PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制裝置中的運(yùn)用

劉 潔

（晉中信息學(xué)院，山西 晉中 030800）

近年來，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平顯著提升，但是客觀地講，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)對(duì)人工手工操作表現(xiàn)出較高的依賴性，自動(dòng)化控制技術(shù)長(zhǎng)期沒有實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用。在此情景下，加大PLC技術(shù)的研究與應(yīng)用力度具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，其能顯著提升農(nóng)機(jī)智能控制水平，助推農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程，為糧食生產(chǎn)安全提供可靠的技術(shù)支撐。

1 PLC技術(shù)特征

首先，占用空間相對(duì)較少。PLC有自身體積微小、占用空間少等優(yōu)點(diǎn)，通過PLC構(gòu)建的電氣控制裝置能明顯減少空間資源的用量。PLC體系較靈活，故而可以在外部環(huán)境不變時(shí)靈活調(diào)整電氣控制裝置的方位，進(jìn)而更好地落實(shí)自動(dòng)控制理念。

其次，抗干擾能力強(qiáng)。合理運(yùn)用PLC能成功建設(shè)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的集成電路，這種電路在實(shí)際應(yīng)用時(shí)表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗干擾能力，便于技術(shù)人員操控電氣控制裝置[1]。

最后，檢測(cè)便捷。PLC技術(shù)能快速探查到電氣控制裝置運(yùn)行過程中存在的問題，并將相關(guān)信息反饋給技術(shù)人員，分析故障成因，編制處理方案。

2 PLC技術(shù)分類

2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）

FCS內(nèi)分布著眾多總線及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在機(jī)械電氣裝置內(nèi)運(yùn)用，能顯著提升數(shù)據(jù)傳輸效率與精準(zhǔn)度，輔助提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。在電氣控制裝置內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)揮了十分重要的作用，

運(yùn)用FCS能提供更優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，促進(jìn)電氣裝置的升級(jí)、創(chuàng)新。當(dāng)前我國(guó)大力推進(jìn)電氣控制裝置的智能化進(jìn)程，科學(xué)運(yùn)用FCS能顯著增加電氣裝置的技術(shù)含量，便于技術(shù)人員運(yùn)用智能化方式管理設(shè)備，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)自動(dòng)化、智能化發(fā)展[2]。

2.2 分散控制系統(tǒng)（DCS）

該系統(tǒng)主要被用在危險(xiǎn)性管理、集中式、分散化及呈現(xiàn)控制等方面上，DCS以信息化、自動(dòng)化及通信等技術(shù)為支撐，依托固定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建立各個(gè)生產(chǎn)部門和建設(shè)站之間的互聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)管理與調(diào)度的統(tǒng)一化。DCS主要由顯示器、控制系統(tǒng)及通信總線等構(gòu)成。其中，通信總線在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)揮著樞紐作用，是顯示儀和控制系統(tǒng)之間有效溝通的基礎(chǔ)。DCS系統(tǒng)能促進(jìn)數(shù)據(jù)信息的集成化發(fā)展，進(jìn)而協(xié)助相關(guān)人員更好地管理及完善實(shí)際生產(chǎn)過程，是當(dāng)前PLC技術(shù)領(lǐng)域的主流[3]。

3 PLC技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用

3.1 農(nóng)用拖拉機(jī)

拖拉機(jī)是早期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中關(guān)鍵的設(shè)備類型，其拉開了農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的帷幕。PLC技術(shù)作為信息化社會(huì)中的一個(gè)重要產(chǎn)物，合理運(yùn)用在拖拉機(jī)電氣裝置，能對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)起到較明顯的優(yōu)化作用，運(yùn)用電子油壓式連接設(shè)備將機(jī)械油壓式連接裝置取而代之，使控制行為更具精準(zhǔn)性。實(shí)踐中，僅需在PLC中設(shè)置相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，就能使拖拉機(jī)按照設(shè)定參數(shù)持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)作，及時(shí)處理突發(fā)的電路短路問題，明顯優(yōu)化了拖拉機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使用期間創(chuàng)造更多效益[4]。

