甘肅財貿(mào)職業(yè)學(xué)院 伏麗娟

前言

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式已難以滿足現(xiàn)代社會對食品安全、質(zhì)量和效率的高標準要求。因此，利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、自動化水平，已成為解決這一問題的有效途徑之一。在眾多技術(shù)中，可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)以其高可靠性、易編程、易擴展等優(yōu)點，在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用尤為突出。PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅可以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的實時監(jiān)控，如土壤濕度、溫度、光照強度等，還可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，如自動灌溉、調(diào)節(jié)溫室溫度和濕度等，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準度和效率。

1 農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)得到了顯著的技術(shù)支持和應(yīng)用推廣。這些系統(tǒng)通過安裝在農(nóng)田中的傳感器收集土壤濕度、溫度、光照強度等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境的實時監(jiān)控，從而為精準農(nóng)業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。

近年來，PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)因其穩(wěn)定性高、可靠性好、編程靈活等優(yōu)點，在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。PLC 技術(shù)可以有效地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的自動化控制進行管理，如灌溉系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)等，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和管理水平。

1.2 農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成

農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)是利用先進的信息技術(shù)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進行實時監(jiān)測和管理的一種系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的組成較為復(fù)雜，主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層四個部分。

感知層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要由各種傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成。這些設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)測土壤濕度、溫度、光照強度、二氧化碳濃度等多種參數(shù)，為精準農(nóng)業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層的作用是將感知層收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。這一層主要依賴于無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）、長距離低功耗網(wǎng)絡(luò)（LoRa）等通信技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的及時、準確傳輸。

數(shù)據(jù)處理層是系統(tǒng)的核心，負責(zé)對收集到的大量數(shù)據(jù)進行分析處理。通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析、云計算等技術(shù)，可以對數(shù)據(jù)進行有效管理，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能預(yù)測和決策支持。

應(yīng)用層則是系統(tǒng)與用戶直接交互的界面。通過這一層，用戶可以實時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，接收系統(tǒng)分析結(jié)果和決策建議。同時，用戶還可以通過應(yīng)用層遠程控制相關(guān)設(shè)備，如自動灌溉、施肥等，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化管理[1]。

1.3 農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求

農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求主要集中在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、保障作物健康生長以及實現(xiàn)資源的高效利用等方面。首先，系統(tǒng)需要具備實時監(jiān)控功能，能夠?qū)r(nóng)作物的生長環(huán)境（如溫度、濕度、光照強度等）進行24 小時不間斷的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境變化，為作物提供最適宜的生長條件。其次，系統(tǒng)應(yīng)具有自動控制功能，能夠根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)灌溉、施肥、控溫等設(shè)備的工作狀態(tài)，減少人工干預(yù)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化和智能化水平。

農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)具備數(shù)據(jù)分析和決策支持功能。通過對收集到的大量數(shù)據(jù)進行深入分析，系統(tǒng)能夠預(yù)測作物病蟲害發(fā)生的風(fēng)險，指導(dǎo)農(nóng)藥的合理施用，同時，還能夠根據(jù)作物生長規(guī)律和環(huán)境條件的變化，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)的種植建議和管理決策支持。最后，系統(tǒng)還需要具備遠程監(jiān)控和操作功能，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠程查看監(jiān)控數(shù)據(jù)、調(diào)整控制參數(shù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的遠程管理和控制。

2 PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，體現(xiàn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向智能化、自動化發(fā)展的趨勢。PLC 作為一種高效的自動化控制設(shè)備，其穩(wěn)定性和靈活性使其在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用。通過將傳感器與PLC 相結(jié)n 合，可以實時監(jiān)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的多種參數(shù)，如土壤濕度、溫度、光照強度和二氧化碳濃度等，為精準農(nóng)業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。

PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用主要包括數(shù)據(jù)采集、處理和控制三個方面。首先，通過安裝在農(nóng)田中的各種傳感器，PLC 系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過PLC 的輸入端口被傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，經(jīng)過PLC 內(nèi)置的處理單元進行分析處理。

2.2 PLC 技術(shù)在作物生長監(jiān)控中的應(yīng)用

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，實現(xiàn)作物生長的精準監(jiān)控對于提高產(chǎn)量和品質(zhì)至關(guān)重要。PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)的引入，為農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)提供了強有力的技術(shù)支持。PLC 技術(shù)在作物生長監(jiān)控中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

