一种农用防霜机的全自动控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种农用防霜机的全自动控制装置，属于农业机械自动化领域。现有的农用防霜机均不能实现全自动控制，造成防霜机使用效率低，防霜效果有限。本实用新型利用高度传感器、角度传感器检测防霜机的运行参数，包括液压升降立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动范围、云台转动周期，通过采集控制终端采集高度传感器、角度传感器信号，并控制油泵、电磁阀、电动伸缩杆驱动电机、变频器、步进驱动器，从而实现液压升降立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动范围、云台转动周期的全自动控制。本实用新型能够实现农用防霜机的全自动控制，可提高防霜的效果和防霜机的使用效率，适用于对防霜机在复杂环境下的全自动控制。
【专利说明】一种农用防霜机的全自动控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于农业机械自动化和农业气象灾害抵御领域，涉及一种农用防霜机的全自动控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，低温冻害天气给我国农作物带来了严重的损失。现有国内外防霜机中，立柱高度、风机转速、云台转动周期等参数，均是根据经验获得且固定不变，在出厂时已设定；有些防霜机的风机俯角可变，但为有限几个固定角度，且须人工手动调整；云台转动范围仅限一个或有限个固定角度，也需要人工手动调整。
[0003]美国专利US5244346公开了一种便携式防霜装置，可移动且安装方便，其立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动周期、云台转动范围均不可变。美国专利US805242公开了一种塔式防霜机，利用齿轮传动，可以实现风机在360°范围内摆动，但并不能控制其在任意角度范围内转动。专利号为201120394220.9的中国实用新型，公开了一种植物防霜机，其俯角可调，范围为20°~45°之间，但须人工手动调节，其风机摆动通过曲柄摆杆机构实现，摆动范围最大为90°，且只能在该角度范围内摆动，不能在任意角度范围内摆动。以上专利公开的防霜机均不能实现立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动周期、云台转动范围全自动控制。专利号为US20120093646A1的美国专利，公开了一种基于卫星和网络通讯，进行防霜机群定位和控制运行的方法，可根据气象条件和地形调整风机的流向、风速和倾角，但并未涉及防霜机结构参数的全自动控制。
【发明内容】
[0004]针对现有国内外防霜机不能实现全自动控制，造成防霜机使用效率低，防霜效果有限。防霜机本实用新型目·的在于提供了一种农用防霜机的全自动控制装置，以实现液压升降立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动范围、云台转动周期的全自动控制，且为任意可调，无需人工手动调节，能根据地形、逆温等条件调整防霜机运行参数，以提高防霜效果和防霜机使用效率。
[0005]为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案如下:
[0006]一种农用防霜机的全自动控制装置，包括采集控制终端(10)，其特征在于:还包括液压升降立柱⑴、高度传感器⑵、变频电机⑷、角度传感器⑶、电动伸缩杆(12)、步进电机(15)、步进驱动器(16)、电磁阀(19)、油泵(21)；
[0007]所述液压升降立柱(I)固定安装在地面上；所述高度传感器(2)固定安装在云台
(3)的固定支撑盘(18)的下表面，且位置不受液压升降立柱(I)和风机叶片(9)工作时的影响；所述变频电机(4)安装在云台(3)的转动支撑盘(17)上表面，变频电机(4)的输出轴通过联轴器(5)与俯仰支撑筒(6)内的风机安装轴连接；
