农机电气自动控制中PLC 技术的运用分析

江西环境工程职业学院 胡利军

前言

在农业机械化和智能化的大潮中，PLC 技术作为现代农机电气自动控制的核心，正逐渐改变着传统农业生产的面貌。PLC 技术在提高农业作业效率、优化资源配置以及增强农机操作的智能化方面发挥着越来越重要的作用。随着这一技术应用的深入，如何在确保农机系统更加稳定可靠的基础上，充分挖掘和利用PLC技术的潜能，成为了农业现代化进程中的重要议题。

1.农机电气自动控制中PLC 技术应用的意义

1.1 提高农业机械作业效率

PLC 技术能够通过对机械各部分的精细调控，如调整作业速度、改变作业模式或者是调节作业路径，实现对的精确控制。确保农机在最佳状态下运行，从而提高作业效率。在传统的农机作业中，许多操作需要依靠人工进行，这不仅效率低下，而且作业质量容易受到人为因素的影响。PLC 的引入使得这些过程可以自动化，减少了人工操作的需要，从而提高了作业效率。例如，在自动化的灌溉系统中，PLC 可以根据土壤湿度和气象数据自动控制灌溉量和时间，不仅提高了灌溉的精确度，也节约了水资源和人力。PLC 可以对农机作业的整个流程进行监控和调整，并根据实际情况进行动态优化。这种流程优化不仅提高了作业的速度，还提高了作业的质量。PLC 技术还可以通过对农业机械进行智能化管理，从而有效减少因设备故障或不当操作导致的作业中断，这对于提高作业效率至关重要。PLC 系统可以实时监测农机的状态，一旦发现异常，即可自动进行故障诊断，并及时发出警告，以便及时维修或调整。这种及时的故障预防和处理机制显著减少了机械故障带来的作业中断,确保了作业的连续性和高效性[1]。

1.2 增强农业机械设备稳定性

在农机的日常运行中，各个机械部件，如发动机、传动系统、液压系统等都承受着不同程度的压力和磨损。PLC 系统能够通过与传感器协同工作，实时监测这些关键部件的工作状态，如温度、压力、转速等指标，确保机械部件在安全和适宜的工作范围内运行。这种实时监控不仅有助于预防过度磨损和损坏，还可以及时发现潜在的故障风险，从而提前进行维护和修复，有效避免了突发故障对农机稳定性的影响。农业作业环境多变，如土壤硬度、湿度、地形起伏等因素都会影响机械的稳定运行。PLC 能够根据这些环境参数的变化，自动调整机械的工作状态，如改变驱动力的分配、调节作业部件的动作等，确保农机在各种复杂环境下都能保持稳定的工作性能。例如，在不同硬度的土壤中作业时，PLC 可以自动调节犁地机械的犁深和作业速度，以适应土壤条件，避免因操作不当造成的机械损伤。农业作业常常受到天气因素的影响，如高温、暴雨、大风等极端天气条件。PLC 系统能够实时监测这些环境因素，并根据预设的程序逻辑调整农机的工作参数，比如在高温条件下降低机械的负荷，或者在湿滑路面上调整驱动系统的响应以适应恶劣的作业环境，保证机械的稳定运行。农业机械通常包含多个系统，如动力系统、作业系统、导航系统等，这些系统之间需要协调一致才能保证整机的稳定运行。PLC 通过集成这些系统的控制逻辑。实现各系统间的高效协调。

1.3 提升操作便利性

传统的农业机械操作往往需要依赖复杂的手动控制，而PLC 技术的引入使得这些操作可以通过触摸屏或按钮进行简化。操作者可以轻松设置或调整作业参数，如速度、作业模式、路径等，无需进行复杂的手动调整。例如，在智能喷灌系统中操作者可以通过PLC 界面直接设定灌溉量和时间，PLC 系统则自动完成灌溉任务的执行。在农机出现故障时，传统的故障排查往往耗时且复杂。而采用PLC 控制的农机，可以通过自身的诊断功能快速准确地识别问题所在，甚至可以实时将故障信息和维修建议反馈给操作者和维护人员，减少了故障排查和维修的时间，使得操作者能够更加快速处理农机故障。操作者可以根据不同的作业需求和条件，PLC 进行编程设置，使得农机能够执行各种复杂和特定的作业任务。这种灵活性不仅提高了农机的适用范围，也使得操作者能够根据实际情况调整作业策略，以适应不同的农业环境和需求。例如，在不同作物的收割中，操作者可以通过PLC 调整收割机的收割高度和速度，以适应不同作物的收割要求[2]。随着物联网和移动通信技术的发展，操作者可以通过智能设备远程监控和控制PLC 系统为农机的管理和操作带来便利。例如，在大型农场中，管理者可以通过远程监控系统实时了解每台农机的工作状态和位置，甚至可以远程调整作业参数，以更有效地调度农机资源。

