基于PLC 的玉米播種機設計與試驗分析

杜萌萌

（開封技師學院，475000，河南開封）

播種是農作物種植最重要的一步，直接影響到農作物的產量。近年來，機械化種植逐漸普及，設備也越發先進，其播種速度與質量均好于人工播種。玉米相較于其他農作物產量更高，其應用范圍廣泛。但就目前而言，我國機械化種植發展時間短且基礎設施欠缺，機械化水平有待提高。因此設計一款適用于我國的玉米播種機，是實現玉米種植現代化目標的基礎。

1 玉米播種機設計

1.1 總體設計

基于PLC 的玉米播種機總體設計既要包含機械平臺、動力源、電池驅動方式、播種規格的設計，又要包括功能模塊的劃分。這一部分是進行該玉米播種機設計的基礎，是決定設計方向的關鍵步驟，也是將PLC技術應用于玉米播種機的可行性保證。

將播種、施肥功能一體化玉米播種機作為設計的機械平臺是最佳選擇，這種播種機功能強大，播種效率更高，作為設計的機械平臺也可降低一定的開發成本[1]。播種機由電力進行驅動，所選電源為常見48 V 農機專用蓄電池，其最大輸出功率可達1 500 W，且使用方法簡單。作為機械平臺的原播種機構造合理緊湊，效率較高，更適用于玉米的播種。原播種機已具備一定的播種規格調節能力，未加入PLC 技術前的播種機可同時播種2 行種子，其行間距調整范圍為45～60 cm，可調每株間隔范圍為16～32 cm，播種深度較為適宜。選擇這種技術相對成熟的播種機進行改造，可有效提高試驗的成功率。

明確該播種機的組成及其相互聯系也是總體設計的重要部分，是決定該播種機工作效率的重要因素。基于PLC 的玉米播種機主要組成包含檢測模塊、控制模塊、開溝器、播種器、施肥器，這些部件按照一定體系相互配合實現播種作業。檢測模塊接收數據并傳遞至控制模塊，控制模塊通過機體本身動力對開溝器、播種器、施肥器進行控制，再安裝傳感器于這些作業部件處反饋檢測信息給控制模塊。控制模塊是玉米播種機設計的關鍵，直接影響玉米播種機的作業效果。依照功能邏輯關系分析設定，有計劃地對玉米播種機進行規劃設計，是進行總體設計的意義所在。

1.2 詳細設計

分析其組成部分，對每一部分進行設計是實現基于PLC 的玉米播種機設計的第二步。在這一步設計中，要對總體設計的每一部分細化，全面規劃其配件選擇、原理確定等，以此保證每一部分正常運行，進而使得玉米播種機整體正常運行。

中心控制器是基于PLC 的玉米播種機的靈魂所在，這一部分的設計至關重要。控制器是進行信號傳遞、指令存儲及分析的重要部件，在選擇控制器時，尤其要注意規格。在本實驗中，選擇了具備強大脈沖信號、充足數據存儲空間且輸入輸出接口量足夠的控制器。檢測模塊中傳感器是重要的部件，其種類應包含位移傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器。位移傳感器檢測其播種深度、播種密度，霍爾傳感器可用于檢測播種機車輪轉速，光電傳感器用于檢測種子下落時的電信號。傳感器可有效監控播種機的幾項重要指標，這些指標是PLC 平臺進行控制調整的數據標準[2]。除此之外，控制模塊還設置了警報裝置，報警也需要依靠傳感器實現，以保證當其種子播種完畢或出現故障時及時被發現，避免耽誤播種工作的進行。

PLC 技術作為一種可編程序控制技術，其工作原理也是進行詳細設計的關鍵。播種機進行作業的數據信息會被顯示在操作界面上，操作人員可以在此界面中對播種規格進行設定，控制中心對這些數值進行分析并按照專有運算方式轉變為指令，并傳遞至播種機相關執行部件。執行部件收到指令后開始執行播種工作，安裝在對應位置的傳感器接收記錄相關監測信息并將檢測結果傳遞回控制中心，供操作人員查看。操作人員查看到檢測結果后，依據實際情況更改播種數值，如此循環完成作業流程。相關種子、化肥的存量報警，要利用相應的重量傳感器及控制器指令，當存儲箱重量為零時，傳感器要及時發送報警信號，控制器接收信號進入報警狀態，并傳遞報警信號至執行部件使其停止運行，控制顯示屏彈出報警提示，并進行聲音報警。操作人員收到報警提示，及時處理故障或增添種子、化肥。工作原理是程序化設計機械設備的關鍵，也是設計中所必須明確的設計思想，直接影響到設計能否成功。

