一種遠紅外殺青的控制方式

馬艷明 陳 瑛

（柳州市計算機技術研究所，廣西 柳州 545001）

一種遠紅外殺青的控制方式

馬艷明 陳 瑛

（柳州市計算機技術研究所，廣西 柳州 545001）

介紹了一種采用遠紅外光波作為茶葉連續殺青熱源的控制方式。以PLC為控制核心，觸摸屏為人家溝通界面，融合脈沖寬度調制控制技術、PID溫度控制技術、變頻調速技術，實現茶葉殺青工藝過程自動化、控制精準化，達到高效殺青的目的。該技術成果已在茶葉生產企業推廣應用。

遠紅外連續殺青；脈沖寬度調制技術；PID溫度控制

殺青是制備綠茶的第一道工序，其目的是通過高溫破壞和鈍化鮮葉中的氧化酶活性，抑制鮮葉中的茶多酚等的酶促氧化，蒸發鮮葉中部分水分，使茶葉變軟，以便于下一步加工。同時，通過殺青使茶葉散發出清香氣味，以促進良好香氣的形成[1]。傳統的滾筒殺青機或振槽殺青機，受限于自身熱源功率大小的因數，為了保持較高殺青的溫度，在殺青的過程中，茶葉均需在滾筒或振槽內停留較長的時間，因此影響了殺青的效率，傳統的殺青控制方式，大多采用模糊 PID控制方式[2]，在該方式的控制下，殺青溫度上下波動極大，達± 25℃，這遠遠達不到精確控制殺青溫度的目的，也使得茶葉的生產過程不能達到一致性。

本文主要針對現有的殺青方式與設備中存在的缺陷，研究一種茶葉遠紅外連續殺青方式及其裝置。通過將兩組的遠紅外殺青機組和茶葉自動上料機交替排列結合，利用遠紅外線進行自動殺青，并使得茶葉經過遠紅外殺青機殺青后能夠進行冷卻回潮，從而實現對茶葉高效殺青的目的。

1 技術方案

1.1 遠紅外加熱

本文介紹的遠紅外連續殺青裝置采用遠紅外石英電熱管作為主要熱源，遠紅外石英電熱管是在石英玻璃管內穿發熱電阻絲通電加熱，熱射線主要是可見光、紅外線和遠紅外線，強調的是遠紅外線；紅外輻射分為 0.76～4微米的近紅外線與 4～1000微米的遠紅外線，遠紅外加熱技術具有高效、優質、低耗等特點[3]。本文所介紹的遠紅外殺青機以5.6微米至15微米的遠紅紫外線為主要能源。

1.2 結構組成

遠紅外連續殺青機裝置由兩臺遠紅外殺青機與兩臺自動送料機交替排列組成。遠紅外連續殺青裝置示意圖如圖 1所示。

圖1 遠紅外連續殺青裝置

其中，A為茶葉自動上料機，B為遠紅外茶葉殺青機，茶葉自動上料機與遠紅外茶葉殺青機串聯排列組合，構成本文所研究的遠紅外連續殺青裝置。裝置供電為三相交流供電方式，整機功率為80.5KW，其中遠紅外加熱源功率為76KW。

1.3 控制原理及特點

茶葉自動上料機主要由傳輸皮帶、傳輸電機及物料限位器組成，由于物料限位器的作用，使得茶葉自動上料機輸送的茶葉重量僅由皮帶的傳輸速率決定。采用變頻控制技術，于上位機觸摸屏系統中對相應參數進行設置，再經由 RS485通訊方式控制上料機變頻器的頻率輸出，進而控制茶葉自動上料機皮帶的傳輸速率，實現茶葉輸送進給量數字化目的。

遠紅外茶葉殺青機主要由振動槽系統及遠紅外光波加熱系統構成，遠紅外殺青機控制原理如圖2所示。

圖2 遠紅外殺青機控制原理

振動槽振動頻率的快慢，為鮮葉在遠紅外殺青機內殺青時間長短的決定性因素；遠紅外光波加熱功率的大小，為鮮葉在遠紅外殺青機內殺青溫度高低的決定性因素。采用變頻控制技術，可實現振動槽振動速率數字化控制的目標；同時采用 PID溫控技術與脈沖寬度調制技術，通過對殺青溫度預設值與遠紅外殺青機實際溫度值進行PID運算后，PID調制器輸出 4～20mA直流電流信號至脈沖寬度調制器，脈沖寬度調制器根據輸入 4～20mA直流電流信號的大小，將輸出加載于遠紅外光波發生器的交流電壓控制在 0～220V范圍，其中當輸入直流電流為4mA時，輸出交流電壓為0V，當輸入直流電流為20mA時，輸出交流電壓為220V，輸入直流電流與輸出交流電壓關系成線性關系。經由 PLC（可編程邏輯控制器）對PID調制器、脈沖寬度調制器與變頻器的聯合控制后，遠紅外殺青機在鮮葉殺青過程中的溫度控制精度可達到±2%。

