李凱華，王增，麻芳蘭

（1.廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西南寧530003；2.南寧學(xué)院，廣西南寧530200；3.西安交通大學(xué)，陜西西安710049，4.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧530003）

設(shè)計(jì)技術(shù)

基于PLC的甘蔗收割機(jī)切深控制系統(tǒng)

李凱華1，2，王增3，麻芳蘭4

（1.廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西南寧530003；2.南寧學(xué)院，廣西南寧530200；3.西安交通大學(xué)，陜西西安710049，4.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧530003）

根據(jù)課題組前期的研究中發(fā)現(xiàn)的刀盤(pán)切深對(duì)甘蔗的宿根質(zhì)量具有明顯影響，及刀盤(pán)液壓馬達(dá)的負(fù)載壓力與切深之間存在顯著關(guān)系等規(guī)律。為了降低甘蔗宿根破頭率，基于西門(mén)子PLC的電液控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析了不入土與入土切割刀盤(pán)切深對(duì)液壓馬達(dá)負(fù)載壓力的影響關(guān)系特征，尋找到了切深臨界控制點(diǎn)（0，20mm）；通過(guò)抽樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)甘蔗的密度呈X～N（33.78，419.84）泊松分布，測(cè)試分析了提升油缸的響應(yīng)特性；在此基礎(chǔ)上，基于S200的PLC控制系統(tǒng)，提出了一種基于負(fù)載壓力閾值的切深控制的方案，進(jìn)行了系統(tǒng)的編程和設(shè)計(jì)及參數(shù)分析，為下一步的切深控奠定了基礎(chǔ)。

甘蔗收獲機(jī)械；入土切割；負(fù)載壓力；控制；PLC

甘蔗糖業(yè)是廣西的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一，廣西的甘蔗糖業(yè)生產(chǎn)約占我國(guó)的糖業(yè)生產(chǎn)的60%.廣西甘蔗種植的蔗地大部分為丘陵地區(qū)，在推進(jìn)甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化中，我區(qū)甘蔗種植地區(qū)的甘蔗收割機(jī)械化程度仍然較低，約占1%，其中一個(gè)主要原因就是切割后影響宿根質(zhì)量問(wèn)題，甘蔗收獲機(jī)的刀盤(pán)的切割容易造成甘蔗宿根破頭開(kāi)裂，一般甘蔗切割宿根破頭率為15%～20%左右，有的高達(dá)30%，影響到次年甘蔗出芽率［1］。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和引進(jìn)的國(guó)外收獲機(jī)中，無(wú)論哪種類(lèi)型的切割機(jī)都難以回避這個(gè)問(wèn)題。為此，C.P.Gupta等試驗(yàn)研究了刀盤(pán)工作參數(shù)與切割損傷的關(guān)系［2］，J.razavi等通過(guò)擺動(dòng)裝置研究了刀片和種植因素對(duì)甘蔗莖稈切割質(zhì)量的影響［3］，卿上樂(lè)、劉慶庭等對(duì)蔗莖進(jìn)行了力學(xué)建模和根茬破壞力學(xué)分析［4-6］；本課題組前期小型甘蔗收割機(jī)的研究也發(fā)現(xiàn)甘蔗切口破頭的概率和刀盤(pán)速度、切深等有關(guān)，其中最重要的是切深，入土一定深度的切割可以明顯降低破頭率［7］，可從15%以上降低至5%左右。國(guó)外甘蔗種植業(yè)的多數(shù)著名企業(yè)如凱斯的切段式切割機(jī)也采取入土切割，以減少破頭率，而且其甘蔗種植整體采取標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，某種程度上也減少了切深隨地形變化的幅度。

應(yīng)當(dāng)看到，丘陵地區(qū)甘蔗收割難度更大，丘陵地形的變化會(huì)帶來(lái)更多凹陷不平的地段，如果按照同樣標(biāo)準(zhǔn)入土切割，處在凹陷不平某些地段的甘蔗勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)出土切割，而某些地段又容易入土太深。對(duì)小型甘蔗切割機(jī)而言，這會(huì)造成負(fù)載過(guò)大、堵塞刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，占用整體輸出功率。這就要求甘蔗收割機(jī)的入土深度能夠根據(jù)地段的凹凸特征自動(dòng)調(diào)整，即建立甘蔗收割機(jī)入土切割控制系統(tǒng)。本文基于前續(xù)實(shí)驗(yàn)，從切深-壓力關(guān)系的測(cè)量及液壓系統(tǒng)的控制兩方面入手，探討切深控制的可行方案。

