基于單片機(jī)的PLC實(shí)時控制系統(tǒng)下茶葉烘烤機(jī)的設(shè)計(jì)

朱名強(qiáng)

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西崇左 532200）

為了保證茶葉良好的品質(zhì)與產(chǎn)量，一般是通過烘烤的方式實(shí)現(xiàn)。尤其是高山茶，具有滋味苦澀的特性。然而，通過烘烤的方式能夠?qū)Ⅴr嫩的綠茶制作成品質(zhì)優(yōu)越的黃茶、紅茶，不僅促進(jìn)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還為優(yōu)質(zhì)茶葉產(chǎn)品的制作提供了方法。但是，隨著人們對茶葉的了解越來越科學(xué)化，對品茶、飲茶的境界越來越高，對茶葉的品質(zhì)要求有著更高的標(biāo)準(zhǔn)。而茶葉的烘烤加工工藝是關(guān)系到茶葉品質(zhì)最重要的一個環(huán)節(jié)。因此，研究和開發(fā)全自動化、智能化烘烤機(jī)有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 茶葉生產(chǎn)與實(shí)踐

茶葉的生產(chǎn)過程繁雜，每個加工環(huán)節(jié)對于茶葉品質(zhì)的優(yōu)劣，都有非常重要的影響。為了不斷提高茶葉的加工效率，茶葉加工的技術(shù)由傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)，轉(zhuǎn)變成了機(jī)械化生產(chǎn)。

1.1 茶葉的手工生產(chǎn)

傳統(tǒng)的茶葉加工方式，一般是以手工加工生產(chǎn)方式為主。加工師傅通過自身的加工手法與經(jīng)驗(yàn)，對茶葉進(jìn)行炒茶、烤茶。茶葉的整個生產(chǎn)過程，對茶葉師傅的自身經(jīng)驗(yàn)有著很高的要求。所以，通過手工制作出來的茶葉品質(zhì)參差不齊，而且生產(chǎn)效率非常低，以至于傳統(tǒng)的茶葉加工方法，并沒有使得茶葉產(chǎn)量滿足消費(fèi)大眾的需求。例如，在茶葉的殺青階段需要進(jìn)行大火烘烤，如果炒茶的速度過慢，很容易導(dǎo)致茶葉青黃不勻。因?yàn)椴枞~數(shù)量較多時，茶葉堆積較厚，不同高度茶葉的實(shí)際溫度也有差別。所以，茶葉的手工生產(chǎn)過程中，往往會存在不盡人意的地方，尤其是在溫度的掌握上。

1.2 茶葉的機(jī)械生產(chǎn)

為改善手工加工茶葉的弊端，機(jī)械化加工茶葉的工藝備受茶葉廠商的青睞。因?yàn)橥ㄟ^機(jī)械化加工茶葉，不僅在數(shù)量上能夠保證茶葉產(chǎn)品滿足市場需求，在品質(zhì)上也能夠批次化穩(wěn)定生產(chǎn)，降低了同一批次茶葉加工后的品質(zhì)差距，這對茶葉產(chǎn)品出口與加工，有著非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。但是，機(jī)械化加工茶葉也同樣存在著許多弊端。例如，毛尖茶的加工過程中需要?dú)⑶?、燜黃、炒干三個過程，在生產(chǎn)速度上，機(jī)械加工比手工加工快將近10倍，但是茶葉的加工過程卻缺少了燜黃工藝，造成茶葉直接從殺青跳躍到炒干步驟，導(dǎo)致茶葉中的茶多酚、氨基酸等含量較低，沒有達(dá)到手工加工的水平，這是機(jī)械加工需要重視的環(huán)節(jié)。

1.3 茶葉的烘焙與貯存

茶葉加工往往需要進(jìn)行烘焙與貯存。烘焙是為了使茶葉中的化學(xué)成分，變得更加均衡，茶葉得到進(jìn)一步氧化，同時起到高溫殺菌，并降低農(nóng)藥殘留的作用。在經(jīng)過烘焙之后，茶葉中的水分會降低很多，在后續(xù)的貯存中也能夠延長質(zhì)保期。而茶葉的烘焙過程，需要進(jìn)行火候與時間的掌控。因此，這兩個因素直接影響了茶葉的色、香、味水平。例如，綠茶葉在烘焙72小時，要比烘焙24小時顏色更加發(fā)亮，其中的原因是氨基酸、多酚等其他化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化得更加徹底，茶葉的品質(zhì)上也變得更加好。

