基于PLC的精密播种机播种深度控制系统研究
基于PLC的播种机械电气自动化技术分析
基于P L C 的播种机械电气自动化技术分析王馨瑶1 孙 英21.河北工业大学芬兰校区,芬兰拉彭兰塔538502.河北工业大学电气工程学院,天津300401摘要:为了进一步减少农业人力成本,可以利用P L C 技术提升农业播种的效率与质量㊂基于此,通过对P L C 技术的运行优势以及传统播种技术的弊端进行概述,阐述出基于P L C 技术的播种机械电气自动化技术优势以及系统设计,通过P L C 技术将电气自动化与计算机技术和播种深度融合,分析了播种机械的核心组成以及是否存在增量误差㊂分析结果表明,播种装置研发的多功能性以及与电气自动化融合形成自动化智能播种将会成为未来的发展方向,应加强P L C 技术的研发应用,提升我国播种机械的自主程度,真正为农业现代化的智能化㊁高效化做出贡献㊂关键词:P L C 技术;播种;电气自动化;机械中图分类号:S 776.243D O I :10.3969/j.i s s n .2097-065X.2023.06.0090 引言可编程逻辑控制器简称P L C (P r o gr a mm a b l e l o gi c c o n t r o l l e r ),是一种基于计算机㊁通信等先进技术开发的自动化控制技术,具备可编程功能㊁数据处理技术㊁逻辑运算功能㊁存储功能以及定时及自动控制等功能,可通过程序的编写在系统中实现电气自动化控制的效果[1-2]㊂P L C 的本质是拟人化地进行逻辑思维以及行为方式,有效解决了以往电气工程中项目能耗较高㊁灵活性低及线路复杂等弊端,在微处理器的辅助作用下实现了P L C 技术的广泛应用,在生产实践中获得了良好的延展性,借助计算机技术严格把控机械的整个生产过程,有效提高了电气自动化控制的生产效率㊂作为行业创新性技术,P L C 技术实现了传统播种业与计算机技术的深度融合,运用到电气自动化行业后能够大幅度增长企业的生产经营效益,提升整个工业生产过程的安全性及稳定性,具体构成如图1所示㊂图1 P L C 构成图与传统工业的生产过程相比,在电气自动化控制技术中应用P L C 技术具有诸多不可替代的优势㊂通过对计算机的电源系统㊁C P U 以及存储器等模块进行整合,有效地简化了企业的电气自动化生产流程,具有更加灵活的接线方式,有效提升了通信的稳定性和运行灵活度㊂其具有体积小㊁能耗低㊁编程简单易学㊁稳定性高㊁抗干扰能力强㊁总体的构造设计与安装调试工作难度都极低的工作特性,通过准确编程及不断修改程序设定,使其能满足一些传统工业电气化难以实现的有效控制,动态地对系统进行监测及保护,有效提高了电气自动化的适应性及稳定性㊂随着大规模超大规模集成电路等微电子技术㊁通信网络㊁数据处理以及图像显示技术的发展,P L C 技术的网络通信能力㊁智能模块功能以及外部自行诊断分析技术的不断优化增强,使得P L C 技术在工业中的电气自动化领域应用愈加广泛㊂通过对科学技术及现代信息技术的不断发展及优化,P L C 技术随之进行不断的优化与升级,有效地降低了机械制造的成本,保证了生产的稳定性㊂首先,P L C 能适用于各种类型的机械电气控制系统㊂P L C 不仅具有处理数字量和模拟量的能力,还具有处理数据㊁数据预算以及网络通信的能力,因此可以对不同电气控制系统中的数据进行分析,最终达到控制机械生产的效果,随着我国对P L C 技术在电气自动化控制的应用与不断深化,工业智能化将会越发完善,有利于更加合理高效的应用各类设备㊂因此在我国的电气自动化控制领域中,P L C 技术将会成为一项不断向信息㊁智能化㊁集成化以及系统发展的核心技术并被广泛应用于我国电气自动化中,通过在系统中直接进行指定造作动作的P L C 软件编程,然后将其进行输出到指定末端已完成规定动作,其广泛应用对我国生产的健康发展具有巨大㊃52㊃基于P L C 的播种机械电气自动化技术分析王馨瑶 孙 英Copyright ©博看网. All Rights Reserved.