農業機械電氣控制中PLC 技術應用研究

周永吉

（山西機電職業技術學院，山西 長治 046000）

近年來，農業機械的快速發展和應用給農業生產帶來了革命性的變化。隨著農業機械的智能化和自動化程度的不斷提升，電氣控制系統作為農業機械的核心部件，也面臨著更高的要求。傳統的電氣控制系統往往由接觸器、繼電器等組成，配置復雜，維護困難，難以滿足農業生產的快速變化和靈活調整的需求。為了解決這一問題，PLC 技術應運而生。PLC 作為一種高度靈活、可編程、可擴展的控制器，被廣泛應用于各個行業的自動化控制系統中，也成為農業機械電氣控制的重要技術手段之一。PLC 技術不僅能夠實現對農業機械各種參數的精確控制和監測，還能夠實現不同農業機械之間的聯動操作，提高生產效率和作業質量。

1 PLC 技術概述

PLC（可編程邏輯控制器）技術是一種基于數字邏輯的控制系統，它以其高度靈活、可編程和可擴展的特點，成為現代工業自動化領域的重要技術手段之一。PLC 技術的應用范圍廣泛，涵蓋了從工業生產到農業機械等各個領域。PLC 系統由中央處理器、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 系統的核心部件。通過使用編程語言，如ladder diagram（梯形圖）或structured text（結構化文本），工程師可以編寫控制程序，將各種邏輯和功能算法轉化為可執行的指令。這些指令通過輸入/輸出模塊與外部設備（如傳感器、執行器等）進行交互，實現對工藝過程的監測和控制。PLC 技術具有多個優勢。首先，PLC 系統具有高度靈活性，可以根據不同的應用需求進行編程和配置，方便實現功能的定制化和調整。其次，PLC 系統可靠性高，能夠在惡劣的工作環境下穩定運行，并具備自診斷和故障排除功能，提高了系統的可靠性和可維護性。此外，PLC 系統還具備快速的響應時間和精確的控制精度，能夠滿足高速、高精度的控制要求。

在農業機械領域，PLC 技術的應用也越來越廣泛。它不僅能夠實現農業機械各種參數的精確控制和監測，還能夠實現不同農業機械之間的聯動操作，提高生產效率和作業質量。例如，在農業拖拉機的自適應平衡控制裝置中，PLC技術能夠通過精確的傳感器數據采集和實時控制算法，實現對拖拉機平衡的自動調節。類似地，PLC 技術在農業播種機、農業收獲機和農業產品加工機械等設備中的應用，也為農業生產的智能化和自動化提供了強大的支持。

2 農業機械電氣控制中PLC 技術的應用

2.1 PLC 在農業拖拉機自適應平衡控制裝置中的應用

（1）硬件設計。在農業拖拉機自適應平衡控制裝置的硬件設計中，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，它們能夠實時監測拖拉機的傾斜角度和姿態變化。此外，還需要選擇適合的執行器，如液壓缸或電動馬達，用于控制拖拉機的平衡調節。在硬件設計中，還需考慮電源供應和信號輸入/輸出的連接方式，確保系統的穩定性和可靠性。通過合理的硬件設計，能夠提供可靠的數據輸入和輸出接口，為農業拖拉機自適應平衡控制裝置的運行打下堅實的基礎。

（2）軟件設計。在農業拖拉機自適應平衡控制裝置的軟件設計中，需要編寫控制程序以實現拖拉機的自動平衡調節。首先，需要進行傳感器數據的采集與處理，通過讀取傾斜傳感器、加速度傳感器和角度傳感器等的數據，獲取拖拉機當前的姿態信息。然后，根據設定的控制算法和邏輯，對采集的數據進行處理和分析，確定需要進行的平衡調節動作。接下來，通過控制輸出模塊，向執行器發送控制信號，實現拖拉機的平衡調節。同時，還需要設計用戶界面，通過人機交互方式，實現對拖拉機平衡控制裝置的參數設置和實時監測。軟件設計的關鍵在于編寫清晰、高效的控制程序，確保系統能夠準確、穩定地響應各種姿態變化并進行自動控制。通過合理的軟件設計，能夠實現農業拖拉機的自適應平衡控制，提高其穩定性和操作性能。

