高紅紅 張真真 韓懷寶

1、濟南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2、濟南歷城控股集團有限公司

前言

農(nóng)業(yè)是國之根本，農(nóng)業(yè)的發(fā)展影響著國民經(jīng)濟發(fā)展水平，傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式嚴重落后于時代發(fā)展，很多地區(qū)的農(nóng)機設(shè)備落后，科技水平低，科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中成果轉(zhuǎn)化率較低。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)運而生，融合了現(xiàn)代智能技術(shù)，推動社會文明建設(shè)，而電氣自動化技術(shù)以其綜合性強智能化水平高等優(yōu)勢，可以為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供助力，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級，提高農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平，為建設(shè)富強的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化強國奠定基礎(chǔ)。

1 電氣自動化技術(shù)概述

電氣自動化控制系統(tǒng)是一門綜合性強的技術(shù)，它由先進的工具和技術(shù)集成，涉及計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)和人工智能技術(shù)等多領(lǐng)域多方面的綜合技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人化自動化工作[1]。20世紀60年代，工業(yè)生產(chǎn)過程、航空航天技術(shù)以及社會經(jīng)濟系統(tǒng)等領(lǐng)域的進步使自動控制理論不斷發(fā)展，自動化技術(shù)水平大大提高。電氣自動化技術(shù)因其涉及范圍廣、綜合性強、智能化水平高等優(yōu)勢，不斷應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、機械制造等領(lǐng)域中。隨著智能化水平的提高，電氣自動化技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣闊，拓展了智能化生活的新視野。

2 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)概述

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)概念可指智慧農(nóng)業(yè)，是與工業(yè)4.0對稱的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)不是指農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和農(nóng)業(yè)工業(yè)化，而是以智慧經(jīng)濟為主導(dǎo)、大健康產(chǎn)業(yè)為核心的自動化、個性化、藝術(shù)化、生態(tài)化、規(guī)模化、精準化的智慧農(nóng)業(yè)?，F(xiàn)階段，自動控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)廣泛應(yīng)用在各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理事務(wù)中，可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員優(yōu)化調(diào)整生產(chǎn)模式，智能、有效地管控農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，最大限度地改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件[2]。目前，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展比較滯后，現(xiàn)代化設(shè)備的使用率較低，農(nóng)業(yè)發(fā)展水平存在區(qū)域差異，亟須升級改造。

3 電氣自動化技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)可以促進農(nóng)業(yè)模式的發(fā)展改革升級，推動農(nóng)業(yè)往智能化方向轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)在機械自動化、智能化信息采集管理、科學(xué)采培等方面提高了資源和人力的利用率，解放了生產(chǎn)力，提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率。以下將從電氣自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉、溫室大棚和農(nóng)產(chǎn)品撿裝進行闡述。

3.1 電氣自動化應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉

在智能化農(nóng)場中，灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)中需要引入自動化檢測裝置與設(shè)備，自動灌溉系統(tǒng)可以實時監(jiān)測整個農(nóng)產(chǎn)品的狀況，并且自動監(jiān)測灌溉。自動灌溉系統(tǒng)由監(jiān)測中心、閥門控制系統(tǒng)、土壤監(jiān)測系統(tǒng)和水泵控制系統(tǒng)等組成。監(jiān)測中心與各監(jiān)測系統(tǒng)可以通過GPRS/4G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，各個子系統(tǒng)之間通過閥控、傳感器和農(nóng)作物控制器進行監(jiān)測和管理。濕度傳感器可用于土地濕度測量，如圖1濕度傳感器電路。

圖1 濕度傳感器電路

自動灌溉系統(tǒng)監(jiān)測中心由軟、硬件構(gòu)成，硬件部分包含服務(wù)器交換機等部分，軟件主要涉及灌溉系統(tǒng)平臺。通信網(wǎng)絡(luò)可選擇GPRS；閥門控制系統(tǒng)的主要作用是對農(nóng)作物區(qū)域灌溉片區(qū)水流截斷和水流分輸。系統(tǒng)采用無線組網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸。監(jiān)控中心給指定電磁閥下達灌溉指令，開啟或停止電磁閥灌水實現(xiàn)自動灌溉。也可根據(jù)濕度傳感器獲得的土壤水分含量，通過設(shè)定土壤濕度閾值聯(lián)結(jié)閥門控制器實現(xiàn)自動灌溉；土壤監(jiān)測系統(tǒng)針對土壤水分進行采集與處理，由閥門控制器、土壤溫濕度傳感器等組成對土壤區(qū)域?qū)崿F(xiàn)集中控制和管理的功能；水泵控制系統(tǒng)對水泵機組運行狀態(tài)機及其用電量、管道流量等參數(shù)進行監(jiān)測，通過網(wǎng)絡(luò)上傳到控制中心，實現(xiàn)集中控制管理的功能，灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 電氣自動化技術(shù)在溫室大棚中的應(yīng)用

溫室大棚作為新型蔬菜瓜果培育基地，打破了蔬菜以及水果的空間和時間的限制，為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的多樣性，溫室大棚在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中占有越來越大的比重。電氣自動化技術(shù)可在農(nóng)作物栽培、嫁接、病害系統(tǒng)管理中起到重要作用。將大數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)引入溫室大棚中。溫室大棚對環(huán)境的溫濕度要求較高，因此監(jiān)控平臺需實時監(jiān)測溫室大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)以及氧氣、二氧化碳濃度，光照、強度等參數(shù)。溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，監(jiān)測大棚內(nèi)動態(tài)信息采集及實時管理。同時通過云平臺建立專家系統(tǒng)，對農(nóng)作物栽培病蟲害管理進行指導(dǎo)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成如圖3、表1所示。

