基于PLC 技術的聯合收割機電氣控制系統設計研究

任軍曉

（甘肅機電職業技術學院，甘肅 天水 741000）

1 PLC 技術在電氣控制系統設計中的應用價值

目前，自動化技術在越來越多的領域被應用和推廣，相關核心技術不斷優化更新，電氣工程及其自動化控制水平有了很大的提高。采用PLC 技術在當前電器自動控制中具有顯著的應用優勢，是當前機電自動控制中的主要技術之一，從應用技術優勢來看，主要包括以下幾個方面。

（1）PLC 技術的特點是具有一定的可靠性。利用該技術可以有效管理相關干擾因素，相比其他產品和技術，PLC 技術本身更加可靠，在復雜環境下使用時可以減少對環境的影響。

（2）技術加工效率大幅提高。借助PLC 技術，可以幫助電氣設備實現自動化，消除接線部分，提高整個控制系統的速度和效率。

（3）它還減少了系統崩潰。應用PLC 技術在相關電氣設備故障診斷中的效果也十分突出。其故障診斷的基本原理是通過隔離PLC 系統的輸入來采集接收系統或設備的故障信號。當你觸摸它時，它工作得很好。根據這種管理方法，系統采用的主要中斷處理方式包括間隔定時器、輸入端子、高速計算機等，實現系統中斷的有效運行，有效提高系統的工作效率。這種故障診斷技術主要是在不影響主系統正常使用的情況下停止故障系統，保證系統的安全，及時發現并解決故障，可以有效保證故障系統的安全。整個設備系統的損失和設備的改進。利用PLC 技術可以減少相關電氣設備自動控制中的系統故障問題。如果系統在運行過程中出現故障，系統可以在短時間內做出準確的診斷。PLC 技術本身具有故障檢測功能，通過編程軟件獲取相關信息，分析故障部位和原因，并提供故障排除方案。

2 聯合收割機電氣控制原理

2.1 聯合收割機工作原理

聯合收割機是一種通用收割機，通過切割、脫粒、分離、儲存和清除碎片，將相對干凈的谷物運輸到裝載機。目前，市場上收割機的類型較多，根據具體應用領域、種植設備和工作特點，主要有自走式輪式履帶式履帶機、自走式履帶式履帶式履帶機和自走式半自走式履帶式履帶機。規則與供料器和棒的類型等有關，這些不同類型的組合的操作是相對標準化的。作業時，聯合收割機可沿收割線移動，機前的青貯收割機將谷物秸稈割斷，谷物由脫粒機輸送至料斗，完成整個收割過程。另外，聯合收割機的動力分配是根據液壓舉升系統完成的，當駕駛員將割草機舉升到一定高度時，三角帶立即停止工作，此時，動力不會進入聯合收割機。柴油機、軸和輸送機也停止，處于工作狀態，此時收割機不工作，而是旋轉。聯合收割機主要組成部分包括收獲平臺、運輸裝置、脫粒機、料倉、驅動系統、動力系統、液壓系統、行走系統、卸糧系統、電氣控制系統等。

2.2 聯合收割機液壓系統設計

就聯合收割機液壓系統作業特征來看，這一機械設備是多執行器共同協作的一體化機械平臺，相應執行器數量多、類型多樣、作業要求差別大。

在對聯合收割機液壓系統結構設計中，考慮到這類液壓系統包含收割、位置調整以及行走驅動三種類型，不同類型的系統運行模式有一定差異。聯合收割機的收獲系統用于收獲農作物，并進行切割、破碎、切割頭、初次喂料和二次喂料等作業。位置調節系統可以調節聯合收割機相關機構的位置，行走驅動系統可以為聯合收割機的前進、后退和旋轉作業提供運動支撐。

在聯合收割機液壓系統的多維度設計中，考慮到聯合收割機功能的多樣性和多種傳動機構，運動、壓力、速度、行程等都是重要的組成部分，其要求存在顯著差異。在設計液壓系統時，必須考慮整個系統的效率、有效性和集成性。選擇集中控制方式，設計聯合收割機液壓系統，改進聯合收割機單一傳動的控制，提高控制效率。

