基于PLC 技术的联合收割机电气控制系统设计研究

任军晓

（甘肃机电职业技术学院，甘肃 天水 741000）

1 PLC 技术在电气控制系统设计中的应用价值

目前，自动化技术在越来越多的领域被应用和推广，相关核心技术不断优化更新，电气工程及其自动化控制水平有了很大的提高。采用PLC 技术在当前电器自动控制中具有显着的应用优势，是当前机电自动控制中的主要技术之一，从应用技术优势来看，主要包括以下几个方面。

（1）PLC 技术的特点是具有一定的可靠性。利用该技术可以有效管理相关干扰因素，相比其他产品和技术，PLC 技术本身更加可靠，在复杂环境下使用时可以减少对环境的影响。

（2）技术加工效率大幅提高。借助PLC 技术，可以帮助电气设备实现自动化，消除接线部分，提高整个控制系统的速度和效率。

（3）它还减少了系统崩溃。应用PLC 技术在相关电气设备故障诊断中的效果也十分突出。其故障诊断的基本原理是通过隔离PLC 系统的输入来采集接收系统或设备的故障信号。当你触摸它时，它工作得很好。根据这种管理方法，系统采用的主要中断处理方式包括间隔定时器、输入端子、高速计算机等，实现系统中断的有效运行，有效提高系统的工作效率。这种故障诊断技术主要是在不影响主系统正常使用的情况下停止故障系统，保证系统的安全，及时发现并解决故障，可以有效保证故障系统的安全。整个设备系统的损失和设备的改进。利用PLC 技术可以减少相关电气设备自动控制中的系统故障问题。如果系统在运行过程中出现故障，系统可以在短时间内做出准确的诊断。PLC 技术本身具有故障检测功能，通过编程软件获取相关信息，分析故障部位和原因，并提供故障排除方案。

2 联合收割机电气控制原理

2.1 联合收割机工作原理

联合收割机是一种通用收割机，通过切割、脱粒、分离、储存和清除碎片，将相对干净的谷物运输到装载机。目前，市场上收割机的类型较多，根据具体应用领域、种植设备和工作特点，主要有自走式轮式履带式履带机、自走式履带式履带式履带机和自走式半自走式履带式履带机。规则与供料器和棒的类型等有关，这些不同类型的组合的操作是相对标准化的。作业时，联合收割机可沿收割线移动，机前的青贮收割机将谷物秸秆割断，谷物由脱粒机输送至料斗，完成整个收割过程。另外，联合收割机的动力分配是根据液压举升系统完成的，当驾驶员将割草机举升到一定高度时，三角带立即停止工作，此时，动力不会进入联合收割机。柴油机、轴和输送机也停止，处于工作状态，此时收割机不工作，而是旋转。联合收割机主要组成部分包括收获平台、运输装置、脱粒机、料仓、驱动系统、动力系统、液压系统、行走系统、卸粮系统、电气控制系统等。

2.2 联合收割机液压系统设计

就联合收割机液压系统作业特征来看，这一机械设备是多执行器共同协作的一体化机械平台，相应执行器数量多、类型多样、作业要求差别大。

在对联合收割机液压系统结构设计中，考虑到这类液压系统包含收割、位置调整以及行走驱动三种类型，不同类型的系统运行模式有一定差异。联合收割机的收获系统用于收获农作物，并进行切割、破碎、切割头、初次喂料和二次喂料等作业。位置调节系统可以调节联合收割机相关机构的位置，行走驱动系统可以为联合收割机的前进、后退和旋转作业提供运动支撑。

在联合收割机液压系统的多维度设计中，考虑到联合收割机功能的多样性和多种传动机构，运动、压力、速度、行程等都是重要的组成部分，其要求存在显着差异。在设计液压系统时，必须考虑整个系统的效率、有效性和集成性。选择集中控制方式，设计联合收割机液压系统，改进联合收割机单一传动的控制，提高控制效率。

集中控制的液压系统使用单一液压泵源向系统中的多个油缸供油。负载传感技术被认为可以协调多齿轮运动的设计，同时考虑到诸如位移、压力、速度和适当齿轮的形成等参数的差异。这里，负载敏感系统可分为固定泵负载敏感系统和变量泵负载敏感系统，其中固定泵负载敏感系统利用与负载相关的反馈信号来控制系统的运行和卸载，而固定泵负载敏感系统则采用负载敏感系统。使用与负载相关的反馈信号是与负载相关的反馈信号，用于控制系统操作和排放，变量泵主要利用负载，泵信号变量反馈。泵负载容积灵敏度图一般是为了保证所有执行机构能提供最大转速，而容积泵的排量值是根据执行机构的最大流量来设定的，这样就会造成溢流损失的问题，难以对溢流损失产生很大的影响。对整个系统性能的影响，泵变负载测量系统通过灵敏的多路阀反映压力，并根据需求控制泵的运动，防止因溢流而加热，总体节约能源效益突出。经过充分的对比分析，应考虑液压剪板机的电气控制系统。

2.3 液压式联合收割机电气系统整体设计

基于PLC 技术设计联合收割机电气系统整体控制架构，选择西门子主控制器，这一控制器是输送、脱粒、卸粮、行走、传动以及液压装置的控制核心模块。结合联合收割机电气系统整体控制方案以及液压系统特征，设计联合收割机集中式电气控制系统结构，系统输入信息包含了开关键、控制手柄、各种传感器、人机交互界面等，相关信息全部能够被PLC 控制器采集，在融合计算后，可以对整体收割机电气系统进行控制。

