一種基于PLC控制技術(shù)的穴盤(pán)播種裝置的設(shè)計(jì)

苗杰

摘要：在蔬菜秧苗移栽過(guò)程中，蔬菜播種育苗是蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)重要技術(shù)環(huán)節(jié)。人工進(jìn)行穴盤(pán)育苗播種過(guò)程中，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)時(shí)、技術(shù)性強(qiáng)。傳統(tǒng)育秧裝置采用大量機(jī)械傳動(dòng)依靠人工調(diào)節(jié)播量和速度等參數(shù)，限制了育秧可靠性。本文介紹了一種基于PLC控制技術(shù)的穴盤(pán)育秧播種裝置研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程，利用PLC作為控制機(jī)構(gòu)，傳感器、步進(jìn)電機(jī)和汽缸作為輸入輸出裝置，大大提升了育秧環(huán)節(jié)的精確度，降低了漏播率。

關(guān)鍵詞：PLC；穴盤(pán)育秧機(jī)；穴盤(pán)播種；電動(dòng)機(jī)

中圖分類號(hào)：S2232文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.10.008

0引言

在蔬菜秧苗移栽過(guò)程中，蔬菜播種育苗是蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)重要技術(shù)環(huán)節(jié)，是一項(xiàng)勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)時(shí)、技術(shù)性強(qiáng)的工作。人工育苗技術(shù)靠經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)失誤多，并且單憑經(jīng)驗(yàn)育苗很難掌握和推廣。穴盤(pán)育苗機(jī)可大大提高育秧效率，其中穴盤(pán)播種裝置是育秧機(jī)的核心結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)機(jī)具大都采用機(jī)械式播種，即依靠一定的機(jī)械傳動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)播種動(dòng)作，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，但播種可靠性差，不均勻，漏播率高[1]。

PLC控制系統(tǒng)（Programmable Logic Controller）即可編程邏輯控制器，是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，通過(guò)編程可替代大量邏輯硬件。育秧播種工作邏輯清晰，工作頻率和工況符合PLC使用要求。

本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一種以氣吸播種為原理，以穴盤(pán)播種為農(nóng)藝基礎(chǔ)，采用PLC控制系統(tǒng)對(duì)氣動(dòng)及電氣系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)蔬菜籽粒一穴一粒播種的穴盤(pán)播種裝置。提高了播種效率，降低了漏播率，同時(shí)可方便調(diào)節(jié)播種參數(shù)，無(wú)需對(duì)硬件進(jìn)行改動(dòng)。

1穴盤(pán)播種裝置總體結(jié)構(gòu)

穴盤(pán)播種裝置由PLC控制裝置、調(diào)速電機(jī)傳送帶、步進(jìn)電機(jī)壓穴裝置、光電傳感器、霍爾傳感器、氣動(dòng)播種裝置六部分組成，示意圖如圖1所示。

工作時(shí)，將穴盤(pán)放在傳送帶左端，光電感應(yīng)器感應(yīng)到穴盤(pán)后PLC啟動(dòng)傳送帶電機(jī)，穴盤(pán)傳送到穴盤(pán)壓穴裝置附近的傳感器位置時(shí)，PLC控制壓穴步進(jìn)電機(jī)按預(yù)設(shè)方向和頻率工作，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓穴端對(duì)穴盤(pán)中的基質(zhì)進(jìn)行壓穴動(dòng)作。穴盤(pán)繼續(xù)傳送至氣動(dòng)播種裝置時(shí)，光電傳感器將信號(hào)輸入至PLC，后者按照預(yù)定邏輯程序啟動(dòng)汽缸電磁閥和真空發(fā)生器，吸種針將種盤(pán)內(nèi)種子吸附后依靠汽缸伸縮動(dòng)作將種子運(yùn)送到圖1中虛線位置，PLC程序此時(shí)憑借霍爾傳感器位置信號(hào)關(guān)閉真空發(fā)生器，種子完成播種動(dòng)作。最后復(fù)位進(jìn)行下一行穴盤(pán)播種。

由此可見(jiàn)，除了PLC控制裝置外，其余結(jié)構(gòu)基本為傳統(tǒng)機(jī)械和電氣裝置，實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單裝置核心和關(guān)鍵技術(shù)為PLC控制裝置的設(shè)計(jì)。

2PLC控制裝置設(shè)計(jì)

2.1PLC選型

選型時(shí)需考慮I/O接口數(shù)量，輸入輸出形式、內(nèi)存大小以及掃描頻率。本設(shè)計(jì)由于控制選項(xiàng)相對(duì)不多，且頻率要求不高，因此結(jié)合市場(chǎng)通用性選擇西門(mén)子S7-200系列PLC，CPU型號(hào)為224XP。其具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，其中包括兩個(gè)輸入模擬量和一個(gè)輸出模擬量，具體參數(shù)可查閱官方手冊(cè)。

2.2控制系統(tǒng)邏輯流程

根據(jù)裝置工作流程和PLC控制功能，制定如圖2所示流程圖。

2.3PLC控制系統(tǒng)程序代碼

西門(mén)子S7-200系列，利用西門(mén)子STEP7軟件來(lái)進(jìn)行程序編寫(xiě)、上傳和下載。根據(jù)控制流程，編寫(xiě)控制梯形圖和STL代碼。部分代碼如下：

最后根據(jù)官方手冊(cè)進(jìn)行硬件連接，將PLC與光電傳感器、繼電器以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接，即完成了整個(gè)播種裝置軟硬件的設(shè)置[2、3]。

3結(jié)束語(yǔ)

本文利用PLC控制技術(shù)，減化了機(jī)具的結(jié)構(gòu)，減少了傳動(dòng)件，避免了大量機(jī)械設(shè)計(jì)工作量。同時(shí)利用PLC可編程控制器，將播種量調(diào)節(jié)變?yōu)槌绦蛘{(diào)節(jié)，只需改變程序參數(shù)即可，方便快速。同時(shí)多組傳感器的使用減少了人工量和需調(diào)節(jié)量，做到了育秧的工廠化和自動(dòng)化。由于PLC系統(tǒng)故障率低，結(jié)構(gòu)緊湊，易于維護(hù)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械育秧播種裝置。

參考文獻(xiàn)：

[1]林金祥. 2BX-600型水稻穴盤(pán)育秧播種機(jī)的研制[J]. 機(jī)電技術(shù)， 2005， 28（1）：55.

[2]王麗平，陳光偉. 基于S7-200PLC的伺服電機(jī)位置控制系統(tǒng)[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2016（7）：65.

[3]西門(mén)子（中國(guó)）有限公司. 深入淺出西門(mén)子S7-200 SMART PLC[M].北京：航空航天大學(xué)出版社， 2015.endprint