[0008]所述角度传感器(8)固定安装在俯仰支撑筒(6) —端的安装轴上；所述电动伸缩杆(12)顶部通过螺栓与风机支撑筒(6)尾部连接，底部与云台(3)转动支撑盘(17)上的联接组件通过螺栓连接；
[0009]所述步进电机(15)固定安装于云台(3)的固定支撑盘(18)下表面，步进电机(15)的输出轴穿过固定支撑盘(18)通孔与齿轮(13)轴连接；所述步进驱动器(16)固定安装在所述步进电机(15)上；
[0010]所述电磁阀(19)、油泵(21)为液压泵站(11)的组成部分，电磁阀(19)安装于油箱(20)表面的阀板(22)上，油泵(21)与油箱(20)连接，液压泵站(11)固定安装于地面上靠近液压升降立柱(I)的位置；所述采集控制终端(10)固定安装在液压升降立柱(I)的非升降部位，以便于人工现场操作不影响液压升降立柱(I)的正常工作；所述高度传感器
(2)、角度传感器⑶均与采集控制终端(10)输入端连接，变频电机⑷的变频器、电动伸缩杆(12)的驱动电机、步进驱动器(16)，电磁阀(19)、油泵(21)均与采集控制终端(10)输出端连接。
[0011]所述云台(3)可在任意角度范围内往复转动。
[0012]本实用新型工作原理与过程为:根据地形、作物品种、逆温等条件，调整液压升降立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动范围、云台转动周期，以提高防霜效果。
[0013]利用高度传感器(2)、角度传感器(8)检测防霜机的运行参数，包括液压升降立柱高度、风机俯角CE、风机转速、云台转动范围、云台转动周期，采集控制终端(10)采集传感器信号，并对电磁阀(19)、油泵(21)、变频电机(4)的变频器、电动伸缩杆(12)驱动电机、步进驱动器(16)进行控制，从而实现液压升降立柱高度、风机俯角β、风机转速、云台转动范围、云台转动周期的全自动控制。
[0014]控制液压升降立柱高度:利用高度传感器(2)实时检测液压升降立柱高度，采集控制终端(10)采集高度传感器(2)信号，并与设定液压升降立柱高度值进行比较，做出判断，控制油泵(21)启停、电磁阀(19)通断电。
[0015]控制风机俯角α:利用角度传感器(8)实时检测风机俯角②采集控制终端(10)采集角度传感器(8)信号，并与设定风机俯角β值进行比较，做出判断，控制电动伸缩杆(12)的驱动电机正反转以及通断电。
[0016]控制风机转速:采集控制终端(10)控制变频电机⑶的变频器输出频率，从而控制风机的转速。
[0017]控制云台转动周期和云台转动范围:采集控制终端(10)控制步进驱动器(16)产生一定频率和数目的脉冲，驱动步进电机(15)，使云台(3)以设定的转动范围和转动周期转动。
[0018]本实用新型具有的有益效果。本实用新型通过对液压升降立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动范围、云台转动周期实现全自动控制，无需人工手动调节，且为任意连续可调，提高了风机的使用效率；能根据地形、作物品种、逆温等条件调整防霜机运行参数，从而提高防霜效果，降低农作物冻害损失，提高农作物质量；风机转速不与液压升降立柱高度、风机俯角、云台转动周期、云台转动范围同时进行设定，避免了因风机转动而引起的振动和冲击。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。
[0020]图1是本实用新型农用防霜机的结构组成示意图；
[0021]图2是本实用新型农用防霜机云台部分结构示意图；
[0022]图3是本实用新型液压泵站结构组成示意图；
[0023]图4是本实用新型控制系统总体框图。
[0024]图中:1液压升降立柱，2高度传感器，3云台，4变频电机，5联轴器，6风机支撑筒，7俯仰支撑架，8角度传感器，9风机叶片，10采集控制终端，11液压泵站，12电动伸缩杆，13齿轮，14外齿转盘轴承，15步进电机，16步进驱动器，17转动支撑盘，18固定支撑盘，19电磁阀，20油箱，21油泵，22阀板，23油管；风机俯角为风机支撑筒6与转动支撑盘17上表面的夹角。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
