應(yīng)用于農(nóng)業(yè)水利工程的電氣自動(dòng)化技術(shù)研究

陳星克 王 炯 劉一鳴 李建盛

（1.鄭州順安機(jī)電設(shè)備有限公司，河南 鄭州 450000；2.南陽(yáng)市鴨河口灌區(qū)管理局白桐干渠管理站，河南 南陽(yáng) 473000）

農(nóng)田水利工程作為我國(guó)水利工程建設(shè)的重要內(nèi)容之一，對(duì)于保障我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的持續(xù)性與安全性有著十分重要的意義。農(nóng)田水利工程不僅可以發(fā)揮抗洪、抗旱、蓄水等宏觀層面的作用，而且是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正常用水、優(yōu)化農(nóng)業(yè)發(fā)展條件、促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的前提與基礎(chǔ)。農(nóng)田水利工程從總體上可以分為中小型河流保護(hù)、農(nóng)用水庫(kù)建設(shè)、灌溉渠基礎(chǔ)設(shè)施完善等多種類(lèi)型。電氣自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過(guò)百年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)建設(shè)的諸多領(lǐng)域，并隨著時(shí)代的發(fā)展，被賦予了新的應(yīng)用內(nèi)涵［1］?，F(xiàn)階段，我國(guó)各地區(qū)已逐步將電氣自動(dòng)化技術(shù)廣泛引入到農(nóng)業(yè)水利工程的規(guī)劃以及實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中，并有力地推動(dòng)了農(nóng)業(yè)水利設(shè)施的完善與發(fā)展，但從總體來(lái)看，依然存在著諸多問(wèn)題與不足，突出表現(xiàn)為實(shí)踐應(yīng)用涉及面不夠廣泛、設(shè)計(jì)理念落后等［2］。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)與完善農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)引起水利工程界的廣泛關(guān)注與重視。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)

對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)所依托的技術(shù)原理進(jìn)行研究可知，這一技術(shù)具有明顯的系統(tǒng)性與復(fù)雜性特征。這一技術(shù)運(yùn)用了不同領(lǐng)域的理論學(xué)說(shuō)以及技術(shù)，其中智能控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最具代表性。得益于上述技術(shù)的融合化運(yùn)用，電氣自動(dòng)化技術(shù)的科技水平達(dá)到了更高層次，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用工程運(yùn)行的總體目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。伴隨電氣自動(dòng)化技術(shù)迭代，資源利用率得到顯著提升，資源消耗量明顯降低。同時(shí)，電氣自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用在諸多領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了巨大影響，而農(nóng)業(yè)水利工程對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，讓電氣自動(dòng)化技術(shù)的價(jià)值得到進(jìn)一步展現(xiàn)［3］。種種事例表明，充分利用電氣自動(dòng)化技術(shù)，可以幫助農(nóng)業(yè)水利工程以更高效率與綠色化的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)一步加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程中的應(yīng)用，不僅有利于提高農(nóng)業(yè)水利工程的總體功效，而且有助于推動(dòng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 提升農(nóng)業(yè)水利工程的效率

農(nóng)業(yè)水利工程中充分運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)幫助其工作效率邁上新臺(tái)階，整個(gè)工程得以順利運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了資源消耗量，避免相關(guān)資源的浪費(fèi)。同時(shí)，在自動(dòng)化技術(shù)的帶動(dòng)下，無(wú)論是勞動(dòng)環(huán)境還是勞動(dòng)強(qiáng)度均有所改善，工程效率明顯提升［4］。就農(nóng)業(yè)水利工程而言，其運(yùn)用的自動(dòng)化系統(tǒng)和高精尖的監(jiān)測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)具有相似之處，可以動(dòng)態(tài)對(duì)水利工程的實(shí)際運(yùn)行情況展開(kāi)及時(shí)記錄與分析，還會(huì)借助自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)工程的整體運(yùn)行狀態(tài)，厘清其中的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，及時(shí)排除故障和盲區(qū)。

