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现代化农业２０１５年第３期（总第４２８期）·６５·基于ＰＬＣ的新型育苗播种机控制系统的设计张向峰，王永岩，闫蕾蕾，吴洋（青岛科技大学，山东青岛２６６０６１）摘要：针对多数传统育苗播种机缺少土壤压实功能和土壤灌溉功能以及控制系统多采用机械机构等存在的一系列问题，设计了具有压实和灌溉装置的新型育苗播种机，并且对控制系统进行ＰＬＣ设计，给出了控制系统主流程图以及控制系统程序梯形图。该控制系统实现了高可靠性、低故障、机体轻量化以及高生产率等优点。关键词：育苗播种机；控制系统；ＰＬＣ；梯形图０引言随着科技的发展，育苗播种机已广泛出现在花卉和蔬菜的育苗播种工作中。大多数育苗播种机虽然已是集装土、播种、覆土于一体，但缺少土壤压实和土壤灌溉功能，并且传统育苗播种机控制系统多采用机械机构，尤其多采用齿轮副，通过不完全齿轮、槽轮机构或者棘轮机构等实现各装置的间歇运动。这种播种机虽然在基本功能上满足了基本需要，但是育苗盘土壤未经压实和灌溉。土壤未经压实则土壤内的水分不容易保持；播种机未设灌溉装置就需要对育苗盘进行后续浇水处理，降低了生产效率；所采用的机械机构控制，由于机械机构易磨损、控制系统零件多而导致装配复杂、故障多、整机重量大、可靠性差、更换零件频繁。本文所提出的新型育苗播种机是在目前播种机的结构基础上，增加压实装置与灌溉装置，尤其是针对目前所采用的机械机构控制所暴露出来的一系列问题，提出采用功能强、故障率低、可靠性高和改变生产工艺只需改变程序以及少许接线的可编程控制器（ＰＬＣ）来控制［１］。１新型育苗播种机基本结构１．１新型育苗播种机总体结构本文所述新型育苗播种机主要是在目前播种机结构的基础上增加压实装置与灌溉装置，整机主要由放钵装置、填土装置、播种覆土装置、压实装置、灌溉装置、控制装置以及输送装置等组成（参见图１）。１．２压实装置基本结构压实装置主要是通过凸轮轴端电机驱动，经过凸轮推杆机构和连架杆驱动压杆往复运动，实现所需要满足的压实功能。压实装置主要包括凸轮轴、凸轮推杆机构、连架杆以及压杆等（参见图２）。图１播种机总体结构示意图１．灌溉装置２．压实装置３．播种覆土装置４．填土装置５．放钵装置６．育苗盘７．输送装置８．控制装置图２压实装置结构示意图１．压杆２．连架杆３．推杆４．复位重块５．凸轮６．凸轮轴１．３灌溉装置基本结构收稿日期：２０１４－１２－３１图３灌溉装置结构示意图·６６·现代化农业２０１５年第３期（总第４２８期）１．水箱２．水龙头３．连接软管４．脉冲电磁阀５．软管灌溉装置主要是通过脉冲电磁阀驱动水龙头的动作，实现间歇的灌溉功能。灌溉装置主要包括脉冲电磁阀、水龙头、软管以及水箱等（参见图３）。２新型育苗播种机控制系统ＰＬＣ设计如图１所示，育苗播种机为流水线工作，经输送装置依次通过放钵装置、填土装置、播种覆土装置、压实装置以及灌溉装置，经各装置实现相应的功能。传统的控制方式多采用齿轮箱和链条副实现各部分的间歇动作，两链轮轴的平行度以及相配合的两链轮位于同一平面的精度等一系列问题严重降低了育苗播种机的工作可靠性。本文对新型育苗播种机控制系统进行ＰＬＣ设计，采用ＰＬＣ控制各部分的顺序启动和间歇工作，大大提高了工作的可靠性。２．１播种机ＰＬＣ控制系统硬件设计２．１．１ＰＬＣ控制系统的总体构成新型育苗播种机控制系统的主要硬件有ＰＬＣ主机、按钮、接线端子、放钵装置、输送装置、填土装置、播种覆土装置、压实装置以及灌溉装置等。系统控制的核心是启动信号通过ＰＬＣ输入接口输入到ＰＬＣ中，然后通过软件程序的执行，ＰＬＣ发出动作控制信号驱动相应电磁阀电磁线圈的通断，从而实现各部分的功能。图４为新型育苗播种机ＰＬＣ控制系统示意图。→放钵装置→输送装置输→填土装置启动按钮→输入出播种装置ＰＬＣ接口主机接→停车按钮→→→口→覆土装置→压实装置→灌溉装置图４播种机ＰＬＣ控制系统示意图２．