農(nóng)業(yè)機械電氣控制中PLC 技術(shù)應(yīng)用研究

周永吉

（山西機電職業(yè)技術(shù)學院，山西 長治 046000）

近年來，農(nóng)業(yè)機械的快速發(fā)展和應(yīng)用給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了革命性的變化。隨著農(nóng)業(yè)機械的智能化和自動化程度的不斷提升，電氣控制系統(tǒng)作為農(nóng)業(yè)機械的核心部件，也面臨著更高的要求。傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)往往由接觸器、繼電器等組成，配置復(fù)雜，維護困難，難以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速變化和靈活調(diào)整的需求。為了解決這一問題，PLC 技術(shù)應(yīng)運而生。PLC 作為一種高度靈活、可編程、可擴展的控制器，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的自動化控制系統(tǒng)中，也成為農(nóng)業(yè)機械電氣控制的重要技術(shù)手段之一。PLC 技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械各種參數(shù)的精確控制和監(jiān)測，還能夠?qū)崿F(xiàn)不同農(nóng)業(yè)機械之間的聯(lián)動操作，提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。

1 PLC 技術(shù)概述

PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)是一種基于數(shù)字邏輯的控制系統(tǒng)，它以其高度靈活、可編程和可擴展的特點，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化領(lǐng)域的重要技術(shù)手段之一。PLC 技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了從工業(yè)生產(chǎn)到農(nóng)業(yè)機械等各個領(lǐng)域。PLC 系統(tǒng)由中央處理器、輸入/輸出模塊、存儲器和通信模塊等組成，其中中央處理器是PLC 系統(tǒng)的核心部件。通過使用編程語言，如ladder diagram（梯形圖）或structured text（結(jié)構(gòu)化文本），工程師可以編寫控制程序，將各種邏輯和功能算法轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的指令。這些指令通過輸入/輸出模塊與外部設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器等）進行交互，實現(xiàn)對工藝過程的監(jiān)測和控制。PLC 技術(shù)具有多個優(yōu)勢。首先，PLC 系統(tǒng)具有高度靈活性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行編程和配置，方便實現(xiàn)功能的定制化和調(diào)整。其次，PLC 系統(tǒng)可靠性高，能夠在惡劣的工作環(huán)境下穩(wěn)定運行，并具備自診斷和故障排除功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。此外，PLC 系統(tǒng)還具備快速的響應(yīng)時間和精確的控制精度，能夠滿足高速、高精度的控制要求。

在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，PLC 技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)機械各種參數(shù)的精確控制和監(jiān)測，還能夠?qū)崿F(xiàn)不同農(nóng)業(yè)機械之間的聯(lián)動操作，提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。例如，在農(nóng)業(yè)拖拉機的自適應(yīng)平衡控制裝置中，PLC技術(shù)能夠通過精確的傳感器數(shù)據(jù)采集和實時控制算法，實現(xiàn)對拖拉機平衡的自動調(diào)節(jié)。類似地，PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)播種機、農(nóng)業(yè)收獲機和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工機械等設(shè)備中的應(yīng)用，也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動化提供了強大的支持。

2 農(nóng)業(yè)機械電氣控制中PLC 技術(shù)的應(yīng)用

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

（1）硬件設(shè)計。在農(nóng)業(yè)拖拉機自適應(yīng)平衡控制裝置的硬件設(shè)計中，需要考慮傳感器的選擇和安裝位置，以獲取準確的拖拉機姿態(tài)信息。常用的傳感器包括傾斜傳感器、加速度傳感器和角度傳感器等，它們能夠?qū)崟r監(jiān)測拖拉機的傾斜角度和姿態(tài)變化。此外，還需要選擇適合的執(zhí)行器，如液壓缸或電動馬達，用于控制拖拉機的平衡調(diào)節(jié)。在硬件設(shè)計中，還需考慮電源供應(yīng)和信號輸入/輸出的連接方式，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過合理的硬件設(shè)計，能夠提供可靠的數(shù)據(jù)輸入和輸出接口，為農(nóng)業(yè)拖拉機自適應(yīng)平衡控制裝置的運行打下堅實的基礎(chǔ)。

