基于PLC的草方格種植機控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：為了解決市場上現(xiàn)有草方格種植機功能單一，且只能進行單向種植的弊端。本文設(shè)計了一款基于PLC的草方格種植機。選用PLC，光電傳感器，繼電器等控制元器件，步進電機，舵機，直流電機等執(zhí)行設(shè)備。搭配相關(guān)機械結(jié)構(gòu)，調(diào)整各元器件控制電路關(guān)系。從橫草種植，縱草種植，草料鋪設(shè)，穩(wěn)固草根等方面實現(xiàn)草方格種植一體化。達到顯著提高種植效率，降低種植成本的目的。

關(guān)鍵詞：基于PLC的草方格種植機；多功能；種植一體化

一、引言

防風(fēng)固沙工程的核心是采取多種技術(shù)措施減少氣流中的輸沙量，削弱近地表層的風(fēng)速，延緩或阻止沙丘的前移，以達到削弱或避免風(fēng)沙危害的目的。通過種植草方格則是防風(fēng)固沙的基本方法之一[1]。

種植技術(shù)在蘇聯(lián)引進后，種植形式如今已發(fā)生了翻天覆地的變化。由早期的人工種植到如今的機械與自動化結(jié)合的立體固沙車種植。本文將通過對目前市面上的立體固沙車的相關(guān)研究。以探索性的角度，展示對其功能尚有缺陷之處并進行改進完善。

二、控制結(jié)構(gòu)搭建

（一）種植機的結(jié)構(gòu)

多功能草方格種植機能實現(xiàn)四大主要功能分別是：雙向種植，送料鋪設(shè)，車輛避障前行以及制作沙窩來扶正草根，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。而控制部分采用了西門子PLC 1215C作為主控核心模塊，1212C作為拓展模塊形成控制單元。

（二）控制系統(tǒng)的原理

控制系統(tǒng)根據(jù)裝在后車輪鏈條上的傳感器，通過判斷接收信號次數(shù)來控制橫向種植。當(dāng)信號被觸發(fā)時，通過PLC輸入接口，傳遞到PLC中央處理單元。在執(zhí)行所編寫的控制程序后，橫草料箱開門落料，隨后橫刀下壓，沙窩制作，三者形成聯(lián)動?？v草種植部分和橫草種植部分相互獨立，可根據(jù)實際情況，在縱向種植，橫向種植，橫縱一起種植三種模式間切換。

三、草方格種植機的程序設(shè)計

（一）控制程序設(shè)計

控制系統(tǒng)是基于PLC控制搭配電機的各部分機械機構(gòu)來實現(xiàn)。通過獲取安裝在橫向種植機構(gòu)鏈條處的傳感器信號，結(jié)合編寫的對應(yīng)程序通過不同的輸出口來控制各個電機執(zhí)行相應(yīng)的動作。PLC部分地址分配表如表1所示：

（二）電氣與機械結(jié)合設(shè)計

1.步進電機部分。在種植機中，步進電機負責(zé)的是橫草種植模塊。在種植車尾部兩側(cè)各自裝有一個步進電機，通過搭配特制的曲柄滑塊機構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，帶動橫刀上下運動，將橫草料箱落下的草桿壓入到沙土之內(nèi)，從而完成橫草的種植。如圖2所示是橫刀下壓結(jié)構(gòu)。

2.直流電機部分。直流電機在本次設(shè)計中有兩種結(jié)構(gòu)稍有差異的直流電機。一種是普通直流電機，另一種是帶有齒輪減速的減速電機。兩者應(yīng)用的場景有所不同，前者用于沙窩制作模塊，通過旋轉(zhuǎn)扇葉，模仿盤銑刀的動作。在沙面上制作出沙窩，對已種植草方格草根部進行鞏固。后者用于縱草種植模塊，通過旋轉(zhuǎn)將縱刀下放，借助縱刀的自身重力，對縱草料箱落下的草料進行種植。

3.舵機部分。在種植機中，舵機負責(zé)的是料箱出料模塊和沙窩制作模塊，在料箱出料模塊中料箱底部兩側(cè)有兩個相同型號的舵機，舵機與設(shè)計的橫草落料V型槽相連接。當(dāng)舵機轉(zhuǎn)動一固定角度時，兩個V型槽隨之轉(zhuǎn)動，此時料箱門打開，完成落料。而沙窩制作模塊則是舵機與曲柄滑塊相連，隨著舵機的轉(zhuǎn)動，完成滑塊的上下往復(fù)運動如圖3所示。當(dāng)控制器接收到位置指令時，由電機帶動轉(zhuǎn)臂，此時檢測電流值作為電流反饋，經(jīng)過傳動機構(gòu)形成角度輸出，并給出位置反饋進行相應(yīng)角度轉(zhuǎn)動。[2]

四、結(jié)論

土地沙漠化對我國社會經(jīng)濟的發(fā)展造成嚴重影響，許多農(nóng)田因風(fēng)沙毀種，糧食產(chǎn)量長期低而不穩(wěn)。因此，土地沙漠化已經(jīng)成為我國必須解決的一個重大問題[3]。目前市面上，相關(guān)沙漠治理機械化設(shè)備依然存在效率低下、功能單一、部分地方還需依靠人力勞動。本文設(shè)計種植機，在彌補了現(xiàn)有鋪設(shè)裝置缺點的同時，在其原有的基礎(chǔ)上增加更多的功能。如果，能真正推廣使用將對我們生態(tài)修復(fù)事業(yè)做出巨大貢獻。

參考文獻：

[1]趙光榮，江陵. 防風(fēng)固沙工程效果評價方法綜述[J].新疆 農(nóng)業(yè)科技，2012，1：41.

[2]王娜，李楊，彭錕.基于多角度特征提取的舵機故障診斷方法[J].東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，43（09）：1240-1249.

[3]馬艷平，周清.中國土地沙漠化及治理方法現(xiàn)狀[J].江蘇環(huán)境科技，2007（S2）：89-92.