3.2 施肥播種機(jī)與水稻直播機(jī)

播種、施肥均是農(nóng)作物種植生產(chǎn)中的基礎(chǔ)過程。手工播種的傳統(tǒng)模式效率整體較低，且還存在著播種不均勻的問題，造成植株之間間距不夠合理，不管是過疏還是過密均不利于農(nóng)作物的茁壯成長(zhǎng)，很難確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量。傳統(tǒng)人工施肥方法也暴露出一些不足，施肥量過多時(shí)部分會(huì)殘留在土壤和植株上，打破生態(tài)平衡，影響植株生長(zhǎng)質(zhì)量[5]。PLC技術(shù)用于施肥播種機(jī)與水稻直播機(jī)，單位面積中播種量是固定不變的，機(jī)械自動(dòng)行駛，脫離了人工手動(dòng)干預(yù)，植株種植間距的合理性顯著提升，施肥更加均勻，使農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中獲得足夠陽光、養(yǎng)料，長(zhǎng)勢(shì)旺盛。

3.3 微灌系統(tǒng)與谷物干燥機(jī)

PLC技術(shù)和傳感器結(jié)合用于微灌系統(tǒng)，可以智能監(jiān)測(cè)外界環(huán)境溫度、土壤及含水量等指標(biāo)，進(jìn)而適時(shí)啟動(dòng)或者關(guān)閉灌溉裝置開關(guān)。一方面較好地滿足了農(nóng)作物不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水分的要求；另一方面還規(guī)避了水資源浪費(fèi)的問題，規(guī)避因?qū)嶋H灌溉量過大而引起部分植株根系腐爛的情況，為作物正常生長(zhǎng)創(chuàng)造了相對(duì)適宜的環(huán)境。

PLC技術(shù)用于谷物干燥機(jī)時(shí)，最大的作用體現(xiàn)在其能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)械熱風(fēng)量、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及谷物的干燥度，當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完以后即刻自動(dòng)關(guān)閉谷物干燥機(jī)，節(jié)約電力資源，降低能耗。PLC還具備智能檢測(cè)功能，當(dāng)干燥機(jī)運(yùn)作期間突發(fā)異常時(shí)能自動(dòng)斷電，對(duì)故障發(fā)生起到一定防控作用[6]。

3.4 收獲機(jī)

PLC控制器適用于小麥、水稻、玉米及馬鈴薯等農(nóng)作物的收割活動(dòng)，結(jié)合各類農(nóng)作物的生長(zhǎng)及生產(chǎn)特性，規(guī)劃出適宜的收割機(jī)具，再按照前期設(shè)定好的運(yùn)行程序使設(shè)備進(jìn)行相關(guān)操作，以上這種運(yùn)轉(zhuǎn)形式能顯著提升農(nóng)作物的收割效率，也擺脫了時(shí)間、氣候等客觀因素帶來的干擾。PLC技術(shù)的機(jī)械自動(dòng)化運(yùn)作模式能代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工種植，協(xié)助農(nóng)戶節(jié)約人工成本，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用更具可支配性，隨時(shí)能開展采摘與收割活動(dòng)，擺脫了勞動(dòng)力市場(chǎng)的束縛，彰顯農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化的優(yōu)越性，在等同的農(nóng)業(yè)收割環(huán)境下，PLC收割機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間更長(zhǎng)久，成本投入更少[7]。