经济社会意义㊂近年来,我国虽然在互联网及人工智能等新兴技术产业上成绩卓越,但仍有一些行业的生产模式较为落后,农业尤为明显㊂虽然现在农业中有不少播种机械,但出于种种原因,不少农民仍采用人工播种,人工播种的弊端显而易见,例如:(1)人工播种效率较为低下,加上精力有效,播种效率会在后期越来越低,如果播种工序繁杂则会导致播种时长被极大拉长,无法形成规模化种植产业㊂(2)人工成本远高于机械成本,会造成农户极大的经济压力,甚至造成农业种植生产成本不断增加[3-4]㊂1软件系统设计播种机械的电气自动化控制系统软件设计尤为重要㊂播种机械电气自动化控制系统主要由5个部分组成:传感器组件㊁P L C监测平台㊁机械执行组件㊁电液比例方向组件以及比例控制放大器㊂在机械作业时,通过传感器对信息进行采集并传送至P L C监测平台,而后经过平台对信息的处理向比例控制放大器传递控制信息,从而控制电液比例方向阀操控末端组件进行规定动作,利用P I D控制程序的子程序控制比例阀进行规定操作㊂各传动装置按照预定负载率运行[5],负载率计算公式如下:α=W iW i,e(1)式中,W i为第i台传动设备的实际功率;W i,e为其额定功率㊂由于传动过程中设计变频装置,故采用α确定传动的方向及大小,根据此原理可计算得到负载分配公式[5]:D i=D e,i Dðn i=1D e,i(2)在电气自动化控制系统中,电机的控制方式采用的是P I D算法中的P I控制,其连续性控制方程[6]如下:u(t)=K p e(t)+K iʏt e(t)d t(3)式中,K p为比例增益项;K i为积分增益项㊂可知其数字离散方程为U n=K p(e n+T s T iðn i=0e i)(4)式中,U n是采样第n次的输出值;e n为与前一次采用的偏差值;T i为积分时间㊂因此,可知前一次的离散方程为U n-1=K p(e n-1+T s T iðn-1i=0e i)(5)由两次离散方程的差可知:ΔU n=K p(1+T s T i)e n-K i e n-1(6)由于采用的是增量式P I控制,故可有效避免误差的累加现象㊂2 P L C控制器作为本设计的核心技术构件,P L C技术控制器的选用十分关键㊂对大量的P L C控制器性能及参数对比后选择西门子S7-1500型控制器作为此系统的核心控制器[7],取消传统的控制平台操作,采用P L C核心控制的方式对播种机械进行动作指令传达,使其在电气自动化基础上更加智能,利用编程对机械预定动作进行编写及程序输入㊂综合上述播种机械整体结构与运行策略,明确以P L C为核心的各装置间关系,使其成为自动化播种机械设备,真正实现播种机械以及电气自动化传动,利用电子信息技术进行传动,达到播种的智能化与综合化的目的,同时将中央处理单元㊁储存器等参数进行设定,部分参数见表1㊂表1P L C控制器参数参数参数值尺寸(mmˑmmˑmm)180ˑ120ˑ50材质钛铝合金工作电压(V)10~25工作温度(ħ)-20~50储存卡型号6F S7952-1K L00-0A A0配电箱R P G-1000S工作频率(MH z)72为防止设备产生反电势影响系统正常运行,应在P L C控制器外围加装滤波装置㊂3 P L C编程技术选择P L C控制器的基础后,该设计通过集成设计[8]把复杂的自动控制程序划分为可循环的工作语言,建立了一个模型㊂在这项设计中,此模型主体程序可划分为4个部分:核心芯片应用部分㊁信号传输部分㊁设备运行监督部分㊁串行通讯部分㊂核心芯片应用部分主要内容为对寄存器与传感器的工作内容进行分配;信号传输部分是指对控制器传出与传入的指令进行检查;设备运行监督部分主要对设备的传动部分进行监督,记录其使用时间与次数,当达到㊃62㊃数字农业与智能农机第6期2023年6月Copyright©博看网. All Rights Reserved.