基于PLC控制的茶葉自動化理條機組研究

劉　青（江蘇省常州技師學院，江蘇常州213032）

?

基于PLC控制的茶葉自動化理條機組研究

劉青
（江蘇省常州技師學院，江蘇常州213032）

摘要：茶葉理條機是茶葉制作加工中的重要設備之一，茶葉理條質量的好壞直接決定著茶葉加工之后的品質高低，因此，面對傳統(tǒng)理條加工工藝的弊端，應用自動化理條機具有非常重要的現實意義。本文從茶葉機械制作的發(fā)展現狀入手，利用三菱PLC控制技術對茶葉自動化理條機組的加工過程進行分析，設計了機組的總體方案和控制系統(tǒng)的軟硬件，不斷提高茶葉理條機的自動化水平，進而便于用戶操作，減輕勞動人員的工作強度，提高理條效率，改善茶葉的品質。

關鍵詞：茶葉；自動化理條；PLC控制；機組

1　前　言

從整體上來說，我國目前的茶葉加工技術還處于半手工、半機械化的水平，尤其是在茶葉理條過程中，雖然大多數茶農已經運用理條機進行加工操作，但理條機的工作還離不開工人的操作，仍需要大量的人力，此外，在人工操作中，由于操作人員與茶葉頻繁的進行接觸，從而導致茶葉容易被細菌污染，降低了茶葉的品質。鑒于此，結合我國茶葉理條的實際狀況，實現茶葉加工全生命周期的清潔化、自動化和智能化，是當前茶葉加工制作所面臨的重要問題，也引起了所有茶人的廣泛關注。當前，茶葉理條作為茶葉加工過程中的關鍵環(huán)節(jié)，理條工藝的優(yōu)劣直接關系到茶葉的后續(xù)加工過程。本文通過對茶葉理條機組的自動化技術與設備進行分析，并運用先進的三菱PLC控制技術來實現茶葉理條加工的機械化運作，進而不斷提高茶葉理條技工的自動化水平，為茶葉實現自動化的生產奠定堅實的技術基礎。

2　茶葉機械制作的發(fā)展現狀分析

2.1我國茶葉加工技術的發(fā)展現狀

當前世界上大約有50多個國家進行茶葉種植和生產，而有160多個國家保持著飲茶的習俗。據史料記載，茶葉原產于中國，并從我國向世界傳播。[1]一般來說，茶葉的加工過程就是將鮮葉中的水分進行逐步蒸發(fā)而形成干茶過程。茶葉的加工原料為鮮葉，如果不能夠及時進行加工處理，其品質就會降低，從而失去原有的應用價值。隨著科學技術的發(fā)展，我國的茶葉加工逐步朝著機械化的方向發(fā)展，并相繼研制成功了各種制茶設備。但與其他國家相比，我國的茶葉加工標準還存在著不足之處，還遠遠達不到清潔化、自動化的水準。食品工業(yè)的生產技術發(fā)展要經歷機械化、初級自動化、自動化控制、數據化和無人化五個階段，有些國家的茶葉生產已經進入了第四階段，而我國的制茶企業(yè)大多數還處于第一階段，個別進入到了第二階段，所以需要改變傳統(tǒng)的手工加機械單機作業(yè)的情況，實現從鮮葉到干茶的全自動生產。[1]

2.2理條機在茶葉制造中的應用現狀

現階段，茶葉的制作過程要經過殺青、揉捻、理條、做形以及干燥等多個環(huán)節(jié)，其中，理條工藝主要針對條形綠茶而言，主要是為了達到塑性、失水和提香的目的，因而是制作工藝中的重要環(huán)節(jié)。[3]經過多年的實踐研究，我國的茶葉理條機有了很大的進步，但也存在著一些亟待解決的問題：一是傳統(tǒng)理條機的能耗比較高、熱效率也很低，因而造成了大量的能源浪費；二是傳統(tǒng)理條機存在著加熱裝置不合理的問題，導致了茶葉加熱溫度之間不均勻，進而使得茶葉的品質高低不同；三是在理條機運作過程中會產生大量的灰塵和噪音，從而對操作人員以及使用人員的身體健康造成損害。鑒于此，實現茶葉理條機的自動化生產對于促進茶葉加工行業(yè)的發(fā)展意義非常重大。[2]

3　基于PLC控制的茶葉自動化理條機組研究

理條過程是茶葉制作加工中必不可少的工序，在茶葉的初制加工中占據著非常重要的地位。理條機的發(fā)明來源于安徽宣城的一個木匠，主要是用來代替手工操作。一般來說，在茶葉理條機運轉過程中，電動機帶動著理條槽鍋進行反復的直線運動，進而使鍋內的茶葉進行翻轉、摩擦，最終達到理直茶條的目的。而傳統(tǒng)的茶葉理條機械結構非常單一、質量粗糙，并不符合茶葉加工連續(xù)化和清潔化的要求，因此，提高茶葉理條加工的自動化水平非常重要。茶葉理條加工的自動化化水平決定著保證茶葉生產過程的清潔化程度，也是名優(yōu)茶加工的關鍵步驟。鑒于此，本文對茶葉自動理條機的控制系統(tǒng)進行了研究，從而達到了對理條各個工序進行控制的目的。

