张登高
（江苏联合职业技术学院盐城生物工程分院 江苏盐城，224000）
牧草收获打捆机工作环境复杂，因此系统需具备较好的环境适应能力。牧草收获打捆机控制系统集成了PLC技术、计算机技术、无线通讯技术等，为了保证各模块正常工作，其设计需遵循如下原则：
（1）操作方便。牧草收获打捆机自动控制系统的使用对象是农民，他们文化基础薄弱，不宜操作过于复杂的设备，因此在进行牧草收获打捆机控制系统设计时，需简洁明了，且有操作说明功能，在发生操作失误状态下也能及时给予提示。
（2）可靠性强。牧草收获打捆机工作环境较为复杂，当遇到恶劣环境时为了保证设备能正常工作，设备硬件类型的选用需考虑实际工作环境，要保证系统在多工况下稳定运行。
（3）经济实惠。农民收入水平相对偏低，因此系统设计时要遵循经济性原则，从农民自身收入角度考虑，在满足功能要求的前提下，尽量降低设计成本，力争让每个农民用得起牧草收获打捆机，让这项技术真正地落地生根。
（4）可扩展升级。随着科技发展，现代化智能设备更新较快，牧草收获打捆机系统在设计过程需预留扩展接口，以便后期设备更新换代。
如图1所示，本文设计的牧草收获打捆机控制系统，主要由三部分组成：信息采集模块、无线数据传输模块和可编程控制模块PLC。信息采集模块利用传感器采集设备状态信息，并传输到PLC模块；
PLC模块将采集到的信息，一方面根据事先设置的程序来控制执行设备；
另一方面利用无线数据传输模块传递给用户，实现人机界面的实时监控。
图1 控制系统总体设计
牧草打捆机的运行流程如下：传感器采集打捆装置的运行状态信息，将这些信息进行预处理后发送到PLC控制模块，然后依据设定的指令进行控制，以此来满足收割、捆绑牧草的要求。用户也可根据需要进行手动控制，对应的控制流程如下：用户通过人际交互式界面切换到手动控制状态，利用界面按钮指令的操作实现牧草打捆机工作。下图2是打捆机控制系统的硬件设计原理。
图2 打捆机控制系统硬件设计
总体上看这种控制系统主要是基于云平台、交互界面来控制打捆仓、开关仓，以此来满足特定的操作要求。此外还可以进行手动控制，提高了系统的应用便利性。和自动控制模式相比，手动控制的权限更高，这样在自动运行模式下，如果接受到手动控制指令，则可结束原来的操作，根据手动控制指令进行控制，这样用户可以根据需要随时获取设备控制权。对应的控制程序主要包括入网电机、割刀、仓室开关控制程序等几部分。
4.1 入网电机及风机控制系统设计
如图3所示，在控制过程中PLC判断出打捆仓室内草料满足开仓要求情况下，中止草料进仓，然后在指令的控制下风机和入网电机开启，在此过程中通电延时中间触点也被触发开始计时，然后使草输送到打捆仓室，网绳也开始运动且对草捆绕网处理。
图3 入网电机及风机控制流程
粉碎后的草料通过传送带输送到打捆仓室，控制系统根据采集的仓室草料信号进行分析，如发现达到开仓临界值，则发送指令控制入网电机开启。在此过程中如果用户启动手动控制，则系统开始结束自动控制程序，转变为手动控制模式。
4.2 割刀及传送带控制系统设计
下图4显示出割刀及传送带控制流程，分析可看出，草料在运动过程中不断被粉碎且传输到打捆仓。在控制系统判断发现打捆仓的草料信息达到设定的开仓临界值条件下，传送带结束运行，且触发计时器进行计时，在计时条件满足后开启割刀电机，结束后割刀和传送相关的控制过程就完成。
图4 割刀、传送带控制流程
控制程序在自动控制时需要依据设定的开仓预设值进行控制，在判断发现打捆仓室草料数据达到此阈值后，进行割刀及传送相关操作。其中的割刀控制输出端Q0.3被置1，计时器T36被触发，接着通过触点复位使得割刀电机断电。在交互界面中设置了割刀电机、传送带对应的图标，用户可以通过这些图标进行手动控制，而满足特定条件下应用要求。
4.3 仓室控制系统设计
仓室开关控制程序主要作用是控制仓室开关，这主要是基于其两侧的压伸缩杆的伸缩运动实现的。在设计时还应该注意到一点，打捆仓开关仓控制时对应的传送带保持停止，这样可防止草料持续进入而遗落，也为其后的控制提供便利。
开关仓子程序段在运行过程中，伸缩杆的控制端Q0.4保持高电平，这样就可控制杆伸出，进而开启打捆仓，在其中的滚轴转动作用下，草捆滑出。此过程持续20秒钟，到达设定时间点后触点断开Q0.4复位，对应的控制端Q0.5保持高电平，在杆收缩作用下打捆仓闭合，全部的打捆过程结束。
可编程控制器和触摸屏在通信时利用以太网进行数据传递，为满足连接要求，需要控制二者的IP对应于同一网段。触摸屏界面根据控制模式进行划分，可分为自动、手动控制界面。其中的各界面均组态有切换按钮，这样用户在操作过程中可方便的进行界面切换。开机界面为默认的自动控制界面。在通电后可直接进入到此界面。
图6 手动控制界面
图5为牧草打捆机控制系统自动控制界面。用户可通过界面中手动切换按钮实现手动控制界面切换。工作时，用户可通过点击界面上的开始、停止按钮实现控制；
当开始按钮按下时，界面左侧指示灯会变红，当停止按钮按下时，界面左侧指示灯会灭，两者保持着逻辑互锁关系。界面上还设置了打捆计数器，设备在运行过程中，每完成一次打捆作业后，计算器就会加1，完成全部工作后重启该计数器就会复位清零。界面中还设置了紧急制动按钮，当遇到突发情况时可按下该按钮，以避免事故产生。
图5 自动控制界面
图6为牧草打捆机控制系统手动控制界面。该界面右下角同样有工作状态切换按钮，用户可通过界面中自动切换按钮实现自动控制界面切换。界面左侧为各功能手动开启按钮，可利用各功能模块的开、关按钮实现控制；
当开按钮按下时，界面左侧指示灯会变红，当关按钮按下时，界面左侧指示灯会灭，两者保持着逻辑互锁关系。界面右侧设有入网、开仓时间的设置区域，用户可在该区域对设备入网及开关仓时间进行设定。