陳香林

（內(nèi)蒙古敖漢旗農(nóng)牧局，內(nèi)蒙古 赤峰 024300）

1 PLC技術(shù)概述

PLC屬于一種可編程的邏輯控制器，PLC內(nèi)部具有很多的控制指令，如運算控制指令、計數(shù)控制指令、定時控制指令以及邏輯運算控制指令等。在具體應(yīng)用中，借助于模擬或數(shù)字形式的輸入、輸出，PLC便可對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動化運行控制。目前，PLC的基本組成結(jié)構(gòu)包括輸入單元、輸出單元、儲存器以及中央處理單元等，且不同機(jī)型的PLC所包含的外部設(shè)備也不同，借助于這些設(shè)備，PLC具備了良好的網(wǎng)絡(luò)通信、檢測和輔助翻譯等附加功能[1]。在PLC的具體應(yīng)用中，其主要工作過程是通過PLC程序?qū)ν獠枯斎朦c中的輸入值進(jìn)行邏輯運算，再通過輸出控制程序?qū)ζ溥M(jìn)行信號變化處理，然后以此為依據(jù)，對外部需要控制的量加以控制，從而達(dá)到自動化的機(jī)械控制效果[2]。在此過程中，對于進(jìn)入到PLC中的輸入信號，儲存器會通過事先設(shè)定好的運行控制程序來進(jìn)行相應(yīng)處理，然后將其以控制程序的方式輸出。對于輸出的控制程序，在經(jīng)過PLC處理之后，可直接通過外接數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的機(jī)械控制裝置傳輸，以此來達(dá)到精準(zhǔn)的機(jī)械控制效果。PLC自動化控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用原理示意圖，如圖1所示。

圖1 PLC自動化控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用原理示意圖

2 PLC在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)作業(yè)時，因為工作環(huán)境比較復(fù)雜，行駛地面高低不平，所以其車身很容易出現(xiàn)顛簸和傾斜情況，從而改變其作業(yè)路線，影響其作業(yè)效果。為有效避免此類問題，做好農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自平衡控制裝置設(shè)計非常關(guān)鍵。在此過程中，設(shè)計者與技術(shù)人員便可對PLC技術(shù)加以合理應(yīng)用。

1）裝置的硬件設(shè)計。具體設(shè)計中，主要通過傳感器進(jìn)行檢測，通過PLC進(jìn)行控制，通過電液比例控制閥進(jìn)行驅(qū)動，并為液壓缸的響應(yīng)提供支持。將位移傳感器和傾角傳感器用作其主要的檢測裝置，這兩種傳感器輸出的都是模擬量信號；將四個液壓缸和一個電液比例換向閥用作其主要的執(zhí)行元件，其中電液比例換向閥僅能夠?qū)δM信號進(jìn)行接收。如果系統(tǒng)在實際運行中發(fā)生故障，系統(tǒng)會立即停止工作，故障報警器也會立即發(fā)出響聲報警；如果液壓缸到達(dá)了極限位置，但依然沒有達(dá)到伸縮目標(biāo)量，此時的示警器也會發(fā)出響聲報警，提示系統(tǒng)工作需要停止[3]。在電氣控制裝置中，PLC是其核心部分。為適應(yīng)裝置硬件系統(tǒng)的實際設(shè)計與應(yīng)用需求，設(shè)計中特選擇了三菱FX2N-32MR-D PLC，其I/O端子共32個，包括輸入端子16個和輸出端子16個。因為位移傳感器以及傾角傳感器所輸出的都是模擬信號，不能直接被PLC接收，所以需要進(jìn)行模擬量輸入擴(kuò)展單元設(shè)置?；诖耍陔姎饪刂蒲b置中添加了兩個模擬量輸入擴(kuò)展單元，一是FX2N-4AD，二是FX2N-2AD。同時，因為PLC中輸出的是數(shù)字信號，此類信號不能被電液比例換向閥接收，所以在該裝置設(shè)計中，也設(shè)置了一個模擬量輸出擴(kuò)展單元FX2N-2AD。PLC的輸入信號包括面板操作、傳感器采集信號以及觸摸屏參數(shù)設(shè)定，輸出信號包括電液比例換向閥控制、觸摸屏上的傳感器采集信號實時顯示以及系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障報警的實時顯示[4]。

