一种基于PLC的党参自动化育苗系统

一种基于plc的党参自动化育苗系统
技术领域
1.本发明涉及植物育种技术领域，具体涉及一种基于plc的党参自动化育苗系统。


背景技术：

2.现有的自动化育种的操作流程为准备育苗盒、底层覆土、播种、种子覆土、压实和育苗盒转移，一般为线性流程，由于每个育苗盒包括多排的单盒，每个单盒的容量一定，则对两次覆土的需求量为互补的关系，第一次的底层覆土量大，则第二次的种子覆土量应该对应的比较小，否则将会造成育苗盒的单盒土壤的冗余，相反的，第一次的底层覆土量比较小，则第二次的种子覆土量应该对应的比较大，否则将会育苗盒的单盒土壤的缺少。
3.现有的两次覆土操作，为完全独立的操作，每个覆土操作的落土量完全依靠个人经验操作，容易导致育苗盒缺土或者多土的问题，而育苗盒缺土或者多土均影响后期的育苗工作，且这种线性流程的生产线比较长，在准备育苗盒和育苗盒转移工位需要至少两个人的看守，无法实现在工作人员比较少时同时监看多个工位。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于plc的党参自动化育苗系统，以解决现有技术中线性流程的生产线比较长，在准备育苗盒和育苗盒转移工位需要至少两个人的看守，无法实现在工作人员比较少时同时监看多个工位，以及两次覆土操作，为完全独立的操作，每个覆土操作的落土量完全依靠个人经验操的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
6.一种基于plc的党参自动化育苗系统，包括：
7.育苗盒输入工位，用于持续且按照首尾连接的方式提供育苗盒；
8.覆土装置，设有两个落土口，分别为底层土出口和覆盖土出口，所述底层土出口和覆盖土出口分别用于为所述育苗盒提供底层土料以及为已经育种后的所述育苗盒提供覆盖土料，且所述底层土出口和覆盖土出口对所述育苗盒的单个盒体的供土量与该盒体的体积相同；
9.播种装置，用于通过滚轴转动落料方式向所述育苗盒内播种，播种后的所述育苗盒重新返回至所述覆土装置的覆盖土出口以在播种后的所述育苗盒的种子上覆盖土料；
10.育苗盒集装工位，用于对种子覆盖土料后的所述育苗盒压实；
11.输送机构，呈u字型分布，所述育苗盒输入工位上提供的所述育苗盒经过所述输送机构依次通过覆土装置的底层土出口、播种装置和覆土装置的覆盖土出口返回至所述育苗盒集装工位；
12.控制系统，分别与所述覆土装置、播种装置、育苗盒集装工位和输送机构连接，所述控制系统根据所述输送机构对所述育苗盒的输送位置，依次调控所述覆土装置的底层土出口、播种装置和覆土装置的覆盖土出口工作以对整个所述育苗盒进行自动化播种操作。
13.作为本发明的一种优选方案，所述覆土装置包括上料机构、散料机构、装土箱体以
及出料机构，所述上料机构用于通过螺旋提升上料方式将土壤挤压至所述散料机构，所述散料机构用于将所述土壤分切打散，打散后的所述土壤落入所述装土箱体内，所述出料机构设置在所述装土箱体的下方，所述出料机构用于同步控制所述底层土出口和覆盖土出口的孔径，以使得所述底层土出口和覆盖土出口的孔径总和固定不变且所述底层土出口和覆盖土出口的孔径大小互补，所述第一盖板或所述第二盖板完全将所述底层土出口或覆盖土出口露出时，所述底层土出口或覆盖土出口在单位时间内下落的土壤量与所述育苗盒每排盒体的土壤需求量相同。
14.作为本发明的一种优选方案，所述出料机构包括顺序设置在所述装土箱体下端的孔径调节组件和开关调节组件，所述孔径调节组件用于调控所述装土箱体的落土孔径以调整单位落土量，所述开关调节组件用于开启或者关闭落土工作；