2.2 提升農(nóng)業(yè)水利工程的智能化水平

實(shí)現(xiàn)智能化操作目前已成為電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，尤其在大型復(fù)雜的農(nóng)業(yè)水利設(shè)施當(dāng)中，通過(guò)引入具備智能化操作特征的電氣自動(dòng)化技術(shù)，不僅可以有效地節(jié)約人工成本和經(jīng)濟(jì)成本，而且可以大幅提升設(shè)備運(yùn)行的效率。相比于傳統(tǒng)的以電氣自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)水利設(shè)施，具備智能化操作特征的農(nóng)業(yè)水利工程，可以通過(guò)智能化指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電氣設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性控制，從而降低工程運(yùn)行的總體能耗，并保障各個(gè)設(shè)備在平穩(wěn)安全的環(huán)境下運(yùn)行［5］。尤其對(duì)于處于受季節(jié)、水文環(huán)境等外界因素影響較大的農(nóng)業(yè)水利工程而言，提升電氣自動(dòng)化設(shè)備的智能化水平，更有利于實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)行的可持續(xù)性。

2.3 提升農(nóng)業(yè)水利工程的穩(wěn)定性

將電氣自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用至水利工程領(lǐng)域，其核心在于把電氣自動(dòng)化技術(shù)視作中心樞紐，借助模擬數(shù)字，及時(shí)動(dòng)態(tài)地利用數(shù)字化信息對(duì)農(nóng)業(yè)水利工程的整體情況進(jìn)行觀測(cè)、分析與運(yùn)作，使其得以安全、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。假如農(nóng)業(yè)水利工程運(yùn)轉(zhuǎn)不暢或者因故障停擺，此時(shí)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)及時(shí)介入對(duì)其故障水平進(jìn)行分析，隨即推送報(bào)警信號(hào)，幫助維修人員及時(shí)獲取故障信息，從而提升了整個(gè)工程的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定水平［6］。由于農(nóng)業(yè)水利工程自身具有一定差異，其運(yùn)用的各類(lèi)機(jī)電設(shè)備同樣有所不同。所以，在篩選與購(gòu)置機(jī)電設(shè)備環(huán)節(jié)，應(yīng)將工程的實(shí)際規(guī)?？紤]在內(nèi)，以獲得更加理想的整體效益。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程應(yīng)用中的主要方向

目前，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)水利工程的電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展十分迅速，所涵蓋的技術(shù)類(lèi)型也十分廣泛。農(nóng)田水利灌溉、農(nóng)業(yè)蓄水工程、農(nóng)用水質(zhì)安全以及設(shè)施農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域都可以看到電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的場(chǎng)景。這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用為促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1 在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用

在農(nóng)作物的生產(chǎn)過(guò)程中，澆灌植被是其中的重要環(huán)節(jié)之一。特別對(duì)于水稻類(lèi)作物而言，沒(méi)有及時(shí)澆灌或者澆灌量不符合要求，極易導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下滑。在全面澆灌中引入電氣自動(dòng)化技術(shù)有助于化解上述不足。依照澆灌的內(nèi)容、要求與形式，進(jìn)一步研發(fā)或者改善移動(dòng)澆灌樁。具體而言，要結(jié)合種植區(qū)域與采光程度上的差異與變化，利用自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)一步檢測(cè)與控制農(nóng)作物整體需水量的波動(dòng)情況。同時(shí)，由于可移動(dòng)灌溉樁運(yùn)用的是散噴模式，可以及時(shí)捕捉農(nóng)田移動(dòng)與澆灌情況調(diào)整噴灌方式，保證農(nóng)田噴灌的合理化性以及有效性［7］。當(dāng)前，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在諸多農(nóng)田灌溉中得以應(yīng)用，例如，通過(guò)引入PLC 編程自動(dòng)化技術(shù)，可以精準(zhǔn)控制其灌溉密度與速度等要素。由此，農(nóng)業(yè)水土灌溉無(wú)論是有效性還是便利性均有明顯提升，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)田全面豐收奠定了基礎(chǔ)。

