PLC 技術在農業生產設備電氣自動控制方面的應用研究

雷玲芝

（河南科技職業大學公共基礎教學部，河南 周口 466000）

PLC 作為一種基于計算機技術的高級工業控制設備，被廣泛應用于各種工業控制領域。隨著科技的進步，PLC 技術已被逐漸應用于農業自動化生產中，極大地提升了農業生產設備的自動化水平，大幅改善了農業的生產效率和質量。與此同時，PLC 技術的應用也有效降低了人力、財力、物力等生產成本，顯著提高了農業的經濟效益，有力提升了農民的生活質量[1]。然而，實踐證明，現階段PLC 技術與農業機械電氣自動控制之間的適配度有待提高，PLC技術的科技成果轉化和創新產品有待強化，創新運用和推廣范圍也有待擴大。因此，針對該技術在農業生產設備電氣自動控制中存在的主要問題，亟需展開針對性的研究。

1 PLC技術概述

1.1 基本概念

PLC 是一種具有微處理器的數字電子設備，用于自動化控制的數字邏輯控制器，可以將控制指令隨時加載并在存儲器內存儲與運行[2]。基本結構主要由CPU 模塊、電源模塊、儲存器、I/O 接口電路模塊及擴展通信接口模塊等組成。PLC 技術建立在自動化技術和計算機技術的基礎之上，主要指以數字化技術作為基礎，利用內部所存儲的信息和指令來控制各種類型的執行裝置完成一系列操作，從而有效實現對農業機械電氣系統的自動化控制的一種技術。大多數以PLC 技術為基礎的生產設備，其主要操作都是通過程序指令去進行的，這樣的設定可以保證生產過程中的穩定性和精確性，從而提高產品的生產效率和質量。

1.2 特點及應用

在農業生產具體應用過程中，運用PLC 技術的產品因其穩定性好、抗干擾能力強、編程簡易、維修簡單和成本低等特性，大大提高了農業生產過程的適配水平，在農業機械電氣自動控制領域中也獲得了較為普遍的應用。

2 PLC 技術在農業生產設備電氣自動控制中的應用情況

2.1 理論應用

1）基礎控制系統。從基礎控制開始，對農業機械的工作過程和控制模式進行全面分析，并將其與基礎控制系統結合起來，制定出一套實用的電氣自動化控制方案，實現不同設備系統的自動化控制。

2）集成控制系統。相對于基本控制系統而言，把PLC 控制系統集成在一個系統中，將PLC 技術與中心系統相結合，對整個電氣設備進行集中管理與控制。集中控制結構具有操作簡便、結構簡單等優點，可大大提高生產效率，滿足農業生產需求。

3）分散控制系統。利用PLC 技術在分散型設備上的優勢，集中控制分散型設備，從而達到提高控制效果的目的。同時，電氣系統中的電子設備眾多，PLC 技術可實現電氣系統與計算機技術的有機結合，以滿足各種電子設備的互聯互通。

4）邏輯開關應用。將PLC 技術與電氣系統相結合，借助PLC 技術，實現對邏輯開關的自動化控制。當PLC 技術與機械、電子設備的相關附件結合在一起時，需要借鑒PLC 技術的應用程序來減少和控制電氣設備中繼電器的使用次數[3]。

5）故障排查功能。當使用PLC 技術時，可以通過設定工藝參數、編程等方式，實時監控設備的運行狀態，最大化發揮其故障排查功能的作用，大大提高生產的安全可靠性，保證故障處理的有效性。

6）機械控制裝置優化。將PLC 技術應用于機械控制，從而提高機械運行的安全性以及可靠性。PLC技術的運用主要體現在機械運行過程中，對機械運行的各個過程中出現的實際情況展開監測，可以及時地反饋出機械出現的一些問題，協助維護人員進行處理，可以使得機械運行更加可靠，有效提升機械設備控制的實際效果，提高機械運行效率，為農業生產安全提供一定保障。

2.2 實際應用

1）農業智能播種、施肥和收獲技術。現階段，PLC 技術已經被廣泛應用于農業播種、施肥和收獲等農事活動。在播種和施肥農事活動方面，PLC 技術主要應用在自動播種機和施肥機中，根據種子類型、播種間距或肥料的顆粒直徑較好地設定作業速度，使得播種和施肥過程更加科學、合理、高效；在收割農事活動方面，PLC 技術主要應用在自動收割機和脫粒機中，根據農作物種類的不同，選擇不同的收獲管理模式。

2）農業智能栽培和監測技術。搭建PLC 技術及物聯網控制智能生態系統，為農作物營造較為精準的、最佳的溫、濕、氣、光等生長環境參數，使種子發芽、生長的生理潛能得到最大程度的發揮。智能溫棚控制原理圖如圖1 所示，通過傳感器實時監測、采集農作物生長的相關環境參數信息（如溫度、濕度、CO2濃度、光照強度等），將獲得的參數轉變為電信號后送入到PLC 的模擬量輸入模塊，再通過大數據平臺實時分析參數信息輸出開關量。不僅可以對異常情況進行預警、處理，PLC 控制系統還能夠驅動噴淋系統、排風系統、溫控系統、補光系統、CO2補充系統等執行裝置，可以為農作物生長提供最佳的環境。