15.所述装土箱体的下端中心位置设有中岛桩，所述中岛桩用于将所述装土箱体的落土口分为底层土出口和覆盖土出口，所述底层土出口的一个侧壁在所述中岛桩的下方设有第一开槽线口，所述覆盖土出口的另一个侧壁在所述中岛桩的下方设有第二开槽线口，第一开槽线口所在侧壁与所述第二开槽线口所在侧壁为相互平行的对立侧壁，所述第一开槽线口和所述第二开槽线口相互平行，且所述第一开槽线口和所述第二开槽线口的高度相同，所述第一开槽线口内设有沿着所述底层土出口的竖直侧壁和底部移动的第一盖板，所述第二开槽线口内设有沿着所述覆盖土出口的竖直侧壁和底部移动的第二盖板，所述第一盖板和所述第二盖板的端部通过水平杆统一连接。
16.作为本发明的一种优选方案，所述覆盖土出口与所述底层土出口的同一竖直侧壁上设有驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述第一盖板和第二盖板同向移动；
17.所述驱动组件包括设置在所述覆盖土出口与所述底层土出口的同一竖直侧壁的第一伺服电机，以及连接在所述第一伺服电机输出轴上的转轴，所述转轴上设有多个推拉链片卷，所述推拉链片卷的开口端与所述第一盖板和第二盖板的端部连接，所述推拉链片卷收卷或放卷时，所述第一盖板和所述第二盖板的覆盖面积呈反向变化。
18.作为本发明的一种优选方案，所述推拉链片卷包括多个首尾铰接的第一刚性片，首尾铰接的多个第一刚性片呈线状，位于两端的其中一个所述第一刚性片铰接在所述转轴上，位于两端的另一个所述第一刚性片铰接在所述第一盖板和第二盖板的水平杆的连接孔体上。
19.作为本发明的一种优选方案，所述第一盖板和所述第二盖板的厚度不等，且在所述底层土出口和所述覆盖土出口的两个对立分布的竖向侧壁内的所述第一盖板和所述第二盖板的厚度从上到下依次降低，所述第一盖板和所述第二盖板的侧剖面呈直角三角形状，所述第一盖板和所述第二盖板上的土壤沿着倾斜的所述第一盖板和所述第二盖板表面从落土孔内落下。
20.作为本发明的一种优选方案，所述底层土出口和所述覆盖土出口的两个平行侧壁上分别均设有限位卡道，所述限位卡道与所述输送机构送料方向平行，所述底层土出口和所述覆盖土出口的两个对立分布的竖向侧壁上设有双层储存腔体，且所述双层储存腔体的厚度与所述第一盖板以及所述第二盖板的最大高度相同，所述双层储存腔体的两个平行侧壁上同样设有限位卡道，所述第一盖板和所述第二盖板的两端通过延长杆沿着所述限位卡道稳定移动。
21.作为本发明的一种优选方案，所述第一盖板和所述第二盖板均包括多个首尾铰接的第二刚性片，且所述第二刚性片的铰接位置靠近所述第二刚性片的上端面，沿着所述底层土出口和所述覆盖土出口的底部移动且朝向所述装土箱体内部的所述第二刚性片表面无夹土缝隙，所述底层土出口和所述覆盖土出口未被所述第二刚性片遮盖的孔隙为落土孔。
22.作为本发明的一种优选方案，所述第一盖板和所述第二盖板先靠近所述育苗盒的侧壁上设有激光探测器件，所述激光探测器件与所述控制系统连接，所述控制系统根据所述激光探测器件的监测结果调控所述开关调节组件开启或者关闭落土工作；
23.所述开关调节组件包括分别设置在所述底层土出口和覆盖土出口内部的蝶阀门，两个所述蝶阀门的一端均安装在所述中岛桩上，所述装土箱体外侧面上的第二伺服电机，所述第二伺服电机与所述蝶阀门连接，所述第二伺服电机与所述控制系统连接，所述控制系统根据所述激光探测器件的监测结果调控所述蝶阀门转动至竖直状态以进行落土操作。
24.作为本发明的一种优选方案，所述散料机构包括设置在所述装土箱体上端的漏斗式料盒，所述上料机构将土壤传输至所述漏斗式料盒内，所述漏斗式料盒的长度与所述装土箱体的长度相同，所述漏斗式料盒上端设有直线驱动组件，所述直线驱动组件上安装有多个均匀分布的分支刷杆，所述直线驱动组件带动所述分支刷杆沿着所述漏斗式料盒的轴线往复式移动以进行土壤散料和均料操作。