预定值时控制设备启停;串行通讯部分工作内容为扫描该设备各部件的通讯功能[8]㊂因该设计选择了部分化的编程方法,所以在设计整个系统时,对每一个部分了分别进行调试,在所有的部分都调试完毕之后,将所有部分进行了集合,随后作为一个系统的主要运行系统进行了整体的调试㊂同时,在该设计中,使用了使用字符串数组的编辑方法,将系统的各部分单元与系统中的部件连接起来,并将相应的信息存储起来,然后将其定义为P L C 程序,此工作的目的是在编译的时候,将程序中的梯形图转换为指令表㊂梯形图是为了表达各编程元件之间的逻辑关系而绘制的一种图形语言,根据梯形图拥有提高系统的操作速率,提高控制层的可读性的特点,因此在转化为指令表时,严格按照梯形图中不同符号间的相关性,指令选取与表达顺序的正确性完成了对指令表的转化㊂4 P L C 系统优化对传动装置的控制在此类设计中一直是难点,此设计直接从驱动装置进行优化,完成了对传动装置的控制,此驱动装置是该设计的主要设计创新,此驱动装置在此设计中应用P L C 的命令来控制驱动装置[9]㊂在设计之初,为满足对驱动装置的设计需求,在配备P L C 控制器的同时,设置驱动电源电压为20V ,随之将电机绕组连接到该设计中传动装置的对应线路后,P L C 控制器的外部连接处应与驱动装置的主要连接处相连㊂同时为使P L C 控制系统不会被驱动装置的电压所影响,在控制系统和驱动程序之间预设了缓冲值㊂P L C 控制器与驱动装置的连接方式如图2所示㊂图2 P L C 控制器与驱动装置的连接方式据图2所示的连接方式,将驱动装置与P L C 控制器紧密相连,在硬件部分实现了对该设计传动装置的控制㊂5 结语随着我国科技水平和现代化农业技术的不断提升,机械自动化技术运用在播种工作上指日可待㊂目前我国正向着大面积机械化耕作的目标大步前进,传统播种技术已无法满足现代农耕的需要,且传统播种技术人力耗费大㊁资源占有率高㊁资源浪费率高,而将机械自动化技术运用在播种工作上可以达到将人力资源浪费降到最低,农作物生产最大合理化㊂将P L C 技术用于设计播种机械是实现播种工作机械自动化目标的重要尝试,是对于电气自动化与电子信息化知识的充分运用㊂本文对如何将P L C 技术运用于播种机械进行了详细介绍,主要内容包括其软件系统设计㊁P L C 控制器的选用㊁P L C 编程技术以及对机械系统困难点的解决方案,以提升对于播种工作的自动化程度㊂随后将通过实际运用情况,对P L C 如何更好地应用于现代农业各种工作做出总结,真正让P L C 技术为我国实现农业现代化提供帮助㊂参考文献:[1] 冯汛,倪红军,石健,等.P L C 的应用发展与前景[J ].机床与液压,2016,44(2):203-206.[2] 曹海兰,张媛.基于P L C 技术的焊接机器人主从协调运动控制系统研究[J ].计算机测量与控制,1-7[2023-03-10][3] 张立明.基于P L C 控制器的电力系统机械手自动化控制系统设计[J ].粘接,2022,49(3):129-134.[4] 王祥傲,张国栋,王帅康,等.基于物联网和P L C 的园艺育苗监控系统设计[J ].商丘师范学院学报,2023,39(3):25-29.[5] 殷淑霞.基于P L C 的辐照储运传动自动化控制系统[J ].流体测量与控制,2023,4(1):72-76.[6] 刘丹.P L C 的采摘机械手电气自动化技术分析[J ].南方农机,2023,54(4):78-80.[7] 孙洁,王兴楠,孙晔,等.基于P L C 的工业云平台控制系统设计[J ].电气传动,2020,50(7):69-73.[8] 魏秋轩,胡旻辉,黄斌达.自动化打磨集成工作站设计与实现[J ].机电信息,2023(4):32-36.[9] 范吉鲁.煤矿胶带运输机中P L C 技术的应用探析[J ].机械管理开发,2022,37(12):272-273.作者简介:王馨瑶,女,2002年生㊂研究方向为电气自动化㊂孙 英,女,1970年生,工学博士,河北工业大学电工电子教学中心副主任㊂研究方向为新型磁性材料与器件及传感技术㊂㊃72㊃基于P L C 的播种机械电气自动化技术分析王馨瑶 孙 英Copyright ©博看网. 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精密播种机监控系统的设计和研究
这些年，伴随电子工业的不断发展，监控系统也逐渐完善与成熟。
农业生产作业当中最基本的步骤就是播种，它也在根源上保证着丰产与丰收。
精密播种机已经被普遍使用在现代农业播种工作当中，我们国家大多利用的是机械式播种机，整个工作当中会有由于漏播或重播而导致农作物减产问题，这主要是由于整个播种过程中是完全封闭的。
