陳茂林

（荊楚理工學(xué)院，湖北 荊門 448000）

PLC技術(shù)具有邏輯性強(qiáng)、程序簡(jiǎn)單、適用廣泛、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，程序運(yùn)用過程中，采用面向控制過程的編程語言，技術(shù)人員更容易上手和掌握?；赑LC技術(shù)的播種機(jī)不僅要具有開溝、播種、覆土等功能，還要適應(yīng)不同的作物種植，提高其自動(dòng)化水平，減少漏種、株距不均勻等現(xiàn)象。

1 基于PLC的播種機(jī)應(yīng)用的價(jià)值

播種機(jī)比人工播種的效率更高，節(jié)省種子，減少人工勞作程度，作物間距更加合理，有利于作物營養(yǎng)吸收最大化和光合作用。和人工播種相比，花費(fèi)的時(shí)間更少，單產(chǎn)量更高。此外，PLC技術(shù)結(jié)合智能技術(shù)應(yīng)用在播種機(jī)電氣自動(dòng)化之中，還能改變過去播種靠人工觀察的弊端，大大提升自動(dòng)化水平。

傳統(tǒng)播種機(jī)駕駛員在操作過程中受到作業(yè)環(huán)境的限制，在丘陵等作業(yè)條件差的地區(qū)，駕駛員會(huì)因?yàn)轳{駛位置高、操作技巧不嫻熟和個(gè)人疏忽等原因，造成漏種等現(xiàn)象。PLC電氣控制裝置可以自動(dòng)裝載漏播檢測(cè)系統(tǒng)和控制補(bǔ)種裝置的步進(jìn)電機(jī)，在發(fā)現(xiàn)漏種時(shí)自動(dòng)補(bǔ)漏。在補(bǔ)種行作業(yè)時(shí)，播種機(jī)不停機(jī)，采用單元工作，不會(huì)造成重復(fù)播種。

另外，傳統(tǒng)在鎮(zhèn)壓作業(yè)時(shí)，面對(duì)不同的土質(zhì)，可能會(huì)產(chǎn)生土壤粘附嚴(yán)重、牽引阻力大等問題，PLC技術(shù)的引入能夠減少鎮(zhèn)壓不均勻的現(xiàn)象，通過配置智能裝置，及時(shí)處理粘附嚴(yán)重的問題。PLC技術(shù)還能夠縱向仿形、覆土和壓實(shí)土壤，對(duì)不同地形的播種深度實(shí)行精確控制，能夠適應(yīng)不同地形。

2 PLC技術(shù)在播種機(jī)檢測(cè)、控制中的應(yīng)用

2.1 PLC設(shè)備的選擇

要求設(shè)備穩(wěn)定性強(qiáng)，計(jì)算速度快，低功耗，系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足復(fù)雜的操作要求。本設(shè)計(jì)中選用西門子的CPU226RDC24VD控制單元。要求系統(tǒng)能在復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境中進(jìn)行地輪測(cè)速，且不怕油污和灰塵，在丘陵地形中具有良好的抗顛簸和抗振動(dòng)功能，本設(shè)計(jì)采用微型PLC控制器，抗干擾性強(qiáng)，更加靈活，使用壽命更長。

2.2 PLC技術(shù)在播種機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用

常用的播種機(jī)有機(jī)械式、氣力式、電磁式、液力式，排種質(zhì)量的檢測(cè)有壓電效應(yīng)法、人工檢測(cè)法、光電效應(yīng)法、高速攝影法等，播種機(jī)檢測(cè)播種狀況主要靠傳感器進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，儀表通過聲音或者光電信號(hào)進(jìn)行調(diào)試。過去檢測(cè)系統(tǒng)主要是采用機(jī)械式的，工作原理類似自行車振鈴，但是由于播種機(jī)本身的噪音也很大，所以檢測(cè)漏播的可能性很低。機(jī)電式裝置對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，在駕駛室上安裝提示燈警示，發(fā)生故障時(shí)，閃爍變得不規(guī)律?，F(xiàn)代播種機(jī)主要采用的電子檢測(cè)裝置，比如利用PLC技術(shù)實(shí)施綜合檢測(cè)和系統(tǒng)的全面監(jiān)控。但總體來說，這些檢測(cè)技術(shù)的監(jiān)控效果不佳，而PLC技術(shù)能夠有效改變這些問題。在設(shè)計(jì)PLC程序的過程中，要遵循簡(jiǎn)潔性、省時(shí)性、可讀性、正確性、可靠性、易改性、擴(kuò)張性、完備性的原則。

