本站小編為你精心準備了自動化移動苗床控制系統發展現狀參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:隨著我國設施農業產業的發展及從業勞動人員的緊缺，自動化移動苗床作為一種全新自動農業生產設備，以其省力、節能的優點逐漸得到了認可和發展，并隨著產業的升級而被逐步推廣，而苗床控制系統是其核心裝置。為此，首先介紹了自動化移動苗床控制系統的國內外發展狀況，并對比分析我國在自動化移動苗床控制系統發展中存在的一些問題，結合目前國際上自動化設備的先進技術，對我國自動化移動苗床控制系統未來的發展趨勢進行了簡單的分析和總結。

關鍵詞:移動苗床;自動控制系統;數據采集;物聯網;智能

0引言

目前，溫室是我國設施農業的主要形式，截至2009年，我國溫室面積已達到300萬hm2。其中，大量的溫室移動設備主要還是以老式的傳統機械為主，而苗床作為設施農業中一種重要的育苗設備在我國部分地區雖已有推廣，但仍然還存在機械設備陳舊、自動化水平不高及區域分布不均勻等問題。“十三五”期間，隨著我國制造業轉型契機的到來，在“中國制造2025”的大環境下，現代自動化農業設備越來越受到關注和重視，而傳統的純粹依靠人工完成的農業設備成本過高、作業效率低下，不再適應現代農業設備的發展需要。現代自動化農業設備尤其是自動化移動苗床控制系統，作為解決當前人力成本過高及苗盤搬運設備自動化程度過低等問題的一種智能農業控制系統，將得到快速的發展;移動苗床控制系統作為致力于促使現代農業從粗放型向集約型方向發展的一整套智能化移動設備在未來幾十年將逐漸被關注與研發。

隨著互聯網技術與智能制造技術的不斷發展，移動苗床控制系統也將與現代IT技術和工業自動化技術相結合，不斷推進移動苗床控制系統向智能化方向發展。移動苗床控制系統作為溫室移動設備中的重要組成部分，是產品和運輸設備之間的溝通紐帶，可有效降低勞動力成本、提高設備運輸可靠性，具有智慧控制和智能感知的特點。在未來的溫室移動設備中，移動苗床控制系統將利用物聯網技術和信息傳感技術，以一定的協議為基礎，更加智能、有效地連接互聯網與產品，實現移動苗床控制系統的智能化，促進溫室農業設備的可持續發展。

1自動化移動苗床控制系統的現狀

1．1國外的發展現狀

近年來，隨著現代信息技術的迅猛發展，尤其是高精度伺服系統及嵌入式系統的普遍應用，世界上一些發達國家不斷加大農業機械自動化的研究與開發力度。這些研究以市場為導向，以生產成本的降低為主要目標，最終達到降低人力成本及資源合理配置的目標，且研發中相當多的自動化農業機械產品已達到產業化的要求。以荷蘭為例，作為世界上設施農業發展較為迅速的一個國家，在20世紀中，荷蘭在溫室園藝生產管理上投入了大量的勞動力，其蔬菜生產34%，花卉和盆栽生產分別為27%與28%，并且勞動力成本還在呈日益增長的趨勢。為減少勞動成本、降低生產成本、提高生產率，荷蘭在20世紀90年代已開始大力發展溫室自動化生產裝備系統，也包括自動化移動苗床控制系統，目標便是著力將生產作業自動化、信息化、智能化。同時，自動化生產企業也積極投身到創新開發自動控制系統中。例如，世界上知名的溫室自動化設備生產廠商“Logiqs”當對積極進行溫室自動化產品的開發與研究，該企業研制的自動化苗床設備(見圖2)采用先進的伺服控制系統、傳感器反饋系統、自動澆灌、照明系統及先進的上位機管理系統，對不同種苗的苗盤進行了集中式管理，不僅提高了自動化生產效率，而且降低了生產成本，提高了經濟效益。如今，荷蘭通過大力發展自動化移動苗床控制系統，實現溫室自動化移動苗床高效自動化生產，同時廣泛采用現代自動化技術(如先進物流控制技術、電子信息技術、傳感器技術、伺服控制技術及無線通信技術等)，使其大量的溫室移動設備實現自動控制，從而形成大型的、完整的、可循環的自動化移動苗床控制系統。

