可編程控制技術在普洱茶渥堆生產自動化中的應用

聞　娜，劉成偉，王　濤（河北機電職業技術學院電氣工程系，河北邢臺054000）

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可編程控制技術在普洱茶渥堆生產自動化中的應用

聞娜，劉成偉，王濤
（河北機電職業技術學院電氣工程系，河北邢臺054000）

摘要：本設計旨在建立一種基于PLC技術的自動化普洱茶渥堆生產裝置，該裝置共分為三個個功能模塊：電路模塊、數據處理模塊、附件模塊。電路模塊的電源對待測普洱茶樣品進行有效照射，光纖探頭將透過普洱茶樣品的發酵信息進行聚集，然后通過光纖傳遞給光纖探頭將透過普洱茶樣品的發酵信息進行收集，并通過光纖傳遞給數據處理模塊的發酵儀。發酵儀準確、有效、實時的獲取通過光纖傳遞過來的普洱茶樣品發酵信息，將其轉換成數字信號，送入微處理器進行處理、計算和分析，從而完成對待測普洱茶樣品發酵程度的預測，并在觸摸顯示屏上進行結果顯示，實現普洱茶渥堆的生產。

關鍵詞：PLC；普洱茶渥堆；生產自動化

聞娜（1981-），女，大學本科，講師，研究方向：自動控制。

劉成偉（1981-），男，滿族，大學本科，講師，研究方向：電氣自動化。

王濤（1981-），男，大學本科，講師，研究方向：建筑電氣。

普洱茶因其特殊的品質和功效，近幾年普洱茶的消費群體不斷增加，同時也增加了消費者對普洱茶質量的要求。隨著計算機應用技術及網絡的迅速發展，企業在管理及生產過程中更需要有信息化的管理來提高企業整體的經濟效益。PLC技術簡單來說就是將一切生產、經營業務進行數字化管理，利用現代化科技手段將生產模塊的發展信息更新，從而為人們提供最新的信息，使人們充分的了解企業發展的動態業務，從而為企業做出科學的生產流水提供依據，合理的配置有限的資源。普洱企業實現自動化生產的過程是比較復雜的，要將計算機應用技術和網絡技術有機的結合，才能有效的提高自動化生產效率和水平，從而提高茶葉企業的經濟效益和競爭力。

1　普洱茶渥堆生產中自動化技術及研究現狀

渥堆生產技術是指利用渥堆生產設備記錄物體輻射或反射的渥堆能量分布狀態，并將其轉換成平面可見圖像（即茶發酵圖）的技術。茶發酵圖可反映物體表面的溫度場信息，普洱茶渥堆生產就是建立在溫度場基礎上的一種生產方法，根據缺陷位置溫度場的變化，可方便獲得物體表面的缺陷信息。與傳統無損生產方法相比，它具有非接觸生產、響應速度快、生產面積廣、直觀、實時等特點。根據是否需要外部熱源渥堆生產，渥堆生產技術可分為無源普洱茶渥堆生產（被動式渥堆生產）和有源普洱茶渥堆生產（自動化渥堆生產）兩大類。任何物質在絕對零度（-273℃）以上都不斷地向周圍發射載有物體特征信息的渥堆輻射，被動式渥堆生產技術通過對被測件發射的渥堆輻射進行分析，實現被測件狀態特征的智能判斷。自動化普洱茶渥堆生產基于熱傳導理論，它利用外部熱渥堆生產作用在物體上引起的溫度場的變化，采用熱像儀記錄茶發酵圖，并對其進行溫度分析和圖像處理，由此達到生產目的。當物體處于熱平衡狀態時或物體與外界溫度相差不大的情況下，渥堆熱像儀很難獲得物體表面的溫度場信息，這種情況下應選用自動化普洱茶渥堆生產方法，利用外界渥堆生產對物體進行加熱，使物體有缺陷區域與無缺陷區域有足夠的溫差。由于被動式普洱茶渥堆生產的這種局限性，使得自動化渥堆生產發展迅速，各種各樣的主動熱渥堆生產方式也隨之出現。普洱茶渥堆生產熱渥堆生產方式包括光熱渥堆生產（閃光燈、激光）、聲振渥堆生產（超聲波、機械振動）、電磁渥堆生產。

1.1閃光燈渥堆生產是利用大功率閃光燈發射出的熱能對試件進行加熱

然而，閃光燈所產生的溫度場呈球面輻射狀，均勻性較差，而渥堆生產源的均勻性則是光熱輻射普洱茶渥堆生產中必須重點考慮的因素之一。為此，楊小林對影響光熱輻射均勻性的因素進行了分析，通過研究閃光燈的個數和排布，一定程度上改善了渥堆生產源加熱的均勻性，然而這種光源分布不均的問題，仍會影響普洱茶渥堆生產的生產效果，而且這種光源優化的方法過于復雜，不利于現場操作。

1.2激光渥堆生產是利用激光器發射出的激光對試件局部進行熱渥堆生產

激光具有方向性強、能量集中的特點，這同樣也會導致加熱不均勻的問題。G.N.Kervalishvili利用Nd:YAG激光器對試件裂紋局部進行熱渥堆生產，研究其激光渥堆生產的熱傳導模型。研究結果表明激光光斑與裂紋的距離對試件表面的熱分布有較大的影響。在對試件進行激光渥堆生產時，由于激光的方向性強、能量集中，將導致加熱不均勻，這將會影響普洱茶渥堆生產效果。

