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        基于PLC 的玉米播種機設計與試驗分析

        2022-11-23 04:07:25杜萌萌
        現(xiàn)代農機 2022年2期
        關鍵詞:試驗田播種機程序設計

        杜萌萌

        (開封技師學院,475000,河南開封)

        播種是農作物種植最重要的一步,直接影響到農作物的產量。近年來,機械化種植逐漸普及,設備也越發(fā)先進,其播種速度與質量均好于人工播種。玉米相較于其他農作物產量更高,其應用范圍廣泛。但就目前而言,我國機械化種植發(fā)展時間短且基礎設施欠缺,機械化水平有待提高。因此設計一款適用于我國的玉米播種機,是實現(xiàn)玉米種植現(xiàn)代化目標的基礎。

        1 玉米播種機設計

        1.1 總體設計

        基于PLC 的玉米播種機總體設計既要包含機械平臺、動力源、電池驅動方式、播種規(guī)格的設計,又要包括功能模塊的劃分。這一部分是進行該玉米播種機設計的基礎,是決定設計方向的關鍵步驟,也是將PLC技術應用于玉米播種機的可行性保證。

        將播種、施肥功能一體化玉米播種機作為設計的機械平臺是最佳選擇,這種播種機功能強大,播種效率更高,作為設計的機械平臺也可降低一定的開發(fā)成本[1]。播種機由電力進行驅動,所選電源為常見48 V 農機專用蓄電池,其最大輸出功率可達1 500 W,且使用方法簡單。作為機械平臺的原播種機構造合理緊湊,效率較高,更適用于玉米的播種。原播種機已具備一定的播種規(guī)格調節(jié)能力,未加入PLC 技術前的播種機可同時播種2 行種子,其行間距調整范圍為45~60 cm,可調每株間隔范圍為16~32 cm,播種深度較為適宜。選擇這種技術相對成熟的播種機進行改造,可有效提高試驗的成功率。

        明確該播種機的組成及其相互聯(lián)系也是總體設計的重要部分,是決定該播種機工作效率的重要因素?;赑LC 的玉米播種機主要組成包含檢測模塊、控制模塊、開溝器、播種器、施肥器,這些部件按照一定體系相互配合實現(xiàn)播種作業(yè)。檢測模塊接收數(shù)據(jù)并傳遞至控制模塊,控制模塊通過機體本身動力對開溝器、播種器、施肥器進行控制,再安裝傳感器于這些作業(yè)部件處反饋檢測信息給控制模塊??刂颇K是玉米播種機設計的關鍵,直接影響玉米播種機的作業(yè)效果。依照功能邏輯關系分析設定,有計劃地對玉米播種機進行規(guī)劃設計,是進行總體設計的意義所在。

        1.2 詳細設計

        分析其組成部分,對每一部分進行設計是實現(xiàn)基于PLC 的玉米播種機設計的第二步。在這一步設計中,要對總體設計的每一部分細化,全面規(guī)劃其配件選擇、原理確定等,以此保證每一部分正常運行,進而使得玉米播種機整體正常運行。

        中心控制器是基于PLC 的玉米播種機的靈魂所在,這一部分的設計至關重要??刂破魇沁M行信號傳遞、指令存儲及分析的重要部件,在選擇控制器時,尤其要注意規(guī)格。在本實驗中,選擇了具備強大脈沖信號、充足數(shù)據(jù)存儲空間且輸入輸出接口量足夠的控制器。檢測模塊中傳感器是重要的部件,其種類應包含位移傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器。位移傳感器檢測其播種深度、播種密度,霍爾傳感器可用于檢測播種機車輪轉速,光電傳感器用于檢測種子下落時的電信號。傳感器可有效監(jiān)控播種機的幾項重要指標,這些指標是PLC 平臺進行控制調整的數(shù)據(jù)標準[2]。除此之外,控制模塊還設置了警報裝置,報警也需要依靠傳感器實現(xiàn),以保證當其種子播種完畢或出現(xiàn)故障時及時被發(fā)現(xiàn),避免耽誤播種工作的進行。

        PLC 技術作為一種可編程序控制技術,其工作原理也是進行詳細設計的關鍵。播種機進行作業(yè)的數(shù)據(jù)信息會被顯示在操作界面上,操作人員可以在此界面中對播種規(guī)格進行設定,控制中心對這些數(shù)值進行分析并按照專有運算方式轉變?yōu)橹噶?,并傳遞至播種機相關執(zhí)行部件。執(zhí)行部件收到指令后開始執(zhí)行播種工作,安裝在對應位置的傳感器接收記錄相關監(jiān)測信息并將檢測結果傳遞回控制中心,供操作人員查看。操作人員查看到檢測結果后,依據(jù)實際情況更改播種數(shù)值,如此循環(huán)完成作業(yè)流程。相關種子、化肥的存量報警,要利用相應的重量傳感器及控制器指令,當存儲箱重量為零時,傳感器要及時發(fā)送報警信號,控制器接收信號進入報警狀態(tài),并傳遞報警信號至執(zhí)行部件使其停止運行,控制顯示屏彈出報警提示,并進行聲音報警。操作人員收到報警提示,及時處理故障或增添種子、化肥。工作原理是程序化設計機械設備的關鍵,也是設計中所必須明確的設計思想,直接影響到設計能否成功。

