目錄

1引言.........................................................5

1.1研究的目的與意義......................................................5

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.........................................................6

1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀.....................................................6

1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀.....................................................7

1.3主要研究?jī)?nèi)容及方法.....................................................8

1.3.1主要研究?jī)?nèi)容.....................................................8

1.3.2研究方法與技術(shù)路線...............................................9

2移栽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及其理論分析.................................10

2.1煙草移栽農(nóng)藝流程及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求.......................................11

2.1.1煙草缽苗移栽的農(nóng)藝流程..........................................11

2.1.2移栽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求.................................................11

2.2移栽機(jī)構(gòu)工作原理......................................................12

2.3移栽軌跡與姿態(tài)要求....................................................13

2.4移栽過(guò)程的理論分析....................................................M

3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)................................................15

3.1PLC技術(shù)概述.........................................................15

3.1.1PLC的基本組成.................................................15

3.1.2PLC的工作原理.................................................16

3.2控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和設(shè)計(jì).............................................17

3.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則..................................................19

3.4控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)...................................................20

3.4.1控制系統(tǒng)的硬件選型..............................................20

3.4.2控制系統(tǒng)電路連接................................................24

3.5控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)....................................................25

3.5.1控制系統(tǒng)流程....................................................25

3.5.2編程軟件的介紹..................................................27

3.5.3PLC的程序設(shè)計(jì).................................................28

4結(jié)論與展望......................................................31

4.1結(jié)論..................................................................31

4.2主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)............................................................31

4.3展望.....................................................................................................................................32

致謝..............................................................33

參考文獻(xiàn)............................................................34

摘要

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，高效的移栽技術(shù)對(duì)于提高作物的種植效率和質(zhì)量具有

重要意義。本研究旨在設(shè)計(jì)一種基于PLC控制的煙草移栽機(jī)，以滿足煙草種植的農(nóng)藝要

求，提高移栽作業(yè)的自動(dòng)億水平。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外移栽機(jī)械的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合煙

草的生長(zhǎng)習(xí)性和移栽農(nóng)藝流程，提出了一種新型的移栽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。該方案采用極坐

標(biāo)式栽植機(jī)構(gòu)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)移栽。研究?jī)?nèi)容包括移栽

機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明

所設(shè)計(jì)的移栽機(jī)能夠滿足煙草移栽的要求，具有較高的實(shí)用價(jià)值和推廣潛力。

關(guān)鍵詞：煙草移栽；全自動(dòng)移栽；PLC；

1引言

1.1研究的目的與意義

在我國(guó)，一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的國(guó)家，移栽是一種常見(jiàn)的農(nóng)作技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水稻、

烤煙、辣椒、棉花和番茄等作物的種植過(guò)程中。運(yùn)莊這種方法有助于縮短作物的成長(zhǎng)時(shí)

間，降低幼苗缺失的風(fēng)險(xiǎn)，提高壯苗的比例，并減少作物遭受病蟲(chóng)害的可能性。尤其對(duì)

于中國(guó)東北和西北這樣氣候寒冷干燥地區(qū)短促的生長(zhǎng)季節(jié)，以及長(zhǎng)江流域和華北地區(qū)積

溫不足影響兩熟作物種植的問(wèn)題，移栽顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

如今，水稻種植已普遍實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)機(jī)械化移栽，而旱作物則依舊主要依賴人工移栽，

輔以半自動(dòng)移栽機(jī)械。這類半自動(dòng)設(shè)備在操作過(guò)程中需要工人手動(dòng)投送苗木，且人工投

苗的極限頻率為每分鐘約60株。連續(xù)作業(yè)時(shí)，操作工人容易因長(zhǎng)時(shí)間緊張勞作而產(chǎn)生

疲勞，這可能導(dǎo)致漏栽現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而制約了作業(yè)速度和整體效率。

當(dāng)前使用較多的半自動(dòng)移栽機(jī)結(jié)構(gòu)類型包括非圓齒輪行星輪式、吊籃式、鏈夾式、

提性圓盤(pán)式和鉗夾式等。這些機(jī)型在設(shè)計(jì)時(shí)需要根捱具體作物的物理形態(tài)和種植技術(shù)要

求來(lái)確定移栽軌跡，因而它們通常只適用于某些特定作物。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)限制，這些軌

跡并非最優(yōu)化，也缺乏靈活性。當(dāng)作物種類或種植技術(shù)要求變更，如株距、種植深度或

取苗參數(shù)調(diào)整時(shí)，現(xiàn)有的移栽機(jī)無(wú)法適應(yīng)新的條件，這可能會(huì)影響種植質(zhì)量。而且，要

改動(dòng)移栽機(jī)的軌跡，通常需要對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這不僅增加了工作量，也拖延

了生產(chǎn)周期。s

為了解決上述問(wèn)題，本研究提出了通過(guò)修改PLC程序控制移栽軌跡的方案，可以

更加靈活快捷地調(diào)整種植機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以適應(yīng)多樣的作物和種植技術(shù)要求。在我國(guó)

需通過(guò)移栽種植的多種作物中，烤煙扮演著一個(gè)非常重要的角色。鑒于烤煙栽培涉及的

農(nóng)藝環(huán)節(jié)非常復(fù)雜，包含多個(gè)步驟，本研究選取烤煙移栽作為特定的研究對(duì)象。

本研究提出了一種基于極坐標(biāo)的栽植機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它結(jié)合了直線和擺動(dòng)的動(dòng)作，由步

進(jìn)電機(jī)推動(dòng)，并通過(guò)可編程邏輯控制器（PLC）來(lái)指導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)軌跡。這個(gè)機(jī)構(gòu)能夠在運(yùn)

行過(guò)程中完成包括取苗、輸送、栽植以及返回等一連串動(dòng)作。通過(guò)對(duì)PLC程序的調(diào)整，

該機(jī)構(gòu)可以更精確地滿足特定的移栽要求，如確保取苗動(dòng)作與營(yíng)養(yǎng)缽軸線平行、逐漸增

速的取苗過(guò)程、冬速栽植與可控的栽植角度，這對(duì)于提升移栽效果至關(guān)重要。此外，該

設(shè)計(jì)因其自動(dòng)化程度高、適應(yīng)性強(qiáng)以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔而適用于多種作物和不同的移栽技術(shù)要

求。此研究不僅為移栽機(jī)械自動(dòng)化的提升開(kāi)拓了新路徑，也為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)移栽機(jī)械的通

用化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

移栽機(jī)械技術(shù)的發(fā)展歷程涵蓋了多個(gè)階段，從早期的半自動(dòng)設(shè)備到現(xiàn)在的全自動(dòng)化

機(jī)械。在這個(gè)過(guò)程中，歐美和日本一直是該領(lǐng)域的技術(shù)先鋒。自20世紀(jì)20年代開(kāi)始研

究以來(lái)，這些國(guó)家先是開(kāi)發(fā)了各式各樣的半自動(dòng)移栽機(jī)械，如吊籃式、鉗夾式、撓性圓

盤(pán)式和導(dǎo)苗管式等。到了20世紀(jì)80年代，這些半自動(dòng)設(shè)備在一些發(fā)達(dá)地區(qū)如歐洲，已

經(jīng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用。

然而，全自動(dòng)移栽機(jī)械盡管在技術(shù)上取得了進(jìn)展，卻因其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)、高昂的

價(jià)格、低下的效率以及較差的適應(yīng)性，而在市場(chǎng)上普及存在困難。全自動(dòng)移栽機(jī)械的研

發(fā)依然是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要解決成本和效能的平衡問(wèn)題。

在國(guó)際上，日本的移栽機(jī)械技術(shù)尤其突出?？紤]到日本的農(nóng)業(yè)用地面積普遍較小和

勞動(dòng)力短缺的背景，日本設(shè)計(jì)的移栽機(jī)器通常小巧、高度精密化，并注重自動(dòng)化。然而，

這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)和運(yùn)行成本較高，也是它們的主要缺點(diǎn)。日本的移栽機(jī)器主

