周永吉

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046000）

近年來，農(nóng)業(yè)機(jī)械的快速發(fā)展和應(yīng)用給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了革命性的變化。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化和自動(dòng)化程度的不斷提升，電氣控制系統(tǒng)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械的核心部件，也面臨著更高的要求。傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)往往由接觸器、繼電器等組成，配置復(fù)雜，維護(hù)困難，難以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速變化和靈活調(diào)整的需求。為了解決這一問題，PLC 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。PLC 作為一種高度靈活、可編程、可擴(kuò)展的控制器，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，也成為農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制的重要技術(shù)手段之一。PLC 技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械各種參數(shù)的精確控制和監(jiān)測，還能夠?qū)崿F(xiàn)不同農(nóng)業(yè)機(jī)械之間的聯(lián)動(dòng)操作，提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。

1 PLC 技術(shù)概述

PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)是一種基于數(shù)字邏輯的控制系統(tǒng)，它以其高度靈活、可編程和可擴(kuò)展的特點(diǎn)，成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的重要技術(shù)手段之一。PLC 技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了從工業(yè)生產(chǎn)到農(nóng)業(yè)機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域。PLC 系統(tǒng)由中央處理器、輸入/輸出模塊、存儲(chǔ)器和通信模塊等組成，其中中央處理器是PLC 系統(tǒng)的核心部件。通過使用編程語言，如ladder diagram（梯形圖）或structured text（結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化為可執(zhí)行的指令。這些指令通過輸入/輸出模塊與外部設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器等）進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)對工藝過程的監(jiān)測和控制。PLC 技術(shù)具有多個(gè)優(yōu)勢。首先，PLC 系統(tǒng)具有高度靈活性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行編程和配置，方便實(shí)現(xiàn)功能的定制化和調(diào)整。其次，PLC 系統(tǒng)可靠性高，能夠在惡劣的工作環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，并具備自診斷和故障排除功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。此外，PLC 系統(tǒng)還具備快速的響應(yīng)時(shí)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(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，PLC 技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械各種參數(shù)的精確控制和監(jiān)測，還能夠?qū)崿F(xiàn)不同農(nóng)業(yè)機(jī)械之間的聯(lián)動(dòng)操作，提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。例如，在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)的自適應(yīng)平衡控制裝置中，PLC技術(shù)能夠通過精確的傳感器數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制算法，實(shí)現(xiàn)對拖拉機(jī)平衡的自動(dòng)調(diào)節(jié)。類似地，PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)播種機(jī)、農(nóng)業(yè)收獲機(jī)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工機(jī)械等設(shè)備中的應(yīng)用，也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化提供了強(qiáng)大的支持。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制中PLC 技術(shù)的應(yīng)用

2.1 PLC 在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置中的應(yīng)用

（1）硬件設(shè)計(jì)。在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置的硬件設(shè)計(jì)中，需要考慮傳感器的選擇和安裝位置，以獲取準(zhǔn)確的拖拉機(jī)姿態(tài)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?qū)崟r(shí)監(jiān)測拖拉機(jī)的傾斜角度和姿態(tài)變化。此外，還需要選擇適合的執(zhí)行器，如液壓缸或電動(dòng)馬達(dá)，用于控制拖拉機(jī)的平衡調(diào)節(jié)。在硬件設(shè)計(jì)中，還需考慮電源供應(yīng)和信號(hào)輸入/輸出的連接方式，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過合理的硬件設(shè)計(jì)，能夠提供可靠的數(shù)據(jù)輸入和輸出接口，為農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置的運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）軟件設(shè)計(jì)。在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自適應(yīng)平衡控制裝置的軟件設(shè)計(jì)中，需要編寫控制程序以實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)。首先，需要進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，獲取拖拉機(jī)當(dāng)前的姿態(tài)信息。然后，根據(jù)設(shè)定的控制算法和邏輯，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，確定需要進(jìn)行的平衡調(diào)節(jié)動(dòng)作。接下來，通過控制輸出模塊，向執(zhí)行器發(fā)送控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的平衡調(diào)節(jié)。同時(shí)，還需要設(shè)計(jì)用戶界面，通過人機(jī)交互方式，實(shí)現(xiàn)對拖拉機(jī)平衡控制裝置的參數(shù)設(shè)置和實(shí)時(shí)監(jiān)測。軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于編寫清晰、高效的控制程序，確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地響應(yīng)各種姿態(tài)變化并進(jìn)行自動(dòng)控制。通過合理的軟件設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)的自適應(yīng)平衡控制，提高其穩(wěn)定性和操作性能。