1　刀盤(pán)切深與負(fù)載壓力的測(cè)量

本課題組的前期研究已經(jīng)明確發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)切深對(duì)于宿根質(zhì)量的影響非常顯著。為了保證切深的可控性，需要一種直接或間接的控制指標(biāo)。相對(duì)于地輪仿形、激光測(cè)量等直接測(cè)量方式，刀盤(pán)的液壓馬達(dá)負(fù)載壓力是一個(gè)可取的間接測(cè)量的選擇，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、可靠度高等優(yōu)點(diǎn)，而且還兼顧了系統(tǒng)負(fù)載監(jiān)測(cè)的功能，所以測(cè)量較容易實(shí)現(xiàn)。

1.1實(shí)驗(yàn)條件

采用本課題組與企業(yè)合作開(kāi)發(fā)的第二臺(tái)小型整桿式甘蔗收獲機(jī)械，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，與砍蔗相關(guān)的液壓系統(tǒng)包括切割器液壓馬達(dá)、刀盤(pán)提升液壓缸、刀架、電液比例閥、控制繼電器等。測(cè)試地點(diǎn)：欽州九隆鄉(xiāng)、陸屋鎮(zhèn)甘蔗地，甘蔗品種為粵糖-159，蔗地壟距為1.2 m，種植密度為7～16株/m；本實(shí)驗(yàn)的刀盤(pán)負(fù)載壓力都是切割器轉(zhuǎn)速800 r/min、進(jìn)給速度約為0.4 m/s、剝?nèi)~輥轉(zhuǎn)速680 r/min輸送輥轉(zhuǎn)速200 r/min的情況下測(cè)得的。試驗(yàn)?zāi)康氖茄芯康侗P(pán)不入土切割與入土切割、及切深對(duì)刀盤(pán)液壓馬達(dá)負(fù)載壓力的影響。

圖1　小型甘蔗收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2實(shí)驗(yàn)原理

液壓系統(tǒng)的流體在較低速時(shí)符合伯努利方程，動(dòng)壓較高則靜壓就會(huì)減少，反之則靜壓提升。本實(shí)驗(yàn)采取的是靜壓測(cè)量，在刀盤(pán)入土切割較深時(shí)，液壓馬達(dá)遇到負(fù)載阻尼而使轉(zhuǎn)速下降，入口的流體流速下降，動(dòng)壓就會(huì)下降，從而引起靜壓上升，通過(guò)液壓壓力傳感器可以靈敏地捕捉到這個(gè)趨勢(shì)。

數(shù)據(jù)采集原理及測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)分別如圖2和圖3所示，由安裝在刀盤(pán)負(fù)載馬達(dá)入口上的壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊及數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)幾個(gè)部分構(gòu)成。其中壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集卡采用了雷諾公司和優(yōu)泰克公司的產(chǎn)品，具有多通道同時(shí)采集功能，可以在上位機(jī)通過(guò)專(zhuān)用軟件實(shí)時(shí)觀察記錄數(shù)據(jù)波形，還具有自動(dòng)篩選峰值等功能及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

圖2　數(shù)據(jù)采集原理

圖3　測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)

在蔣紅梅等人的研究中，測(cè)量到切深與壓力的線性關(guān)系［8］，線性相關(guān)度高達(dá)0.94；在蔡力等人的后續(xù)論文中，也測(cè)得切深和壓力的正相關(guān)特性，但在入土深度比較大的時(shí)候并非純線性［9，10］；在本文的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)切深與壓力也基本呈現(xiàn)正相關(guān)。單因素實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1所示，正交實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2、3所示。圖4是切割壓力和深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，這里面的實(shí)驗(yàn)是以甘蔗地進(jìn)行切割測(cè)試，安排了單因素和正交實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

