基于PLC的一种茄科整排自动嫁接机控制系统设计

基 于 PLC 的一种茄科整排自动嫁接机控制系统设计尹 权1， 张 铁中1 ， 2， 李 军1， 褚 佳1， 吴 长兵1， 刘 展1 1． 中 国农业大学 工学院 ， 北京 100083; 2． 农业部 土壤 － 机器 － 植物系统技术重点实验室 ， 北京 100083摘 要 为满足现代智能农业生产需求 ， 提高蔬菜嫁接作业效率 、降低人工劳动力的投入与强度 ， 研究了高效 、可靠 、安全的茄科劈接式或贴接式自动整排嫁接机的控制系统 。采用欧姆龙 CP1H 系列的 PLC 作为中央控制单元 ， 以控制电磁阀 、继电器 、伺服电机 、步进电机等执行元件的工作 。依据嫁接机作业时的流程工艺和调试安装时的需求 ， 采用 CX － programmer 专业编程软件 ， 编写 T 形图控制程序 ， 提供自动运行 、单步运行及功能单元独立运行三种模式 。试验表明 该茄科整排嫁接机在自动运行模式下 ， 单株程序运行时间 5． 33s， 作业效率可达 1 015株 /h。关键词 自动嫁接 ; PLC; 控制系统 ; 信号识别 ; 调试运行中图分类号 S223．1; TP273．2 文 献标识码 A 文章编号 1003 －188X 2017 05 －0075 －090 引 言蔬菜嫁接育苗 是有效克服连作病虫害 、土壤污染及增质增产的有效途径 ; 但传统人工嫁接作业存在效率低 、劳动强度大 、作业成本高和嫁接苗存活率低的问题 ， 已不能满足现代智能化农业的生产需求 。自 20世纪 80 年代蔬菜自动嫁接技术问世以来 ， 嫁接技术在国内外得到了不同程度的发展［ 1 －4］， 采 用自动化机械嫁接技术可以有效地解决人工嫁接中存在的问题 。此外 ， 将技术早已成熟的欧姆龙 CP1H － XA 系列 PLC应用于蔬菜自动嫁接技术中［ 5 －8］， 相比采用微型单片机在性能和可操 作性上都得到了较大提升 ， 为广泛推广嫁接育苗技术提供了有力保障［ 8 －12］。目 前 ， 国内茄科蔬菜嫁接机多为人工单株供苗［ 7］、单株嫁接的半自动装置 ， 具有代表性的是 中国农业大学张铁中研制的 2JSZ － 600 型蔬菜自动嫁接机 ， 但在处理大批量作业时仍然存在生产率低 、劳动强度大等问题［ 3 －7］。国 外 ， 日本 、韩国等是率先出现自动嫁接技术的国家 ， 虽然有效率较高的茄科蔬菜全自动嫁接机 ; 但结构复杂 、价格昂贵 ， 使得其在国内推广受到很大的限制［ 3 － 5］。针对现有茄科 蔬菜嫁接机存在的问题 ， 本 文为茄收稿日期 2016 －04 －07基金项目 国家高技术研究发展计划 863 计划 项目 2012AAA10A506 －2 ; 公益性行业 农业 科技专项 201303014 －09作者简介 尹 权 1991 － ， 男 ， 陕西汉中人 ， 硕士研究生 ， E － mail15010823596 163． com。通讯作者 张铁中 1956 － ， 男 ， 河北邢台人 ， 教授 ， 博士生导师 。科自动整排嫁接机设计了一套高效 、可靠 、便捷 、安全的控制系统及电气驱动方式 ， 以实现茄科幼苗的嫁接的自动化作业 。1 嫁接机系统构成及工作原理简介1．1 系统构成该嫁接机可以实现对规格为 5 10 穴 ， 尺寸为570mm 280mm 41mm 的苗盘进行整排嫁接 ， 考虑到用户需求 ， 采用劈接或贴接两种方式 ， 选择时只需更换切苗刀具 。机器本体除采用人工整盘供苗和卸苗外 ， 其余均自动完成 。该系统由砧木 、穗木的供苗系统 、拢苗系统 、取苗系统 、切苗系统 、供夹系统 、嫁接系统和嫁接苗输送系统等 7 个子系统构成 ， 如图 1 所示 。因此 ， 建立 7 个子系统之间的有机统一与协调工作关系是实现该嫁接机高效 、可靠作业的保障 。其具体结构可参考专利嫁接苗整排自动嫁接装置 CN104871840 A 。1．1．1 供苗拢苗系统供苗拢苗系统是嫁接作业的首要工作流程 ， 是保证后续连续作业的基础 。实际工作中 ， 将穴盘苗运送到指定的工作位置 ， 然后触发拢苗工作系统 ， 拢苗杆推出 ， 将苗盘内待嫁接位置的苗进行纵向扶正 ， 提高嫁接作业的成功率 。穴盘停留位置是否准确是砧木和穗木取苗机械爪夹取苗的关键 。为保证苗盘停位准确 ， 采用欧姆龙系列 E3FA － TP11 的反射式光电开关作为该位置的定位检测开关 。