PLC技术在农机电气控制系统中的应用与研究_孙菁.pdf

第 50 卷第 1 期农业工程与装备2023 年 2 月Vol.50No.1AGRICULTURAL ENGINEERINGAND EQUIPMENTFeb.2023PLC 技术在农机电气控制系统中的应用与研究孙菁(曹妃甸职业技术学院，河北 唐山 063000)摘要：电气控制系统一般由输入部分、逻辑部分、执行机构组成，操作人员通过操作各种电气元件，使其按照系统编程执行指令，完成对设备的控制、保护、监测。PLC 技术是构建农机电气控制系统的一项核心技术，深入研究 PLC 技术在农机电气控制系统中的应用，充分发挥该技术在实现设备自动化控制、完成设备故障监测、保障设备安全运行等方面的优势，对于提高农机的操控性，提升农机的自动化水平和综合性能具有重要意义。关键词：PLC 技术；农业机械；电气控制中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：20968736(2023)01004802Application and research of PLC technology in the electricalcontrol system for agricultural machineSUN Jing(Caofeidian Vocational and Technical College,Tangshan,Hebei 063000,China)【Abstract】The electrical control system generally consists of an input part,a logic part,and an executing mechanism.The operators operate various electrical components to execute instructions in accordance with system programming,andcomplete the control,protection and monitoring of equipment.PLC technology is a core technology for constructingagricultural machinery electrical control systems.The application of PLC technology in agricultural machinery electricalcontrol systems was deeply studied to fully leverage its advantages in achieving equipment automation control,ensuringthe safe operation of equipment,and providing equipment fault monitoring.It is of great significance to improve thecontrollability,automation level,and comprehensive performance of agricultural machinery.【Keywords】PLC technology;agricultural machine;electrical control电气控制技术是科技发展的重要成果，由于具有优化机械设备性能、实现设备自动化控制、完成设备故障监测、保障设备安全运行等优势，在机械制造行业得到了广泛应用。PLC 技术一般也被称为可编程控制器技术，是构建农机电气控制系统的一项核心技术，它以控制器作为基础，融合了传统控制技术和微机技术的优点，可有效解决传统农机装备存在的能耗高、故障率高、稳定性低等问题。PLC技术具有兼容性强、抗干扰性强、结构简单、操作简便、检测方便等优点，将其应用于农机电气控制系统，可大幅度提升农机的综合性能，有效提高农作者简介：孙菁(1994)，男，河北唐山人，大学本科，助教，主要研究方向为电气工程及其自动化。业生产效率1。1PLC 技术应用目前面临的问题一是有关 PLC 技术应用的研究投入较少。目前，在我国的 PLC 技术应用市场中，超过 90%的份额被国外企业占据，主要是由于我国在产业链上层的自动化软件和下层执行机构元件的研发较为薄弱。由于行业竞争激烈，商品附加值较低，研发成本较高，我国农机生产企业投入 PLC 技术应用的研发资金不足，目前关键的技术和机构元件基本依靠进口，一定程度上制约了我国农机向智能化和自动化发展2。二是对于 PLC 技术的应用价值认识不够。目第 50 卷第 1 期孙菁PLC 技术在农机电气控制系统中的应用与研究49前，无论是从事农机设计生产的技术人员，还是操作农机的机手，都还没有充分认识到 PLC 技术的应用价值。他们普遍认为在农机电气控制系统中过多应用 PLC 技术，只会增加生产和使用成本，因此对PLC 技术的应用存在抵触情绪3。随着工业的自动化发展，现阶段农机上应用的通用性 PLC 技术已难以满足多样化的作业需求，技术人员如果不紧跟科技发展的步伐，深入了解和分析农机的实际作业需求，进行 PLC 技术的研发和创新，将与 PLC 技术专业化、细分化、个性化应用的发展趋势脱节。2PLC 技术在农机电气控制系统中的应用2.1农用拖拉机农用拖拉机的作业环境一般较为复杂，由于长期在田间超负荷、大功率作业，车身容易发生倾斜和颠簸，影响作业效率。在农用拖拉机的电气控制系统中应用 PLC 技术进行自动平衡装置的设计，可解决传统自动平衡装置中机械式油压机构存在的作业精度低、使用寿命短、控制点设置复杂等问题。