3.1總體方案設計

3.1.1設備組成

在整個茶葉理條機組中，主要是運用提升機、振動輸送槽以及上下工序將兩臺或兩臺以上的茶葉理條機進行相連而成，其具體結構如圖1所示。此外，將茶葉料倉布置在茶葉理條機組的上方，并設置行走軌道，這樣茶葉料倉便能夠及時到達每臺茶葉理條機組的下方進行下料工作。一般來說，茶葉料倉的設計寬度應與理料機的寬度保持一致，上設茶葉稱量系統(tǒng)，中間為均料系統(tǒng)，下方布置擋料板，當處于下料位置時，便能夠通過重力作用自動打開。與此同時，利用PLC控制系統(tǒng)對整個理條機組進行協(xié)同聯(lián)動控制，并在每臺理條機上設置獨立的PLC控制程序，從而在不受其他理條機影響的情況下進行獨立操作。

圖1　茶葉自動化理條機組結構圖

3.1.2控制系統(tǒng)的組成

控制系統(tǒng)主要以PLC控制技術作為控制中樞，并包含傳感采集系統(tǒng)、控制和界面系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)。在開啟茶葉自動化理條機組之后，茶葉上料，這時，料倉提升機將茶葉運輸到料斗中，并利用均勻器進行均勻散布，等到茶葉原料的重量達到設定數值后，提升機便停止供料工作。之后，料倉再次進行移動，到達需要投料的地方，自動開啟擋料板，將其放置在理條機槽內進行理條過程，并設定炒茶時間。待完成炒茶工作后，在氣缸的帶動下，理條機內的料槽進行翻動，進而使茶葉倒入振動輸送槽中，將其運往下一道工序，周而復始，整個茶葉加工系統(tǒng)便完成了自動化聯(lián)動過程。其具體過程如圖2所示。

圖2　茶葉自動化理條機組工作流程

3.2控制系統(tǒng)的軟硬件設計

3.2.1硬件設計

依據自動化茶葉理條機組的控制要求，本系統(tǒng)選擇了三菱PLC控制技術，其具有編程簡單、運算速度高以及靈活的特點。此外，為了完成茶葉理條工藝流程，控制系統(tǒng)的硬件選用繼電器、傳感器、接近開關、變頻器以及觸摸屏作為手腳進行協(xié)同配合，茶葉自動化理條機組系統(tǒng)因硬件組成圖如下：

圖3　茶葉自動化理條機組系統(tǒng)因硬件組成圖

3.2.2軟件設計

根據茶葉自動化理條機組的應用原理，在三菱PLC控制軟件對茶葉定量、變頻、溫度以及觸摸屏四個部分進行控制。首先，在控制茶葉重量的過程中，運用觸摸屏來進行重量的參數設定。在這個過程中，稱量一定重量的茶葉，并手動控制將其放入小車內，之后運用PLC系統(tǒng)對重量進行讀取并保存，在小車向左和向右運動后，重復上述動作。此后，PLC系統(tǒng)將小車運行中的實時重量與設定值進行比較，如果實際值大于或等于設定值時，系統(tǒng)便停止供料，而這個時候得到的茶葉重量與設定值保持相同。其次，在控制理條速度的過程中，應采用變頻控制方式來達到節(jié)約能源的目的。傳統(tǒng)的理條設備大多采用固定頻率，這樣使得茶葉的理條過程保持千篇一律，并不能根據用戶的實際需求進行調整，也常常造成大量能源的浪費。鑒于此，本系統(tǒng)設定多頻率切換功能，將注入茶葉、理條過程設定為多個頻率，從而便于用戶進行自由選擇。此外，當不需要進行某個步驟的時候，將其時間設置為0秒，這樣電機便自動跳過，節(jié)省了大量的能源。再者，控制理條溫度。一般來說，在茶葉理條機械運動的最初，要根據用戶的茶葉種類選定合適的理條溫度，在觸摸屏中進行輸入，一段時間后，溫度達到設定值，便能夠將反饋信號傳輸到PLC控制系統(tǒng)，并在觸摸屏中顯示，使用者便可以進行停止操作。之后，當溫度逐漸降低，電加熱管便啟動加熱模式，確保理條溫度保持設定值狀態(tài)。最后，在設計觸摸屏的過程中，根據實際用戶的需求，完成理條機自動和手動兩種功能的顯示，這樣用戶就可以有效的控制整個機組的運行。此外，無論是茶葉的重量參數設定，還是理條溫度、頻率和時間控制，都需要依據觸摸屏界面進行顯示，實現人機對話，便于操作人員進行直觀監(jiān)測，也能夠使普通的茶農進行機組控制。

4　結束語

基于PLC控制的茶葉自動化理條機組，實現了對理條溫度、頻率以及重量等參數的設定和采集，達到了理條設備自動運行的功能，不斷提高了茶葉理條設備的自動化水平，方便了茶農的實際操作，在促進茶葉加工的全過程自動化發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。此外，為了進一步提高茶葉理條的效率，改善茶農的經濟效益，降低理條機組對工作人員的勞動強度與健康影響，還需要不斷優(yōu)化理條機組加工工藝和參數設置，實現理條機組的全程自動化。

參考文獻

[1]任桂英，唐興隆.基于PLC控制的茶葉自動化理條機組研究[J].南方農業(yè)，2014，10（16）：48-50.

[2]尹凌鵬.基于PLC的茶葉定量理條一體機自動化控制系統(tǒng)研制[J].裝備制造技術，2013，12（07）：121-123.

作者簡介：劉青（1969-），男，安徽安慶人，本科，副教授，研究方向：電氣自動化控制。