PLC控制在播种机中的应用设计.doc

PLC控制在播种机中的应用设计

一、引言
随着科学技术的不断发展 ,多种控制技术应用到了农业领域 ,以实现农业生产的自动化。由于农业作业都在田间进行 ,工作环境受外界影响很大 ,所以农业作业中应用的控制系统必须有较好的抗干扰性能、防震性能且操作简单 ,使用和维护比较方便。基于以上原因 ,本文提出了用可编程控制器来控制气动射种播种机的播种过程。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 具有很强的抗干扰能力和广泛的适应能力。其编程语言简单易学 ,维修方便且工作量小。应用 PLC来控制气射播种机的播种过程 ,实现了播种的自动化 ,减轻劳动强度 ,降低生产成本 ,且能保证精量播种。
二、播种机的播种原理及控制要求
采用新的排种原理 ,发展单位精量播种技术和直接播种是种植机械化新技术发展的主要体现 ,气射式播种机应运而生。气射式播种机利用高压气体把种子射入土壤 ,实现直接播种 ,并利用可编程控制器对播种过程进行控制 ,实现单位精量播种。气射式播种机利用进入射种腔里的高压气体把提前进入射种腔里的种子压到种子加速管中。由于射种腔内外的压力差 ,进入加速管后高压气体变成了高速气体 ,气体高速流动时也使得进入加速管中的种子获得了一定的速度 ,即实现了气体对种子的加速。此时 ,气体压力迅速减少为大气压;种子在加速管中获得速度后 ,在该动能的作用下射入土壤预期的深度 ,完成播种。播种装置中的控制主要是对牵引电磁阀、 步进电动机、 二位二通电磁阀的通电、 延时和断点的控制。PLC控制器实现对种子在播种机内部运动的控制 ,即种子从种箱进入输种管、 从输种管进入射种腔的控制;同时 ,对气体由二位二通电磁阀进入射种腔进行控制。
三、PLC控制系统的硬件配置
根据对该播种装置控制系统的控制要求分析 ,其输入信号有系统的开启按钮和停止按钮信号;输出信号有种子从种箱进入输种管、 种子由输种管进入射种腔及气体由二位二通电磁阀进入射种腔。该播种机的播种控制输入、 输出信号都比较少 ,输入点数为 2,输出点数为 3,所需的 I/O点数不多 ,属于小型单机控制系统 ,因此选择一般的小型低档机即可。其容量要留有余量 ,选用三菱公司的 F1 -12MR型 PLC作为控制器构成播种机播种的控制系统 ,其主机的 I/O点数为 6 /6。表 1是 PLC的输入、 输出分配表。
四、PLC控制系统的软件设计
具体控制过程为:系统初始化 ,按下启动按钮X000,步进电动机和牵引电磁铁同时得电工作;种子由种箱进入输种管 ,同时牵引电磁阀将射种腔顶部的排种阀压下 ,种子由输种管依靠自身的重力滑过排种阀的上表面进入射种腔 ,延时继电器 T0也开始工作;此时常闭开关 T0, Y000和 Y001断开 ,以保证二位二通电磁阀 Y002处于非工作状态。T0工作 5 s后步进电动机 Y000和牵引电磁阀 Y001断电 , T0停止工作;此时常闭开关 T0, Y000和 Y001恢复闭合状态 ,二位二通电磁阀 Y002得电 ,气体由气阀进入射种腔 ,延时继电器 T2也得电工作 ,工作状态持续 2 s。同时 ,种子被高压气体压入加速管中 ,在加速管中被加速 ,随即射入土壤 ,完成一个射种过程 ,随后进入下一个播种。如果已完成播种作业 ,只需按下停止按钮 X001即可使播种机停止工作。此梯形图采用了自锁的功能 ,按动启动按钮X000,只有在步进电动机 Y000和牵引电磁阀 Y001断电以后 ,二位二通电磁阀 Y002才能得电工作。其目的是保证只有在射种腔中有种子的时候二位二通电磁阀才工作 ,气体才能进入射种腔 ,防止播空种现象的发生。当按下停止按钮 X001时 ,所有部件都停止工作。
五、PLC播种控制系统的维护
PLC内部没有导致其寿命缩短的易耗损元件 ,因此其可靠性很高 ,但也应做好定期的常规维护和检修工作。由于该控制器在田间工作 ,环境比较差 ,应根据具体的情况随时进行控制器的维护工作。
（1）检查周围环境是否符合要求
该播种控制系统基于 PLC,虽具有很强的抗干扰能力 ,为了保证控制系统的正常工作、 延长控制系统的使用寿命 ,应尽量使播种环境符合 PLC的要求。及时清理尘土和残存种子。在田间进行播种时 ,控制器及整台机器内部避免不了有尘土进入 ,遗留在机器内部的种子 ,应及时进行清理 ,以保证气体通道的畅通和元件的绝缘性能不被损坏。播种时土壤的湿度要适当。播种的土壤不要太干也不要太湿 ,保证湿度在 5% ～95%之间。湿度太大 ,引起内部元件性能的恶化 ,使内部绝缘性能降低;在极其干燥的环境下 ,MOS集成电路会因静电而引起击穿 ,因此建议播种完后再进行浇水灌溉 ,保证控制其在合适的湿度环境中工作。周围温度应在 0～55℃。播种工作一般在春季进行 ,作业环境温度在此范围之内 ,符合要求;要保证农闲季节存放播种机的周围环境温度不要在此温度范围之外 ,温度过高或过低都将缩短 PLC控制器的使用寿命。
（2）在工作和运输过程中 ,避免强烈振动和冲击
在振动和冲击的情况下 ,会使各 PLC单元的固定变得不牢固 ,外部配线螺栓松动 , I/O模块端子变得不紧固 ,甚至会使 PLC受到损坏。
（3）检查供电电源
供电电源的质量直接影响该控制器中 PLC的使用可靠性 ,也是故障率较高的部件。检查电压是不是满足额定范围要求 ,电压波动是否太频繁。频繁的电压波动会加快电压模块电子元件的老化 ,应加装稳压电源。
（4）检查 PLC的程序存储器中的电池
随时检查 PLC的程序存储器中的电池使用情况 ,电量不足时应及时更换新的电池。
（5）检查输出触点接触是否良好
一般输出触电器因经常动作 ,其接触部分容易产生松动 ,使输出触点接触不良。
（6）及时更换 PLC内部锂电池
PLC内部锂电池的寿命一般为 3年 ,应经常注意“BATT . V” LED指示灯的状态 ,及时更换新电池。
六、结束语
该系统将可编程控制器应用于农业播种领域 ,且该系统还有一定的扩展功能。随着气力式播种技术的不断发展 ,其控制系统也要随其进行改进 ,该系统的扩展功能有助于播种技术的发展 ,开辟一个新的播种领域。PLC控制系统易于维护 ,技术成本低 ,应用于农业领域具有很大的经济效益和社会效益。