该种光电开关检测灵敏度高 ， 不易受周围工作环境的影响 ， 工作原理如图 2 所示 。572017 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期DOI10.13427/ki.njyi.2017.05.014 a 主 视图 b 左视图1． 控制柜 2． 砧木供苗系统 3． 嫁接苗输送系统 4． 穗木供苗系统 5． 供夹输送系统 6． 砧木 、穗木搬运系统 7． 机体系统8． 砧木 、穗木取苗系统 9． 推夹系统 10． 切苗系统 11． 排夹输送器图 1 茄科自动嫁接机系统构成Fig．1 Solanaceae automatic grafting machine system图 2 反射式光电开 关工作原理图Fig．2 The working principle of the reflection type of photoelectric switch1．1．2 取 苗系统基于本嫁接机是整排取苗作业 ， 因此在供苗良好的前提下 ， 分别由取苗上夹持机构和取苗下夹持机构拔取穴盘内的嫁接苗 ， 并且将苗由直线运动机构送至下一切苗位置 。为实现嫁接苗的拔取和搬运过程机械爪需完成一系列动作 ， 包括砧木 、穗木上下夹持机构的打开闭合 ， 夹持升降气缸的上升 ， 需同时驱动两个伺服电机工作将苗搬运至切苗工位 。为避免苗在搬运过程中受到拉力而损伤 ， 须实现两个伺服电机的同步驱动 。两个伺服电机在到达切苗工位后 ， 需要保证两个位置的上下层次关系 ， 采用位置传感器模块 ， 能够准确地检测到到位信号 ， 其原理如图 3 所示 。 a 位 传感器 b 原理图图 3 穗木 、砧木定位模块传感器Fig．3 Stock and scion position sensor module1．1．3 切苗及供夹系统当 苗运送至切苗位置时 ， 触发切苗机构动作 ， 将该工位的苗进行斜切或劈切 ， 使嫁接苗的茎秆切口形成倾斜度为 30的斜切口或 V 形切口 。由于嫁接作业中穗木和砧木分别是嫁接苗的上部生长端和下部须根端 ， 因此需分别控制穗木取苗夹持机构的下夹持机构和砧木取苗上夹持机构 ， 将废弃部分搬运至嫁接机两侧的废弃框内 ， 并驱动步进电机将供夹系统移至嫁接工位 ， 使塑料夹推出 ， 将穗木和砧木切口贴合夹住 。1．1．4 输送复位系统复位系统是保证整个系统安全 、可循环作业的基础 ， 嫁接机开始工作前首先进行各机构系统的复位操作 ， 使得各个机构系统处于正确的工作状态 。当穗木和砧木贴合后 ， 穗木取苗上夹持机构和砧木取苗下夹持机构需将苗栽插至固定位置的空穴盘中 ; 当完成一整盘苗的栽插后 ， 控制嫁接苗输送系统带将苗盘送出 ， 送至一定位置后由人工将苗盘取下 ，并将另一空穴盘放置指定位置 。以上步骤完成后 ， 需要将各部分工作部件恢复至初始状态 ， 等待下一工作步骤流程 。此外 ， 当嫁接机中途遇到突发状况 ， 掉电后 ， 采取复位操作能使各工作系统回归正确位置 ， 避免由于空间位置不当而损伤机器或发生危险 。整个控制系统中 ， 包括气动元器件工作复位系统和电机工作复位系统两部分组成 ， 目的是为了便捷地控制 、操纵 、调试嫁接机 。1．2 控制流程合理的嫁接工作流程是实现可靠 、高效嫁接的基础 ， 正确的工作流程图往往能使控制系统变得简洁 、流畅 、易于调控 。为此 ， 编写控制程序前对嫁接作业672017 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期图 4 所示 。图 4 控制系统流程图Fig．4 The flow chart of control system由 于本文针对的是该茄科自动嫁接机的控制系统 ， 工作流程图中的具体执行机构参考专利 CN 104871840 A 。772017 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期进 行总体分析 ， 编制了如下自动嫁接工作流程图 ， 如2 系统关键配置2．1 控制系统硬件配置本茄科全自动嫁接机控制系统 ， 硬件设备包括中央控制单元 、外围设备 、电路保护元件 3 部分 。中央控制单元主要由 CP1H － XA 系列 PLC 及扩展模块构成 ; 外围设备包括信号输入和执行输出两类 ， 信息采集的输入设备主要为光电检测开关 、磁性检测开关及开关按钮等 ; 输出执行部分包括工况指示灯 、电磁继电器 、电磁阀 、伺服电机驱动器等 ; 电路保护元件主要为 24V 电源 、空气开关 、熔断器和线卡 。