要被應(yīng)用于水稻、甜菜、煙草和洋蔥等經(jīng)濟(jì)作物的栽種，其中久保田、井關(guān)和洋馬公司

是該行業(yè)的佼佼者。

以久保出公司設(shè)計(jì)制造的KN-P6型移栽機(jī)為例，這是一種以撓性圓盤(pán)為核心的半

自動(dòng)移栽設(shè)備，特別適用于大蔥等作物的移栽。在其工作過(guò)程中，操作者首先將秧苗置

于運(yùn)動(dòng)的傳送帶上，接著傳送帶將秧苗送至撓性圓盤(pán)的中心。當(dāng)撓性圓盤(pán)被壓緊并開(kāi)始

旋轉(zhuǎn)時(shí)，秧苗隨之移動(dòng)至目標(biāo)區(qū)域，然后圓盤(pán)釋放秧苗，讓它落入預(yù)先開(kāi)好的溝槽中，

最后完成覆土。雖然這類機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但其生產(chǎn)效率有限，并且撓性圓盤(pán)

的耐用性相對(duì)較差，會(huì)影響機(jī)器的使用壽命。

圖1-1日本久保田撓性圓盤(pán)式半自動(dòng)移栽機(jī)

1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)在移栽機(jī)械的研究與發(fā)展方面開(kāi)始較晚，但得益于近年來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)

和科學(xué)研究人員的持續(xù)努力，我國(guó)的移栽機(jī)械化水平已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了顯著的提升。自20世

紀(jì)60年代起，中國(guó)不僅自行研發(fā)了移栽機(jī)械，也開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)和設(shè)備。雖然這

些引進(jìn)的機(jī)械主要針對(duì)經(jīng)濟(jì)作物，但它們?cè)谶m應(yīng)性、效率和作業(yè)穩(wěn)定性方面存在的問(wèn)題

限制了它們的廣泛應(yīng)用。

進(jìn)入1970年代，中國(guó)成功自主研發(fā)了適用于甜菜裸根苗的半自動(dòng)移栽機(jī)。1980年

代，中國(guó)又研發(fā)出了玉米專用的半自動(dòng)移栽機(jī)。到了1990年代初，隨著研究和開(kāi)發(fā)的

加快，中國(guó)成功設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了多種類型的半自動(dòng)移栽機(jī)，包括鏈夾式、撓性圓盤(pán)式、鉗

夾式、吊籃式和導(dǎo)苗管式，每一種都有其獨(dú)特的功能和適用的作物范圍。

目前，我國(guó)正在積極開(kāi)展全自動(dòng)移栽機(jī)的研究工作，旨在進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自

動(dòng)化水平和效率。這標(biāo)志著我國(guó)在移栽機(jī)械領(lǐng)域的研究與發(fā)展已步入一個(gè)新的階段，朝

著技術(shù)的深度和廣度同時(shí)推進(jìn)。隨著技術(shù)的不斷成熟和創(chuàng)新，可以預(yù)見(jiàn)我國(guó)在未來(lái)的農(nóng)

業(yè)機(jī)械化進(jìn)程中將發(fā)揮更大的作用。

我國(guó)研發(fā)的鉗夾式和鏈夾式半自動(dòng)移栽機(jī)在工作原理上大致相同，具體可以通過(guò)兩

個(gè)實(shí)例來(lái)闡述：吉林工業(yè)大學(xué)研制的2ZT型鉗夾式甜菜移栽機(jī)和南通富來(lái)威公司研制

的2ZQ型鏈夾式油菜移栽機(jī)。以鏈夾式移栽機(jī)為例，其工作過(guò)程主要包括：操作人員將

秧苗放置到秧苗夾中，秧苗夾持有秧苗并在滑道上移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)到栽植點(diǎn)的最低位置時(shí)，

秧苗夾打開(kāi)，秧苗在重力的作用下落入預(yù)先準(zhǔn)備好的苗溝中。然后，進(jìn)行覆土和鎮(zhèn)壓工

作，完成移栽過(guò)程。這種移栽方式能夠確保秧苗的株距精確、姿態(tài)較為直立，機(jī)械結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)潔，制造成本較低。然而，這種方式的栽植效率不高（一般為30到45株/分鐘），并

且容易導(dǎo)致秧苗受損或漏種，同時(shí)調(diào)整株距也較為困難。盡管這些機(jī)型在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有

所出現(xiàn)，但并未大規(guī)模生產(chǎn)。

圖1-112ZT型鉗夾式甜菜移栽機(jī)

圖1-122ZQ型鏈夾式油菜移栽機(jī)

1.3主要研究?jī)?nèi)容及方法

1.3.1主要研究?jī)?nèi)容

在分析國(guó)內(nèi)外移栽機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀后，結(jié)合我國(guó)煙草移栽的特定需求和現(xiàn)行技術(shù)，

創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種基于極坐標(biāo)系統(tǒng)的栽植裝置。此裝置由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠完成取苗、

輸送、植入土壤及返回等一系列動(dòng)作。栽植機(jī)構(gòu)的運(yùn)作軌跡可以通過(guò)編程PLC軟件進(jìn)

行靈活調(diào)整，無(wú)需對(duì)機(jī)械本身重新設(shè)計(jì)，這樣不僅自動(dòng)化水平高，而且具有很高的靈活

性和適應(yīng)性，以及簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)，從而極大地提高了移栽機(jī)的通用性。研究的主要內(nèi)容包

括：

1.分析國(guó)際國(guó)內(nèi)的機(jī)型，確定了一個(gè)全自動(dòng)移栽機(jī)的關(guān)鍵工作部分，該部件不僅結(jié)

構(gòu)簡(jiǎn)化、適應(yīng)性強(qiáng)，而且具有高度通用性。針對(duì)煙草栽植，研制了栽植機(jī)構(gòu)，并調(diào)整軌

跡，確保其精確性，并驗(yàn)證了其實(shí)現(xiàn)特定軌跡的獨(dú)特能力。

2.根據(jù)煙草移栽的農(nóng)業(yè)要求和設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)了理想的移栽軌跡，并闡述了實(shí)現(xiàn)這

種軌跡的原理與相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)。計(jì)算了取苗、輸送、植入及返回過(guò)程中各階段的時(shí)間分

fid,設(shè)定了步進(jìn)電機(jī)和直線模組在每個(gè)階段的運(yùn)行參數(shù)，為模擬仿真和控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)

置提供了參考。

3.利用Solidworks軟件進(jìn)行三維建模與裝配，根據(jù)設(shè)計(jì)方案加工出樣機(jī)。

4.使用Adams仿真軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和分析，得到特定部位的相對(duì)和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌

跡，以及速度和位移曲線，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性和準(zhǔn)確性。

5.設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，選擇控制系統(tǒng)所需硬件和配置，使用GXworks2編程軟件進(jìn)行控

制系統(tǒng)的編程和開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行調(diào)試以確保控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正確性。

6.采用高速攝像技術(shù)捕捉移栽過(guò)程，通過(guò)PCC后期處理軟件分析實(shí)際軌跡，并將

其與理論和仿真軌跡進(jìn)行比對(duì)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性和準(zhǔn)確性。

1.3.2研究方法與技術(shù)路線

研究方法概括為：首先，深入研究和分析國(guó)際和國(guó)內(nèi)的移栽機(jī)械技術(shù)發(fā)展，結(jié)合我

國(guó)煙草移栽的技術(shù)要求，借助自動(dòng)化技術(shù)對(duì)移栽機(jī)械的運(yùn)動(dòng)軌跡及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新

設(shè)計(jì)。然后，采用三維建模軟件構(gòu)建模型，并制作出相應(yīng)的物理樣機(jī)。接著，通過(guò)仿真

軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析，以及對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。最終，使用高速攝像技術(shù)捕

捉樣機(jī)的運(yùn)行情況，通過(guò)后期處理軟件分析其實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，并將所得數(shù)據(jù)與理論和仿

真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。相關(guān)的技術(shù)流程圖提供了一幅直觀的

研究方法視圖。

圖1?28技術(shù)路線

2移栽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及其理論分析

設(shè)計(jì)一種煙草移栽機(jī)構(gòu)首先需要了解煙草移栽的農(nóng)藝要求和移栽機(jī)構(gòu)的功能，以確

定移栽機(jī)構(gòu)的運(yùn)行軌跡和結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)其進(jìn)行理論分析?，為虛擬仿真和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

提供理論依據(jù)。

2.1煙草移栽農(nóng)藝流程及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

2.1.1煙草缽苗移裁的農(nóng)藝流程

在烤煙生產(chǎn)過(guò)程中，移栽環(huán)節(jié)扮演著至關(guān)重要的角色。目前，烤煙的移栽工作主要

依賴于手工操作，輔以半自動(dòng)化設(shè)備。盡管手工移栽方式具備較高的可控性和靈活性,

且對(duì)煙苗外形的一致性要求不高，但這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率較低。針對(duì)烤煙栽植,