表1　單因素試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

表2　正交實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表3　方差統(tǒng)計(jì)分析表

圖4　入土深度與壓力的關(guān)系曲線

刀盤(pán)切深的測(cè)量，是以刀盤(pán)正面刃口到土壤表層的平均垂直距離作為切深，而切割壓力的測(cè)試如前所述，是以刀盤(pán)液壓馬達(dá)的入口壓力作為測(cè)試的指標(biāo)，單因素實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1和圖4所示，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及方差分析如表2、3所示（其中，因素A為刀盤(pán)切割深度，B為甘蔗的根數(shù)）。

通過(guò)多項(xiàng)式擬合，得到下列壓力與入土深度的關(guān)系式（1），到相關(guān)系數(shù)為R2=0.87；

其中：

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：（1）入土切割較不如土切割時(shí)，負(fù)載壓力明顯增加；（2）刀盤(pán)切深對(duì)負(fù)載壓力具有高度顯著影響；（3）而且入土深度和壓力之間呈冪函數(shù)關(guān)系，前段20 mm的線性相關(guān)度較好，但在大于20 mm后段出現(xiàn)非線性的壓力-切深關(guān)系，所以這是和土壤相關(guān)的參數(shù)，每一塊土地的入土深度、壓力之間的關(guān)系都不完全一樣。

2　切深控制的可行性探討

由于切割時(shí)車(chē)輛是在行進(jìn)中，地塊隆起和凹陷的同時(shí)不斷伴隨有新的甘蔗被切割，所以需要了解控制系統(tǒng)是否能在切割兩簇甘蔗的時(shí)間間隔內(nèi)及時(shí)適應(yīng)切割深度變化，即需要知道車(chē)輛行進(jìn)速度、甘蔗的間隔分布狀況及提升油缸等執(zhí)行系統(tǒng)的響應(yīng)速度。其中，壟上甘蔗分布密度和提升油缸執(zhí)行系統(tǒng)的響應(yīng)延遲時(shí)間最為關(guān)鍵，以下針對(duì)此開(kāi)展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

2.1甘蔗種植密度的統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)課題組前期在陸屋和久隆田間調(diào)查統(tǒng)計(jì)，甘蔗品種為粵糖-159，發(fā)現(xiàn)陸屋的甘蔗生長(zhǎng)簇間距為0.4 m，壟間距1.2 m，平均每簇有5根甘蔗，采用機(jī)器種植。而久隆甘蔗為人工種植，在久隆選取不同地塊的8塊蔗地，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測(cè)量簇間距及每簇甘蔗的生長(zhǎng)根數(shù)。總計(jì)68組簇間距，假設(shè)簇間距為隨機(jī)變量X，根據(jù)獨(dú)立同分布中心極限定理，可得甘蔗的分布密度為：X～N（33.78，419.84）的泊松分布，概率密度函數(shù)為以下公式（2），分布曲線如圖5所示。

圖5　甘蔗簇間距分布曲線

綜合求均值得到如下結(jié)果：平均簇間距為33.78 cm，每簇甘蔗根數(shù)為3根，生長(zhǎng)密度為每米7根。

2.2液壓系統(tǒng)響應(yīng)參數(shù)測(cè)試

原車(chē)切深控制液壓系統(tǒng)無(wú)電子測(cè)量元件，由繼電器、電液比例閥、提升液壓缸構(gòu)成，通過(guò)按鈕控制電液比例閥、驅(qū)動(dòng)提升液壓缸從而改變切深。

從前面實(shí)驗(yàn)可以得出，通過(guò)液壓系統(tǒng)的壓力可以控制切深，雖然液壓系統(tǒng)的壓力能被監(jiān)測(cè)到，但通過(guò)電液比例閥控制提升液壓缸從而改變切深的過(guò)程，需要一定的時(shí)間。

所以切深能否成功作為控制指標(biāo)還取決于提升缸液壓系統(tǒng)的響應(yīng)速度是否夠快，或者啟動(dòng)的延遲時(shí)間夠短。

控制系統(tǒng)主要由電子測(cè)量系統(tǒng)、PLC、電液比例閥、提升液壓缸構(gòu)成。由于電子測(cè)量系統(tǒng)和PLC對(duì)輸入壓力信號(hào)的轉(zhuǎn)換和響應(yīng)速度非常之快，由它們?cè)斐傻难舆t可以忽略，主要的啟動(dòng)延遲時(shí)間就是提升缸液壓系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，包括電液比例閥從接收到通電信號(hào)到流體開(kāi)始流通、建立壓力、提升缸脫離靜摩擦開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。

