农业机械电气控制中PLC 技术应用研究

周永吉

（山西机电职业技术学院，山西 长治 046000）

近年来，农业机械的快速发展和应用给农业生产带来了革命性的变化。随着农业机械的智能化和自动化程度的不断提升，电气控制系统作为农业机械的核心部件，也面临着更高的要求。传统的电气控制系统往往由接触器、继电器等组成，配置复杂，维护困难，难以满足农业生产的快速变化和灵活调整的需求。为了解决这一问题，PLC 技术应运而生。PLC 作为一种高度灵活、可编程、可扩展的控制器，被广泛应用于各个行业的自动化控制系统中，也成为农业机械电气控制的重要技术手段之一。PLC 技术不仅能够实现对农业机械各种参数的精确控制和监测，还能够实现不同农业机械之间的联动操作，提高生产效率和作业质量。

1 PLC 技术概述

PLC（可编程逻辑控制器）技术是一种基于数字逻辑的控制系统，它以其高度灵活、可编程和可扩展的特点，成为现代工业自动化领域的重要技术手段之一。PLC 技术的应用范围广泛，涵盖了从工业生产到农业机械等各个领域。PLC 系统由中央处理器、输入/输出模块、存储器和通信模块等组成，其中中央处理器是PLC 系统的核心部件。通过使用编程语言，如ladder diagram（梯形图）或structured text（结构化文本），工程师可以编写控制程序，将各种逻辑和功能算法转化为可执行的指令。这些指令通过输入/输出模块与外部设备（如传感器、执行器等）进行交互，实现对工艺过程的监测和控制。PLC 技术具有多个优势。首先，PLC 系统具有高度灵活性，可以根据不同的应用需求进行编程和配置，方便实现功能的定制化和调整。其次，PLC 系统可靠性高，能够在恶劣的工作环境下稳定运行，并具备自诊断和故障排除功能，提高了系统的可靠性和可维护性。此外，PLC 系统还具备快速的响应时间和精确的控制精度，能够满足高速、高精度的控制要求。

在农业机械领域，PLC 技术的应用也越来越广泛。它不仅能够实现农业机械各种参数的精确控制和监测，还能够实现不同农业机械之间的联动操作，提高生产效率和作业质量。例如，在农业拖拉机的自适应平衡控制装置中，PLC技术能够通过精确的传感器数据采集和实时控制算法，实现对拖拉机平衡的自动调节。类似地，PLC 技术在农业播种机、农业收获机和农业产品加工机械等设备中的应用，也为农业生产的智能化和自动化提供了强大的支持。

2 农业机械电气控制中PLC 技术的应用

2.1 PLC 在农业拖拉机自适应平衡控制装置中的应用

（1）硬件设计。在农业拖拉机自适应平衡控制装置的硬件设计中，需要考虑传感器的选择和安装位置，以获取准确的拖拉机姿态信息。常用的传感器包括倾斜传感器、加速度传感器和角度传感器等，它们能够实时监测拖拉机的倾斜角度和姿态变化。此外，还需要选择适合的执行器，如液压缸或电动马达，用于控制拖拉机的平衡调节。在硬件设计中，还需考虑电源供应和信号输入/输出的连接方式，确保系统的稳定性和可靠性。通过合理的硬件设计，能够提供可靠的数据输入和输出接口，为农业拖拉机自适应平衡控制装置的运行打下坚实的基础。

（2）软件设计。在农业拖拉机自适应平衡控制装置的软件设计中，需要编写控制程序以实现拖拉机的自动平衡调节。首先，需要进行传感器数据的采集与处理，通过读取倾斜传感器、加速度传感器和角度传感器等的数据，获取拖拉机当前的姿态信息。然后，根据设定的控制算法和逻辑，对采集的数据进行处理和分析，确定需要进行的平衡调节动作。接下来，通过控制输出模块，向执行器发送控制信号，实现拖拉机的平衡调节。同时，还需要设计用户界面，通过人机交互方式，实现对拖拉机平衡控制装置的参数设置和实时监测。软件设计的关键在于编写清晰、高效的控制程序，确保系统能够准确、稳定地响应各种姿态变化并进行自动控制。通过合理的软件设计，能够实现农业拖拉机的自适应平衡控制，提高其稳定性和操作性能。