3 基于PLC 技术的联合收割机电气控制系统设计

3.1 行走驱动电气控制系统设计

基于联合收割机电气系统整体控制方案以及液压系统特征，设计集中式电气控制系统结构，在对联合收割机的行走驱动装置设计中，设计双边履带驱动模式，通过双泵-双马达独立控制，对双泵-双马达电机的控制对于转速、过载能力以及效率要求比较大。如图1 所示，为联合收割机集中式电气控制系统结构。

图1 联合收割机集中式电气控制系统结构

在行走电机保护设计不当的情况下，如果行走电机因路面打滑、制动问题或其他异常情况而过载，就会导致电机过载过热，相应的控制系统会长时间设定温度时间。120℃以下，短期控制在150℃以内。当系统超过此温度时，系统将发出过热报警，系统自动报警并停止工作。对于其他情况，如发动机故障、停电等，系统会自动报警，并将报警信息及时发送至控制系统，并在中央屏幕上显示报警信息，以便管理工作人员及时发现并处理。

3.2 系统软硬件设计

（1）系统硬件设计和布局。此次设计的联合收割机电气控制系统中的PLC 硬件设计中，考虑到联合收割机电气控制系统控制对象很多，主要有收割、位置调整、行走驱动、照明以及信号灯等多个子系统输入输出设备，在选择PLC 中，需要确保留有一定余量。此次设计选择西门子的主控制器，这类硬件设备可以满足联合收割机的电气控制系统设计需要。具体需要的硬件及数量如表1 所示。

表1 联合收割机电气控制系统I/O 情况

此外，联合收割机数控电气系统的正常、安全运行在一定程度上取决于数控联合收割机电气线路的科学合理性和电气元件的正确安装。因此，有必要考虑影响联合收割机电气数控系统的所有不利因素，以确保联合收割机电气数控系统的安全、均匀运行。根据我国工业生产单位使用数控组合机的经验和总结，在组合机的接线图和安装工程中必须做到以下几点：

①选择联合收割机电气线路位置时，应考虑到电气线路和设备应尽可能满足人员日常维护和检查的要求。电气柜应避免因电气柜过低或过高的现象而造成危险情况，给电气元件的检查和维护带来麻烦。另外，在电气柜的铺设和安装时，尽量避免潮湿、阴暗的地方，防止电气柜内的电气元件因长期潮湿的环境而受潮、生锈。②合理控制安装电气元件之间的距离。在放置和安装电气设备时，如果待安装的设备与装置之间的距离太短，它们之间就会产生电源干扰，因此，要特别注意安装规划的距离，尽量分散强干扰源合理隔离弱电，防止强电干扰，并确保易损坏电器元件之间有足够的距离。③各接口端子布局合理。电气控制系统的安装复杂多变，内部接线口较多。如果不小心，可能会插入错误的端口，导致其他电路错误，并损坏硬件和组件。因此，电气安装及控制系统在安装时应以科学技术为指导，合理有序地进行调整，接口端子的设计也应多样化，以便于识别、检查和维护。另外，根据电线连接的要求，合理放置电线，避免混乱；接口端子的连接强度设计应保证电路连接的强度，减少松动和断裂。④电线颜色规格。由于联合收割机内部电路比较复杂，必须区分内部电线的颜色，才能区分和理解。一般情况下，用黑线和红线表示交流控制线和电源线，用蓝线表示直流电源线。最好区分其他线材的颜色，确定其他线材的颜色，不建议多做改动，以免造成不必要的误会和错误。

（2）系统软件设计。综合联合收割机的集中电气控制需求，此次系统设计中考虑使用DSP 软件进行开发设计。联合收割机控制系统的软件开发是系统设计中不可忽视的一个环节，软件开发设计关系到系统的正常运行以及各部分功能的执行能力。代码生成和调试是软件开发和设计的基础。编写生成代码的目的是编译和汇编用C 和汇编语言混合编写的DSP 代码程序，以生成可执行的DSP 代码。调试工具是调试和运行DSP 软件和目标系统的工具，调试后即可达到设计目标。代码调试器CCS2 是用于标准TMS320 调试的集成开发环境。代码调试器包括源代码编辑、调试、代码生成和实时分析工具，可应用于整个设计和开发过程。根据实际情况，代码调试器可以设置两种不同的仿真模式，即硬件仿真模式和软件仿真模式。如果您有模拟器和目标办公室，则可以启用硬件模拟模式，CCS2 代码调试器会监视程序的性能并进行实时监控。DSP 系统与上位机之间信息通信的实现利用了JTAG 接口，可以在不干扰信息及时传递的情况下进行数据传输。

DSP 软件系统设计由CCS2 代码调试器完成，完成的软件系统可以使用CCS2 的集成工具进行系统调试和优化。系统的软件设计非常复杂且多变，未来还应考虑系统的改进和改造，因此，在设计联合收割机数控系统的软件开发时，可以采用模块化的思路。可以采用划分各个模块的方式，实现模块之间的集成，当某些模块出现问题时，相互连接又独立，保证其他模块的功能不受影响。

4 结语

在电气工程及其自动化控制中，由于PLC 技术具有诸多的技术特点和优势，PLC 技术在自动化控制的很多方面得到了有效的应用，它可以帮助提高自动化生产的效率，有效改善系统运行自动化控制水平、发挥电气设备的积极作用，提供有效的技术支持，给企业带来更多的经济价值。因此，企业应合理选择PLC 技术，根据企业的实际需求形成合适的管理体系，加大技术攻关，提升电气控制的自动化水平。