整个控制系统 ， 除输送带驱动需 220V 交流电机外 ， 其余设备均为 0 ～24V 工作电压 。2．1．1 中央控制单元中央控制器采用 CP1H － XA40DT － D 的 PLC 可编程控制逻辑单元 ， 其配置如图 5 所示 。该控制单元输入 24 点 ， 输出 16 点 。根据实际要求 ， 完成整个嫁接作业的动作多且相互独立 ， 而基于物理控制线路的连接器 I/O 分配是固定的 ， 因此需要对 I/O 口进行扩展 ， 而 PLC 扩展模块与中央控制单元可通过通信口直接插线连接通信 ， 因此简化了控制程序的编写和系统的开发周期［ 12 －14］。1． 电池盖 2． 工作指示 LED 3． 外围设备 USB 端口 4．7 段 LED 显示 5． 模拟电位器 6． 外部模拟设定输入连接器 7． 拨动开关8． 内置模拟输入输出端子台 /端子台座 1 9． 内置模拟输入切换开关 1 10． 存储盒槽位 11． DC24V 输出 2输出段子 12． 输出指示灯 LED13． 扩展 I/O 单元连接器 14． CJ 单元适配器用连接器 15． 选件板槽位 16． 电源 接地 输入端子台 17． 输入指示 LED图 5 中央控制单元Fig．5 Central control unit此外 ， 考虑到高速脉冲输出端子应满足实际需求 ， 还需留出一定的富余量以备不时之需 。2．1．2 外围执行设备实现自动控制所需的一切相关输出信号 ， 以驱动电磁继电器 、电磁阀 、伺服电机驱动器等直接与中央控制单元相关的设备 ， 即为外围执行设备 。其中 ， 继电器用于电路中接入高压且需要控制的场合 ， 通过PLC 输出的 24V 电压信号控制与之相连的高压线路的工作状态 。本嫁接机选用的电磁继电器型号为 HＲ －CＲ311SK 管脚接线图如图 6 所示 。实际接线时 ， 由于其工作电压也是 24V， 而 PLC 为 NPN 型输出 ， 因此管脚 13 直接与 PLC 输出相接 、14 与电源 24 相接 ，即可以完对电磁继电器的工作状态控制 。而另外两组 1、5、9 和 4、8、12 可以通过选择连接不同管脚实现工作状态的由常开到常闭或由常闭到常开的控制 ， 即可实现对外围高电压设备的控制目的 。本嫁接机采用的执行部件除砧木 、穗木取苗搬运 ， 嫁接贴合机构系统和供夹系统输送采用私服电机 、步进电机驱动丝杠导轨外 ， 其余伸缩 、旋转动作均由气动元件完成 。 a 电磁继电器 b 管脚接线原理图 6 继电器接线及原理Fig． 6 Ｒelay wiring and principle伺服电机在其驱动器的内部针对速度 、位置做了软件闭环反馈控制 ， 位置环与速度环的比例积分增益系数可调 、操作简便 、控制精确 。因此 ， 对本控制系统的研究方案中 ， 主要考虑到穗 、砧木在拔取搬运过程872017 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期中需要满足速度和定位两因素 ， 选用利时公司生产的MSE 系列的伺服驱动器 ， 以 32 数字处理芯片 DSP为控制核心 ， 具备良好的鲁棒性和自适性［ 10 －12］， 实现精准控制 。穗木 、砧木搬运过程中在满足机构快速运行的同时 ， 避免出现速度误差和机构的惯性作用及对苗茎干造成损伤 ， 并保证在嫁接位置上使穗木 、砧木的贴合口准确贴合 。其伺服电动机接线原理如图 7 所示 。图 7 伺服驱动器接线原理Fig．7 Servo driver wiring principle2．1．3 系统保护主要包括 24V 电源 、空开 、熔断器及线卡 。其中 ，24V 电源为控制系统及部分电子元件供电设备 ; 空气开关与熔断器安装在 220V 主线路上起保护作用 ， 以避免当设备发生短路等导致主电路电流过高 ， 对设备造成损伤或引起火灾 。熔断器的选择需根据设备主电路上的电流值 ， 因此与设备中所有电子元器件均有关系 ， 其熔断额定电压应该大于或等于主电路的额定电压 ， 熔断器电流需根据实际负载情况计算选型 。多台电机共用一个熔断器保护短路时 ， 有INP 1． 5 ～ 2． 5 INMmax INM IF其中 ， INMmax为容量最大的电机额定电流 ; INM为其余各电动机的额定电流之和 ; IF为各电磁换向阀的额定电流之和 ， 各电机 、电磁阀在电路中为并联关系 。