己經(jīng)形成了一套標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)藝流程，包括起壟、挖穴、施肥、澆水、覆土及覆蓋塑料膜等

步驟，統(tǒng)一被稱為膜下移栽技術(shù)。在云南、福建等地區(qū)，還采用了先覆膜后移栽的技術(shù)

流程，即先覆蓋塑料膜，再進(jìn)行挖穴、移栽、施肥和澆水等步驟，這被統(tǒng)稱為膜上移栽

技術(shù)。我國(guó)開(kāi)發(fā)的烤煙移栽設(shè)備主要模仿手工移栽流程，普遍采用膜下移栽技術(shù)。膜上

移栽技術(shù)在挖穴時(shí)容易對(duì)地膜造成破損，影響栽植質(zhì)量，這一問(wèn)題還需進(jìn)一步解決。由

干移栽流程的復(fù)雜性，目前的移栽機(jī)具備多項(xiàng)功能，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，而歐美和日韓國(guó)家

研發(fā)的移栽機(jī)通常功能較為單一。移栽機(jī)的作業(yè)包括取苗、送苗、栽植和返回等環(huán)節(jié)，

往往需要多個(gè)不同的部件來(lái)完成這些操作，這也增加了機(jī)械的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。

煙苗移栽的農(nóng)藝要求包括：

1.起壟：需形成梯形壟，土壤細(xì)碎且緊實(shí)，壟間距為10至12厘米，壟高為20至

30厘米，壟頂寬40厘米。

2.煙苗：適合機(jī)械移栽的煙苗應(yīng)挺拔健壯，高度為12至16厘米，營(yíng)養(yǎng)缽緊實(shí)。

3.移栽過(guò)程：在取苗時(shí)應(yīng)避免對(duì)煙苗造成傷害，如夾傷莖稈、損傷根系等。

4.移栽后：煙苗株距應(yīng)為45至60厘米，均勻一致，并保持莖稈與地面夾角大于

萬(wàn)度的直立狀態(tài)，防止倒伏。

5.在移栽時(shí)，于煙苗周圍8厘米范圍內(nèi)施加口肥，有利于煙苗吸收肥料，防止煙苗

燒傷。

6.每株煙苗在移栽時(shí)的注水量應(yīng)不少于1.5公斤，根據(jù)土壤濕度適當(dāng)調(diào)整。

綜上，煙苗移栽的目標(biāo)是確保煙苗移栽后能夠維持良好的生長(zhǎng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)較高的成

活率和直立度，同時(shí)減少漏苗和倒伏的現(xiàn)象，以保障烤煙生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

2.1.2移栽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

本文所設(shè)計(jì)的移栽機(jī)構(gòu)是要與成穴、施肥、注水和覆膜機(jī)構(gòu)融為一體，構(gòu)成煙草移

栽復(fù)式作業(yè)機(jī)。所設(shè)計(jì)的移栽機(jī)構(gòu)要求能獨(dú)立完成從秧盤(pán)中取出煙苗，并將煙苗平穩(wěn)運(yùn)

送到挖好的穴坑內(nèi)，最后回到初始位置的栽植循環(huán)。移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求在滿足移栽的

農(nóng)藝要求的基礎(chǔ)上，除了要滿足其要實(shí)現(xiàn)的功能外，還要滿足其可靠性要求，考慮其制

造成本和實(shí)際工作環(huán)境。移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求如下：

（1）功能要求。移栽機(jī)構(gòu)可以獨(dú)立完成取苗、送苗、栽植和回程的一系列環(huán)節(jié)。

取苗時(shí)夾爪運(yùn)行軌跡要平行于煙苗莖稈軸線，速度要由慢逐漸加快，避免因初始速度過(guò)

快對(duì)煙苗造成沖擊損傷；送苗與回程路徑要短、速度要快，以提高栽植頻率；栽植環(huán)節(jié)

要確保零速投苗，為提高煙苗的直立度，煙苗必須在夾持狀態(tài)下即開(kāi)始覆土，夾爪略上

提煙苗后張開(kāi)進(jìn)入回程。

（2）可靠性要求：對(duì)移栽機(jī)構(gòu)有可能出現(xiàn)的失效情況或者故障進(jìn)行預(yù)判，分析原

因，以此指導(dǎo)部件的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選材，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（3）經(jīng)濟(jì)性要求：參考已有移栽機(jī)構(gòu)工作原理，篩選出最優(yōu)原理并進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化,

得到對(duì)能滿足功能要求的設(shè)計(jì)方案并盡可能避免不必要的制造成本。

（4）工作環(huán)境：移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要考慮不受振動(dòng)和灰塵的影響。

2.2移栽機(jī)構(gòu)工作原理

本設(shè)計(jì)中的煙草移栽機(jī)械整體構(gòu)造如下所示。步進(jìn)電機(jī)與減速器整合為一單元直接

安裝于試驗(yàn)臺(tái)架之上，其中步進(jìn)電機(jī)通過(guò)與減速器的輸入端連接以驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)。減速器

固定于試驗(yàn)臺(tái)架上，其輸出端經(jīng)由一組減速齒輪傳動(dòng)至旋轉(zhuǎn)軸，從而驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)軸的另一端連接至直線模組的托盤(pán)匕而直線模組則通過(guò)螺栓牢固安裝在托盤(pán)上。

夾爪裝置被安置在直線模紀(jì)的滑動(dòng)臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)精確的移動(dòng)和定位。該同步帶直線模組的

工作原理基于同步帶，該帶裝置在模組兩端的同步輪.匕一端配有驅(qū)動(dòng)輪，另一端為從

動(dòng)輪，滑臺(tái)則固定在兩輪之間的同步帶上，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的直線運(yùn)動(dòng)。

1.試驗(yàn)臺(tái)架2.減速器3.步進(jìn)電機(jī)4.減速齒輪組5.直線模組6.旋轉(zhuǎn)軸7.直線

模組托板8.夾爪機(jī)構(gòu)

圖2-1整體結(jié)構(gòu)圖

在本研究設(shè)計(jì)的煙草移栽試驗(yàn)臺(tái)中，步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下啟動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)通

過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞至旋轉(zhuǎn)軸，使得與旋轉(zhuǎn)軸相連的直線模組相應(yīng)擺動(dòng)。此直線模組上的夾

爪機(jī)構(gòu)隨著模組滑臺(tái)的直線移動(dòng)而移動(dòng)。夾爪機(jī)構(gòu)根據(jù)直線模組滑臺(tái)的不同速度和方向

變化，執(zhí)行各種運(yùn)動(dòng)軌跡。夾爪的開(kāi)合動(dòng)作由推桿式電磁鐵控制，電磁鐵通電時(shí)夾爪閉

合，斷電時(shí)夾爪張開(kāi)。該移栽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成一次種植任務(wù)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，包括取苗、

送苗、植入以及返回等步驟，具體工作周期如下：

初始階段：設(shè)定夾爪機(jī)構(gòu)的起始點(diǎn)為取苗點(diǎn)，此時(shí)直線模組與苗盤(pán)垂直，相位角為

155°o

取苗：控制直線模組驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)和夾爪機(jī)構(gòu)向后上方移動(dòng)，完成取苗動(dòng)作。

送苗：夾爪機(jī)構(gòu)隨著直線模組繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°,完成送苗動(dòng)作。

植入：夾爪機(jī)構(gòu)隨直線模組再逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)4。，完成植入動(dòng)作。

提苗：夾爪機(jī)構(gòu)隨直線模組繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)1。，完成提苗過(guò)程，在此過(guò)程中夾爪

釋放煙苗，讓其落入苗穴。

返回：步進(jìn)電機(jī)控制直線模組從當(dāng)前位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)65。回到初始位置，完成返回

過(guò)程，為下一個(gè)移栽周期做準(zhǔn)備。

在整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中，滑臺(tái)通過(guò)拖動(dòng)夾爪機(jī)構(gòu)以各種不同的速度和位移執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)

