基于PLC技术的农业播种机电气自动化技术探究

门西霖

随着现代农业的快速发展，机械化和自动化技术在农业生产中起着至关重要的作用。农业播种机是现代农业生产中的重要设备之一，而PLC（可编程逻辑控制器）技术的应用，使农业播种机的自动化水平得到了大幅提升。

一、PCL技术的农业播种优势

PLC技术是一种现代工业控制技术，利用可编程的逻辑控制器和人机界面，实现对机器或设备的精确控制和管理。在农业播种机中，PLC技术的应用可以实现以下几个方面的功能。

（一）播种机的自动化控制

通过PLC控制器与传感器、执行机构等硬件设备的配合，可以实现播种机在不同土地条件下的自动调节和运行。比如，通过传感器检测土壤湿度、温度等参数，PLC可以实时控制播种机的种植深度和播种量，确保种子在最适宜的环境中生长。

（二）故障检测和自动报警

在农业播种机的运行过程中，由于各种原因可能出现机器故障或异常情况，这会对播种的效果和机器的寿命产生不良影响。借助PLC技术，可以实现对播种机关键部位的实时监测，一旦出现故障或异常情况，PLC可以发送报警信息，提醒操作员及时处理，以避免事故扩大化。

（三）提供数据统计和分析功能

通过PLC技术，可以记录和存储播种机的各项运行数据，如作业面积、播种量、机械的运行时间等。通过对这些数据的统计和分析，可以为农民提供决策依据，优化作业方案和机器维护。

（四）人机界面的友好操作

通过在播种机上设置触摸屏或按钮等界面设备，操作员可以方便地与PLC进行交互，实现对播种机的参数设置、工作模式选择等操作。这样，普通农民也可以轻松掌握播种机的操作技巧，提高农业生产效率和质量。

二、基于PLC技术的播种机电气自动化技术

（一）电气自动化系统结构

播种机在农业生产当中，需要完成从播种到耕地再到灌溉的全部环节，从而实现农业生产的自动化技术。而在PLC技术的基础上完善播种机的电气自动化技术，能够使播种机的整个运行流程更加智能化和自动化。基于PLC技术的播种机电气自动化技术是通过将PLC控制器作为中心控制设备，配合传感器、执行机构等硬件设备，形成一个完整的电气自动化系统。电气自动化系统的结构主要包括输入模块、输出模块、中央处理器、编程设备和人机界面等组成。输入模块用于接收来自传感器的采集信号，如土壤湿度、温度等参数。输出模块则用于控制执行机构，如播种器的启停、速度调节等。[1]中央处理器即PLC控制器，通过编程设备编写程序，实现对输入信号的处理和输出信号的控制。人机界面则提供给操作员进行参数设置、模式选择等交互操作。

（二）延时启动技术

延时启动技术是基于PLC技术的播种机电气自动化技术中的重要功能之一。通过延时启动技术，可以确保播种机在启动之前，各种操作条件和环境参数已经满足要求。在延时启动技术的应用中，PLC控制器可以根据传感器采集的数据，判断土壤湿度、温度是否适宜播种，并设置合适的延时时间。例如，当土壤湿度达到一定程度时，PLC控制器可以延时启动播种机，确保种子在湿度适宜的土壤中生长。延时启动技术可以避免在干旱或过度湿润的情况下，播种机启动导致的种子浪费或种植效果不佳，提高播种效率和作物的生长质量。[2]

（三）延时控制技术

延时控制技术是指在播种机的运行过程中，通过PLC控制器设置适当的延时时间，实现对各种操作和动作的控制。该技术可以确保不同部件之间的协调与顺序执行，提高播种机的稳定性和效率。[3]例如，当播种机需要进行不同深度的种植时，通过延时控制技术，可以确保每一排种子的种植深度相同。通过PLC控制器设置延时启动信号，将种子按照预定的深度稳定地播种在土壤中。延时控制技术能够减少操作人员的干预，降低种植误差，提高播种精度。

（四）I/O端信号

I/O端信号是指PLC与外部硬件设备之间传递的输入和输出信号。在基于PLC技术的播种机电气自动化技术中，传感器、执行机构等硬件设备都与PLC控制器通过I/O模块相连。[4]传感器主要用于感知土壤湿度、温度等参数信息，并将信号传递给PLC控制器。PLC控制器根据接收到的信号进行处理，并通过I/O模块控制执行机构。执行机构则根据PLC控制器发送的指令进行操作，如播种机的启动或停止。通过I/O端信号的交互，PLC控制器可以实现对播种机的精确控制和调节。它可以根据土壤条件和播种要求，及时调整播种机的工作状态和参数，提高播种的效果和机器的稳定性。

三、农业播种机电气自动化中PLC技术原则

（一）传统与可靠性的结合

农业播种机的电气自动化需要确保系统的稳定性和可靠性。传统的PLC技术结合了可靠性的需求，采用了可靠性高的硬件设备和软件算法。在传统的PLC控制器中，使用工业级的硬件组件，如可靠的CPU和存储器，在极端环境下仍然能够稳定运行。[5]

此外，农业播种机的工作环境通常复杂多变，存在灰尘、湿润、高温等不良因素，这要求PLC技术具有较高的耐久性和抗干扰能力。因此，在硬件层面上，传统PLC采用工业级继电器和高可靠性的输入/输出模块，确保系统在恶劣环境下的稳定运行。

（二）定性和定量PLC技术的结合

农业播种机的电气自动化需要实现定性和定量的控制和监测。定性控制主要是根据一定的判断条件进行开关操作，如开始、停止、调节等。而定量控制则是基于传感器采集的数据，通过定量分析和运算，实现对播种机行为的精确控制。