对于轻载启动及启动时间较短时 ， 取式中系数为1． 5， 重载启动及启动时间较长时 ， 系数取 2． 5。2．2 I/O 分配本嫁接机整体机构系统较为复杂 ， 为满足机器整体操作的便捷性 、可控性 ， 采用 33 个输入点 ， 包括预留检测输入点 4 个和点动控制按钮 4 个输入信号 ， 输出部分预留两个输出端子点 。输入和输出端子分配如表 1 所示 。表 1 嫁接机 I/O 分配表Table 1 Grafting machine I/O allocation table输入点分配序号 名称 符号 地址输出点分配序号 名称 符号 地址1 启动按钮 SB0 0．002 停止按钮 SB1 0．013 急停按钮 SB2 0．024 手 /自动选择开关 SA0 0．035 送夹子电机上电复位位置检测 SQ1 0．046 1 号电机上电复位位置检测 SQ2 0．057 2 号电机上电复位位置检测 SQ3 0．068 3 号电机上电复位位置检测 SQ4 0．079 4 号电机上电复位位置检测 SQ5 0．0810 送夹 切刀防干涉 1 SQ6 0．0911 送夹 切刀防干涉 2 SQ7 0．1012 震动盘启动 /停止 SA1 0．1113 送夹子计数 SQ8 1．0014 送夹子到位检测 SQ9 1．011 1 号伺服电机脉冲 100．002 1 号伺服电机方向 100．013 2 号伺服电机脉冲 100．024 2 号伺服电机方向 100．035 3 号伺服电机脉冲 100．046 3 号伺服电机方向 100．057 4 号伺服电机脉冲 100．068 4 号伺服电机方向 100．079 运行指示灯 HL0 101．0010 手动运行模式指示灯 HL1 101．0111 推夹子气缸 YV1 101．0212 夹子夹紧气爪 10mm 行程 YV2 101．0313 夹子夹紧气缸 YV3 101．0414 送夹子气缸 YV4 101．05972017 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期续表 1输入点分配序号 名称 符号 地址输出点分配序号 名称 符号 地址15 检测预留 1 1．0216 检测预留 2 1．0317 检测预留 3 1．0418 检测预留 4 1．0519 3 号电机穗木下降 10mm 位置检测 SQ14 1．0620 点动按钮预留 1 1．0721 点动按钮预留 2 1．0822 点动按钮预留 3 1．0923 点动按钮预留 4 1．1024 1 号伺服电机正转点动 SB3 2．0025 1 号伺服电机反转点动 SB4 2．0126 2 号伺服电机正转点动 SB5 2．0227 2 号伺服电机反转点动 SB6 2．0328 3 号伺服电机正转点动 SB7 2．0429 3 号伺服电机反转点动 SB8 2．0530 4 号伺服电机正转点动 SB9 2．0631 4 号伺服电机反转点动 SB10 2．0732 送夹子步进电机正转点动 SB11 2．0833 送夹子步进电机反转点动 SB12 2．0915 切苗气缸 YV5 101．0616 垂直气缸 1 号 3 号 YV6 101．0717 垂直气缸 2 号 4 号 YV7 102．0018 夹苗气缸 1 号 3 号 YV8 102．0119 夹苗气缸 2 号 4 号 YV9 102．0220 提升 10mm 气缸 YV10 102．0321 拢苗推气缸 YV11 102．0422 拢苗夹气缸 YV12 102．0523 扶苗气缸 YV13 102．0624 皮带西 KM5 102．0725 自动运行模式指示灯 HL2 103．0026 急停指示灯 HL3 103．0127 皮带东 KM6 103．0228 皮带中 KM7 103．0329 振动盘 KM8 103．0430 电磁铁 103．0531 输出点预留 1 103．0632 输出点预留 2 103．0733 步进电机脉冲 扩模块脉冲 134 步进电机方向 扩模块方向 13 嫁接机控制系统程序设计3．1 控制系统分析自动整排嫁接机的控制程序是基于 CP1H 系列的PLC 指令系统 ， 采用 CX － programmer 编程软件汇编控制程序 ， 是保证嫁接机实现嫁接作业自动化的关键所在 ， 需要严禁 、细致地分析嫁接作业过程 ， 以程序驱动机械结构执行动作 ， 达到控制的目的 。