作，從而完成一次完整的種植周期，為下一周期的移栽作業(yè)做好準(zhǔn)備。

2.3移栽軌跡與姿態(tài)要求

在設(shè)計(jì)煙草缽苗移栽機(jī)械的操作軌跡時(shí)，考慮到了農(nóng)藝的精準(zhǔn)需求，確保整個(gè)移栽

過(guò)程既高效乂對(duì)苗木友好。移栽軌跡分為兩個(gè)關(guān)鍵階段：取苗與栽植。

取苗階段的設(shè)計(jì)側(cè)重于精確地從缽盤(pán)中提取煙苗，確保苗木安全無(wú)損。這一階段的

特點(diǎn)是：開(kāi)始時(shí)夾爪與煙苗近乎垂直，偏差不超過(guò)15°,以確?？梢跃_抓取苗木；苗

木夾持點(diǎn)位于營(yíng)養(yǎng)缽表面以上30毫米的位置，確保夾取穩(wěn)定；取苗動(dòng)作的軌跡為直線，

長(zhǎng)度至少為50毫米，以超過(guò)缽盤(pán)深度40毫米，確保順利完成拔苗動(dòng)作，而且速度控制

在較慢，減少對(duì)苗木的傷害。

栽植階段的設(shè)計(jì)則側(cè)重于將煙苗平穩(wěn)、準(zhǔn)確地栽入土中。這一階段特點(diǎn)包括：夾爪

運(yùn)送煙苗至栽植區(qū)的速度要快，以減少時(shí)間消耗；栽植時(shí)，夾爪移動(dòng)軌跡與地面平行，

并足夠長(zhǎng)，確保與機(jī)具前進(jìn)速度同步，實(shí)現(xiàn)“有效零速投苗”，從而保證苗木的直立度

和栽植質(zhì)量；夾爪在土壤內(nèi)的深度約為10厘米；完成栽植后，需要輕提苗木以確保其

直立和覆土的均勻性，避免根部空洞；最后夾爪釋放苗木并快速返回，準(zhǔn)備下一輪操作，

同時(shí)確?；爻虝r(shí)避開(kāi)已栽植的苗木，避免傷害。

總體而言，該設(shè)計(jì)旨在通過(guò)精確控制取苗和栽植的速度和軌跡，以滿足煙草種植的

特定需要，保證苗木的生長(zhǎng)條件，同時(shí)提高移栽的效率和質(zhì)量。

2.4移栽過(guò)程的理論分析

本設(shè)計(jì)的移栽機(jī)械在完成一次煙苗移栽的整個(gè)周期內(nèi)，預(yù)設(shè)的操作頻率為每分鐘30

次，這意味著機(jī)械完成一次完整的移栽操作需要大約2秒鐘。為了確保移栽操作的高效

率和煙苗的安全，對(duì)移栽過(guò)程中的各個(gè)階段進(jìn)行了細(xì)致的時(shí)間規(guī)劃和分配，目的是優(yōu)化

核心操作環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，同時(shí)縮減送苗與回程的時(shí)間。具體的時(shí)間分配策略如下：

1.取苗階段：此階段的速度設(shè)計(jì)為先慢后快。初始慢速是為了防止因快速動(dòng)作而對(duì)

煙苗及其營(yíng)養(yǎng)缽造成損傷。當(dāng)煙苗與缽盤(pán)分離后，速度迅速提升，旨在加快整個(gè)取苗過(guò)

程，提升栽植效率。

2.栽植階段：本階段分配了相對(duì)較多的時(shí)間，目的是確保煙苗能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地直立

栽植，保證栽植質(zhì)量。

3.送苗階段：在不影響煙苗穩(wěn)定性的前提下，盡可能提高運(yùn)輸速度，以減少送苗時(shí)

間。

4.預(yù)取苗及回程階段：考慮到這兩個(gè)階段機(jī)械不攜帶煙苗，因此設(shè)計(jì)為高速運(yùn)行，

以此來(lái)提高移栽機(jī)械的工作頻率。

為了達(dá)到“零速移栽”的效果，即在栽植階段實(shí)現(xiàn)夾爪末端與地面平行的宜線運(yùn)動(dòng)，

必須精確調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角和速度，以及直線模組的行程和運(yùn)行速度，使得在栽植過(guò)

程中，夾爪末端能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的平行運(yùn)動(dòng)。通過(guò)理論分析和參數(shù)設(shè)計(jì)，確保了步進(jìn)電機(jī)

和直線模組在栽植階段的運(yùn)動(dòng)參數(shù)相互匹配，以實(shí)現(xiàn)高效且質(zhì)量可靠的移栽操作。

3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1PLC技術(shù)概述

PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它能夠接收多種類型的信號(hào)，并基于這些信號(hào)發(fā)

出相應(yīng)的控制指令，以確保系統(tǒng)按照既定的要求運(yùn)行。PLC的優(yōu)勢(shì)在于它的高適應(yīng)性、

用戶友好的操作界面、卓越的可靠性、強(qiáng)大而靈活的功能，以及出色的抗干擾性能和易

于編程性質(zhì)。在本項(xiàng)目中，我們選用了三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的3U系列PLC來(lái)滿足我們的

控制需求。這款PLC不僅具備上述提到的所有優(yōu)點(diǎn)，而且它的性能穩(wěn)定可靠，能夠有效

地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯，滿足本文設(shè)計(jì)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.1PLC的基本組成

PLC的構(gòu)造主要涵蓋七個(gè)核心部分，分別是中央處理單元（CPU）、I/O擴(kuò)展接口、

數(shù)字輸入接口、數(shù)字輸出接口、存儲(chǔ)器、通信接口以及電源模塊。這些組成部分的互動(dòng)

和功能分配確保了PLC能夠高效、可靠地執(zhí)行控制任務(wù)，其結(jié)構(gòu)框圖為參考文獻(xiàn)中的

圖5-1所展示。

1.中央處理單元（CPU）：CPU是PLC的大腦，負(fù)責(zé)解析和執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的

程序指令。它通過(guò)周期性地掃描來(lái)監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，根據(jù)程序邏輯處理這些信號(hào)，然后產(chǎn)

生相應(yīng)的輸出控制信號(hào)。

2.I/O擴(kuò)展接口：I/O擴(kuò)展接口允許PLC系統(tǒng)連接更多的輸入和輸出設(shè)備，從而擴(kuò)

展其控制能力。

3.數(shù)字輸入接口：通過(guò)數(shù)字輸入接口，PLC可以接收來(lái)自各種傳感器和開(kāi)關(guān)的信

號(hào)，這些信號(hào)反映了外部設(shè)備和系統(tǒng)的狀態(tài)。

4.數(shù)字輸出接口：數(shù)字輸出接口使PLC能夠控制外部執(zhí)行器，如繼電器、電機(jī)和

其他輸出裝置，以執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

5.存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器在PLC中扮演著至關(guān)重要的角色，不僅存儲(chǔ)執(zhí)行程序，還保存

必要的操作數(shù)據(jù)以及用戶和系統(tǒng)程序。它確保了PLC可以忠實(shí)地執(zhí)行預(yù)定的控制邏輯。

6.通信接口：通信接口的設(shè)計(jì)目的是為了實(shí)現(xiàn)PLC與其他設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、打印

機(jī)和編程設(shè)備等）之間的數(shù)據(jù)交換，它是PLC系統(tǒng)集成和遠(yuǎn)程監(jiān)控的關(guān)鍵。

7.電源：電源模塊為PLC系統(tǒng)及其所有組件提供必要的電力支持，確保系統(tǒng)穩(wěn)定

運(yùn)行。

通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，PLC能夠?qū)崿F(xiàn)其作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)中樞的功能，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)

行快速、準(zhǔn)確的處理和響應(yīng)，從而控制外部設(shè)備按照既定的程序運(yùn)行，以完成各種自動(dòng)

化任務(wù)。

3.1.2PLC的工作原理

PLC通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)在其內(nèi)部存儲(chǔ)器中的程序來(lái)控制其操作。當(dāng)PLC開(kāi)始運(yùn)行這些

程序時(shí)，它會(huì)依照預(yù)設(shè)的程序順序進(jìn)行。一旦程序執(zhí)行完畢，PLC并不會(huì)立即停止，而

是會(huì)重新開(kāi)始從頭執(zhí)行控制程序，這一過(guò)程將循環(huán)進(jìn)行，直至收到停止命令。

操作開(kāi)始時(shí)，首先對(duì)PLC進(jìn)行上電操作，使其系統(tǒng)和電路進(jìn)入初始化狀態(tài)。此后，

PLC會(huì)進(jìn)行自我檢測(cè)，確保系統(tǒng)和電路的正常運(yùn)行。一旦確認(rèn)系統(tǒng)和電路無(wú)誤，PLC便

通過(guò)通信接口與外圍設(shè)備建立通信連接。通信完成后，PLC進(jìn)入輸入采樣階段，此時(shí)它

會(huì)檢測(cè)并記錄來(lái)自開(kāi)關(guān)、傳感器和按鈕等輸入設(shè)備的狀態(tài)。

根據(jù)這些輸入設(shè)備的狀態(tài)，PLC接著執(zhí)行用戶設(shè)定的程序，在程序運(yùn)行結(jié)束后，PLC

會(huì)更新輸出信號(hào)，以產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)外剖設(shè)備。輸出更新完成后，PLC不會(huì)

