杜萌萌

（開封技師學(xué)院，475000，河南開封）

播種是農(nóng)作物種植最重要的一步，直接影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量。近年來，機(jī)械化種植逐漸普及，設(shè)備也越發(fā)先進(jìn)，其播種速度與質(zhì)量均好于人工播種。玉米相較于其他農(nóng)作物產(chǎn)量更高，其應(yīng)用范圍廣泛。但就目前而言，我國機(jī)械化種植發(fā)展時(shí)間短且基礎(chǔ)設(shè)施欠缺，機(jī)械化水平有待提高。因此設(shè)計(jì)一款適用于我國的玉米播種機(jī)，是實(shí)現(xiàn)玉米種植現(xiàn)代化目標(biāo)的基礎(chǔ)。

1 玉米播種機(jī)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

基于PLC 的玉米播種機(jī)總體設(shè)計(jì)既要包含機(jī)械平臺(tái)、動(dòng)力源、電池驅(qū)動(dòng)方式、播種規(guī)格的設(shè)計(jì)，又要包括功能模塊的劃分。這一部分是進(jìn)行該玉米播種機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是決定設(shè)計(jì)方向的關(guān)鍵步驟，也是將PLC技術(shù)應(yīng)用于玉米播種機(jī)的可行性保證。

將播種、施肥功能一體化玉米播種機(jī)作為設(shè)計(jì)的機(jī)械平臺(tái)是最佳選擇，這種播種機(jī)功能強(qiáng)大，播種效率更高，作為設(shè)計(jì)的機(jī)械平臺(tái)也可降低一定的開發(fā)成本[1]。播種機(jī)由電力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所選電源為常見48 V 農(nóng)機(jī)專用蓄電池，其最大輸出功率可達(dá)1 500 W，且使用方法簡(jiǎn)單。作為機(jī)械平臺(tái)的原播種機(jī)構(gòu)造合理緊湊，效率較高，更適用于玉米的播種。原播種機(jī)已具備一定的播種規(guī)格調(diào)節(jié)能力，未加入PLC 技術(shù)前的播種機(jī)可同時(shí)播種2 行種子，其行間距調(diào)整范圍為45～60 cm，可調(diào)每株間隔范圍為16～32 cm，播種深度較為適宜。選擇這種技術(shù)相對(duì)成熟的播種機(jī)進(jìn)行改造，可有效提高試驗(yàn)的成功率。

明確該播種機(jī)的組成及其相互聯(lián)系也是總體設(shè)計(jì)的重要部分，是決定該播種機(jī)工作效率的重要因素。基于PLC 的玉米播種機(jī)主要組成包含檢測(cè)模塊、控制模塊、開溝器、播種器、施肥器，這些部件按照一定體系相互配合實(shí)現(xiàn)播種作業(yè)。檢測(cè)模塊接收數(shù)據(jù)并傳遞至控制模塊，控制模塊通過機(jī)體本身動(dòng)力對(duì)開溝器、播種器、施肥器進(jìn)行控制，再安裝傳感器于這些作業(yè)部件處反饋檢測(cè)信息給控制模塊?？刂颇K是玉米播種機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響玉米播種機(jī)的作業(yè)效果。依照功能邏輯關(guān)系分析設(shè)定，有計(jì)劃地對(duì)玉米播種機(jī)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，是進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的意義所在。

1.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

分析其組成部分，對(duì)每一部分進(jìn)行設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)基于PLC 的玉米播種機(jī)設(shè)計(jì)的第二步。在這一步設(shè)計(jì)中，要對(duì)總體設(shè)計(jì)的每一部分細(xì)化，全面規(guī)劃其配件選擇、原理確定等，以此保證每一部分正常運(yùn)行，進(jìn)而使得玉米播種機(jī)整體正常運(yùn)行。