PLC 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)田環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測。通過安裝在農(nóng)田中的各種傳感器，如土壤濕度傳感器、溫度傳感器、光照強度傳感器等，PLC 可以實時收集農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC 的處理后，可以用來調(diào)整灌溉系統(tǒng)、溫室的溫度或光照條件，以最適宜作物生長的環(huán)境條件來管理農(nóng)田。

PLC 技術(shù)在病蟲害監(jiān)控方面也具有其獨特的優(yōu)勢。通過對病蟲害發(fā)生的早期信號進行監(jiān)測，PLC 系統(tǒng)可以及時啟動防治措施，比如自動噴灑農(nóng)藥，從而避免病蟲害的大面積爆發(fā)，保證作物的健康生長。

2.3 PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用

可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)在農(nóng)業(yè)設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用，標志著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智能化、精準化發(fā)展的重要一步。PLC 技術(shù)以其高可靠性、易于編程、強大的功能及適應(yīng)性廣泛被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)設(shè)備的自動化控制中，從而極大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

在農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中，PLC 可以根據(jù)土壤濕度傳感器的反饋調(diào)整灌溉量，實現(xiàn)精準灌溉，既保證作物生長所需的水分，又避免了水資源的浪費。此外，PLC 還能夠根據(jù)天氣預(yù)報和作物生長周期自動調(diào)整灌溉計劃，進一步提高灌溉效率。

在溫室控制方面，PLC 通過收集溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)，自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的通風(fēng)、加熱、濕度和光照系統(tǒng)，為作物提供最適宜的生長環(huán)境。這種自動化控制不僅減少了人工干預(yù)，降低了勞動成本，而且還提高了作物的生長速度和產(chǎn)量。

在農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)中，PLC 的應(yīng)用也非常廣泛。例如，在自動化喂食系統(tǒng)中，PLC 根據(jù)動物的生長階段和健康狀況自動調(diào)整飼料的種類和數(shù)量，確保動物的健康成長。在收割機械中，PLC 可以實現(xiàn)對機械速度的精確控制，以適應(yīng)不同作物和地形條件，提高收割效率和質(zhì)量[2]。

3 PLC 技術(shù)應(yīng)用案例分析

3.1 基于PLC 技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)

基于PLC 技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控領(lǐng)域的一個重要應(yīng)用案例。該系統(tǒng)主要利用可編程邏輯控制器（PLC）作為核心控制單元，通過集成溫度、濕度、光照等傳感器，實現(xiàn)對溫室大棚內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)控與自動調(diào)節(jié)，以保證作物生長的最佳環(huán)境條件。

在該系統(tǒng)中，溫度傳感器用于監(jiān)測大棚內(nèi)的實時溫度，濕度傳感器用于檢測空氣濕度，光照傳感器則用于測量大棚內(nèi)的光照強度。這些傳感器的數(shù)據(jù)被實時傳輸至PLC，PLC 根據(jù)預(yù)設(shè)的控制邏輯對數(shù)據(jù)進行分析處理。例如，當(dāng)溫度超過設(shè)定的最優(yōu)生長范圍時，PLC會自動啟動冷風(fēng)機或加熱設(shè)備調(diào)節(jié)溫度；當(dāng)濕度低于設(shè)定值時，PLC 會控制灌溉系統(tǒng)啟動，以增加大棚內(nèi)的濕度；光照不足時，PLC 則會控制補光燈的開啟，以保證植物光合作用的需要。

3.2 基于PLC 技術(shù)的灌溉系統(tǒng)自動化控制

基于PLC 技術(shù)的灌溉系統(tǒng)自動化控制是農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要應(yīng)用案例。該系統(tǒng)通過集成先進的PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)，實現(xiàn)了灌溉過程的自動化、智能化管理，極大提高了灌溉效率和水資源的利用率。

在該系統(tǒng)中，PLC 控制器扮演著核心角色。通過安裝在田間的各種傳感器，如土壤濕度傳感器、溫度傳感器、流量計等，實時收集農(nóng)田的環(huán)境和作物生長狀況數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被傳輸至PLC 控制器，根據(jù)預(yù)設(shè)的灌溉策略，PLC 控制器自動計算出灌溉的最優(yōu)時間、量和頻率。

