PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備電氣自動控制方面的應(yīng)用研究

雷玲芝

（河南科技職業(yè)大學(xué)公共基礎(chǔ)教學(xué)部，河南 周口 466000）

PLC 作為一種基于計算機(jī)技術(shù)的高級工業(yè)控制設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步，PLC 技術(shù)已被逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)自動化生產(chǎn)中，極大地提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平，大幅改善了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。與此同時，PLC 技術(shù)的應(yīng)用也有效降低了人力、財力、物力等生產(chǎn)成本，顯著提高了農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有力提升了農(nóng)民的生活質(zhì)量[1]。然而，實(shí)踐證明，現(xiàn)階段PLC 技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣自動控制之間的適配度有待提高，PLC技術(shù)的科技成果轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新產(chǎn)品有待強(qiáng)化，創(chuàng)新運(yùn)用和推廣范圍也有待擴(kuò)大。因此，針對該技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備電氣自動控制中存在的主要問題，亟需展開針對性的研究。

1 PLC技術(shù)概述

1.1 基本概念

PLC 是一種具有微處理器的數(shù)字電子設(shè)備，用于自動化控制的數(shù)字邏輯控制器，可以將控制指令隨時加載并在存儲器內(nèi)存儲與運(yùn)行[2]?；窘Y(jié)構(gòu)主要由CPU 模塊、電源模塊、儲存器、I/O 接口電路模塊及擴(kuò)展通信接口模塊等組成。PLC 技術(shù)建立在自動化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，主要指以數(shù)字化技術(shù)作為基礎(chǔ)，利用內(nèi)部所存儲的信息和指令來控制各種類型的執(zhí)行裝置完成一系列操作，從而有效實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣系統(tǒng)的自動化控制的一種技術(shù)。大多數(shù)以PLC 技術(shù)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)設(shè)備，其主要操作都是通過程序指令去進(jìn)行的，這樣的設(shè)定可以保證生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性和精確性，從而提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

1.2 特點(diǎn)及應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具體應(yīng)用過程中，運(yùn)用PLC 技術(shù)的產(chǎn)品因其穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡易、維修簡單和成本低等特性，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的適配水平，在農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣自動控制領(lǐng)域中也獲得了較為普遍的應(yīng)用。

2 PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備電氣自動控制中的應(yīng)用情況

2.1 理論應(yīng)用

1）基礎(chǔ)控制系統(tǒng)。從基礎(chǔ)控制開始，對農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作過程和控制模式進(jìn)行全面分析，并將其與基礎(chǔ)控制系統(tǒng)結(jié)合起來，制定出一套實(shí)用的電氣自動化控制方案，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備系統(tǒng)的自動化控制。

2）集成控制系統(tǒng)。相對于基本控制系統(tǒng)而言，把PLC 控制系統(tǒng)集成在一個系統(tǒng)中，將PLC 技術(shù)與中心系統(tǒng)相結(jié)合，對整個電氣設(shè)備進(jìn)行集中管理與控制。集中控制結(jié)構(gòu)具有操作簡便、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高生產(chǎn)效率，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

3）分散控制系統(tǒng)。利用PLC 技術(shù)在分散型設(shè)備上的優(yōu)勢，集中控制分散型設(shè)備，從而達(dá)到提高控制效果的目的。同時，電氣系統(tǒng)中的電子設(shè)備眾多，PLC 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，以滿足各種電子設(shè)備的互聯(lián)互通。

4）邏輯開關(guān)應(yīng)用。將PLC 技術(shù)與電氣系統(tǒng)相結(jié)合，借助PLC 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對邏輯開關(guān)的自動化控制。當(dāng)PLC 技術(shù)與機(jī)械、電子設(shè)備的相關(guān)附件結(jié)合在一起時，需要借鑒PLC 技術(shù)的應(yīng)用程序來減少和控制電氣設(shè)備中繼電器的使用次數(shù)[3]。

5）故障排查功能。當(dāng)使用PLC 技術(shù)時，可以通過設(shè)定工藝參數(shù)、編程等方式，實(shí)時監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，最大化發(fā)揮其故障排查功能的作用，大大提高生產(chǎn)的安全可靠性，保證故障處理的有效性。

