PLC自动化技术在农业机械电气控制中的应用

郭 斌 ，李 娜

（南昌职业大学，江西 南昌 330500）

在农业技术的迅猛发展下，农业机械电气自动化水平不断提升，有效地提高了农业生产的质量和效率[1]。近年来，PLC自动化技术被广泛地应用于农业机械电气控制中，实现了农业生产自动化、高效化控制，进一步扩大了农业发展规模[2]。所以，在PLC自动化技术的应用背景下，强化对农业机械电气控制装置的设计，促使农业机械行业健康、可持续发展显得尤为重要。

1 PLC自动化技术概述

1.1 技术概念

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）自动化技术作为一种常用的平面光波导技术，主要是将人工智能技术、微机技术等先进技术进行有效融合后所形成的。该技术主要是由现场总线控制系统（Fieldbus Control System, FCS）、分散控制系统（Distributed Control System, DCS）两个部分组成。其中，FCS内部含有若干个网络节点，可以高效、安全地传输数据信息，使得设备生产质量和效率得以大幅度提升，极大地提高电气自动化控制水平[3]。DCS主要包含显示器、通信总线、控制系统三大结构，可以集成化处理海量数据信息，便于技术人员更好地优化和管理整个产品生产流程[4]。

1.2 技术优点

PLC自动化技术具有抗干扰能力强、检测精确度高、占用空间小等优点，通过应用该技术，可以最大化利用空间资源，促使农业机械电气控制装置操作变得更加便捷化、智能化、高效化[5]。此外，应用PLC自动化技术，可以精确检测和处理农业机械电气控制装置故障问题，有效提高该控制装置的运行性能。

2 PLC自动化技术在农业机械电气控制中的具体应用

2.1 PLC在农业拖拉机自适应平衡控制装置中的应用

农业拖拉机在实际应用时，通常会面临比较复杂多变的工作环境，一旦其车身倾斜严重，则需要对作业路线进行更改和调整，但是，这种做法会降低拖拉机作业效率和质量[6]。应用PLC自动化技术设计拖拉机平衡控制装置，可以有效地解决以上问题。

2.1.1 硬件设计

系统硬件整体设计思路为：应用PLC控制技术，采用传感器检测方法，对电液比例控制阀进行驱动处理，提高液压缸响应速度。为确保系统硬件所输出信号为模拟量信号，选用以下两种检测装置，分别是位移传感器、倾角传感器；选用以下两种执行元件，分别是液压缸、电液比例换向阀，从而实现对模拟信号的实时全面接收。应用故障报警器，对系统液压缸极限情况进行实时检测，一旦发现异常问题，系统会自动生成相应的报警信号。系统硬件设计具体内容如下：为提高系统运行性能，需要选用型号为FX2N-32MR的PLC，并将I/O端子统一设置为32个，其中，含有16个输入端子、16个输出端子。输出信号属于典型模拟序号，PLC和电液比例换向阀均无法直接接收输出信号，因此，将FX2N-2AD输入量扩展单元和输出量扩展单元数量分别设置为2个、1个。此外，信号输入主要涉及面板操作数据、触摸屏参数数据、信号采集数据等，这些数据不仅可以反映出系统当前的运行状态，还能将拖拉机故障报警信息呈现在显示屏上，以引起相关工作人员的注意，为后期的拖拉机维修工作开展提供重要的依据和参考[7]。

2.1.2 软件设计

系统软件主要包含主控制和信号采集两个模块。其中，主控制模块可以控制和调整拖拉机车身整体平衡度。信号采集模块可以对位移传感器、倾斜传感器两种检测装置所传输的模拟信号进行实时、全面的采集。系统在实际操作时，应用PLC技术，可以实时检测倾斜角信号值，并将最终的检测结果与系统既定的极限值进行比较，如果倾斜角信号值低于系统极限值，则系统暂停调节指令的发出；反之，系统会自动发出调节指令，从而达到自适应调节和控制拖拉机车身平衡度的目的[8]。

2.2 PLC在农业播种机电气自动化控制装置中的应用

应用农业播种机电气自动化控制装置，可以实现对出水量的智能化调整和控制。在播种期间，通过应用该装置，可以确保播种速度与出水量呈现出正相关关系，有效提高整个控制装置的运行精确度[9]，而这得益于PLC技术的应用。

2.2.1 FCS系统和DCS系统应用

PLC自动化技术在具体应用时，通常会用到FCS系统和DCS系统。在应用FCS系统时，为充分发挥和利用PLC自动化技术的应用优势，需要借助现场总线控制模式，完成对通信网络的搭建，以突出农业播种机的可操作性，从而为农业播种机机械电气自动化控制提供安全、稳定的网络运行环境，便于相关人员安全、可靠地传输相关数据，从而提高农业播种机生产效率和质量。此外，还要重视对多种电气控制装置功能的设计和实现，便于工作人员更好地进行生产活动。在科学技术的不断推广和普及下，FCS系统技术方案逐渐向便捷化、自动化方向发展，完全符合某些工作的自动化实施要求，使得装置自身的应用效果最大化提升。在应用DCS系统时，需要借助分散式控制模式，对农业播种机进行自动化管理，同时，还能及时发现和处理危险区域，保证系统运行的稳定性和可靠性。应用DCS系统，可以为农业播种机电气控制打造安全、可靠的应用环境。同时，借助PLC自动化技术，可以实现对现场控制站运行状态的监控和优化，使得该控制装置运行性能得以显著提升。一旦该控制装置出现故障问题，应用DCS系统，也可以将相关故障问题快速上传到控制平台中，便于相关维修人员快速解决和处理装置故障问题，从而提高该装置的运行性能，延长其使用寿命。

