基于PLC的新型育苗播种机控制系统的设计_张向峰.pdf

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

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

２．１．１ ＰＬＣ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

输入

出

播种装置 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

２．１．２ Ｉ／

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。

２．１．３ ＰＬＣ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