１．２Ｉ／Ｏ点数的确定ａ．输入点数的确定输入点主要是启动按钮和停车按钮，所以输入点有２个。ｂ．输出点数的确定所需控制对象主要有输送装置、放钵装置、填土装置、播种装置、覆土装置、压实装置以及灌溉装置，所以输出点主要有７个。２．１．３ＰＬＣ的选型ＰＬＣ选型的基本原则是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便，并取得最佳的性能价格比。该控制系统主要以开关量控制为主，并且由于需要间歇工作，通断较为频繁，所以可以采用晶体管输出方式，Ｉ／Ｏ点数占用较少，论文采用欧姆龙ＣＰＭ１Ａ系列ＰＬＣ作为主控制器。设计中选择ＰＬＣ型号为ＣＰＭ１Ａ－３０ＣＤＴ－Ｄ，其输入节点为１８点，输出节点为１２点，输出方式为晶体管输出［２］。２．２播种机ＰＬＣ控制系统软件设计在ＰＬＣ控制系统硬件设计完成后，需要将播种机控制系统ＰＬＣ程序写入存储器，通过程序执行，输出控制信号驱动相应装置动作，实现播种机各部分的功能。控制系统的程序主要包括两个部分：一个是各装置之间的启动延时程序；另一个是各装置的间歇工作的实现［３］。２．２．１控制系统工作原理图５各装置顺序延时启动流程示意图图６放钵装置间歇工作流程示意图育苗播种的流水线作业，涉及到各装置的延时启动以及间歇工作，各装置的延时启动时间可以通过调节各装置在播种机机架上的位置进行调节。育苗播种的作业流程是：按下启动按钮后，放钵装置开始工作（其它装置处于延时启动状态），放钵装置工现代化农业２０１５年第３期（总第４２８期）·６７·作２ｓ将育苗盘放在输送装置上，此时放钵装置暂停工作，输送装置启动工作，并依次将育苗盘输送到相应的装置下完成播种工作。各装置之间的间歇工作时间为：输送装置工作１．５ｓ，停２ｓ；放钵装置、填土装置、覆土装置、压实装置以及灌溉装置工作２ｓ，停１．５ｓ。各装置之间的延时启动时间依次设置为：输送装置延时２ｓ启动，填土装置延时７．５ｓ启动，播种装置延时９ｓ启动，覆土装置延时１２ｓ启动，压实装置延时１８ｓ启动，灌溉装置延时２１ｓ启动。播种机控制系统顺序启动工作流程如图５所示［４］。各装置顺序启动后，根据所要求的功能，要实现间歇工作。考虑到篇幅问题，本文仅以放钵装置为例，说明各装置的间歇工作流程（参见图６）。２．２．２控制系统Ｉ／Ｏ端口分配根据新型育苗播种机控制系统的输入和输出开关量信号进行Ｉ／Ｏ端口分配（如表１所示）。表１播种机控制系统Ｉ／Ｏ端口分配表输入项目端口编号输出项目端口编号启动按钮０．００辅助线圈１．００停车按钮０．０１放钵线圈１．０１输送线圈１．０２填土线圈１．０３播种线圈１．０４覆土线圈１．０５压实线圈１．０６灌溉线圈１．０７２．２．３控制系统梯形图论文所设计的控制系统核心是：①顺序延时启动；②间歇工作。各装置的顺序延时启动程序主要通过定时器实现，各装置的间歇工作通过２个定时器的相互作用实现。控制系统ＰＬＣ程序梯形图如图７所示。图７控制系统梯形图３结束语对于育苗播种机控制系统采用ＰＬＣ控制是完全可以实现的，基于ＰＬＣ控制的新型育苗播种机，克服了由于机械机构控制而导致的零件磨损、更换频繁、可靠性差等问题，实现了整机轻量化、高可靠性以及改变工艺只需改变程序和少许接线，柔性化程度提高。随着ＰＬＣ技术的不断发展，其在农业生产领域将会得到越来越多的应用。４参考文献［１］郭葆文，丁彦宾．基于ＰＬＣ的电梯控制系统的设计与仿真［Ｊ］．应用能源技术，２０１４（８）：４６－４７．［２］徐世许，朱妙其，王毓顺．可编程序控制器———原理·应用·网络［Ｍ］．２版．合肥：中国科学技术大学出版社，２００８．［３］宋飞燕．基于ＰＬＣ的煤矿副井操车电气控制系统的设计［Ｊ］．煤矿机械，２０１４（９）：２５－２６．［４］于秀娜，张茜铭．基于ＰＬＣ的装配流水线控制［Ｊ］．科技创新与应用，２０１４（３２）：１０４．（００５）