1.4 試驗方法

以同一茶樹品種、同一嫩度標準的鮮葉為試驗原料，采用相同的攤放方式、時間，隨后攤放葉按不同殺青溫度工藝分別進行殺青作業，操作方法如下：

對遠紅外殺青機組進行上電操作，將茶葉自動上料機控制頻率設置為45HZ，該頻率下茶葉的輸送量為每小時130千克，將遠紅外殺青機溫度設定值設置為200℃至230℃之間，遠紅外殺青機振動槽振動頻率打到自動控制模式，該模式下振動槽振動頻率由PLC根據PID控制器的反饋值，自動控制在38至50HZ間。將攤青后的鮮葉（實驗批次水分抽樣檢測為71.83%）放置于茶葉自動上料機中，即可對鮮葉進行自動殺青操作。

2 實驗數據與分析

2.1 數據結果比對

殺青結束后，對控制箱內電能表的數據進行統計，計算得出設備總耗電能在72～79KW/h間（耗能與殺青溫度預設值成正比關系）；對殺青后的茶葉進行抽樣水分檢驗測試，水分測試儀器為MS-100型鹵素水分測定儀，水分檢測率為0.01%。不同殺青溫度下殺青后茶葉水分含量如表1所示。

表1 不同殺青溫度下殺青后茶葉水分含量

對測試過程中電能耗費情況進行計算，可以得出每對 1千克鮮葉進行殺青操作，耗費的電能為0.55～0.61KW/h，按每千瓦時電能費用為0.6元計算，得出殺青的成本為0.33～0.36元/千克，略低于煤炭殺青成本（0.38元/千克[4]）。通過對表1數據值進行計算，可得出殺青后茶葉的失重比，如表2所示。

表2 殺青后茶葉失重比

由表 2得知，按遠紅外連續殺青控制方式進行的鮮葉殺青后，鮮葉失重比在32.27%至37.61%之間，與綠茶殺青技術要求（鮮葉殺青失重30%～40%[5]）相符。

2.2 同傳統殺青方式比較

以目前生產商常用的電機熱滾筒殺青、燃煤式高溫熱風殺青等間接熱能傳遞方式作為對比[6]，本文所研究的方法采用的遠紅外光波加熱方式，熱能直接輻射在鮮葉之上，熱效率具有很大提升；傳統的茶葉殺青大都采用模糊溫度控制方式，殺青過程中溫度的控制誤差為±25℃，本文研究的方法采用先進的 PID溫度控制技術及脈沖寬度調制技術，使茶葉在殺青過程中溫度的控制精度達到±2%，為提高茶葉的加工品質提供了技術保證；在實施本文研究的方法殺青過程中，未產生任何污染物及排放污染氣體，具有很高的生態效益。

3 結論

采用遠紅外連續殺青控制方式對鮮葉進行殺青操作，可使鮮葉殺青過程中溫度控制精度達到±2%，鮮葉經過該方式殺青后，失重比在32.27%至37.61%之間，能耗成本為每千克鮮葉0.33～0.36元。該方式采用自動控制管理系統，大大減輕了殺青過程中的勞動強度，節省了鮮葉殺青的能耗成本，對提升茶葉加工品質具有顯著效果。目前，該殺青方式已在融水苗族自治縣水融香茶業有限公司投入使用。

[1] 王鐘音.茶葉殺青機理論初探[J].茶葉,1999,25(3):154-158.

[2] 林乾良.陳小藝.中國茶療[M].北京:中國農業出版社,1998.

[3] 熊有正.磁·遠紅外·負離子與健康[M].東華大學出版社,2004.

[4] 袁海波,許勇泉.綠茶電磁內熱滾筒殺青工藝優化[J].農業工程學報,2013,29(1):250-251.

[5] 朱德文,丘捧翔,袁第順.不同殺青方法第綠茶品質的影響[J].農業工程學報,2009,25(8):275-278.

[6] 孫少華,張文斌.茶葉殺青設備比較研究[J].中國農機化,2010,(3):47-50.

A far-infrared fixing control mode

Describes a use of far infrared light waves as a source of tea fixing continuous control. PLC as the control core, touch screen interface for people to communicate, the fusion pulse width modulation control technology, PID temperature control technology, frequency conversion technology, tea fixing process automation, control precision of, to achieve efficient fixing purposes. The technological achievements have been in the tea production enterprise application.

Far-infrared continuous fixing; pulse width modulation technique; PID temperature control

TS2

A

1008-1151(2015)02-0076-02

2015-01-13

廣西科學研究與技術開發計劃項目（桂科攻1222011-3A）。

馬艷明，柳州市計算機技術研究所工程師，研究方向為自動化控制應用；陳瑛，柳州市計算機技術研究所工程師，研究方向為科技項目管理。