2.2 PLC 在農業播種機電氣自動化控制裝置中的應用

（1）控制方案設計。在農業播種機電氣自動化控制裝置的控制方案設計中，首先，需要確定控制的目標和需求，例如，播種機的種子數量、種植深度等參數。然后，根據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、深度調節控制等，以實現自動化的播種過程。同時，還需考慮與其他系統的協調和聯動，例如，與拖拉機的通信和同步控制。最后，進行系統測試和調試，確保控制方案的穩定性和可靠性。通過科學合理的控制方案設計，能夠實現農業播種機的電氣自動化控制，提高播種效率和質量，提升農業生產的整體水平。

（2）PLC 自動化控制設計。在農業播種機電氣自動化控制裝置的PLC 自動化控制設計中，首先，需要根據控制方案設計的要求，編寫相應的控制程序。這包括傳感器數據的采集與處理、邏輯判斷與控制算法的實現以及執行器的控制指令生成。通過合理的程序編寫，能夠實現對播種機各個部件的自動控制，如種子供給、行進速度和深度調節等。其次，需要設置適當的控制參數，如傳感器靈敏度、控制閾值和執行器動作時序等，以確保控制系統的穩定性和可靠性。此外，還需要考慮系統的異常處理和報警機制，通過監測系統狀態和錯誤信息，及時采取相應的措施避免意外情況的發生。最后，進行系統的測試和調試，驗證控制設計的正確性和可行性，并進行必要的優化和改進。通過PLC 自動化控制設計，能夠實現農業播種機的自動化操作，提高生產效率、減少人力成本，為現代農業生產提供可靠的技術支持。

（3）顯示模塊設計。在農業播種機電氣自動化控制裝置的顯示模塊設計中，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、種植參數和故障信息等，讓操作人員清晰了解機器的運行情況。其次，設計直觀明了的用戶界面，通過圖形化顯示和菜單設計，使操作人員能夠方便地設置播種參數、監測作業進度和調整控制模式。同時，還可以提供圖表、報表和統計數據等功能，幫助用戶進行數據分析和決策支持。此外，還需考慮顯示模塊與PLC 系統的連接和通信方式，確保實時的數據傳輸和操作指令的可靠性。通過合理的顯示模塊設計，能夠提升農業播種機的操作性能和用戶體驗，促進農業生產的智能化和自動化發展。

2.3 PLC 在農業收獲機電氣自動化控制裝置中的應用

（1）軟件設計。在農業收獲機電氣自動化控制裝置中，PLC 技術的軟件設計起著至關重要的作用。首先，軟件設計需要考慮收獲機各個功能模塊的控制需求，如切割裝置、輸送系統和收集裝置等。通過編寫相應的控制程序，實現對這些功能模塊的自動化控制。例如，根據作物的類型和成熟度，通過傳感器采集的數據，控制切割裝置的速度和位置，以確保精確的切割效果。其次，軟件設計還需考慮系統的安全性和穩定性。通過設置合適的報警機制和故障檢測邏輯，實現對異常情況的及時響應和處理，確保農業收獲機的安全運行。此外，軟件設計中還需考慮與其他設備的通信和協同工作，例如，與拖拉機的聯動控制，實現更高效的農業作業。最后，進行系統的測試和調試，驗證軟件設計的正確性和可行性，并進行必要的優化和改進。通過PLC軟件設計的應用，能夠實現農業收獲機的自動化控制，提高作業效率和質量，為農業生產帶來顯著的提升。

（2）硬件設計。在硬件設計中，需要選擇適用的傳感器和執行器，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、成熟度和收獲狀態等關鍵信息。此外，還需選擇合適的執行器，如電動馬達或液壓系統，用于控制收割刀具、輸送系統和儲存裝置的運動。在硬件設計中，還需要考慮電源供應和信號傳輸的可靠性和穩定性，確保系統的正常運行。同時，還需設計合適的連接方式和接口，與PLC 系統進行數據交互和通信。通過合理的硬件設計，能夠提供可靠的信號輸入和輸出接口，實現農業收獲機的電氣自動化控制，提高作業效率和質量，為農業生產帶來顯著的進步。