2 农机电气自动控制中PLC 技术的具体应用

2.1 在顺序控制中的应用

顺序控制是农业机械工作流程的核心，涉及作业程序的有序执行，包括种植、灌溉、收割等多个环节。PLC 技术在此过程中通过对信号的快速处理和准确反馈确保了农业机械作业的高效和精准。以一台典型的农业播种机为例，PLC 控制系统通过输入端的传感器收集关于土壤湿度、温度以及机械自身状态的数据，这些数据被实时传输到PLC 系统，PLC 系统根据预设的程序逻辑对这些信息进行处理，如根据土壤湿度调整播种深度以确保种子能在最适宜的条件下生长。在种植作业中，PLC 控制系统会根据处理后的数据输出相应的控制指令。在播种机例子中，PLC 可能会指令调整播种密度和行距，这是通过控制播种装置的电机转速和移动路径来实现的。例如，当PLC 检测到土壤条件较干燥时，它可能会指令增加播种密度，以提高种子发芽的概率。在灌溉系统中，PLC 在农机电气自动控制中的应用可以实现复杂的作业流程自动化。例如，PLC 技术通过实时监控土壤湿度和天气状况，控制水泵的启动和停止，根据土壤湿度和作物需求自动调节灌溉量，不仅提高了灌溉效率，还节约了水资源。在收割作业中，PLC 可以控制收割机的行走速度、刀片高度和转速，并根据作物类型和成熟度自动调整，从而确保收割效率和作物损失最小化。PLC 还能实时监测和调节收割机各个关键部件的状态，如刀片磨损、输送带张力等，保障机械的稳定运行和作业质量[3]。在顺序控制的具体实施中，PLC 的编程灵活性使农机操作者可以根据不同作物和田间条件对PLC 程序进行调整，以适应多变的农业环境。比如，在播种季节，操作者可能会根据种子种类和土壤状况调整播种程序；而在收割季节，又会根据作物成熟度和天气状况进行不同的程序设置。

2.2 在开关量控制中的应用

开关量控制主要涉及对农业机械中的各类电气设备（如电动机、阀门、泵等）的启动与停止进行控制，确保农业作业自动化和精准化。在农机电气自动控制系统中，PLC 被设计为核心控制单元。设计师根据农机的工作需求编写逻辑控制程序，并将其上传至PLC。例如，在自动喷药机中，PLC 控制程序会根据预设条件（如作物生长阶段、病虫害情况等）控制喷头的开启和关闭。这一过程涉及对PLC 的输入/输出接口进行编程，确保PLC 能够接收外部传感器信号并根据这些信号控制电磁阀的动作。在农机中，多种传感器被用于监测作业环境和机器状态，如温度、湿度、位置传感器等。这些传感器的信号被送入PLC，PLC 根据这些信号控制相关的执行器，如电动机、阀门等。以智能灌溉系统为例，土壤湿度传感器的数据被送至PLC，PLC 根据土壤的实际湿度情况控制水泵的开启和关闭以实现精准灌溉。在农业机械的收割作业中，通过监测收割机上的各种传感器（如位置传感器、速度传感器等）PLC 能够控制收割机的行走速度和切割装置的启停，从而适应不同的作物和地形条件。这样的控制不仅提高了收割的效率也减少了作物损耗。PLC 不仅用于控制农机的正常工作，还负责监控农机的安全运行。例如，在拖拉机等大型农机中，PLC 会实时监控发动机温度、油压等关键参数。一旦检测到异常值，PLC 会立即切断相关部件的电源，防止机械故障或安全事故的发生。在农机电气自动控制系统中，PLC 还承担着与操作者交互的功能。操作者可以通过触摸屏或其他接口向PLC 输入指令，如调整作业参数、启动或停止某个工作程序等。PLC在接收到这些指令后，会相应控制机械的工作状态[4]。

