高 潔

（1.中機科（北京）車輛檢測工程研究院有限公司，北京 102100；2.國家工程機械質(zhì)量檢驗檢測中心，北京 102100）

近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)事故時有發(fā)生，農(nóng)業(yè)安全問題已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題，農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。農(nóng)業(yè)機械設(shè)備以計劃維修或定期保養(yǎng)為主，在日常應(yīng)用的過程中因缺少實時監(jiān)控對系統(tǒng)的使用壽命造成了較大的消極影響，致使故障頻發(fā)，在一定程度上拉低了農(nóng)業(yè)資源的效率和質(zhì)量。目前，大多數(shù)情況下使用的系統(tǒng)缺乏靈活性、智能化和集成技術(shù)應(yīng)用，很難滿足農(nóng)業(yè)的日常需求。技術(shù)創(chuàng)新勢在必行，科技的進步促進人們對能源需求的增長，為進一步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的合理開發(fā)，加強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性，需要依據(jù)實際的農(nóng)業(yè)條件，再結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，重新進行控制系統(tǒng)的創(chuàng)建。

1 農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控的必要性

1.1 保證生產(chǎn)設(shè)備順利運行

農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控的必要性，首先體現(xiàn)在其能夠保證生產(chǎn)設(shè)備順利運行。隨著農(nóng)業(yè)機械設(shè)備智能化領(lǐng)域的深度發(fā)展，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)能夠支撐無人化或者半無人化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在這樣的現(xiàn)實條件下，農(nóng)業(yè)機械裝備在運行時很可能是無人監(jiān)管的，無人管控的生產(chǎn)現(xiàn)場會導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機械設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程當中一旦出現(xiàn)問題，既有的監(jiān)控條件和監(jiān)控手段無法實時記錄并及時反饋與診斷機械存在的問題。但是如果開展農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控工作，針對機械本身在運轉(zhuǎn)過程當中可能存在的問題進行遠程診斷，能夠最大限度地避免由于機械故障所導(dǎo)致的生產(chǎn)停滯問題，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減少不必要的損失，保證生產(chǎn)設(shè)備能夠順利地運行[1]。

1.2 適應(yīng)機械化發(fā)展的潮流

農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控的第二個必要性體現(xiàn)在其能夠適應(yīng)機械化發(fā)展的潮流。無人化運轉(zhuǎn)機械是行業(yè)的發(fā)展趨勢，尤其是隨著新時期的到來，用工成本提升，技術(shù)發(fā)展越來越快，兩者相互融合，越來越多的無人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和半無人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)被發(fā)明、被使用[2]。農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的智能化程度不斷提升，其可能存在的問題以及解決的方案已經(jīng)有據(jù)可查，規(guī)范化發(fā)展的結(jié)果可以保證一旦機械出現(xiàn)問題，受過專業(yè)訓(xùn)練的工程師能夠通過遠程技術(shù)指導(dǎo)現(xiàn)場的工作人員開展更加簡單、便捷、高效的維修工作，同時也意味著很多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以取消原有的高級技工的職位，去聘請低端但具有強動手能力的工人來完成遠程操控的機械維修工作。在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域應(yīng)用遠程監(jiān)控與故障診斷技術(shù)是符合時代潮流的，這一模式也能夠幫助企業(yè)以更加集約化的方式發(fā)展壯大[3]。

2 農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 保障設(shè)備安全平穩(wěn)運行

在農(nóng)業(yè)機械設(shè)備當中運用遠程監(jiān)控技術(shù)，對機械設(shè)備在具體運轉(zhuǎn)過程當中存在的故障進行遠程分析診斷、排查和排除是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個前沿性趨勢，其也得到了業(yè)界的廣泛認可。農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)過程實際上是在適應(yīng)大機器時代的實際生產(chǎn)需要，這意味著農(nóng)業(yè)機械設(shè)備運轉(zhuǎn)過程需要各部門協(xié)同配合，一旦機器停擺，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也將停擺，由此所造成的損失是不可估量的[4]。

