農機電氣自動控制中PLC 技術的運用分析

江西環境工程職業學院 胡利軍

前言

在農業機械化和智能化的大潮中，PLC 技術作為現代農機電氣自動控制的核心，正逐漸改變著傳統農業生產的面貌。PLC 技術在提高農業作業效率、優化資源配置以及增強農機操作的智能化方面發揮著越來越重要的作用。隨著這一技術應用的深入，如何在確保農機系統更加穩定可靠的基礎上，充分挖掘和利用PLC技術的潛能，成為了農業現代化進程中的重要議題。

1.農機電氣自動控制中PLC 技術應用的意義

1.1 提高農業機械作業效率

PLC 技術能夠通過對機械各部分的精細調控，如調整作業速度、改變作業模式或者是調節作業路徑，實現對的精確控制。確保農機在最佳狀態下運行，從而提高作業效率。在傳統的農機作業中，許多操作需要依靠人工進行，這不僅效率低下，而且作業質量容易受到人為因素的影響。PLC 的引入使得這些過程可以自動化，減少了人工操作的需要，從而提高了作業效率。例如，在自動化的灌溉系統中，PLC 可以根據土壤濕度和氣象數據自動控制灌溉量和時間，不僅提高了灌溉的精確度，也節約了水資源和人力。PLC 可以對農機作業的整個流程進行監控和調整，并根據實際情況進行動態優化。這種流程優化不僅提高了作業的速度，還提高了作業的質量。PLC 技術還可以通過對農業機械進行智能化管理，從而有效減少因設備故障或不當操作導致的作業中斷，這對于提高作業效率至關重要。PLC 系統可以實時監測農機的狀態，一旦發現異常，即可自動進行故障診斷，并及時發出警告，以便及時維修或調整。這種及時的故障預防和處理機制顯著減少了機械故障帶來的作業中斷,確保了作業的連續性和高效性[1]。

1.2 增強農業機械設備穩定性

在農機的日常運行中，各個機械部件，如發動機、傳動系統、液壓系統等都承受著不同程度的壓力和磨損。PLC 系統能夠通過與傳感器協同工作，實時監測這些關鍵部件的工作狀態，如溫度、壓力、轉速等指標，確保機械部件在安全和適宜的工作范圍內運行。這種實時監控不僅有助于預防過度磨損和損壞，還可以及時發現潛在的故障風險，從而提前進行維護和修復，有效避免了突發故障對農機穩定性的影響。農業作業環境多變，如土壤硬度、濕度、地形起伏等因素都會影響機械的穩定運行。PLC 能夠根據這些環境參數的變化，自動調整機械的工作狀態，如改變驅動力的分配、調節作業部件的動作等，確保農機在各種復雜環境下都能保持穩定的工作性能。例如，在不同硬度的土壤中作業時，PLC 可以自動調節犁地機械的犁深和作業速度，以適應土壤條件，避免因操作不當造成的機械損傷。農業作業常常受到天氣因素的影響，如高溫、暴雨、大風等極端天氣條件。PLC 系統能夠實時監測這些環境因素，并根據預設的程序邏輯調整農機的工作參數，比如在高溫條件下降低機械的負荷，或者在濕滑路面上調整驅動系統的響應以適應惡劣的作業環境，保證機械的穩定運行。農業機械通常包含多個系統，如動力系統、作業系統、導航系統等，這些系統之間需要協調一致才能保證整機的穩定運行。PLC 通過集成這些系統的控制邏輯。實現各系統間的高效協調。

1.3 提升操作便利性

傳統的農業機械操作往往需要依賴復雜的手動控制，而PLC 技術的引入使得這些操作可以通過觸摸屏或按鈕進行簡化。操作者可以輕松設置或調整作業參數，如速度、作業模式、路徑等，無需進行復雜的手動調整。例如，在智能噴灌系統中操作者可以通過PLC 界面直接設定灌溉量和時間，PLC 系統則自動完成灌溉任務的執行。在農機出現故障時，傳統的故障排查往往耗時且復雜。而采用PLC 控制的農機，可以通過自身的診斷功能快速準確地識別問題所在，甚至可以實時將故障信息和維修建議反饋給操作者和維護人員，減少了故障排查和維修的時間，使得操作者能夠更加快速處理農機故障。操作者可以根據不同的作業需求和條件，PLC 進行編程設置，使得農機能夠執行各種復雜和特定的作業任務。這種靈活性不僅提高了農機的適用范圍，也使得操作者能夠根據實際情況調整作業策略，以適應不同的農業環境和需求。例如，在不同作物的收割中，操作者可以通過PLC 調整收割機的收割高度和速度，以適應不同作物的收割要求[2]。隨著物聯網和移動通信技術的發展，操作者可以通過智能設備遠程監控和控制PLC 系統為農機的管理和操作帶來便利。例如，在大型農場中，管理者可以通過遠程監控系統實時了解每臺農機的工作狀態和位置，甚至可以遠程調整作業參數，以更有效地調度農機資源。