3）農業智能灌溉技術。智能灌溉系統控制原理圖如圖2 所示，通過傳感器有效地檢測和分析現場土壤水分含量，將所獲得的相關參數傳輸到計算機系統，自動繪制出土壤含水量特性曲線。再結合往年種植經驗數據，人工設置土壤含水量警戒紅線。當所測含水量低于警戒紅線時，PLC 控制系統啟動灌溉機系統，向土壤進行灌溉，有效保證了土壤墑情，促進了農作物的良好生長。

圖2 智能灌溉系統控制原理圖

3 PLC 技術在農業機械及電氣自動控制應用中的問題及對策

3.1 存在的問題

1）對PLC 技術的重視程度不夠。部分科研人員對于“三農”問題不夠熟悉，對農村經濟的了解不足，造成很難掌握專業科技和農業發展的有效結合點，創新與后續研究意識欠缺[4]。另外，農村缺乏科學技術推廣的土壤，很多農民受到傳統觀念的制約，導致很多農業機械自動化設備和先進技術難以順利被推廣應用。

2）研究投入亟待提高。對于PLC 技術的研發工作來說，資金投入和高端技術人才都起著舉足輕重的作用。現階段，很少有足夠的專項經費投入到農業機械電氣控制設備的研發中，導致研究工作缺乏連續性和發展性。高端技術人才更熱衷于現代化工業控制領域，對PLC 等技術在農業機械電氣自動控制方面的運用缺乏濃厚興趣，在一定程度上限制了農業機械的智能化開發和發展。

3）PLC 技術研發與實際需求不同步。PLC 技術在農業機械設備中的應用，應充分考慮各地域的農業發展的實際需求，并為農業發展提供指導。PLC 技術研發應更具有針對性，不能過度強調技術先進性或自動化、高效率，導致PLC 技術的應用與農業發展需求的適配度較低。

3.2 應用對策

1）加大PLC 技術與農業機械電氣自動化的融合力度[5]。在應用PLC 技術時，要注意對其進行優化與創新，使其具有系統化、簡便易行的特點，從而提高農業機械電氣自動化控制的可靠性與準確性。相關部門應提高對PLC 技術在農業生產機械電氣自動化應用中的重視程度，并加大資金投入到PLC 技術的研發、創新、應用等環節，進而實現對PLC 技術應用效果的進一步優化與改進。

2）大力實施惠農扶持政策[6]。農業機械管理部門要準確把握和理解PLC 技術和農機推廣的現實意義，結合本地實際，制定切實可行的推廣策略，促進農機具、新機具的廣泛推廣應用。與此同時，相關部門還應制定惠農扶持政策，采用財政補貼新農機的方式，激起廣大農民的購買熱情，厚植PLC 技術在農業生產過程中的應用土壤，讓鄉土人才帶領鄉村振興。

3）開展PLC 技術培訓工作。針對專業技術人員和農民兩類人群，定期開展相應的PLC 技術培訓和學習活動。一方面，可以加強技術人員對PLC 自動化技術的學習與理解，提升專業素質水平，與當前技術發展的趨勢和特點相適應[7-9]，不斷地掌握新技術，更好地掌握PLC 技術與農業機械電氣自動化控制的有效結合點[10-11]；另一方面，也可以通過多元化的PLC 技術普及活動（如講座、農業示范基地現場學習等）使廣大農民更加了解PLC 的運行原理，使他們享受到PLC 技術為農業生產所帶來的便利性，進而為PLC 技術和現代農業機械之間的發展與合作提供更廣闊的平臺。

4）完善PLC 技術應用規范與標準。針對PLC 技術在農業生產中的實際應用情況，建立和完善一定的操作規范，并嚴格按照既定的規范與規劃進行，以避免因人為操作失誤而帶來的安全隱患和生產損失。與此同時，相關技術人員與農民在實際使用的時候也應樹立規范操作的意識，在運行與維護過程中合理應用新技術、新方法，以確保PLC 技術的穩定運行，進而提高PLC技術的應用效果[12]。

4 結束語

現階段，雖然PLC 技術在農業生產中得到了有效運用，但其在應用過程中存在的諸多問題還有待解決和優化[13]。相關學者需要深入農村進行實地研究，提出建設性意見，保證PLC 技術與農業生產有效結合。與此同時，相關部門也要提升重視程度，加大資金投入力度[14]，在兩類人群中定期開展技術培訓，逐步建立PLC 技術應用規范與標準，進而使得PLC技術可以得到更好的推廣，真正促進我國農業機械設備的自動化、智能化發展，更好地發揮其惠農、助農、便農、富農、強農的作用。