江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院 胡利軍

前言

在農(nóng)業(yè)機(jī)械化和智能化的大潮中，PLC 技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)機(jī)電氣自動(dòng)控制的核心，正逐漸改變著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的面貌。PLC 技術(shù)在提高農(nóng)業(yè)作業(yè)效率、優(yōu)化資源配置以及增強(qiáng)農(nóng)機(jī)操作的智能化方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著這一技術(shù)應(yīng)用的深入，如何在確保農(nóng)機(jī)系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，充分挖掘和利用PLC技術(shù)的潛能，成為了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中的重要議題。

1.農(nóng)機(jī)電氣自動(dòng)控制中PLC 技術(shù)應(yīng)用的意義

1.1 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)效率

PLC 技術(shù)能夠通過(guò)對(duì)機(jī)械各部分的精細(xì)調(diào)控，如調(diào)整作業(yè)速度、改變作業(yè)模式或者是調(diào)節(jié)作業(yè)路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)的精確控制。確保農(nóng)機(jī)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，從而提高作業(yè)效率。在傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)作業(yè)中，許多操作需要依靠人工進(jìn)行，這不僅效率低下，而且作業(yè)質(zhì)量容易受到人為因素的影響。PLC 的引入使得這些過(guò)程可以自動(dòng)化，減少了人工操作的需要，從而提高了作業(yè)效率。例如，在自動(dòng)化的灌溉系統(tǒng)中，PLC 可以根據(jù)土壤濕度和氣象數(shù)據(jù)自動(dòng)控制灌溉量和時(shí)間，不僅提高了灌溉的精確度，也節(jié)約了水資源和人力。PLC 可以對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)的整個(gè)流程進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。這種流程優(yōu)化不僅提高了作業(yè)的速度，還提高了作業(yè)的質(zhì)量。PLC 技術(shù)還可以通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行智能化管理，從而有效減少因設(shè)備故障或不當(dāng)操作導(dǎo)致的作業(yè)中斷，這對(duì)于提高作業(yè)效率至關(guān)重要。PLC 系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)機(jī)的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，即可自動(dòng)進(jìn)行故障診斷，并及時(shí)發(fā)出警告，以便及時(shí)維修或調(diào)整。這種及時(shí)的故障預(yù)防和處理機(jī)制顯著減少了機(jī)械故障帶來(lái)的作業(yè)中斷,確保了作業(yè)的連續(xù)性和高效性[1]。

1.2 增強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性

在農(nóng)機(jī)的日常運(yùn)行中，各個(gè)機(jī)械部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等都承受著不同程度的壓力和磨損。PLC 系統(tǒng)能夠通過(guò)與傳感器協(xié)同工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些關(guān)鍵部件的工作狀態(tài)，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等指標(biāo)，確保機(jī)械部件在安全和適宜的工作范圍內(nèi)運(yùn)行。這種實(shí)時(shí)監(jiān)控不僅有助于預(yù)防過(guò)度磨損和損壞，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，從而提前進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，有效避免了突發(fā)故障對(duì)農(nóng)機(jī)穩(wěn)定性的影響。農(nóng)業(yè)作業(yè)環(huán)境多變，如土壤硬度、濕度、地形起伏等因素都會(huì)影響機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行。PLC 能夠根據(jù)這些環(huán)境參數(shù)的變化，自動(dòng)調(diào)整機(jī)械的工作狀態(tài)，如改變驅(qū)動(dòng)力的分配、調(diào)節(jié)作業(yè)部件的動(dòng)作等，確保農(nóng)機(jī)在各種復(fù)雜環(huán)境下都能保持穩(wěn)定的工作性能。例如，在不同硬度的土壤中作業(yè)時(shí)，PLC 可以自動(dòng)調(diào)節(jié)犁地機(jī)械的犁深和作業(yè)速度，以適應(yīng)土壤條件，避免因操作不當(dāng)造成的機(jī)械損傷。農(nóng)業(yè)作業(yè)常常受到天氣因素的影響，如高溫、暴雨、大風(fēng)等極端天氣條件。PLC 系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)這些環(huán)境因素，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序邏輯調(diào)整農(nóng)機(jī)的工作參數(shù)，比如在高溫條件下降低機(jī)械的負(fù)荷，或者在濕滑路面上調(diào)整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)以適應(yīng)惡劣的作業(yè)環(huán)境，保證機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行。農(nóng)業(yè)機(jī)械通常包含多個(gè)系統(tǒng)，如動(dòng)力系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)之間需要協(xié)調(diào)一致才能保證整機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。PLC 通過(guò)集成這些系統(tǒng)的控制邏輯。實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的高效協(xié)調(diào)。

