門西霖

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，機械化和自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。農(nóng)業(yè)播種機是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一，而PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)的應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)播種機的自動化水平得到了大幅提升。

一、PCL技術(shù)的農(nóng)業(yè)播種優(yōu)勢

PLC技術(shù)是一種現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)，利用可編程的邏輯控制器和人機界面，實現(xiàn)對機器或設(shè)備的精確控制和管理。在農(nóng)業(yè)播種機中，PLC技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)以下幾個方面的功能。

（一）播種機的自動化控制

通過PLC控制器與傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等硬件設(shè)備的配合，可以實現(xiàn)播種機在不同土地條件下的自動調(diào)節(jié)和運行。比如，通過傳感器檢測土壤濕度、溫度等參數(shù)，PLC可以實時控制播種機的種植深度和播種量，確保種子在最適宜的環(huán)境中生長。

（二）故障檢測和自動報警

在農(nóng)業(yè)播種機的運行過程中，由于各種原因可能出現(xiàn)機器故障或異常情況，這會對播種的效果和機器的壽命產(chǎn)生不良影響。借助PLC技術(shù)，可以實現(xiàn)對播種機關(guān)鍵部位的實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)故障或異常情況，PLC可以發(fā)送報警信息，提醒操作員及時處理，以避免事故擴大化。

（三）提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析功能

通過PLC技術(shù)，可以記錄和存儲播種機的各項運行數(shù)據(jù)，如作業(yè)面積、播種量、機械的運行時間等。通過對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，可以為農(nóng)民提供決策依據(jù)，優(yōu)化作業(yè)方案和機器維護。

（四）人機界面的友好操作

通過在播種機上設(shè)置觸摸屏或按鈕等界面設(shè)備，操作員可以方便地與PLC進行交互，實現(xiàn)對播種機的參數(shù)設(shè)置、工作模式選擇等操作。這樣，普通農(nóng)民也可以輕松掌握播種機的操作技巧，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

二、基于PLC技術(shù)的播種機電氣自動化技術(shù)

（一）電氣自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

播種機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，需要完成從播種到耕地再到灌溉的全部環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化技術(shù)。而在PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上完善播種機的電氣自動化技術(shù)，能夠使播種機的整個運行流程更加智能化和自動化?；赑LC技術(shù)的播種機電氣自動化技術(shù)是通過將PLC控制器作為中心控制設(shè)備，配合傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等硬件設(shè)備，形成一個完整的電氣自動化系統(tǒng)。電氣自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括輸入模塊、輸出模塊、中央處理器、編程設(shè)備和人機界面等組成。輸入模塊用于接收來自傳感器的采集信號，如土壤濕度、溫度等參數(shù)。輸出模塊則用于控制執(zhí)行機構(gòu)，如播種器的啟停、速度調(diào)節(jié)等。[1]中央處理器即PLC控制器，通過編程設(shè)備編寫程序，實現(xiàn)對輸入信號的處理和輸出信號的控制。人機界面則提供給操作員進行參數(shù)設(shè)置、模式選擇等交互操作。

（二）延時啟動技術(shù)

延時啟動技術(shù)是基于PLC技術(shù)的播種機電氣自動化技術(shù)中的重要功能之一。通過延時啟動技術(shù)，可以確保播種機在啟動之前，各種操作條件和環(huán)境參數(shù)已經(jīng)滿足要求。在延時啟動技術(shù)的應(yīng)用中，PLC控制器可以根據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù)，判斷土壤濕度、溫度是否適宜播種，并設(shè)置合適的延時時間。例如，當(dāng)土壤濕度達到一定程度時，PLC控制器可以延時啟動播種機，確保種子在濕度適宜的土壤中生長。延時啟動技術(shù)可以避免在干旱或過度濕潤的情況下，播種機啟動導(dǎo)致的種子浪費或種植效果不佳，提高播種效率和作物的生長質(zhì)量。[2]

（三）延時控制技術(shù)

延時控制技術(shù)是指在播種機的運行過程中，通過PLC控制器設(shè)置適當(dāng)?shù)难訒r時間，實現(xiàn)對各種操作和動作的控制。該技術(shù)可以確保不同部件之間的協(xié)調(diào)與順序執(zhí)行，提高播種機的穩(wěn)定性和效率。[3]例如，當(dāng)播種機需要進行不同深度的種植時，通過延時控制技術(shù)，可以確保每一排種子的種植深度相同。通過PLC控制器設(shè)置延時啟動信號，將種子按照預(yù)定的深度穩(wěn)定地播種在土壤中。延時控制技術(shù)能夠減少操作人員的干預(yù)，降低種植誤差，提高播種精度。