2）裝置的軟件設(shè)計。在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置中，其軟件系統(tǒng)包括主控制模塊以及信號采集模塊。其中，主控制模塊的功能是控制拖拉機(jī)車身平衡，信號采集模塊的功能是對位移傳感器以及傾斜傳感器中的信號進(jìn)行采集。在該系統(tǒng)中，主程序是通過傾角傳感器對拖拉機(jī)機(jī)身的傾斜角進(jìn)行檢測，并將檢測到的傾角傳遞到信號采集模塊，最終傳遞給PLC，PLC中的比較單元會對檢測到的傾斜角信號值和系統(tǒng)中設(shè)定好的傾斜角極限值進(jìn)行比較，如果檢測值比極限值小，則不會對其進(jìn)行調(diào)節(jié)；如果檢測值比極限值大，PLC便會將相應(yīng)的控制指令發(fā)送給支撐缸，通過支撐缸的伸縮控制來實現(xiàn)拖拉機(jī)機(jī)身的自適應(yīng)調(diào)節(jié)?；赑LC技術(shù)的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置軟件主程序控制流程圖如圖2所示。通過這樣的方式，可讓PLC技術(shù)在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置中達(dá)到良好的應(yīng)用效果，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)的自適應(yīng)平衡控制，有效防止機(jī)身顛簸、傾斜等情況對其作業(yè)質(zhì)量的不良影響。

圖2 基于PLC技術(shù)的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置軟件主程序控制流程圖

3 PLC在農(nóng)業(yè)播種機(jī)電氣自動化控制裝置中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)播種機(jī)電氣自動化控制裝置設(shè)計融入PLC技術(shù)，可保障出水量可控，確保設(shè)備速度與出水量成正比[5]。以一種精準(zhǔn)施水型玉米播種機(jī)的機(jī)電自動化控制裝置設(shè)計為例，PLC技術(shù)的具體應(yīng)用如下。

1）控制方案設(shè)計。在玉米播種機(jī)的機(jī)電自動化控制裝置中，核心控制模塊是PLC，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)裝置的實際應(yīng)用需求，進(jìn)行了測速模塊、施水執(zhí)行模塊、水位監(jiān)測模塊、報警模塊等模塊的設(shè)計。在其機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)中，主要包括主程序和施水執(zhí)行程序。為確保有效運行，可通過主機(jī)單獨進(jìn)行施水執(zhí)行程序控制。具體應(yīng)用中，PLC中的測速模塊會對施水播種機(jī)的運轉(zhuǎn)速度進(jìn)行檢測，然后將檢測到的數(shù)據(jù)上傳到主機(jī)，主機(jī)會根據(jù)實際的運轉(zhuǎn)情況對施水模塊進(jìn)行合理調(diào)整，以此來確保出水量的靈活性和可控性，使播種機(jī)的運行速度和出水量之間成正比，并達(dá)到良好的作業(yè)調(diào)速與抗抖動的效果[6]。

2）PLC自動化控制設(shè)計。在玉米播種機(jī)的機(jī)電自動化控制裝置中，PLC的主要組成部分包括輸入單元、輸出單元、儲存器、中央處理單元和電源。主要工作過程包括輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個環(huán)節(jié)。具體設(shè)計中，以實際的玉米播種需求作為依據(jù)，通過掃描功能將處在輸入狀態(tài)的數(shù)據(jù)依次掃描儲存到I/O映像區(qū)域。在完成了采樣輸入之后，PLC便會自動轉(zhuǎn)入到程序執(zhí)行和輸出刷新環(huán)節(jié)中。此時，即使是輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)出現(xiàn)了變化，也不會影響到相應(yīng)單元中的狀態(tài)和數(shù)據(jù)[7]。程序執(zhí)行中，PLC會按照由上到下、由左到右的順序?qū)κ┧衩撞シN機(jī)中的控制程序依次進(jìn)行掃描，以具體的邏輯運算結(jié)果作為依據(jù)，對儲存區(qū)域內(nèi)的邏輯線圈位置狀態(tài)進(jìn)行控制，并實現(xiàn)I/O映像區(qū)域線圈輸出狀態(tài)的刷新，同時也可以對控制系統(tǒng)中速度控制、施水量調(diào)節(jié)等功能指令的執(zhí)行進(jìn)行科學(xué)決定。在完成了程序執(zhí)行之后，PLC便會自動進(jìn)入到刷新環(huán)節(jié)中，在此過程中，I/O映像區(qū)域會將CPU下達(dá)的指令作為依據(jù)，對鎖存電路進(jìn)行刷新，之后再對相應(yīng)的外部設(shè)施進(jìn)行驅(qū)動，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)施水玉米播種機(jī)的信息化和自動化控制。