中心控制器是基于PLC 的玉米播種機(jī)的靈魂所在，這一部分的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。控制器是進(jìn)行信號(hào)傳遞、指令存儲(chǔ)及分析的重要部件，在選擇控制器時(shí)，尤其要注意規(guī)格。在本實(shí)驗(yàn)中，選擇了具備強(qiáng)大脈沖信號(hào)、充足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間且輸入輸出接口量足夠的控制器。檢測(cè)模塊中傳感器是重要的部件，其種類應(yīng)包含位移傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器。位移傳感器檢測(cè)其播種深度、播種密度，霍爾傳感器可用于檢測(cè)播種機(jī)車輪轉(zhuǎn)速，光電傳感器用于檢測(cè)種子下落時(shí)的電信號(hào)。傳感器可有效監(jiān)控播種機(jī)的幾項(xiàng)重要指標(biāo)，這些指標(biāo)是PLC 平臺(tái)進(jìn)行控制調(diào)整的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[2]。除此之外，控制模塊還設(shè)置了警報(bào)裝置，報(bào)警也需要依靠傳感器實(shí)現(xiàn)，以保證當(dāng)其種子播種完畢或出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，避免耽誤播種工作的進(jìn)行。

PLC 技術(shù)作為一種可編程序控制技術(shù)，其工作原理也是進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。播種機(jī)進(jìn)行作業(yè)的數(shù)據(jù)信息會(huì)被顯示在操作界面上，操作人員可以在此界面中對(duì)播種規(guī)格進(jìn)行設(shè)定，控制中心對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行分析并按照專有運(yùn)算方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹噶?，并傳遞至播種機(jī)相關(guān)執(zhí)行部件。執(zhí)行部件收到指令后開始執(zhí)行播種工作，安裝在對(duì)應(yīng)位置的傳感器接收記錄相關(guān)監(jiān)測(cè)信息并將檢測(cè)結(jié)果傳遞回控制中心，供操作人員查看。操作人員查看到檢測(cè)結(jié)果后，依據(jù)實(shí)際情況更改播種數(shù)值，如此循環(huán)完成作業(yè)流程。相關(guān)種子、化肥的存量報(bào)警，要利用相應(yīng)的重量傳感器及控制器指令，當(dāng)存儲(chǔ)箱重量為零時(shí)，傳感器要及時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制器接收信號(hào)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，并傳遞報(bào)警信號(hào)至執(zhí)行部件使其停止運(yùn)行，控制顯示屏彈出報(bào)警提示，并進(jìn)行聲音報(bào)警。操作人員收到報(bào)警提示，及時(shí)處理故障或增添種子、化肥。工作原理是程序化設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵，也是設(shè)計(jì)中所必須明確的設(shè)計(jì)思想，直接影響到設(shè)計(jì)能否成功。

1.2 程序設(shè)計(jì)

PLC 程序也是軟件系統(tǒng)的一種，其程序的設(shè)計(jì)與軟件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)有異曲同工之處。其設(shè)計(jì)應(yīng)包含功能程序流程圖設(shè)計(jì)、編程邏輯設(shè)計(jì)，以及播種數(shù)據(jù)傳遞前的運(yùn)算公式等。該系統(tǒng)涉及多個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)算，在程序設(shè)計(jì)中應(yīng)準(zhǔn)確把握其運(yùn)算方法。科學(xué)、全面的程序設(shè)計(jì)是PLC 玉米播種機(jī)軟件設(shè)計(jì)方面的重要步驟，也是控制中心順利運(yùn)行的保證。

在程序設(shè)計(jì)過程中，利用編程語言梯形圖進(jìn)行編程，以此有效降低編程難度、簡(jiǎn)化系統(tǒng)成品操作界面，最重要的是成型所需時(shí)間較短。這種方式可縮減編程時(shí)間，因此增強(qiáng)其人機(jī)交互能力便成為程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。選擇最先進(jìn)的文本顯示模式尤為重要，將其作為控制器的操作、顯示界面不僅可以增強(qiáng)人機(jī)交互的能力，還可以減少信息傳遞所需的接口數(shù)量。與此同時(shí)，這樣的程序設(shè)計(jì)還可以增加PLC 指令，為玉米播種機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)提供更多可能性。