3.2 在農(nóng)業(yè)蓄水中的應(yīng)用

蓄水是保證農(nóng)作物生長(zhǎng)所需用水的重要環(huán)節(jié)。以往蓄水方式通常利用的是水庫(kù)，然而這種方式表現(xiàn)出諸多不足甚至弊端，特別是嚴(yán)峻天氣狀況下，例如干旱與連續(xù)高溫，水庫(kù)會(huì)出現(xiàn)大面積蒸發(fā)的情況，這給滿足農(nóng)業(yè)蓄水的任務(wù)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。所以，科學(xué)合理解決農(nóng)業(yè)蓄水問(wèn)題，需要進(jìn)一步運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，為干旱地區(qū)提供較為充分的水量支撐。從技術(shù)應(yīng)用的角度來(lái)看，電氣自動(dòng)化技術(shù)主要是通過(guò)設(shè)備反映數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，及時(shí)通過(guò)傳感設(shè)備對(duì)農(nóng)田蓄水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如流量滴灌設(shè)備、壓力補(bǔ)償式滴頭設(shè)備、傳感器探測(cè)技術(shù)設(shè)備、紅外線檢測(cè)技術(shù)設(shè)備等電氣自動(dòng)化設(shè)備都在對(duì)農(nóng)作物生理生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別與分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)需水量的精準(zhǔn)化調(diào)節(jié)。結(jié)合實(shí)踐狀況來(lái)看，國(guó)內(nèi)部分科技型農(nóng)業(yè)企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)施農(nóng)業(yè)自動(dòng)化蓄水、儲(chǔ)水以及灌溉的全流程控制，有效地提升了農(nóng)田水資源的利用效率［8］。

3.3 在水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，水質(zhì)污染在一些地區(qū)還比較嚴(yán)重，少數(shù)地區(qū)還產(chǎn)生了酸雨，這一狀況并不利于農(nóng)業(yè)水利工程的可持續(xù)性運(yùn)行。另外，少數(shù)水源由于遭遇到了嚴(yán)重的重金屬污染問(wèn)題，給農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)程造成不可逆的沖擊。而水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)在短期內(nèi)缺乏相應(yīng)的檢測(cè)規(guī)范作為參考。通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以快捷準(zhǔn)確地對(duì)水質(zhì)狀況展開(kāi)檢測(cè)與記錄，幫助農(nóng)民更好地調(diào)整澆灌方式，也能提高水質(zhì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性［9］。例如，通過(guò)GIS技術(shù)對(duì)土壤質(zhì)量的監(jiān)控，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)植物生理狀況的實(shí)時(shí)化監(jiān)控，再結(jié)合大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以判斷出與以往同時(shí)期數(shù)據(jù)的差異。如果差異過(guò)于明顯，則說(shuō)明存在水質(zhì)污染土壤的可能，那么GIS 技術(shù)就會(huì)引導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)灌溉源頭水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)水質(zhì)某一檢測(cè)指標(biāo)出現(xiàn)異常，則會(huì)立即控制灌溉源頭停止供水，并向農(nóng)田環(huán)保部門(mén)發(fā)出預(yù)警信息，便于農(nóng)田環(huán)保部門(mén)更好地展開(kāi)改善工作，準(zhǔn)確定位污染源頭，并及時(shí)阻斷污染路徑。由此可見(jiàn)，利用電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)科學(xué)水質(zhì)檢測(cè)以及優(yōu)化農(nóng)作物澆灌模式極具重要意義。

3.4 在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

設(shè)施農(nóng)業(yè)作為近年來(lái)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向，與農(nóng)業(yè)水利工程的結(jié)合也越來(lái)越密切。尤其是將電氣自動(dòng)化技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)水利設(shè)施的建設(shè)中后，設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)的質(zhì)量和效率獲得了明顯提升。例如，在溫室大棚的建設(shè)當(dāng)中，通過(guò)引入電氣自動(dòng)化技術(shù)，可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、二氧化碳濃度等影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要指標(biāo)的調(diào)節(jié)與控制，從而使農(nóng)作物在既定的條件下健康生長(zhǎng)發(fā)育。再如，通過(guò)將電氣自動(dòng)化技術(shù)引入到無(wú)土栽培設(shè)施農(nóng)業(yè)當(dāng)中，可以通過(guò)有效地控制水資源、營(yíng)養(yǎng)液等農(nóng)作物生長(zhǎng)所必備要素的輸送，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的精細(xì)化控制，同時(shí)也有助于農(nóng)業(yè)科研人員在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比、實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置等功能，進(jìn)而加快農(nóng)業(yè)科研試驗(yàn)的進(jìn)度。