（2）軟件設(shè)計。在農(nóng)業(yè)拖拉機自適應(yīng)平衡控制裝置的軟件設(shè)計中，需要編寫控制程序以實現(xiàn)拖拉機的自動平衡調(diào)節(jié)。首先，需要進行傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理，通過讀取傾斜傳感器、加速度傳感器和角度傳感器等的數(shù)據(jù)，獲取拖拉機當前的姿態(tài)信息。然后，根據(jù)設(shè)定的控制算法和邏輯，對采集的數(shù)據(jù)進行處理和分析，確定需要進行的平衡調(diào)節(jié)動作。接下來，通過控制輸出模塊，向執(zhí)行器發(fā)送控制信號，實現(xiàn)拖拉機的平衡調(diào)節(jié)。同時，還需要設(shè)計用戶界面，通過人機交互方式，實現(xiàn)對拖拉機平衡控制裝置的參數(shù)設(shè)置和實時監(jiān)測。軟件設(shè)計的關(guān)鍵在于編寫清晰、高效的控制程序，確保系統(tǒng)能夠準確、穩(wěn)定地響應(yīng)各種姿態(tài)變化并進行自動控制。通過合理的軟件設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)拖拉機的自適應(yīng)平衡控制，提高其穩(wěn)定性和操作性能。

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

（1）控制方案設(shè)計。在農(nóng)業(yè)播種機電氣自動化控制裝置的控制方案設(shè)計中，首先，需要確定控制的目標和需求，例如，播種機的種子數(shù)量、種植深度等參數(shù)。然后，根據(jù)實際情況選擇合適的傳感器，如光電傳感器、壓力傳感器等，用于檢測土壤條件、種子供給等關(guān)鍵信息。接下來，需要編寫控制邏輯，包括種子供給控制、排種器控制、深度調(diào)節(jié)控制等，以實現(xiàn)自動化的播種過程。同時，還需考慮與其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和聯(lián)動，例如，與拖拉機的通信和同步控制。最后，進行系統(tǒng)測試和調(diào)試，確?？刂品桨傅姆€(wěn)定性和可靠性。通過科學合理的控制方案設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機的電氣自動化控制，提高播種效率和質(zhì)量，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體水平。

（2）PLC 自動化控制設(shè)計。在農(nóng)業(yè)播種機電氣自動化控制裝置的PLC 自動化控制設(shè)計中，首先，需要根據(jù)控制方案設(shè)計的要求，編寫相應(yīng)的控制程序。這包括傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理、邏輯判斷與控制算法的實現(xiàn)以及執(zhí)行器的控制指令生成。通過合理的程序編寫，能夠?qū)崿F(xiàn)對播種機各個部件的自動控制，如種子供給、行進速度和深度調(diào)節(jié)等。其次，需要設(shè)置適當?shù)目刂茀?shù)，如傳感器靈敏度、控制閾值和執(zhí)行器動作時序等，以確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，還需要考慮系統(tǒng)的異常處理和報警機制，通過監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)和錯誤信息，及時采取相應(yīng)的措施避免意外情況的發(fā)生。最后，進行系統(tǒng)的測試和調(diào)試，驗證控制設(shè)計的正確性和可行性，并進行必要的優(yōu)化和改進。通過PLC 自動化控制設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機的自動化操作，提高生產(chǎn)效率、減少人力成本，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)支持。

（3）顯示模塊設(shè)計。在農(nóng)業(yè)播種機電氣自動化控制裝置的顯示模塊設(shè)計中，需要考慮用戶友好性和信息傳達的有效性。首先，選擇合適的顯示屏或觸摸屏，以滿足顯示需求和操作交互的要求。通過顯示模塊，可以實時顯示播種機的工作狀態(tài)、種植參數(shù)和故障信息等，讓操作人員清晰了解機器的運行情況。其次，設(shè)計直觀明了的用戶界面，通過圖形化顯示和菜單設(shè)計，使操作人員能夠方便地設(shè)置播種參數(shù)、監(jiān)測作業(yè)進度和調(diào)整控制模式。同時，還可以提供圖表、報表和統(tǒng)計數(shù)據(jù)等功能，幫助用戶進行數(shù)據(jù)分析和決策支持。此外，還需考慮顯示模塊與PLC 系統(tǒng)的連接和通信方式，確保實時的數(shù)據(jù)傳輸和操作指令的可靠性。通過合理的顯示模塊設(shè)計，能夠提升農(nóng)業(yè)播種機的操作性能和用戶體驗，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動化發(fā)展。