1．2國內的發展現狀

我國溫室自動化設備的研制起步比較晚，到20世紀80年代中后期才初步形成了我國溫室工程技術體系。當時，對于苗床的研制還僅僅停留在機械結構方面，在研究移動苗床自動控制領域要晚于西方發達國家近10～20年。過去幾十年，我國移動苗床主要以手動式移動苗床為主。此類苗床耗時、耗力，且對于勞動力要求特別高，在苗盤移動過程中要保證上面的種苗不受損傷。由于苗床一般安放在溫室中，處于密閉狀態，并且溫室里對溫度、濕度要求都較高，因此工人不能長時間呆在里面，這一局限性也促進了我國溫室自動化控制系統的快速發展。近年來，國家對溫室自動化設備研發資金不斷投入，自動化移動苗床控制系統作為其中一種現代自動化農業控制設備，近幾年已從單層人工運輸發展成多層自動運輸，并且整個苗床自動化相關配套設備已具有一定規模。通過從荷蘭、以色列、日本等一些設施農業發展迅速的國家引進現代自動化移動苗床設備，再進行消化、吸收與技術創新，我國許多設施農業生產企業已取得較大的科技成果，有力地推動了我國自動化移動苗床的發展。以杭州恒農科技股份有限公司為例，該公司研發的自動化立體移動苗床系統除去機械框架，整個控制系統包括苗床搬運車伺服電機控制系統、天車行走控制系統及計算機生產管理系統。該設備已在上海都市菜園里正式投入使用，說明我國移動苗床設備的自動化水平有了一定的提高。

1．2．1采用定位精準的伺服控制系統

進入21世紀以來，隨著勞動力成本的不斷上升，傳統的苗床移動設備已滿足不了市場的需求。伺服控制系統作為目前國際上比較流行的一種驅動定位系統已被許多發達國家應用在溫室自動化設備上。我國在苗床自動搬運設備上也進行了大量的研究，并且結合自身市場的需求，形成了一套完整的伺服定位控制系統。以上面介紹過的杭州恒農科技股份研發的自動化移動苗床控制系統為例，整個苗床搬運車采用伺服電機作為驅動器，結合苗床架上的傳感器形成一個閉環控制系統，通過上位機控制器可將苗床搬運車沿著導軌準確定位在溫室工廠里所需要的位置。這一套伺服控制系統也是目前國內比較先進的溫室自動化控制系統。

1．2．2基于計算機物流管理模式已具備一定基礎

過去幾十年，我國在溫室工程技術初具規模時期，大量的溫室移動設備包括苗床都采用人工或者半自動的方式來進行搬運作業，可以說在移動苗床自動化運營管理水平方面一直處于落后的狀態。近幾年，隨著計算機控制技術的快速發展，我國已經逐步擺脫傳統純粹依靠人工進行苗床搬運、澆水灌溉、燈光照明的一些固定式苗床設備，取而代之的是通過計算機進行集中管理作業的自動化移動苗床控制系統。例如，目前已研發出全自動控制的無土栽培營養液灌溉系統、LED自動輔助補光照明系統及基于計算機圖像處理技術的育苗選種系統等，并形成了一套相對完整的計算機物流管理模式，從而有效地保證了種苗培育的優良性與科學性。這一自動化管理模式降低了生產企業的勞動力成本，增進了企業的生產效益，也提高了我國溫室設備的自動化水平。