6）機(jī)械控制裝置優(yōu)化。將PLC 技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械控制，從而提高機(jī)械運(yùn)行的安全性以及可靠性。PLC技術(shù)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在機(jī)械運(yùn)行過程中，對機(jī)械運(yùn)行的各個過程中出現(xiàn)的實(shí)際情況展開監(jiān)測，可以及時地反饋出機(jī)械出現(xiàn)的一些問題，協(xié)助維護(hù)人員進(jìn)行處理，可以使得機(jī)械運(yùn)行更加可靠，有效提升機(jī)械設(shè)備控制的實(shí)際效果，提高機(jī)械運(yùn)行效率，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全提供一定保障。

2.2 實(shí)際應(yīng)用

1）農(nóng)業(yè)智能播種、施肥和收獲技術(shù)?，F(xiàn)階段，PLC 技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)播種、施肥和收獲等農(nóng)事活動。在播種和施肥農(nóng)事活動方面，PLC 技術(shù)主要應(yīng)用在自動播種機(jī)和施肥機(jī)中，根據(jù)種子類型、播種間距或肥料的顆粒直徑較好地設(shè)定作業(yè)速度，使得播種和施肥過程更加科學(xué)、合理、高效；在收割農(nóng)事活動方面，PLC 技術(shù)主要應(yīng)用在自動收割機(jī)和脫粒機(jī)中，根據(jù)農(nóng)作物種類的不同，選擇不同的收獲管理模式。

2）農(nóng)業(yè)智能栽培和監(jiān)測技術(shù)。搭建PLC 技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)控制智能生態(tài)系統(tǒng)，為農(nóng)作物營造較為精準(zhǔn)的、最佳的溫、濕、氣、光等生長環(huán)境參數(shù)，使種子發(fā)芽、生長的生理潛能得到最大程度的發(fā)揮。智能溫棚控制原理圖如圖1 所示，通過傳感器實(shí)時監(jiān)測、采集農(nóng)作物生長的相關(guān)環(huán)境參數(shù)信息（如溫度、濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度等），將獲得的參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡笏腿氲絇LC 的模擬量輸入模塊，再通過大數(shù)據(jù)平臺實(shí)時分析參數(shù)信息輸出開關(guān)量。不僅可以對異常情況進(jìn)行預(yù)警、處理，PLC 控制系統(tǒng)還能夠驅(qū)動噴淋系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)、CO2補(bǔ)充系統(tǒng)等執(zhí)行裝置，可以為農(nóng)作物生長提供最佳的環(huán)境。

3）農(nóng)業(yè)智能灌溉技術(shù)。智能灌溉系統(tǒng)控制原理圖如圖2 所示，通過傳感器有效地檢測和分析現(xiàn)場土壤水分含量，將所獲得的相關(guān)參數(shù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)，自動繪制出土壤含水量特性曲線。再結(jié)合往年種植經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，人工設(shè)置土壤含水量警戒紅線。當(dāng)所測含水量低于警戒紅線時，PLC 控制系統(tǒng)啟動灌溉機(jī)系統(tǒng)，向土壤進(jìn)行灌溉，有效保證了土壤墑情，促進(jìn)了農(nóng)作物的良好生長。

圖2 智能灌溉系統(tǒng)控制原理圖

3 PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械及電氣自動控制應(yīng)用中的問題及對策

3.1 存在的問題

1）對PLC 技術(shù)的重視程度不夠。部分科研人員對于“三農(nóng)”問題不夠熟悉，對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的了解不足，造成很難掌握專業(yè)科技和農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效結(jié)合點(diǎn)，創(chuàng)新與后續(xù)研究意識欠缺[4]。另外，農(nóng)村缺乏科學(xué)技術(shù)推廣的土壤，很多農(nóng)民受到傳統(tǒng)觀念的制約，導(dǎo)致很多農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)難以順利被推廣應(yīng)用。

2）研究投入亟待提高。對于PLC 技術(shù)的研發(fā)工作來說，資金投入和高端技術(shù)人才都起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)階段，很少有足夠的專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)投入到農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣控制設(shè)備的研發(fā)中，導(dǎo)致研究工作缺乏連續(xù)性和發(fā)展性。高端技術(shù)人才更熱衷于現(xiàn)代化工業(yè)控制領(lǐng)域，對PLC 等技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣自動控制方面的運(yùn)用缺乏濃厚興趣，在一定程度上限制了農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化開發(fā)和發(fā)展。