2.2 提升設(shè)備利用率

在農(nóng)業(yè)機械設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，設(shè)備的利用效率與設(shè)備本身的客觀情況有關(guān)，同時也與農(nóng)業(yè)機械設(shè)備本身的應(yīng)用時間和其健康運轉(zhuǎn)的時間密切相連。因此，加強使用農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的遠程監(jiān)控與故障診斷技術(shù)，能夠最大限度地提升機械本身的利用效率，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)故障、排查故障原因、解決故障問題，由此提升設(shè)備的利用率，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的運營效率和效益的提升作出有益的貢獻。此外，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備需要花費大量的金錢投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，并且圍繞著農(nóng)業(yè)機械設(shè)備本身的運轉(zhuǎn)，企業(yè)也需要花費大量的精力、時間和金錢來為其建設(shè)配套設(shè)備并培訓(xùn)專業(yè)技術(shù)的員工，一旦機器停擺，短期內(nèi)會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成短暫的利益損失，長遠來看也會阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性運轉(zhuǎn)[5]。隨著新技術(shù)的發(fā)展和大機械農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時代的到來，提升設(shè)備的使用率意味著提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的競爭力，無論是從當下還是長遠來看都是十分有必要的。

3 新時期農(nóng)業(yè)機械設(shè)備存在的問題

3.1 農(nóng)業(yè)機械設(shè)備管理不完善

農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的管理與維修是一項系統(tǒng)工程，其施工質(zhì)量直接影響企業(yè)生產(chǎn)效率。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中要注重對相關(guān)技術(shù)和工藝進行創(chuàng)新。首先，要加強對現(xiàn)場技術(shù)人員、管理人員以及施工人員的安全教育培訓(xùn)工作；其次，建立健全規(guī)章制度并落實到行動上，以保證施工進度能夠順利完成；最后，需要制定科學(xué)合理的機械設(shè)備維修維護方案來確保工程質(zhì)量與經(jīng)濟效益達到最高標準，這也是農(nóng)業(yè)企業(yè)必須重視的問題。

3.2 設(shè)備管理與維修技術(shù)有待提高

農(nóng)業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，對機械設(shè)備有很高的要求，在日常工作中應(yīng)加強對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的維修與保養(yǎng)。但由于我國經(jīng)濟發(fā)展不均衡及國家政策、法規(guī)等方面的限制，導(dǎo)致了許多農(nóng)業(yè)機械裝備沒有達到相應(yīng)標準要求而被淘汰；同時還存在很多單位為了節(jié)約成本或出于自身利益考慮盲目引進新設(shè)備但并無實際經(jīng)驗可循、學(xué)習(xí)和借鑒國外先進技術(shù)但缺乏創(chuàng)新等問題亟待解決，這些情況不僅影響了企業(yè)生產(chǎn)效率，而且對行業(yè)形象造成了一定的負面影響[6]。因此，企業(yè)應(yīng)加強對設(shè)備的管理與維修，提高機械裝備的運行效率和使用壽命。

4 農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

在對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行硬件設(shè)計前，需要先對其監(jiān)控電源進行處理設(shè)計。系統(tǒng)電路的電源是保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定工作的重要因素，其中包括供電裝置和復(fù)位電路兩部分。本研究采用CS89712模塊復(fù)位器傳輸發(fā)送對應(yīng)的啟動信號，遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用nPOR的雙向目標信號作為初始復(fù)位信號，將其與執(zhí)行裝置相關(guān)聯(lián)后，安裝復(fù)位芯片，并將芯片所產(chǎn)生的完整復(fù)位信號傳輸至系統(tǒng)設(shè)備。此時，整個系統(tǒng)的額定電流基本為1 800 A，外部電源輸入電壓范圍需要控制在15 V~35 V，系統(tǒng)此時的供電情況是較為復(fù)雜的，對應(yīng)的電壓執(zhí)行層級也十分繁雜。在初始執(zhí)行電路的基礎(chǔ)上，將CS89712芯片的I/O與控制內(nèi)核采用不同電壓隔離，關(guān)聯(lián)顯示器通常設(shè)定為2.5 V或5.5 V，并對擴展的MAX125與LCD執(zhí)行控制器對應(yīng)的指標參數(shù)進行調(diào)整更改，同時對LCD的對比度也需要進行調(diào)整，在模擬采集MAX125前向通道過程中，產(chǎn)生的濾波以及實時電壓也會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。與此同時，遠程控制電源的電壓會較大，可以采用Ericsson中的DC/DC電源模塊PKC2131PI對高壓電路做出隔離操作，在雙輸出的LDO控制環(huán)境下，提供給CS89712芯片的電壓為3.3 V和2.6 V。在上述基礎(chǔ)上，再對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行電源存儲器的設(shè)計，采用FLASH存儲程序和參數(shù)，結(jié)合SDRAM作為程序的主控結(jié)構(gòu)，均衡執(zhí)行、運行控制，調(diào)整監(jiān)測設(shè)備的執(zhí)行程序，使其與主控程序一致，并最終完成數(shù)據(jù)的堆疊以及堆棧[7-9]。

