我国农机自动化技术的应用现状与发展趋势

2021-11-30寇元金刘毅龙

现代农机 2021年6期

寇元金，刘毅龙

（江西工业职业技术学院，330000，江西南昌）

1 我国农机自动化两种关键技术的应用

1.1 可编程逻辑控制技术的应用

可编程逻辑控制技术（PLC 技术）在我国农机自动化生产作业中的应用相当广泛，可以说是支撑我国农机自动化技术发展的核心技术。PLC 技术起源于1960年代末期，源于美国通用汽车公司的生产线改造项目，是一种专门应用于工农业环境下进行逻辑运算、顺序控制、定时计数、算术运算等操作的智能控制技术，能够轻松地处理现场数字或模拟信号，控制各类工农业机械设备实现自动化作业。发展至今，可编程逻辑控制技术已经渗透至我国农机自动化生产的方方面面，例如：农机运行测速与调速、农机自动运行控制监测、自动采摘农业机械手等。2020 年，四川省农业科学院科研人员以PLC 技术为核心研发了一款农机行驶路线优化自动控制系统，该系统采用定点步长连续寻点规划的方式确定农机在田间运行的最优路径[1]，并将PID算法引入农机运行电机控制的PLC 中，确保了农机运行路径的最优化和连续化，上述科研成果成为可编程逻辑控制技术在我国农机自动化应用的经典。

1.2 现场总线通信技术的应用

大规模农机自动化作业需要基于可靠完善的通信网络，通信网络的作用在于：将大规模作业的农机设备有序地互联在一起，通过中央处理设备可以向这些农机设备发送统一的指令、进行实时监控，以实现大规模农业机械设备有序作业控制的最终目标。现场总线通信技术是一种基于工业数据网络的总线通信技术，它主要解决工业现场自动化设备的数字通信和信息传递问题，具有高效性、互联性和集成性等特点，它的出现和应用大大提升了我国农机自动化作业的规模、通信效率和有序程度。现阶段，运用于我国农机自动化作业的总线通信技术多种多样，较具代表性的有CAN 总线通信技术、Profibus 总线通信技术、HART 总线通信技术等，其中，CAN 总线通信技术由于具有短帧结构、多主方式、开放互联、离线性强等特点，被较为广泛地应用在农机作业通信网的构建中。2017 年，中国农业大学的科研团队在ISO11783 协议的基础上改进并优化了CAN 总线通信协议，研发了一款拖拉机自动运行控制网络通信系统，通过应用CANoe 网络测试工具进行系统性能测试发现：该系统能够快速建立起多台拖拉机的运行监控通信网络，实现对拖拉机运行更为高效、准确和稳定的自动控制。

2 我国农机自动化技术的发展趋势

2.1 智能技术

智能技术的飞速发展为农机自动化作业注入了新的技术动力。现阶段，智能技术在全球呈现百家争鸣的发展趋势，主要的技术类型包括：人工智能技术、神经网络控制技术、数据挖掘应用技术等。各技术都有显著的优势和特性，并被逐渐引入农机自动化产品研发和实际作业应用中，陆续产生了一些应用效果。例如：2020 年，江西环境工程职业学院的研究团队基于神经网络和数据挖掘技术研发了一款农机案例学习决策系统，该系统以农业采摘自动化机械设备为应用对象，运用小波神经网络算法对采摘农机设备的运动路径、采摘定位识别、响应要素进行了建模计算和数据挖掘，结果传送给采摘设备的中心处理器，以获得高效的学习精度，为采摘设备自适应智能学习提供了更为精准的决策依据[2]。上述案例仅是农机智能自动化发展的一个缩影，在有效解决智能技术从理论研究到实践应用的各类瓶颈问题，进一步提升智能技术对农机设备运行精度和响应速度的基础上，农机智能自动化发展将不断迈向新的高度。

2.2 虚拟自动化技术

在虚拟现实、物联网、5G、卫星遥感等技术的助力下，虚拟自动化技术体系逐渐成形。具体来说，虚拟自动化技术是以VR、物联网、移动互联网和卫星遥感技术为基础，并对上述技术进行优势整合的基础上形成的一种新业态技术。它的特点为：能够通过视觉建模的方法生成动态虚拟作业现场，实现对真实作业现场的跟踪、反馈和远程监控，为用户提供全面真实的视觉和作业操作体验。它的优势在于：能够更好地实现对远距离大规模农业自动化现场的虚拟监管，构建真正的无人值守式农机自动化作业场景。2020 年10 月，在福建举办的数字中国建设峰会上，基于虚拟自动化技术的“福建农业云131”系统正式亮相，该系统以VR、卫星遥感和5G 技术为核心，能够对大规模农业生产现场农机运行装备虚拟建模和现实生成，并将生成画面和数据通过物联网技术传输给用户终端，技术人员可在距离真实作业现场数十公里外观看农机设备作业的虚拟画面，并进行远程触摸控制[3]。相信随着虚拟自动化技术的发展，类似的开发案例将越来越多。

2.3 移动自动化技术

移动自动化也是农机自动化技术发展的趋势之一，它以移动机器人技术、移动互联网技术、传感器技术、云计算技术等为核心，实现对移动式农机设备的联网、无人值守、远程监控、云端存储等自动控制，突破了传统农机设备体积笨重、不便于运输、难以进行精准作业等弊端。现阶段，农机移动自动化发展的产品以功能各异的移动式农业生产机器人为代表，比较经典的案例有德国雷肯i Qblue connect 研发的移动拖拉机机器人、华南农业大学工程学院科研团队改进的X-804 型无人驾驶农业机器人、美国明尼苏达州农业机械公司研发的施肥机器人、英国科技人员开发的菜田除草机器人等，上述机器人尽管功能各异，但都具有移动作业、可远程监控、智能互联等特征，逐渐被应用在农业生产的各个领域。在未来的发展中，随着移动互联技术的进阶，相信农机移动自动化发展的脚步将越来越快。