1.3 提升操作便利性

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械操作往往需要依賴復(fù)雜的手動(dòng)控制，而PLC 技術(shù)的引入使得這些操作可以通過(guò)觸摸屏或按鈕進(jìn)行簡(jiǎn)化。操作者可以輕松設(shè)置或調(diào)整作業(yè)參數(shù)，如速度、作業(yè)模式、路徑等，無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的手動(dòng)調(diào)整。例如，在智能噴灌系統(tǒng)中操作者可以通過(guò)PLC 界面直接設(shè)定灌溉量和時(shí)間，PLC 系統(tǒng)則自動(dòng)完成灌溉任務(wù)的執(zhí)行。在農(nóng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，傳統(tǒng)的故障排查往往耗時(shí)且復(fù)雜。而采用PLC 控制的農(nóng)機(jī)，可以通過(guò)自身的診斷功能快速準(zhǔn)確地識(shí)別問(wèn)題所在，甚至可以實(shí)時(shí)將故障信息和維修建議反饋給操作者和維護(hù)人員，減少了故障排查和維修的時(shí)間，使得操作者能夠更加快速處理農(nóng)機(jī)故障。操作者可以根據(jù)不同的作業(yè)需求和條件，PLC 進(jìn)行編程設(shè)置，使得農(nóng)機(jī)能夠執(zhí)行各種復(fù)雜和特定的作業(yè)任務(wù)。這種靈活性不僅提高了農(nóng)機(jī)的適用范圍，也使得操作者能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整作業(yè)策略，以適應(yīng)不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境和需求。例如，在不同作物的收割中，操作者可以通過(guò)PLC 調(diào)整收割機(jī)的收割高度和速度，以適應(yīng)不同作物的收割要求[2]。隨著物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，操作者可以通過(guò)智能設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制PLC 系統(tǒng)為農(nóng)機(jī)的管理和操作帶來(lái)便利。例如，在大型農(nóng)場(chǎng)中，管理者可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)了解每臺(tái)農(nóng)機(jī)的工作狀態(tài)和位置，甚至可以遠(yuǎn)程調(diào)整作業(yè)參數(shù)，以更有效地調(diào)度農(nóng)機(jī)資源。

2 農(nóng)機(jī)電氣自動(dòng)控制中PLC 技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 在順序控制中的應(yīng)用

順序控制是農(nóng)業(yè)機(jī)械工作流程的核心，涉及作業(yè)程序的有序執(zhí)行，包括種植、灌溉、收割等多個(gè)環(huán)節(jié)。PLC 技術(shù)在此過(guò)程中通過(guò)對(duì)信號(hào)的快速處理和準(zhǔn)確反饋確保了農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的高效和精準(zhǔn)。以一臺(tái)典型的農(nóng)業(yè)播種機(jī)為例，PLC 控制系統(tǒng)通過(guò)輸入端的傳感器收集關(guān)于土壤濕度、溫度以及機(jī)械自身狀態(tài)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)傳輸?shù)絇LC 系統(tǒng)，PLC 系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的程序邏輯對(duì)這些信息進(jìn)行處理，如根據(jù)土壤濕度調(diào)整播種深度以確保種子能在最適宜的條件下生長(zhǎng)。在種植作業(yè)中，PLC 控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)輸出相應(yīng)的控制指令。在播種機(jī)例子中，PLC 可能會(huì)指令調(diào)整播種密度和行距，這是通過(guò)控制播種裝置的電機(jī)轉(zhuǎn)速和移動(dòng)路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，當(dāng)PLC 檢測(cè)到土壤條件較干燥時(shí)，它可能會(huì)指令增加播種密度，以提高種子發(fā)芽的概率。在灌溉系統(tǒng)中，PLC 在農(nóng)機(jī)電氣自動(dòng)控制中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的作業(yè)流程自動(dòng)化。例如，PLC 技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控土壤濕度和天氣狀況，控制水泵的啟動(dòng)和停止，根據(jù)土壤濕度和作物需求自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉量，不僅提高了灌溉效率，還節(jié)約了水資源。在收割作業(yè)中，PLC 可以控制收割機(jī)的行走速度、刀片高度和轉(zhuǎn)速，并根據(jù)作物類型和成熟度自動(dòng)調(diào)整，從而確保收割效率和作物損失最小化。PLC 還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)收割機(jī)各個(gè)關(guān)鍵部件的狀態(tài)，如刀片磨損、輸送帶張力等，保障機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行和作業(yè)質(zhì)量[3]。在順序控制的具體實(shí)施中，PLC 的編程靈活性使農(nóng)機(jī)操作者可以根據(jù)不同作物和田間條件對(duì)PLC 程序進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)多變的農(nóng)業(yè)環(huán)境。比如，在播種季節(jié)，操作者可能會(huì)根據(jù)種子種類和土壤狀況調(diào)整播種程序；而在收割季節(jié)，又會(huì)根據(jù)作物成熟度和天氣狀況進(jìn)行不同的程序設(shè)置。