3）PLC 技術(shù)研發(fā)與實(shí)際需求不同步。PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用，應(yīng)充分考慮各地域的農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，并為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供指導(dǎo)。PLC 技術(shù)研發(fā)應(yīng)更具有針對性，不能過度強(qiáng)調(diào)技術(shù)先進(jìn)性或自動化、高效率，導(dǎo)致PLC 技術(shù)的應(yīng)用與農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的適配度較低。

3.2 應(yīng)用對策

1）加大PLC 技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣自動化的融合力度[5]。在應(yīng)用PLC 技術(shù)時，要注意對其進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，使其具有系統(tǒng)化、簡便易行的特點(diǎn)，從而提高農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣自動化控制的可靠性與準(zhǔn)確性。相關(guān)部門應(yīng)提高對PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械電氣自動化應(yīng)用中的重視程度，并加大資金投入到PLC 技術(shù)的研發(fā)、創(chuàng)新、應(yīng)用等環(huán)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對PLC 技術(shù)應(yīng)用效果的進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)。

2）大力實(shí)施惠農(nóng)扶持政策[6]。農(nóng)業(yè)機(jī)械管理部門要準(zhǔn)確把握和理解PLC 技術(shù)和農(nóng)機(jī)推廣的現(xiàn)實(shí)意義，結(jié)合本地實(shí)際，制定切實(shí)可行的推廣策略，促進(jìn)農(nóng)機(jī)具、新機(jī)具的廣泛推廣應(yīng)用。與此同時，相關(guān)部門還應(yīng)制定惠農(nóng)扶持政策，采用財政補(bǔ)貼新農(nóng)機(jī)的方式，激起廣大農(nóng)民的購買熱情，厚植PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用土壤，讓鄉(xiāng)土人才帶領(lǐng)鄉(xiāng)村振興。

3）開展PLC 技術(shù)培訓(xùn)工作。針對專業(yè)技術(shù)人員和農(nóng)民兩類人群，定期開展相應(yīng)的PLC 技術(shù)培訓(xùn)和學(xué)習(xí)活動。一方面，可以加強(qiáng)技術(shù)人員對PLC 自動化技術(shù)的學(xué)習(xí)與理解，提升專業(yè)素質(zhì)水平，與當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢和特點(diǎn)相適應(yīng)[7-9]，不斷地掌握新技術(shù)，更好地掌握PLC 技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣自動化控制的有效結(jié)合點(diǎn)[10-11]；另一方面，也可以通過多元化的PLC 技術(shù)普及活動（如講座、農(nóng)業(yè)示范基地現(xiàn)場學(xué)習(xí)等）使廣大農(nóng)民更加了解PLC 的運(yùn)行原理，使他們享受到PLC 技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所帶來的便利性，進(jìn)而為PLC 技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械之間的發(fā)展與合作提供更廣闊的平臺。

4）完善PLC 技術(shù)應(yīng)用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。針對PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用情況，建立和完善一定的操作規(guī)范，并嚴(yán)格按照既定的規(guī)范與規(guī)劃進(jìn)行，以避免因人為操作失誤而帶來的安全隱患和生產(chǎn)損失。與此同時，相關(guān)技術(shù)人員與農(nóng)民在實(shí)際使用的時候也應(yīng)樹立規(guī)范操作的意識，在運(yùn)行與維護(hù)過程中合理應(yīng)用新技術(shù)、新方法，以確保PLC 技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而提高PLC技術(shù)的應(yīng)用效果[12]。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，雖然PLC 技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了有效運(yùn)用，但其在應(yīng)用過程中存在的諸多問題還有待解決和優(yōu)化[13]。相關(guān)學(xué)者需要深入農(nóng)村進(jìn)行實(shí)地研究，提出建設(shè)性意見，保證PLC 技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有效結(jié)合。與此同時，相關(guān)部門也要提升重視程度，加大資金投入力度[14]，在兩類人群中定期開展技術(shù)培訓(xùn)，逐步建立PLC 技術(shù)應(yīng)用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而使得PLC技術(shù)可以得到更好的推廣，真正促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動化、智能化發(fā)展，更好地發(fā)揮其惠農(nóng)、助農(nóng)、便農(nóng)、富農(nóng)、強(qiáng)農(nóng)的作用。