集中控制的液壓系統使用單一液壓泵源向系統中的多個油缸供油。負載傳感技術被認為可以協調多齒輪運動的設計，同時考慮到諸如位移、壓力、速度和適當齒輪的形成等參數的差異。這里，負載敏感系統可分為固定泵負載敏感系統和變量泵負載敏感系統，其中固定泵負載敏感系統利用與負載相關的反饋信號來控制系統的運行和卸載，而固定泵負載敏感系統則采用負載敏感系統。使用與負載相關的反饋信號是與負載相關的反饋信號，用于控制系統操作和排放，變量泵主要利用負載，泵信號變量反饋。泵負載容積靈敏度圖一般是為了保證所有執行機構能提供最大轉速，而容積泵的排量值是根據執行機構的最大流量來設定的，這樣就會造成溢流損失的問題，難以對溢流損失產生很大的影響。對整個系統性能的影響，泵變負載測量系統通過靈敏的多路閥反映壓力，并根據需求控制泵的運動，防止因溢流而加熱，總體節約能源效益突出。經過充分的對比分析，應考慮液壓剪板機的電氣控制系統。

2.3 液壓式聯合收割機電氣系統整體設計

基于PLC 技術設計聯合收割機電氣系統整體控制架構，選擇西門子主控制器，這一控制器是輸送、脫粒、卸糧、行走、傳動以及液壓裝置的控制核心模塊。結合聯合收割機電氣系統整體控制方案以及液壓系統特征，設計聯合收割機集中式電氣控制系統結構，系統輸入信息包含了開關鍵、控制手柄、各種傳感器、人機交互界面等，相關信息全部能夠被PLC 控制器采集，在融合計算后，可以對整體收割機電氣系統進行控制。

3 基于PLC 技術的聯合收割機電氣控制系統設計

3.1 行走驅動電氣控制系統設計

基于聯合收割機電氣系統整體控制方案以及液壓系統特征，設計集中式電氣控制系統結構，在對聯合收割機的行走驅動裝置設計中，設計雙邊履帶驅動模式，通過雙泵-雙馬達獨立控制，對雙泵-雙馬達電機的控制對于轉速、過載能力以及效率要求比較大。如圖1 所示，為聯合收割機集中式電氣控制系統結構。

圖1 聯合收割機集中式電氣控制系統結構

在行走電機保護設計不當的情況下，如果行走電機因路面打滑、制動問題或其他異常情況而過載，就會導致電機過載過熱，相應的控制系統會長時間設定溫度時間。120℃以下，短期控制在150℃以內。當系統超過此溫度時，系統將發出過熱報警，系統自動報警并停止工作。對于其他情況，如發動機故障、停電等，系統會自動報警，并將報警信息及時發送至控制系統，并在中央屏幕上顯示報警信息，以便管理工作人員及時發現并處理。

3.2 系統軟硬件設計

（1）系統硬件設計和布局。此次設計的聯合收割機電氣控制系統中的PLC 硬件設計中，考慮到聯合收割機電氣控制系統控制對象很多，主要有收割、位置調整、行走驅動、照明以及信號燈等多個子系統輸入輸出設備，在選擇PLC 中，需要確保留有一定余量。此次設計選擇西門子的主控制器，這類硬件設備可以滿足聯合收割機的電氣控制系統設計需要。具體需要的硬件及數量如表1 所示。

表1 聯合收割機電氣控制系統I/O 情況

此外，聯合收割機數控電氣系統的正常、安全運行在一定程度上取決于數控聯合收割機電氣線路的科學合理性和電氣元件的正確安裝。因此，有必要考慮影響聯合收割機電氣數控系統的所有不利因素，以確保聯合收割機電氣數控系統的安全、均勻運行。根據我國工業生產單位使用數控組合機的經驗和總結，在組合機的接線圖和安裝工程中必須做到以下幾點：

