基于PLC 的玉米播種機設計與試驗分析

杜萌萌

（開封技師學院，475000，河南開封）

播種是農作物種植最重要的一步，直接影響到農作物的產量。近年來，機械化種植逐漸普及，設備也越發(fā)先進，其播種速度與質量均好于人工播種。玉米相較于其他農作物產量更高，其應用范圍廣泛。但就目前而言，我國機械化種植發(fā)展時間短且基礎設施欠缺，機械化水平有待提高。因此設計一款適用于我國的玉米播種機，是實現玉米種植現代化目標的基礎。

1 玉米播種機設計

1.1 總體設計

基于PLC 的玉米播種機總體設計既要包含機械平臺、動力源、電池驅動方式、播種規(guī)格的設計，又要包括功能模塊的劃分。這一部分是進行該玉米播種機設計的基礎，是決定設計方向的關鍵步驟，也是將PLC技術應用于玉米播種機的可行性保證。

將播種、施肥功能一體化玉米播種機作為設計的機械平臺是最佳選擇，這種播種機功能強大，播種效率更高，作為設計的機械平臺也可降低一定的開發(fā)成本[1]。播種機由電力進行驅動，所選電源為常見48 V 農機專用蓄電池，其最大輸出功率可達1 500 W，且使用方法簡單。作為機械平臺的原播種機構造合理緊湊，效率較高，更適用于玉米的播種。原播種機已具備一定的播種規(guī)格調節(jié)能力，未加入PLC 技術前的播種機可同時播種2 行種子，其行間距調整范圍為45～60 cm，可調每株間隔范圍為16～32 cm，播種深度較為適宜。選擇這種技術相對成熟的播種機進行改造，可有效提高試驗的成功率。

明確該播種機的組成及其相互聯系也是總體設計的重要部分，是決定該播種機工作效率的重要因素?；赑LC 的玉米播種機主要組成包含檢測模塊、控制模塊、開溝器、播種器、施肥器，這些部件按照一定體系相互配合實現播種作業(yè)。檢測模塊接收數據并傳遞至控制模塊，控制模塊通過機體本身動力對開溝器、播種器、施肥器進行控制，再安裝傳感器于這些作業(yè)部件處反饋檢測信息給控制模塊?？刂颇K是玉米播種機設計的關鍵，直接影響玉米播種機的作業(yè)效果。依照功能邏輯關系分析設定，有計劃地對玉米播種機進行規(guī)劃設計，是進行總體設計的意義所在。

1.2 詳細設計

分析其組成部分，對每一部分進行設計是實現基于PLC 的玉米播種機設計的第二步。在這一步設計中，要對總體設計的每一部分細化，全面規(guī)劃其配件選擇、原理確定等，以此保證每一部分正常運行，進而使得玉米播種機整體正常運行。

中心控制器是基于PLC 的玉米播種機的靈魂所在，這一部分的設計至關重要?？刂破魇沁M行信號傳遞、指令存儲及分析的重要部件，在選擇控制器時，尤其要注意規(guī)格。在本實驗中，選擇了具備強大脈沖信號、充足數據存儲空間且輸入輸出接口量足夠的控制器。檢測模塊中傳感器是重要的部件，其種類應包含位移傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器。位移傳感器檢測其播種深度、播種密度，霍爾傳感器可用于檢測播種機車輪轉速，光電傳感器用于檢測種子下落時的電信號。傳感器可有效監(jiān)控播種機的幾項重要指標，這些指標是PLC 平臺進行控制調整的數據標準[2]。除此之外，控制模塊還設置了警報裝置，報警也需要依靠傳感器實現，以保證當其種子播種完畢或出現故障時及時被發(fā)現，避免耽誤播種工作的進行。

PLC 技術作為一種可編程序控制技術，其工作原理也是進行詳細設計的關鍵。播種機進行作業(yè)的數據信息會被顯示在操作界面上，操作人員可以在此界面中對播種規(guī)格進行設定，控制中心對這些數值進行分析并按照專有運算方式轉變?yōu)橹噶?，并傳遞至播種機相關執(zhí)行部件。執(zhí)行部件收到指令后開始執(zhí)行播種工作，安裝在對應位置的傳感器接收記錄相關監(jiān)測信息并將檢測結果傳遞回控制中心，供操作人員查看。操作人員查看到檢測結果后，依據實際情況更改播種數值，如此循環(huán)完成作業(yè)流程。相關種子、化肥的存量報警，要利用相應的重量傳感器及控制器指令，當存儲箱重量為零時，傳感器要及時發(fā)送報警信號，控制器接收信號進入報警狀態(tài)，并傳遞報警信號至執(zhí)行部件使其停止運行，控制顯示屏彈出報警提示，并進行聲音報警。操作人員收到報警提示，及時處理故障或增添種子、化肥。工作原理是程序化設計機械設備的關鍵，也是設計中所必須明確的設計思想，直接影響到設計能否成功。