為測(cè)量這個(gè)延遲時(shí)間設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量提升缸液壓系統(tǒng)的入口壓力及提升缸壓力響應(yīng)波形。實(shí)驗(yàn)采取人工向液壓系統(tǒng)發(fā)出液壓缸升降電控信號(hào)的方法，觀測(cè)提升缸的壓力的變化，檢測(cè)其壓力響應(yīng)速度的情況和從上升的啟動(dòng)時(shí)刻到壓力呈現(xiàn)穩(wěn)定的勻速運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間。

提升油缸壓力響應(yīng)波形如圖6所示。從圖6可知，從液壓系統(tǒng)的性質(zhì)來(lái)說(shuō)，其壓力響應(yīng)在電磁閥開(kāi)啟、缸開(kāi)始運(yùn)動(dòng)前呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而在缸勻速運(yùn)動(dòng)后趨向穩(wěn)定的壓力平臺(tái)。

圖6　提升缸壓力響應(yīng)波形

從上圖中可見(jiàn)，每個(gè)壓力脈沖上升沿的維持時(shí)間約為200 ms，對(duì)于甘蔗切割機(jī)平均每秒不大于0.4 m的行進(jìn)速度，及兩簇甘蔗間距平均約為0.34～0.4 m，液壓執(zhí)行系統(tǒng)在兩簇甘蔗之間應(yīng)約有1 s的時(shí)間，所以提升缸完全可以在收割兩簇甘蔗之間的時(shí)間間隔內(nèi)完成從接收信號(hào)到啟動(dòng)的整個(gè)液壓提升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的執(zhí)行過(guò)程，由此表明，通過(guò)液壓系統(tǒng)的壓力來(lái)控制甘蔗收割機(jī)的切深是有可行性的。

3　刀盤(pán)切深控制方案的設(shè)計(jì)

3.1控制原理

從上述壓力-切深關(guān)系出發(fā)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)PID控制系統(tǒng)，采用刀盤(pán)負(fù)載壓力閾值控制的原理，利用PLC根據(jù)刀盤(pán)負(fù)載壓力閾值范圍來(lái)控制切深的功能。設(shè)計(jì)采用西門(mén)子S200系列的PLC，將壓力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，之后采用轉(zhuǎn)換的信號(hào)作為PLC的控制依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成方案框圖如圖7、圖8、圖9所示。在控制系統(tǒng)中采用的是壓電型傳感器，壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后在0～9 V之間，控制系統(tǒng)的指標(biāo)是根據(jù)壓力、切深對(duì)應(yīng)關(guān)系（1）得來(lái)，即把壓力信號(hào)作為切深控制信號(hào)來(lái)使用，基本上屬于典型的PID控制系統(tǒng)。

由上述實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)切割器未入土，空載情況下液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)切割器轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速達(dá)到800 r/min時(shí)，通過(guò)測(cè)壓口得到壓力為6.0 MPa；當(dāng)田間試驗(yàn)切割器入土20 mm時(shí)，壓力達(dá)到9.0 MPa.同時(shí)，根據(jù)入土切割理論的研究可知，切割器入土20 mm時(shí)，從地表0 mm處向下20 mm甘蔗受的彎矩及變形最小，如果入土過(guò)深，就會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)壓力過(guò)大，而當(dāng)液壓馬達(dá)允許的最大壓力值大于12 MPa時(shí)，就容易損壞有關(guān)液壓元件。綜上分析可知：可通過(guò)刀盤(pán)入土切割負(fù)載壓力的閾值控制來(lái)達(dá)到刀盤(pán)切深的自動(dòng)控制，即選取入土切割切深的臨界控制點(diǎn)為0、20 mm，其對(duì)應(yīng)切割器的負(fù)載壓力應(yīng)保持在6～9 MPa這個(gè)范圍內(nèi)。此時(shí)刀盤(pán)所受負(fù)載較為合理，甘蔗蔗徑所受內(nèi)力及變形也較小，并且也能夠保證整機(jī)及部件、元件的正常工作。