        1.2 程序設計

        PLC 程序也是軟件系統(tǒng)的一種,其程序的設計與軟件系統(tǒng)程序設計有異曲同工之處。其設計應包含功能程序流程圖設計、編程邏輯設計,以及播種數(shù)據(jù)傳遞前的運算公式等。該系統(tǒng)涉及多個領域的運算,在程序設計中應準確把握其運算方法??茖W、全面的程序設計是PLC 玉米播種機軟件設計方面的重要步驟,也是控制中心順利運行的保證。

        在程序設計過程中,利用編程語言梯形圖進行編程,以此有效降低編程難度、簡化系統(tǒng)成品操作界面,最重要的是成型所需時間較短。這種方式可縮減編程時間,因此增強其人機交互能力便成為程序設計的重點。選擇最先進的文本顯示模式尤為重要,將其作為控制器的操作、顯示界面不僅可以增強人機交互的能力,還可以減少信息傳遞所需的接口數(shù)量。與此同時,這樣的程序設計還可以增加PLC 指令,為玉米播種機的功能實現(xiàn)提供更多可能性。

        程序的執(zhí)行流程是程序設計的一部分,也是基于PLC 的玉米播種機的實現(xiàn)基礎。在啟動PLC 的同時,利用程序代碼將計數(shù)器等構件進行初始化復位操作,在處理故障后也要進行此流程。將需要記載的信息存儲在不同區(qū)域也是程序設計需要關注的問題,程序設計中優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲結構,可有效提高程序的執(zhí)行速度[3]。程序設計中合理設定顯示界面的跳轉方式和輸入模式,開機后顯示參數(shù)輸入界面,提交后跳轉至實際情況反饋顯示界面,操作人員可再次切入輸入界面進行實時更改,正常工作狀態(tài)下只根據(jù)需要切換這兩種頁面。進入報警狀態(tài)后,要實現(xiàn)界面的警報提醒,利用代碼同時調用其他燈光、聲音設備進行報警。

        在代碼中進行準確的運算是程序設計的關鍵邏輯設計,玉米播種機所需數(shù)據(jù)運算涉及多個領域。在這一方面的程序設計請教相關專業(yè)人士全面學習相關公式推理及運用,進而用程序語言實現(xiàn)其運算過程。播種機播種量與施肥量等控制都需要通過相關公式的計算確定,其計算結果是實現(xiàn)PLC 對玉米播種機控制的理論基礎。反饋實時信息也需要公式的計算,嚴謹進行這一步的設計是玉米播種機軟件部分設計的重中之重。

        2 試驗結果及分析

        2.1 試驗情況

        在完成基于PLC 的玉米播種機的設計后,對其進行科學試驗,是檢驗設計成果的關鍵。在試驗中,將試驗田劃分為均等四份,保證每一部分試驗田條件相同,分別使用播種機進行播種。在控制器操作平臺設置深度為15 cm、距離為25 cm,在種子存儲箱中放置同樣數(shù)量的種子,實驗中放置了3 000 粒種子,分別檢測其種植深度、種植距離及警報反應時間,將試驗田的詳細結果分別記錄用于結果分析。

        2.2 結果分析

        根據(jù)從試驗田所采集到的播種深度及播種距離,兩項指標與設置的數(shù)值相差較小,波動范圍不超過0.5 cm。綜合分析四處試驗田所采集到的數(shù)據(jù),確認播種較為穩(wěn)定,說明PLC 控制玉米播種機頗具成效。在空箱警告方面,四處試驗田所用玉米播種機響應時間不超過1.5 s,達到及時預警的效果。具體實驗數(shù)據(jù)及分析結果均表明,設計的基于PLC 的玉米播種機已達到預期目標,在玉米生產中具有一定使用價值;但其試驗的播種規(guī)模相對較小,試驗結果具有局限性,其推廣價值仍待考量。

        3 結語

        基于PLC 的玉米播種機對玉米種植業(yè)發(fā)展具有推動價值,是科技在玉米播種上的一種具體應用。這種技術的關鍵在于量的控制,也正是玉米機械化播種最重要的需求。當前玉米播種機對量的控制能力有限,開發(fā)新型玉米播種機是農業(yè)發(fā)展需要重視的研究方向,利用PLC 技術消除現(xiàn)有玉米播種機的缺陷不失為一種策略?;赑LC 的玉米播種機設計仍存在上升空間,是值得重點研究的方向。

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