2 農機電氣自動控制中PLC 技術的具體應用

2.1 在順序控制中的應用

順序控制是農業機械工作流程的核心，涉及作業程序的有序執行，包括種植、灌溉、收割等多個環節。PLC 技術在此過程中通過對信號的快速處理和準確反饋確保了農業機械作業的高效和精準。以一臺典型的農業播種機為例，PLC 控制系統通過輸入端的傳感器收集關于土壤濕度、溫度以及機械自身狀態的數據，這些數據被實時傳輸到PLC 系統，PLC 系統根據預設的程序邏輯對這些信息進行處理，如根據土壤濕度調整播種深度以確保種子能在最適宜的條件下生長。在種植作業中，PLC 控制系統會根據處理后的數據輸出相應的控制指令。在播種機例子中，PLC 可能會指令調整播種密度和行距，這是通過控制播種裝置的電機轉速和移動路徑來實現的。例如，當PLC 檢測到土壤條件較干燥時，它可能會指令增加播種密度，以提高種子發芽的概率。在灌溉系統中，PLC 在農機電氣自動控制中的應用可以實現復雜的作業流程自動化。例如，PLC 技術通過實時監控土壤濕度和天氣狀況，控制水泵的啟動和停止，根據土壤濕度和作物需求自動調節灌溉量，不僅提高了灌溉效率，還節約了水資源。在收割作業中，PLC 可以控制收割機的行走速度、刀片高度和轉速，并根據作物類型和成熟度自動調整，從而確保收割效率和作物損失最小化。PLC 還能實時監測和調節收割機各個關鍵部件的狀態，如刀片磨損、輸送帶張力等，保障機械的穩定運行和作業質量[3]。在順序控制的具體實施中，PLC 的編程靈活性使農機操作者可以根據不同作物和田間條件對PLC 程序進行調整，以適應多變的農業環境。比如，在播種季節，操作者可能會根據種子種類和土壤狀況調整播種程序；而在收割季節，又會根據作物成熟度和天氣狀況進行不同的程序設置。

2.2 在開關量控制中的應用

開關量控制主要涉及對農業機械中的各類電氣設備（如電動機、閥門、泵等）的啟動與停止進行控制，確保農業作業自動化和精準化。在農機電氣自動控制系統中，PLC 被設計為核心控制單元。設計師根據農機的工作需求編寫邏輯控制程序，并將其上傳至PLC。例如，在自動噴藥機中，PLC 控制程序會根據預設條件（如作物生長階段、病蟲害情況等）控制噴頭的開啟和關閉。這一過程涉及對PLC 的輸入/輸出接口進行編程，確保PLC 能夠接收外部傳感器信號并根據這些信號控制電磁閥的動作。在農機中，多種傳感器被用于監測作業環境和機器狀態，如溫度、濕度、位置傳感器等。這些傳感器的信號被送入PLC，PLC 根據這些信號控制相關的執行器，如電動機、閥門等。以智能灌溉系統為例，土壤濕度傳感器的數據被送至PLC，PLC 根據土壤的實際濕度情況控制水泵的開啟和關閉以實現精準灌溉。在農業機械的收割作業中，通過監測收割機上的各種傳感器（如位置傳感器、速度傳感器等）PLC 能夠控制收割機的行走速度和切割裝置的啟停，從而適應不同的作物和地形條件。這樣的控制不僅提高了收割的效率也減少了作物損耗。PLC 不僅用于控制農機的正常工作，還負責監控農機的安全運行。例如，在拖拉機等大型農機中，PLC 會實時監控發動機溫度、油壓等關鍵參數。一旦檢測到異常值，PLC 會立即切斷相關部件的電源，防止機械故障或安全事故的發生。在農機電氣自動控制系統中，PLC 還承擔著與操作者交互的功能。操作者可以通過觸摸屏或其他接口向PLC 輸入指令，如調整作業參數、啟動或停止某個工作程序等。PLC在接收到這些指令后，會相應控制機械的工作狀態[4]。