采用 PLC 技术优化后的电子式油压机构性能稳定，作业精度高，可有效防止车身倾斜和颠簸，提高作业效率，保护操作人员人身安全，提升农用拖拉机的综合性能4。2.2施肥播种机和水稻直播机播种和施肥是农业生产中的重要作业环节，也是目前我国农业生产机械化中相对薄弱的环节。我国目前应用的施肥播种机和水稻直播机普遍存在着作业效率低、作业精度低、通用性不强等缺点，与国外农业发达国家相比还存在一定差距。应用 PLC 技术进行施肥播种机和水稻直播机电气控制系统的优化，能有效提升设备的自动化水平和智能化水平，通过在设备的电气控制系统中搭载 PLC 播种控制机构、作物株距检测机构、自动反复播种机构等，能够实时分析和监测设备的运行参数和作业参数，为电气控制系统执行后续的作业提供决策依据5。例如在播种过程中，电气控制系统根据预先设置好的移动速度、作业频率、播种深度、行距株距等参数控制设备进行作业，当 PLC 播种控制机构运行到设定监测位置时，可向设备的传动机构发出指令，使其按照设定的参数完成开沟、测距、取种、播种等操作，实现了对整个操作过程的精准定位；PLC 限位开关由于具有抗干扰性能强等优点，被广泛应用于自动反复播种机构之中，操作人员通过编程在作业区域中建立连接关系点，将各传感器监测点设置为 PLC 梯形程序中的常开触点，当播种机构远离常开触点时，PLC 限位开关控制机构执行播种作业，当播种机构靠近常开触点时，传感器监测点监测上一次的播种作业结果，反馈给电气控制系统后，执行下一次操作；作物株距检测机构在播种机构靠近常开触点时启动激光测距感应器，检测作物之间的行距和株距，若反馈参数与预先设置参数相符，则播种机构继续作业，若存在差异则向传动系统发出警告，控制播种机构停止作业。PLC 技术在施肥播种机和水稻直播机电气控制系统中的应用，可有效提高播种效率和播种质量，使作物植株的株距和行距更加合理，且施肥量更为均匀，保证作物在生产过程能够获得充足的养分，为实现作物高产奠定了良好的基础。2.3粮食烘干机随着农业生产的规模化和产业化发展，粮食烘干机的应用越来越广泛，平床式逆流烘干机由于具有操作简便、结构单一、性价比高等特点成为目前市场的主流产品。平床式逆流烘干机一般采用接触式继电器和单片机总线，电气控制系统连接的硬件多，硬件之间的连线复杂，兼容性和扩展性不强，在运行过程中由于机械触点作业频率较高，系统的稳定性和抗干扰性较差。在粮食烘干机电气控制系统中应用 PLC 技术，可以使电气控制系统在复杂的高温环境下始终保持良好的作业状态，能够准确地监控设备运行时的热风量、谷物干燥程度等关键参数，充分发挥电气控制系统抗干扰性能强、稳定性高、检测维修方便、兼容性突出等优点。运用 PLC技术还可在烘干机的电气控制系统中搭载故障检测和设备监控功能，系统一旦检测到设备的运行参数异常，会及时发出警报，并根据情况采取自动断电措施，不但可以降低设备能耗，还可有效降低设备的故障率。（下转第 64 页）64农业工程与装备2023 年 2 月图 8增益 K=100 时单位阶跃响应3结语在自动控制原理实验教学过程中，采用软硬件相结合的实验教学方法，不仅可以解决现阶段实验教学模式存在的问题，还可以提高软件教学的趣味性，帮助学生养成独立思考的习惯，有利于培养学生的创新思维能力、综合分析问题和设计能力。参考文献1孙建平,郭曼利.自动控制原理课程设计的改革与实践J.中国现代教育装备,2015(17):67-70.2杨扬,张清勇,周新民,等.基于工程教育专业认证的自动控制原理实验教学改革J.中国现代教育装备,2021(5):74-75,78.3李天宁.“自动控制原理”实验教学改革探讨J.电气电子教学学报,2019,41(2):109-113.4徐攀峰,卢媛,张丹,等.面向应用技术转型的自动控制原理实验教学改革与实践J.实验科学与技术,2019,17(3):112-116.5唐求,张小刚,张帆,等.“新工科”背景下“自动控制原理”课程“三结合”实验教学模式改革J.实验技术与管理,2021,38(3):197-200,206.6夏静萍.面向卓越工程师培养的自动控制原理实验教学改革J.实验室研究与探索,2017,36(12):188-191.责任编辑：张亦弛英文编辑：唐琦军（上接第 49 页）3结语农机电气控制系统一般由输入部分、逻辑部分、执行机构组成，操作人员通过控制各种电气原件，使其按照系统编程执行指令，完成对设备的控制、保护、监测等操作。PLC 技术也被称为可编程控制器技术，是构建农机电气控制系统的一项核心技术，它以控制器作为基础，融合了传统控制技术和微机技术的优点，可有效解决传统农机设备存在的能耗高、故障率高、稳定性低等问题。PLC 技术具有兼容性强、抗干扰性强、结构简单、操作简便、检测方便等优点，深入研究 PLC 技术在农机电气控制系统中的应用，充分发挥该技术在实现设备自动化控制、完成设备故障监测、保障设备安全运行等方面的优势，对于提高农机的操控性，提升农机的自动化水平和综合性能，推动我国农机设计制造行业的智能化和自动化发展，具有重要意义。参考文献1刘铸德.基于计算机辅助控制与 PLC 技术的农业智能灌溉系统研究J.南方农业,2020,14(26):180-182.2刘博.基于 PLC 自动化技术的农业机械电气控制应用J.南方农机,2020,51(22):50-51.3宋鹏行.PLC 技术在农业机械电气控制装置中的应用J.湖北农机化,2020(22):37-38.4李团刚.分析农业机械电气自动控制中 PLC 技术的应用J.中外交流,2020(23):100.5刘铸德.计算机与 PLC 一体化控制技术在农业智能化生产中的应用探究J.南方农业,2020,14(20):180-181,186.责任编辑：阳湘晖英文编辑：唐琦军