1．2．3數據采集與傳輸更加科學、準確

隨著現代傳感器、現場總線的廣泛應用，過去溫室移動苗床上種苗生長數據難以采集與傳輸的問題將得以解決，目前國內應用比較多的農用傳感器有溫濕度傳感器、位移傳感器及照度傳感器等。這些傳感器構成了整個溫室大棚的數據采集系統，為后期計算機分析種苗生長狀況環節提供了大量的數據基礎，是現代自動化移動苗床控制系統必不可少的一部分。在現場總線方面，目前應用比較多的主要是以CAN總線為主。它是德國BOSCH公司為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議的現場總線，可以實現多主方式工作，通信速度可以達1Mbps/40m，最大通信距離可達10km，并且開發成本僅為同類現場總線的1/3。由于苗床上種苗的生長情況需要實時監控，數據上傳與下達需同步進行，因此CAN總線目前被廣泛應用在自動化移動苗床控制系統中。

2目前自動化移動苗床控制系統存在的問題

我國對自動化移動苗床控制系統的研究開始于20世紀80年代，在近幾十年的發展中，通過不斷吸收國外農業發達國家的先進技術及自身的研究創新，已取得了良好的成績;但與荷蘭、美國、以色列等一些設施農業比較發達的國家相比，我國在設施農業自動化設備區域分布、自動控制系統可靠性、后期系統維護上存在一定的問題。

2．1部分地區移動苗床的自動化水平不高

當前，雖然我國在溫室自動化移動苗床上取得了舉世矚目的成就，但我國幅員遼闊，目前只有在東部沿海等一些發達城市應用了自動化移動苗床控制系統，而這些地方恰恰土地供應極度緊缺，溫室自動化設備難以大面積推廣。在設施農業較為集中的內陸中原地區(如河南、新疆等地區)，土地供應面積充足，是發展自動化設施農業的良好區域。由于當地經濟發展緩慢的原因，當地許多地區都還是以固定式苗床或者是純手工移動苗床為主，費時費力，且勞動力成本高，整體跟不上發達地區的苗床自動化水平。因此，與美國、荷蘭和日本等發達國家整體的移動苗床自動化水平相比，我國的移動苗床自動化水平還存在一定的差距。

2．2自動化移動苗床控制系統的可靠性不夠

經過幾十年的研究與創新，目前我國溫室自動化設備在以自動化移動苗床控制系統為核心的基礎上，已經形成了一套完整的溫室自動化控制系統，但在控制系統的成熟程度(即自動化技術本身的可靠性)方面還有大量的工作要做。例如，在伺服控制電機上位機軟件層面，由于程序過于冗雜、CPU運行過慢導致閉環反饋系統出現延時，進而導致苗床搬運車定位可靠性受到一定的影響，出現搬運車定位不準確及定位錯誤等問題。相比美國、荷蘭和日本等發達國家，在對移動苗床上種苗生長數據的檢測與調控技術上，我國研制生產的控制系統雖然能完成數據采集、傳輸與處理的基本功能，但在長時間、大容量、高負載的溫、光、水、氣、肥等因子的監測和調控上，國內控制設備的可靠性還遠遠不夠，相比國外差距還是比較大。

2．3自動化移動苗床控制系統的后期維護困難

過去20余年，由于我國設施農業一直處于低位運行的狀態，造成自動化移動苗床控制系統方面的專業售后維修人才嚴重流失。隨著近些年設施農業自動化設備的快速發展，我國部分發達地區率先研制出移動苗床自動化設備，雖然這些地區應用已經非常廣泛，但絕大多數的技術還是采用國外引進、國內消化的模式，從而造成目前這方面的人才極度匱乏。一旦控制系統出現故障，便可能需要國外的技術支持，企業成本過高、維修周期過長等問題可能會造成自動化設備長時間的閑置，甚至處于報廢無人維修的境地。