停滯不前，而是重新開(kāi)始自我診斷過(guò)程，進(jìn)而再次執(zhí)行程序，形成一個(gè)循環(huán)運(yùn)行的過(guò)程。

這一連串的操作步驟確保了PLC能夠不斷地根據(jù)輸入信號(hào)調(diào)整其輸出，從而控制

與之相連的外部設(shè)備按照既定的邏輯和順序工作。PLC的工作流程可以通過(guò)特定的流程

圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，這有助于理解其操作邏輯和過(guò)程。

圖5-2PLC的工作過(guò)程

3.2控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和設(shè)計(jì)

這個(gè)PLC控制系統(tǒng)涉及一系列的硬件元件組合，構(gòu)建了一個(gè)復(fù)雜的自動(dòng)化控制網(wǎng)

絡(luò)。各個(gè)部分的功能如下：

1.PLC控制器：系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)邏輯處理和發(fā)出控制命令。

2.直線模組：實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，用于精準(zhǔn)定位。

3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，用于執(zhí)行精確的角度調(diào)整。

4.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與直線模組驅(qū)動(dòng)器：分別為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直線模組提供電力和

控制信號(hào)，確保它們按照PLC的指令運(yùn)行。

5.擺動(dòng)定位傳感器：監(jiān)測(cè)機(jī)械部件的位置，確保其處于正確的擺動(dòng)或定位狀態(tài)。

6.直線限位開(kāi)關(guān)：用于檢測(cè)直線模組的運(yùn)動(dòng)極限，保證運(yùn)動(dòng)不超出預(yù)定范圍。

7.啟動(dòng)按鈕和停止按鈕：提供用戶界面，允許操作員啟動(dòng)和停止系統(tǒng)。

8.開(kāi)關(guān)電源：為PLC控制器和其他電氣設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。

9.計(jì)算機(jī)：用于編程PLC或作為操作界面，監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。

10.電磁鐵：執(zhí)行機(jī)械動(dòng)作，如夾緊或釋放物體。

11.中間繼電器：在PLC控制信號(hào)和高功率負(fù)載之間提供接口，保護(hù)PLC不受高

電流損害。

這些組件共同工作，形成了一個(gè)高度集成和自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，能夠執(zhí)行復(fù)雜的任

務(wù)，如機(jī)械定位、對(duì)象搬運(yùn)和自動(dòng)化組裝。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)特定的自動(dòng)化過(guò)程提

圖5-3PLC控制系統(tǒng)組成

這個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精細(xì)，通過(guò)4個(gè)輸入信號(hào)和5個(gè)輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的精

確控制。下面是這些輸入和輸出信號(hào)的詳細(xì)描述：

輸入信號(hào)

1.直線限位開(kāi)關(guān)：用于確定直線模組是否已經(jīng)到達(dá)其運(yùn)動(dòng)軌跡的起點(diǎn)或終點(diǎn)，確保

運(yùn)動(dòng)在安全的范圍內(nèi)進(jìn)行。

2.擺動(dòng)定位傳感器：監(jiān)測(cè)機(jī)械部件的確切位置，用于精準(zhǔn)控制其擺動(dòng)或定位。

3.啟動(dòng)按鈕：一個(gè)手動(dòng)控制輸入，允許操作員啟動(dòng)系統(tǒng)。

4.停止按鈕：用于立即停止系統(tǒng)運(yùn)行，增加了額外的安全措施。

輸出信號(hào)

1.直線模組的脈沖和方向控制信號(hào)：控制直線模組的運(yùn)動(dòng)速度和方向，以實(shí)現(xiàn)精確

的位置控制。

2.步進(jìn)電機(jī)的脈沖和方向控制信號(hào)：控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和方向，用于精準(zhǔn)的

角度調(diào)整。

3.電磁鐵控制信號(hào)；用于控制電磁鐵的通電和斷電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械夾爪的開(kāi)閉動(dòng)作。

這些信號(hào)的集成和協(xié)調(diào)運(yùn)作，使得系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)和直線模組的運(yùn)動(dòng),

以及實(shí)現(xiàn)夾爪等機(jī)械執(zhí)行器的精確操作。通過(guò)為每個(gè)I/O端口明確定義功能（如表5-1

所示），系統(tǒng)能夠以高效和可靠的方式執(zhí)行復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，如產(chǎn)品裝配、物料搬運(yùn)

等。這種詳細(xì)的信號(hào)定義和端口配置是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)高度精確和可靠性的關(guān)鍵。

表5-1I/O端口定義

輸入信號(hào)功能說(shuō)明輸出信號(hào)功能說(shuō)明

X000啟動(dòng)Y000直線模組脈沖

X001停止Y001步進(jìn)電機(jī)脈沖

X002直線初始檢測(cè)Y003控制夾爪開(kāi)合

X003擺動(dòng)初始檢測(cè)Y004直線模組方向

Y005步進(jìn)電機(jī)方向

3.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則

在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，遵循以下關(guān)鍵原則來(lái)確保系統(tǒng)的有效性和適應(yīng)性：

分析和規(guī)劃

1.細(xì)致分析性能參數(shù)：在設(shè)計(jì)初期，仔細(xì)研究煙草的物理和操作特性，明確其動(dòng)態(tài)

行為和響應(yīng)特點(diǎn)。這包括分析煙草移栽所需的力度、速度和精度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

2.規(guī)劃運(yùn)動(dòng)過(guò)程：基于煙草的特性，規(guī)劃每一步運(yùn)動(dòng)的方式和過(guò)程，以確保整個(gè)移

栽工作能夠順利、高效地完成。

3.模擬運(yùn)動(dòng)序列：在實(shí)際操作前，模擬整個(gè)運(yùn)動(dòng)序列，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以減

少操作中的失誤和意外。

可擴(kuò)展性與改進(jìn)

1.設(shè)計(jì)可擴(kuò)展的架構(gòu)：確保控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠容納未來(lái)的升級(jí)和擴(kuò)展，比如增加

新的輸入/輸出端口、集成額外傳感器或?qū)嵤└鼜?fù)雜的控制算法。

2.預(yù)留空間和接口：在物理硬件布局和軟件編程中預(yù)留足夠的空間和接口，以適應(yīng)

未來(lái)可能的功能添加或性能提升需求。

安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性

1.確保操作安全：系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵守相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，包括應(yīng)急停止機(jī)制和

越限保護(hù)。

2.保持可靠性：選擇經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的組件和技術(shù)，建立健壯的控制邏輯，以保隙系統(tǒng)在

長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的可靠性。

3.追求簡(jiǎn)潔經(jīng)濟(jì)：在滿足功能和性能需求的基礎(chǔ)上，追求設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性，選擇成本

效益高的解決方案，簡(jiǎn)化后期的使用、維護(hù)和修理工作。

通過(guò)遵循這些設(shè)計(jì)原則，可以確保PLC控制系統(tǒng)不僅能夠有效地完成煙草移栽任

務(wù)，還能在不斷變化的生產(chǎn)需求中保持其適應(yīng)性和持久的價(jià)值。

3.4控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.4.1控制系統(tǒng)的硬件選型

（1）PLC控制器扮演著控制系統(tǒng)核心的角色，它的主要職責(zé)是接收和處理各種輸

人信號(hào)一一這些信號(hào)可能來(lái)源于傳感器、用戶界面的啟動(dòng)/停止按鈕等一一并基于這些

信息，輸出控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)等執(zhí)行元件進(jìn)行特定的動(dòng)作。選擇合適的PLC控制流

對(duì)于確保整個(gè)控制系統(tǒng)的效能和可靠性至關(guān)重要。

在此系統(tǒng)中，考慮到輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量以及對(duì)高速脈沖輸出的需求，我們選用了