实现自动控制的程序分为两大子程序 复位程序段和自动运行程序段 。复位程序段是在开始作业前使各机构获得初始化位置的必要程序段 。同时 ， 在复位程序段中设置了自动复位和手动复位两种模式 ， 意义在于手动复位模式能够根据现场工况针对性地对每个机构位置 、速度等进行点动调整 ， 避免因初始位置不确定 ， 误操作对机器造成的干涉碰撞等危险发生 ; 而自动复位模式则是在确保各机构处于安全状态下 ， 进行复位操作 ， 使设备的各机构运行到系统预设的位置 ， 等待工作 。自动运行程序段是整个嫁接机实现自动化运行的核心程序 ， 程序的运行不仅需要严格按照预设的时序执行 ， 还应考虑到运行过程中出现的不利干涉及碰撞等问题 ， 都应该通过程序进行合理的消除 。此外 ， 为避免出现紧急情况 ， 设备运行出现干涉等影响机器安全 ， 还配备了脚踏开关 ， 能够在紧急情况下及时踩下脚踏开关 ， 使整个设备停止运行 。3．2 关键指令分析为实现本嫁接机多功能 、多模式 、高效率的运行 ，选取恰当而又简洁的程序指令是保证整个系统稳定工作的前提 。在工业控制自动化生产中多使用顺序控制 ， 即当前每个动作的发生都是以上一个动作的有效执行及完成为前提 ， 否则当前动作就不会被触发 ，这种流水线式控制过程多使用指令系统中的 SFT 指082017 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期令完成 。因此 ， 深入理解和正确使用 SFT 指令 ， 使程序的设计过程事半功倍 ， 且能保证程序执行结果可靠 、有效 。此外 ， 控制伺服电机的准确运行也是本设计中的关键 ， 基于 PLC 中的脉冲输出控制指令 ， 采用脉冲和方向控制类型 ， 选用 PLS2 887 脉冲输出定位指令 ， 能够满足本控制系统的需求 。3．2．1 SFT 移位指令SFT 指令 见图 8 有两个操作数 ， W1、WX 若 W1＞ WX， 则移位过程只在 W1中执行 ; 若 W1＜ WX， 则 W1最低为 W1． 00率先被置位 ， 然后逐次往高位移位 ， 直到移位达最高位 WX。该指令执行过程如下 ， 当 SFT 指令的数据输入有信号 ， 则 W 数据通道的最低位 W1． 001， 并控制 W1． 00 1 对所制定输出的端点作出响应动作 ; 然后 ， 当上一动作执行完成且输入端有信号输入 ，则置位信号从当前位移至下一位 ， 即 W1． 000、W1． 011， 在输入端信号响应之前该位的状态会被一直保留 ，后续步骤按照上述方式循环执行 。指令的复位信号端只要有信号输入 ， 则不论当前 SFT 移位状态如何 ，所有从 W1． 00到 WX全部重置为 0 位 ， 即使机器状态保持为原状态 。 a SFT 指令 b 移位原理D1、D2需为同类数据通道 。图 8 SFT 移位原理Fig． 8 SFT shifting principle在实际操作中 ， 程序在执行过程中往往需要实时暂停 ， 便于记录 、调试和观察 ， 而后又需要程序继续运行 ， 而采用 SFC 指令则可以巧妙地设计暂停功能 。实现的方式如下 将暂停按钮的常闭触点串接在移位信号输入端的主路上 ， 暂停恢复按钮和其他移位触发点并联在移位信号输入端的主路上 ; 当暂停信号有效 ，则其对应的常闭触点被断开 ， 移位信号输入端变为断开状态 ， 该指令不受任何移位信号触发 ， 设备暂停于当前状态 ; 将该状态解除时按下暂停恢复按钮 ， 则 SFT正常移位至下一位 ， 程序紧接当前状态顺序往下执行 。3．2．2 脉冲输出定位指令PLS2 887 脉冲输出定位指令实现控制步进电机 、伺服电机及速度 、方向 、加速 、减速甚至能控制运转角度 ， 极大地满足本设计中的工作需求 ; 该指令包括 4 个控制通道 ， P、M、F1、F2。为能够实现准确控制电机的精准运行 ， 还需要采用 MOV 021 传送指令配合 ， 将所需的运行参数通过该指令传送至特定的数据通道 ， 使得 PLS2 887 能够采集信息并执行 。脉冲输出定位指令执行时需要设定以上 4 个通道数据 ， 参数设置原理如图 9 所示 。图 9 脉冲输出定位指令Fig．9 Pulse output orientation instructions3．