系統(tǒng)通過PLC 控制器輸出指令，自動開啟或關(guān)閉水泵和閥門，調(diào)節(jié)灌溉水量。此外，PLC 還能根據(jù)天氣預(yù)報數(shù)據(jù)自動調(diào)整灌溉計劃，避免在雨天進行不必要的灌溉，從而節(jié)約水資源。在遇到緊急情況時，如管道破裂或水泵故障，系統(tǒng)能夠立即通過PLC 執(zhí)行緊急停止灌溉的操作，并通過短信或App 推送報警信息給管理人員，確保系統(tǒng)的安全運行[3]。

3.3 基于PLC 技術(shù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線自動化改造

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線的自動化改造過程中，PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為重要。通過引入PLC技術(shù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線的自動化水平得到了顯著提升，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的高效、穩(wěn)定運行。本案例詳細分析了基于PLC 技術(shù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線自動化改造的實施過程、關(guān)鍵技術(shù)及其成效。

改造前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線主要依賴人工操作，效率低下，且生產(chǎn)過程中的監(jiān)控和控制難以實現(xiàn)精確管理。為了解決這些問題，引入了PLC 技術(shù)。通過設(shè)計合理的控制程序并加載到PLC 中，實現(xiàn)了生產(chǎn)線上各個環(huán)節(jié)的自動控制。例如，在播種、灌溉、施肥等環(huán)節(jié)，通過PLC控制的執(zhí)行器精確控制作業(yè)時間和量，既保證了作業(yè)的準確性，又提高了作業(yè)效率。

PLC 技術(shù)的應(yīng)用還體現(xiàn)在生產(chǎn)線的監(jiān)控系統(tǒng)上。通過安裝傳感器收集生產(chǎn)線上的各種信息（如溫度、濕度、光照等），并將數(shù)據(jù)傳輸至PLC，PLC 根據(jù)預(yù)設(shè)的控制邏輯對數(shù)據(jù)進行處理，自動調(diào)整生產(chǎn)線的運行狀態(tài)，確保生產(chǎn)環(huán)境始終處于最佳狀態(tài)。

通過這次改造，基于PLC 技術(shù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線在提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等方面取得了顯著成效，充分展示了PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化改造中的巨大潛力和應(yīng)用價值[4]。

4 PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)展趨勢

4.1 當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)

在將PLC 技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的，我們面臨著若干關(guān)鍵挑戰(zhàn)。首先，環(huán)境適應(yīng)性問題顯得尤為重要。農(nóng)業(yè)環(huán)境多變，從高溫高濕的溫室到干燥的露天農(nóng)田，這些極端條件要求PLC 設(shè)備必須具備良好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。此外，電磁干擾在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中也較為常見，這對PLC 系統(tǒng)的電磁兼容性提出了更高的要求。

數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)膶崟r性與準確性也是一大挑戰(zhàn)。農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)需要實時收集和處理大量數(shù)據(jù)，如土壤濕度、溫度、作物生長狀況等，以實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)管理。PLC 系統(tǒng)必須能夠高效處理這些數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準確性，以便及時調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)策略[5]。

4.2 未來發(fā)展趨勢與展望

隨著信息技術(shù)和自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。未來發(fā)展趨勢預(yù)示著PLC 技術(shù)將面臨更高的集成度和智能化要求。首先，隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的不斷成熟，PLC 系統(tǒng)將更加依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加智能化和精準化。其次，云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合使用將使PLC 系統(tǒng)能夠處理和分析海量數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供決策支持，提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。此外，人工智能（AI）技術(shù)的引入將進一步提升PLC 系統(tǒng)的智能化水平，通過機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，PLC 系統(tǒng)能夠自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)環(huán)境變化，實現(xiàn)更加精準的環(huán)境控制和資源管理。

綜上所述，PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的未來發(fā)展將是一個集高度集成、智能化、安全性和可維護性于一體的方向。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和研究，PLC 技術(shù)將在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

5 結(jié)論

PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)管理等方面具有顯著優(yōu)勢。然而，研究過程也揭示了一些局限性，如何提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和魯棒性是未來研究的關(guān)鍵。今后要將PLC 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術(shù)相結(jié)合，拓展其在農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用范圍和深度，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、精準化管理提供更加強有力的技術(shù)支撐。