应用于农业水利工程的电气自动化技术研究

2021-12-01陈星克刘一鸣李建盛

乡村科技 2021年33期

陈星克王炯刘一鸣李建盛

（1.郑州顺安机电设备有限公司，河南郑州 450000；2.南阳市鸭河口灌区管理局白桐干渠管理站，河南南阳 473000）

农田水利工程作为我国水利工程建设的重要内容之一，对于保障我国农业发展的持续性与安全性有着十分重要的意义。农田水利工程不仅可以发挥抗洪、抗旱、蓄水等宏观层面的作用，而且是保障农业生产正常用水、优化农业发展条件、促进农业转型升级的前提与基础。农田水利工程从总体上可以分为中小型河流保护、农用水库建设、灌溉渠基础设施完善等多种类型。电气自动化技术经过百年的发展，已广泛应用于社会生产建设的诸多领域，并随着时代的发展，被赋予了新的应用内涵［1］。现阶段，我国各地区已逐步将电气自动化技术广泛引入到农业水利工程的规划以及实践应用当中，并有力地推动了农业水利设施的完善与发展，但从总体来看，依然存在着诸多问题与不足，突出表现为实践应用涉及面不够广泛、设计理念落后等［2］。因此，进一步加强与完善农业水利工程建设中电气自动化技术的应用，应当引起水利工程界的广泛关注与重视。

1 电气自动化技术的特点

对电气自动化技术所依托的技术原理进行研究可知，这一技术具有明显的系统性与复杂性特征。这一技术运用了不同领域的理论学说以及技术，其中智能控制、计算机技术以及网络技术最具代表性。得益于上述技术的融合化运用，电气自动化技术的科技水平达到了更高层次，为实现应用工程运行的总体目标奠定了坚实基础。伴随电气自动化技术迭代，资源利用率得到显著提升，资源消耗量明显降低。同时，电气自动化技术的出现与应用在诸多领域已经产生了巨大影响，而农业水利工程对这项技术的运用，让电气自动化技术的价值得到进一步展现［3］。种种事例表明，充分利用电气自动化技术，可以帮助农业水利工程以更高效率与绿色化的方式运转。进一步加强电气自动化技术在农业水利工程中的应用，不仅有利于提高农业水利工程的总体功效，而且有助于推动现代化农业的发展。

2 电气自动化技术在农业水利工程中的应用价值

2.1 提升农业水利工程的效率

农业水利工程中充分运用电气自动化技术帮助其工作效率迈上新台阶，整个工程得以顺利运转，降低了资源消耗量，避免相关资源的浪费。同时，在自动化技术的带动下，无论是劳动环境还是劳动强度均有所改善，工程效率明显提升［4］。就农业水利工程而言，其运用的自动化系统和高精尖的监测技术与计算机技术具有相似之处，可以动态对水利工程的实际运行情况展开及时记录与分析，还会借助自动化系统监测工程的整体运行状态，厘清其中的潜在风险点，及时排除故障和盲区。

2.2 提升农业水利工程的智能化水平

实现智能化操作目前已成为电气自动化技术发展的重要方向之一，尤其在大型复杂的农业水利设施当中，通过引入具备智能化操作特征的电气自动化技术，不仅可以有效地节约人工成本和经济成本，而且可以大幅提升设备运行的效率。相比于传统的以电气自动化技术为基础的农业水利设施，具备智能化操作特征的农业水利工程，可以通过智能化指令，实现对不同电气设备之间的协调性控制，从而降低工程运行的总体能耗，并保障各个设备在平稳安全的环境下运行［5］。尤其对于处于受季节、水文环境等外界因素影响较大的农业水利工程而言，提升电气自动化设备的智能化水平，更有利于实现工程运行的可持续性。

2.3 提升农业水利工程的稳定性

将电气自动化技术运用至水利工程领域，其核心在于把电气自动化技术视作中心枢纽，借助模拟数字，及时动态地利用数字化信息对农业水利工程的整体情况进行观测、分析与运作，使其得以安全、稳定地运转。假如农业水利工程运转不畅或者因故障停摆，此时电气自动化系统会及时介入对其故障水平进行分析，随即推送报警信号，帮助维修人员及时获取故障信息，从而提升了整个工程的运转稳定水平［6］。由于农业水利工程自身具有一定差异，其运用的各类机电设备同样有所不同。所以，在筛选与购置机电设备环节，应将工程的实际规模考虑在内，以获得更加理想的整体效益。

3 电气自动化技术在农业水利工程应用中的主要方向

目前，应用于农业水利工程的电气自动化技术发展十分迅速，所涵盖的技术类型也十分广泛。农田水利灌溉、农业蓄水工程、农用水质安全以及设施农业等诸多领域都可以看到电气自动化技术应用的场景。这些技术的广泛应用为促进现代农业的发展奠定了坚实的基础。

3.1 在农业灌溉中的应用

在农作物的生产过程中，浇灌植被是其中的重要环节之一。特别对于水稻类作物而言，没有及时浇灌或者浇灌量不符合要求，极易导致水稻产量下滑。在全面浇灌中引入电气自动化技术有助于化解上述不足。依照浇灌的内容、要求与形式，进一步研发或者改善移动浇灌桩。具体而言，要结合种植区域与采光程度上的差异与变化，利用自动化设备进一步检测与控制农作物整体需水量的波动情况。同时，由于可移动灌溉桩运用的是散喷模式，可以及时捕捉农田移动与浇灌情况调整喷灌方式，保证农田喷灌的合理化性以及有效性［7］。当前，电气自动化技术已经在诸多农田灌溉中得以应用，例如，通过引入PLC 编程自动化技术，可以精准控制其灌溉密度与速度等要素。由此，农业水土灌溉无论是有效性还是便利性均有明显提升，为实现农田全面丰收奠定了基础。