三菱電機(jī)生產(chǎn)的FX3U-32MT/E型PLC控制器。該型號(hào)的PLC具備以下特點(diǎn)：

輸出類型：采用晶體管輸出方式，適合于控制各類電子設(shè)備。

I/O點(diǎn)數(shù)：具備16個(gè)輸入點(diǎn)和13個(gè)輸出點(diǎn)，足以滿足本系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理的需求。

高速輸出：提供3個(gè)高速輸出端口，支持高達(dá)100kHz的輸出頻率，適用于需要快

速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

存儲(chǔ)容量：擁有64K的RAM存儲(chǔ)器，能夠存儲(chǔ)復(fù)雜的程序和大量數(shù)據(jù)。

高速處理能力：每條基本指令的處理時(shí)間僅為0.06微秒，確保了系統(tǒng)的快速反應(yīng)能

力。

定位功能：內(nèi)置獨(dú)立的3軸定位功能，可以精確控制位置，非常適合于需要精準(zhǔn)定

位的應(yīng)用。

FX3U-32MT/E型PLC的這些特性使其成為了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的理想選擇，能夠確

保系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行。PLC的物理實(shí)物圖可以提供更直觀的理解，展示了其外觀和

接口配置，便于安裝和接線。

通過(guò)精心選擇的PLC控制器，結(jié)合精確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工作流程的

高效管理和控制，滿足生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)自動(dòng)化和精確度的高要求。

（2）PLC控制器扮演著控制系統(tǒng)核心的角色，它的主要職責(zé)是接收和處理各種輸

人信號(hào)一一這些信號(hào)可能來(lái)源于傳感器、用戶界面的啟動(dòng)/停止按鈕等一一并基于這些

信息，輸出控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)等執(zhí)行元件進(jìn)行特定的動(dòng)作。選擇合適的PLC控制器

對(duì)于確保整個(gè)控制系統(tǒng)的效能和可靠性至關(guān)重要。

在此系統(tǒng)中，考慮到輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量以及對(duì)高速脈沖輸出的需求，我們選用了

三菱電機(jī)生產(chǎn)的FX3U-32MT/E型PLC控制器。該型號(hào)的PLC具備以下特點(diǎn)：

輸出類型：采用晶體管輸出方式，適合于控制各類電子設(shè)備。

I/O點(diǎn)數(shù)：具備16個(gè)輸入點(diǎn)和13個(gè)輸出點(diǎn)，足以滿足本系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理的需求。

高速輸出：提供3個(gè)高速輸出端口，支持高達(dá)100kHz的輸出頻率，適用于需要快

速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

存儲(chǔ)容量：擁有64K的RAM存儲(chǔ)器，能夠存儲(chǔ)復(fù)雜的程序和大量數(shù)據(jù)。

高速處理能力：每條基本指令的處理時(shí)間僅為0.06微秒，確保了系統(tǒng)的快速反應(yīng)能

力。

定位功能：內(nèi)置獨(dú)立的3軸定位功能，可以精確控制位置，非常適合于需要精準(zhǔn)定

位的應(yīng)用。

FX3U-32MT/E型PLC的這些特性使其成為了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的理想選擇，能夠確

保系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行。PLC的物理實(shí)物圖可以提供更直觀的理解，展示了其外觀和

接口配置，便于安裝和接線。

通過(guò)精心選擇的PLC控制器，結(jié)合精確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工作流程的

高效管理和控制，滿足生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)自動(dòng)化和精確度的高要求。

（3）為了滿足特定的設(shè)計(jì)要求，特別是模擬拖拉機(jī)工作環(huán)境下的轉(zhuǎn)速和扭矩需求，

步進(jìn)電機(jī)的選型必須考慮到準(zhǔn)確性、耐用性以及環(huán)境的適應(yīng)能力。在本項(xiàng)目中，我們選

擇了深圳市寶安區(qū)新橋?qū)W誠(chéng)電器經(jīng)營(yíng)部提供的渦輪蝸桿減速步進(jìn)電機(jī)。該電機(jī)型號(hào)

86HB68+RV040的特性如下:

減速比例：1:15的減速比，確保電機(jī)提供更大的扭矩同時(shí)降低輸出轉(zhuǎn)速，以滿足設(shè)

計(jì)轉(zhuǎn)速21r/min的要求。

扭矩輸出：電機(jī)能夠產(chǎn)生高達(dá)18牛?米的扭矩，這樣的扭矩輸出足以應(yīng)對(duì)拖拉機(jī)

工作時(shí)的負(fù)載要求。

電壓規(guī)格：電機(jī)設(shè)計(jì)為24V輸入電壓，適用于多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)電源系統(tǒng)。

步距角：步距角為1.8°,這意味著電機(jī)旋轉(zhuǎn)1.8°即完成一個(gè)步進(jìn)，保證了精確的

位置控制。

運(yùn)行特性：電機(jī)運(yùn)行時(shí)噪音低，有利于創(chuàng)建一個(gè)相對(duì)安靜的工作環(huán)境，同時(shí)電機(jī)的

設(shè)計(jì)保證了長(zhǎng)壽命的使用。

搭配使用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為DM86H,它被精心挑選以確保與步進(jìn)電機(jī)的完

美匹配，提供穩(wěn)定和可靠的驅(qū)動(dòng)力，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)性能和持久耐用。

在實(shí)際的應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的實(shí)物圖提供了對(duì)這些關(guān)鍵組件外觀及安裝

方式的直觀認(rèn)識(shí)。這樣的視覺(jué)參考是有助于用戶理解組件的物理尺寸和連接配置，從而

簡(jiǎn)化安裝和維護(hù)過(guò)程。

綜上所述，這款渦輪蝸桿減速步進(jìn)電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)器的結(jié)合不僅能夠滿足設(shè)計(jì)的性能

要求，而且其低噪音和長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)也確保了在模擬拖拉機(jī)工作環(huán)境下的可靠運(yùn)行。

（4）要確保步進(jìn)電機(jī)和PLC等關(guān)鍵設(shè)備能夠在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下正常工作，就必須

將實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的交流220V電源轉(zhuǎn)換為這些設(shè)備所需的24V直流電。在這種情況下，選

擇了適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)電源變得尤為重要。本項(xiàng)目采用了深圳市.寶安區(qū)新橋?qū)W誠(chéng)電器經(jīng)營(yíng)部提

供的開(kāi)關(guān)電源，型號(hào)為S-250-24,該開(kāi)關(guān)電源的主要特性如下：

輸出功率：提供高達(dá)250W的功率輸出，配合10A的輸出電流，能夠滿足步進(jìn)電機(jī)

和PLC等設(shè)備的功率需求。

輸入與輸出電壓：這款開(kāi)關(guān)電源能夠?qū)⒔涣?20V電源高效轉(zhuǎn)換為直流24V輸出，

完美適配實(shí)驗(yàn)室電源和設(shè)備需求。

高效和可靠：設(shè)計(jì)以高效率和穩(wěn)定性為主要目標(biāo)，確保持續(xù)可靠地為設(shè)備供電，同

時(shí)減少能源損耗。

安全特性：配備了過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)等多重安全機(jī)制，保障設(shè)備和操

作人員的安全。

實(shí)物圖參考：提供的實(shí)物圖為用戶展示了開(kāi)關(guān)電源的外觀、尺寸和接口類型，幫助

用戶更好地理解產(chǎn)品特性和如何將其集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。

通過(guò)選用S-250-24型開(kāi)關(guān)電源，我們能夠確保實(shí)驗(yàn)室中的不同設(shè)備獲得所需的電

源，同時(shí)維持系統(tǒng)的高效率和安全性能。該開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)考慮到了易用性和靈活性，

使其成為將實(shí)驗(yàn)室交流電源轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需直流電源的理想選擇。

（5）在直線模組的應(yīng)用中，精確的位置檢測(cè)對(duì)于確保機(jī)械運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和可靠性