5 農(nóng)業(yè)機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成分為3個模塊：基于VS平臺的加密軟件、基于BBC平臺的主PC端系統(tǒng)、基于Android的手機客戶端，本研究重點介紹前兩者。

1）基于VS平臺的加密軟件。加密控件是監(jiān)控系統(tǒng)中非常重要的一部分，有助于避免計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)或其他信息泄露的安全風(fēng)險。本研究所設(shè)計的軟件允許用戶對設(shè)備進行加密和解密，從而保護用戶的隱私。該軟件是基于窗口開發(fā)的，其應(yīng)用場景主要是在每個監(jiān)控室，因此具有更大的適應(yīng)性和通用性。此外，基于VS平臺編寫的圖形軟件簡單、清晰，功能齊全，使用戶可以更快入門。

2）基于BBC平臺的主PC終端系統(tǒng)。通過BBC平臺發(fā)布的BBC軟件，分為PC版和移動版，該軟件可以實現(xiàn)PC、手機和SK3非智能套件等智能設(shè)備之間的即時消息傳遞。基于BBC通信機制，用戶無需設(shè)置服務(wù)器即可實現(xiàn)SK3與手機、PC或其他SK3之間的點對點通信，可極大地減少開發(fā)人員的工作量。本研究設(shè)計的PC終端系統(tǒng)軟件可以實現(xiàn)賬戶注冊、發(fā)送和接收文本數(shù)據(jù)、查詢傳感器的工作狀態(tài)、發(fā)送和接收傳感器數(shù)據(jù)、配置傳感器工作狀態(tài)參數(shù)、更改密碼、添加和刪除設(shè)備等功能[10]。

遠程PLC監(jiān)控指令結(jié)構(gòu)設(shè)計在完成硬件的設(shè)計后，再進行相關(guān)軟件的設(shè)計。遠程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件最注重的是遠程監(jiān)測以及遠程控制，遠程PLC主要用于系統(tǒng)的自動控制，即對系統(tǒng)執(zhí)行的運行狀態(tài)做出控制與調(diào)整。通常情況下，需要采用測量設(shè)備以及工具進行數(shù)據(jù)信息的采集與測量，并將數(shù)據(jù)信息匯總整合，添加在控制程序中，形成集成化的初始處理指令。

6 農(nóng)業(yè)機械設(shè)備維修與管理的改進方法

6.1 定期檢修，加大維修與管理力度

要加強對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的檢修與管理工作。首先，需要制定一套完善、健全的維修機制，建立專業(yè)化、規(guī)范化、信息化的管理模式；其次，建立相應(yīng)檢測制度和考核標準等規(guī)章制度；最后，定期組織進行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)工作等，增強企業(yè)人員對于機電設(shè)備事故的處理能力，強化安全意識，提高維修技能操作熟練程度，從而加強農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的日常維護與保養(yǎng)工作，保證技術(shù)人員能夠在規(guī)定時間內(nèi)及時完成檢修任務(wù)，并對維修過程中出現(xiàn)的問題采取有效的解決辦法。

6.2 在空氣壓縮機群組監(jiān)控中應(yīng)用PLC技術(shù)