2.2 PLC 在农业播种机电气自动化控制装置中的应用

（1）控制方案设计。在农业播种机电气自动化控制装置的控制方案设计中，首先，需要确定控制的目标和需求，例如，播种机的种子数量、种植深度等参数。然后，根据实际情况选择合适的传感器，如光电传感器、压力传感器等，用于检测土壤条件、种子供给等关键信息。接下来，需要编写控制逻辑，包括种子供给控制、排种器控制、深度调节控制等，以实现自动化的播种过程。同时，还需考虑与其他系统的协调和联动，例如，与拖拉机的通信和同步控制。最后，进行系统测试和调试，确保控制方案的稳定性和可靠性。通过科学合理的控制方案设计，能够实现农业播种机的电气自动化控制，提高播种效率和质量，提升农业生产的整体水平。

（2）PLC 自动化控制设计。在农业播种机电气自动化控制装置的PLC 自动化控制设计中，首先，需要根据控制方案设计的要求，编写相应的控制程序。这包括传感器数据的采集与处理、逻辑判断与控制算法的实现以及执行器的控制指令生成。通过合理的程序编写，能够实现对播种机各个部件的自动控制，如种子供给、行进速度和深度调节等。其次，需要设置适当的控制参数，如传感器灵敏度、控制阈值和执行器动作时序等，以确保控制系统的稳定性和可靠性。此外，还需要考虑系统的异常处理和报警机制，通过监测系统状态和错误信息，及时采取相应的措施避免意外情况的发生。最后，进行系统的测试和调试，验证控制设计的正确性和可行性，并进行必要的优化和改进。通过PLC 自动化控制设计，能够实现农业播种机的自动化操作，提高生产效率、减少人力成本，为现代农业生产提供可靠的技术支持。

（3）显示模块设计。在农业播种机电气自动化控制装置的显示模块设计中，需要考虑用户友好性和信息传达的有效性。首先，选择合适的显示屏或触摸屏，以满足显示需求和操作交互的要求。通过显示模块，可以实时显示播种机的工作状态、种植参数和故障信息等，让操作人员清晰了解机器的运行情况。其次，设计直观明了的用户界面，通过图形化显示和菜单设计，使操作人员能够方便地设置播种参数、监测作业进度和调整控制模式。同时，还可以提供图表、报表和统计数据等功能，帮助用户进行数据分析和决策支持。此外，还需考虑显示模块与PLC 系统的连接和通信方式，确保实时的数据传输和操作指令的可靠性。通过合理的显示模块设计，能够提升农业播种机的操作性能和用户体验，促进农业生产的智能化和自动化发展。

2.3 PLC 在农业收获机电气自动化控制装置中的应用

（1）软件设计。在农业收获机电气自动化控制装置中，PLC 技术的软件设计起着至关重要的作用。首先，软件设计需要考虑收获机各个功能模块的控制需求，如切割装置、输送系统和收集装置等。通过编写相应的控制程序，实现对这些功能模块的自动化控制。例如，根据作物的类型和成熟度，通过传感器采集的数据，控制切割装置的速度和位置，以确保精确的切割效果。其次，软件设计还需考虑系统的安全性和稳定性。通过设置合适的报警机制和故障检测逻辑，实现对异常情况的及时响应和处理，确保农业收获机的安全运行。此外，软件设计中还需考虑与其他设备的通信和协同工作，例如，与拖拉机的联动控制，实现更高效的农业作业。最后，进行系统的测试和调试，验证软件设计的正确性和可行性，并进行必要的优化和改进。通过PLC软件设计的应用，能够实现农业收获机的自动化控制，提高作业效率和质量，为农业生产带来显著的提升。

（2）硬件设计。在硬件设计中，需要选择适用的传感器和执行器，以及合适的控制模块和接口。对于收获机而言，常用的传感器包括光电传感器、距离传感器和压力传感器等，用于检测作物的位置、成熟度和收获状态等关键信息。此外，还需选择合适的执行器，如电动马达或液压系统，用于控制收割刀具、输送系统和储存装置的运动。在硬件设计中，还需要考虑电源供应和信号传输的可靠性和稳定性，确保系统的正常运行。同时，还需设计合适的连接方式和接口，与PLC 系统进行数据交互和通信。通过合理的硬件设计，能够提供可靠的信号输入和输出接口，实现农业收获机的电气自动化控制，提高作业效率和质量，为农业生产带来显著的进步。

