基于PLC技術的農業播種機電氣自動化技術探究

門西霖

隨著現代農業的快速發展，機械化和自動化技術在農業生產中起著至關重要的作用。農業播種機是現代農業生產中的重要設備之一，而PLC（可編程邏輯控制器）技術的應用，使農業播種機的自動化水平得到了大幅提升。

一、PCL技術的農業播種優勢

PLC技術是一種現代工業控制技術，利用可編程的邏輯控制器和人機界面，實現對機器或設備的精確控制和管理。在農業播種機中，PLC技術的應用可以實現以下幾個方面的功能。

（一）播種機的自動化控制

通過PLC控制器與傳感器、執行機構等硬件設備的配合，可以實現播種機在不同土地條件下的自動調節和運行。比如，通過傳感器檢測土壤濕度、溫度等參數，PLC可以實時控制播種機的種植深度和播種量，確保種子在最適宜的環境中生長。

（二）故障檢測和自動報警

在農業播種機的運行過程中，由于各種原因可能出現機器故障或異常情況，這會對播種的效果和機器的壽命產生不良影響。借助PLC技術，可以實現對播種機關鍵部位的實時監測，一旦出現故障或異常情況，PLC可以發送報警信息，提醒操作員及時處理，以避免事故擴大化。

（三）提供數據統計和分析功能

通過PLC技術，可以記錄和存儲播種機的各項運行數據，如作業面積、播種量、機械的運行時間等。通過對這些數據的統計和分析，可以為農民提供決策依據，優化作業方案和機器維護。

（四）人機界面的友好操作

通過在播種機上設置觸摸屏或按鈕等界面設備，操作員可以方便地與PLC進行交互，實現對播種機的參數設置、工作模式選擇等操作。這樣，普通農民也可以輕松掌握播種機的操作技巧，提高農業生產效率和質量。

二、基于PLC技術的播種機電氣自動化技術

（一）電氣自動化系統結構

播種機在農業生產當中，需要完成從播種到耕地再到灌溉的全部環節，從而實現農業生產的自動化技術。而在PLC技術的基礎上完善播種機的電氣自動化技術，能夠使播種機的整個運行流程更加智能化和自動化。基于PLC技術的播種機電氣自動化技術是通過將PLC控制器作為中心控制設備，配合傳感器、執行機構等硬件設備，形成一個完整的電氣自動化系統。電氣自動化系統的結構主要包括輸入模塊、輸出模塊、中央處理器、編程設備和人機界面等組成。輸入模塊用于接收來自傳感器的采集信號，如土壤濕度、溫度等參數。輸出模塊則用于控制執行機構，如播種器的啟停、速度調節等。[1]中央處理器即PLC控制器，通過編程設備編寫程序，實現對輸入信號的處理和輸出信號的控制。人機界面則提供給操作員進行參數設置、模式選擇等交互操作。

（二）延時啟動技術

延時啟動技術是基于PLC技術的播種機電氣自動化技術中的重要功能之一。通過延時啟動技術，可以確保播種機在啟動之前，各種操作條件和環境參數已經滿足要求。在延時啟動技術的應用中，PLC控制器可以根據傳感器采集的數據，判斷土壤濕度、溫度是否適宜播種，并設置合適的延時時間。例如，當土壤濕度達到一定程度時，PLC控制器可以延時啟動播種機，確保種子在濕度適宜的土壤中生長。延時啟動技術可以避免在干旱或過度濕潤的情況下，播種機啟動導致的種子浪費或種植效果不佳，提高播種效率和作物的生長質量。[2]

（三）延時控制技術

延時控制技術是指在播種機的運行過程中，通過PLC控制器設置適當的延時時間，實現對各種操作和動作的控制。該技術可以確保不同部件之間的協調與順序執行，提高播種機的穩定性和效率。[3]例如，當播種機需要進行不同深度的種植時，通過延時控制技術，可以確保每一排種子的種植深度相同。通過PLC控制器設置延時啟動信號，將種子按照預定的深度穩定地播種在土壤中。延時控制技術能夠減少操作人員的干預，降低種植誤差，提高播種精度。