3 控制程序功能模块自动整排茄科嫁接机的系统程序由各功能单元的子程序构成 ， 包括 砧木 、穗木苗输送程序 ， 苗拔取搬运程序 ， 切苗及剩余部分搬移程序 ， 嫁接贴合程序 ， 塑料夹推送程序及栽插 、嫁接苗输出程序 。在整个系统程序的汇编中将嫁接程序的功能模块化 、子程序化 、功能化是有效解决程序复杂性 、逻辑性 、调试便捷性的方法 ; 同时 ， 也增加了程序的可读性 ， 避免由于程序过长使得程序不易被看懂理解 。通过以上子程序的有机 、协调配合 ， 完成整个嫁接系统的汇编 ， 实现机器的自动控制运行 。4 调试运行基于对程序的分析 ， 将程序写入可编程控制单元PLC 中 ， 调试和检测各功能单元运行状况 ， 主要包括时间调节和逻辑顺序调节两大部分 。4．1 时间参数调节运行时间是保证整个运行系统的关键所在 ， 且整个程序中所包含的时间参数指令较多 ， 若时间控制不当就会严重影响整个系统的工作效率 如将各部分时间参数调整时间加长将会使嫁接机运行缓慢 ， 降低效率 ; 反之 ， 时间参数过小 ， 会使执行元件动作执行不到位 ， 或发生干涉引起碰撞的危险 。因此 ， 合理适当的时间参数对于系统的运行性能指标至关重要 ， 经过实182017 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期际调试和运行对时间参数进行优化 ， 将该嫁接的各部分时间参数设置如表 2 所示 。表 2 主要电气参数设定Table 2 The main electric parameter setting控制类型执行类型参数时间/s频率/Hz功率 其他伺服电动机启 /停加减速频率 60运行频率 4 200模式设置 位置模式步进电机启 /停加减速频率 120运行频率 7 500模式设置 无细分输送系统 功率设置 20气动系统时间参数设置拢苗推送 2．0拢苗 0．8夹苗 0．8松苗 0．8拢苗下降 1．5取苗 2．0取苗机构下降 1．4空拔苗 1．8切苗 1．2推夹 0．4送夹 1．0送夹 0．5拢苗退回 2．0切苗退回 1．24．2 逻辑顺序调节嫁接机在实际工作过程中可能会出现部分逻辑顺序调整的情况 ， 为达到执行效果最优的目的 ， 如部分功能单元初始状态距工作位置位置较远 ， 则可以在初始状态下 ， 将该部分功能部件率先移动或动作执行到工作位置 。这样既减少了工作距离 ， 又降低了工作等待时间 ， 是提高程序效率的有效途径 。4．3 系统运行测试在系统稳定的情况下 ， 进行了工作测试 ， 测试地点为中国农业大学工学院 ， 测试样本为西红柿嫁接苗 。其中 ， 穗木 、砧木苗各 3 盘 ， 每盘 50 株 。人工上苗后 ， 进入自动运行 ， 从运行稳定到进入循环开始计时完成嫁接并回到取苗位置等待下一循环结束 ， 共计用时 532s， 平均每株用时 3． 55s， 完成整排嫁接一次循环约为 17． 7s， 理论嫁接速度可达 1 015 株 /h。测试结果表明 该控制系统具有良好的实用性 ， 达到了高效 、稳定的目的 。5 结论1 设计了基于 PLC 的一种茄科整排自动嫁接机的控制系统 ， 能够实现高效 、稳定 、便捷的性能指标 ，达到了控制系统设计的目的 。2 采用了合理的控制程序设计流程 ， 总结出一套控制程序设计的基本路线和方法 ， 上机运行调试 ， 满足程序设计的要求 。3 整个控制系统采用了合理的时间参数配置 ， 稳定运行时 ， 嫁接速度理论值可达 1 015 株 /h， 满足实际生产需求 。参考文献 ［ 1］ 褚佳 ， 张铁中 ， 张立博 ， 等 ． 套管式蔬菜自动嫁接机出套装置设计与试验 ［ J］ ． 农业机械学报 ， 2016 2 64 －70．［ 2］ 赵金英 ， 张铁中 ． PLC 在自动嫁接机控制系统中的应用［ J］ ． 中国农业大学学报 ， 2004 6 53 －55．［ 3］ 李中秋 ． 蔬菜嫁接机的现状和发展趋势 ［ J］ ． 当代农机 ，2007 4 61 －62．［ 4］ 辜松 ， 江林斌 ． 国内外蔬菜嫁接机的发展现状 ［ J］ ． 东北农业大学学报 ， 2007 6 847 －851．［ 5］ 刘凯 ， 初麒 ， 辜松 ， 等 ． 茄科蔬菜自动嫁接机的研究现状［ J］ ． 农机化研究 ， 2011， 33 2 230 －233．［ 6］ 李洁 ． 浅谈 PLC 控制系统设计应注意的几个问题 ［ J］ ． 西安航空技术高等专科学校学报 ， 2005 1 22 －24．［ 7］ 建忠 ， 李建平 ， 朱盘安 ， 等 ． 