至關(guān)重要。為此，我們特別選擇了兩種傳感器來(lái)滿足不同位置檢測(cè)需求：

1.直線限位開(kāi)關(guān)傳感器：對(duì)于檢測(cè)滑臺(tái)在直線模組上的初始位置，我們采用了專為

福譽(yù)直線模組設(shè)計(jì)的NPN方形接近開(kāi)關(guān)，型號(hào)FC-SPX30。該傳感器的主要特性包括：

檢測(cè)距離：5毫米，足以滿足多數(shù)直線模組的位置檢測(cè)需求。

響應(yīng)時(shí)間：快至3毫秒，確保了即時(shí)的反饋，提高系統(tǒng)的響應(yīng)效率。

最小檢測(cè)物體尺寸：能夠檢測(cè)到的最小物體為0.8X2毫米，表明該傳感器對(duì)小物體

也具有很好的檢測(cè)能力。

額定電壓：10-30VDC,使其適合于多種電源供應(yīng)環(huán)境。

該傳感器以其短反應(yīng)時(shí)間、安裝便利性及穩(wěn)定可靠的工作性能而著稱。

2.擺動(dòng)定位傳感器：用于檢測(cè)直線模組擺動(dòng)的初始位置，我們選用了漫反射式光電

開(kāi)關(guān)，型號(hào)E18-D80CM。這款傳感器的主要特點(diǎn)包括：

響應(yīng)時(shí)間：低于2毫秒，提供了極快的檢測(cè)反應(yīng)，適用于要求高速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

負(fù)載電流：可以支持高達(dá)100毫安的負(fù)載電流。

輸入電壓：為5VDC,適用于低電壓供電系統(tǒng)。

工作環(huán)境溫度范圍：?25℃到+55C,表明這種傳感器能夠在廣泛的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定

工作。

特別是其高抗干擾能力和靈敏性，使得在復(fù)雜環(huán)境中也能保持準(zhǔn)確檢測(cè)，加之其經(jīng)

濟(jì)實(shí)惠和安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，成為了性價(jià)比高的選擇。

兩種傳感器的結(jié)合不僅確保了直線模組在不同位置的精確檢測(cè)，而且其快速響應(yīng)和

高可靠性也為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。傳感器的實(shí)物圖提供了直觀的外觀參考，幫

助用戶更好地理解其設(shè)計(jì)和安裝方法，從而簡(jiǎn)化了集成過(guò)程。

（6）為了精確控制夾爪的開(kāi)合動(dòng)作，我們特別選用了高性能的直流推拉式電磁鐵

及配套的中間繼電器。這些組件的選型考慮到了其在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用，確

保了操作的精準(zhǔn)性和系統(tǒng)的可靠性。

1.直流推拉式電磁鐵：選用的樂(lè)清市伊萊科電氣有限公司生產(chǎn)的電磁鐵，型號(hào)為

EML-0730B,具有以下特點(diǎn)：

輸入電壓：采用24VDC,適配多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電源。

初始吸力與保持吸力：初始吸力為0.5N,而保持吸力高達(dá)5N,確保了夾爪的可靠

閉合和開(kāi)啟。

行程：10mm的行程長(zhǎng)度適用于多種夾持和搬運(yùn)任務(wù)。

電流與重量：運(yùn)行電流為300mA,重量?jī)H35克，輕巧且功耗低。

特性：具有低功耗、低升溫和無(wú)剩磁等優(yōu)點(diǎn)，保證了設(shè)備的長(zhǎng)期可靠使用。

2.中間繼電器：為了提高電磁鐵的控制靈活性和可靠性，配備的中間繼電器型號(hào)為

HH52-L,其主要參數(shù)包括：

工作電壓：24V,與電磁鐵的供電電壓相匹配。

工作電流：最大5A,充分滿足電磁鐵控制需求。

該中間繼電器增強(qiáng)了弓路的控制能力，保證了電磁鐵操作的穩(wěn)定性和安全性。

電磁鐵和中間繼電器的實(shí)物圖提供了清晰的視覺(jué)參考，幫助用戶更好地理解這些關(guān)

鍵組件的外形和安裝方式。通過(guò)這些精心挑選的組件，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)夾爪動(dòng)作的精確

控制，滿足自動(dòng)化控制系統(tǒng)中對(duì)動(dòng)作可靠、響應(yīng)快速的基本要求。

3.4.2控制系統(tǒng)電路連接

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PLC（可編程邏輯控制器）作為系統(tǒng)的大腦，通過(guò)與步進(jìn)電

機(jī)、直線模組、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直線模組驅(qū)動(dòng)器、直線限位開(kāi)關(guān)、擺動(dòng)定位傳感器、

中間繼電器以及電磁鐵的精確連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的高效控制。下面簡(jiǎn)述這些連接

的一般原理和作用，以幫助理解整個(gè)系統(tǒng)的工作機(jī)制。

1.PLC與步進(jìn)電機(jī)的連接：PLC通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，指

示其旋轉(zhuǎn)的方向、速度以及步數(shù)。這種連接確保了步進(jìn)電機(jī)可以按照精確的指令進(jìn)行操

作，用于實(shí)現(xiàn)精細(xì)的位置控制。

2.PLC與直線模組的連接：PLC控制直線模組驅(qū)動(dòng)器，后者則直接驅(qū)動(dòng)直線模組的

動(dòng)作。這種連接方式使得直線模組能夠根據(jù)PLC的命令進(jìn)行精確的直線運(yùn)動(dòng)，滿足系

統(tǒng)對(duì)直線位移的需求。

3.PLC與直線限位開(kāi)關(guān)及擺動(dòng)定位傳感器的連夜：這些傳感器直接與PLC連接，

用于提供系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的反饋。比如，直線限位開(kāi)關(guān)可以向PLC反饋直線模組的初始

位置，而擺動(dòng)定位傳感器則用于檢測(cè)直線模組擺動(dòng)的位置。這些信息對(duì)于PLC進(jìn)行下

一步控制決策至關(guān)重要。

4.PLC與中間繼電器及電磁鐵的連接：PLC通過(guò)中間繼電器控制電磁鐵的通斷。繼

電器作為一種電氣控制設(shè)備，當(dāng)其接收到PLC的指令信號(hào)時(shí)，可以控制電磁鐵的電源

連接，從而實(shí)現(xiàn)電磁鐵的吸合或釋放動(dòng)作，用于控制夾爪的開(kāi)閉等動(dòng)作。

每個(gè)連接都是通過(guò)特定的電線和接口完成的，確保信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和系統(tǒng)操作的

可靠性。整個(gè)接線圖提供了對(duì)這些組件如何互相連接和協(xié)作的詳細(xì)視圖，是理解和構(gòu)建

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要參考資料。

開(kāi)關(guān)電源步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)直線模組驅(qū)動(dòng)器直線模組電弦鐵

圖5-11繼電器、電磁鐵與PLC之間的接線圖

3.5控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.5.1控制系統(tǒng)流程

系統(tǒng)的工作流程經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，以確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)高效、準(zhǔn)確地完成煙苗的搬

運(yùn)和栽植任務(wù)。以下是該系統(tǒng)工作流程的詳細(xì)描述，重新編排以提高清晰度和易讀性。

1.系統(tǒng)啟動(dòng)與參數(shù)初始化：

系統(tǒng)開(kāi)啟后，首先進(jìn)行參數(shù)初始化，包括錄入初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為接下來(lái)的操作做好

準(zhǔn)備。

2.初始位置檢測(cè):

直線模組上安裝的直線限位開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)檢測(cè)夾爪是否處于其初始位置。

擺動(dòng)定位傳感器則用于確認(rèn)直線模組是否位于其擺動(dòng)起始位置”

3.校正至初始位置：

如果夾爪未處于直線模組上的初始位置，PLC指令直線模組驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)帶動(dòng)夾爪移動(dòng)

至該位置，直到直線限位開(kāi)關(guān)確認(rèn)到達(dá)。

如果直線模組未在其擺動(dòng)起始位置，PLC則控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使直線模組轉(zhuǎn)動(dòng)至

起始位置，擺動(dòng)定位傳感器將確認(rèn)到達(dá)。

4.預(yù)取苗行程：

一旦夾爪和直線模組均處于初始位置，直線模組上的驅(qū)動(dòng)器將帶動(dòng)夾爪移動(dòng)至煙苗

位置，完成預(yù)取苗行程。

5.夾持煙苗：

到達(dá)煙苗位置后，夾八上的電磁鐵得電，驅(qū)使夾爪閉合并夾住煙苗。

6.取苗行程：

夾持煙苗后，直線模組上的驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)夾有煙苗的夾爪返回一定距離，完成取苗行

