PLC自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械電氣控制中的應(yīng)用

郭 斌 ，李 娜

（南昌職業(yè)大學(xué)，江西 南昌 330500）

在農(nóng)業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展下，農(nóng)業(yè)機械電氣自動化水平不斷提升，有效地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率[1]。近年來，PLC自動化技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械電氣控制中，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、高效化控制，進一步擴大了農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模[2]。所以，在PLC自動化技術(shù)的應(yīng)用背景下，強化對農(nóng)業(yè)機械電氣控制裝置的設(shè)計，促使農(nóng)業(yè)機械行業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。

1 PLC自動化技術(shù)概述

1.1 技術(shù)概念

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）自動化技術(shù)作為一種常用的平面光波導(dǎo)技術(shù)，主要是將人工智能技術(shù)、微機技術(shù)等先進技術(shù)進行有效融合后所形成的。該技術(shù)主要是由現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System, FCS）、分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System, DCS）兩個部分組成。其中，F(xiàn)CS內(nèi)部含有若干個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以高效、安全地傳輸數(shù)據(jù)信息，使得設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量和效率得以大幅度提升，極大地提高電氣自動化控制水平[3]。DCS主要包含顯示器、通信總線、控制系統(tǒng)三大結(jié)構(gòu)，可以集成化處理海量數(shù)據(jù)信息，便于技術(shù)人員更好地優(yōu)化和管理整個產(chǎn)品生產(chǎn)流程[4]。

1.2 技術(shù)優(yōu)點

PLC自動化技術(shù)具有抗干擾能力強、檢測精確度高、占用空間小等優(yōu)點，通過應(yīng)用該技術(shù)，可以最大化利用空間資源，促使農(nóng)業(yè)機械電氣控制裝置操作變得更加便捷化、智能化、高效化[5]。此外，應(yīng)用PLC自動化技術(shù)，可以精確檢測和處理農(nóng)業(yè)機械電氣控制裝置故障問題，有效提高該控制裝置的運行性能。

2 PLC自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械電氣控制中的具體應(yīng)用

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

農(nóng)業(yè)拖拉機在實際應(yīng)用時，通常會面臨比較復(fù)雜多變的工作環(huán)境，一旦其車身傾斜嚴重，則需要對作業(yè)路線進行更改和調(diào)整，但是，這種做法會降低拖拉機作業(yè)效率和質(zhì)量[6]。應(yīng)用PLC自動化技術(shù)設(shè)計拖拉機平衡控制裝置，可以有效地解決以上問題。

2.1.1 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件整體設(shè)計思路為：應(yīng)用PLC控制技術(shù)，采用傳感器檢測方法，對電液比例控制閥進行驅(qū)動處理，提高液壓缸響應(yīng)速度。為確保系統(tǒng)硬件所輸出信號為模擬量信號，選用以下兩種檢測裝置，分別是位移傳感器、傾角傳感器；選用以下兩種執(zhí)行元件，分別是液壓缸、電液比例換向閥，從而實現(xiàn)對模擬信號的實時全面接收。應(yīng)用故障報警器，對系統(tǒng)液壓缸極限情況進行實時檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常問題，系統(tǒng)會自動生成相應(yīng)的報警信號。系統(tǒng)硬件設(shè)計具體內(nèi)容如下：為提高系統(tǒng)運行性能，需要選用型號為FX2N-32MR的PLC，并將I/O端子統(tǒng)一設(shè)置為32個，其中，含有16個輸入端子、16個輸出端子。輸出信號屬于典型模擬序號，PLC和電液比例換向閥均無法直接接收輸出信號，因此，將FX2N-2AD輸入量擴展單元和輸出量擴展單元數(shù)量分別設(shè)置為2個、1個。此外，信號輸入主要涉及面板操作數(shù)據(jù)、觸摸屏參數(shù)數(shù)據(jù)、信號采集數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)不僅可以反映出系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)，還能將拖拉機故障報警信息呈現(xiàn)在顯示屏上，以引起相關(guān)工作人員的注意，為后期的拖拉機維修工作開展提供重要的依據(jù)和參考[7]。

2.1.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要包含主控制和信號采集兩個模塊。其中，主控制模塊可以控制和調(diào)整拖拉機車身整體平衡度。信號采集模塊可以對位移傳感器、傾斜傳感器兩種檢測裝置所傳輸?shù)哪M信號進行實時、全面的采集。系統(tǒng)在實際操作時，應(yīng)用PLC技術(shù)，可以實時檢測傾斜角信號值，并將最終的檢測結(jié)果與系統(tǒng)既定的極限值進行比較，如果傾斜角信號值低于系統(tǒng)極限值，則系統(tǒng)暫停調(diào)節(jié)指令的發(fā)出；反之，系統(tǒng)會自動發(fā)出調(diào)節(jié)指令，從而達到自適應(yīng)調(diào)節(jié)和控制拖拉機車身平衡度的目的[8]。