當(dāng)甘蔗收獲機(jī)在田間工作時(shí)，首先打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)，控制系統(tǒng)開(kāi)始初始化，同時(shí)切割器開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器開(kāi)始監(jiān)測(cè)刀盤(pán)負(fù)載壓力信號(hào)，如果刀盤(pán)負(fù)載壓力沒(méi)有在6～9 MPa這個(gè)區(qū)間內(nèi)，那么就開(kāi)始控制提升缸活塞桿外伸，割臺(tái)就跟著下降，直到入土切割后，刀盤(pán)負(fù)載壓力達(dá)6 MPa時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行閾值控制，就可以正常操作機(jī)器按切深的控制要求進(jìn)行甘蔗收割。

3.2基于S200系列PLC的設(shè)計(jì)

選用S200系列的PLC可編程控制器，設(shè)計(jì)的控制單元與液壓回路連接如圖7所示，編程示意圖如圖8-9所示。

圖7　控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖8　模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量

（續(xù)下圖）

圖9　割臺(tái)控制程序

圖9（a）為判斷采集的數(shù)據(jù)，如果大于0小于6 MPa時(shí)，控制缸延時(shí)100 ms下降。

圖9（b）為判斷采集的數(shù)據(jù)，如果大于9 MP時(shí)，控制缸延時(shí)100 ms上升；

圖9（c）為判斷采集的數(shù)據(jù)，如果等于0 MPa時(shí)，控制缸延時(shí)1 s上升。

工作流程如下：當(dāng)甘蔗收割機(jī)開(kāi)到蔗地里，打開(kāi)切割器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)回路的電磁閥，然后打開(kāi)控制電路的總開(kāi)關(guān)，傳感器和控制單元都通電。傳感器就開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，這時(shí)由于切割器未入土，所以當(dāng)采集到的壓力大于0 MPa、小于6 MPa，這個(gè)時(shí)候采集到的模擬量電信號(hào)經(jīng)過(guò)控制單元的判斷，然后發(fā)出信號(hào)，讓內(nèi)部的晶體管開(kāi)關(guān)閉合，接在Q 0.0于L+上面的外部電路通電，外部電路驅(qū)動(dòng)提升缸回路的電磁閥，電磁閥控制提升缸活塞桿伸出，整個(gè)割臺(tái)隨著下降，并且這個(gè)動(dòng)作執(zhí)行100 ms，割臺(tái)下降一定值。緊接著傳感器再次采集數(shù)據(jù)，然后再次判斷，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)大于6 MPa大于9 MPa，則刀盤(pán)提升油缸控制在正常的范圍工作；當(dāng)采集的數(shù)據(jù)大于9.0 MPa，那么接在Q 0.1上的外部電路通電，外部電路驅(qū)動(dòng)提升缸回路電磁閥，電磁閥控制提升油缸動(dòng)作，割臺(tái)上升，并且持續(xù)100 ms；然后就不斷重復(fù)執(zhí)行以上的采集判斷程序。

從控制系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，這個(gè)響應(yīng)的壓力曲線是一種有限長(zhǎng)階躍響應(yīng)，可以通過(guò)z變換或傅立葉變換得到其頻率響應(yīng)，但因?yàn)榱黧w的壓力和流速、液壓缸的位移之間還不能直接按正比換算，所以作為控制系統(tǒng)需要得到的是更進(jìn)一步直接的位移（切深）與時(shí)間的響應(yīng)曲線，這有待進(jìn)一步研究。

4　結(jié)束語(yǔ)

（1）本文通過(guò)切深和宿根質(zhì)量的關(guān)系討論了切深控制的必要性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試刀盤(pán)馬達(dá)切深與負(fù)載壓力的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)切深對(duì)負(fù)載壓力具有顯著影響的關(guān)系。

（2）通過(guò)對(duì)甘蔗地的抽樣調(diào)查，得到甘蔗密度的泊松分布規(guī)律，即X～N（33.78，419.84）泊松分布。完成了提升油缸的液壓壓力響應(yīng)測(cè)試，標(biāo)明基于負(fù)載壓力閾值來(lái)控制切深的可行。