3.5 安全監(jiān)測(cè)裝置

在安全監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)使用PLC技術(shù)，主要是把傳感器獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂浦行模M(jìn)而幫助相關(guān)人員更加全面地了解各個(gè)部分的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，且利用數(shù)字化傳輸形式，確保相關(guān)工作更加有序、順暢地運(yùn)行。如果農(nóng)機(jī)設(shè)備生產(chǎn)過程中突發(fā)一些故障，安全監(jiān)控系統(tǒng)接收到相關(guān)信息后便會(huì)即刻調(diào)整自身的工作狀態(tài)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到全面保護(hù)作用，且使設(shè)備停運(yùn)，科學(xué)分析故障成因，力爭(zhēng)將故障帶來的不良影響降到最低。PLC技術(shù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，會(huì)配合應(yīng)用設(shè)備遠(yuǎn)程自動(dòng)化系統(tǒng)，統(tǒng)一監(jiān)管控制中心，通過分析監(jiān)測(cè)內(nèi)容掌握設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并基于智能化分析過程，及時(shí)將機(jī)械設(shè)備調(diào)整到最佳作業(yè)狀態(tài)。PLC技術(shù)能全面、嚴(yán)格地控制整個(gè)系統(tǒng)、迅速發(fā)現(xiàn)缺陷問題，探查其根源，快速解除問題。

4 PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用措施

機(jī)械電氣控制裝置內(nèi)合理應(yīng)用高端的PLC技術(shù)，能顯著提升設(shè)備裝置的自動(dòng)化控制水平，在確保裝置運(yùn)行安全性、可靠性的基礎(chǔ)上，最大限度地提升其運(yùn)行效率與效果。故而，實(shí)踐中一定要重視PLC技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，自覺確立準(zhǔn)確的思想意識(shí)，基于有效的措施方法做好技術(shù)研究及運(yùn)用工作等[8]。

4.1 遵照科學(xué)化原則

首先，結(jié)合電氣控制裝置的類型、功能、適用范圍、運(yùn)行需求等，編制最為完善的PLC設(shè)計(jì)方案，確保其符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求，凸顯PLC技術(shù)優(yōu)勢(shì)與實(shí)用價(jià)值，提升技術(shù)應(yīng)用效果，全面提升電氣控制裝置的性能與功能。在編制好PLC有關(guān)設(shè)計(jì)方案后，需邀請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行審核，反復(fù)論證技術(shù)方案的有效性、可行性，及時(shí)處理方案內(nèi)的問題，以從根本上確保系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。其次，建議早期要小范圍、小批量運(yùn)用，若探查到其中存在著缺陷，則可以采用相關(guān)措施手段處理，將問題帶來的不良影響降到最低，提升PLC技術(shù)實(shí)際運(yùn)用效果。最后，在PLC技術(shù)實(shí)際使用時(shí)，要確保技術(shù)運(yùn)用和電氣控制裝置之間有高度一致性，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提供完整的原理圖，深入分析原理圖，確保有關(guān)裝置能安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)[9]。

4.2 合理選用PLC技術(shù)

DCS系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是選擇微處理器作為基礎(chǔ)部分，合理應(yīng)用相關(guān)控制功能，能高效率地執(zhí)行分散管理、協(xié)調(diào)控制工作任務(wù)，結(jié)合PLC技術(shù)與電氣控制裝置，利用計(jì)算機(jī)能遠(yuǎn)程操控機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)作情況，及時(shí)探查到安全性問題，增強(qiáng)安全作業(yè)能力。

FCS系統(tǒng)具有通信網(wǎng)絡(luò)功能，將其用于電氣控制裝置，能建設(shè)良好的運(yùn)行環(huán)境。FCS技術(shù)自身具備雙向性特征，網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目繁多，數(shù)據(jù)通道具備多元化的優(yōu)勢(shì)，能夠顯著提升電氣控制裝置運(yùn)行的自動(dòng)化水平，使其在實(shí)際應(yīng)用中取得良好效益。

4.3 完善相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作

首先，提升原理圖的設(shè)計(jì)水平。在具體實(shí)踐中工作人員要形成相對(duì)抽象化的設(shè)計(jì)思路，結(jié)合電氣控制裝置的類型、PLC應(yīng)用需求等，運(yùn)用專業(yè)圖紙形象地呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)思路，利用設(shè)計(jì)圖紙展現(xiàn)出較抽象化且難以用語言闡述的理論思維內(nèi)容。加強(qiáng)對(duì)原理圖的研讀與分析，客觀評(píng)判其存在的問題，提出可行的改善建議及方法等。