程。

7.送苗、栽植與提苗行程：

在直線模組和步進(jìn)電機(jī)的共同作用下，夾爪完成送苗、栽植及提苗的整個(gè)過(guò)程。

提苗行程完成后，夾尺上的電磁鐵失電，釋放煙苗。

8.返回初始位置：

完成栽植任務(wù)后，夾爪在直線模組和步進(jìn)電機(jī)的共同作用下返回初始位置，準(zhǔn)備下

一輪操作。

9.循環(huán)或停止：

若需暫停工作，操作員可按下停止按鈕。若無(wú)停止指令，系統(tǒng)將自動(dòng)重新開(kāi)始初始

化檢測(cè)，繼續(xù)其循環(huán)工作流程。

通過(guò)以上步驟，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠連續(xù)并準(zhǔn)確地完成煙苗的搬運(yùn)和栽植任務(wù)，展現(xiàn)了

先進(jìn)控制技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用。

圖5-12控制系統(tǒng)的工作流程圖

3.5.2編程軟件的介紹

編程軟件GXworks2,專為三菱公司的PLC設(shè)計(jì)，提供了強(qiáng)大而靈活的編程環(huán)境。

文章概述了這一軟件的關(guān)鍵特性和功能，以下為內(nèi)容的改寫(xiě)版本，旨在提供相同信息的

不同表達(dá)。

GXworks2是專門(mén)針對(duì)三菱PLC開(kāi)發(fā)的編程工具，它融合了多樣化的編程功能和操

作界面。軟件支持兩個(gè)主要的編程模式：簡(jiǎn)單工程模式和結(jié)構(gòu)工程模式，滿足不同開(kāi)發(fā)

需求。在編程語(yǔ)言上，GXworks2支持包括順序功能圖(SFC)和梯形圖在內(nèi)的多種編程語(yǔ)

言，以適應(yīng)不同的項(xiàng)目和開(kāi)發(fā)者偏好。其核心功能不僅包括程序的編寫(xiě)、監(jiān)控和調(diào)試，

還擴(kuò)展到了網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置和智能模塊配置等高級(jí)設(shè)置，使得開(kāi)發(fā)過(guò)程更加高效、準(zhǔn)確。

GXworks2軟件界面用戶友好，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔而直觀，極大地簡(jiǎn)化了操作步驟，加速了

編程效率。盡管它的高級(jí)功能主要服務(wù)于三菱的PLC產(chǎn)品，但其靈活性和強(qiáng)大的功能

集使得它成為了眾多工程師和開(kāi)發(fā)者的首選工具。軟件的界面設(shè)計(jì)圖可見(jiàn)于文檔圖5-

12,展示了其易用性和功能性的結(jié)合。

:i?emt????*au?*?XBO>???

圖5-13GXworks2界面圖

3.5.3PLC的程序設(shè)計(jì)

進(jìn)入GXworks2軟件，新建一個(gè)工程，在PLC類型選項(xiàng)中選擇FX3U,在程序語(yǔ)言

類型選項(xiàng)中選擇SFC,單擊確定按鈕后彈出塊信息設(shè)置的對(duì)話框，在塊類型選項(xiàng)中選擇

梯形圖，最后單擊執(zhí)行按鈕，新建工程對(duì)話框如圖5-14所示，塊信息設(shè)置對(duì)話框如圖

5-15所示。

a5-14新建工程圖5-15塊信息設(shè)置

單擊執(zhí)行按鈕后，出現(xiàn)程序編寫(xiě)界面，在該界面右半部分寫(xiě)入初始化指令，如圖5-

16所示。M8002為PLC運(yùn)行初始化，s0-s9為初始化專用的狀態(tài)繼電器，本文用sO。

圖5-16初始化指令

在工程數(shù)據(jù)列表區(qū)右擊“MAIN”，點(diǎn)擊新建數(shù)據(jù)后出現(xiàn)如圖5-17所示界面開(kāi)始

編寫(xiě)程序，左側(cè)編寫(xiě)順序功能圖，右側(cè)編寫(xiě)順序功能圖中每一個(gè)塊的指令。

圖5-17界面

首先進(jìn)行參數(shù)初始化，設(shè)置初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)。用成批復(fù)位指令ZRST將Y0?Y5全

部復(fù)位清零，如圖5-18所示。

0{ZRSTYDOOX?5I

圖5-18參數(shù)初始化

為了執(zhí)行按啟動(dòng)按鈕電機(jī)就開(kāi)始工作的命令，需要編寫(xiě)轉(zhuǎn)換語(yǔ)句。所需轉(zhuǎn)換條件的

程序語(yǔ)句如圖5-19所示。

圖5-19啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)的控制語(yǔ)句

進(jìn)行初始位置檢測(cè)，直線限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)夾爪是否在直線模組上的初始位置上。若不

在，則PLC控制直線模組上的電機(jī)啟動(dòng)使滑臺(tái)帶動(dòng)夾爪向直線模組上的初始位置運(yùn)動(dòng)，

直到直線限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)到夾爪到達(dá)直線模組上的初始位置。擺動(dòng)定位傳感器檢測(cè)直線模

組是否在擺動(dòng)的初始位置上。若不在，則PLC控制步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)使直線模組擺動(dòng)到初始

位置，直到擺動(dòng)定位傳感器檢測(cè)到直線模組到達(dá)初始位置。PLC控制直線模組上的電機(jī)

啟動(dòng)使滑臺(tái)帶動(dòng)夾爪向初始位置運(yùn)動(dòng)的語(yǔ)句如圖5-20所示。直線限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)夾爪是否

到達(dá)直線模組上的初始位置

的語(yǔ)句如圖5-21所示。PLC控制步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)使直線模組擺動(dòng)到初始位置的

語(yǔ)句如圖5-22

所示。擺動(dòng)定位傳感器檢測(cè)直線模組是否到達(dá)擺動(dòng)的初始位置的語(yǔ)句如圖5-23

所示。

0-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[PtSYK100KOY000

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(Y004)

圖5-20夾爪向直線模組上的初始位置運(yùn)動(dòng)的控制語(yǔ)句

X002

0TI---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[TRAN]

圖5-21夾爪在直線模組上的初始位置檢測(cè)的控制語(yǔ)句

0--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[PLSYK100KOY001]

圖5-22步進(jìn)電機(jī)向初始位置運(yùn)動(dòng)的控制語(yǔ)句

X003

0—||--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[TRAN]

圖5-23步進(jìn)電機(jī)回到初始位置檢測(cè)的控制語(yǔ)句

PLC控制電機(jī)時(shí)需要用到脈沖輸出指令PLSY,指令格式：(PLSY輸出脈沖頻率

輸出脈沖個(gè)數(shù)輸出脈沖端子)，其中輸出脈沖頻率主要是用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,

輸出脈沖個(gè)數(shù)主要是用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由其對(duì)應(yīng)的

驅(qū)動(dòng)器上控制脈沖方向的端口電平高低來(lái)控制的。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也要受到步進(jìn)電

機(jī)本身的最大轉(zhuǎn)矩限制。

控制脈沖是否輸出完畢需要使用特殊輔助繼電器M8029,該繼電器是觸點(diǎn)型的，當(dāng)

其置于ON,則表示脈沖停止輸出，當(dāng)其置于OFF,則表示脈沖繼續(xù)輸出或者是處于無(wú)

需輸出脈沖時(shí)的狀態(tài)。

PLC控制直線模組上的滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，滑臺(tái)帶動(dòng)夾爪向苗盤(pán)運(yùn)動(dòng)，完成預(yù)取苗行程，其

0-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[PLSYK3733K1120Y000]

FLC控制語(yǔ)句如圖5-24所示。脈沖數(shù)發(fā)送完畢將進(jìn)入下一命令的轉(zhuǎn)換語(yǔ)句如圖5-25

所示。夾爪閉合夾住秧苗的控制語(yǔ)句如圖5-26所示。將秧苗從苗盤(pán)中拔出來(lái)，完成取

苗行程，其PLC控制語(yǔ)句如圖5-27所示。

圖5-24預(yù)取苗行程的控制語(yǔ)句

圖5-25脈沖數(shù)發(fā)送完畢

圖5-26夾爪閉合的控制語(yǔ)句

圖5-27取苗行程的控制語(yǔ)句

PLC控制直線模組上的電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)一起工作，進(jìn)行送苗行程、栽植行程和提苗行

程。送苗行程時(shí)PLC控制語(yǔ)句如圖5-28所示。栽植行程時(shí)PLC的控制語(yǔ)句如圖5-29

所示。提苗行程時(shí)PLC的控制語(yǔ)句如圖5-30所示。夾爪松開(kāi)秧苗的控制語(yǔ)句如圖5.31