3）顯示模塊設(shè)計。玉米播種機(jī)的機(jī)電自動化控制裝置中主要的顯示模塊包括以下幾個。一是測速模塊，機(jī)械設(shè)備運行中，顯示模塊會將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳給PLC，經(jīng)PLC處理之后，脈沖信號會在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)變成機(jī)械的運轉(zhuǎn)速度，再通過LED單元將其顯示出來[8]。但是，由于機(jī)械地輪在秸稈密集區(qū)域碾壓時很容易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，從而影響到數(shù)據(jù)的采集精度，為防止此類情況發(fā)生，具體設(shè)計中可以將地輪和編碼器之間進(jìn)行同軸連接，通過同軸聯(lián)動的方式來實現(xiàn)機(jī)械運行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集。二是數(shù)碼管模塊，該裝置的數(shù)碼管采用的是7段和8段兩種形式，并按照陽極型和陰極型進(jìn)行劃分，將8個LED設(shè)備陽極相關(guān)聯(lián)，對于某個陰極中的低電平輸出，與其對應(yīng)陽極位置的LED便會被點亮，通過不同低電平輸入的合理組合，可讓機(jī)械的實際運轉(zhuǎn)需求得到良好滿足。三是施水控制模塊，該模塊在精準(zhǔn)施水玉米播種機(jī)控制裝置中屬于最主要的一個執(zhí)行模塊，其組成部分有兩個，即出水管路、大扭矩舵機(jī)，設(shè)計中為實現(xiàn)成本的合理節(jié)約，特選擇了直流舵機(jī)，并未進(jìn)行逆變器配置。將水箱設(shè)置在該裝置后位，以此來實現(xiàn)水速測試，并對其出水速度進(jìn)行合理控制[9]。表1為精準(zhǔn)施水型玉米播種機(jī)在某次實際應(yīng)用中的施水控制參數(shù)。四是監(jiān)測模塊，將液位傳感器安裝在該裝置內(nèi)部，當(dāng)水位比規(guī)定參數(shù)低時，傳感器便會將相應(yīng)的信號及時傳遞到PLC中，并在LED顯示屏上顯示出實際的水位高程，同時，相應(yīng)的報警系統(tǒng)也會啟動，警示燈開始閃爍，蜂鳴報警音也會響起，以此來提示工作人員及時給機(jī)械加水。五是故障預(yù)警模塊，將相應(yīng)的運行參數(shù)采集傳感器設(shè)置在機(jī)械主要部件上，實時采集其運行參數(shù)，并傳輸給PLC，一旦發(fā)現(xiàn)有部件出現(xiàn)故障，裝置會立即發(fā)出預(yù)警。通過這樣的方式，便可讓PLC技術(shù)在農(nóng)業(yè)播種機(jī)中充分發(fā)揮出其作用與優(yōu)勢，以此來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機(jī)的信息化和自動化控制。

表1 精準(zhǔn)施水型玉米播種機(jī)在某次實際應(yīng)用中的施水控制參數(shù)

4 PLC在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)電氣自動化控制裝置中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)的電氣自動化控制裝置中，PLC技術(shù)也具有非常顯著的應(yīng)用效果。以某農(nóng)業(yè)番茄收獲機(jī)中的電氣自動化轉(zhuǎn)速控制裝置的設(shè)計為例，PLC技術(shù)的具體應(yīng)用如下。

1）硬件系統(tǒng)設(shè)計。在轉(zhuǎn)速控制裝置中，其硬件系統(tǒng)的主要組成部分包括PLC、旋轉(zhuǎn)編碼器、觸摸屏和模擬量輸出模塊等。表2是某農(nóng)業(yè)番茄收獲機(jī)電氣自動化轉(zhuǎn)速控制裝置主要硬件選擇情況。

表2 農(nóng)業(yè)番茄收獲機(jī)電氣自動化轉(zhuǎn)速控制裝置主要硬件選擇情況

2）軟件系統(tǒng)設(shè)計。將PLC高速輸入端口和旋轉(zhuǎn)編碼器連接，以此來實現(xiàn)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的實時監(jiān)測。通過觸摸屏，可對轉(zhuǎn)速進(jìn)行臨界值設(shè)置，當(dāng)轉(zhuǎn)速比臨界值大或比臨界值小時，PLC都會將相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令自動發(fā)送給PID（線性控制器），借助于PID，可實現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)調(diào)節(jié)。通過這樣的方式，可讓農(nóng)業(yè)番茄收獲機(jī)的轉(zhuǎn)速得以自動控制，從而實現(xiàn)PLC技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢的充分發(fā)揮[10]。

5 結(jié)束語

綜上所述，在農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制裝置中，PLC技術(shù)具有非常顯著的自動化控制效果。因此，相關(guān)企業(yè)、科研工作者在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制裝置的設(shè)計和開發(fā)時，應(yīng)加強(qiáng)PLC技術(shù)的應(yīng)用研究，并結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制裝置的實際需求，加強(qiáng)對PLC技術(shù)的合理應(yīng)用，以充分滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制裝置的實際應(yīng)用需求，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興。