其次，認(rèn)真做好控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。該系統(tǒng)是PLC技術(shù)的核心構(gòu)成，在具體設(shè)計(jì)時(shí)要全面了解控制系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理與應(yīng)用功能，在合理設(shè)計(jì)好單項(xiàng)功能后，有機(jī)結(jié)合各個(gè)部分，建設(shè)出相對(duì)較完善的PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

再次，完善通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。這是PLC技術(shù)在電氣控制系統(tǒng)內(nèi)有效應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，其能精準(zhǔn)、有效、自動(dòng)化管控不同子系統(tǒng)之間的通信過程，且對(duì)接不同環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌管理各個(gè)系統(tǒng)模塊，確保整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)作，一方面使PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的整體化控制，另一方面也全面提升各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

最后，做好接地設(shè)計(jì)。這是提升系統(tǒng)安全性能、抗干擾能力的有效舉措之一。故而，在系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)實(shí)踐中，工作人員一定要全面分析各項(xiàng)影響因素，立足于實(shí)際情況設(shè)計(jì)出最科學(xué)的接地路線，以防因接地設(shè)計(jì)不夠而影響PLC的應(yīng)用效果。

4.4 加強(qiáng)開關(guān)量邏輯、模擬量的控制

機(jī)械電氣控制裝置內(nèi)安裝了大量開關(guān)，開關(guān)影響裝置的作業(yè)狀態(tài)、實(shí)際運(yùn)行效率及效果。一旦開關(guān)工作異?；驙顟B(tài)不正確，就會(huì)降低電氣控制裝置的整體運(yùn)行效果，使裝置的使用效率相應(yīng)降低。在開關(guān)量邏輯控制方面，PLC相關(guān)技術(shù)自身就具備一定邏輯控制功能，繼電器作為主要的控制元件類型，其能實(shí)現(xiàn)對(duì)電路順序及邏輯運(yùn)行過程的有效控制。既往大量的實(shí)踐表明，利用PLC控制電氣裝置的開關(guān)邏輯，能明顯提升裝置操作的快捷性與簡(jiǎn)易型。技術(shù)人員遠(yuǎn)程發(fā)送信息化命令就能精準(zhǔn)操控開關(guān)邏輯，進(jìn)而達(dá)到對(duì)控制裝置故障狀態(tài)的整體管理，精準(zhǔn)控制農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)過程。合理應(yīng)用PLC技術(shù)能幫助技術(shù)人員更便捷地操作開關(guān)，設(shè)備在接收指令后迅速應(yīng)對(duì)各種作業(yè)場(chǎng)景，運(yùn)轉(zhuǎn)及生產(chǎn)效率均同步提升[10]。PLC技術(shù)明顯提升農(nóng)機(jī)設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)過程的準(zhǔn)確性，在提升電氣裝置資源利用效率的基礎(chǔ)上也發(fā)揮了一定保護(hù)作用。

模擬量的本質(zhì)是變量。在農(nóng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)踐中，電氣控制裝置會(huì)面對(duì)很多變量。傳統(tǒng)的電氣控制裝置不具備控制模擬量的功能，以致電氣設(shè)備在變量的影響下容易出現(xiàn)故障。而在傳統(tǒng)控制裝置內(nèi)應(yīng)用PLC技術(shù)，能夠促進(jìn)模擬量和數(shù)字化之間的高效轉(zhuǎn)換，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的有效控制。在以上這種控制環(huán)境中，電氣控制裝置使用期間面對(duì)的變量明顯減少，部分變量甚至被消除，有益于裝置運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

將PLC技術(shù)用于農(nóng)業(yè)電氣控制裝置，有效完善了農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)、播種機(jī)、收獲機(jī)等的使用功能，提升了它們的運(yùn)行效率與效果，促進(jìn)了我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程，使我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出嶄新面貌，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。在實(shí)際工作中，要密切關(guān)注PLC技術(shù)應(yīng)用情況，始終遵守科學(xué)化原則、統(tǒng)一技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際情況持續(xù)完善設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)內(nèi)容等，使電氣控制裝置穩(wěn)定運(yùn)行有更可靠的技術(shù)作為支撐。