空氣壓縮機是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備，但在我國對空氣壓縮機的控制還在普遍使用繼電器，該控制技術(shù)在安全保護方面并不是特別理想，而且具有較高的故障率，也不便于維護，很難完全滿足空氣壓縮機安全、可靠運行的需求?？諝鈮嚎s機群組監(jiān)控系統(tǒng)是一種新開發(fā)的技術(shù)，其由溫度傳感器、壓力傳感器、斷水裝置等多種元件構(gòu)成，可以實時采集信號，并將信號向PLC傳輸，PLC在接收到信號后經(jīng)過分析處理可將信號轉(zhuǎn)換為可視狀態(tài)，并傳輸?shù)斤@示設(shè)備上。因此，可以在顯示設(shè)備上實時監(jiān)控空氣壓縮機的工作狀態(tài)，同時利用顯示設(shè)備上的控制按鈕對空氣壓縮機進行實時控制，實現(xiàn)在線監(jiān)控和控制[11]。

6.3 加大培訓(xùn)力度，提高工作人員整體素質(zhì)

要求農(nóng)業(yè)企業(yè)的工作人員有較高素質(zhì)，同時對其專業(yè)知識和技能也有較高要求。為使設(shè)備能夠更好地運行，首先是對工作人員進行定期培訓(xùn)，通過各種方式讓員工了解相關(guān)生產(chǎn)流程以及操作要點等；其次是加強人員之間的交流與溝通、學(xué)習(xí)能力及技術(shù)水平等；最后是建立激勵制度，鼓勵員工積極向上，發(fā)展自己的才能和創(chuàng)造力。在農(nóng)業(yè)機械自動化推廣工作中，優(yōu)秀的技術(shù)人員是先決條件和人才基礎(chǔ)，相關(guān)部門要充分挖掘和培訓(xùn)專業(yè)技術(shù)人員，充分利用這部分人才的技術(shù)優(yōu)勢，帶動廣大農(nóng)村地區(qū)的農(nóng)民學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)自動化機械操作技術(shù)。如果操作人員缺乏專業(yè)能力和實踐經(jīng)驗，可能會給農(nóng)業(yè)機械自動化成果帶來負面影響，從而降低農(nóng)業(yè)機械自動化的可信度，不利于農(nóng)業(yè)機械自動化推廣工作的開展。因此，應(yīng)該提高農(nóng)業(yè)機械自動化人員的綜合素質(zhì)，并將農(nóng)機自動化技術(shù)的使用方法及時教授給農(nóng)民，并協(xié)助農(nóng)民解決在使用自動化農(nóng)機過程中遇到的問題。

6.4 加大創(chuàng)新力度，研發(fā)更先進的農(nóng)業(yè)機械

有關(guān)部門要切實推動農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)的革新，大力研發(fā)類型更多樣、功能更強大的農(nóng)業(yè)自動化機械，為農(nóng)業(yè)機械自動化的推廣及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。相關(guān)科研部門要深入分析農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)，把理論與實踐經(jīng)驗結(jié)合起來，開發(fā)更符合現(xiàn)代生產(chǎn)需要的自動化、智能化農(nóng)業(yè)機械裝備。此外，在農(nóng)業(yè)機械化研發(fā)領(lǐng)域，必須堅持以市場為主導(dǎo)，把握好供求關(guān)系，結(jié)合不同地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的自然條件及人力條件，研發(fā)更具實用性及特色化的自動化農(nóng)業(yè)機械。

7 結(jié)語

綜上所述，在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的普及與應(yīng)用背景下，對比傳統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備，現(xiàn)如今的設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)更加靈活、全面，監(jiān)控的結(jié)構(gòu)也不同于傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)，而是雙向的多目標控制結(jié)構(gòu)，可以更加準確地分析控制監(jiān)測的實際情況，從而進一步完善預(yù)設(shè)的目標任務(wù)，合理分配農(nóng)業(yè)資源，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性，為我國農(nóng)業(yè)監(jiān)控技術(shù)邁上一個新的臺階提供助力。