2.2 PLC 在農(nóng)業(yè)播種機(jī)電氣自動(dòng)化控制裝置中的應(yīng)用

（1）控制方案設(shè)計(jì)。在農(nóng)業(yè)播種機(jī)電氣自動(dòng)化控制裝置的控制方案設(shè)計(jì)中，首先，需要確定控制的目標(biāo)和需求，例如，播種機(jī)的種子數(shù)量、種植深度等參數(shù)。然后，根據(jù)實(shí)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(guān)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(diào)節(jié)控制等，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的播種過程。同時(shí)，還需考慮與其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和聯(lián)動(dòng)，例如，與拖拉機(jī)的通信和同步控制。最后，進(jìn)行系統(tǒng)測試和調(diào)試，確?？刂品桨傅姆€(wěn)定性和可靠性。通過科學(xué)合理的控制方案設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機(jī)的電氣自動(dòng)化控制，提高播種效率和質(zhì)量，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體水平。

（2）PLC 自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)。在農(nóng)業(yè)播種機(jī)電氣自動(dòng)化控制裝置的PLC 自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)中，首先，需要根據(jù)控制方案設(shè)計(jì)的要求，編寫相應(yīng)的控制程序。這包括傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理、邏輯判斷與控制算法的實(shí)現(xiàn)以及執(zhí)行器的控制指令生成。通過合理的程序編寫，能夠?qū)崿F(xiàn)對播種機(jī)各個(gè)部件的自動(dòng)控制，如種子供給、行進(jìn)速度和深度調(diào)節(jié)等。其次，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)，如傳感器靈敏度、控制閾值和執(zhí)行器動(dòng)作時(shí)序等，以確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，還需要考慮系統(tǒng)的異常處理和報(bào)警機(jī)制，通過監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)和錯(cuò)誤信息，及時(shí)采取相應(yīng)的措施避免意外情況的發(fā)生。最后，進(jìn)行系統(tǒng)的測試和調(diào)試，驗(yàn)證控制設(shè)計(jì)的正確性和可行性，并進(jìn)行必要的優(yōu)化和改進(jìn)。通過PLC 自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機(jī)的自動(dòng)化操作，提高生產(chǎn)效率、減少人力成本，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)支持。

（3）顯示模塊設(shè)計(jì)。在農(nóng)業(yè)播種機(jī)電氣自動(dòng)化控制裝置的顯示模塊設(shè)計(jì)中，需要考慮用戶友好性和信息傳達(dá)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(shí)時(shí)顯示播種機(jī)的工作狀態(tài)、種植參數(shù)和故障信息等，讓操作人員清晰了解機(jī)器的運(yùn)行情況。其次，設(shè)計(jì)直觀明了的用戶界面，通過圖形化顯示和菜單設(shè)計(jì)，使操作人員能夠方便地設(shè)置播種參數(shù)、監(jiān)測作業(yè)進(jìn)度和調(diào)整控制模式。同時(shí)，還可以提供圖表、報(bào)表和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等功能，幫助用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策支持。此外，還需考慮顯示模塊與PLC 系統(tǒng)的連接和通信方式，確保實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸和操作指令的可靠性。通過合理的顯示模塊設(shè)計(jì)，能夠提升農(nóng)業(yè)播種機(jī)的操作性能和用戶體驗(yàn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化發(fā)展。