2 茶葉的機(jī)械化生產(chǎn)的控制系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)水平與數(shù)字化水平的提高，茶葉機(jī)械化生產(chǎn)的過程控制將變得越來越智能化，尤其是茶葉烘烤機(jī)控制系統(tǒng)的推出，實(shí)現(xiàn)了茶葉烘焙過程的自動化。

2.1 茶葉烘烤機(jī)

茶葉烘烤機(jī)是基于PLC為核心控制的中型設(shè)備，主要應(yīng)用在茶葉加工的車間，而單片機(jī)為顯示屏的智能化烘烤設(shè)備。在茶葉烘烤過程中，通過烘烤機(jī)的自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以自行的進(jìn)行溫度監(jiān)測與溫度恒定設(shè)置，當(dāng)出現(xiàn)異常的時候，還能發(fā)出警報(bào)提示。所以，茶葉烘烤機(jī)在進(jìn)行烘焙的過程中，通過對于溫度的實(shí)時控制，實(shí)現(xiàn)茶葉水分的烘除，充分提供穩(wěn)定的熱能。除此之外，茶葉烘烤機(jī)可以根據(jù)不同類型茶葉進(jìn)行溫度控制。例如，在焙制烏龍茶的時候一般采用低溫慢焙，蒸發(fā)茶葉中多余的水分，實(shí)現(xiàn)茶葉的干燥。因此，烏龍茶泡出來的茶湯顏色與味道濃郁；而毛尖茶因?yàn)楹枯^大，在烘烤的過程中溫度較高，且翻茶的次數(shù)相對較多。

2.2 單片機(jī)的PLC的控制原理

茶葉烘烤機(jī)控溫與控時過程，依賴于可編程序控制器（PLC）。PLC是集合了算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)為一體的裝置。烘烤機(jī)的控溫過程通過PLC系統(tǒng)中的編程設(shè)計(jì)，利用信息輸入與輸出的I/O單元，控制信息的輸出與輸入。其中，單片機(jī)的作用主要是實(shí)現(xiàn)了用戶與PLC系統(tǒng)之間的交互，無論是通過文字還是圖片、語音，都能夠準(zhǔn)確的讓用戶實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的操作。

2.3 單片機(jī)PLC實(shí)時控制系統(tǒng)的優(yōu)越性分析

為實(shí)現(xiàn)茶葉烘烤機(jī)的全面自動化，提高茶葉烘焙的效率、加快茶葉烘培中的化學(xué)反應(yīng)。近些年，工程師研發(fā)了基于單片機(jī)PLC實(shí)時控制系統(tǒng)的烘烤機(jī)，該烘烤機(jī)的特點(diǎn)，主要優(yōu)勢體現(xiàn)在對于茶葉烘培化學(xué)反應(yīng)的實(shí)效檢測，且人為操作控制性強(qiáng)。另外，在茶葉的烘培過程中，監(jiān)管實(shí)時性與可編程預(yù)約、烘烤、降溫等功能結(jié)合，較好的實(shí)現(xiàn)了茶葉烘烤的需求。例如，在烘烤紅茶的時候，茶葉中的氨基酸會隨著烘焙時間的增加而先升高后下降，所以為了保證茶葉中含較多的氨基酸，提升茶葉的營養(yǎng)機(jī)制，往往會選擇合適的烘烤時間，這個時候就需要用到有實(shí)時控制系統(tǒng)的烘烤機(jī)，防治茶葉營養(yǎng)成分大范圍流失。

3 單片機(jī)的PLC實(shí)時控制系統(tǒng)在茶葉烘烤機(jī)中的應(yīng)用

基于單片機(jī)的PLC實(shí)時控制系統(tǒng)下，茶葉烘烤機(jī)越來越受人們的喜愛，主要是因?yàn)椴枞~烘烤機(jī)有較好的實(shí)效操控性、準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性，使得茶葉的烘焙品質(zhì)處于最佳的狀態(tài)，這為茶葉的機(jī)械化烘烤設(shè)計(jì)夯實(shí)了基礎(chǔ)。