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

（1）軟件設(shè)計。在農(nóng)業(yè)收獲機電氣自動化控制裝置中，PLC 技術(shù)的軟件設(shè)計起著至關(guān)重要的作用。首先，軟件設(shè)計需要考慮收獲機各個功能模塊的控制需求，如切割裝置、輸送系統(tǒng)和收集裝置等。通過編寫相應(yīng)的控制程序，實現(xiàn)對這些功能模塊的自動化控制。例如，根據(jù)作物的類型和成熟度，通過傳感器采集的數(shù)據(jù)，控制切割裝置的速度和位置，以確保精確的切割效果。其次，軟件設(shè)計還需考慮系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。通過設(shè)置合適的報警機制和故障檢測邏輯，實現(xiàn)對異常情況的及時響應(yīng)和處理，確保農(nóng)業(yè)收獲機的安全運行。此外，軟件設(shè)計中還需考慮與其他設(shè)備的通信和協(xié)同工作，例如，與拖拉機的聯(lián)動控制，實現(xiàn)更高效的農(nóng)業(yè)作業(yè)。最后，進行系統(tǒng)的測試和調(diào)試，驗證軟件設(shè)計的正確性和可行性，并進行必要的優(yōu)化和改進。通過PLC軟件設(shè)計的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)收獲機的自動化控制，提高作業(yè)效率和質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來顯著的提升。

（2）硬件設(shè)計。在硬件設(shè)計中，需要選擇適用的傳感器和執(zhí)行器，以及合適的控制模塊和接口。對于收獲機而言，常用的傳感器包括光電傳感器、距離傳感器和壓力傳感器等，用于檢測作物的位置、成熟度和收獲狀態(tài)等關(guān)鍵信息。此外，還需選擇合適的執(zhí)行器，如電動馬達或液壓系統(tǒng)，用于控制收割刀具、輸送系統(tǒng)和儲存裝置的運動。在硬件設(shè)計中，還需要考慮電源供應(yīng)和信號傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，確保系統(tǒng)的正常運行。同時，還需設(shè)計合適的連接方式和接口，與PLC 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互和通信。通過合理的硬件設(shè)計，能夠提供可靠的信號輸入和輸出接口，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)收獲機的電氣自動化控制，提高作業(yè)效率和質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來顯著的進步。

2.4 PLC 在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工機械電氣自動化控制裝置中的應(yīng)用

（1）設(shè)計分析。第一，需要對加工機械的工作流程和要求進行詳細分析。這包括原料輸入、加工過程和成品輸出等環(huán)節(jié)。通過仔細分析每個環(huán)節(jié)的操作步驟、工藝要求和安全規(guī)范，可以明確控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能和任務(wù)。第二，根據(jù)加工機械的特點和控制要求，選擇合適的傳感器和執(zhí)行器。例如，對于溫度控制，可以使用溫度傳感器來實時監(jiān)測加工過程中的溫度變化；對于壓力控制，可以采用壓力傳感器來檢測加工過程中的壓力情況。選擇適當?shù)膫鞲衅髂軌蛱峁蚀_的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的控制提供依據(jù)。第三，進行控制邏輯的設(shè)計，編寫相應(yīng)的控制程序。通過分析加工機械的工藝要求和控制策略，設(shè)計合理的控制算法，確保加工過程的精確控制。控制程序需要包括輸入信號的采集、數(shù)據(jù)處理和控制輸出等模塊，以實現(xiàn)對加工機械各個部件的自動化控制。在設(shè)計分析階段，還需要考慮系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。合理選擇硬件設(shè)備和組件，確保其質(zhì)量和性能符合要求。同時，進行系統(tǒng)的容錯設(shè)計和安全機制設(shè)置，以應(yīng)對可能的故障和異常情況，保障操作人員和設(shè)備的安全。第四，與其他設(shè)備的協(xié)調(diào)與聯(lián)動也是設(shè)計分析的重要考慮因素。在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工過程中，可能需要與輸送帶、包裝機械等其他設(shè)備進行協(xié)同工作。因此，在設(shè)計分析階段需明確與其他設(shè)備的通信和控制要求，確保各個設(shè)備之間能夠無縫協(xié)同工作。