2.4 PLC 在農業產品加工機械電氣自動化控制裝置中的應用

（1）設計分析。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節。通過仔細分析每個環節的操作步驟、工藝要求和安全規范，可以明確控制系統需要實現的功能和任務。第二，根據加工機械的特點和控制要求，選擇合適的傳感器和執行器。例如，對于溫度控制，可以使用溫度傳感器來實時監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。選擇適當的傳感器能夠提供準確的數據，為后續的控制提供依據。第三，進行控制邏輯的設計，編寫相應的控制程序。通過分析加工機械的工藝要求和控制策略，設計合理的控制算法，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、數據處理和控制輸出等模塊，以實現對加工機械各個部件的自動化控制。在設計分析階段，還需要考慮系統的可靠性和穩定性。合理選擇硬件設備和組件，確保其質量和性能符合要求。同時，進行系統的容錯設計和安全機制設置，以應對可能的故障和異常情況，保障操作人員和設備的安全。第四，與其他設備的協調與聯動也是設計分析的重要考慮因素。在農業產品加工過程中，可能需要與輸送帶、包裝機械等其他設備進行協同工作。因此，在設計分析階段需明確與其他設備的通信和控制要求，確保各個設備之間能夠無縫協同工作。

（2）硬件設計。第一，選擇合適的控制器，通常采用可編程邏輯控制器（PLC）作為主要控制設備。PLC具有高性能、可靠性和靈活性的特點，適用于農業產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，以實現與傳感器和執行器的連接。根據具體的加工機械要求，選擇相應的傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、光電傳感器等，用于檢測環境參數和產品狀態。同時，選擇適合的執行器，如電動馬達、液壓系統等，用于控制機械運動和操作。通過合適的輸入輸出模塊，能夠實現與這些外部設備的數據交換和控制指令傳輸。第三，硬件設計還需考慮電源供應和信號傳輸的穩定性和可靠性。選擇適當的電源設備，確保系統的電力供應穩定可靠。針對信號傳輸，應合理布置電纜和連接器，減少信號干擾和傳輸誤差，確保數據的準確性。在硬件設計中，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的故障或異常情況，應設計相應的安全裝置和停機控制，以保障人員和設備的安全。第四，進行系統的布線和安裝，保證各個硬件模塊之間的良好連接和安全穩定的運行。對整個硬件系統進行測試和調試，確保其與軟件設計的協同工作和功能正常。

（3）軟件設計。第一，根據設計分析階段的要求，編寫相應的控制程序?？刂瞥绦蛐枰鶕庸C械的工藝要求和操作流程，設計合理的控制邏輯，實現自動化控制的功能。在軟件設計中，需要采用合適的編程語言和開發工具，如Ladder Diagram（梯形圖）、Structured Text（結構化文本）或Function Block Diagram（功能塊圖）等，來編寫控制程序。通過使用這些工具，可以方便地實現輸入信號的采集、數據處理、控制指令的生成和輸出信號的控制等功能。第二，軟件設計還需要考慮系統的實時性和穩定性。加工機械的自動化控制通常要求對各個部件的狀態進行實時監測和控制。因此，軟件設計需要合理設置采樣周期，確保及時響應和精確控制。同時，還需對數據進行處理和濾波，以減少噪聲和干擾對系統的影響。在軟件設計中，還需要考慮系統的可擴展性和靈活性。通過使用模塊化的設計方法，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試，確?？刂瞥绦虻恼_性和穩定性。通過對各個功能模塊的單元測試和整體系統的集成測試，可以驗證軟件設計的可行性和有效性。

3 結語

綜上所述，PLC 技術在農業機械電氣控制中的應用研究為農業自動化帶來了重要的進展。通過對PLC 技術的概述，深入了解了其原理和特點。在農業機械的不同領域中，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品加工機械控制等方面，PLC 技術的應用為提高生產效率、優化操作過程、保障產品質量提供了有效的解決方案。從硬件設計到軟件設計，每個環節都發揮著重要的作用。通過合理的設計分析、硬件設計和軟件設計，能夠實現農業機械的智能化控制，推動農業現代化發展。隨著PLC 技術不斷發展和創新，相信農業機械電氣控制中的PLC 技術應用將進一步拓展，為農業生產帶來更大的效益和可持續發展。