[0026]如图1和图2所示，将本实用新型系统的各部件进行连接。
[0027]本实用新型的系统组成和结构如图1、图2和图3所示，包括液压升降立柱1、高度传感器2、云台3、变频电机4、联轴器5、风机支撑筒6、俯仰支撑架7、角度传感器8、风机叶片9、采集控制终端10、液压泵站11、电动伸缩杆12、齿轮13、外齿转盘轴承14、步进电机15、步进驱动器16、转动支撑盘17、固定支撑盘18、电磁阀19、油箱20、油泵21、阀板22、油管23。
[0028]本实用新型的控制系统总体框图如图4所示，通过采集控制终端10监测高度传感器2、角度传感器8的信号，并控制电磁阀19、油泵21、变频电机4的变频器、电动伸缩杆12驱动电机、步进驱动器16，从而实现液压升降立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动范围、云台转动周期的全自动控制。
[0029]采集控制终端10采用西门子S7-200型PLC ;高度传感器2采用拉线位移传感器，测量行程最大为10m，其拉线端固定安装在云台3的固定支撑盘18的下表面，编码器及轮毂一端固定安装在液压升降立柱I的固定部分，保持拉线与编码器部分垂直；角度传感器8选择LCA316单轴倾角传感器；变频电机4采用YVP315M-6型号的变频电机，功率为45KW，防护等级为IP55 ;步进电机15选择西南昆明森创的130BYG350FH-SAKRMA-0602步进电机，步进驱动器16选择型号为SH-32206的步进驱动器；油泵21选择长江泵阀公司的KCB系列齿轮泵；电磁阀19选择七洋公司的DG03-2C型三位四通电磁阀。
[0030]防霜机初始运行参数:液压升降立柱高度为6m，风机转速为550rpm，风机俯角β为15°，云台转动范围为360°，云台转动周期为4min。
[0031]为更好地说明本实用新型的方案，以山区坡地茶园和平地地形苹果园为例，现将本实用新型在不同条件下的工作过程做进一步介绍。
[0032]实施例1
[0033]以山区坡地茶园为例。
[0034]茶树植株高度较小，逆温强度较弱，故采用如下方案:设置液压升降立柱高度为8m,风机转速为580rpm,风机俯角a为8° ,云台转动范围为90° ,云台转动周期为lmin。[0035]具体实施方案:首先，在PLC中输入液压升降立柱高度设定值8m，启动油泵21，拉线位移传感器实时检测液压升降立柱I的高度，并将输出信号传送给PLC，PLC对液压升降立柱高度检测值6m和设定值Sm进行比较，打开三位四通电磁阀的上行油路，使液压升降立柱高度增加。当液压升降立柱高度达到设定值8m时，控制油泵21停止、三位四通电磁阀断电，立柱停止在8m高度；然后，在PLC中输入风机俯角?设定值8°，电动伸缩杆12的驱动电机通电,LCA316单轴倾角传感器实时检测风机俯角α，并将信号传给PLC，PLC对风机俯角β检测值15°和设定值8°进行比较，控制电动伸缩杆12的驱动电机反转，使电动伸缩杆12缩短，当风机俯角《达到8°时，控制电动伸缩杆12的驱动电机断电，风机停止在8°俯角位置；在PLC中输入风机转速设定值580rpm，PLC将设定的风机转速值转换成应的频率值，控制变频电机4输出对应转速；再次，在PLC中输入云台转动周期设定值lmin，PLC将设定的云台转动周期转换成步进电机15的步进脉冲频率，并将该频率的步进脉冲送给步进驱动器16，步进驱动器16根据接收到的脉冲，驱动步进电机15，带动齿轮13使云台3以设定的转动周期转动；最后，在PLC输入云台转动范围设定值90°，PLC将设定的云台转动范围转换为步进电机15的脉冲数，并将该脉冲数的脉冲送给步进驱动器16，驱动步进电机15转动，当达到设定的脉冲数时，步进驱动器16控制步进电机15反方向转动。
[0036]实施例2
[0037]以平地地形苹果园为例。
[0038]苹果树植株高度较大，在逆温较强的条件下，采用如下方案:设置液压升降立柱高度为12m，风机转速为450rpm，风机俯角!!为20°，云台转动范围为120°，云台转动周期为2min。