1.3超聲普洱茶渥堆生產則是利用超聲波渥堆生產試件，試件內部吸收耦合超聲能量產生熱

徐維超驗證了超聲渥堆生產技術的生產能力，文中提到試件與探頭之間的壓力對于超聲渥堆生產結果有一定的影響。超聲生產時，耦合劑是必須使用的，且試件表面需處理得光滑平整，這在一定程度上限制了超聲渥堆生產的運用場合。另外，超聲生產時渥堆生產源必須與物體直接接觸，且兩者之間的耦合程度對生產結果影響較大，這大大縮小了超聲普洱茶渥堆生產的生產范圍。另外，生產時需要校準渥堆生產裝置，這增加了現場生產的工作量。

1.4振動渥堆生產是利用特定的振動渥堆生產源促使物體內部產生機械振動

由于熱彈效應和滯后效應，彈性波的傳播使缺陷部位因聲能衰減而產生熱，最終引起物體局部溫度升高。楊小林利用振動普洱茶渥堆生產法對飛機疲勞裂紋自然損傷件的微裂紋進行生產，結果表明，該技術能很好地應用在金屬的裂紋生產領域。但文章在設計生產系統的時候，提到要將振動渥堆生產源與試件緊密接觸，顯然，這一要求使得振動渥堆生產很難在現場生產中得以進一步推廣。

2　PLC在普洱茶渥堆生產自動化系統中的設計與實現

2.1電源選型

電源的選擇對于自動化普洱茶渥堆PLC生產裝置至關重要，直接影響著裝置的生產精度和穩定性。電源在包含普洱茶樣品特征峰的波長區必須要有足夠的發光強度及穩定性，電源的發光強度及穩定性也直接影響著生產裝置的信噪比；電源的發光波長范圍決定著生產裝置的生產波長范圍，近渥堆生產儀器中常采用鹵素燈或鎢燈作為電源，它們的發酵范圍能夠覆蓋整個PLC區域，具有發光強度高，性能穩定性好，以及壽命長等優點。

本裝置中發酵儀的PLC區域為300-1000nm，普洱茶樣品在其中的500-1000nm區域內具有明顯的特征峰。歐司朗公司生產的HALOSPOT-111系列鹵素燈發酵覆蓋范圍為350-1700nm，并且在500-1000nm的發酵區域內，具有足夠的發光強度和較高的穩定性，完全可以滿足生產要求。所以，在本裝置設計中選擇歐司朗公司生產的HALOSPOT-111系列鹵素燈作為電源。

2.2電路布置

電路布置是根據生產方式確定的。本裝置采用透射方式對普洱茶進行發酵程度生產，所以裝置的電路布置是根據透射方式進行設計的。電源采用兩盞歐司朗鹵素燈（12V，100W，型號：41850sp）兩邊對稱布置方式。鹵素燈燈杯兩端對稱鉆有兩個直徑為3mm孔，并且在燈支架上鉆有寬度為3mm的滑槽，鹵素燈通過直徑為3mm的螺栓固定在燈支架上。燈支架通過螺栓固定在底板的滑槽上，而底板通過螺栓固定在儀器的箱壁上。

在這種結構設計下，可以通過調節電源的照射角度，或是改變電源在燈支架滑槽中的位置，從而調節光照高度，達到生產不同種類普洱茶和不同大小普洱茶的目的。同時對于有核普洱茶，也可通過調整角度和距離避免果核對生產結果的影響。通過改變燈支架在底板滑槽中的位置，可以改變電源照在普洱茶上強度的大小，從而可以生產不同果皮厚度及不同大小的普洱茶。被生產普洱茶放置在橡膠材質的普洱茶托盤上面，這樣既可以起到固定普洱茶的作用，又可以提高密封性能，減小沿普洱茶表面產生的衍射光對生產結果的影響。光纖前段加裝光纖探頭（74-UV，Ocean Optical Co.，Ltd.），以增強收集到的透過普洱茶樣品的發酵信息，然后發酵信息經光纖傳遞給光纖發酵儀（USB4000或USB2000＋，OceanOptical Co.，Ltd.），完成發酵信息向數字信息的轉化，并輸送給微處理器進行數據的處理。至此，就完成了采集普洱茶發酵信息的電路模塊的設計。

2.3數據處理模塊

該部分主要包括微處理器、軟件系統和觸摸顯示屏組成。微處理器采用的是華碩公司生產的，型號為PCM-9361的電腦主板。它具有體積小，低功耗，處理數據能力相對較快，符合裝置要求。軟件系統采用發酵儀自帶的發酵采集軟件SpectraSuite，其主要作用是將微型光纖發酵儀傳遞過來的關于樣品的發酵信息，轉換成方便數據處理的文檔格式，同時在觸摸顯示屏上進行發酵的顯示。可根據不同實驗的需要，在軟件上對發酵儀進行相關參數設置，包括積分時間設置、平滑度設置和平均次數設置等。此外，軟件系統還具有數據存儲、觸發方式選擇及數據打印等基本功能。觸摸顯示屏的作用是對裝置的軟件進行操作，以及對被測樣品的發酵信息及生產結果進行顯示。

2.4附件模塊

為提高普洱茶渥堆的生產精度和穩定性，裝置的供電電源采用性能較好的12V鋰電池給電源和微處理器供電。此外，附件部分還包括儀器箱體、起支撐作用的底板和微處理器支架以及起固定作用的螺栓、螺母等，其中箱體設計要做到結構緊湊和外形美觀等要求。

3　結　語

現階段，在生產自動化設備的控制系統設計過程中，對生產自動化設備的運行效率造成了負面影響，為了滿足市場對電氣工程智能化的巨大需求，本文針對普洱茶渥堆發酵生產當中存在的問題，設計了自動生產與控制系統，該系統利用PLC及各種生產與控制設備為下位機，以PC機和WINCC為上位機，對普洱茶發酵過程中的溫度、濕度、pH值等相關數據進行實時采集與存儲。

參考文獻

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