3.2 在农业蓄水中的应用

蓄水是保证农作物生长所需用水的重要环节。以往蓄水方式通常利用的是水库，然而这种方式表现出诸多不足甚至弊端，特别是严峻天气状况下，例如干旱与连续高温，水库会出现大面积蒸发的情况，这给满足农业蓄水的任务带来巨大挑战。所以，科学合理解决农业蓄水问题，需要进一步运用电气自动化技术，为干旱地区提供较为充分的水量支撑。从技术应用的角度来看，电气自动化技术主要是通过设备反映数据进行分析判断，及时通过传感设备对农田蓄水量进行调节，例如流量滴灌设备、压力补偿式滴头设备、传感器探测技术设备、红外线检测技术设备等电气自动化设备都在对农作物生理生长状态进行识别与分析的基础上，实现需水量的精准化调节。结合实践状况来看，国内部分科技型农业企业已基本实现了设施农业自动化蓄水、储水以及灌溉的全流程控制，有效地提升了农田水资源的利用效率［8］。

3.3 在水质检测中的应用

现阶段，水质污染在一些地区还比较严重，少数地区还产生了酸雨，这一状况并不利于农业水利工程的可持续性运行。另外，少数水源由于遭遇到了严重的重金属污染问题，给农作物的生长进程造成不可逆的冲击。而水质标准在短期内缺乏相应的检测规范作为参考。通过电气自动化技术的应用可以快捷准确地对水质状况展开检测与记录，帮助农民更好地调整浇灌方式，也能提高水质检测的准确性［9］。例如，通过GIS技术对土壤质量的监控，有助于实现对植物生理状况的实时化监控，再结合大数据进行分析，可以判断出与以往同时期数据的差异。如果差异过于明显，则说明存在水质污染土壤的可能，那么GIS 技术就会引导系统对灌溉源头水质数据进行监控，如果发现水质某一检测指标出现异常，则会立即控制灌溉源头停止供水，并向农田环保部门发出预警信息，便于农田环保部门更好地展开改善工作，准确定位污染源头，并及时阻断污染路径。由此可见，利用电气自动化技术对实现科学水质检测以及优化农作物浇灌模式极具重要意义。

3.4 在设施农业中的应用

设施农业作为近年来现代农业发展的重要方向，与农业水利工程的结合也越来越密切。尤其是将电气自动化技术引入到农业水利设施的建设中后，设施农业建设的质量和效率获得了明显提升。例如，在温室大棚的建设当中，通过引入电气自动化技术，可以有效地实现对温度、湿度、二氧化碳浓度等影响农作物生长的重要指标的调节与控制，从而使农作物在既定的条件下健康生长发育。再如，通过将电气自动化技术引入到无土栽培设施农业当中，可以通过有效地控制水资源、营养液等农作物生长所必备要素的输送，实现对农作物生长的精细化控制，同时也有助于农业科研人员在进行试验的过程中，实现实验数据对比、实验环境设置等功能，进而加快农业科研试验的进度。

4 完善电气自动化技术在农业水利工程中应用的策略

4.1 强化工程运行的科学化管理

在进行电气自动化技术应用于农业水利工程的研究、设计与试运行时，为了确保工程运行的科学性和合理性，也应当进一步强化农业水利工程运行的科学化管理。首先，应当从建立健全工程运行管理机制入手，通过明确电气自动化设施设备的标准化操作方法，确保设施设备运行的安全性与可靠性；其次，要注重电气自动化设施设备操作人员的培训，通过提升操作人员的专业化素养，实现工程整体运行的可持续性；再次，要注重对电气自动化设施设备的定期保养与维护，最大限度地延长设施设备的使用寿命。

4.2 优化电气自动化控制系统的构建与实践

在农业水利工程管理过程中，为了提升电气自动化的应用水平，优化相应的控制方式，需要农业水利工程设计部门对信息技术、计算机网络及控制理论等要素进行综合考虑及整合利用，给予电气自动化控制系统构建与应用足够的重视，进而为高效开展具体的控制工作提供科学指导，促使电气自动化的科学应用水平得以不断提升，拓宽农业水利工程建设及设备运行管理方面工作思路。

4.3 注重引入现代信息化服务工具

随着5G 时代的来临，依托于互联网技术应运而生的现代化信息服务软件与工具越来越多地应用到了农业生产的各个环节当中，有力地促进了农业生产效率的提升。例如，新媒体平台能够配合电气自动化系统实现对农业水利中生产数据的有效把控，从而促进相关信息的高效传播。在实践中，农业水利工程管理部门可以通过微信公众号来面向合作社、农户提供最基础的农业水利生产信息，帮助他们及时对农业生产活动进行调整［10］。与此同时，农业水利工程管理部门还可以通过自主研发或委托研发的方式，开发与农业水利电气自动化系统相关联的App，借助移动互联网渠道，在线实现对系统的控制和管理。

4.4 及时进行电气自动化技术应用效果评估

科学合理地对应用于农业水利工程的电气自动化技术进行评估，不仅是农业水利工程项目管理的必要环节，同时也是掌握电气自动化技术应用效果，及时对技术进行完善、更新的前提与基础。在开展评估工作之前，工程技术人员首先要制定科学、详细、合理的评估方案，在通过专家的论证后，方可实施。评估工作应具有阶段性和持续性，定时定期指定专门人员进行评估。评估结果生成以后，应当立即向农业水利工程负责部门进行反馈，以便及时进行技术的更新与完善。