4 完善電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程中應(yīng)用的策略

4.1 強(qiáng)化工程運(yùn)行的科學(xué)化管理

在進(jìn)行電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)水利工程的研究、設(shè)計(jì)與試運(yùn)行時(shí)，為了確保工程運(yùn)行的科學(xué)性和合理性，也應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步強(qiáng)化農(nóng)業(yè)水利工程運(yùn)行的科學(xué)化管理。首先，應(yīng)當(dāng)從建立健全工程運(yùn)行管理機(jī)制入手，通過(guò)明確電氣自動(dòng)化設(shè)施設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化操作方法，確保設(shè)施設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性；其次，要注重電氣自動(dòng)化設(shè)施設(shè)備操作人員的培訓(xùn)，通過(guò)提升操作人員的專(zhuān)業(yè)化素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)工程整體運(yùn)行的可持續(xù)性；再次，要注重對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)施設(shè)備的定期保養(yǎng)與維護(hù)，最大限度地延長(zhǎng)設(shè)施設(shè)備的使用壽命。

4.2 優(yōu)化電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)踐

在農(nóng)業(yè)水利工程管理過(guò)程中，為了提升電氣自動(dòng)化的應(yīng)用水平，優(yōu)化相應(yīng)的控制方式，需要農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)部門(mén)對(duì)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及控制理論等要素進(jìn)行綜合考慮及整合利用，給予電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用足夠的重視，進(jìn)而為高效開(kāi)展具體的控制工作提供科學(xué)指導(dǎo)，促使電氣自動(dòng)化的科學(xué)應(yīng)用水平得以不斷提升，拓寬農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)及設(shè)備運(yùn)行管理方面工作思路。

4.3 注重引入現(xiàn)代信息化服務(wù)工具

隨著5G 時(shí)代的來(lái)臨，依托于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生的現(xiàn)代化信息服務(wù)軟件與工具越來(lái)越多地應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，有力地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提升。例如，新媒體平臺(tái)能夠配合電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)水利中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的有效把控，從而促進(jìn)相關(guān)信息的高效傳播。在實(shí)踐中，農(nóng)業(yè)水利工程管理部門(mén)可以通過(guò)微信公眾號(hào)來(lái)面向合作社、農(nóng)戶提供最基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)水利生產(chǎn)信息，幫助他們及時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行調(diào)整［10］。與此同時(shí)，農(nóng)業(yè)水利工程管理部門(mén)還可以通過(guò)自主研發(fā)或委托研發(fā)的方式，開(kāi)發(fā)與農(nóng)業(yè)水利電氣自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的App，借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)渠道，在線實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制和管理。

4.4 及時(shí)進(jìn)行電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用效果評(píng)估

科學(xué)合理地對(duì)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)水利工程的電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，不僅是農(nóng)業(yè)水利工程項(xiàng)目管理的必要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是掌握電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用效果，及時(shí)對(duì)技術(shù)進(jìn)行完善、更新的前提與基礎(chǔ)。在開(kāi)展評(píng)估工作之前，工程技術(shù)人員首先要制定科學(xué)、詳細(xì)、合理的評(píng)估方案，在通過(guò)專(zhuān)家的論證后，方可實(shí)施。評(píng)估工作應(yīng)具有階段性和持續(xù)性，定時(shí)定期指定專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估結(jié)果生成以后，應(yīng)當(dāng)立即向農(nóng)業(yè)水利工程負(fù)責(zé)部門(mén)進(jìn)行反饋，以便及時(shí)進(jìn)行技術(shù)的更新與完善。

5 結(jié)語(yǔ)

電氣自動(dòng)化技術(shù)作為綜合性應(yīng)用技術(shù)之一，越來(lái)越廣泛地融入到農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)當(dāng)中，并展現(xiàn)出了獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。展望未來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)者需要繼續(xù)秉持與發(fā)揚(yáng)創(chuàng)新的精神，密切關(guān)注電氣自動(dòng)化技術(shù)與農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)的結(jié)合點(diǎn)，通過(guò)科學(xué)合理地應(yīng)用高效能的電氣自動(dòng)化技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)的全面進(jìn)步與發(fā)展。