25.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
26.本发明采用u形的回头育种流程，底层覆土和种子覆土在同一个工位操作，且将底层覆土的土壤量和种子覆土的土壤量调控工作同时完成，当调控底层覆土的土壤量增大时，则种子覆土的土壤量自动降低，底层覆土的土壤量和种子覆土的土壤量呈互补反向调控，因此只要设定其中一次的土壤量，则另一次的土壤量自动限定。且本技术的生产线的各个工位比较紧凑，单个人可以同时监看准备育苗盒、底层覆土、种子覆土、压实和育苗盒转移操作，因此可以节省人工，且方便及时的管理播种操作的流程。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
28.图1为本发明实施例提供的自动化育苗系统的俯视结构示意图；
29.图2为本发明实施例提供的覆土装置的侧视结构示意图；
30.图3为本发明实施例提供的装土箱体的俯视结构示意图；
31.图4为本发明实施例提供的装土箱体的侧剖结构示意图；
32.图5为本发明实施例提供的第二盖板完全展开的侧剖结构示意图；
33.图6为本发明实施例提供的自动化育苗控制方式的结构框图。
34.图中的标号分别表示如下：
35.1-育苗盒输入工位；2-覆土装置；3-底层土出口；4-覆盖土出口；5-播种装置；6-育苗盒集装工位；7-输送机构；8-控制系统；9-孔径调节组件；10-开关调节组件；11-驱动组
件；12-限位卡道；13-双层储存腔体；14-第二刚性片；15-激光探测器件；16-水平杆；
36.101-蝶阀门；102-第二伺服电机；
37.111-第一伺服电机；112-转轴；113-第一刚性片；114-连接孔体；
38.21-上料机构；22-散料机构；23-装土箱体；24-出料机构；
39.221-漏斗式料盒；222-直线驱动组件；223-分支刷杆；
40.231-中岛桩；232-第一开槽线口；233-第二开槽线口；234-第一盖板；235-第二盖板；236-延长杆。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.如图1所示，本发明提供了一种基于plc的党参自动化育苗系统，本实施方式主要为自动化育苗的育种工段，本实施方式的育种操作也包括准备育苗盒、底层覆土、播种、种子覆土、压实和育苗盒转移，但是本实施方式的育种操作并不是线性流程，而是u形的回头流程，底层覆土和种子覆土在同一个工位操作，且将底层覆土的土壤量和种子覆土的土壤量调控工作同时完成，当调控底层覆土的土壤量增大时，则种子覆土的土壤量自动降低，底层覆土的土壤量和种子覆土的土壤量呈互补反向调控，因此只要设定其中一次的土壤量，则另一次的土壤量自动限定。且本技术的生产线的各个工位比较紧凑，单个人可以同时监看准备育苗盒、底层覆土、种子覆土、压实和育苗盒转移操作，因此可以节省人工，且方便及时的管理播种操作的流程。
43.基于plc的党参自动化育苗系统具体包括：育苗盒输入工位1、覆土装置2、播种装置5、育苗盒集装工位6、输送机构7和控制系统8。
44.育苗盒输入工位1用于持续且按照首尾连接的方式提供育苗盒。
45.覆土装置2设有两个落土口，分别为底层土出口3和覆盖土出口4，底层土出口3和覆盖土出口4分别用于为育苗盒提供底层土料以及为已经育种后的育苗盒提供覆盖土料，且底层土出口3和覆盖土出口4对育苗盒的单个盒体的供土量与该盒体的体积相同；
46.播种装置5用于通过滚轴转动落料方式向育苗盒内播种，播种后的育苗盒重新返回至覆土装置2的覆盖土出口4以在播种后的育苗盒的种子上覆盖土料。