程序的執(zhí)行流程是程序設(shè)計(jì)的一部分，也是基于PLC 的玉米播種機(jī)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。在啟動(dòng)PLC 的同時(shí)，利用程序代碼將計(jì)數(shù)器等構(gòu)件進(jìn)行初始化復(fù)位操作，在處理故障后也要進(jìn)行此流程。將需要記載的信息存儲(chǔ)在不同區(qū)域也是程序設(shè)計(jì)需要關(guān)注的問題，程序設(shè)計(jì)中優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可有效提高程序的執(zhí)行速度[3]。程序設(shè)計(jì)中合理設(shè)定顯示界面的跳轉(zhuǎn)方式和輸入模式，開機(jī)后顯示參數(shù)輸入界面，提交后跳轉(zhuǎn)至實(shí)際情況反饋顯示界面，操作人員可再次切入輸入界面進(jìn)行實(shí)時(shí)更改，正常工作狀態(tài)下只根據(jù)需要切換這兩種頁面。進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)后，要實(shí)現(xiàn)界面的警報(bào)提醒，利用代碼同時(shí)調(diào)用其他燈光、聲音設(shè)備進(jìn)行報(bào)警。

在代碼中進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)算是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵邏輯設(shè)計(jì)，玉米播種機(jī)所需數(shù)據(jù)運(yùn)算涉及多個(gè)領(lǐng)域。在這一方面的程序設(shè)計(jì)請(qǐng)教相關(guān)專業(yè)人士全面學(xué)習(xí)相關(guān)公式推理及運(yùn)用，進(jìn)而用程序語言實(shí)現(xiàn)其運(yùn)算過程。播種機(jī)播種量與施肥量等控制都需要通過相關(guān)公式的計(jì)算確定，其計(jì)算結(jié)果是實(shí)現(xiàn)PLC 對(duì)玉米播種機(jī)控制的理論基礎(chǔ)。反饋實(shí)時(shí)信息也需要公式的計(jì)算，嚴(yán)謹(jǐn)進(jìn)行這一步的設(shè)計(jì)是玉米播種機(jī)軟件部分設(shè)計(jì)的重中之重。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)情況

在完成基于PLC 的玉米播種機(jī)的設(shè)計(jì)后，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果的關(guān)鍵。在試驗(yàn)中，將試驗(yàn)田劃分為均等四份，保證每一部分試驗(yàn)田條件相同，分別使用播種機(jī)進(jìn)行播種。在控制器操作平臺(tái)設(shè)置深度為15 cm、距離為25 cm，在種子存儲(chǔ)箱中放置同樣數(shù)量的種子，實(shí)驗(yàn)中放置了3 000 粒種子，分別檢測(cè)其種植深度、種植距離及警報(bào)反應(yīng)時(shí)間，將試驗(yàn)田的詳細(xì)結(jié)果分別記錄用于結(jié)果分析。

2.2 結(jié)果分析

根據(jù)從試驗(yàn)田所采集到的播種深度及播種距離，兩項(xiàng)指標(biāo)與設(shè)置的數(shù)值相差較小，波動(dòng)范圍不超過0.5 cm。綜合分析四處試驗(yàn)田所采集到的數(shù)據(jù)，確認(rèn)播種較為穩(wěn)定，說明PLC 控制玉米播種機(jī)頗具成效。在空箱警告方面，四處試驗(yàn)田所用玉米播種機(jī)響應(yīng)時(shí)間不超過1.5 s，達(dá)到及時(shí)預(yù)警的效果。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果均表明，設(shè)計(jì)的基于PLC 的玉米播種機(jī)已達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，在玉米生產(chǎn)中具有一定使用價(jià)值；但其試驗(yàn)的播種規(guī)模相對(duì)較小，試驗(yàn)結(jié)果具有局限性，其推廣價(jià)值仍待考量。

3 結(jié)語

基于PLC 的玉米播種機(jī)對(duì)玉米種植業(yè)發(fā)展具有推動(dòng)價(jià)值，是科技在玉米播種上的一種具體應(yīng)用。這種技術(shù)的關(guān)鍵在于量的控制，也正是玉米機(jī)械化播種最重要的需求。當(dāng)前玉米播種機(jī)對(duì)量的控制能力有限，開發(fā)新型玉米播種機(jī)是農(nóng)業(yè)發(fā)展需要重視的研究方向，利用PLC 技術(shù)消除現(xiàn)有玉米播種機(jī)的缺陷不失為一種策略?；赑LC 的玉米播種機(jī)設(shè)計(jì)仍存在上升空間，是值得重點(diǎn)研究的方向。