斜插式蔬菜嫁接机砧木夹持机构研制与试验 ［ J］ ． 农业工程学报 ， 2013 7 30 －35．［ 8］ 辜松 ． 2JC －350 型蔬菜插接式自动嫁接机的研究 ［ J］ ． 农业工程学报 ， 2006 12 103 －106．［ 9］ 姜凯 ， 郑文刚 ， 张骞 ， 等 ． 蔬菜嫁接机器人研制与试验［ J］ ． 农业工程学报 ， 2012 4 8 －14．［ 10］ 郭成镇 ． 基于 CAN 总线的多 PLC 通信控制研究 ［ D］ ． 上海 上海交通大学 ， 2012．［ 11］ 江新 ． 基于 CAN 总线的多台 PLC 通信系统的设计 ［ J］ ．电气时代 ， 2011 9 104 －105．［ 12］ 杨丽 ， 张铁中 ． 西红柿嫁接机控制系统的设计 ［ J］ ． 农机化研究 ， 2008 12 79 －82．［ 13］ 周桦 ． 电梯 PLC 控制系统的设计与实现 ［ D］ ． 成都 电子科技大学 ， 2012．282017 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期［ 14］ 冯青春 ， 郑文刚 ， 吴莹 ， 等 ． 基于 PLC 自动嫁接机控制系统设计 ［ J］ ． 中国农机化 ， 2012 1 159 －161．［ 15］ 杨同杰 ． 基于 DSP 的直流伺服电机控制器设计与实现［ D］ ． 南京 南京理工大学 ， 2009．［ 16］ 史孝文 ． 基于 DSP 的直流伺服电机控制系统研究开发［ D］ ． 昆明 昆明理工大学 ， 2005．PLC Control System Design for a Kind of Solanaceae whole Ｒow ofAutomatic Grafting MachineYin Quan1， Zhang Tiezhong1， 2， Li Jun1， Chu Jia1， Wu Changbing1， Liu Zhan1 1． College of Engineering， China Agricultural University， Beijing 100083， China; 2． Key Laboratory of Soil － Machine－ Plant Systematic Technology， Ministry of Agriculture， Beijing 100083， ChinaAbstract To meet the demand of modern intelligent agricultural production， improve the working efficiency of the vege-tables grafting and reduce manual labor or intensity． The purpose of this paper is to research an efficient， reliable，and safe solanaceae cleft and attached automatic control system for the whole row of grafting machine． Using OMＲON －CP1H series of PLC as the central unit to control the electromagnetic valve， relay， servo motor or stepping motor working．According to the process technology of machine operations and debugging installation requirements， applying the CX －professional programmer programming software， writing T chat control program to provide automatic operation， single stepoperation and functional unit run independently three models． Experiments show that the solanaceae whole row of graftingmachine under automatic model， running time is 5． 