2.3 在液压工作系统中的应用

PLC 对液压泵的控制是通过接收来自各类传感器的信号实现的。这些传感器包括压力传感器、位移传感器和流量传感器等，它们实时监测液压系统的工作状况并将数据反馈给PLC。基于这些数据，PLC 通过调节液压泵的转速和工作模式来满足不同作业条件下的压力和流量需求。例如，在农业喷灌设备中，PLC 根据土壤湿度和作物需求调整水泵的输出流量。这是通过接收土壤湿度传感器的信号，并根据这些信号通过PLC编程逻辑调节变频器的输出频率，进而控制液压泵的转速。在农业机械如收割机或装载机中，液压缸负责执行精确的移动和定位任务，PLC 通过接收位置传感器的信号，精确控制液压阀门的开闭，从而调节液压缸的伸缩速度和位置。这一过程中，PLC 根据预设的作业参数（如装载重量、收割高度等）来调整液压缸的行程和速度，确保作业的精度。在如精确施肥、播种等农业作业中，PLC 能够根据土壤条件和作物种类调节施肥机械或播种机械的作业深度和速度来确保作业的准确性和均匀性。在液压系统的压力和流量调控方面，通过实时监控液压系统的工作状态并进行反馈调节，PLC 能够确保液压系统在不同工作阶段下都能够维持在最佳的工作状态。例如，在拖拉机的犁地作业中，PLC 会根据土壤硬度的变化自动调节液压犁的工作压力以适应不同的耕作条件。PLC 通过对液压系统的压力、温度等关键参数进行实时监控，一旦检测到异常数据就能够及时进行故障诊断并采取相应的预防措施，如降低工作压力、提示操作人员进行检修等从而避免了故障的发生和扩大[5]。

2.4 在电力系统中的应用

在农机电力系统中，PLC 技术能够精确控制和管理农机电力系统的各个组成部分从而确保机械在各种作业条件下的高效和节能运行。PLC 在农机电力系统中的应用体现在电动机的速度和转矩控制上，通过对电动机的驱动器进行精确编程，PLC 可以根据作业需求和外部条件（如土壤类型、作业深度等）调整电动机的转速和输出力矩。例如，在播种机或施肥机中，PLC能够根据土壤条件自动调节电动机的转速，以控制播种或施肥的速率和均匀度，这不仅提高了作业的准确性，也优化了能源的使用效率。PLC 应用在电力系统的能源分配和管理方面。在一些复杂的农业机械系统中，如多功能作业车辆，PLC 能够监控和调节不同作业单元的能源需求，实现能源的优化分配。PLC 还能根据作业负载动态调整电力分配，比如在低负载时减少电力输出，这种智能化的能源管理不仅提升了整体的能源利用效率，也减少了因能源消耗不均而导致的设备磨损。电池和储能设备是农业机械关键的能源来源，PLC通过实时监测电池的充放电状态、电压和温度能够有效地管理电池的使用和维护，延长电池寿命，并确保电力供应的稳定性。PLC 技术在电力系统中的应用还包括对变压器和电力线路的监控和保护。通过实时监测电力线路的电流和电压，PLC 能够及时检测并响应电力系统中的异常情况，如过载、短路等，通过控制相应的保护装置来避免对整个电力系统和机械设备造成损害[6]。PLC 在电力系统中还实现了智能监控和远程控制。通过集成的通信模块，PLC 能够将农机的电力系统状态通过网络传输到远程监控中心。操作人员可以通过远程界面查看电力系统的状态，如电压、电流、电量等信息，并在必要时进行远程调整。

3 结语

在当今农业现代化的进程中，PLC 技术在农机电气自动控制领域的应用已成为提高农业机械化水平和作业效率的关键因素。未来的发展趋势应是不断探索和创新PLC 技术在农机控制系统中的更多可能性，进一步整合先进的传感技术、数据分析和云计算等技术，以提高农机的智能化水平。重视PLC 系统的稳定性和可靠性研究，可以确保在满足农业生产多样化需求，保障农业机械的安全高效运行。