2.3 PLC技術(shù)在播種機(jī)操作控制的應(yīng)用

以株距控制為例，采用PLC控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)整株距，能夠改變?nèi)斯ふ{(diào)整株距均勻性差和效率低的問題。具體來說，在系統(tǒng)初始化之后，解決當(dāng)?shù)赝寥?、地表情況，依據(jù)種植密度、壟距，計(jì)算理論株距L1，使用霍爾測(cè)速元件檢測(cè)播種機(jī)地輪轉(zhuǎn)度Nb，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速Nb，進(jìn)而PLC計(jì)算實(shí)際株距Lz，如果不滿足，0.9L1≤Lz≤1.1L1，則系統(tǒng)為否，返回PLC信號(hào)接收，重新計(jì)算轉(zhuǎn)速；如果滿足，則為株距正常繼續(xù)操作。在土壤鎮(zhèn)壓中也是采用此原理進(jìn)行操作，計(jì)算開溝覆土的各個(gè)參數(shù)。在播種機(jī)前進(jìn)的過程中，也需要利用PLC技術(shù)調(diào)整實(shí)時(shí)速度，大致流程包括數(shù)初始化、脈沖計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算存儲(chǔ)，開始后進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖——PLC計(jì)數(shù)器，如果程序是為否，則返回進(jìn)行；如果程序?yàn)槭?，則到達(dá)時(shí)間t，計(jì)算地輪轉(zhuǎn)速并存儲(chǔ)，系統(tǒng)進(jìn)行清零復(fù)位和顯示輸出等操作。

3 基于PLC技術(shù)的不同種類播種機(jī)排種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和注意事項(xiàng)

3.1 基于PLC計(jì)算的不同種類排種器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水平圓盤式排種器如圖1所示。排種盤水平放置在種箱底部，在圓盤旋轉(zhuǎn)的過程中，種子靠自身重力落入型孔并且下落到種溝完成排種。水平圓盤排種器的優(yōu)勢(shì)在于可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，均勻性好，能夠適應(yīng)不同的地形。但是其缺陷在于對(duì)種子的要求均勻度要求極為嚴(yán)格，因?yàn)榉N子大小不同就無法落入型孔，而且依靠重力下落的水平圓盤排種器也不能實(shí)現(xiàn)高速播種。

窩眼輪式排種器（見圖2）工作時(shí)也是利用重力和播種機(jī)行進(jìn)間的震蕩力工作，系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好、制作方便、造價(jià)低、性能可靠，但是在使用中也存在缺陷，因?yàn)榇嬖诿}動(dòng)現(xiàn)象，所以播種均勻性差，整機(jī)的體積大、成本高、試驗(yàn)研究中較為困難。

氣吸式排種器如圖3所示。工作過程中利用真空吸力，將種子吸附到吸孔上，其優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，對(duì)于不同的種子只需要更換不同尺寸的吸孔及吸孔數(shù)量的種盤就可以實(shí)現(xiàn)。缺陷在于工作室對(duì)密封性要求較高，因此結(jié)構(gòu)的成本較高。

氣吹式排種器（見圖4）工作原理也是利用窩眼在轉(zhuǎn)動(dòng)到排種和護(hù)種區(qū)域的過程中以重力讓種子落入到排種窩眼內(nèi)，超出播種數(shù)量的種子在氣流的作用下，又回到充種區(qū)。其優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用圓錐形，這樣在排種過程中一個(gè)窩眼就不止一個(gè)種子，充種性能和播種速度都有所提升。其缺陷是可靠性受到影響，需要控制器有效控制排種頻率和氣流。

氣送式排種器（見圖5）工作過程中利用滾筒滾動(dòng)的內(nèi)外差完成排種過程，在滾筒內(nèi)壁設(shè)有窩眼，當(dāng)氣壓差產(chǎn)生式，種子緊貼窩眼轉(zhuǎn)動(dòng)，排到設(shè)計(jì)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)排種的目的，超出設(shè)計(jì)數(shù)量的種子即被種刷刷掉。此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，以滿足不同種子和株距的調(diào)節(jié)需求，其優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單，適用不同地形和環(huán)境，但是密封性要求高，造價(jià)也相對(duì)較高。

以上設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是播種過程的自動(dòng)化水平還是有待提高，對(duì)于排種漏種的檢測(cè)能力較低，因此需要結(jié)合PLC技術(shù)進(jìn)行排種設(shè)計(jì)，使之適合不同類型排種器的特點(diǎn)。

3.2 排種和補(bǔ)種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

要求系統(tǒng)能夠及時(shí)檢測(cè)播種的情況，漏播時(shí)進(jìn)行報(bào)警，并且自動(dòng)補(bǔ)種，要確保種子從輸種管下落至開溝器挖好的種溝，PLC要完成從檢測(cè)要補(bǔ)種的全過程。在系統(tǒng)中PLC是系統(tǒng)的核心，要做好系統(tǒng)輸入輸出的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。針對(duì)不同排種器存在的缺陷，要具體加以改進(jìn)，做好外部抗干擾保護(hù)。同時(shí)還應(yīng)該引入最新技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，比如，利用激光對(duì)射光電傳感器作為檢測(cè)輸入，補(bǔ)種裝置可調(diào)節(jié)，刀具機(jī)構(gòu)模塊化。為了提高精度，還可以引入GPS導(dǎo)航定位、精確測(cè)速和無線網(wǎng)絡(luò)控制等裝置，與PLC技術(shù)相結(jié)合，克服傳統(tǒng)播種結(jié)構(gòu)中的弊端。