（四）I/O端信號

I/O端信號是指PLC與外部硬件設(shè)備之間傳遞的輸入和輸出信號。在基于PLC技術(shù)的播種機電氣自動化技術(shù)中，傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等硬件設(shè)備都與PLC控制器通過I/O模塊相連。[4]傳感器主要用于感知土壤濕度、溫度等參數(shù)信息，并將信號傳遞給PLC控制器。PLC控制器根據(jù)接收到的信號進行處理，并通過I/O模塊控制執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)則根據(jù)PLC控制器發(fā)送的指令進行操作，如播種機的啟動或停止。通過I/O端信號的交互，PLC控制器可以實現(xiàn)對播種機的精確控制和調(diào)節(jié)。它可以根據(jù)土壤條件和播種要求，及時調(diào)整播種機的工作狀態(tài)和參數(shù)，提高播種的效果和機器的穩(wěn)定性。

三、農(nóng)業(yè)播種機電氣自動化中PLC技術(shù)原則

（一）傳統(tǒng)與可靠性的結(jié)合

農(nóng)業(yè)播種機的電氣自動化需要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。傳統(tǒng)的PLC技術(shù)結(jié)合了可靠性的需求，采用了可靠性高的硬件設(shè)備和軟件算法。在傳統(tǒng)的PLC控制器中，使用工業(yè)級的硬件組件，如可靠的CPU和存儲器，在極端環(huán)境下仍然能夠穩(wěn)定運行。[5]

此外，農(nóng)業(yè)播種機的工作環(huán)境通常復(fù)雜多變，存在灰塵、濕潤、高溫等不良因素，這要求PLC技術(shù)具有較高的耐久性和抗干擾能力。因此，在硬件層面上，傳統(tǒng)PLC采用工業(yè)級繼電器和高可靠性的輸入/輸出模塊，確保系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運行。

（二）定性和定量PLC技術(shù)的結(jié)合

農(nóng)業(yè)播種機的電氣自動化需要實現(xiàn)定性和定量的控制和監(jiān)測。定性控制主要是根據(jù)一定的判斷條件進行開關(guān)操作，如開始、停止、調(diào)節(jié)等。而定量控制則是基于傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過定量分析和運算，實現(xiàn)對播種機行為的精確控制。

PLC技術(shù)結(jié)合了這兩種控制方式。在定性控制方面，PLC控制器通過編寫邏輯程序?qū)崿F(xiàn)對播種機的啟停和運行模式選擇等操作。通過傳感器的輸入信號，采用布爾邏輯運算，實現(xiàn)對播種機的各個功能模塊的控制。在定量控制方面，PLC控制器通過接收傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，如土壤濕度、溫度等參數(shù)，通過帶變量的算法進行數(shù)據(jù)處理和控制。例如，根據(jù)土壤濕度的變化，PLC控制器可以調(diào)整播種機的工作速度和種子的播放量，從而實現(xiàn)對播種深度的精確控制。定性和定量結(jié)合的PLC技術(shù)可以實現(xiàn)更加細(xì)致和精確的控制，提高播種機的操作效率和準(zhǔn)確性，最大限度地滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。

（三）靈活性與可擴展性結(jié)合

PLC技術(shù)應(yīng)具備良好的靈活性和可擴展性，能夠適應(yīng)不同農(nóng)業(yè)播種機的需求和變化。設(shè)計時應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于增減功能模塊，滿足不同農(nóng)作物和不同操作模式的需求。能夠讓用戶自由配置和編寫邏輯程序。同時，還應(yīng)具備良好的易維護性，以便于故障排除和系統(tǒng)維護。PLC編程應(yīng)具備良好的結(jié)構(gòu)化和模塊化，以方便維護人員進行修改和升級。

（四）數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控結(jié)合

基于PLC技術(shù)的農(nóng)業(yè)播種機電氣自動化應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力。采用傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊，可實時采集農(nóng)田土壤濕度、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，進而進行數(shù)據(jù)分析和智能決策。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，農(nóng)民可以隨時查看播種機的工作狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，及時調(diào)整操作策略。在此基礎(chǔ)上，PLC技術(shù)應(yīng)具備友好的人機界面，使得操作人員能夠輕松進行參數(shù)設(shè)置和操作控制。采用觸摸屏等便捷的界面形式，提供直觀、簡潔的操作界面，有助于降低操作誤差和提高操作效率。