3發展趨勢

3．1苗床控制系統更加可靠、地區發展更加均衡

隨著我國國民經濟的快速發展和人民生活質量的不斷提高，苗床控制系統作為設施農業設備中的核心控制系統，其可靠性的設計直接影響到企業的信譽及國家整體設施農業的自動化水平。因此，設施農業控制系統整體的可靠性問題已經引起了國家農業機械管理部門的高度重視，相關部門將陸續采取一系列的措施來保證整個控制系統的可靠性。未來自動化移動苗床控制系統將告別傳統小批量生產的模式，取而代之的是大批量流水線生產，因此在控制系統電子元器件質量上面需得到保障，從而使整個苗床控制系統的硬件可靠性得到逐步的提升。同時，隨著國家對設施農業資金扶持力度的不斷加大，無論從設備利潤還是人才引進方面，將迎來一個良好的窗口期。因此，在資金、人才的雙重保障下，未來整體設施農業控制系統的可靠性將得到一定的保證。在區域苗床自動化控制水平分布方面，隨著國家整體經濟水平、技術水平的不斷提升，未來將逐漸告別東、西部設施農業自動化水平分布不均的現象，取而代之的將是西部土地資源充分地區廣泛使用自動化移動苗床控制設備，從而促進我國設施農業的快速發展。

3．2苗床控制系統與物聯網技術相結合，向智能化方向發展

3．2．1機械視覺識別技術

機械視覺識別技術是目前相當流行且發展十分迅速的一門技術，是集數字圖象處理、機械工程技術、控制技術、傳感器技術及計算機軟硬件技術于一體的工業機器視覺應用系統。它為機器設備增加了一雙眼睛，將計算機的快速識別與人類視覺的高度智能化結合在一起，通過對目標物體圖像的采集和處理得出分析結果，并上傳到控制系統，實現了機器自主判斷的能力。許多發達國家(如美國、日本)已在農業機械視覺識別技術方面進行了深入的研究，如苗床上種苗質量鑒定、獲取種苗生長狀態信息及種苗種類自動篩選等。機械視覺識別技術的應用將有效減少人工對自動化系統決策的參與，使得自動化移動苗床控制系統得到進一步的提升。目前，我國該技術在設施農業自動化設備上的應用與研究還處于起步階段，未來隨著國家科技不斷的進步，機械視覺識別技術在自動化移動苗床控制系統上將得到廣泛的應用。

3．2．2條碼識別技術

條碼識別技術作為一種自動識別技術，始于20世紀中葉的美國，是集光、電、機和計算機于一體，自動采集數據并發送給控制系統，最終實現實時信息的準確傳輸與獲取的自動識別技術，也是迄今為止最為經濟、實用的信息管理技術。該技術能夠將各個領域的信息數據聯系在一起，精確定位高速移動的物體，為實現物流與信息流的同步、提高供應鏈管理效率提供良好的技術手段。目前，在諸多物流控制系統中已經廣泛采用該技術。對于自動化移動苗床控制系統，在分練種苗時往往存在工作量太大、分練錯誤等問題，如果將各種條形碼貼在相應的種苗盆上，然后通過條碼閱讀器將條形碼信息輸入到計算機中，再通過計算機對種苗進行分類管理，可有效降低成本及減少搬運取苗錯誤。因此，條碼識別技術與計算機技術相結合未來將廣泛應用在苗床控制系統中。

3．2．3網絡通訊技術

目前，自動化移動苗床控制系統數據通訊模塊廣泛采用以現場總線為主，而未來隨著苗床系統對網絡實時性、傳輸速率要求的不斷提升，以工業以太網技術為核心的網絡通訊技術將逐漸應用在苗床控制系統中，目前眾多的工控廠家已經逐漸將自己的工業現場總線向基于以太網技術的通訊技術靠攏。工業以太網顧名思義就是應用在工業上的以太網，相比于現場總線，其有以下幾大優點:①可以滿足控制系統各個層次的要求，使企業信息網絡與控制網絡得以統一;②設備成本降低，以太網卡的價格是總線網絡價格的1/10;③工業以太網更容易與Internet集成，傳輸速率更加快。

