基于PLC技術(shù)的播種機電氣自動化技術(shù)研究

陳茂林

（荊楚理工學院，湖北 荊門 448000）

PLC技術(shù)具有邏輯性強、程序簡單、適用廣泛、功能強大等特點，程序運用過程中，采用面向控制過程的編程語言，技術(shù)人員更容易上手和掌握?；赑LC技術(shù)的播種機不僅要具有開溝、播種、覆土等功能，還要適應不同的作物種植，提高其自動化水平，減少漏種、株距不均勻等現(xiàn)象。

1 基于PLC的播種機應用的價值

播種機比人工播種的效率更高，節(jié)省種子，減少人工勞作程度，作物間距更加合理，有利于作物營養(yǎng)吸收最大化和光合作用。和人工播種相比，花費的時間更少，單產(chǎn)量更高。此外，PLC技術(shù)結(jié)合智能技術(shù)應用在播種機電氣自動化之中，還能改變過去播種靠人工觀察的弊端，大大提升自動化水平。

傳統(tǒng)播種機駕駛員在操作過程中受到作業(yè)環(huán)境的限制，在丘陵等作業(yè)條件差的地區(qū)，駕駛員會因為駕駛位置高、操作技巧不嫻熟和個人疏忽等原因，造成漏種等現(xiàn)象。PLC電氣控制裝置可以自動裝載漏播檢測系統(tǒng)和控制補種裝置的步進電機，在發(fā)現(xiàn)漏種時自動補漏。在補種行作業(yè)時，播種機不停機，采用單元工作，不會造成重復播種。

另外，傳統(tǒng)在鎮(zhèn)壓作業(yè)時，面對不同的土質(zhì)，可能會產(chǎn)生土壤粘附嚴重、牽引阻力大等問題，PLC技術(shù)的引入能夠減少鎮(zhèn)壓不均勻的現(xiàn)象，通過配置智能裝置，及時處理粘附嚴重的問題。PLC技術(shù)還能夠縱向仿形、覆土和壓實土壤，對不同地形的播種深度實行精確控制，能夠適應不同地形。

2 PLC技術(shù)在播種機檢測、控制中的應用

2.1 PLC設備的選擇

要求設備穩(wěn)定性強，計算速度快，低功耗，系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足復雜的操作要求。本設計中選用西門子的CPU226RDC24VD控制單元。要求系統(tǒng)能在復雜的作業(yè)環(huán)境中進行地輪測速，且不怕油污和灰塵，在丘陵地形中具有良好的抗顛簸和抗振動功能，本設計采用微型PLC控制器，抗干擾性強，更加靈活，使用壽命更長。

2.2 PLC技術(shù)在播種機檢測中的應用

常用的播種機有機械式、氣力式、電磁式、液力式，排種質(zhì)量的檢測有壓電效應法、人工檢測法、光電效應法、高速攝影法等，播種機檢測播種狀況主要靠傳感器進行。當出現(xiàn)故障時，儀表通過聲音或者光電信號進行調(diào)試。過去檢測系統(tǒng)主要是采用機械式的，工作原理類似自行車振鈴，但是由于播種機本身的噪音也很大，所以檢測漏播的可能性很低。機電式裝置對此進行了改進，在駕駛室上安裝提示燈警示，發(fā)生故障時，閃爍變得不規(guī)律?，F(xiàn)代播種機主要采用的電子檢測裝置，比如利用PLC技術(shù)實施綜合檢測和系統(tǒng)的全面監(jiān)控。但總體來說，這些檢測技術(shù)的監(jiān)控效果不佳，而PLC技術(shù)能夠有效改變這些問題。在設計PLC程序的過程中，要遵循簡潔性、省時性、可讀性、正確性、可靠性、易改性、擴張性、完備性的原則。

2.3 PLC技術(shù)在播種機操作控制的應用

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?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)度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)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)進行清零復位和顯示輸出等操作。

3 基于PLC技術(shù)的不同種類播種機排種結(jié)構(gòu)設計和注意事項

3.1 基于PLC計算的不同種類排種器結(jié)構(gòu)設計

水平圓盤式排種器如圖1所示。排種盤水平放置在種箱底部，在圓盤旋轉(zhuǎn)的過程中，種子靠自身重力落入型孔并且下落到種溝完成排種。水平圓盤排種器的優(yōu)勢在于可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，均勻性好，能夠適應不同的地形。但是其缺陷在于對種子的要求均勻度要求極為嚴格，因為種子大小不同就無法落入型孔，而且依靠重力下落的水平圓盤排種器也不能實現(xiàn)高速播種。

窩眼輪式排種器（見圖2）工作時也是利用重力和播種機行進間的震蕩力工作，系統(tǒng)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、制作方便、造價低、性能可靠，但是在使用中也存在缺陷，因為存在脈動現(xiàn)象，所以播種均勻性差，整機的體積大、成本高、試驗研究中較為困難。

氣吸式排種器如圖3所示。工作過程中利用真空吸力，將種子吸附到吸孔上，其優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，對于不同的種子只需要更換不同尺寸的吸孔及吸孔數(shù)量的種盤就可以實現(xiàn)。缺陷在于工作室對密封性要求較高，因此結(jié)構(gòu)的成本較高。

氣吹式排種器（見圖4）工作原理也是利用窩眼在轉(zhuǎn)動到排種和護種區(qū)域的過程中以重力讓種子落入到排種窩眼內(nèi)，超出播種數(shù)量的種子在氣流的作用下，又回到充種區(qū)。其優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)設計上采用圓錐形，這樣在排種過程中一個窩眼就不止一個種子，充種性能和播種速度都有所提升。其缺陷是可靠性受到影響，需要控制器有效控制排種頻率和氣流。

氣送式排種器（見圖5）工作過程中利用滾筒滾動的內(nèi)外差完成排種過程，在滾筒內(nèi)壁設有窩眼，當氣壓差產(chǎn)生式，種子緊貼窩眼轉(zhuǎn)動，排到設計區(qū)域?qū)崿F(xiàn)排種的目的，超出設計數(shù)量的種子即被種刷刷掉。此設計結(jié)構(gòu)相對復雜，以滿足不同種子和株距的調(diào)節(jié)需求，其優(yōu)勢在于操作簡單，適用不同地形和環(huán)境，但是密封性要求高，造價也相對較高。

以上設備各有優(yōu)缺點，但是播種過程的自動化水平還是有待提高，對于排種漏種的檢測能力較低，因此需要結(jié)合PLC技術(shù)進行排種設計，使之適合不同類型排種器的特點。

3.2 排種和補種系統(tǒng)設計的注意事項

要求系統(tǒng)能夠及時檢測播種的情況，漏播時進行報警，并且自動補種，要確保種子從輸種管下落至開溝器挖好的種溝，PLC要完成從檢測要補種的全過程。在系統(tǒng)中PLC是系統(tǒng)的核心，要做好系統(tǒng)輸入輸出的設計，系統(tǒng)梯形圖的設計和試驗方案的設計。針對不同排種器存在的缺陷，要具體加以改進，做好外部抗干擾保護。同時還應該引入最新技術(shù)進行創(chuàng)新，比如，利用激光對射光電傳感器作為檢測輸入，補種裝置可調(diào)節(jié)，刀具機構(gòu)模塊化。為了提高精度，還可以引入GPS導航定位、精確測速和無線網(wǎng)絡控制等裝置，與PLC技術(shù)相結(jié)合，克服傳統(tǒng)播種結(jié)構(gòu)中的弊端。