基于PLC 的玉米播种机设计与试验分析

杜萌萌

（开封技师学院，475000，河南开封）

播种是农作物种植最重要的一步，直接影响到农作物的产量。近年来，机械化种植逐渐普及，设备也越发先进，其播种速度与质量均好于人工播种。玉米相较于其他农作物产量更高，其应用范围广泛。但就目前而言，我国机械化种植发展时间短且基础设施欠缺，机械化水平有待提高。因此设计一款适用于我国的玉米播种机，是实现玉米种植现代化目标的基础。

1 玉米播种机设计

1.1 总体设计

基于PLC 的玉米播种机总体设计既要包含机械平台、动力源、电池驱动方式、播种规格的设计，又要包括功能模块的划分。这一部分是进行该玉米播种机设计的基础，是决定设计方向的关键步骤，也是将PLC技术应用于玉米播种机的可行性保证。

将播种、施肥功能一体化玉米播种机作为设计的机械平台是最佳选择，这种播种机功能强大，播种效率更高，作为设计的机械平台也可降低一定的开发成本[1]。播种机由电力进行驱动，所选电源为常见48 V 农机专用蓄电池，其最大输出功率可达1 500 W，且使用方法简单。作为机械平台的原播种机构造合理紧凑，效率较高，更适用于玉米的播种。原播种机已具备一定的播种规格调节能力，未加入PLC 技术前的播种机可同时播种2 行种子，其行间距调整范围为45～60 cm，可调每株间隔范围为16～32 cm，播种深度较为适宜。选择这种技术相对成熟的播种机进行改造，可有效提高试验的成功率。

明确该播种机的组成及其相互联系也是总体设计的重要部分，是决定该播种机工作效率的重要因素。基于PLC 的玉米播种机主要组成包含检测模块、控制模块、开沟器、播种器、施肥器，这些部件按照一定体系相互配合实现播种作业。检测模块接收数据并传递至控制模块，控制模块通过机体本身动力对开沟器、播种器、施肥器进行控制，再安装传感器于这些作业部件处反馈检测信息给控制模块。控制模块是玉米播种机设计的关键，直接影响玉米播种机的作业效果。依照功能逻辑关系分析设定，有计划地对玉米播种机进行规划设计，是进行总体设计的意义所在。

1.2 详细设计

分析其组成部分，对每一部分进行设计是实现基于PLC 的玉米播种机设计的第二步。在这一步设计中，要对总体设计的每一部分细化，全面规划其配件选择、原理确定等，以此保证每一部分正常运行，进而使得玉米播种机整体正常运行。

中心控制器是基于PLC 的玉米播种机的灵魂所在，这一部分的设计至关重要。控制器是进行信号传递、指令存储及分析的重要部件，在选择控制器时，尤其要注意规格。在本实验中，选择了具备强大脉冲信号、充足数据存储空间且输入输出接口量足够的控制器。检测模块中传感器是重要的部件，其种类应包含位移传感器、霍尔传感器、光电传感器。位移传感器检测其播种深度、播种密度，霍尔传感器可用于检测播种机车轮转速，光电传感器用于检测种子下落时的电信号。传感器可有效监控播种机的几项重要指标，这些指标是PLC 平台进行控制调整的数据标准[2]。除此之外，控制模块还设置了警报装置，报警也需要依靠传感器实现，以保证当其种子播种完毕或出现故障时及时被发现，避免耽误播种工作的进行。

PLC 技术作为一种可编程序控制技术，其工作原理也是进行详细设计的关键。播种机进行作业的数据信息会被显示在操作界面上，操作人员可以在此界面中对播种规格进行设定，控制中心对这些数值进行分析并按照专有运算方式转变为指令，并传递至播种机相关执行部件。执行部件收到指令后开始执行播种工作，安装在对应位置的传感器接收记录相关监测信息并将检测结果传递回控制中心，供操作人员查看。操作人员查看到检测结果后，依据实际情况更改播种数值，如此循环完成作业流程。相关种子、化肥的存量报警，要利用相应的重量传感器及控制器指令，当存储箱重量为零时，传感器要及时发送报警信号，控制器接收信号进入报警状态，并传递报警信号至执行部件使其停止运行，控制显示屏弹出报警提示，并进行声音报警。操作人员收到报警提示，及时处理故障或增添种子、化肥。工作原理是程序化设计机械设备的关键，也是设计中所必须明确的设计思想，直接影响到设计能否成功。