PLC技术结合了这两种控制方式。在定性控制方面，PLC控制器通过编写逻辑程序实现对播种机的启停和运行模式选择等操作。通过传感器的输入信号，采用布尔逻辑运算，实现对播种机的各个功能模块的控制。在定量控制方面，PLC控制器通过接收传感器采集的实时数据，如土壤湿度、温度等参数，通过带变量的算法进行数据处理和控制。例如，根据土壤湿度的变化，PLC控制器可以调整播种机的工作速度和种子的播放量，从而实现对播种深度的精确控制。定性和定量结合的PLC技术可以实现更加细致和精确的控制，提高播种机的操作效率和准确性，最大限度地满足农业生产的需求。

（三）灵活性与可扩展性结合

PLC技术应具备良好的灵活性和可扩展性，能够适应不同农业播种机的需求和变化。设计时应采用模块化结构，以便于增减功能模块，满足不同农作物和不同操作模式的需求。能够让用户自由配置和编写逻辑程序。同时，还应具备良好的易维护性，以便于故障排除和系统维护。PLC编程应具备良好的结构化和模块化，以方便维护人员进行修改和升级。

（四）数据采集与远程监控结合

基于PLC技术的农业播种机电气自动化应具备数据采集和远程监控的能力。采用传感器和数据采集模块，可实时采集农田土壤湿度、温度等关键参数，进而进行数据分析和智能决策。通过远程监控系统，农民可以随时查看播种机的工作状态和运行数据，及时调整操作策略。在此基础上，PLC技术应具备友好的人机界面，使得操作人员能够轻松进行参数设置和操作控制。采用触摸屏等便捷的界面形式，提供直观、简洁的操作界面，有助于降低操作误差和提高操作效率。

四、PLC 技术在播种机检测、控制中的应用

（一）PLC 技术在播种机检测中的应用

在播种机检测中，PLC技术可以应用于多个方面，以提高农业生产的效率和质量。首先，PLC可以用于播种机种子检测。通过激光、光电传感器等传感器与PLC连接，可以实时检测播种机种子的间距、深度等参数，根据设定的标准进行判断和调整，确保种子的均匀分布和适当的深度，从而提高作物的出苗率和产量。其次，PLC技术还可以应用于播种机行进速度的检测和自动调节。通过将PLC与行进部分的传感器和执行机构连接，可以实时获取播种机的行进速度和位置信息，并根据实际情况动态调整行进速度，以保持播种的均匀性和一致性。这可以避免种植过程中因行进速度不稳定而导致种子密集度不一致的问题，进一步提高作物的质量和产量。

（二）PLC 技术在播种机操作控制中的应用

以株距控制为例，采用 PLC 控制步进电机转速自动调整株距，能够改变人工调整株距均匀性差和效率低的问题。具体来说，在系统初始化之后，解决当地土壤、地表情况，依据种植密度、垄距，计算理论株距 L1，使用霍尔测速元件检测播种机地轮转速 Nb，计算步进电机转速 Nb，进而 PLC 计算实际株距 Lz，如果不满足，0.9L1≤Lz≤1.1L1，则系统为否，返回PLC 信号接收，重新计算转速;如果满足，则为株距正常继续操作。在土壤镇压中也是采用此原理进行操作，计算开沟覆土的各个参数。在播种机前进的过程中，也需要利用 PLC 技术调整实时速度，大致流程包括数据初始化、脉冲计数、数据运算存储，开始后进行步进电机运转脉冲——PLC 计数器，如果程序是为否，则返回进行;如果程序为是，则到达时间 t，计算地轮转速并存储，系统进行清零复位和显示输出等操作。

五、对PLC技术下播种机电气自动化系统的维护

（一）保证良好的运行环境

播种机电气自动化系统通常安装在工业环境中，环境中会存在粉尘、湿气、化学腐蚀物等因素，这些因素会对PLC设备的正常运行产生不利影响。一方面，技术人员要对种植区域内的残留物进行及时清理，播种机在运行过程中受到干扰。另一方面，土壤的湿度也是影响播种机运行的重要因素，通常情况下，土壤湿度控制在5%～95%的范围最为合适，太干或太湿的土壤都会对播种机的元件造成损坏。因此，应保持设备周围的清洁，并防止有害物质进入设备内部。此外，系统应安装在温度适宜、湿度适中的环境中，避免过高或过低的温度和湿度对设备的损害。

（二）防止受到冲击和振动

播种机在工作过程中会受到冲击和振动，如果没有采取预防措施，这些冲击和振动可能会对PLC系统造成损害。因此，在安装播种机电气自动化系统时，应选用抗冲击和抗振动的设备和材料，避免机械振动对PLC设备产生影响。此外，可以采取隔离和阻尼措施，减少冲击和振动对系统的影响，如使用橡胶垫、减振器等。

（三）确保电源稳定

电源的波动和干扰可能会导致PLC系统出现错误和故障。为了保证电源的稳定性，可以采取以下措施：首先，使用稳定的电源设备，如UPS（不间断电源）等，以防止电源突然中断或波动。其次，对电源线进行良好的绝缘和防护，避免电源线与其他线路交叉干扰。此外，还可以安装电源过滤器和稳压器，以平衡电压波动。

参考文献：

[1]岳威.浅谈PLC自动化技术在农业机械电气控制中的应用[J].南方农机，2020，51（23）：91+95.

[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]郑恒玉.PLC技术在农业机械电气自动控制中的应用[J].南方农机，2021，52（15）：58-59.

[4] 张友朋.农业机械自动化在现代农业中的应用探析[J].农业开发与装备，2021（7）：20-21.

[5] 黄鹏.电子信息化技术在农业机械上的应用探讨[J].农业开发与装备，2021（7）：26-27.

（作者单位：太原理工大学）