①選擇聯合收割機電氣線路位置時，應考慮到電氣線路和設備應盡可能滿足人員日常維護和檢查的要求。電氣柜應避免因電氣柜過低或過高的現象而造成危險情況，給電氣元件的檢查和維護帶來麻煩。另外，在電氣柜的鋪設和安裝時，盡量避免潮濕、陰暗的地方，防止電氣柜內的電氣元件因長期潮濕的環境而受潮、生銹。②合理控制安裝電氣元件之間的距離。在放置和安裝電氣設備時，如果待安裝的設備與裝置之間的距離太短，它們之間就會產生電源干擾，因此，要特別注意安裝規劃的距離，盡量分散強干擾源合理隔離弱電，防止強電干擾，并確保易損壞電器元件之間有足夠的距離。③各接口端子布局合理。電氣控制系統的安裝復雜多變，內部接線口較多。如果不小心，可能會插入錯誤的端口，導致其他電路錯誤，并損壞硬件和組件。因此，電氣安裝及控制系統在安裝時應以科學技術為指導，合理有序地進行調整，接口端子的設計也應多樣化，以便于識別、檢查和維護。另外，根據電線連接的要求，合理放置電線，避免混亂；接口端子的連接強度設計應保證電路連接的強度，減少松動和斷裂。④電線顏色規格。由于聯合收割機內部電路比較復雜，必須區分內部電線的顏色，才能區分和理解。一般情況下，用黑線和紅線表示交流控制線和電源線，用藍線表示直流電源線。最好區分其他線材的顏色，確定其他線材的顏色，不建議多做改動，以免造成不必要的誤會和錯誤。

（2）系統軟件設計。綜合聯合收割機的集中電氣控制需求，此次系統設計中考慮使用DSP 軟件進行開發設計。聯合收割機控制系統的軟件開發是系統設計中不可忽視的一個環節，軟件開發設計關系到系統的正常運行以及各部分功能的執行能力。代碼生成和調試是軟件開發和設計的基礎。編寫生成代碼的目的是編譯和匯編用C 和匯編語言混合編寫的DSP 代碼程序，以生成可執行的DSP 代碼。調試工具是調試和運行DSP 軟件和目標系統的工具，調試后即可達到設計目標。代碼調試器CCS2 是用于標準TMS320 調試的集成開發環境。代碼調試器包括源代碼編輯、調試、代碼生成和實時分析工具，可應用于整個設計和開發過程。根據實際情況，代碼調試器可以設置兩種不同的仿真模式，即硬件仿真模式和軟件仿真模式。如果您有模擬器和目標辦公室，則可以啟用硬件模擬模式，CCS2 代碼調試器會監視程序的性能并進行實時監控。DSP 系統與上位機之間信息通信的實現利用了JTAG 接口，可以在不干擾信息及時傳遞的情況下進行數據傳輸。

DSP 軟件系統設計由CCS2 代碼調試器完成，完成的軟件系統可以使用CCS2 的集成工具進行系統調試和優化。系統的軟件設計非常復雜且多變，未來還應考慮系統的改進和改造，因此，在設計聯合收割機數控系統的軟件開發時，可以采用模塊化的思路?？梢圆捎脛澐指鱾€模塊的方式，實現模塊之間的集成，當某些模塊出現問題時，相互連接又獨立，保證其他模塊的功能不受影響。

4 結語

在電氣工程及其自動化控制中，由于PLC 技術具有諸多的技術特點和優勢，PLC 技術在自動化控制的很多方面得到了有效的應用，它可以幫助提高自動化生產的效率，有效改善系統運行自動化控制水平、發揮電氣設備的積極作用，提供有效的技術支持，給企業帶來更多的經濟價值。因此，企業應合理選擇PLC 技術，根據企業的實際需求形成合適的管理體系，加大技術攻關，提升電氣控制的自動化水平。