47.育苗盒集装工位6用于对种子覆盖土料后的育苗盒压实。
48.输送机构7呈u字型分布，育苗盒输入工位1上提供的育苗盒经过输送机构7依次通过覆土装置2的底层土出口3、播种装置5和覆土装置2的覆盖土出口4返回至育苗盒集装工位6。
49.控制系统8分别与覆土装置2、播种装置5、育苗盒集装工位6和输送机构7连接，控制系统8根据输送机构7对育苗盒的输送位置，依次调控覆土装置2的底层土出口3、播种装置5和覆土装置2的覆盖土出口4工作以对整个育苗盒进行自动化播种操作。
50.假设底层覆土工位与种子覆土工位关于播种装置5对称的情况下，本实施方式的u字形育种生产线的占用长度为现有的线性i字形育种生产线的占用长度的一半，且本实施
方式将生产线缩短，这样一个人工可以实现多工位的操作，提高工作效率，且可以及时发现育种过程中的问题，便于管理育种工作流程。
51.同时，本实施方式的创新点在于通过一个落土量调控机构来实现对底层土出口3和覆盖土出口4的双向同时调控，且底层土出口3和覆盖土出口4的落土量实现互补，以保证总落土量固定且相同，这样，每个育苗盒的育苗情况基本相同，从而方便后期对比育苗结果时，排除育种操作的影响。并且本实施方式通过一个落土量调控机构同时控制对底层土出口3和覆盖土出口4的落土量，可以最大程度的降低底层土出口3和覆盖土出口4的落土量不互补的问题，提高落土量的调控精度，与使用两个落土量调控机构同时控制对底层土出口3和覆盖土出口4的落土量的操作对比，减少由于落土量调控机构的工作精度而影响互补操作的精确度。
52.其中，育苗盒输入工位1的提供方式，以及播种装置5的播种方式，以及育苗盒集装工位6的压实方式均依照现有技术的植物育苗方式即可，播种装置5一般是先将种子落入滚筒表面的凹槽内，滚筒在滚动时将凹槽内的种子播种至育苗盒的单盒内。
53.本实施方式的重点在于，如何利用一个落土量调控机构同时控制对底层土出口3和覆盖土出口4的落土量，因此如图2所示，本实施方式的覆土装置2包括上料机构21、散料机构22、装土箱体23以及出料机构24，上料机构21用于通过螺旋提升上料方式将土壤挤压至散料机构22，散料机构22用于将土壤分切打散，打散后的土壤落入装土箱体23内。
54.出料机构24设置在装土箱体23的下方，出料机构24用于同步控制底层土出口3和覆盖土出口4的孔径，以使得底层土出口3和覆盖土出口4的孔径总和固定不变且底层土出口3和覆盖土出口4的孔径大小互补，第一盖板234或第二盖板235完全将底层土出口3或覆盖土出口4露出时，底层土出口3或覆盖土出口4在单位时间内下落的土壤量与育苗盒每排盒体的土壤需求量相同。
55.上料机构21可以通过螺旋提升的方式上料，土壤被转移到散料机构22后进行分散并均匀下落至装土箱体23，装土箱体23内的土壤分别下落至底层土出口3和覆盖土出口4，带动第一盖板234和第二盖板235沿着同一方向移动时，但是第一盖板234和第二盖板235的遮盖面积变化相反，从而实现利用一个驱动机构带动底层覆土和种子覆土的土壤量变化相反，且土壤量互补。
56.如图2和图3所示，出料机构24包括顺序设置在装土箱体23下端的孔径调节组件9和开关调节组件10，孔径调节组件9用于调控装土箱体23的落土孔径以调整单位落土量，开关调节组件10用于开启或者关闭落土工作。
57.散料机构22包括设置在装土箱体23上端的漏斗式料盒221，上料机构21将土壤传输至漏斗式料盒221内，漏斗式料盒221的长度与装土箱体23的长度相同，漏斗式料盒221上端设有直线驱动组件222，直线驱动组件222上安装有多个均匀分布的分支刷杆223，直线驱动组件222带动分支刷杆223沿着漏斗式料盒221的轴线往复式移动以进行土壤散料和均料操作。