（3）建立了通過(guò)馬達(dá)負(fù)載壓力間接控制刀盤(pán)切深的閾值控制方法，選擇入土切割深度的負(fù)載壓力閾值臨界控制點(diǎn)選取6～9 MPa，以保持對(duì)應(yīng)于切割器的負(fù)載壓力范圍的切深控制在0～20 mm的范圍；

（4）設(shè)計(jì)了以PLC為核心的電液控制系統(tǒng)方案，編制和仿真了有關(guān)控制程序，并且為進(jìn)一步改進(jìn)壓力測(cè)量和切深控制奠定了基礎(chǔ)。

［1］區(qū)穎剛.我國(guó)甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展戰(zhàn)略研究［C］.2011年甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇，中國(guó)作物學(xué)會(huì)甘蔗專(zhuān)業(yè)委員會(huì)14次學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集（廣東）.廣東：廣州甘蔗糖業(yè)研究所，2011：220-229.

［2］Gupta CP，Oduori M F.Design of the Revolving Knife-Type Sugarcane Basecutter［J］.American Society of Agriculture Engineer，1992，35（6）：1747-1752.

［3］J.razavi，M.kardany，A.masoumi.Effects of some cutting blades and plant factors on specific cutting energy of sugar cane stalk.IIth CIGR，Hosted by the Canadian Society for Bioengineering（CSBE/SCGAB）Québec City，Canada June 13-17，2010.

［4］曾志強(qiáng)，區(qū)穎剛，解福祥，等.切斷式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)的試驗(yàn)與分析［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2012，34（9）：164-166.

［5］卿上樂(lè)，區(qū)穎剛，劉慶庭.土壤支撐下甘蔗莖稈的內(nèi)力和變形［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，10（36）：109-113.

［6］劉慶庭，區(qū)穎剛，卿上樂(lè)，等.光刃刀片切割甘蔗莖稈時(shí)根茬破壞力學(xué)分析［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2007，38（9）：51-55.

［7］賴曉.丘陵地區(qū)甘蔗收獲機(jī)高剛性砍蔗系統(tǒng)研究［D］.南寧：廣西大學(xué)，2012.

［8］蔣紅梅廣西大學(xué)碩士論文，2016.6.小型甘蔗收獲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，廣西大學(xué)碩士論文，2012.6.

［9］蔡力.甘蔗收割機(jī)切刀負(fù)載壓力測(cè)試及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)［D］.南寧：廣西大學(xué)，文，2016.

［10］趙靜.甘蔗收獲機(jī)械切割系統(tǒng)負(fù)載壓力影響因素的研究［D］.南寧：廣西大學(xué)，文，2015.

The Research on a Cutting Depth Control System for a Sugarcane Harvester based on PLC

LI Kai-hua1，2，WANG Zeng3，MA Fang-lan4，
（1.College of the Electrical Engineering of Guangxi University，Nanning 530004，China；2.College of Mechanical，Electronic and Quality Engineering，Naning 530200，China；3.Transportation University of Xi'an，Xi'an Shaanxi 710049，China；4.The College of the Mechanical Engineering of Guangxi University，Naning 530003，China）

It is founded by former researches of the team that the cutting depth has obvious effect on the cutting quality of canes and there is a notable relation between the press of the cutter's hydro-motor and the cutting depth.Based on the electrical-hydraulic control system，the author in this paper analyzed the feature effect of the cutting depth on the load press of the hydro-motor by a series experiments and decided critical control points of the depth.The massive distribution of the canes is about the Passion Distribution by the field investigation.The feature responded of the lifting cylinder is measured and analyzed.Then，it is designed a control system for cutting depth via load press by means of S200 PLC based on PID.The programming design and relative parameters analyses are carried on.It is provided the foundation of the future research on the cutting depth control.

sugarcane harvester；depth cutting；load press；control；PLC

TP273；S225

A

1672-545X（2016）08-0001-06

2016-05-12

國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：51465004）；國(guó)家科技部科技人員服務(wù)企業(yè)項(xiàng)目（2009GJE10008）；廣西高校臨海機(jī)械裝備設(shè)計(jì)制造及控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題（GXLH2014KF-04）

李凱華（1985-），廣西人，碩士研究生，教師，研究方向：控制工程；王崢，博士研究生，研究方向:機(jī)械電子工程；麻芳蘭，博士，副教授，碩士導(dǎo)師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。