所以针对精密播种机的监测系统进行更加科学的设计和研究能够有效的提升播种的质量，这在智能农业方面也是有着重要意义的。
1.国内外田间播种监控系统的研究成果1.1国外监控系统研究成果在播种监控系统上，国外的研究时间是更早的，很多发达国家也不断加强了农业装备电子信息应用技术在播种监控方面的设计与研究。
上一世纪七十年代他们就已经着手并加大力度、加快研究进度，他们研发的几类监测系统可以在播种机出现故障问题时进行报警，其原理是利用对不同类别的排种器工作状态进行监控。
伴随高科技的不断进步，很多新型技术也被运用到了播种机监控系统当中，例如G P S定位系统。
并且很多更加先进的监控系统能够针对播种的各项具体参数进行运算并显示出来。
1.2国内监控系统研究成果我们引进并吸收了国外的多种精密播种机，并且对精密播种机的监控方面的研究投入也有了不小的增加，这使得我国在这方面的研发工作也有了不小的进展，我们国家已经研制成功了能够对故障进行声音与光报警并且每一行的播种速度与数量等参数都能够进行显示的装置，原理是传感器的信号转换电路。
并且也随着单片机、传感器以及虚拟机等技术的进步，我国正在精密播种机监测系统的智能化与自动化方面也有了不小的进展。
河北农大的刘教授通过研究已经实现了利用单片机针对重播与漏播分别进行相应形式的声光报警进而对精密播种机在排种工作能力进行监测，同时能够对重播与漏播的占比进行实时的计算，再利用显示器将其显示出来。
吉工大的马先生也利用计算机图形处理的技术给出了一套精密排种机的性能监测系统。
这一套系统利用图像的增强、平滑等一些方式，针对种子的动态图像进行一个精密的分析，这样能够很好的提升图像质量以及图像的作用，而且为了更好的对重播与漏播等参数进行检测，他也给出了按照种子的面积以及间距对排种器性能进行检测的提取方法，这一方法对我们国家精密排种机在工作性能方面的要求有了良好的满足。
基于PLC的玉米播种机设计与试验
播种作业的 季 节 性 强，劳 动 强 度 大，是 玉 米 生 产 没有完全成熟，对播种作业质量造成了影响。首先是
过程中一个耗时费力的环节。播种质量对玉 米 出 苗 排种器的容量固定，一次性容纳的不同玉米品种种子
率和整齐度有较大的影响，从而影响到最终的产量。 数量各异，排种的精度无法保证。其 次，部 分 型 号 机 传统种植 模 式 中 的 玉 米 播 种 由 人 工 完 成，不 仅 效 率 械的播种株间距不能调整，降低了对玉米品种和种植
的应用价值，成为重要的粮食作物。此 外，玉 米 还 可 发提升了我国玉米生产的技术水平，是玉米高产稳产
以被加工成轻工业品、医药和饲料，是用途广泛的经 的重要保证。
济作物。我国玉米历年来的种植面积和消费规模都 很庞大，在国民经济中占有重要的地位［1］。
我国玉米播种机 已 呈 现 出 良 好 的 发 展 局 面 ，但 在 实际应用中仍暴露 出 一 些 问 题 ，主 要 体 现 为 部 分 性 能
2019 年 7 月
农机化研究
第7 期
基 于 PLC 的 玉 米 播 种 机 设 计 与 试 验
胡元乾
（ 重庆三峡职业学院，重庆 万州 404155）
摘 要： 玉 米 的 种 植 面 积 和 消 费 量 都 很 大 ，在 我 国 国 民 经 济 中 占 有 重 要 地 位 。为 满 足 生 产 的 需 求 ，我 国 开 发 出 了
玉米的净光合速率比小麦和水稻高出 2 ～ 3 倍，因 此产量相对较高 。 玉 米 的 营 养 物 质 以 淀 粉 、蛋 白 质 和 脂肪 为 主，还 含 有 人 类 所 需 的 大 量 氨 基 酸 ，具 有 很 高
了研究 ，为适用于山 地 丘 陵 的 小 型 玉 米 播 种 机 型 号 选 择提供了依据［5］。 赵 静 等 通 过 优 化 液 压 系 统 的 结 构 ， 设计出折叠式的免耕玉米播种机［6］。这些机 械 的 开
基于PLC的玉米播种机监测系统设计