表1 監(jiān)控平臺構(gòu)成與作用

圖3 云服務(wù)平臺

自動化技術(shù)應(yīng)用在溫室大棚中按照實時動態(tài)數(shù)據(jù)，進行分析決策、自動灌溉、無人機噴灑農(nóng)業(yè)等，實現(xiàn)精準的大棚動態(tài)管理，可以精準地掌握溫室大棚的作物生長狀況，有利于提高生長作物的生長效率和產(chǎn)量，減少人力投入，解放生產(chǎn)力。但是在構(gòu)建智能化溫室大棚的同時，需要必要的資金投入，導(dǎo)致對于電氣自動化裝置的成本預(yù)算需要農(nóng)民承擔,因此電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用受到投入資金的限制。在未來的智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，溫室大棚控制系統(tǒng)要更加成熟，幫助農(nóng)民進行管理監(jiān)督,在系統(tǒng)成本上逐步降低到農(nóng)民可承受范圍。

3.3 電氣自動化技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品撿裝中的應(yīng)用

在農(nóng)作物成熟后，農(nóng)產(chǎn)品的采摘、包裝和運輸工作是一項巨大的工程，往往需要投入大量的人力。自動化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用與物流分揀包裝中，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品包裝需要納入生產(chǎn)管理工作，所以農(nóng)產(chǎn)品包裝、質(zhì)量檢測和分裝運輸?shù)确矫娑夹枰獙崿F(xiàn)機械自動化和智能化如圖4所示。

圖4 農(nóng)作物生產(chǎn)運輸流程

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)業(yè)機械化水平比較低，對人工的依賴度較高，在農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)檢、運輸中需要投入大量的人力。為提高整個流程的精準度，降低對農(nóng)產(chǎn)品的損壞，計算機虛擬技術(shù)可以模擬出和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的每一道工序，通過模擬實驗數(shù)據(jù)，優(yōu)質(zhì)的流程將會被重新應(yīng)用在真實農(nóng)業(yè)機械制造工作中[3]。

農(nóng)產(chǎn)品撿裝系統(tǒng)涵蓋農(nóng)產(chǎn)品的分類、質(zhì)監(jiān)、包裝、運輸?shù)龋皇紫葯C械化裝置根據(jù)產(chǎn)品形狀外觀借助人工智能技術(shù)對產(chǎn)品分類，通過分類后自動檢測農(nóng)產(chǎn)品外觀、大小，分批次分類包裝，也可根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)制定不同的包裝盒運輸方案。同時，利用機器人設(shè)備，整理農(nóng)作物產(chǎn)品進行包裝運輸。系統(tǒng)化的農(nóng)產(chǎn)品分類、質(zhì)檢、包裝和運輸會突破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理模式，優(yōu)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，使農(nóng)業(yè)機械與自動化技術(shù)深度融合。

4 電氣自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)展趨勢

電氣自動化技術(shù)廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的強大動力，科學(xué)技術(shù)的進步必將對農(nóng)業(yè)帶來翻天覆地的變化，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮螅袌龈訉拸V，而電氣自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展趨勢會：

智能化發(fā)展，電氣自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運行中的推廣，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式，提高了農(nóng)村產(chǎn)業(yè)的工作效率，解放了農(nóng)村生產(chǎn)力，為農(nóng)村建設(shè)添磚加瓦。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和科技的進步，電氣自動化技術(shù)發(fā)展會更加先進，將會帶動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)往智能化方向發(fā)展，更加高效的智能化技術(shù)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供技術(shù)支持。

系統(tǒng)化發(fā)展，電氣自動化技術(shù)安全可靠，綜合可利用在農(nóng)業(yè)的整個生產(chǎn)過程。農(nóng)業(yè)不僅是產(chǎn)品的輸出者，智能化的現(xiàn)代農(nóng)場也應(yīng)該將管理、生產(chǎn)、分揀運輸和銷售系統(tǒng)整合。系統(tǒng)化的一體式管理，使農(nóng)業(yè)與商業(yè)集成，打破傳統(tǒng)商業(yè)模式，為農(nóng)業(yè)帶來新渠道和新角色。

通用化發(fā)展，電氣自動化技術(shù)的普及，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)改頭換面，將通用化技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)作物播種管理、收割、分揀運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)中。在智能化的大規(guī)模的農(nóng)業(yè)體系中，機器人廣泛應(yīng)用在監(jiān)控、預(yù)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)參數(shù)，獲取實時準確的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)方面實現(xiàn)智能化的農(nóng)業(yè)管理。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員不用事必躬親，智能化的管理檢測平臺，遠程記錄、分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提前做好病蟲害、灌溉、施肥等工作，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備會代替人工，有序地完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)[4-5]，而人工也可參與決策，提高整個農(nóng)業(yè)的精準運行效率。

5 結(jié)語

總之，電氣自動化技術(shù)可以為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供助力，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式，提高農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)必將以新的姿態(tài)刷新人們對農(nóng)業(yè)的認知，科技進步為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供強勁動力。電氣自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，加快了為我國建設(shè)富強民主的社會主義新農(nóng)村的步伐。