２０１４年２月 农机化研究 第２期 基于ＰＬＣ的精密播种机播种深度控制系统研究 温丽萍 ，张 永 ，范雄飞 ，张春慧 （１．内蒙古农业大学机电工程学院，呼和浩特摘０１００１８；２．内蒙古大学电子信息工程学院，呼和浩特０１００２１） 要：针对传统Ｐｃ机和单片机控制系统在控制过程中存在的问题，对ＰＬＣ和触摸屏在精密播种机播种深度 控制系统中的应用与实现进行了研究，主要内容包括控制系统的工作原理、系统硬件组成和系统软件设计。分 别对ＰＬＣ软件编程、触摸屏软件编程及ＰＩＤ算法的实现等做了详细说明。实际应用表明，该系统具有运行稳定、 可靠性高、操作维护方便等优点，具有较高的推广和使用价值。 关键词：精密播种机；播种深度；控制系统；ＰＬＣ；触摸屏；ＰＩＤ算法 中图分类号：ＴＰ２７３；Ｓ１２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－１８８Ｘ（２０１４）０２－００９８－０４ ０ 引言 播种深度作为精密播种机播种作业中的重要指 标之一，对作物产量具有非常大的影响。为了保证农 这将实时控制开沟器的深度调节装置，保证快速、准 确地调整播种作业的深度，有效地实现播种机播深的 精确控制。 液压缸 调节机构 开沟器 作物的播种质量，播种深度的精确控制正受到越来越 多的人关注ｕ 。 由于传统ＰＣ机和单片机控制系统在控制过程中 存在对工作环境要求高、可靠性低、推广性差等问 题 Ｊ，本系统采用ＰＬＣ作为控制核心，实现对播种深 电磁阀 比例电磁 度的精确控制。 作为目前自动控制系统中普遍应用的控制器， ＰＬＣ具有扩展灵活、编程方便、稳定可靠和抗干扰能 力强等优点，其结构特点完全能够满足播深控制系统 的要求。同时，将一种ＰＩＤ算法应用于该控制系统 中，其在改善控制系统的动态品质方面起到了很好的 作用。 图１控制系统工作原理简图 通过嵌入式一体化触摸屏实现对相关参数的实时 设置，触摸屏通过其通信端口实现与ＰＬＣ通讯，并且实 时对采集到的相关信息进行集中显示。 １ 控制系统的工作原理 ２系统硬件设计 控制系统工作原理如图１所示。采用超声波传 感器对地面上下起伏的位置信号进行采集，当开沟器 作业时带动超声波传感器一起运动，超声波传感器实 时将检测到的地面位置信号转换成电压（电流）信号； 同时，将采集到的数据送入ＰＬＣ控制器进行相应的处 理，并且将处理结果输出到模拟量输出模块，进而驱 动电磁阀进行相应的动作，控制油缸的下降或上升。 收稿日期：２０１３—０５—２９ 硬件系统构成图如图２所示。 控制系统ＰＬＣ选用西门子ｓ７—２００，该控制器集 成１４输入／１０输出共２４个数字量Ｉ／０点，２输入／１ 输出共３个模拟量Ｉ／Ｏ点，具有强大的扩展功能，支 持ＰＰＩ通讯协议、ＭＰＩ通讯协议，同时具有自整定ＰＩＤ 等功能。 由于控制系统的输入输出包含多路模拟量信号， 所以需单独选择模拟量输入输出模块。本系统模拟 量输入模块的型号选用西门子ＥＭ２３１ ＣＮ（４路电流 输入），模拟量输出模块选用西门子ＥＭ２３２（４路电流 输出） 基金项目：圈家自然科学基金项目（１１２６２０１５） 作者简介：温丽萍（１９８４一），女，内蒙古包头人，助理工程师，硕士研究 生，（Ｅ—ｍａｉｌ）１７９４０４６７４＠ｑｑ．ＣＯＩｎ。 通讯作者：张永（１９７０一），男，呼和浩特人，教授，硕士生导师，（Ｅ— ｍａｉｌ）ｙｏｎｇｚ＠ｉｍａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。 ２０１ ４年２月 农机化研究 第２期 触摸屏选用的是一套以嵌入式低功耗ＣＰＵ （ＡＲＭ９内核、４００Ｍ主频、６４ＭＢ内存、６４ＭＢ存储空 问）为核心的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设 计采用了７英寸高亮度ＴＦＴ液晶显示屏，供电电源为 配存储单元并初始化等功能，其中包括模拟量输人输 出模块模拟量与数值量之问的比例换算等；子程序２ 主要用于控制系统的动作控制，如主机和油泵电机的 启动、停止以及根据设定值与测量值的比较结果控制 ２４ＶＤＣ，外部接ＶＩ包括１个ＲＳ２３２串口、１个ＲＳ４８５串 液压缸上升或下降等。 口、２个ＵＳＢ接口和１个ＲＪ４５以太网口。 １）距离测量实现的主要代码。 系统的执行机构为电液伺服系统，通过电磁比例 Ｔ．Ｄ ＳＭ０．０ 阀的开口度控制油缸上升或下降的速度，通过电磁阀 Ｍ０ＶＷ ＡＩＷ４，ＶＷ０ 得电与否控制油缸上升或下降的具体动作。 ＡＥＮ０ ＩＴＤ ＶＷ０，ＶＤ２ ＡＥＮ０ ＤＴＲ ＶＤ２．ＶＤ６ 通道ｌＡ／Ｄ数据转换 ＬＤ ＳＭ０．０ Ｍ０ＶＲ ＶＤ６．ＶＤ１０ ＡＥＮＯ —Ｒ ０．０．ＶＤ１０ ＡＥＮＯ Ｍ０ＶＲ ＶＤ１０．ＶＤ１４ ＡＥＮＯ 图２硬件系统构成图 Ｒ ２０００．０．ＶＤ１４ ３ ＰＬＣ程序设计 ＡＥＮ０ ＭＯＶＲ ＶＤ１４，通道１测量距离：ＶＤ１８ ３．１ ＰｋＯ程序设计 ／Ｒ ３２０００．０，通道１测量距离：ＶＤ１８ ＰＬＣ程序由主程序、子程序１和子程序２等３部分 ２）比例阀开口度计算主要代码。 组成，程序流程图如图３（ａ）和（ｂ）所示。 Ｒ０ＵＮＤ ＶＤ１０８．ＶＤ１１２ ＡＥＮ０ ＤＴＩ ＶＤ１ｌ２．ＶＷ１１６ ＡＥＮ０ Ｍ０ＶＷ Ｖｗ１１６．ＡＱＷ４ ＬＰＰ Ｍ０ＶＲ ＶＤ１０８．ＶＤ１３０ ＡＥＮＯ —Ｒ ６４００．０。ＶＤ１３０ ＡＥＮ０ ３．２ ＰＩＤ控制算法的实现 本控制系统采用ＰＩＤ控制算法来控制电磁比例 阀的开口度，从而根据电磁比例阀开口度的大小来控 制油缸上升或下降的速度，以达到控制播种机播种深 度的要求。 ＰＩＤ基本控制系统原理图如图４所示。通过对被 图３程序流程图 控参数给定值ｒ（ｔ）与实际输出值ｃ（ｔ）构成的控制偏 主程序主要实现对子程序的调用；子程序１实现 差施加比例作用、积分作用和微分作用，给出控制器 模拟量采样、ＰＩＤ运算及为模拟量采样及ＰＩＤ运算分 的输出。 ・９９・