58.分支刷杆223参照现有技术中的刷子，但是为硬质的刷杆，而不是软质的刷毛，因此直线驱动组件222带动分支刷杆223沿着漏斗式料盒221的轴线往复式移动以进行土壤散料和均料操作，避免土壤板结和供图不及时的问题。
59.装土箱体23的下端中心位置设有中岛桩231，中岛桩231用于将装土箱体23的落土
口分为底层土出口3和覆盖土出口4，底层土出口3的一个侧壁在中岛桩231的下方设有第一开槽线口232，覆盖土出口4的另一个侧壁在中岛桩231的下方设有第二开槽线口233，第一开槽线口232所在侧壁与第二开槽线口233所在侧壁为相互平行的对立侧壁，第一开槽线口232和第二开槽线口233相互平行，且第一开槽线口232和第二开槽线口233的高度相同，第一开槽线口232内设有沿着底层土出口3的竖直侧壁和底部移动的第一盖板234，第二开槽线口233内设有沿着覆盖土出口4的竖直侧壁和底部移动的第二盖板235，第一盖板234和第二盖板235的端部通过水平杆16统一连接。
60.覆盖土出口4与底层土出口3的同一竖直侧壁上设有驱动组件11，驱动组件11用于驱动第一盖板234和第二盖板235同向移动。
61.如图4和图5所示，驱动组件11包括设置在覆盖土出口4与底层土出口3的同一竖直侧壁的第一伺服电机111，以及连接在第一伺服电机111输出轴上的转轴112，转轴112上设有多个推拉链片卷，推拉链片卷的开口端与第一盖板234和第二盖板235的端部连接，推拉链片卷收卷或放卷时，第一盖板234和第二盖板235的覆盖面积呈反向变化。
62.第一盖板234沿着底层土出口3的第一开槽线口232移动，从而实现自由的扩大或者减小底层土出口3的落土孔径，第二盖板235沿着覆盖土出口4的第二开槽线口233移动，从而实现自由的扩大或者减小覆盖土出口4的落土孔径。
63.由于第一盖板234和第二盖板235安装在装土箱体23的竖向侧壁的位置相反，因此当第一盖板234或第二盖板235处于完全垂直状态时，对应的第二盖板235或第一盖板234完成处于遮盖出口的状态，因此在本实施方式中，第二盖板235和第一盖板234的状态分为以下几种情况：
64.1、第一盖板234沿着装土箱体23的侧壁呈垂直状态时，此时底层土出口3被完全打开，第二盖板235完全遮盖覆盖土出口4，类似于将一次覆土的育苗盒装满，而不进行二次覆土，将第一盖板234和第二盖板235靠近的端部通过水平杆16统一连接；
65.2、利用第一伺服电机111推动水平杆16移动，此时第一盖板234沿着装土箱体23的底部对应底层土出口3移动，逐渐关闭底层土出口3，而第二盖板235的另一端沿着装土箱体23的侧壁移动，因此逐渐打开覆盖土出口4；
66.3、第二盖板235沿着装土箱体23的侧壁呈垂直状态时，此时覆盖土出口4被完全打开，而第一盖板234完全遮盖底层土出口3，类似于将不再覆土，而二次覆土时将育苗盒装满。
67.当然第一种情况和第二种情况比较极端，本技术利用一个驱动组件11完成对覆盖土出口4与底层土出口3的孔径同时调整工作。
68.根据上述可知，本实施方式推拉链片卷同时具有推动和拉动功能，因此一般的拉绳无法实现此功能，且刚性的钢条之类的无法收卷，为了解决这一问题，所述推拉链片卷包括多个首尾铰接的第一刚性片113，首尾铰接的多个第一刚性片113呈线状，位于两端的其中一个所述第一刚性片113铰接在所述转轴112上，位于两端的另一个所述第一刚性片113铰接在所述第一盖板234和第二盖板235的水平杆16的连接孔体114上。因此本实施方式的推拉链片卷同时具有回拉功能、推动功能以及收卷功能。