基于PLC的玉米播种机监测系统设计彭丽芳;杨自栋【摘要】播种作业是农业生产的重要环节,播种过程中出现的种箱排空、开沟器堵塞、地轮打滑等现象会引起漏播,造成玉米减产.对播种机工作状态的精确检测是减少漏播现象发生的有效措施.设计的监测系统以三菱FX系列PLC为控制核心,采用霍尔传感器、电容式接近开关对拖拉机、地轮、勺盘的速度及种箱和开沟器等进行检测,以文本显示器作为人机对话工具,进行参数设定,并显示玉米播种数量、播种速度和当前滑移率.当出现滑移率过大、排种堵塞和种箱排空等故障时能及时报警.同时,根据控制要求设计了信号检测和数据处理的PLC硬件电路、梯形图以及文本显示器的控制页面.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2013(035)006【总页数】4页(P170-173)【关键词】玉米播种机;播种监测;PLC;梯形图【作者】彭丽芳;杨自栋【作者单位】山东理工大学,山东淄博255049;山东理工大学,山东淄博255049【正文语种】中文【中图分类】TP277;S223.20 引言2BYF-4型玉米播种机由地轮驱动转勺式播种器，实现均匀播种。
在播种过程中，出现的种箱排空、排种器故障、开沟器堵塞及地轮打滑等现象，都会影响到播种质量。
驾驶员若不能及时发现问题，就会导致一行或数行不能够正常播种，从而造成玉米减产。
因此，对影响播种质量的主要参数进行监测，对农业生产有重要的意义。
1 控制方案针对播种机监测信号以开关信号为主的特点，系统基于硬件、软件两方面考虑，采用可编程控制器PLC进行控制。
在硬件方面，PLC的输入/输出单元具有光电隔离和电平转换的功能。
输入可以直接接受各种开关量的传感器信号；输出具有一定的驱动能力，可以分组驱动不同电压等级的负载。
由此省去了单片机开发时大量外围电路的设计，而且抗干扰能力强，更适用于农田作业现场。
在软件方面，PLC采用的编程语言梯形图与电气控制线路图相似，较之单片机的汇编语言或C语言更加简单且直观，编程和调试周期更短。
一种基于PLC控制技术的穴盘播种装置的设计
一种基于PLC控制技术的穴盘播种装置的设计作者：苗杰来源：《农机使用与维修》2017年第10期摘要：在蔬菜秧苗移栽过程中，蔬菜播种育苗是蔬菜生产过程中一个重要技术环节。
人工进行穴盘育苗播种过程中，效率低、劳动强度大、费时、技术性强。
传统育秧装置采用大量机械传动依靠人工调节播量和速度等参数，限制了育秧可靠性。
本文介绍了一种基于PLC控制技术的穴盘育秧播种装置研发设计过程，利用PLC作为控制机构，传感器、步进电机和汽缸作为输入输出装置，大大提升了育秧环节的精确度，降低了漏播率。
关键词：PLC；穴盘育秧机；穴盘播种；电动机中图分类号：S2232文献标识码：Adoi：10.14031/ki.njwx.2017.10.0080引言在蔬菜秧苗移栽过程中，蔬菜播种育苗是蔬菜生产过程中一个重要技术环节，是一项劳动强度大、费时、技术性强的工作。
人工育苗技术靠经验，技术失误多，并且单凭经验育苗很难掌握和推广。
穴盘育苗机可大大提高育秧效率，其中穴盘播种装置是育秧机的核心结构。
传统机具大都采用机械式播种，即依靠一定的机械传动原理实现播种动作，优点是结构简单，造价便宜，但播种可靠性差，不均匀，漏播率高[1]。
PLC控制系统（Programmable Logic Controller）即可编程逻辑控制器，是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，通过编程可替代大量逻辑硬件。
育秧播种工作逻辑清晰，工作频率和工况符合PLC使用要求。
本文设计研发了一种以气吸播种为原理，以穴盘播种为农艺基础，采用PLC控制系统对气动及电气系统进行自动控制，实现蔬菜籽粒一穴一粒播种的穴盘播种装置。
提高了播种效率，降低了漏播率，同时可方便调节播种参数，无需对硬件进行改动。
1穴盘播种装置总体结构穴盘播种装置由PLC控制装置、调速电机传送带、步进电机压穴装置、光电传感器、霍尔传感器、气动播种装置六部分组成，示意图如图1所示。
工作时，将穴盘放在传送带左端，光电感应器感应到穴盘后PLC启动传送带电机，穴盘传送到穴盘压穴装置附近的传感器位置时，PLC控制压穴步进电机按预设方向和频率工作，通过连杆机构带动压穴端对穴盘中的基质进行压穴动作。
基于 PLC 的精密播种机播种深度控制系统研究
