基于PLC技术的播种机电气自动化技术研究

陈茂林

（荆楚理工学院，湖北 荆门 448000）

PLC技术具有逻辑性强、程序简单、适用广泛、功能强大等特点，程序运用过程中，采用面向控制过程的编程语言，技术人员更容易上手和掌握。基于PLC技术的播种机不仅要具有开沟、播种、覆土等功能，还要适应不同的作物种植，提高其自动化水平，减少漏种、株距不均匀等现象。

1 基于PLC的播种机应用的价值

播种机比人工播种的效率更高，节省种子，减少人工劳作程度，作物间距更加合理，有利于作物营养吸收最大化和光合作用。和人工播种相比，花费的时间更少，单产量更高。此外，PLC技术结合智能技术应用在播种机电气自动化之中，还能改变过去播种靠人工观察的弊端，大大提升自动化水平。

传统播种机驾驶员在操作过程中受到作业环境的限制，在丘陵等作业条件差的地区，驾驶员会因为驾驶位置高、操作技巧不娴熟和个人疏忽等原因，造成漏种等现象。PLC电气控制装置可以自动装载漏播检测系统和控制补种装置的步进电机，在发现漏种时自动补漏。在补种行作业时，播种机不停机，采用单元工作，不会造成重复播种。

另外，传统在镇压作业时，面对不同的土质，可能会产生土壤粘附严重、牵引阻力大等问题，PLC技术的引入能够减少镇压不均匀的现象，通过配置智能装置，及时处理粘附严重的问题。PLC技术还能够纵向仿形、覆土和压实土壤，对不同地形的播种深度实行精确控制，能够适应不同地形。

2 PLC技术在播种机检测、控制中的应用

2.1 PLC设备的选择

要求设备稳定性强，计算速度快，低功耗，系统稳定，满足复杂的操作要求。本设计中选用西门子的CPU226RDC24VD控制单元。要求系统能在复杂的作业环境中进行地轮测速，且不怕油污和灰尘，在丘陵地形中具有良好的抗颠簸和抗振动功能，本设计采用微型PLC控制器，抗干扰性强，更加灵活，使用寿命更长。

2.2 PLC技术在播种机检测中的应用

常用的播种机有机械式、气力式、电磁式、液力式，排种质量的检测有压电效应法、人工检测法、光电效应法、高速摄影法等，播种机检测播种状况主要靠传感器进行。当出现故障时，仪表通过声音或者光电信号进行调试。过去检测系统主要是采用机械式的，工作原理类似自行车振铃，但是由于播种机本身的噪音也很大，所以检测漏播的可能性很低。机电式装置对此进行了改进，在驾驶室上安装提示灯警示，发生故障时，闪烁变得不规律。现代播种机主要采用的电子检测装置，比如利用PLC技术实施综合检测和系统的全面监控。但总体来说，这些检测技术的监控效果不佳，而PLC技术能够有效改变这些问题。在设计PLC程序的过程中，要遵循简洁性、省时性、可读性、正确性、可靠性、易改性、扩张性、完备性的原则。

2.3 PLC技术在播种机操作控制的应用

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度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。

3 基于PLC技术的不同种类播种机排种结构设计和注意事项

3.1 基于PLC计算的不同种类排种器结构设计

水平圆盘式排种器如图1所示。排种盘水平放置在种箱底部，在圆盘旋转的过程中，种子靠自身重力落入型孔并且下落到种沟完成排种。水平圆盘排种器的优势在于可靠性高，结构简单，均匀性好，能够适应不同的地形。但是其缺陷在于对种子的要求均匀度要求极为严格，因为种子大小不同就无法落入型孔，而且依靠重力下落的水平圆盘排种器也不能实现高速播种。

窝眼轮式排种器（见图2）工作时也是利用重力和播种机行进间的震荡力工作，系统的特点是结构简单、通用性好、制作方便、造价低、性能可靠，但是在使用中也存在缺陷，因为存在脉动现象，所以播种均匀性差，整机的体积大、成本高、试验研究中较为困难。

气吸式排种器如图3所示。工作过程中利用真空吸力，将种子吸附到吸孔上，其优势在于结构简单，容易操作，对于不同的种子只需要更换不同尺寸的吸孔及吸孔数量的种盘就可以实现。缺陷在于工作室对密封性要求较高，因此结构的成本较高。

气吹式排种器（见图4）工作原理也是利用窝眼在转动到排种和护种区域的过程中以重力让种子落入到排种窝眼内，超出播种数量的种子在气流的作用下，又回到充种区。其优势在于结构设计上采用圆锥形，这样在排种过程中一个窝眼就不止一个种子，充种性能和播种速度都有所提升。其缺陷是可靠性受到影响，需要控制器有效控制排种频率和气流。

气送式排种器（见图5）工作过程中利用滚筒滚动的内外差完成排种过程，在滚筒内壁设有窝眼，当气压差产生式，种子紧贴窝眼转动，排到设计区域实现排种的目的，超出设计数量的种子即被种刷刷掉。此设计结构相对复杂，以满足不同种子和株距的调节需求，其优势在于操作简单，适用不同地形和环境，但是密封性要求高，造价也相对较高。

以上设备各有优缺点，但是播种过程的自动化水平还是有待提高，对于排种漏种的检测能力较低，因此需要结合PLC技术进行排种设计，使之适合不同类型排种器的特点。

3.2 排种和补种系统设计的注意事项

要求系统能够及时检测播种的情况，漏播时进行报警，并且自动补种，要确保种子从输种管下落至开沟器挖好的种沟，PLC要完成从检测要补种的全过程。在系统中PLC是系统的核心，要做好系统输入输出的设计，系统梯形图的设计和试验方案的设计。针对不同排种器存在的缺陷，要具体加以改进，做好外部抗干扰保护。同时还应该引入最新技术进行创新，比如，利用激光对射光电传感器作为检测输入，补种装置可调节，刀具机构模块化。为了提高精度，还可以引入GPS导航定位、精确测速和无线网络控制等装置，与PLC技术相结合，克服传统播种结构中的弊端。