2.2.2 系统硬件设计

该控制装置硬件主要是由PLC、输出端口、旋转编码器等部分组成。硬件信息设置具体内容如下：选用的PLC型号为FX2N-32MR；选用的液压马达型号为BMRD-160-AG5C；选用的旋转编码器型号为E6R-AG5C；选用的触摸屏型号为GT1000；选用的比例放大器型号为E6R-AG5C；选用的比例调速阀型号为XQP5C3FSG001；选用的模拟量输出模块型号为FX2N-2AD；选用的报警喇叭型号为JSL-2DLED；选用的指示灯型号为LAY50。

2.2.3 控制方案设计

PLC作为该控制装置的重要模块，结合装置实际应用需求，重点设计测速功能、报警功能、水位监测功能[10]。在设计程序时，要重点做好对主程序、施水执行程序的科学化设计。为确保系统能够稳定化、精确化运行，应用PLC自动化技术，自动化监测施水速度，并将相关监测数据安全、可靠地传输至主程序中，然后，借助主程序，系统化分析数据信息，并提高施水操作的智能性和高效性。

1）PLC自动化控制设计。PLC主要是由输入模块、处理器模块、存储器模块等部分组成。首先，为提高农作物播种质量和效率，需要对相关数据进行市场扫描和处理，以实现采样准确输入。其次，在执行程序命令的基础上，不断地更新和输出相关数据。在执行程序命令期间，要按照从上到下、从左到右的顺序，依次扫描相关信息数据，同时，还要对逻辑线圈进行实时调整和控制，从而达到智能化调节系统施水量的目的。当程序命令执行结束后，PLC需要对数据进行刷新处理，并结合系统指令，精确化驱动处理相关设施。

2）显示模块设计。显示模块主要用于对测速、脉冲信号的实时化采集和显示。为防止农业机械装置在实际运行期间因出现打滑而降低数据采集的真实性和精确度，在设计显示模块时，要采用同轴连接的方式，将地轮与编码器进行有效连接，从而达到精确化采集相关数据的目的。此外，还要结合相关控制方案，将8个LED设备科学地设置到系统中，并对这些设备进行并联处理，然后，借助LED显示屏幕，完整化、实时化显示水位高度、故障信息等，从而达到智能化控制农业播种机运行状态的目的。这表明：显示模块设计在有效提高农业播种机运行性能、保证农作物播种质量和效率、降低播种成本等方面具有重要作用。

2.3 PLC在农产品加工机械电气自动化控制装置中的应用

PLC自动化技术凭借着自身集成度高的特点，被广泛地应用于农产品加工机械电气自动化控制装置中，并取得了良好的应用效果。PLC自动化技术具体应用如下。

2.3.1 PLC自动化控制设计

结合农产品加工需求，确定PLC自动化控制设计流程，如图1所示。技术人员要严格借助该控制设计流程，对加工机械电气自动化控制装置进行科学设计。

图1 PLC自动化控制设计流程

2.3.2 硬件设计

为保证系统硬件设计质量，需要将开关量输出量设置为9个，将开关量输入量设置为3个，将模拟量输入量设置为2个。在选择相关设计方案时，要结合继电器型号，选用合适的PLC控制方案，从而最大限度地提高农产品控制效率。在系统硬件中选用开关量输入模块时，优先选用FX2N-32MR的输入设备。此外，借助总线方式，将触摸屏与PLC进行有效连接。在此基础上，将热电偶输入扩展模块与FX2N-32MR输入设备进行有效结合，保证两路输入的稳定性。同时，还要选用型号为PT100的数字传感器。

2.3.3 软件设计

在节能系统软件设计时，通常会涉及参数设置模块和流程控制模块。其中，参数设置模块主要是指在进行参数设置时，要科学地设置和规定产品加工时间、产品加工温度、电机正转延时等参数。流程控制模块主要是指在进行流程控制时，要实时调整和控制产品加工温度和加工物料运行状态。为了进一步提高系统软件设计质量，技术人员要结合产品实际加工情况，设计出自动化控制模式、人工控制模式两种温度控制模式。在自动控制模式下，结合产品加工温度控制需求，对加热开关进行自动化控制。在人工控制模式下，需要采用人工控制的方式，对加热开关、加工模式进行手动化控制。

3 结束语

综上所述，PLC自动化技术在农业生产、农业机械运行等方面发挥出重要的作用，通过运用该技术，可以实现对农业机械的电气自动化控制。本文应用PLC自动化技术，重点设计农业拖拉机、农业播种机、农产品加工机等机械电气控制装置，以期最大限度地提高农业机械智能化控制水平，对提高农业发展质量和速度产生积极影响。由此可见，PLC自动化技术具有较高的应用价值和应用前景，值得被进一步推广和应用。