2.4 PLC 在农业产品加工机械电气自动化控制装置中的应用

（1）设计分析。第一，需要对加工机械的工作流程和要求进行详细分析。这包括原料输入、加工过程和成品输出等环节。通过仔细分析每个环节的操作步骤、工艺要求和安全规范，可以明确控制系统需要实现的功能和任务。第二，根据加工机械的特点和控制要求，选择合适的传感器和执行器。例如，对于温度控制，可以使用温度传感器来实时监测加工过程中的温度变化；对于压力控制，可以采用压力传感器来检测加工过程中的压力情况。选择适当的传感器能够提供准确的数据，为后续的控制提供依据。第三，进行控制逻辑的设计，编写相应的控制程序。通过分析加工机械的工艺要求和控制策略，设计合理的控制算法，确保加工过程的精确控制。控制程序需要包括输入信号的采集、数据处理和控制输出等模块，以实现对加工机械各个部件的自动化控制。在设计分析阶段，还需要考虑系统的可靠性和稳定性。合理选择硬件设备和组件，确保其质量和性能符合要求。同时，进行系统的容错设计和安全机制设置，以应对可能的故障和异常情况，保障操作人员和设备的安全。第四，与其他设备的协调与联动也是设计分析的重要考虑因素。在农业产品加工过程中，可能需要与输送带、包装机械等其他设备进行协同工作。因此，在设计分析阶段需明确与其他设备的通信和控制要求，确保各个设备之间能够无缝协同工作。

（2）硬件设计。第一，选择合适的控制器，通常采用可编程逻辑控制器（PLC）作为主要控制设备。PLC具有高性能、可靠性和灵活性的特点，适用于农业产品加工机械的控制需求。第二，需要选择合适的输入输出模块，以实现与传感器和执行器的连接。根据具体的加工机械要求，选择相应的传感器，如温度传感器、压力传感器、光电传感器等，用于检测环境参数和产品状态。同时，选择适合的执行器，如电动马达、液压系统等，用于控制机械运动和操作。通过合适的输入输出模块，能够实现与这些外部设备的数据交换和控制指令传输。第三，硬件设计还需考虑电源供应和信号传输的稳定性和可靠性。选择适当的电源设备，确保系统的电力供应稳定可靠。针对信号传输，应合理布置电缆和连接器，减少信号干扰和传输误差，确保数据的准确性。在硬件设计中，还需考虑安全措施和紧急停机机制。针对加工机械可能出现的故障或异常情况，应设计相应的安全装置和停机控制，以保障人员和设备的安全。第四，进行系统的布线和安装，保证各个硬件模块之间的良好连接和安全稳定的运行。对整个硬件系统进行测试和调试，确保其与软件设计的协同工作和功能正常。

（3）软件设计。第一，根据设计分析阶段的要求，编写相应的控制程序。控制程序需要根据加工机械的工艺要求和操作流程，设计合理的控制逻辑，实现自动化控制的功能。在软件设计中，需要采用合适的编程语言和开发工具，如Ladder Diagram（梯形图）、Structured Text（结构化文本）或Function Block Diagram（功能块图）等，来编写控制程序。通过使用这些工具，可以方便地实现输入信号的采集、数据处理、控制指令的生成和输出信号的控制等功能。第二，软件设计还需要考虑系统的实时性和稳定性。加工机械的自动化控制通常要求对各个部件的状态进行实时监测和控制。因此，软件设计需要合理设置采样周期，确保及时响应和精确控制。同时，还需对数据进行处理和滤波，以减少噪声和干扰对系统的影响。在软件设计中，还需要考虑系统的可扩展性和灵活性。通过使用模块化的设计方法，可以将控制程序划分为多个功能模块，便于修改和扩展。第三，在后续的维护和升级过程中，可以更加方便地进行功能的增加或修改。，进行软件的测试和调试，确保控制程序的正确性和稳定性。通过对各个功能模块的单元测试和整体系统的集成测试，可以验证软件设计的可行性和有效性。

3 结语

综上所述，PLC 技术在农业机械电气控制中的应用研究为农业自动化带来了重要的进展。通过对PLC 技术的概述，深入了解了其原理和特点。在农业机械的不同领域中，如拖拉机平衡控制、播种机自动化控制、收获机自动化控制以及产品加工机械控制等方面，PLC 技术的应用为提高生产效率、优化操作过程、保障产品质量提供了有效的解决方案。从硬件设计到软件设计，每个环节都发挥着重要的作用。通过合理的设计分析、硬件设计和软件设计，能够实现农业机械的智能化控制，推动农业现代化发展。随着PLC 技术不断发展和创新，相信农业机械电气控制中的PLC 技术应用将进一步拓展，为农业生产带来更大的效益和可持续发展。