基于 PLC 的精密播种机播种深度控制系统研究温丽萍;张永;范雄飞;张春慧【摘要】In order to solve the existing problems of traditional PC and MCU control system in the control process , appli-cation and implementation of the PLC and touch screen in the precision planter depth control system were studied .The main contents include the working principle of the control system , the composition of the hardware system and the design of software system .Also there was a detailed description of the PLC software programming , touch screen software pro-gramming and the realization of the PID algorithm .Practical application shows that the system is capable of stable opera-tion and high reliability , it is easy to operate and maintenance , the promote value and the use value are relatively high .%针对传统PC机和单片机控制系统在控制过程中存在的问题，对 PLC 和触摸屏在精密播种机播种深度控制系统中的应用与实现进行了研究，主要内容包括控制系统的工作原理、系统硬件组成和系统软件设计。
基于PLC的精准施水玉米播种机控制系统设计
2020年9月下王祯祯（郑州理工职业学院，河南 郑州 451150）摘 要：伴随科学技术的发展，如何在农业生产进程中运用先进技术手段，助推农业朝着现代化、自动化、智慧化方向发展，成为农业领域的热议问题之一。
其中，PLC 作为可编程逻辑控制器，是数字电子技术集成的产物，能在机械设备运转进程中发挥计数、定时、顺序控制、逻辑运算等作用，丰富机械设备功能，满足人们有关设备的现实使用需求。
文章基于PLC 设计了精准施水玉米播种机控制系统，以期提高玉米播种机综合质量，为农用设备现代化变革提供参考。
关键词：PLC；精准施水玉米播种机；控制系统中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）18-0024-02——————————————作者简介： 王祯祯（1990—），女，河南信阳人，本科，助教，研究方向：电气工程及其自动化。
1 坐水播种技术的生产背景马洪亮等[1]指出，在秸秆覆盖量及需水量一定的条件下，土壤初始水量控制为15%，以160mL/m 为标准施水可有效缩短出苗期。
在施水作业时，为提高萌发率、出苗率，需合理控制施水量。
国内农民结合土壤实况，发明了坐水播种技术，以抗旱保苗。
华北地区通常在6月播种，灌水播种可保苗到7月至接墒雨，有效减少水量。
同样存在春旱的保加利亚、加拿大、美国等国家则采用少耕免残茬覆盖、深松深耕、保水耕作、集水耕作等技术抗旱保苗。
国内坐水播种技术于20世纪中后期兴起，有效解决了干旱地区玉米播种的问题。
1997年，孙骊等[2]针对土壤条灌施水播种坐水量及玉米出苗率关系进行了研究。
2000年，陈礼德等[3]针对自重条件下坐水播种机器设备载水量、管路系统、流量等方面进行研究，客观上为施水播种机械化发展奠定了基础。
2 国内施水播种机概况2.1 条灌坐水播种机械条灌坐水播种机械设备补水装置由阀门、输水管路、水箱等结构组成，水箱满载量是400kg，其虽然具有机具成本低、结构简单、应用便捷等优势，但是存在水资源浪费问题，补水次数频繁，会影响播种效率。
基于PLC的精密播种机播种深度控制系统研究
基于PLC的精密播种机播种深度控制系统研究摘要本文研究了基于PLC的精密播种机播种深度控制系统。
首先，阐述了该系统的设计目的和范围，并分析了当前播种机控制系统存在的问题。
