随着农业科技的不断发展.气力式播种原理已运用于各种播种机械，由于具有播种速度快、效率高，且不伤种等特点.国内外自上世纪50年代起就开始了对该技术的研究?。但就已有的采用该技术作业的播种机.将近90%以上均采用气吸式播种.而气射式播种技术依旧处于试验研究阶段。刁培松等根据“射水成穴播种原理”提出了气射播种理论?.设计了气动射种机构，但该机构控制复杂，不利于推广。
近年来.单片机、PLC等多种控制技术应用到了农业机械领域中.以实现生产的控制化与自动化?。可编程控制器PLC(Programmable logic con.troller)主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成.是一种有较好的抗干扰性能、防震性能且操作简单、使用和维护方便、价格低廉的控制器。针对已有气射装置存在的问题，利用PLC控制器来实现对该机构射种过程的控制是一个很好的尝试。
1 已有气动射种机构工作原理及存在的问题
1.1 工作原理
已有气动射种装置结构[31如图1所示.用凸轮轴将气阀凸轮和气门杠杆凸轮同轴连接.为了保证射种装置的协调工作.在播种机地轮上安装一链轮.通过链条把动力传递到凸轮轴并驱动两凸轮转动。此外。在凸轮轴上安装另一链轮把动力传送到排种器上。以保证射种装置的协调工作。当排种阀在杠杆凸轮的作用下被打开时.排种器把适量种子从种箱中排出.并在重力作用下滑落到射种腔内部.随后杠杆凸轮由顶点转动至最低点.排种阀在弹簧的作用下关闭.同时待气阀凸轮转到最高点时，气阀打开，排出气体。在规定压力和流量作用下，把种子射入到土壤预定深度，从而达到气动射种的目的。
1.2存在的问题
由上述工作原理可知.已有气动射种机构的排种器、气阀凸轮、排种阀杠杆凸轮的动力源均来自于地轮的驱动。因此.要使该机构完成一整套排种入射过程，对于动力源的要求是非常关键的：而播种机地轮的动力传递会因耕地地况的高低不平造成传动动力不稳定.加之地轮的滑移现象.会影响该机构排种与气压射种的传接配合.降低播种机的作业效率：此外.在播种过程中，需要操作人员不断地监控种箱种量及储气罐中剩余气压是否满足气动射种所要求的压力值.费时又费力。
2 PLC控制系统设计
2.1 系统结构
通过对已有气动射种机构的组成部件进行调整和更换.采用PLC可编程控制器实现对播种机作业过程的自动控制。将播种机的气门杠杆凸轮更换为牵引电磁铁.在种箱下部安装了步进电机并与排种器相连接.气阀凸轮更换为二位二通电磁阀：在种箱底部和储气罐出口处分别安装下料位传感器和气压传感器以实现对种箱种量和射种气体压力的控制检测：在排种阀杠杆下部安装一凸轮。通过播种机地轮上链条动力的传递驱动.安装一光电传感器并在凸轮的配合作用下发出信号.实现该机构排种过程与机组前进速度的同步控制。由PLC控制的气动射种机构组成如图2所示。
2.2控制系统硬件配置
气动射种机构控制系统主要由两部分构成。其中，启动按钮、停止按钮、下料位传感器、气压传感器、光电传感器组成控制信号输入端，步进电机、牵引电磁铁、二位二通电磁阀组成控制系统输出端，控制系统由拖拉机电瓶供电。该控制系统共需5个输入点，3个输出点，控制器所需的I/O点数较少。属于小型单机控制系统。设计中选用德国西门子公司生产的S7—200型PLC作为该机构控制系统的控制器。该控制器主机结构为整体式.上面有一定数量的I/O点。一个主机单元就是一个系统：可进行灵活扩展，当I/O点不够时。可增加I/O扩展模块：如果需要其他特殊功能.则可增加相应的功能模块。
图3是S7—200型PLC控制系统的输入、输出分配及信号接线图。
2.3基于PLC控制的气动射种原理
在设计的气动射种装置中.PLC控制器主要是对下料位传感器、气压传感器、光电传感器、牵引电磁铁、步进电机、二位二通电磁阀的感应、延时、通电和断电进行检测控制。如图2所示.按下启动按钮，经下料位传感器检测，若种箱种量充足.步进电动机得电工作，步进电机带动排种器转动使种子从种箱进入输种管.对步进电机可进行转速的调整，以实现对播种机构播量的控制。
凸轮随着播种机地轮链条的驱动而转动.凸轮与地轮转速比可通过田间作业需要进行调节，当凸轮转至最高点时，遮断光束.光电传感器发出信号.牵引电磁铁通电带动气门杠杆将射种腔顶部的排种阀压下。种子依靠自身的重力通过排种阀进入射种腔。待通电延时4 s后牵引电磁铁断电，排种阀闭合;可通过电磁铁通、断电对排种阀开启与闭合的控制来实现对播种作物株距的控制。此时.若气压传感器没有发出气罐气压不足的信号.则二位二通电磁阀通电.气体由气阀进入射种腔，通电状态持续3 s。种子在高压气体作用下加速运动.随即射入土壤.完成一个射种过程。基于PLC控制的气动射种机构控制原理见图4。
3试验结果分析
通过对以PLC为控制系统的气动射种机构在播种深度及下料位传感器和气压传感器的检测可靠性等指标进行测定.分析判断PLC控制系统对该射种机构的实际控制效果。如表1所示。基于PLC控制的气动射种机构播种深度平均值为39.6 mm，合格率达93.2%，符合播种标准要求;下料位传感器和气压传感器对种箱种量和储气罐排气压力检测可靠性分别为96.7%、93.4%，提高了气动射种机构的田间作业效率。
4 结论
与已有气动射种机构相比.基于PLC控制的气动射种机构系统工作精确可靠.实现了播种过程的自动控制。试验表明.基于PLC控制的气动射种机构播种深度满足试验地33～46 mm的播种农艺要求：下料位传感器和气压传感器的检测率均达90%以上.可对气动射种机构播种时出现的问题判断容易直观，减轻劳动强度.提高作业效率。随着气力式播种技术的不断发展.对播种机控制系统的要求也将日渐增高.而PLC控制器的扩展功能正适应于这一要求。本设计也为我国气射式播种机的播种过程控制研究提供了参考依据。了解更多PLC技术、资讯、分析报告文章，请点击查看https://plc.jlck.cn/ 2011年PLC企业“爆”团，新鲜技术全接触。
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