2.2 在開關(guān)量控制中的應(yīng)用

開關(guān)量控制主要涉及對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械中的各類電氣設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)、閥門、泵等）的啟動(dòng)與停止進(jìn)行控制，確保農(nóng)業(yè)作業(yè)自動(dòng)化和精準(zhǔn)化。在農(nóng)機(jī)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC 被設(shè)計(jì)為核心控制單元。設(shè)計(jì)師根據(jù)農(nóng)機(jī)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(dòng)噴藥機(jī)中，PLC 控制程序會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)條件（如作物生長(zhǎng)階段、病蟲害情況等）控制噴頭的開啟和關(guān)閉。這一過(guò)程涉及對(duì)PLC 的輸入/輸出接口進(jìn)行編程，確保PLC 能夠接收外部傳感器信號(hào)并根據(jù)這些信號(hào)控制電磁閥的動(dòng)作。在農(nóng)機(jī)中，多種傳感器被用于監(jiān)測(cè)作業(yè)環(huán)境和機(jī)器狀態(tài)，如溫度、濕度、位置傳感器等。這些傳感器的信號(hào)被送入PLC，PLC 根據(jù)這些信號(hào)控制相關(guān)的執(zhí)行器，如電動(dòng)機(jī)、閥門等。以智能灌溉系統(tǒng)為例，土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)被送至PLC，PLC 根據(jù)土壤的實(shí)際濕度情況控制水泵的開啟和關(guān)閉以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。在農(nóng)業(yè)機(jī)械的收割作業(yè)中，通過(guò)監(jiān)測(cè)收割機(jī)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(jī)的行走速度和切割裝置的啟停，從而適應(yīng)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(nóng)機(jī)的正常工作，還負(fù)責(zé)監(jiān)控農(nóng)機(jī)的安全運(yùn)行。例如，在拖拉機(jī)等大型農(nóng)機(jī)中，PLC 會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、油壓等關(guān)鍵參數(shù)。一旦檢測(cè)到異常值，PLC 會(huì)立即切斷相關(guān)部件的電源，防止機(jī)械故障或安全事故的發(fā)生。在農(nóng)機(jī)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC 還承擔(dān)著與操作者交互的功能。操作者可以通過(guò)觸摸屏或其他接口向PLC 輸入指令，如調(diào)整作業(yè)參數(shù)、啟動(dòng)或停止某個(gè)工作程序等。PLC在接收到這些指令后，會(huì)相應(yīng)控制機(jī)械的工作狀態(tài)[4]。