然后，介绍了系统的硬件和软件构成。
硬件包括传感器、执行器、PLC等，软件则包括控制算法、HMI人机界面等。
通过实验验证了该系统的稳定性和可靠性，并分析了实验结果。
最后，提出了优化方案和展望。
关键词：PLC，播种机，控制系统，深度控制AbstractThis paper studies the seeding depth control system of a precision seeder based on PLC. Firstly, the design purpose and scope of the system are explained, and the problems of the current seeder control system are analyzed. Then, the hardware and software composition of the system are introduced. The hardware includes sensors, actuators, PLC, etc., and the software includes control algorithms, HMI interface, etc. The stability and reliability of the system are verified through experiments, and the experimentalresults are analyzed. Finally, optimization schemes and prospects are proposed.Keywords: PLC, seeder, control system, depth control一、绪论随着农业机械化水平的不断提高，播种机已经成为农业生产中不可或缺的重要设备之一。
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电 磁 阀
比例 电磁
度 的精确控制。 作为 目前 自动控制 系统 中普遍 应 用 的控 制器 ，
Ｐ Ｌ Ｃ具 有扩 展 灵 活 、 编 程方便 、 稳 定 可 靠 和 抗 干 扰 能 力 强等 优 点 ， 其 结 构特 点 完 全 能 够 满 足 播 深 控 制 系 统
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ； Ｓ １ ２ ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３ － １ ８ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ４） ０ ２ － ０ ０ ９ ８ － ０ ４
０ 引言
播 种 深度 作 为 精 密播 种 机 播 种 作 业 中 的 重 要 指 标 之一 ， 对作 物 产量 具 有 非 常 大 的影 响 。为 了 保 证农
等 功能 。
由于控制系统 的输入输 出包含多路模拟量信号 ，
所 以需 单 独 选 择 模 拟 量 输 入 输 出模 块 。本 系 统 模 拟 量 输 入模 块 的型 号 选 用 西 门子 Ｅ Ｍ２ ３ １ Ｃ Ｎ（ ４路 电 流 输入） ， 模 拟量 输 出模 块 选 用 西 门子 Ｅ Ｍ２ ３ ２ （ ４路 电 流
２ ４ Ｖ Ｄ Ｃ， 外部 接 Ｖ Ｉ 包括 １ 个 Ｒ Ｓ ２ ３ ２串 口 、 １个 Ｒ Ｓ ４ ８ ５串
口、 ２个 Ｕ Ｓ Ｂ接 口和 １个 Ｒ Ｊ ４ ５以太 网 口 。
这将实时控制 开沟器 的深 度调节 装置 ， 保 证快速 、 准 确地调整播种作业 的深度 ， 有效地实 现播种机播深 的
精确 控 制 。
液压 缸 调节机构 开沟器
作物的播种质量 ， 播种深度的精确控制正受到越来 越 多 的人 关 注 ｕ 。 由于传统 Ｐ Ｃ机和单片机控制系统在控制过程 中 存在对 工 作 环境 要 求 高 、 可靠 性 低 、 推 广性 差 等 问
时对采集到的相关信息进行集中显示。
１ 控制 系统 的工作原 理
