自动控制技术在农业机械领域的应用趋势

2021-12-13□张勃

黑龙江粮食 2021年11期

□ 张勃

（西安外事学院，陕西西安 710077）

一、农业机械自动化积极作用

（一）节省劳动力

传统农业的播种、施肥、丰收等各项农业工作都是依靠劳动人民的双手，这种低效率的生产方式要耗费大量的劳动力与时间，付出的艰辛与农产品的经济回报不成正比。而在如今科技快速发展的时代，农业机械化与自动化水平逐渐上升，很大程度上节省了劳动力。农业生产过程中自动化机械的使用，使得农业的生产效率大幅度提升，也保证了农产品的质量。是机械设备改变了传统的劳动方式，减轻了农民的劳动压力，劳动人民也可以扩大农产品种植规模，推动农业经济的发展［1］。

（二）符合农业发展需求

我国城市化的发展方式使得很多农村人口涌入城市，争取城市户口，农村人口大量减少，留下的大多是老年人和小孩，他们由于体力和年龄的限制，无法承担如此强度的农业生产活动，因此农村的土地资源普遍闲置、荒废，导致了资源的严重浪费。而农业机械的科技发展，符合当代农业的发展需求，实现了自动化的生产方式，不再需要人力进行辛苦劳作，人们只要会操作农业机械，就可以利用自动化的机械代替人力实现农作物的耕种、施肥、秋收等全部过程，进而促进农村经济的持续健康发展［2］。

（三）构建新型农业模式

随着市场的多样化发展，农业的产业结构也应市场变化发生转变，出现了职业化的农民，传统的农村的生存理念和农业的生产经营方式不再适应新时代下的农业发展，因此，以现代科学技术的发展推动新型农业生产与经营模式的构建是必然趋势，在弥补传统农业生产的不利因素、促进农业转型的同时，有助于缩小城乡差距，加快农村地区的发展步伐，促进国民经济的发展。

二、农机自动化控制技术应用优势

（一）元器件高精度反馈

农业机械运作时的控制精度依靠农机各部分零件的精准反馈，所以采用自动控制技术的农机元器件的反馈精度是影响农机运作时综合精确度的主要因素。例如，农机执行生产任务时，所处位置的信息反馈，传统的农机设备中传感器提供的位置数据只能精确到5厘米，如今，一般农机配置的都是光电编码器，其提供的位置数据精确度达到0.2厘米。通过数据比较可以发现，自动化的控制方式大幅度提升了农机工作时的精确度。另外，以往的农业机械部件中的传感器的实际功耗较大，甚至超过规定功耗，因此农机使用寿命缩短；而光电编码器功耗较低，与其他组件之间不存在摩擦损耗，因此光电编码器在如今的农机设计制造中得到广泛使用。

（二）可靠性很高

采用自动化控制技术的农机在运作时，几乎所有接口信息的输入或者输出方式均为采光隔离方式，这种方式的优点在于可以将农机的内部电路和外部电路分隔开。在自动化技术下，操作控制系统中的每部分组件都带有高效的屏蔽措施，避免因工作环境恶劣而造成农机损坏。在控制系统中滤波器和电控元件等农机的组成元器件需要经过严格的挑选，高质量的开关电源和传感器是实现农机可靠性的前提。另外，采用自动化控制技术的农机，有一项特殊的功能，即可以对农机自身的运作情况进行实时有效的监控，系统若出现故障或者有损坏的可能性，系统会给出警示，并能显示故障的精确位置。

（三）配置简便灵活

当下，很多厂家生产的农机各部分的配件不再单一，而是多种多样，且技术成熟、系统完善，可依据农机的不同类型与农业工作需求选择合适的控制元件，如系统的电源电压大小、电流大小、模拟量和开关量、I/O模块、工作模式等，实现农机配置的简便灵活运用。为了简化控制系统，在满足农机工作要求下，将大部分的操控器都设计为模块化的结构。例如，自动控制系统的电源模块、CPU控制模块、I/O模块，都采用模块化的设计方式，如果农机发生故障，可根据每个模块上提供的故障指示，快速检查并寻找故障位置，然后单独换掉故障的模块，使控制系统恢复正常运行，这种灵活的配置方式减小了农机的维修难度，增加了自动化控制农机的工作效率［3］。

三、农机中自动控制技术的分析与应用

（一）农机自动控制技术分析

1.温度与湿度自动化控制技术

冬季蔬菜的生产主要依靠大棚种植方式，这种种植方式满足了人们冬季对蔬菜的需求，但是一项比较耗时费力的农业生产活动，需要农民的尽心监督与管理。采用自动控制技术，依靠传感器组件收集大棚内的温度与湿度信息，传递到农民的计算机上，主计算机按照提前设定的阈值进行比较，从而控制大棚内排风、加湿、干燥等操作，确保大棚内部农作物正常生长所需的环境条件。

2.自动采摘技术

农机的自动化控制技术逐渐成熟，可以实现对不同农作物及其对应的不同管理方式进行自动化管理。例如，采摘机械设备可根据农民提前设置的路线，将果实的实际情况录入系统，建立信息库，农业工作人员需要确定可以进行采摘的农作物标准。在自动控制农机进行采摘的过程中，按照指定的路线，利用特定类型的传感器收集农作物的信息并判断该农作物是否满足采摘条件，若满足，则进行采摘［4］。

（二）自动控制技术在农机中的应用

1.在拖拉机中的应用

拖拉机是农业生产中常见的农业机械，可实现农作物大量运输，在其后方可牵引多种农田机械进行移动作业，以完成田地的各项农业生产任务。目前，自动化控制技术主要应用在拖拉机的力度调节和位置调节中，经过自动控制技术的不断研发与应用，我国农业生产领域已经普遍使用机械油压式联结模式的新型拖拉机，在未来的发展中，人们会研发出效率更高的电子油压式联结拖拉机。

2.在施肥播种机中的应用

播种是农作物种子得以生长的基础过程，施肥是促进农作物健康生长的重要方面，因此，播种施肥农业机械中自动控制技术的应用，能够加强农业种植效率，减少劳动力付出与劳作时间，很大程度上加快农作物的生产效率。目前，在自动化控制系统中，农业人员确定种子和肥料的实施密度，控制机械前进的速度，可实现自动化播种与施肥，且精确度能够得到保障，自动化的机械式种植方式能够确定种子与肥料的合理比例，有利于促进农作物的科学生长。

3.在谷物干燥机中的应用

通常，稻谷和小麦需要进行干燥处理，以保证长时间存储，以往需要人工参与，辅助谷物干燥机进行干燥工作。而自动控制技术的应用，不仅能够提升干燥机的工作效率，更能有效控制谷物的科学干燥过程，随时根据谷物含水量的变化，控制农机系统调节干燥温度。不仅确保了谷物的合理干燥，也有助于减少电能损耗［5］。

4.喷灌和微灌机械中的应用

灌溉是保证农作物茁壮成长的核心步骤，为农作物较高的成活率和产量提供良好的物质基础和生长环境。采用自动控制技术的喷灌微灌农业机械，以遥感监测技术为辅助，获取土壤的实时状态，灌溉合理水量，在满足农作物健康生长所需的条件下，也有利于水资源的合理使用，避免浪费，有利于建设高效、精细化的农业。当前使用较多的自动化灌溉机械有补偿压力式滴灌头、流量均衡滴灌以及可自由旋转的微灌喷头等。