2.3 PLC 在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)電氣自動(dòng)化控制裝置中的應(yīng)用

（1）軟件設(shè)計(jì)。在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)電氣自動(dòng)化控制裝置中，PLC 技術(shù)的軟件設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。首先，軟件設(shè)計(jì)需要考慮收獲機(jī)各個(gè)功能模塊的控制需求，如切割裝置、輸送系統(tǒng)和收集裝置等。通過編寫相應(yīng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)對這些功能模塊的自動(dòng)化控制。例如，根據(jù)作物的類型和成熟度，通過傳感器采集的數(shù)據(jù)，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(shè)計(jì)還需考慮系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。通過設(shè)置合適的報(bào)警機(jī)制和故障檢測邏輯，實(shí)現(xiàn)對異常情況的及時(shí)響應(yīng)和處理，確保農(nóng)業(yè)收獲機(jī)的安全運(yùn)行。此外，軟件設(shè)計(jì)中還需考慮與其他設(shè)備的通信和協(xié)同工作，例如，與拖拉機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)更高效的農(nóng)業(yè)作業(yè)。最后，進(jìn)行系統(tǒng)的測試和調(diào)試，驗(yàn)證軟件設(shè)計(jì)的正確性和可行性，并進(jìn)行必要的優(yōu)化和改進(jìn)。通過PLC軟件設(shè)計(jì)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)收獲機(jī)的自動(dòng)化控制，提高作業(yè)效率和質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來顯著的提升。

（2）硬件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中，需要選擇適用的傳感器和執(zhí)行器，以及合適的控制模塊和接口。對于收獲機(jī)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(tài)等關(guān)鍵信息。此外，還需選擇合適的執(zhí)行器，如電動(dòng)馬達(dá)或液壓系統(tǒng)，用于控制收割刀具、輸送系統(tǒng)和儲(chǔ)存裝置的運(yùn)動(dòng)。在硬件設(shè)計(jì)中，還需要考慮電源供應(yīng)和信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)，還需設(shè)計(jì)合適的連接方式和接口，與PLC 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和通信。通過合理的硬件設(shè)計(jì)，能夠提供可靠的信號(hào)輸入和輸出接口，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)收獲機(jī)的電氣自動(dòng)化控制，提高作業(yè)效率和質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來顯著的進(jìn)步。

2.4 PLC 在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工機(jī)械電氣自動(dòng)化控制裝置中的應(yīng)用

（1）設(shè)計(jì)分析。第一，需要對加工機(jī)械的工作流程和要求進(jìn)行詳細(xì)分析。這包括原料輸入、加工過程和成品輸出等環(huán)節(jié)。通過仔細(xì)分析每個(gè)環(huán)節(jié)的操作步驟、工藝要求和安全規(guī)范，可以明確控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能和任務(wù)。第二，根據(jù)加工機(jī)械的特點(diǎn)和控制要求，選擇合適的傳感器和執(zhí)行器。例如，對于溫度控制，可以使用溫度傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)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(dāng)?shù)膫鞲衅髂軌蛱峁?zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的控制提供依據(jù)。第三，進(jìn)行控制邏輯的設(shè)計(jì)，編寫相應(yīng)的控制程序。通過分析加工機(jī)械的工藝要求和控制策略，設(shè)計(jì)合理的控制算法，確保加工過程的精確控制?？刂瞥绦蛐枰ㄝ斎胄盘?hào)的采集、數(shù)據(jù)處理和控制輸出等模塊，以實(shí)現(xiàn)對加工機(jī)械各個(gè)部件的自動(dòng)化控制。在設(shè)計(jì)分析階段，還需要考慮系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。合理選擇硬件設(shè)備和組件，確保其質(zhì)量和性能符合要求。同時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)和安全機(jī)制設(shè)置，以應(yīng)對可能的故障和異常情況，保障操作人員和設(shè)備的安全。第四，與其他設(shè)備的協(xié)調(diào)與聯(lián)動(dòng)也是設(shè)計(jì)分析的重要考慮因素。在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工過程中，可能需要與輸送帶、包裝機(jī)械等其他設(shè)備進(jìn)行協(xié)同工作。因此，在設(shè)計(jì)分析階段需明確與其他設(shè)備的通信和控制要求，確保各個(gè)設(shè)備之間能夠無縫協(xié)同工作。