1.2 程序设计

PLC 程序也是软件系统的一种，其程序的设计与软件系统程序设计有异曲同工之处。其设计应包含功能程序流程图设计、编程逻辑设计，以及播种数据传递前的运算公式等。该系统涉及多个领域的运算，在程序设计中应准确把握其运算方法。科学、全面的程序设计是PLC 玉米播种机软件设计方面的重要步骤，也是控制中心顺利运行的保证。

在程序设计过程中，利用编程语言梯形图进行编程，以此有效降低编程难度、简化系统成品操作界面，最重要的是成型所需时间较短。这种方式可缩减编程时间，因此增强其人机交互能力便成为程序设计的重点。选择最先进的文本显示模式尤为重要，将其作为控制器的操作、显示界面不仅可以增强人机交互的能力，还可以减少信息传递所需的接口数量。与此同时，这样的程序设计还可以增加PLC 指令，为玉米播种机的功能实现提供更多可能性。

程序的执行流程是程序设计的一部分，也是基于PLC 的玉米播种机的实现基础。在启动PLC 的同时，利用程序代码将计数器等构件进行初始化复位操作，在处理故障后也要进行此流程。将需要记载的信息存储在不同区域也是程序设计需要关注的问题，程序设计中优化数据存储结构，可有效提高程序的执行速度[3]。程序设计中合理设定显示界面的跳转方式和输入模式，开机后显示参数输入界面，提交后跳转至实际情况反馈显示界面，操作人员可再次切入输入界面进行实时更改，正常工作状态下只根据需要切换这两种页面。进入报警状态后，要实现界面的警报提醒，利用代码同时调用其他灯光、声音设备进行报警。

在代码中进行准确的运算是程序设计的关键逻辑设计，玉米播种机所需数据运算涉及多个领域。在这一方面的程序设计请教相关专业人士全面学习相关公式推理及运用，进而用程序语言实现其运算过程。播种机播种量与施肥量等控制都需要通过相关公式的计算确定，其计算结果是实现PLC 对玉米播种机控制的理论基础。反馈实时信息也需要公式的计算，严谨进行这一步的设计是玉米播种机软件部分设计的重中之重。

2 试验结果及分析

2.1 试验情况

在完成基于PLC 的玉米播种机的设计后，对其进行科学试验，是检验设计成果的关键。在试验中，将试验田划分为均等四份，保证每一部分试验田条件相同，分别使用播种机进行播种。在控制器操作平台设置深度为15 cm、距离为25 cm，在种子存储箱中放置同样数量的种子，实验中放置了3 000 粒种子，分别检测其种植深度、种植距离及警报反应时间，将试验田的详细结果分别记录用于结果分析。

2.2 结果分析

根据从试验田所采集到的播种深度及播种距离，两项指标与设置的数值相差较小，波动范围不超过0.5 cm。综合分析四处试验田所采集到的数据，确认播种较为稳定，说明PLC 控制玉米播种机颇具成效。在空箱警告方面，四处试验田所用玉米播种机响应时间不超过1.5 s，达到及时预警的效果。具体实验数据及分析结果均表明，设计的基于PLC 的玉米播种机已达到预期目标，在玉米生产中具有一定使用价值；但其试验的播种规模相对较小，试验结果具有局限性，其推广价值仍待考量。

3 结语

基于PLC 的玉米播种机对玉米种植业发展具有推动价值，是科技在玉米播种上的一种具体应用。这种技术的关键在于量的控制，也正是玉米机械化播种最重要的需求。当前玉米播种机对量的控制能力有限，开发新型玉米播种机是农业发展需要重视的研究方向，利用PLC 技术消除现有玉米播种机的缺陷不失为一种策略。基于PLC 的玉米播种机设计仍存在上升空间，是值得重点研究的方向。