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

應(yīng)用農(nóng)業(yè)播種機電氣自動化控制裝置，可以實現(xiàn)對出水量的智能化調(diào)整和控制。在播種期間，通過應(yīng)用該裝置，可以確保播種速度與出水量呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，有效提高整個控制裝置的運行精確度[9]，而這得益于PLC技術(shù)的應(yīng)用。

2.2.1 FCS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)應(yīng)用

PLC自動化技術(shù)在具體應(yīng)用時，通常會用到FCS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)。在應(yīng)用FCS系統(tǒng)時，為充分發(fā)揮和利用PLC自動化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，需要借助現(xiàn)場總線控制模式，完成對通信網(wǎng)絡(luò)的搭建，以突出農(nóng)業(yè)播種機的可操作性，從而為農(nóng)業(yè)播種機機械電氣自動化控制提供安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境，便于相關(guān)人員安全、可靠地傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，從而提高農(nóng)業(yè)播種機生產(chǎn)效率和質(zhì)量。此外，還要重視對多種電氣控制裝置功能的設(shè)計和實現(xiàn)，便于工作人員更好地進行生產(chǎn)活動。在科學(xué)技術(shù)的不斷推廣和普及下，F(xiàn)CS系統(tǒng)技術(shù)方案逐漸向便捷化、自動化方向發(fā)展，完全符合某些工作的自動化實施要求，使得裝置自身的應(yīng)用效果最大化提升。在應(yīng)用DCS系統(tǒng)時，需要借助分散式控制模式，對農(nóng)業(yè)播種機進行自動化管理，同時，還能及時發(fā)現(xiàn)和處理危險區(qū)域，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。應(yīng)用DCS系統(tǒng)，可以為農(nóng)業(yè)播種機電氣控制打造安全、可靠的應(yīng)用環(huán)境。同時，借助PLC自動化技術(shù)，可以實現(xiàn)對現(xiàn)場控制站運行狀態(tài)的監(jiān)控和優(yōu)化，使得該控制裝置運行性能得以顯著提升。一旦該控制裝置出現(xiàn)故障問題，應(yīng)用DCS系統(tǒng)，也可以將相關(guān)故障問題快速上傳到控制平臺中，便于相關(guān)維修人員快速解決和處理裝置故障問題，從而提高該裝置的運行性能，延長其使用壽命。

2.2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

該控制裝置硬件主要是由PLC、輸出端口、旋轉(zhuǎn)編碼器等部分組成。硬件信息設(shè)置具體內(nèi)容如下：選用的PLC型號為FX2N-32MR；選用的液壓馬達型號為BMRD-160-AG5C；選用的旋轉(zhuǎn)編碼器型號為E6R-AG5C；選用的觸摸屏型號為GT1000；選用的比例放大器型號為E6R-AG5C；選用的比例調(diào)速閥型號為XQP5C3FSG001；選用的模擬量輸出模塊型號為FX2N-2AD；選用的報警喇叭型號為JSL-2DLED；選用的指示燈型號為LAY50。

2.2.3 控制方案設(shè)計

PLC作為該控制裝置的重要模塊，結(jié)合裝置實際應(yīng)用需求，重點設(shè)計測速功能、報警功能、水位監(jiān)測功能[10]。在設(shè)計程序時，要重點做好對主程序、施水執(zhí)行程序的科學(xué)化設(shè)計。為確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定化、精確化運行，應(yīng)用PLC自動化技術(shù)，自動化監(jiān)測施水速度，并將相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸至主程序中，然后，借助主程序，系統(tǒng)化分析數(shù)據(jù)信息，并提高施水操作的智能性和高效性。

1）PLC自動化控制設(shè)計。PLC主要是由輸入模塊、處理器模塊、存儲器模塊等部分組成。首先，為提高農(nóng)作物播種質(zhì)量和效率，需要對相關(guān)數(shù)據(jù)進行市場掃描和處理，以實現(xiàn)采樣準確輸入。其次，在執(zhí)行程序命令的基礎(chǔ)上，不斷地更新和輸出相關(guān)數(shù)據(jù)。在執(zhí)行程序命令期間，要按照從上到下、從左到右的順序，依次掃描相關(guān)信息數(shù)據(jù)，同時，還要對邏輯線圈進行實時調(diào)整和控制，從而達到智能化調(diào)節(jié)系統(tǒng)施水量的目的。當程序命令執(zhí)行結(jié)束后，PLC需要對數(shù)據(jù)進行刷新處理，并結(jié)合系統(tǒng)指令，精確化驅(qū)動處理相關(guān)設(shè)施。