四、PLC 技術(shù)在播種機檢測、控制中的應(yīng)用

（一）PLC 技術(shù)在播種機檢測中的應(yīng)用

在播種機檢測中，PLC技術(shù)可以應(yīng)用于多個方面，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。首先，PLC可以用于播種機種子檢測。通過激光、光電傳感器等傳感器與PLC連接，可以實時檢測播種機種子的間距、深度等參數(shù)，根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)進行判斷和調(diào)整，確保種子的均勻分布和適當(dāng)?shù)纳疃?，從而提高作物的出苗率和產(chǎn)量。其次，PLC技術(shù)還可以應(yīng)用于播種機行進速度的檢測和自動調(diào)節(jié)。通過將PLC與行進部分的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)連接，可以實時獲取播種機的行進速度和位置信息，并根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整行進速度，以保持播種的均勻性和一致性。這可以避免種植過程中因行進速度不穩(wěn)定而導(dǎo)致種子密集度不一致的問題，進一步提高作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。

（二）PLC 技術(shù)在播種機操作控制中的應(yīng)用

以株距控制為例，采用 PLC 控制步進電機轉(zhuǎn)速自動調(diào)整株距，能夠改變?nèi)斯ふ{(diào)整株距均勻性差和效率低的問題。具體來說，在系統(tǒng)初始化之后，解決當(dāng)?shù)赝寥?、地表情況，依據(jù)種植密度、壟距，計算理論株距 L1，使用霍爾測速元件檢測播種機地輪轉(zhuǎn)速 Nb，計算步進電機轉(zhuǎn)速 Nb，進而 PLC 計算實際株距 Lz，如果不滿足，0.9L1≤Lz≤1.1L1，則系統(tǒng)為否，返回PLC 信號接收，重新計算轉(zhuǎn)速;如果滿足，則為株距正常繼續(xù)操作。在土壤鎮(zhèn)壓中也是采用此原理進行操作，計算開溝覆土的各個參數(shù)。在播種機前進的過程中，也需要利用 PLC 技術(shù)調(diào)整實時速度，大致流程包括數(shù)據(jù)初始化、脈沖計數(shù)、數(shù)據(jù)運算存儲，開始后進行步進電機運轉(zhuǎn)脈沖——PLC 計數(shù)器，如果程序是為否，則返回進行;如果程序為是，則到達時間 t，計算地輪轉(zhuǎn)速并存儲，系統(tǒng)進行清零復(fù)位和顯示輸出等操作。

五、對PLC技術(shù)下播種機電氣自動化系統(tǒng)的維護

（一）保證良好的運行環(huán)境

播種機電氣自動化系統(tǒng)通常安裝在工業(yè)環(huán)境中，環(huán)境中會存在粉塵、濕氣、化學(xué)腐蝕物等因素，這些因素會對PLC設(shè)備的正常運行產(chǎn)生不利影響。一方面，技術(shù)人員要對種植區(qū)域內(nèi)的殘留物進行及時清理，播種機在運行過程中受到干擾。另一方面，土壤的濕度也是影響播種機運行的重要因素，通常情況下，土壤濕度控制在5%～95%的范圍最為合適，太干或太濕的土壤都會對播種機的元件造成損壞。因此，應(yīng)保持設(shè)備周圍的清潔，并防止有害物質(zhì)進入設(shè)備內(nèi)部。此外，系統(tǒng)應(yīng)安裝在溫度適宜、濕度適中的環(huán)境中，避免過高或過低的溫度和濕度對設(shè)備的損害。

（二）防止受到?jīng)_擊和振動

播種機在工作過程中會受到?jīng)_擊和振動，如果沒有采取預(yù)防措施，這些沖擊和振動可能會對PLC系統(tǒng)造成損害。因此，在安裝播種機電氣自動化系統(tǒng)時，應(yīng)選用抗沖擊和抗振動的設(shè)備和材料，避免機械振動對PLC設(shè)備產(chǎn)生影響。此外，可以采取隔離和阻尼措施，減少沖擊和振動對系統(tǒng)的影響，如使用橡膠墊、減振器等。

（三）確保電源穩(wěn)定

電源的波動和干擾可能會導(dǎo)致PLC系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤和故障。為了保證電源的穩(wěn)定性，可以采取以下措施：首先，使用穩(wěn)定的電源設(shè)備，如UPS（不間斷電源）等，以防止電源突然中斷或波動。其次，對電源線進行良好的絕緣和防護，避免電源線與其他線路交叉干擾。此外，還可以安裝電源過濾器和穩(wěn)壓器，以平衡電壓波動。

參考文獻：

[1]岳威.淺談PLC自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械電氣控制中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機，2020，51（23）：91+95.

[2]劉博.基于PLC自動化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機械電氣控制應(yīng)用[J].南方農(nóng)機，2020，51（22）：50-51.

[3]鄭恒玉.PLC技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械電氣自動控制中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機，2021，52（15）：58-59.

[4] 張友朋.農(nóng)業(yè)機械自動化在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探析[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2021（7）：20-21.

[5] 黃鵬.電子信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械上的應(yīng)用探討[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2021（7）：26-27.

（作者單位：太原理工大學(xué)）