1.2 程序設計

PLC 程序也是軟件系統的一種，其程序的設計與軟件系統程序設計有異曲同工之處。其設計應包含功能程序流程圖設計、編程邏輯設計，以及播種數據傳遞前的運算公式等。該系統涉及多個領域的運算，在程序設計中應準確把握其運算方法。科學、全面的程序設計是PLC 玉米播種機軟件設計方面的重要步驟，也是控制中心順利運行的保證。

在程序設計過程中，利用編程語言梯形圖進行編程，以此有效降低編程難度、簡化系統成品操作界面，最重要的是成型所需時間較短。這種方式可縮減編程時間，因此增強其人機交互能力便成為程序設計的重點。選擇最先進的文本顯示模式尤為重要，將其作為控制器的操作、顯示界面不僅可以增強人機交互的能力，還可以減少信息傳遞所需的接口數量。與此同時，這樣的程序設計還可以增加PLC 指令，為玉米播種機的功能實現提供更多可能性。

程序的執行流程是程序設計的一部分，也是基于PLC 的玉米播種機的實現基礎。在啟動PLC 的同時，利用程序代碼將計數器等構件進行初始化復位操作，在處理故障后也要進行此流程。將需要記載的信息存儲在不同區域也是程序設計需要關注的問題，程序設計中優化數據存儲結構，可有效提高程序的執行速度[3]。程序設計中合理設定顯示界面的跳轉方式和輸入模式，開機后顯示參數輸入界面，提交后跳轉至實際情況反饋顯示界面，操作人員可再次切入輸入界面進行實時更改，正常工作狀態下只根據需要切換這兩種頁面。進入報警狀態后，要實現界面的警報提醒，利用代碼同時調用其他燈光、聲音設備進行報警。

在代碼中進行準確的運算是程序設計的關鍵邏輯設計，玉米播種機所需數據運算涉及多個領域。在這一方面的程序設計請教相關專業人士全面學習相關公式推理及運用，進而用程序語言實現其運算過程。播種機播種量與施肥量等控制都需要通過相關公式的計算確定，其計算結果是實現PLC 對玉米播種機控制的理論基礎。反饋實時信息也需要公式的計算，嚴謹進行這一步的設計是玉米播種機軟件部分設計的重中之重。

2 試驗結果及分析

2.1 試驗情況

在完成基于PLC 的玉米播種機的設計后，對其進行科學試驗，是檢驗設計成果的關鍵。在試驗中，將試驗田劃分為均等四份，保證每一部分試驗田條件相同，分別使用播種機進行播種。在控制器操作平臺設置深度為15 cm、距離為25 cm，在種子存儲箱中放置同樣數量的種子，實驗中放置了3 000 粒種子，分別檢測其種植深度、種植距離及警報反應時間，將試驗田的詳細結果分別記錄用于結果分析。

2.2 結果分析

根據從試驗田所采集到的播種深度及播種距離，兩項指標與設置的數值相差較小，波動范圍不超過0.5 cm。綜合分析四處試驗田所采集到的數據，確認播種較為穩定，說明PLC 控制玉米播種機頗具成效。在空箱警告方面，四處試驗田所用玉米播種機響應時間不超過1.5 s，達到及時預警的效果。具體實驗數據及分析結果均表明，設計的基于PLC 的玉米播種機已達到預期目標，在玉米生產中具有一定使用價值；但其試驗的播種規模相對較小，試驗結果具有局限性，其推廣價值仍待考量。

3 結語

基于PLC 的玉米播種機對玉米種植業發展具有推動價值，是科技在玉米播種上的一種具體應用。這種技術的關鍵在于量的控制，也正是玉米機械化播種最重要的需求。當前玉米播種機對量的控制能力有限，開發新型玉米播種機是農業發展需要重視的研究方向，利用PLC 技術消除現有玉米播種機的缺陷不失為一種策略。基于PLC 的玉米播種機設計仍存在上升空間，是值得重點研究的方向。