2）顯示模塊設(shè)計。顯示模塊主要用于對測速、脈沖信號的實時化采集和顯示。為防止農(nóng)業(yè)機械裝置在實際運行期間因出現(xiàn)打滑而降低數(shù)據(jù)采集的真實性和精確度，在設(shè)計顯示模塊時，要采用同軸連接的方式，將地輪與編碼器進行有效連接，從而達到精確化采集相關(guān)數(shù)據(jù)的目的。此外，還要結(jié)合相關(guān)控制方案，將8個LED設(shè)備科學(xué)地設(shè)置到系統(tǒng)中，并對這些設(shè)備進行并聯(lián)處理，然后，借助LED顯示屏幕，完整化、實時化顯示水位高度、故障信息等，從而達到智能化控制農(nóng)業(yè)播種機運行狀態(tài)的目的。這表明：顯示模塊設(shè)計在有效提高農(nóng)業(yè)播種機運行性能、保證農(nóng)作物播種質(zhì)量和效率、降低播種成本等方面具有重要作用。

2.3 PLC在農(nóng)產(chǎn)品加工機械電氣自動化控制裝置中的應(yīng)用

PLC自動化技術(shù)憑借著自身集成度高的特點，被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品加工機械電氣自動化控制裝置中，并取得了良好的應(yīng)用效果。PLC自動化技術(shù)具體應(yīng)用如下。

2.3.1 PLC自動化控制設(shè)計

結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品加工需求，確定PLC自動化控制設(shè)計流程，如圖1所示。技術(shù)人員要嚴格借助該控制設(shè)計流程，對加工機械電氣自動化控制裝置進行科學(xué)設(shè)計。

圖1 PLC自動化控制設(shè)計流程

2.3.2 硬件設(shè)計

為保證系統(tǒng)硬件設(shè)計質(zhì)量，需要將開關(guān)量輸出量設(shè)置為9個，將開關(guān)量輸入量設(shè)置為3個，將模擬量輸入量設(shè)置為2個。在選擇相關(guān)設(shè)計方案時，要結(jié)合繼電器型號，選用合適的PLC控制方案，從而最大限度地提高農(nóng)產(chǎn)品控制效率。在系統(tǒng)硬件中選用開關(guān)量輸入模塊時，優(yōu)先選用FX2N-32MR的輸入設(shè)備。此外，借助總線方式，將觸摸屏與PLC進行有效連接。在此基礎(chǔ)上，將熱電偶輸入擴展模塊與FX2N-32MR輸入設(shè)備進行有效結(jié)合，保證兩路輸入的穩(wěn)定性。同時，還要選用型號為PT100的數(shù)字傳感器。

2.3.3 軟件設(shè)計

在節(jié)能系統(tǒng)軟件設(shè)計時，通常會涉及參數(shù)設(shè)置模塊和流程控制模塊。其中，參數(shù)設(shè)置模塊主要是指在進行參數(shù)設(shè)置時，要科學(xué)地設(shè)置和規(guī)定產(chǎn)品加工時間、產(chǎn)品加工溫度、電機正轉(zhuǎn)延時等參數(shù)。流程控制模塊主要是指在進行流程控制時，要實時調(diào)整和控制產(chǎn)品加工溫度和加工物料運行狀態(tài)。為了進一步提高系統(tǒng)軟件設(shè)計質(zhì)量，技術(shù)人員要結(jié)合產(chǎn)品實際加工情況，設(shè)計出自動化控制模式、人工控制模式兩種溫度控制模式。在自動控制模式下，結(jié)合產(chǎn)品加工溫度控制需求，對加熱開關(guān)進行自動化控制。在人工控制模式下，需要采用人工控制的方式，對加熱開關(guān)、加工模式進行手動化控制。

3 結(jié)束語

綜上所述，PLC自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機械運行等方面發(fā)揮出重要的作用，通過運用該技術(shù)，可以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械的電氣自動化控制。本文應(yīng)用PLC自動化技術(shù)，重點設(shè)計農(nóng)業(yè)拖拉機、農(nóng)業(yè)播種機、農(nóng)產(chǎn)品加工機等機械電氣控制裝置，以期最大限度地提高農(nóng)業(yè)機械智能化控制水平，對提高農(nóng)業(yè)發(fā)展質(zhì)量和速度產(chǎn)生積極影響。由此可見，PLC自動化技術(shù)具有較高的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，值得被進一步推廣和應(yīng)用。