管理与维修技术有待提高

农业企业的生产环境比较恶劣，对机械设备有很高的要求，在日常工作中应加强对农业机械设备的维修与保养。但由于我国经济发展不均衡及国家政策、法规等方面的限制，导致了许多农业机械装备没有达到相应标准要求而被淘汰；同时还存在很多单位为了节约成本或出于自身利益考虑盲目引进新设备但并无实际经验可循、学习和借鉴国外先进技术但缺乏创新等问题亟待解决，这些情况不仅影响了企业生产效率，而且对行业形象造成了一定的负面影响[6]。因此，企业应加强对设备的管理与维修，提高机械装备的运行效率和使用寿命。

4 农业机械设备远程监控系统的硬件设计

在对农业机械设备远程监控系统进行硬件设计前，需要先对其监控电源进行处理设计。系统电路的电源是保证系统可靠、稳定工作的重要因素，其中包括供电装置和复位电路两部分。本研究采用CS89712模块复位器传输发送对应的启动信号，远程监控系统采用nPOR的双向目标信号作为初始复位信号，将其与执行装置相关联后，安装复位芯片，并将芯片所产生的完整复位信号传输至系统设备。此时，整个系统的额定电流基本为1 800 A，外部电源输入电压范围需要控制在15 V~35 V，系统此时的供电情况是较为复杂的，对应的电压执行层级也十分繁杂。在初始执行电路的基础上，将CS89712芯片的I/O与控制内核采用不同电压隔离，关联显示器通常设定为2.5 V或5.5 V，并对扩展的MAX125与LCD执行控制器对应的指标参数进行调整更改，同时对LCD的对比度也需要进行调整，在模拟采集MAX125前向通道过程中，产生的滤波以及实时电压也会随之发生相应的变化。与此同时，远程控制电源的电压会较大，可以采用Ericsson中的DC/DC电源模块PKC2131PI对高压电路做出隔离操作，在双输出的LDO控制环境下，提供给CS89712芯片的电压为3.3 V和2.6 V。在上述基础上，再对农业机械设备远程监控系统进行电源存储器的设计，采用FLASH存储程序和参数，结合SDRAM作为程序的主控结构，均衡执行、运行控制，调整监测设备的执行程序，使其与主控程序一致，并最终完成数据的堆叠以及堆栈[7-9]。

5 农业机械设备远程监控系统的软件设计

监控系统的软件组成分为3个模块：基于VS平台的加密软件、基于BBC平台的主PC端系统、基于Android的手机客户端，本研究重点介绍前两者。

1）基于VS平台的加密软件。加密控件是监控系统中非常重要的一部分，有助于避免计算机系统、数据或其他信息泄露的安全风险。本研究所设计的软件允许用户对设备进行加密和解密，从而保护用户的隐私。该软件是基于窗口开发的，其应用场景主要是在每个监控室，因此具有更大的适应性和通用性。此外，基于VS平台编写的图形软件简单、清晰，功能齐全，使用户可以更快入门。

2）基于BBC平台的主PC终端系统。通过BBC平台发布的BBC软件，分为PC版和移动版，该软件可以实现PC、手机和SK3非智能套件等智能设备之间的即时消息传递。基于BBC通信机制，用户无需设置服务器即可实现SK3与手机、PC或其他SK3之间的点对点通信，可极大地减少开发人员的工作量。本研究设计的PC终端系统软件可以实现账户注册、发送和接收文本数据、查询传感器的工作状态、发送和接收传感器数据、配置传感器工作状态参数、更改密码、添加和删除设备等功能[10]。

远程PLC监控指令结构设计在完成硬件的设计后，再进行相关软件的设计。远程监控系统的软件最注重的是远程监测以及远程控制，远程PLC主要用于系统的自动控制，即对系统执行的运行状态做出控制与调整。通常情况下，需要采用测量设备以及工具进行数据信息的采集与测量，并将数据信息汇总整合，添加在控制程序中，形成集成化的初始处理指令。

6 农业机械设备维修与管理的改进方法

6.1 定期检修，加大维修与管理力度

要加强对农业机械设备的检修与管理工作。首先，需要制定一套完善、健全的维修机制，建立专业化、规范化、信息化的管理模式；其次，建立相应检测制度和考核标准等规章制度；最后，定期组织进行相关技术培训工作等，增强企业人员对于机电设备事故的处理能力，强化安全意识，提高维修技能操作熟练程度，从而加强农业机械设备的日常维护与保养工作，保证技术人员能够在规定时间内及时完成检修任务，并对维修过程中出现的问题采取有效的解决办法。

6.2 在空气压缩机群组监控中应用PLC技术

空气压缩机是农业生产中不可缺少的关键设备，但在我国对空气压缩机的控制还在普遍使用继电器，该控制技术在安全保护方面并不是特别理想，而且具有较高的故障率，也不便于维护，很难完全满足空气压缩机安全、可靠运行的需求。空气压缩机群组监控系统是一种新开发的技术，其由温度传感器、压力传感器、断水装置等多种元件构成，可以实时采集信号，并将信号向PLC传输，PLC在接收到信号后经过分析处理可将信号转换为可视状态，并传输到显示设备上。因此，可以在显示设备上实时监控空气压缩机的工作状态，同时利用显示设备上的控制按钮对空气压缩机进行实时控制，实现在线监控和控制[11]。

6.3 加大培训力度，提高工作人员整体素质

要求农业企业的工作人员有较高素质，同时对其专业知识和技能也有较高要求。为使设备能够更好地运行，首先是对工作人员进行定期培训，通过各种方式让员工了解相关生产流程以及操作要点等；其次是加强人员之间的交流与沟通、学习能力及技术水平等；最后是建立激励制度，鼓励员工积极向上，发展自己的才能和创造力。在农业机械自动化推广工作中，优秀的技术人员是先决条件和人才基础，相关部门要充分挖掘和培训专业技术人员，充分利用这部分人才的技术优势，带动广大农村地区的农民学习农业自动化机械操作技术。如果操作人员缺乏专业能力和实践经验，可能会给农业机械自动化成果带来负面影响，从而降低农业机械自动化的可信度，不利于农业机械自动化推广工作的开展。因此，应该提高农业机械自动化人员的综合素质，并将农机自动化技术的使用方法及时教授给农民，并协助农民解决在使用自动化农机过程中遇到的问题。

6.4 加大创新力度，研发更先进的农业机械

有关部门要切实推动农业机械化技术的革新，大力研发类型更多样、功能更强大的农业自动化机械，为农业机械自动化的推广及农业的可持续发展打下坚实基础。相关科研部门要深入分析农业自动化技术，把理论与实践经验结合起来，开发更符合现代生产需要的自动化、智能化农业机械装备。此外，在农业机械化研发领域，必须坚持以市场为主导，把握好供求关系，结合不同地区农业发展的自然条件及人力条件，研发更具实用性及特色化的自动化农业机械。

7 结语

综上所述，在互联网信息技术的普及与应用背景下，对比传统的监测设备，现如今的设备远程监控系统更加灵活、全面，监控的结构也不同于传统的单一结构，而是双向的多目标控制结构，可以更加准确地分析控制监测的实际情况，从而进一步完善预设的目标任务，合理分配农业资源，确保农业生产的安全性，为我国农业监控技术迈上一个新的台阶提供助力。