1.2 程序設計

PLC 程序也是軟件系統的一種，其程序的設計與軟件系統程序設計有異曲同工之處。其設計應包含功能程序流程圖設計、編程邏輯設計，以及播種數據傳遞前的運算公式等。該系統涉及多個領域的運算，在程序設計中應準確把握其運算方法?？茖W、全面的程序設計是PLC 玉米播種機軟件設計方面的重要步驟，也是控制中心順利運行的保證。

在程序設計過程中，利用編程語言梯形圖進行編程，以此有效降低編程難度、簡化系統成品操作界面，最重要的是成型所需時間較短。這種方式可縮減編程時間，因此增強其人機交互能力便成為程序設計的重點。選擇最先進的文本顯示模式尤為重要，將其作為控制器的操作、顯示界面不僅可以增強人機交互的能力，還可以減少信息傳遞所需的接口數量。與此同時，這樣的程序設計還可以增加PLC 指令，為玉米播種機的功能實現提供更多可能性。

程序的執(zhí)行流程是程序設計的一部分，也是基于PLC 的玉米播種機的實現基礎。在啟動PLC 的同時，利用程序代碼將計數器等構件進行初始化復位操作，在處理故障后也要進行此流程。將需要記載的信息存儲在不同區(qū)域也是程序設計需要關注的問題，程序設計中優(yōu)化數據存儲結構，可有效提高程序的執(zhí)行速度[3]。程序設計中合理設定顯示界面的跳轉方式和輸入模式，開機后顯示參數輸入界面，提交后跳轉至實際情況反饋顯示界面，操作人員可再次切入輸入界面進行實時更改，正常工作狀態(tài)下只根據需要切換這兩種頁面。進入報警狀態(tài)后，要實現界面的警報提醒，利用代碼同時調用其他燈光、聲音設備進行報警。

在代碼中進行準確的運算是程序設計的關鍵邏輯設計，玉米播種機所需數據運算涉及多個領域。在這一方面的程序設計請教相關專業(yè)人士全面學習相關公式推理及運用，進而用程序語言實現其運算過程。播種機播種量與施肥量等控制都需要通過相關公式的計算確定，其計算結果是實現PLC 對玉米播種機控制的理論基礎。反饋實時信息也需要公式的計算，嚴謹進行這一步的設計是玉米播種機軟件部分設計的重中之重。

2 試驗結果及分析

2.1 試驗情況

在完成基于PLC 的玉米播種機的設計后，對其進行科學試驗，是檢驗設計成果的關鍵。在試驗中，將試驗田劃分為均等四份，保證每一部分試驗田條件相同，分別使用播種機進行播種。在控制器操作平臺設置深度為15 cm、距離為25 cm，在種子存儲箱中放置同樣數量的種子，實驗中放置了3 000 粒種子，分別檢測其種植深度、種植距離及警報反應時間，將試驗田的詳細結果分別記錄用于結果分析。

2.2 結果分析

根據從試驗田所采集到的播種深度及播種距離，兩項指標與設置的數值相差較小，波動范圍不超過0.5 cm。綜合分析四處試驗田所采集到的數據，確認播種較為穩(wěn)定，說明PLC 控制玉米播種機頗具成效。在空箱警告方面，四處試驗田所用玉米播種機響應時間不超過1.5 s，達到及時預警的效果。具體實驗數據及分析結果均表明，設計的基于PLC 的玉米播種機已達到預期目標，在玉米生產中具有一定使用價值；但其試驗的播種規(guī)模相對較小，試驗結果具有局限性，其推廣價值仍待考量。

3 結語

基于PLC 的玉米播種機對玉米種植業(yè)發(fā)展具有推動價值，是科技在玉米播種上的一種具體應用。這種技術的關鍵在于量的控制，也正是玉米機械化播種最重要的需求。當前玉米播種機對量的控制能力有限，開發(fā)新型玉米播種機是農業(yè)發(fā)展需要重視的研究方向，利用PLC 技術消除現有玉米播種機的缺陷不失為一種策略?；赑LC 的玉米播種機設計仍存在上升空間，是值得重點研究的方向。