基于PLC的草方格種植機控制系統設計

摘 要：為了解決市場上現有草方格種植機功能單一，且只能進行單向種植的弊端。本文設計了一款基于PLC的草方格種植機。選用PLC，光電傳感器，繼電器等控制元器件，步進電機，舵機，直流電機等執行設備。搭配相關機械結構，調整各元器件控制電路關系。從橫草種植，縱草種植，草料鋪設，穩固草根等方面實現草方格種植一體化。達到顯著提高種植效率，降低種植成本的目的。

關鍵詞：基于PLC的草方格種植機；多功能；種植一體化

一、引言

防風固沙工程的核心是采取多種技術措施減少氣流中的輸沙量，削弱近地表層的風速，延緩或阻止沙丘的前移，以達到削弱或避免風沙危害的目的。通過種植草方格則是防風固沙的基本方法之一[1]。

種植技術在蘇聯引進后，種植形式如今已發生了翻天覆地的變化。由早期的人工種植到如今的機械與自動化結合的立體固沙車種植。本文將通過對目前市面上的立體固沙車的相關研究。以探索性的角度，展示對其功能尚有缺陷之處并進行改進完善。

二、控制結構搭建

（一）種植機的結構

多功能草方格種植機能實現四大主要功能分別是：雙向種植，送料鋪設，車輛避障前行以及制作沙窩來扶正草根，整體結構如圖1所示。而控制部分采用了西門子PLC 1215C作為主控核心模塊，1212C作為拓展模塊形成控制單元。

（二）控制系統的原理

控制系統根據裝在后車輪鏈條上的傳感器，通過判斷接收信號次數來控制橫向種植。當信號被觸發時，通過PLC輸入接口，傳遞到PLC中央處理單元。在執行所編寫的控制程序后，橫草料箱開門落料，隨后橫刀下壓，沙窩制作，三者形成聯動。縱草種植部分和橫草種植部分相互獨立，可根據實際情況，在縱向種植，橫向種植，橫縱一起種植三種模式間切換。

三、草方格種植機的程序設計

（一）控制程序設計

控制系統是基于PLC控制搭配電機的各部分機械機構來實現。通過獲取安裝在橫向種植機構鏈條處的傳感器信號，結合編寫的對應程序通過不同的輸出口來控制各個電機執行相應的動作。PLC部分地址分配表如表1所示：

（二）電氣與機械結合設計

1.步進電機部分。在種植機中，步進電機負責的是橫草種植模塊。在種植車尾部兩側各自裝有一個步進電機，通過搭配特制的曲柄滑塊機構，將旋轉運動轉換為直線運動，帶動橫刀上下運動，將橫草料箱落下的草桿壓入到沙土之內，從而完成橫草的種植。如圖2所示是橫刀下壓結構。

2.直流電機部分。直流電機在本次設計中有兩種結構稍有差異的直流電機。一種是普通直流電機，另一種是帶有齒輪減速的減速電機。兩者應用的場景有所不同，前者用于沙窩制作模塊，通過旋轉扇葉，模仿盤銑刀的動作。在沙面上制作出沙窩，對已種植草方格草根部進行鞏固。后者用于縱草種植模塊，通過旋轉將縱刀下放，借助縱刀的自身重力，對縱草料箱落下的草料進行種植。

3.舵機部分。在種植機中，舵機負責的是料箱出料模塊和沙窩制作模塊，在料箱出料模塊中料箱底部兩側有兩個相同型號的舵機，舵機與設計的橫草落料V型槽相連接。當舵機轉動一固定角度時，兩個V型槽隨之轉動，此時料箱門打開，完成落料。而沙窩制作模塊則是舵機與曲柄滑塊相連，隨著舵機的轉動，完成滑塊的上下往復運動如圖3所示。當控制器接收到位置指令時，由電機帶動轉臂，此時檢測電流值作為電流反饋，經過傳動機構形成角度輸出，并給出位置反饋進行相應角度轉動。[2]

四、結論

土地沙漠化對我國社會經濟的發展造成嚴重影響，許多農田因風沙毀種，糧食產量長期低而不穩。因此，土地沙漠化已經成為我國必須解決的一個重大問題[3]。目前市面上，相關沙漠治理機械化設備依然存在效率低下、功能單一、部分地方還需依靠人力勞動。本文設計種植機，在彌補了現有鋪設裝置缺點的同時，在其原有的基礎上增加更多的功能。如果，能真正推廣使用將對我們生態修復事業做出巨大貢獻。

參考文獻：

[1]趙光榮，江陵. 防風固沙工程效果評價方法綜述[J].新疆 農業科技，2012，1：41.

[2]王娜，李楊，彭錕.基于多角度特征提取的舵機故障診斷方法[J].東北大學學報（自然科學版），2022，43（09）：1240-1249.

[3]馬艷平，周清.中國土地沙漠化及治理方法現狀[J].江蘇環境科技，2007（S2）：89-92.