2.3 在液壓工作系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC 對(duì)液壓泵的控制是通過(guò)接收來(lái)自各類傳感器的信號(hào)實(shí)現(xiàn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)的工作狀況并將數(shù)據(jù)反饋給PLC。基于這些數(shù)據(jù)，PLC 通過(guò)調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速和工作模式來(lái)滿足不同作業(yè)條件下的壓力和流量需求。例如，在農(nóng)業(yè)噴灌設(shè)備中，PLC 根據(jù)土壤濕度和作物需求調(diào)整水泵的輸出流量。這是通過(guò)接收土壤濕度傳感器的信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)通過(guò)PLC編程邏輯調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，進(jìn)而控制液壓泵的轉(zhuǎn)速。在農(nóng)業(yè)機(jī)械如收割機(jī)或裝載機(jī)中，液壓缸負(fù)責(zé)執(zhí)行精確的移動(dòng)和定位任務(wù)，PLC 通過(guò)接收位置傳感器的信號(hào)，精確控制液壓閥門的開閉，從而調(diào)節(jié)液壓缸的伸縮速度和位置。這一過(guò)程中，PLC 根據(jù)預(yù)設(shè)的作業(yè)參數(shù)（如裝載重量、收割高度等）來(lái)調(diào)整液壓缸的行程和速度，確保作業(yè)的精度。在如精確施肥、播種等農(nóng)業(yè)作業(yè)中，PLC 能夠根據(jù)土壤條件和作物種類調(diào)節(jié)施肥機(jī)械或播種機(jī)械的作業(yè)深度和速度來(lái)確保作業(yè)的準(zhǔn)確性和均勻性。在液壓系統(tǒng)的壓力和流量調(diào)控方面，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)并進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，PLC 能夠確保液壓系統(tǒng)在不同工作階段下都能夠維持在最佳的工作狀態(tài)。例如，在拖拉機(jī)的犁地作業(yè)中，PLC 會(huì)根據(jù)土壤硬度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓犁的工作壓力以適應(yīng)不同的耕作條件。PLC 通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦檢測(cè)到異常數(shù)據(jù)就能夠及時(shí)進(jìn)行故障診斷并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，如降低工作壓力、提示操作人員進(jìn)行檢修等從而避免了故障的發(fā)生和擴(kuò)大[5]。

2.4 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在農(nóng)機(jī)電力系統(tǒng)中，PLC 技術(shù)能夠精確控制和管理農(nóng)機(jī)電力系統(tǒng)的各個(gè)組成部分從而確保機(jī)械在各種作業(yè)條件下的高效和節(jié)能運(yùn)行。PLC 在農(nóng)機(jī)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用體現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩控制上，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行精確編程，PLC 可以根據(jù)作業(yè)需求和外部條件（如土壤類型、作業(yè)深度等）調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出力矩。例如，在播種機(jī)或施肥機(jī)中，PLC能夠根據(jù)土壤條件自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以控制播種或施肥的速率和均勻度，這不僅提高了作業(yè)的準(zhǔn)確性，也優(yōu)化了能源的使用效率。PLC 應(yīng)用在電力系統(tǒng)的能源分配和管理方面。在一些復(fù)雜的農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)中，如多功能作業(yè)車輛，PLC 能夠監(jiān)控和調(diào)節(jié)不同作業(yè)單元的能源需求，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化分配。PLC 還能根據(jù)作業(yè)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整電力分配，比如在低負(fù)載時(shí)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(dǎo)致的設(shè)備磨損。電池和儲(chǔ)能設(shè)備是農(nóng)業(yè)機(jī)械關(guān)鍵的能源來(lái)源，PLC通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的充放電狀態(tài)、電壓和溫度能夠有效地管理電池的使用和維護(hù)，延長(zhǎng)電池壽命，并確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。PLC 技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用還包括對(duì)變壓器和電力線路的監(jiān)控和保護(hù)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力線路的電流和電壓，PLC 能夠及時(shí)檢測(cè)并響應(yīng)電力系統(tǒng)中的異常情況，如過(guò)載、短路等，通過(guò)控制相應(yīng)的保護(hù)裝置來(lái)避免對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備造成損害[6]。PLC 在電力系統(tǒng)中還實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制。通過(guò)集成的通信模塊，PLC 能夠?qū)⑥r(nóng)機(jī)的電力系統(tǒng)狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心。操作人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程界面查看電力系統(tǒng)的狀態(tài)，如電壓、電流、電量等信息，并在必要時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整。

3 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程中，PLC 技術(shù)在農(nóng)機(jī)電氣自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用已成為提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平和作業(yè)效率的關(guān)鍵因素。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是不斷探索和創(chuàng)新PLC 技術(shù)在農(nóng)機(jī)控制系統(tǒng)中的更多可能性，進(jìn)一步整合先進(jìn)的傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算等技術(shù)，以提高農(nóng)機(jī)的智能化水平。重視PLC 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性研究，可以確保在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多樣化需求，保障農(nóng)業(yè)機(jī)械的安全高效運(yùn)行。