3.1 實(shí)效操控性

茶葉的烘焙過程中，除了對于烘烤的溫度有嚴(yán)格的控制要求之外，對于烘烤的時間也有要求，主要體現(xiàn)在不同種類的茶葉，在烘焙的時間上都有不同。例如，綠茶比紅茶烘焙時間短，溫度比較低；很大程度上，茶葉烘烤機(jī)可以實(shí)現(xiàn)茶葉烘烤溫度的操作和控制，主要體現(xiàn)在烘烤溫度的調(diào)節(jié)上。比如，茶葉的質(zhì)量評定與茶葉的外觀有很大的關(guān)聯(lián)，有的長、圓、針、卷；還有的扁、片、末等，主要是在烘焙的過程中，茶葉各個部位對于溫度的需求并不一樣。所以，通過調(diào)節(jié)溫度可以將茶葉加工成不同形狀的茶產(chǎn)品，不僅在外觀上改變了茶葉的級別，在口感上也開創(chuàng)了新口味。

3.2 準(zhǔn)確性

在烘烤機(jī)中采用了PLC模塊控制系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)的把握溫度與時間。在溫度精度控制上，達(dá)到了0.01℃-0.1℃的控制區(qū)間；時間的精度控制上，達(dá)到了秒級別。此外，茶葉烘培機(jī)可以根據(jù)不同茶葉產(chǎn)品種類，自動調(diào)節(jié)烘焙的溫度與時間，在參數(shù)設(shè)置上、烘焙操作上實(shí)現(xiàn)了自動化。尤其是烘烤機(jī)中的溫度傳感器設(shè)計(jì)，能夠?qū)崟r將烘烤機(jī)箱內(nèi)的溫度準(zhǔn)確的傳達(dá)到控制面板系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)烘焙過程的監(jiān)管。與此同時，茶葉的烘焙還利于實(shí)現(xiàn)茶葉產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的制定，例如，通過不同烘烤溫度、時間與茶葉營養(yǎng)化學(xué)成分的檢測分析結(jié)合后，能夠建立最優(yōu)化的茶葉烘烤程序。

3.3 穩(wěn)定性

茶葉在進(jìn)行機(jī)械化加工過程中，對烘烤設(shè)備以及生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性有很高的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。只有運(yùn)行穩(wěn)定的烘烤機(jī)才能夠保證，茶葉產(chǎn)品按質(zhì)按量進(jìn)行生產(chǎn)加工，特別是隨著制造商生產(chǎn)規(guī)模不斷加大，烘烤機(jī)數(shù)量不斷增加的情況下，對于烘烤機(jī)的控制與穩(wěn)定性要求更加重要。因此，開發(fā)與運(yùn)行自動化程度較高，可靠的烘干機(jī)是十分重要的，基于PLC實(shí)施控制系統(tǒng)的烘烤機(jī)就能夠滿足這些需求，在茶葉的加工過程中，烘烤機(jī)是按照指定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工，同一批茶葉產(chǎn)品有相同的茶葉品質(zhì)屬性。此外，單片機(jī)的人機(jī)交互的功能，也實(shí)現(xiàn)了操作人員與茶葉烘烤參數(shù)的傳遞，確保烘烤機(jī)在固定的參數(shù)下執(zhí)行工作。

4 結(jié)論

茶葉的種類繁多，有綠、黃、紅等。不同茶葉無論是在外觀，還是口感上均有很大差別。隨著人們對物質(zhì)品質(zhì)要求的提升，在茶葉的需求上也變得高標(biāo)準(zhǔn)化。烘烤機(jī)在茶葉加工過程中，可以實(shí)現(xiàn)批量烘烤生產(chǎn)，保證茶葉烘烤溫度的穩(wěn)定性、消除人為誤差因素，特別是基于單片機(jī)的PLC實(shí)時控制系統(tǒng)下，茶葉烘烤機(jī)有較強(qiáng)地準(zhǔn)確性性、穩(wěn)定性。因此，茶葉烘烤機(jī)在茶葉的加工過程中，可以實(shí)現(xiàn)自動化、程序化，為高品質(zhì)茶葉的生產(chǎn)提供重要的技術(shù)設(shè)備保障。

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