69.为了实现第一盖板234和第二盖板235的稳定移动，本实施方式的底层土出口3和覆盖土出口4的两个平行侧壁上分别均设有限位卡道12，限位卡道12与输送机构7送料方向
平行，底层土出口3和覆盖土出口4的两个对立分布的竖向侧壁上设有双层储存腔体13，且双层储存腔体13的厚度与第一盖板234以及第二盖板235的最大高度相同，双层储存腔体13的两个平行侧壁上同样设有限位卡道12，第一盖板234和第二盖板235的两端通过延长杆236沿着限位卡道12稳定移动。
70.第一盖板234和第二盖板235在装土箱体23的侧壁和底面组成的直角面上移动，因此本实施方式的第一盖板234和第二盖板235需要具有一定的变形能力，而传统的布艺的承重能力差，当土壤堆积时，布艺将会往下坠，且阻挡土壤正常的从落土口下落，第一盖板234和第二盖板235均包括多个首尾铰接的第二刚性片14，且第二刚性片14的铰接位置靠近第二刚性片14的上端面，沿着底层土出口3和覆盖土出口4的底部移动且朝向装土箱体23内部的第二刚性片14表面无夹土缝隙，底层土出口3和覆盖土出口4未被第二刚性片14遮盖的孔隙为落土孔。
71.本实施方式的第一盖板234和第二盖板235由铰接的刚性片组成，因此具有一定的承重能力，且铰接位置处于第一盖板234和第二盖板235的上端，因此可避免第二刚性片14表面无夹土缝隙。
72.第一盖板234和第二盖板235的厚度不等，且在底层土出口3和覆盖土出口4的两个对立分布的竖向侧壁内的第一盖板234和第二盖板235的厚度从上到下依次降低，第一盖板234和第二盖板235的侧剖面呈直角三角形状，第一盖板234和第二盖板235上的土壤沿着倾斜的第一盖板234和第二盖板235表面从落土孔内落下。
73.进一步的，为了避免第一盖板234和第二盖板235阻碍土壤下落，造成土壤堆积的情况，将第一盖板234和第二盖板235的表面设计为倾斜表面，土壤在倾斜的第一盖板234和第二盖板235表面更容易下落排出。
74.如图6所示，第一盖板234和第二盖板235先靠近育苗盒的侧壁上设有激光探测器件15，激光探测器件15与控制系统8连接，控制系统8根据激光探测器件15的监测结果调控开关调节组件10开启或者关闭落土工作。
75.开关调节组件10包括分别设置在底层土出口3和覆盖土出口4内部的蝶阀门101，两个蝶阀门101的一端均安装在中岛桩231上，装土箱体23外侧面上的第二伺服电机102，第二伺服电机102与蝶阀门101连接，第二伺服电机102与控制系统8连接，控制系统8根据激光探测器件15的监测结果调控蝶阀门101转动至竖直状态以进行落土操作。
76.第一盖板234和第二盖板235作为第一层的开关门，用于调控单位落土量，而开关调节组件10作为第二层的开关门，用于具体的限定落土操作，当蝶阀门101呈水平状态时，则意味着不落土，当蝶阀门101调控至垂直状态时，则意味着进行落土操作。
77.本实施方式的育种操作也包括准备育苗盒、底层覆土、播种、种子覆土、压实和育苗盒转移，但是本实施方式的育种操作并不是线性流程，而是u形的回头流程，底层覆土和种子覆土在同一个工位操作，且将底层覆土的土壤量和种子覆土的土壤量调控工作同时完成，当调控底层覆土的土壤量增大时，则种子覆土的土壤量自动降低，底层覆土的土壤量和种子覆土的土壤量呈互补反向调控，因此只要设定其中一次的土壤量，则另一次的土壤量自动限定。且本技术的生产线的各个工位比较紧凑，单个人可以同时监看准备育苗盒、底层覆土、种子覆土、压实和育苗盒转移操作，因此可以节省人工，且方便及时的管理播种操作的流程。
78.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。