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基于PLC的播量控制装置的研究

作　者: 胡恒东
导　师: 何瑞银
学　校: 南京农业大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 播种机排种器 PLC 霍尔传感器步进电机
分类号: S223.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

播种是农业生产中最基本的环节,播种的效果直接影响作物最终的产量。现阶段,播种机作业基本采用的播种方式是通过地轮和侧边箱式机械驱动,采用这种播种方式播种时,因地轮打滑等原因造成播量调节范围小、调节困难,不适合高速作业,从而造成播种的不均匀。本文针对传统播种方式出现的问题,查阅大量文献资料,综合国内外的研究现状,设计出一种以PLC为核心的播量控制装置,该装置是在播种机的基础上,对原有传动装置加以改进。其控制部分是以可编程控制器PLC为核心,通过建立播种机行进速度与步进电机转速建立随动的模型,实现了播量调节的目的。同时本装置采用触摸屏控制和显示,并通过软件编程实现了对播种机的播量、拖拉机的行进速度、步进电机的转速以及播种机行进距离等参数设定和实时显示。本课题所开发的控制装置将首先在试验台上进行模拟实验,试验首先通过对常规稻种子(盐粳5号)进行标定,而后在不同的速度下对常规稻(盐粳5号)和杂交稻(两优6326)某一播量分别进行验证。试验还将对播种效果进行研究。模拟试验结束,改进后的控制装置将安装在播种机上,进行现场试验。经过对大量试验数据的分析,本控制装置的设计取得以下研究成果：(1)整个控制装置工作稳定,系统抗干扰能力强,设计的保护电路能够使整个控制系统适应较宽的工作电流范围。(2)设计的触摸屏显示和控制界面,显示直观,操作方便,可以手动控制和调节。控制装置所建立播量、拖拉机行进速度与步进电机转速之间的数学模型,成功实现对常规稻种子的精播目标,能够成功完成目标亩播量值,且误差不大于2.2%,低于精播标准的5%,并且均匀性标准满足农业生产标准(变异系数值40%)。(3)试验对杂交稻品种的验证和均匀性分析不甚理想,试验的结果一定程度超出了农业生产的精播和均匀性标准,但每次验证的亩播量值相差不大于0.06kg,说明控制模型可行,只是用常规稻的标定结果去验证杂交稻,结果相对于常规稻,误差有所增大,所以装置的适应性需要改进。(4)现场试验,通过对多个排种器播量结果,进行验证和误差分析,播量和目标标量基本一致,误差不大于2.93%。实验效果也比较理想。总体来说,本课题开发的控制装置已经解决传统机械驱动播种所出现的问题,播量控制精准,播种效果较好,达到最初设计的目的,实现了智能化控制,可以运用到农业生产中去。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内播种检测控制装置的发展现状  11-12
  1.3 国外播种检测控制装置的发展现状  12-13
  1.4 本文研究的主要内容  13-14
  1.5 技术路线  14-16
第二章控制装置总体方案设计  16-21
  2.1 影响播量的主要因素分析  16-18
    2.1.1 拖拉机行进速度的影响  16
    2.1.2 排种器类型的影响  16-18
    2.1.3 种子类型的影响  18
  2.2 总体设计方案的确定  18-20
    2.2.1 系统方案设计  18-19
    2.2.2 系统工作原理  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章控制装置的硬件组成与设计  21-52
  3.1 可编程控制器PLC概述  21-25
    3.1.1 PLC的组成  21-23
    3.1.2 PLC的选取  23-25
  3.2 PLC内部电路的工作原理  25-27
    3.2.1 PLC I/O电路的工作原理  26
    3.2.2 PLC输出电路的工作原理  26-27
  3.3 显示模块设计  27-33
    3.3.1 触摸屏显示界面  27-29
    3.3.2 图形界面设计  29-31
    3.3.3 用户界面与PLC联通  31-33
  3.4 测速模块  33-41
    3.4.1 传感器的概述  33
    3.4.2 传感器的对比选取  33-39
    3.4.3 传感器的安装  39-41
    3.4.4 传感器接口电路设计  41
  3.5 驱动模块设计  41-51
    3.5.1 步进电机的工作原理  41-42
    3.5.2 步进电机的特性  42-43
    3.5.3 步进电机的选取和安装  43-45
    3.5.4 驱动器的原理  45-46
    3.5.5 驱动器的细分控制  46-47
    3.5.6 驱动器的设置及接口电路设计  47-51
  3.6 控制装置实物连接图  51
  3.7 本章小结  51-52
第四章控制装置的软件设计  52-60
  4.1 PLC软件编程  52-53
  4.2 测速模块的软件设计  53-57
    4.2.1 速度信号采集  54-55
    4.2.2 测速模块的设计流程  55-57
  4.3 驱动模块的软件设计  57-59
    4.3.1 步进电机转数与播量关系  57
    4.3.2 步进电机转速与拖拉机速度关系  57-58
    4.3.3 驱动模块的设计流程  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章控制装置的试验与分析  60-74
  5.1 试验条件  60-61
  5.2 试验台方案设计  61-62
  5.3 试验所需设备  62
  5.4 试验内容  62-63
  5.5 试验设计  63-71
    5.5.1 求解参数及播量标定  63-67
    5.5.2 实验验证分析  67-70
    5.5.3 均匀性分析  70-71
  5.6 验证试验  71-73
  5.7 本章小结  73-74
第六章结论与展望  74-76
  6.1 结论  74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
研究生期间发表的论文  82

基于PLC的播量控制装置的研究

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