4結論

自動化移動苗床控制系統作為育苗輸送的一種農業自動化設備，在溫室現代化生產中擔當著重要的角色。隨著我國溫室面積的不斷擴張及社會生產要求的不斷上升，移動苗床自動控制系統的發展是必然的趨勢。這種趨勢主要體現在智能化自動控制模塊的廣泛應用及相關技術可靠性的不斷完善。同時，隨著“互聯網+農業”概念的提出，從國家政策傾向出發已把農業現代化控制技術提升到國家戰略層面，而自動化移動苗床控制系統相關技術不僅減少了勞動力成本、提高了產業效率，而且在擺脫農業機械一直作為低端制造業這一困境方面做出了一定的貢獻。因此，在政策、技術、資金的三重推動下，我國設施農業自動化設備將引來良好的發展時期，自動化移動苗床控制系統也將得到快速的發展。

參考文獻:

［1］盧茂龍．打造未來智慧工廠的物流控制系統探究［J］．科技展望，2016(15):294．

［2］穆建軍，曹月琴．打造未來智慧工廠的物流控制系統［J］．自動化博覽，2015(3):54－56．

［3］辜松．荷蘭溫室“自動化”無處不在［N］．中國花卉報，2013－04－20(003)．

［4］辜松，楊艷麗，張躍峰．荷蘭溫室盆花自動化生產裝備系統的發展現狀［J］．農業工程學報，2012，28(19):1－8．

［5］李想．探討我國農業機械自動化的發展現狀及趨勢［J］．企業技術開發，2013，32(S3):77－78．

［6］徐海權，金哲．國內外農機自動化現狀與發展趨勢［J］．農業機械，2009(6):64－65．

［7］王再明．工業現場控制總線在農業溫室大棚中的應用［J］．黃石高等專科學校學報，2003，19(6):15－17．

［8］韓金玉，盧博友，郭愛，等．我國農業自動化現狀與發展趨勢［J］．農機化研究，2003(3):8－10．

［9］段向敏，代榮．精確農業背景下我國農業機械發展趨勢［J］．農機化研究，2013，35(12):229－232．

［10］齊飛．我國溫室及配套設備產業現狀及發展趨勢［J］．上海農業學報，2005，21(1):53－57．

［11］趙麗蓉．我國農機售后維修服務現狀與發展建議［J］．農機質量與監督，2014(8):6－8．

［12］張迎春，耿端陽．可靠性設計在農機方面的應用［J］．農業裝備與車輛工程，2009(7):31－34．

［13］楊建秋．電氣自動化控制設備可靠性相關問題分析［J］．科技創新與應用，2014(13):83－83．

［14］王玉翰，金波．機器視覺識別技術在農業機械中的應用［J］．機械研究與應用，2014(6):87－90．

［15］王雅靜，竇震海．條碼識別技術的研究［J］．包裝工程，2008，29(8):240－242．

［16］張春霞，彭東華．我國智慧物流發展對策［J］．中國流通經濟，2013(10):35－39．

［17］李瑾，郭美榮，高亮亮．農業物聯網技術應用及創新發展策略［J］．農業工程學報，2015，31(S2):200－209．

［18］胡太君，王劍平，應義斌．工業以太網在溫室控制中的應用前景［J］．農機化研究，2004(1):209－212．

［19］李中華，王國占，齊飛．農機化與設施農業技術推廣工作的思考［J］．農機化研究，2012，34(12):249－252．

［20］李明，李旭，孫松林，等．基于全方位視覺傳感器的農業機械定位系統［J］．農業工程學報，2010，26(2):170－174．

［21］吳小偉，史志忠，鐘志堂，等．國內溫室環境在線控制系統的研究進展［J］．農機化研究，2013，35(4):1－18．

［22］李元強，陸強強，辜松，等．基于PLC的溫室自動化苗床輸送系統的研究［J］．農機化研究，2016，38(5):152－155．

［23］王銳，廖劍．溫室育苗自動覆膜控溫移動苗床［J］．長江蔬菜，2014(21):9－10．

作者：司慧萍；周晨；吳軍輝；林開顏；陳杰 單位：同濟大學