（2）硬件設(shè)計(jì)。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(shè)備。PLC具有高性能、可靠性和靈活性的特點(diǎn)，適用于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工機(jī)械的控制需求。第二，需要選擇合適的輸入輸出模塊，以實(shí)現(xiàn)與傳感器和執(zhí)行器的連接。根據(jù)具體的加工機(jī)械要求，選擇相應(yīng)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(huán)境參數(shù)和產(chǎn)品狀態(tài)。同時(shí)，選擇適合的執(zhí)行器，如電動(dòng)馬達(dá)、液壓系統(tǒng)等，用于控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)和操作。通過合適的輸入輸出模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)與這些外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和控制指令傳輸。第三，硬件設(shè)計(jì)還需考慮電源供應(yīng)和信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。選擇適當(dāng)?shù)碾娫丛O(shè)備，確保系統(tǒng)的電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠。針對信號(hào)傳輸，應(yīng)合理布置電纜和連接器，減少信號(hào)干擾和傳輸誤差，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在硬件設(shè)計(jì)中，還需考慮安全措施和緊急停機(jī)機(jī)制。針對加工機(jī)械可能出現(xiàn)的故障或異常情況，應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全裝置和停機(jī)控制，以保障人員和設(shè)備的安全。第四，進(jìn)行系統(tǒng)的布線和安裝，保證各個(gè)硬件模塊之間的良好連接和安全穩(wěn)定的運(yùn)行。對整個(gè)硬件系統(tǒng)進(jìn)行測試和調(diào)試，確保其與軟件設(shè)計(jì)的協(xié)同工作和功能正常。

（3）軟件設(shè)計(jì)。第一，根據(jù)設(shè)計(jì)分析階段的要求，編寫相應(yīng)的控制程序?？刂瞥绦蛐枰鶕?jù)加工機(jī)械的工藝要求和操作流程，設(shè)計(jì)合理的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的功能。在軟件設(shè)計(jì)中，需要采用合適的編程語言和開發(fā)工具，如Ladder Diagram（梯形圖）、Structured Text（結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)處理、控制指令的生成和輸出信號(hào)的控制等功能。第二，軟件設(shè)計(jì)還需要考慮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。加工機(jī)械的自動(dòng)化控制通常要求對各個(gè)部件的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。因此，軟件設(shè)計(jì)需要合理設(shè)置采樣周期，確保及時(shí)響應(yīng)和精確控制。同時(shí)，還需對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和濾波，以減少噪聲和干擾對系統(tǒng)的影響。在軟件設(shè)計(jì)中，還需要考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。通過使用模塊化的設(shè)計(jì)方法，可以將控制程序劃分為多個(gè)功能模塊，便于修改和擴(kuò)展。第三，在后續(xù)的維護(hù)和升級(jí)過程中，可以更加方便地進(jìn)行功能的增加或修改。，進(jìn)行軟件的測試和調(diào)試，確?？刂瞥绦虻恼_性和穩(wěn)定性。通過對各個(gè)功能模塊的單元測試和整體系統(tǒng)的集成測試，可以驗(yàn)證軟件設(shè)計(jì)的可行性和有效性。

3 結(jié)語

綜上所述，PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制中的應(yīng)用研究為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化帶來了重要的進(jìn)展。通過對PLC 技術(shù)的概述，深入了解了其原理和特點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)機(jī)械的不同領(lǐng)域中，如拖拉機(jī)平衡控制、播種機(jī)自動(dòng)化控制、收獲機(jī)自動(dòng)化控制以及產(chǎn)品加工機(jī)械控制等方面，PLC 技術(shù)的應(yīng)用為提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化操作過程、保障產(chǎn)品質(zhì)量提供了有效的解決方案。從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)，每個(gè)環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重要的作用。通過合理的設(shè)計(jì)分析、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化控制，推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。隨著PLC 技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新，相信農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制中的PLC 技術(shù)應(yīng)用將進(jìn)一步拓展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更大的效益和可持續(xù)發(fā)展。