（四）I/O端信號

I/O端信號是指PLC與外部硬件設備之間傳遞的輸入和輸出信號。在基于PLC技術的播種機電氣自動化技術中，傳感器、執行機構等硬件設備都與PLC控制器通過I/O模塊相連。[4]傳感器主要用于感知土壤濕度、溫度等參數信息，并將信號傳遞給PLC控制器。PLC控制器根據接收到的信號進行處理，并通過I/O模塊控制執行機構。執行機構則根據PLC控制器發送的指令進行操作，如播種機的啟動或停止。通過I/O端信號的交互，PLC控制器可以實現對播種機的精確控制和調節。它可以根據土壤條件和播種要求，及時調整播種機的工作狀態和參數，提高播種的效果和機器的穩定性。

三、農業播種機電氣自動化中PLC技術原則

（一）傳統與可靠性的結合

農業播種機的電氣自動化需要確保系統的穩定性和可靠性。傳統的PLC技術結合了可靠性的需求，采用了可靠性高的硬件設備和軟件算法。在傳統的PLC控制器中，使用工業級的硬件組件，如可靠的CPU和存儲器，在極端環境下仍然能夠穩定運行。[5]

此外，農業播種機的工作環境通常復雜多變，存在灰塵、濕潤、高溫等不良因素，這要求PLC技術具有較高的耐久性和抗干擾能力。因此，在硬件層面上，傳統PLC采用工業級繼電器和高可靠性的輸入/輸出模塊，確保系統在惡劣環境下的穩定運行。

（二）定性和定量PLC技術的結合

農業播種機的電氣自動化需要實現定性和定量的控制和監測。定性控制主要是根據一定的判斷條件進行開關操作，如開始、停止、調節等。而定量控制則是基于傳感器采集的數據，通過定量分析和運算，實現對播種機行為的精確控制。

PLC技術結合了這兩種控制方式。在定性控制方面，PLC控制器通過編寫邏輯程序實現對播種機的啟停和運行模式選擇等操作。通過傳感器的輸入信號，采用布爾邏輯運算，實現對播種機的各個功能模塊的控制。在定量控制方面，PLC控制器通過接收傳感器采集的實時數據，如土壤濕度、溫度等參數，通過帶變量的算法進行數據處理和控制。例如，根據土壤濕度的變化，PLC控制器可以調整播種機的工作速度和種子的播放量，從而實現對播種深度的精確控制。定性和定量結合的PLC技術可以實現更加細致和精確的控制，提高播種機的操作效率和準確性，最大限度地滿足農業生產的需求。

（三）靈活性與可擴展性結合

PLC技術應具備良好的靈活性和可擴展性，能夠適應不同農業播種機的需求和變化。設計時應采用模塊化結構，以便于增減功能模塊，滿足不同農作物和不同操作模式的需求。能夠讓用戶自由配置和編寫邏輯程序。同時，還應具備良好的易維護性，以便于故障排除和系統維護。PLC編程應具備良好的結構化和模塊化，以方便維護人員進行修改和升級。

（四）數據采集與遠程監控結合

基于PLC技術的農業播種機電氣自動化應具備數據采集和遠程監控的能力。采用傳感器和數據采集模塊，可實時采集農田土壤濕度、溫度等關鍵參數，進而進行數據分析和智能決策。通過遠程監控系統，農民可以隨時查看播種機的工作狀態和運行數據，及時調整操作策略。在此基礎上，PLC技術應具備友好的人機界面，使得操作人員能夠輕松進行參數設置和操作控制。采用觸摸屏等便捷的界面形式，提供直觀、簡潔的操作界面，有助于降低操作誤差和提高操作效率。