[0039]具体实施方案:首先，在PLC中输入液压升降立柱高度设定值12m，启动油泵21，拉线位移传感器实时检测液压升降立柱I的高度，并将输出信号传送给PLC，PLC对液压升降立柱高度检测值6m和设定值12m进行比较，打开三位四通电磁阀的上行油路，使液压升降立柱高度增力卩。当液压升·降立柱高度达到设定值12m时，控制油泵21停止、三位四通电磁阀断电，立柱停止在12m高度；然后，在PLC中输入风机俯角^设定值20°，电动伸缩杆12的驱动电机通电,LCA316单轴倾角传感器实时检测风机俯角a,并将信号传给PLC，PLC对风机俯角Cl检测值15°和设定值20°进行比较，控制电动伸缩杆12的驱动电机正转，使电动伸缩杆12伸长，当风机俯角a达到20°时，控制电动伸缩杆12的驱动电机断电，风机停止在20°俯角位置；在？^中输入风机转速设定值450rpm，PLC将设定的风机转速值转换成应的频率值，控制变频电机4输出对应转速；再次，在PLC中输入云台转动周期设定值2min，PLC将设定的云台转动周期转换成步进电机15的步进脉冲频率，并将该频率的步进脉冲送给步进驱动器16，步进驱动器16根据接收到的脉冲，驱动步进电机15，带动齿轮13使云台3以设定的转动周期转动；最后，在PLC中输入云台转动范围设定值120°，PLC将设定的云台转动范围转换为步进电机15的脉冲数，并将该脉冲数的脉冲送给步进驱动器16，驱动步进电机15转动，当达到设定的脉冲数时,步进驱动器16控制步进电机15反方向转动。
[0040]根据以上实施方式说明的农用防霜机的全自动控制装置及方法，可实现液压升降立柱高度、风机俯角、风机转速、云台转动范围、云台转动周期的全自动控制，提高了防霜机使用效率；可以根据地形、作物品种、逆温等条件调整防霜机运行参数，提高防霜效果，降低农作物冻害损失，提高作物质量。
【权利要求】
1.一种农用防霜机的全自动控制装置，包括采集控制终端(10)，其特征在于:还包括液压升降立柱(1)、高度传感器(2)、变频电机(4)、角度传感器(8)、电动伸缩杆(12)、步进电机(15)、步进驱动器(16)、电磁阀(19)、油泵(21)； 所述液压升降立柱(1)固定安装在地面上；所述高度传感器(2)固定安装在云台(3)的固定支撑盘(18)的下表面，且位置不受液压升降立柱(1)和风机叶片(9)工作时的影响；所述变频电机⑷安装在云台⑶的转动支撑盘(17)上表面，变频电机⑷的输出轴通过联轴器(5)与俯仰支撑筒(6)内的风机安装轴连接； 所述角度传感器(8)固定安装在俯仰支撑筒(6) —端的安装轴上；所述电动伸缩杆(12)顶部通过螺栓与风机支撑筒(6)尾部连接，底部与云台(3)转动支撑盘(17)上的联接组件通过螺栓连接； 所述步进电机(15)固定安装于云台(3)的固定支撑盘(18)下表面，步进电机(15)的输出轴穿过固定支撑盘(18)通孔与齿轮(13)轴连接；所述步进驱动器(16)固定安装在所述步进电机(15)上； 所述电磁阀(19)、油泵(21)为液压泵站(11)的组成部分，电磁阀(19)安装于油箱(20)表面的阀板(22)上，油泵(21)与油箱(20)连接，液压泵站(11)固定安装于地面上靠近液压升降立柱⑴的位置；所述采集控制终端(10)固定安装在液压升降立柱⑴的非升降部位，以便于人工现场操作不影响液压升降立柱(1)的正常工作；所述高度传感器(2)、角度传感器(8)均与采集控制终端(10)输入端连接，变频电机(4)的变频器、电动伸缩杆(12)的驱动电机、步进驱动器(16)，电磁阀(19)、油泵(21)均与采集控制终端(10)输出端连接。
2.如权利要求1所述的一种农用防霜机的全自动控制装置，其特征在于:所述云台(3)可在任意角度范围内往复转动。
【文档编号】A01G13/08GK203643769SQ201320742540
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】胡永光, 刘萍, 杨朔, 赵梦龙, 吴文叶 申请人:南京风工农业科技有限公司