2.3 在液壓工作系統中的應用

PLC 對液壓泵的控制是通過接收來自各類傳感器的信號實現的。這些傳感器包括壓力傳感器、位移傳感器和流量傳感器等，它們實時監測液壓系統的工作狀況并將數據反饋給PLC?；谶@些數據，PLC 通過調節液壓泵的轉速和工作模式來滿足不同作業條件下的壓力和流量需求。例如，在農業噴灌設備中，PLC 根據土壤濕度和作物需求調整水泵的輸出流量。這是通過接收土壤濕度傳感器的信號，并根據這些信號通過PLC編程邏輯調節變頻器的輸出頻率，進而控制液壓泵的轉速。在農業機械如收割機或裝載機中，液壓缸負責執行精確的移動和定位任務，PLC 通過接收位置傳感器的信號，精確控制液壓閥門的開閉，從而調節液壓缸的伸縮速度和位置。這一過程中，PLC 根據預設的作業參數（如裝載重量、收割高度等）來調整液壓缸的行程和速度，確保作業的精度。在如精確施肥、播種等農業作業中，PLC 能夠根據土壤條件和作物種類調節施肥機械或播種機械的作業深度和速度來確保作業的準確性和均勻性。在液壓系統的壓力和流量調控方面，通過實時監控液壓系統的工作狀態并進行反饋調節，PLC 能夠確保液壓系統在不同工作階段下都能夠維持在最佳的工作狀態。例如，在拖拉機的犁地作業中，PLC 會根據土壤硬度的變化自動調節液壓犁的工作壓力以適應不同的耕作條件。PLC 通過對液壓系統的壓力、溫度等關鍵參數進行實時監控，一旦檢測到異常數據就能夠及時進行故障診斷并采取相應的預防措施，如降低工作壓力、提示操作人員進行檢修等從而避免了故障的發生和擴大[5]。

2.4 在電力系統中的應用

在農機電力系統中，PLC 技術能夠精確控制和管理農機電力系統的各個組成部分從而確保機械在各種作業條件下的高效和節能運行。PLC 在農機電力系統中的應用體現在電動機的速度和轉矩控制上，通過對電動機的驅動器進行精確編程，PLC 可以根據作業需求和外部條件（如土壤類型、作業深度等）調整電動機的轉速和輸出力矩。例如，在播種機或施肥機中，PLC能夠根據土壤條件自動調節電動機的轉速，以控制播種或施肥的速率和均勻度，這不僅提高了作業的準確性，也優化了能源的使用效率。PLC 應用在電力系統的能源分配和管理方面。在一些復雜的農業機械系統中，如多功能作業車輛，PLC 能夠監控和調節不同作業單元的能源需求，實現能源的優化分配。PLC 還能根據作業負載動態調整電力分配，比如在低負載時減少電力輸出，這種智能化的能源管理不僅提升了整體的能源利用效率，也減少了因能源消耗不均而導致的設備磨損。電池和儲能設備是農業機械關鍵的能源來源，PLC通過實時監測電池的充放電狀態、電壓和溫度能夠有效地管理電池的使用和維護，延長電池壽命，并確保電力供應的穩定性。PLC 技術在電力系統中的應用還包括對變壓器和電力線路的監控和保護。通過實時監測電力線路的電流和電壓，PLC 能夠及時檢測并響應電力系統中的異常情況，如過載、短路等，通過控制相應的保護裝置來避免對整個電力系統和機械設備造成損害[6]。PLC 在電力系統中還實現了智能監控和遠程控制。通過集成的通信模塊，PLC 能夠將農機的電力系統狀態通過網絡傳輸到遠程監控中心。操作人員可以通過遠程界面查看電力系統的狀態，如電壓、電流、電量等信息，并在必要時進行遠程調整。

3 結語

在當今農業現代化的進程中，PLC 技術在農機電氣自動控制領域的應用已成為提高農業機械化水平和作業效率的關鍵因素。未來的發展趨勢應是不斷探索和創新PLC 技術在農機控制系統中的更多可能性，進一步整合先進的傳感技術、數據分析和云計算等技術，以提高農機的智能化水平。重視PLC 系統的穩定性和可靠性研究，可以確保在滿足農業生產多樣化需求，保障農業機械的安全高效運行。