四、PLC 技術在播種機檢測、控制中的應用

（一）PLC 技術在播種機檢測中的應用

在播種機檢測中，PLC技術可以應用于多個方面，以提高農業生產的效率和質量。首先，PLC可以用于播種機種子檢測。通過激光、光電傳感器等傳感器與PLC連接，可以實時檢測播種機種子的間距、深度等參數，根據設定的標準進行判斷和調整，確保種子的均勻分布和適當的深度，從而提高作物的出苗率和產量。其次，PLC技術還可以應用于播種機行進速度的檢測和自動調節。通過將PLC與行進部分的傳感器和執行機構連接，可以實時獲取播種機的行進速度和位置信息，并根據實際情況動態調整行進速度，以保持播種的均勻性和一致性。這可以避免種植過程中因行進速度不穩定而導致種子密集度不一致的問題，進一步提高作物的質量和產量。

（二）PLC 技術在播種機操作控制中的應用

以株距控制為例，采用 PLC 控制步進電機轉速自動調整株距，能夠改變人工調整株距均勻性差和效率低的問題。具體來說，在系統初始化之后，解決當地土壤、地表情況，依據種植密度、壟距，計算理論株距 L1，使用霍爾測速元件檢測播種機地輪轉速 Nb，計算步進電機轉速 Nb，進而 PLC 計算實際株距 Lz，如果不滿足，0.9L1≤Lz≤1.1L1，則系統為否，返回PLC 信號接收，重新計算轉速;如果滿足，則為株距正常繼續操作。在土壤鎮壓中也是采用此原理進行操作，計算開溝覆土的各個參數。在播種機前進的過程中，也需要利用 PLC 技術調整實時速度，大致流程包括數據初始化、脈沖計數、數據運算存儲，開始后進行步進電機運轉脈沖——PLC 計數器，如果程序是為否，則返回進行;如果程序為是，則到達時間 t，計算地輪轉速并存儲，系統進行清零復位和顯示輸出等操作。

五、對PLC技術下播種機電氣自動化系統的維護

（一）保證良好的運行環境

播種機電氣自動化系統通常安裝在工業環境中，環境中會存在粉塵、濕氣、化學腐蝕物等因素，這些因素會對PLC設備的正常運行產生不利影響。一方面，技術人員要對種植區域內的殘留物進行及時清理，播種機在運行過程中受到干擾。另一方面，土壤的濕度也是影響播種機運行的重要因素，通常情況下，土壤濕度控制在5%～95%的范圍最為合適，太干或太濕的土壤都會對播種機的元件造成損壞。因此，應保持設備周圍的清潔，并防止有害物質進入設備內部。此外，系統應安裝在溫度適宜、濕度適中的環境中，避免過高或過低的溫度和濕度對設備的損害。

（二）防止受到沖擊和振動

播種機在工作過程中會受到沖擊和振動，如果沒有采取預防措施，這些沖擊和振動可能會對PLC系統造成損害。因此，在安裝播種機電氣自動化系統時，應選用抗沖擊和抗振動的設備和材料，避免機械振動對PLC設備產生影響。此外，可以采取隔離和阻尼措施，減少沖擊和振動對系統的影響，如使用橡膠墊、減振器等。

（三）確保電源穩定

電源的波動和干擾可能會導致PLC系統出現錯誤和故障。為了保證電源的穩定性，可以采取以下措施：首先，使用穩定的電源設備，如UPS（不間斷電源）等，以防止電源突然中斷或波動。其次，對電源線進行良好的絕緣和防護，避免電源線與其他線路交叉干擾。此外，還可以安裝電源過濾器和穩壓器，以平衡電壓波動。

參考文獻：

[1]岳威.淺談PLC自動化技術在農業機械電氣控制中的應用[J].南方農機，2020，51（23）：91+95.

[2]劉博.基于PLC自動化技術的農業機械電氣控制應用[J].南方農機，2020，51（22）：50-51.

[3]鄭恒玉.PLC技術在農業機械電氣自動控制中的應用[J].南方農機，2021，52（15）：58-59.

[4] 張友朋.農業機械自動化在現代農業中的應用探析[J].農業開發與裝備，2021（7）：20-21.

[5] 黃鵬.電子信息化技術在農業機械上的應用探討[J].農業開發與裝備，2021（7）：26-27.

（作者單位：太原理工大學）