（2）硬件設(shè)計。第一，選擇合適的控制器，通常采用可編程邏輯控制器（PLC）作為主要控制設(shè)備。PLC具有高性能、可靠性和靈活性的特點，適用于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工機械的控制需求。第二，需要選擇合適的輸入輸出模塊，以實現(xiàn)與傳感器和執(zhí)行器的連接。根據(jù)具體的加工機械要求，選擇相應(yīng)的傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、光電傳感器等，用于檢測環(huán)境參數(shù)和產(chǎn)品狀態(tài)。同時，選擇適合的執(zhí)行器，如電動馬達、液壓系統(tǒng)等，用于控制機械運動和操作。通過合適的輸入輸出模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)與這些外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和控制指令傳輸。第三，硬件設(shè)計還需考慮電源供應(yīng)和信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。選擇適當?shù)碾娫丛O(shè)備，確保系統(tǒng)的電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠。針對信號傳輸，應(yīng)合理布置電纜和連接器，減少信號干擾和傳輸誤差，確保數(shù)據(jù)的準確性。在硬件設(shè)計中，還需考慮安全措施和緊急停機機制。針對加工機械可能出現(xiàn)的故障或異常情況，應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的安全裝置和停機控制，以保障人員和設(shè)備的安全。第四，進行系統(tǒng)的布線和安裝，保證各個硬件模塊之間的良好連接和安全穩(wěn)定的運行。對整個硬件系統(tǒng)進行測試和調(diào)試，確保其與軟件設(shè)計的協(xié)同工作和功能正常。

（3）軟件設(shè)計。第一，根據(jù)設(shè)計分析階段的要求，編寫相應(yīng)的控制程序?？刂瞥绦蛐枰鶕?jù)加工機械的工藝要求和操作流程，設(shè)計合理的控制邏輯，實現(xiàn)自動化控制的功能。在軟件設(shè)計中，需要采用合適的編程語言和開發(fā)工具，如Ladder Diagram（梯形圖）、Structured Text（結(jié)構(gòu)化文本）或Function Block Diagram（功能塊圖）等，來編寫控制程序。通過使用這些工具，可以方便地實現(xiàn)輸入信號的采集、數(shù)據(jù)處理、控制指令的生成和輸出信號的控制等功能。第二，軟件設(shè)計還需要考慮系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。加工機械的自動化控制通常要求對各個部件的狀態(tài)進行實時監(jiān)測和控制。因此，軟件設(shè)計需要合理設(shè)置采樣周期，確保及時響應(yīng)和精確控制。同時，還需對數(shù)據(jù)進行處理和濾波，以減少噪聲和干擾對系統(tǒng)的影響。在軟件設(shè)計中，還需要考慮系統(tǒng)的可擴展性和靈活性。通過使用模塊化的設(shè)計方法，可以將控制程序劃分為多個功能模塊，便于修改和擴展。第三，在后續(xù)的維護和升級過程中，可以更加方便地進行功能的增加或修改。，進行軟件的測試和調(diào)試，確保控制程序的正確性和穩(wěn)定性。通過對各個功能模塊的單元測試和整體系統(tǒng)的集成測試，可以驗證軟件設(shè)計的可行性和有效性。

3 結(jié)語

綜上所述，PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械電氣控制中的應(yīng)用研究為農(nóng)業(yè)自動化帶來了重要的進展。通過對PLC 技術(shù)的概述，深入了解了其原理和特點。在農(nóng)業(yè)機械的不同領(lǐng)域中，如拖拉機平衡控制、播種機自動化控制、收獲機自動化控制以及產(chǎn)品加工機械控制等方面，PLC 技術(shù)的應(yīng)用為提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化操作過程、保障產(chǎn)品質(zhì)量提供了有效的解決方案。從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計，每個環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重要的作用。通過合理的設(shè)計分析、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的智能化控制，推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。隨著PLC 技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新，相信農(nóng)業(yè)機械電氣控制中的PLC 技術(shù)應(yīng)用將進一步拓展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更大的效益和可持續(xù)發(fā)展。