２ 系 统 硬 件 设 计
控制系统工作原 理如 图 １所示 。采用 超声 波传 感器对地面上下起伏的位置信号进行采集 ， 当开沟器 作业时带动超声波传感器一起运动 ， 超声波传感器实
时将 检测 到 的地 面 位 置信 号 转换 成 电压 （ 电流 ） 信号 ； 同时 ， 将 采集 到 的 数据 送 入 Ｐ Ｌ Ｃ控 制 器进 行 相 应 的处 理， 并且 将 处 理 结 果 输 出 到 模 拟 量 输 出模 块 ， 进 而 驱 动 电磁 阀进 行 相 应 的动 作 ， 控 制 油 缸 的下 降 或 上 升 。
２ ０ １ ４年 ２月
ห้องสมุดไป่ตู้
农 机 化 研 究
第 ２期
基于 Ｐ Ｌ Ｃ 的 精 密 播 种 机 播 种 深 度 控 制 系 统 研 究
温 丽 萍 ，张 永 ，范雄 飞 ，张春 慧
（ １ ． 内蒙 古 农业 大学 机 电 工程 学 院 ，呼 和浩 特 摘 ０ １ ０ ０ １ ８；２ ． 内蒙 古 大 学 电 子信 息 工 程学 院 ，呼 和浩 特 ０ １ ０ ０ ２ １ ）
要 ： 针对 传 统 Ｐ ｃ机 和单 片 机 控制 系 统 在控 制 过 程 中存 在 的 问 题 ， 对Ｐ Ｌ Ｃ和 触 摸 屏 在 精 密 播 种 机 播 种 深 度
控制 系统 中的 应用 与 实 现 进行 了研 究 ， 主 要 内容 包 括 控 制 系统 的 工 作 原 理 、 系 统 硬 件 组 成 和 系统 软 件设 计 。 分
通 讯作者 ：张
永（ １ ９ ７ ０一 ）， 男， 呼和 浩特人 ， 教授 ， 硕 士生 导师 ， （ Ｅ—
ｍａ ｉ ｌ ）ｙ ｏ ｎ ｇ ｚ ＠ｉ ｍａ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
２ ０１ ４年 ２月
农 机 化 研 究
第 ２期
触摸 屏 选 用 的 是 一 套 以 嵌 入 式 低 功 耗 Ｃ Ｐ Ｕ （ Ａ Ｒ Ｍ ９内核 、 ４ ０ ０ Ｍ 主频 、 ６ ４ Ｍ Ｂ 内存 、 ６ ４ Ｍ Ｂ存 储 空 问） 为核心的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设 计采用 了 ７ 英寸高亮度 Ｔ Ｆ Ｔ液 晶显示屏 ， 供 电电源为
的要求 。同 时， 将 一种 Ｐ Ｉ Ｄ算 法应 用 于该控 制 系统
中， 其 在 改善 控 制 系统 的动 态 品质 方 面 起 到 了很 好 的 作用。
图 １ 控 制 系 统 工 作 原 理 简 图
通过 嵌入 式一 体化 触摸 屏 实现 对 相关 参 数 的实 时 设置， 触摸 屏 通过其 通信 端 口实 现与 Ｐ Ｌ Ｃ通讯 ， 并 且 实
别对 Ｐ Ｌ Ｃ软 件 编程 、 触 摸 屏 软 件编 程 及 Ｐ Ｉ Ｄ算 法 的实 现 等做 了详 细 说 明 。实 际 应 用 表 明 ， 该系统具有运行稳定 、
可 靠性 高 、 操 作 维 护 方便 等 优 点 ， 具 有较 高 的推 广 和使 用 价 值 。 关键词 ：精密播种机 ；播种深度 ；控制 系统 ；Ｐ Ｌ Ｃ；触摸屏 ；Ｐ Ｉ Ｄ算法
输 出）
基 金项 目：圈家 自然科学基 金项 目（ １ １ ２ ６ ２ ０ １ ５ ） 作 者简介 ：温丽萍 （ １ ９ ８ ４ 一） ， 女， 内蒙古包头人 ， 助理工程师 ， 硕士研 究
生 ， （ Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ）１ ７ ９ ４ ０ ４ ６ ７ ４ ＠ｑ ｑ ． Ｃ Ｏ Ｉ ｎ 。
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ２ ９
硬 件 系统 构 成 图如 图 ２所示 。 控制 系 统 Ｐ Ｌ Ｃ选 用 西 门 子 ｓ ７ — ２ ０ ０ ， 该 控 制 器 集
成１ ４ 输入／ １ ０输 出共 ２ ４个数 字量 Ｉ ／ ０点 ， ２输 入／ １
输 出共 ３个 模 拟 量 Ｉ ／ Ｏ点 ， 具 有强大 的扩展功 能 ， 支 持Ｐ Ｐ Ｉ 通 讯协 议 、 ＭＰ Ｉ 通讯协议 ， 同 时具 有 自整 定 Ｐ Ｉ Ｄ