33s per plant， the efficiency is up to 1050 plants per hour．Key words automatic grafting; PLC; control system; signal identification; debugging and running 上接第 67 页 Abstract ID 1003 －188X 2017 05 －0063 －EAMotion Simulation and Orthogonal Experiment onPole － teeth Plastic Film Ｒesidue CollectorXie Jianhua， Sun Chaowei， Yang Yelong， Cao Xiaoran Department of Mechanical and Traffic， Xinjiang Agricultural University， Ur umqi 830052， ChinaAbstract Pole － teeth plastic film collector was designed in accordance with slide － way pole － teeth hay rake mecha-nism． The pose of pole － teeth was determined its collection ratio and unloading film perance when the machine isoperating． To further investigate the pose variation of pole － teeth collection and determine the optimal working condition，the motion simulation and the Orthogonal experiment were carried out． Motion simulation was presented pole － teeth endtrajectory in the motion of plastic film collector and pole － teeth end acceleration curve in different speed ratio． By usingthe soil － bin trolley experiment， the orthogonal experiment with influence factors of machine operating speed， speed ratio the ratio of the speed of machine operating and spring － tooth axis speed and the embedded depth of the pole － teethfor lifting film was carried out． The results was indicated that the variation of speed ratio have greater influence to ma-chine perance compared with that of machine operating speed and the embedded depth of the pole － teeth． Moreover，the collection ratio of mechanism could reach the optimal level when the machine operating speed was 0． 85m/s， thespeed ratio was 1． 5， and the embedded depth of the pole － teeth for lifting film was 50mm．Key words plastic film residue collector; pick － up residual plastic film mechanism; unloading residual plastic filmmechanism; orth